CN204669058U - 一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，包括风光储发电装置、无线功率发射装置以及无线功率接收装置。风光储发电装置用于产生交流电并通过导线传输至无线功率发射装置，无线功率发射装置将电能转换为磁场并通过空间发送给无线功率接收装置，无线功率接收装置将接收的磁场转换为电能并给电动汽车供电。通过将风光储发电装置与公共电网相连能够在风能和太阳能资源不足时使用电网给电动汽车供电，以保证供电的稳定性，同时在风能和太阳能充足时将多余的电量反馈回电网以节约能源。此外，通过在无线功率接收装置中设置收发线圈和双向AC/DC整流器使得两个一定距离内的电动汽车也可以相互充电。

Description

一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及风光储发电和无线电力传输技术领域，具体涉及一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统。

背景技术

风光储发电系统是一种清洁可再生的发电系统，风光储联合发电系统通过对风电和光伏的存储与释放，可以使不稳定的能源变成稳定的具有较高品质的电力产品，有效改善整个风光发电系统的功率输出特性，增加电网对可再生能源的吸纳程度，并且可对电网进行用电峰谷调节，提高电力利用率。大量发展分布式风光储发电系统能够有效的减少煤电的使用，间接减少污染物的排放。同时，风光储发电系统靠近用户，减少了输配电设备的投资和电网输送的损失，使能源利用率大大提高。

无线电力传输技术根据原理可分为三种应用方式：利用电磁感应原理的短程传输方式、利用电磁耦合共振原理的中程传输电力方式和利用微波/激光原理的远程传输方式。中程无线输电方式的传输距离可以达到感应线圈半径8倍的距离，相比短程传输方式有效扩展了输电距离，且基于电磁耦合共振原理，利用非辐射磁场实现电能的传输，具有较好的安全性，因此得到了很大的关注。目前中程的无线电力传输技术日益成熟，并有少量的商业化产品，如海尔无尾电视。随着新材料的出现和装备技术的提高，中程无线输电方式未来的传输效率将会越来越高，市场化进程也会加快。

新能源电动汽车技术作为新能源战略和智能电网的重要组成部分已经成为我国汽车工业和能源产业发展的重点，并已经开始市场化进程，但要进行大规模的市场推广，目前关键的瓶颈在于基础配套设施-充电站的建设，由于电动汽车续航里程较小、充电时间较长的特点，必然决定了需要配套建设的充电站的数量、占地面积都很大；同时对电网的要求也相应提高。

中国专利文献公告日为2014年09月10日，公告号为CN104037897A的发明专利申请公开了一种基于微网的电动汽车无线充电系统设计，包括风力发电模块和太阳能发电模块，实现了风光互补发电，将能量存储在存储装置中，为供电系统提供输入功率；斩波功率振荡电路，用于将存储装置中的直流电转换为适应负载功率要求的高频交变电流；信号控制模块，控制斩波电路的输出电压值以实现输入功率和输出功率的平衡；电磁场发射线路，用于发射斩波功率振荡电路产生的交变电磁场；电磁场接收线圈，接收电磁场发射线路发射出的交变磁场；整流滤波斩波模块，将电磁场接收线圈接收到的交流电转换为电压值恒定的直流电；超级电容组合电路，快速存储电能，为电动汽车提供驱动功率。该专利文献虽然公开了将风力发电模块和太阳能发电模块构成的微网和无线电能传输技术相结合，但风力发电模块和太阳能发电模块构成的微网没有与公共电网相连接，且只能通过能量储存模块供电，当风力和太阳能资源不充足时，不能持续长时间给电动汽车充电，从而导致供电不稳定，市场化推广受到很大限制；在风力和太阳能资源丰富的情况下，也不能将富余的电能充分利用，造成资源的浪费。此外，该专利文献公开的电磁场接收线圈将磁场能量转换成的电流，依次通过整流滤波斩波模块、超级电容组合电路给电动汽车供电，其能量传输路径是单向的，不能双向进行电流信号的传输，也就不能利用线圈向外供电，从而无法实现相邻电动汽车之间的相互充电，缺少实际使用的灵活性。

发明内容

本实用新型提供了一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，以解决现有技术中存在的使用清洁能源为电动汽车供电不稳定、耗能高的问题。

本实用新型提供的一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，包括风光储发电装置、与风光储发电装置电连接的无线功率发射装置、以及与无线功率发射装置无线连接的无线功率接收装置。

