CN201813192U

CN201813192U - 一种电动汽车非接触式移动智能充电装置

Info

Publication number: CN201813192U
Application number: CN2010205536582U
Authority: CN
Inventors: 董云卫; 张雨; 窦满峰; 张波
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2020-09-30

Abstract

本实用新型涉及一种电动汽车非接触式移动智能充电装置，其特征在于包括充电桩和车载充电终端，充电桩和车载充电终端的无线通信采用2MHz-27MHz的短波通信方式进行双工通信；有益效果如下：根据本实用新型的电动汽车非接触式移动智能充电系统，其可以为正常行驶的电动汽车非接触式充电，使得电动车可以在行驶过程中完成充电，避免了停车充电所带来的局限，间接解决了充电电池的续航能力有限和充电时间较长的问题，并且通过实时计算调整磁共振充电电路的发射频率，有效解决了充电距离以及充电效率等问题，在充电过程中全部实现智能化，实用安全，高效节能。

Description

一种电动汽车非接触式移动智能充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种非接触式充电装置，具体涉及一种电动汽车非接触式移动智能充电装置。

背景技术

电动汽车作为一种新型交通工具，具有零排放、能量来源广等优点，被认为是缓解中国石油资源紧张、解决城市大气污染问题的重要手段。但是，目前在电动汽车的电能供给、转换和传输等方面的技术研究进展缓慢。另一方面，2007年6月，麻省理工学院研究员Marin Soljacic的研究小组宣布，他们已经运用电磁共振技术，不须使用电线，就能隔空传输电力，让一颗六十瓦的灯泡发光。目前日本的一些企业已经开始探索电动汽车利用电磁感应等不用电线充电的非接触充电方式，在电动汽车及混合动力巴士中，已有部分车型开始采用非接触充电。

然而，目前电动汽车在充电方面的缺陷在于：首先，无论是使用电线还是非接触式充电，电动汽车依然需要停靠在固定场所充电，由于充电电池的续航能力有限和充电时间较长，经常需要停车进行长时间充电，这使得电动汽车的便利性依然不高，这也成为阻滞纯电动汽车普及的一个障碍；其次，目前非接触式充电技术有效送电距离有限，磁共振方式的共振频率控制如果能根据送电部与受电部的距离适当控制共振频率，传输距离就会猛增，而如果不根据传输距离改变共振频率，不仅限制了送电距离，而且传输效率会迅速降低，另外还存在基础设施方的送电设备耗费成本等问题，这些问题在电动汽车行驶过程中会变得更加严重。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种电动汽车非接触式移动智能充电装置，为正常行驶的电动汽车提供非接触式的移动充电，并且能够在充电过程中通过分析电动汽车的位置信息计算调整磁共振充电电路的发射频率，从而有效地优化充电过程。

技术方案

一种电动汽车非接触式移动智能充电装置，其特征在于包括充电桩和车载充电终端，充电桩和车载充电终端的无线通信采用2MHz-27MHz的短波通信方式进行双工通信；

所述充电桩包括充电控制模块、移动定位处理接收单元、充电桩无线通信单元和充电桩合路器；所述充电控制模块包括充电桩DSP、频率控制IC、数字振荡器和功率自适应单元；充电桩合路器将充电桩无线通信单元和移动定位处理接收单元两种不同频段的输入输出信号通过充电桩合路器合路后，共用一根馈线接收发送；充电桩无线通信单元接收到短波天馈信号后，经过信号处理输出基带数字信号，基带数字信号使用通用I/O端口传递给充电桩DSP；充电桩DSP使用通用I/O端口发送控制信号控制充电桩的移动定位处理接收单元；充电桩移动定位处理接收单元接收混合信号，经过功率放大和相位时延检测分离出4路信号并且与本地高速序列相比较从而产生一个时间差，通过确定两组时间差来计算车载充电终端的位置信息，将该位置信息通过通用I/O端口发送给充电桩DSP；充电桩DSP计算受电达到磁共振所需的谐振频率，并将该谐振频率信息传递给频率控制IC，频率控制IC调节数字振荡器输出频率，再由功率自适应单元完成功率传输效率优化；充电桩DSP通过通用I/O端口把控制参数信息传给充电桩无线通信单元，充电桩无线通信单元对信息进行基带处理，将基带信号经过功放，并且调制成高频信号，再通过充电桩合路器的天馈发射；