所述风光储发电装置包括一台或多台风力发电机、一组或多组太阳能光伏组合以及储能单元，所述风光储发电装置还包括发电控制单元，所述一台或多台风力发电机分别通过AC/DC整流器连接至公共直流母线，所述一组或多组太阳能光伏组合分别通过单向DC/DC斩波器连接至公共直流母线，所述储能单元和发电控制单元也连接至公共直流母线，公共直流母线电压与所配储能单元的电压水平匹配，所述公共直流母线与交流电网或者交流负载之间依次连接有双向DC/DC斩波器、双向DC/AC逆变器，所述双向DC/AC逆变器与交流电网或者交流负载之间还连接有LCL滤波器。所述公共直流母线与直流电网或者直流负载之间连接有双向DC/DC斩波器。

由风力发电机、太阳能光伏组合及储能单元组成风光储发电系统，通过双向DC/DC斩波器、双向DC/AC逆变器和LCL滤波器向用户提供交流电或者并入交流电网，所述双向DC/DC斩波器可以降低公共直流母线电压，理论上可以降低到2V以下或者一般电池的单体电压值，同时可保证与之连接的双向DC/AC逆变器的逆变效率。此外，由于双向DC/AC逆变器具有电能双向流动特性，故可以根据交流电网用电的峰谷，在用电高峰向交流电网提供电能，在用电低谷，从交流电网吸收电能，存储在储能单元，以备用电高峰使用。LCL滤波装置可以保证双向电能流动的正弦波特性。

所述公共直流母线与直流电网或者直流负载之间连接的双向DC/DC斩波装置具有电能双向流动特性，故也可以根据直流电网用电的峰谷，在用电高峰向直流电网提供电能，在用电低谷，从直流电网吸收电能，存储在储能单元，以备用电高峰使用。

所述发电控制单元具有离/并网自动判别和切换功能，协调所述风光储发电装置工作。

进一步的，所述无线功率发射装置包括一组或多组高频振荡器与发射线圈的组合，所述高频振荡器的输入端与所述风光储发电装置的交流负载端相连，所述高频振荡器的输出端与发射线圈相连。该设置利用高频振荡器产生高频振荡电流，通过发射线圈向外发射电磁波，在周围形成一个非辐射磁场，即将电能转换为磁场。

进一步的，无线功率接收装置包括相互连接的接收线圈、蓄电池、处理器以及收发线圈。

更进一步的，所述发射线圈和接收线圈的固有谐振频率与高频振荡器输出的振荡频率相等。这样设置能够使接收线圈中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。

优选的，所述无线功率接收装置的蓄电池通过双向AC/DC整流器分别与接收线圈、处理器和收发线圈相连。

所述无线功率接收装置为一个或多个，相邻无线功率接收装置通过收发线圈无线连接。无线功率接收装置分别与无线功率发射装置中对应的高频振荡器和发射线圈的组合无线连接。无线功率接收装置中的收发线圈既可以向线圈半径八倍距离内的无线功率接收装置发送电能，也可以接收一定范围内的无线功率接收装置发出的电能。

本实用新型的有益技术效果为：本实用新型采用风光储离/并网发电装置给电动汽车供电，通过与公共电网相连能够在风能和太阳能资源不足时使用电网给电动汽车供电，以保证供电的稳定性，同时在风能和太阳能充足时将多余的电量反馈回电网以节约能源。此外，本实用新型通过在无线功率接收装置中设置收发线圈和双向AC/DC整流器使得两个一定距离内的电动汽车也可以相互充电。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统的结构示意图。

图中：1-1.风力发电机，1-2.风力发电机；2-1.太阳能光伏组合，2-2.太阳能光伏组合；3-1.AC/DC整流器，3-2.AC/DC整流器；4-1.单向DC/DC斩波器，4-2.单向DC/DC斩波器；5.储能单元；6.发电控制单元；7.双向DC/DC斩波器；8.双向DC/AC逆变器；9.LCL滤波器；10.双向DC/DC斩波器；11-1.高频振荡器，11-2.高频振荡器；12-1.发射线圈，12-2发射线圈；13-1.接收线圈，13-2.双向AC/DC整流器，13-3.蓄电池，13-4.收发线圈，13-5.处理器；14-1.接收线圈，14-2.双向AC/DC整流器，14-3.蓄电池，14-4.收发线圈，14-5.处理器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，不能理解为对本实用新型具体保护范围的限定。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，包括风光储发电装置、无线功率发射装置以及无线功率接收装置。风光储发电装置用于产生交流电并通过导线传输至无线功率发射装置，无线功率发射装置将电能转换为磁场并通过空间发送给无线功率接收装置，无线功率接收装置将接收的磁场转换为电能并给电动汽车供电。