所述车载充电终端包括信息采集控制模块、移动定位发射单元、车载无线通信单元和车载合路器；所述信息采集控制模块包括车载DSP、电子开关控制电路和信息采集单元；车载合路器将车载无线通信单元和移动定位发送单元两种不同频段的输入输出信号通过车载合路器合路后，共用一根馈线接收发送；车载无线通信单元接收到短波天馈信号后，经过信号处理输出基带数字信号，基带数字信号通过CAN总线传递给信息采集单元；信息采集单元通过CAN总线与车载中央处理器进行通信，获取电池信息，将电池信息通过CAN总线传递给车载无线通信单元，车载无线通信单元对信息进行基带处理，将基带信号经过功放，通过车载合路器的天馈发射；信息采集单元将基带数字信号通过通用I/O端口传递给车载DSP，车载DSP经过分析处理，当需要充电时打开电子开关控制电路向车载充电终端发送控制信号，当不需要充电时则关闭电子开关控制电路，从而完成对车载充电终端的开/关控制。

所述的充电桩无线通信单元和车载无线通信单元为双工通信，包括发射单元和接收单元，发射单元的输出端和接收单元的输入端通过双工器与天线联接，发射单元的输入端和接收单元的输出端通过电子开关与DSP联接；所述的发射单元为基带单元、低通滤波、二中放、二混频、一中放、一混频、平率合成、推动电路和强放电路；基带单元对信息进行基带处理，完成信息的调制和解调；然后通过接口电路顺序连接低通滤波、二中放、二混频、一中放和一混频后进行频率合成，然后由推动电路和强放电路完成中频信号到天馈单元之间的转换，得到高频放大和前置功率放大得信号经过双工器送至天线；所述接收单元为前置滤波、放大器1、一本振、混频、带通滤波1、放大器2、二本振、带通滤波2和A/D、D/A采样；双工器输出的天馈信号经过前置滤波和放大器1后将高频信号与一本振进行模拟变频；通过中心频率为140MHz带通滤波器1得到的中频信号经过放大器2对其功率进行放大，然后再与二本振进行模拟变频，将得到的信号通过中心频率为5.12MHz的带通滤波器2，所得到的信号再经过高速A/D、D/A抽样，抽样的信号经过电子开关送到DSP单元中，经过奇偶抽样分离、正交变化，输出基带信号。

所述的一本振频率为143.4-168.6MHz。

所述的二本振频率为145.12MHz。

所述的采样率为20.48MHz。

有益效果

本实用新型提出的电动汽车非接触式移动智能充电装置，有益效果如下：根据本实用新型的电动汽车非接触式移动智能充电系统，其可以为正常行驶的电动汽车非接触式充电，使得电动车可以在行驶过程中完成充电，避免了停车充电所带来的局限，间接解决了充电电池的续航能力有限和充电时间较长的问题，并且通过实时计算调整磁共振充电电路的发射频率，有效解决了充电距离以及充电效率等问题，在充电过程中全部实现智能化，实用安全，高效节能。

附图说明

图1：电动汽车非触式移动智能充电装置结构示意图；

图2：无线通信功能结构示意图；

图3：移动定位功能结构示意图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述：

本实施例充电桩的非接触式供电模块采用美国WiTricity公司提供的“WiTricity”专利技术，该技术利用磁场共振，能够以无线方式传输电力。

充电控制模块，包括充电桩DSP、频率控制IC、数字振荡器和功率自适应单元：

●充电桩DSP：TMS320C2812型DSP芯片；

●频率控制IC：压控振荡器MVF820，相位鉴频器及其辅助电路；

●数字振荡器：温度补偿晶振TCXO-L04；

●功率自适应单元：A/D转换芯片ADC0832，89C51单片机，X9312W数字电位器。

信息采集控制模块，包括车载DSP、电子开关控制电路和信息采集单元：

●车载DSP：TMS320C2812型DSP芯片；

●电子开关控制电路：四与非门芯片外围电路AX4011，双向可控硅BT134-600E；

●信息采集单元：光电隔离器BS232H9，8路同相三态双向总线收发器74LS245。

车载中央处理单元：TMS320C2812型DSP芯片。

无线通信：SIN-SWRX2短波无线发射/接收机。

移动定位：射频功放PA20110，卷积码编码器，HP/SH相位验测器，差频顺序采样组合电路，移位寄存器网络，高速计数模块AlSD62。

充电电路：5Kw充电机CD40017。

蓄电池组：电动汽车磷酸铁锂电池380V/10AH。

合路器：由MAX3691和MAX3667组成的双芯片电路。

线结合附图描述系统连接关系及工作过程：

图1描述的是电动汽车非触式移动智能充电系统结构示意图。非触式移动智能充电系统包括充电桩和车载充电终端。充电桩包括充电控制模块、移动定位处理接收单元、充电桩无线通信单元和充电桩合路器，充电控制模块又包括充电桩DSP、频率控制IC、数字振荡器和功率自适应单元。车载充电终端包括信息采集控制模块、移动定位发射单元、车载无线通信单元和车载合路器，信息采集控制模块又包括车载DSP、电子开关控制电路和信息采集单元。

充电桩和车载充电终端的无线通信单元之间通过短波通信方式(2MHz-27MHz)进行双工通信。充电桩合路器将充电桩无线通信单元和移动定位处理接收单元两种不同频段的输入输出信号通过充电桩合路器合路后，共用一根馈线接收发送。充电桩无线通信单元接收到短波天馈信号后，经过信号处理输出基带数字信号，基带数字信号使用通用I/O端口传递给充电桩DSP。充电桩DSP使用通用I/O端口发送控制信号控制充电桩的移动定位处理接收单元。充电桩移动定位处理接收单元接收混合信号，经过功率放大和相位时延检测分离出4路信号并且与本地高速序列相比较从而产生一个时间差，通过确定两组时间差来计算车载充电终端的位置信息，位置信息包括车速、行驶路线，最后将该位置信息通过通用I/O端口发送给充电桩DSP。充电桩DSP通过分析电动汽车的位置信息计算使受电方达到磁共振所需的谐振频率，并将该谐振频率信息传递给频率控制IC，频率控制IC调节数字振荡器输出频率，再由功率自适应单元完成功率传输效率优化。充电桩DSP通过通用I/O端口把控制参数信息传给充电桩无线通信单元，充电桩无线通信单元对信息进行基带处理，将基带信号经过功放，并且调制成高频信号，再通过充电桩合路器的天馈发射。

车载合路器将车载无线通信单元和移动定位发送单元两种不同频段的输入输出信号通过车载合路器合路后，共用一根馈线接收发送。车载无线通信单元接收到短波天馈信号后，经过信号处理输出基带数字信号，基带数字信号通过CAN总线传递给信息采集单元。信息采集单元通过CAN总线与车载中央处理器进行通信，获取电池信息，电池信息包括电池类型，电池型号，电池容量，生产厂商，充电电压，充电电流，剩余电量。然后信息采集单元将电池信息通过CAN总线传递给车载无线通信单元，车载无线通信单元对信息进行基带处理，将基带信号经过功放，通过车载合路器的天馈发射。信息采集单元将基带数字信号通过通用I/O端口传递给车载DSP，车载DSP经过分析处理，当需要充电时打开电子开关控制电路向车载充电终端发送控制信号，当不需要充电时则关闭电子开关控制电路，从而完成对车载充电终端的开/关控制。

图2为无线通信功能结构示意图。无线通信单元为双工通信，包括发射单元和接收单元。发射单元：发射单元分为基带单元、中频单元、射频放大单元。基带单元对信息进行基带处理，包括基带信号的产生以及由基带信息还原到原始信息，即完成调制、解调的功能。基带单元包括A/D、D/A转换、模拟滤波，然后通过接口电路连接到中频单元；中频单元将接收到的基带频率调制到中频，完成基带和中频直接的转换，包括低通滤波、二中放、二混频、一中放、一混频和频率合成。射频放大电路完成中频信号到天馈单元之间的转换，包括高频放大、前置功率放大，此功能由推动电路和强放完成。基带单元将基带信号经过低通滤波后，然后进行二中放，经与145.12MHz频率合成来的频率进行二混频后，再经过一中放再与143.4-168.6MHz频率进行一混频，得到较高的中频频率。然后经过推动电路和强放前路完成功率放大和输出功率的产生，最后通过天馈发射。