本实施例中，所述风光储发电装置设置于地上停车场内，以保证一定的光照和风力条件。基于电动汽车充电时间较长的问题，这样设置也可以在停车时给电动汽车充电，节省了充电时间。

所述风光储发电装置包括两台风力发电机(1-1,1-2)、两组太阳能光伏组合(2-1,2-2)、储能单元5以及发电控制单元6，所述风力发电机(1-1,1-2)和太阳能光伏组合(2-1,2-2)分别通过AC/DC整流器(3-1,3-2)和单向DC/DC斩波器(4-1,4-2)连接至公共直流母线，所述储能单元5和发电控制单元6也连接至公共直流母线，公共直流母线电压与所配储能单元5的电压水平匹配，所述公共直流母线与交流电网或者交流负载之间依次连接有双向DC/DC斩波器7、双向DC/AC逆变器8和LCL滤波器9，所述公共直流母线与直流电网或者直流负载之间连接有双向DC/DC斩波器10。

所述发电控制单元6具有离/并网自动判别和切换功能，协调所述风光储发电装置工作。所述储能单元5选用可深度充放电、并可快速切换充放电过程的储能电池。所述储能单元5容量根据本实用新型发电装置发电量及用户负荷来选择，储能单元5本身具有充放电控制保护功能，并且可以完成瞬时大功率的充、放电切换功能，补充了风力发电和光伏发电的随机性和不稳定性，起到电力“削峰填谷”的功效，另外储能单元5还具有低电压穿越和孤岛支撑功能，可以应对电网极端恶劣情况。本实施例中，所述储能单元优先选用液流电池。

所述风力发电机(1-1、1-2)产生的交流电分别经AC/DC整流装置(3-1、3-2)转化为公共直流母线需要的直流电，所述太阳能光伏组合(2-1、2-2)产生的直流电压通过单向DC/DC斩波装置(4-1、4-2)转化为公共直流母线需要的直流电压，公共直流母线直流电压接入交流电网或交流负载的流程为：先接入双向DC/DC斩波装置7，把直流电压抬高到系统高效点，再接入双向DC/AC逆变器8，把直流电转换成调制交流电，再接入LCL滤波装置9，把调制波转换成和交流电网同频率、幅值一致的正弦波，并入到交流电网或供给交流用户负载，交流负荷可以根据需要进行单/三相电的供应；直流母线直流电压接入直流电网或直流负载的流程为：通过接入双向DC/DC斩波装置10，把直流电压调节到直流电网或直流负载的额定值，再并入直流电网或直接使用。

本实施例所述发电装置可以实现并网、离网、离/并网自动切换的混合工作模式来给电动汽车供电，具体实现依赖发电控制单元6的自动判别和切换，总的来说，当风光互补发电运行，发电控制单元6会将风力发电机(1-1、1-2)和太阳能光伏组合(2-1、2-2)转化的电能与储能单元5存储的电能进行比较，并根据电动汽车的用电量判定储能单元5的充放电，若负荷较小则多余电能自动存储到储能单元5，若负荷较大则直接送入电网或用户，不够部分通过储能单元5补充。

具体并网、离网、离/并网自动切换的混合工作模式如下：

采用风光储发电装置给电动汽车供电，在风光互补发电能够保证电动汽车用电量的前提下，首先采用离网工作模式，风光互补发电优先保证用户负荷，多余部分电能存储在储能单元5。在多余部分电能超出储能单元5的存储量时，发电控制单元6将发电装置切换到并网工作模式，将多余的电能输入电网以避免造成资源的浪费。

在风光互补发电不能提供足够的电量时，发电控制单元6可将本实施例中的发电装置自动切换到并网工作模式，通过电网直接供电，从而保证供电的连续和稳定。在交流并网工作模式下，交流电网提供的交流电直接供给交流负载；在直流并网工作模式下，直流电网提供的直流电依次通过双向DC/DC斩波器10、双向DC/DC斩波器7、双向DC/AC逆变器8、滤波器9供电。

本实施例中，所述无线功率发射装置包括两组高频振荡器(11-1,11-2)与发射线圈(12-1,12-2)的组合，所述高频振荡器(11-1,11-2)的输入端与所述风光储发电装置的交流负载端相连，所述高频振荡器(11-1,11-2)的输出端与发射线圈(12-1,12-2)相连。该设置利用高频振荡器(11-1,11-2)产生高频振荡电流，通过发射线圈(12-1,12-2)向外发射电磁波，在周围形成一个非辐射磁场，即将电能转换为磁场。

本实施例包括两个无线功率接收装置，分别与无线功率发射装置中的两组高频振荡器(11-1,11-2)和发射线圈(12-1,12-2)的组合相对应。无线功率接收装置包括相互连接的接收线圈(13-1,14-1)、蓄电池(13-3,14-3)、处理器(13-5,14-5)以及收发线圈(13-4,14-4)，所述无线功率接收装置的蓄电池(13-3,14-3)通过双向AC/DC整流器(13-2,14-2)分别与接收线圈(13-1,14-1)、处理器(13-5,14-5)和收发线圈(13-4,14-4)相连。接收线圈(13-1,14-1)接收发射线圈(12-1,12-2)发射的电磁波，并在电磁波的感应下产生振荡电流。

所述发射线圈(12-1,12-2)和接收线圈(13-1,14-1)的固有谐振频率与高频振荡器(11-1,11-2)输出的振荡频率相等。这样设置能够使接收线圈(13-1,14-1)中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。所述接收线圈(13-1,14-1)将接收到的磁场能量转换为电流后通过双向AC/DC整流器将电量保存在蓄电池(13-3,14-3)，从而给电动汽车供电。

收发线圈(13-4,14-4)用于相邻无线功率接收装置之间的能量传输。当收发线圈(13-4,14-4)用于发送电能时，在处理器(13-5,14-5)的控制下，接收线圈(13-1,14-1)中的电流和蓄电池(13-3,14-3)中的电流均传输至收发线圈(13-4,14-4)，收发线圈(13-4,14-4)将上述电流转换为电磁波发射。当收发线圈(13-4,14-4)用于接收电能时，在处理器(13-5,14-5)的控制下，接收线圈(13-1,14-1)接收电磁波并将其转换为电流信号，通过双向AC/DC整流器传输至蓄电池(13-3,14-3)中。

本实施例中的两个无线功率接收装置分别设置在两辆电动汽车上，从而实现两辆电动汽车的相互充电。依据本实施例中的方法，将多个无线功率接收装置分别设置在多辆相邻的电动汽车上，也可以实现一定距离范围内多辆电动汽车的相互充电。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，包括风光储发电装置、与风光储发电装置电连接的无线功率发射装置、以及与无线功率发射装置无线连接的无线功率接收装置，所述风光储发电装置包括一台或多台风力发电机、一组或多组太阳能光伏组合以及储能单元，其特征在于,

所述风光储发电装置还包括发电控制单元，所述一台或多台风力发电机分别通过AC/DC整流器连接至公共直流母线，所述一组或多组太阳能光伏组合分别通过单向DC/DC斩波器连接至公共直流母线，所述储能单元和发电控制单元也连接至公共直流母线，所述公共直流母线与交流电网或者交流负载之间依次连接有双向DC/DC斩波器、双向DC/AC逆变器，所述公共直流母线与直流电网或者直流负载之间连接有双向DC/DC斩波器。

2.根据权利要求1所述的基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述双向DC/AC逆变器与交流电网或者交流负载之间还连接有LCL滤波器。

3.根据权利要求1所述的基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述无线功率发射装置包括一组或多组高频振荡器与发射线圈的组合，所述高频振荡器的输入端与所述风光储发电装置的交流负载端相连，所述高频振荡器的输出端与发射线圈相连。

4.根据权利要求1所述的基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述无线功率接收装置包括相互连接的接收线圈、蓄电池、处理器以及收发线圈。

5.根据权利要求3或4所述的基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈的固有谐振频率与高频振荡器输出的振荡频率相等。

6.根据权利要求4所述的基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述无线功率接收装置的蓄电池通过双向AC/DC整流器分别与接收线圈、处理器和收发线圈相连。

7.根据权利要求6所述的基于风光储离/并网发电的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述无线功率接收装置为一个或多个，相邻无线功率接收装置通过收发线圈无线连接。