接收单元：接收单元分为射频前端和中频采样单元。射频前端负责接收天馈单元来的天馈信号，包括前置滤波和放大器1。中频采样单元负责将信号调制到基带频率，包括一本振、混频、带通滤波1、放大器2、二本振、带通滤波2、A/D、D/A采样。接收单元当接收到2-27MHz的射频信号后，经过前置滤波，放大器1，然后将高频信号与一本振(143.4-168.6MHz)进行模拟变频；通过中心频率为140MHz带通滤波器1得到的中频信号经过放大器2对其功率进行放大，然后再与二本振(145.12MHz)进行模拟变频，将得到的信号通过中心频率为5.12MHz的带通滤波器2，所得到的信号再经过高速A/D、D/A抽样，采样率为20.48MHz。采样的信号送到DSP单元中经过奇偶抽样分离、正交变化，输出基带信号。

图3移动定位功能结构示意图。车载充电终端的移动定位发射单元包括DSP、高速伪码生成单元、顺序采样单元、信号发送处理单元和功率放大器。充电桩的移动定位处理接收单元包括功率放大器、信号接收处理单元、乘法单元、相位时延检测电路和DSP。

DSP单元将一组常规数据流DS-SS信号送到高速伪码生成单元中，产生一组长度为N，伪码速率为1/Tcbps的扩频伪码序列。高频计数器的作用是为顺序采用单元提供高速采样频率。高速率PN码经顺序采样单元被顺序采样后产生4组低速率的序列；每组低速率的序列分别与cos2πft1、2、3、4经过乘法器相乘完成移向并且调制成相互正交的子载波。再经过加法器即得到发射信号，然后将此发射信号经过功率放大器，发送到天馈单元中去。

接收机将接收的混合信息先经过功率放大，然后通过相干检测分离出4路子载波，每一路子载波分别与cos2πft1、2、3、4相乘后经过带通滤波器滤去带外杂质，然后将4路子载波相乘重新组合在一起生成一组与原序列相同但是有一个固定并且已知的时间偏移的高速序列，通过相位时延检测电路来确定这个时间差。DSP单元通过比较两组时间差来完成定位工作。

Claims

1.一种电动汽车非接触式移动智能充电装置，其特征在于包括充电桩和车载充电终端，充电桩和车载充电终端的无线通信采用2MHz-27MHz的短波通信方式进行双工通信；

2.根据权利要求1所述的电动汽车非接触式移动智能充电装置，其特征在于：所述的充电桩无线通信单元和车载无线通信单元为双工通信，包括发射单元和接收单元，发射单元的输出端和接收单元的输入端通过双工器与天线联接，发射单元的输入端和接收单元的输出端通过电子开关与DSP联接；所述的发射单元为基带单元、低通滤波、二中放、二混频、一中放、一混频、平率合成、推动电路和强放电路；基带单元对信息进行基带处理，完成信息的调制和解调；然后通过接口电路顺序连接低通滤波、二中放、二混频、一中放和一混频后进行频率合成，然后由推动电路和强放电路完成中频信号到天馈单元之间的转换，得到高频放大和前置功率放大得信号经过双工器送至天线；所述接收单元为前置滤波、放大器1、一本振、混频、带通滤波1、放大器2、二本振、带通滤波2和A/D、D/A采样；双工器输出的天馈信号经过前置滤波和放大器1后将高频信号与一本振进行模拟变频；通过中心频率为140MHz带通滤波器1得到的中频信号经过放大器2对其功率进行放大，然后再与二本振进行模拟变频，将得到的信号通过中心频率为5.12MHz的带通滤波器2，所得到的信号再经过高速A/D、D/A抽样，抽样的信号经过电子开关送到DSP单元中，经过奇偶抽样分离、正交变化，输出基带信号。

3.根据权利要求2所述的电动汽车非接触式移动智能充电装置，其特征在于：所述的一本振频率为143.4-168.6MHz。

4.根据权利要求3所述的电动汽车非接触式移动智能充电装置，其特征在于：所述的二本振频率为145.12MHz。

5.根据权利要求3所述的电动汽车非接触式移动智能充电装置，其特征在于：所述的采样率为20.48MHz。