CN204706904U - 一种可伸缩式电动汽车无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可伸缩式电动汽车无线充电装置,具体可分为充电侧子系统和车载侧子系统。充电侧子系统包括保护盖、充电侧初级线圈、驱动机构、配电控制柜、控制器；车载侧子系统包括车载动力电池、变流稳压器、车载侧次级线圈、定位摄像头。当电动汽车需要充电时，驾驶员利用定位摄像头辅助将车辆停在最佳充电位置，控制器控制驱动机构工作，将充电侧初级线圈抬高，充电侧初级线圈上面安装保护盖，在测距雷达的辅助下，将充电初级线圈固定在设定位置。控制器再控制配电控制柜给充电侧初级线圈供电，利用电磁感应原理，车载侧次级线圈感应到充电侧初级线圈的电能，经过变流稳压器后，给车载动力电池充电。本实用新型可大幅度提升电动汽车无线充电效率，可在现有的停车进行改造，容易推广。

Description

一种可伸缩式电动汽车无线充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车充电装置，具体说是一种可伸缩式电动汽车无线充电装置，实现电动汽车无线高效充电的装置。

背景技术

中国汽车保有量不断上升，许多城市，特别是一些中、大城市，汽车保有量不断上升,环境污染与能源危机日益严重。特别是近年来，汽车排放的尾气对城市的空气产生了严重的污染，PM2.5严重超标，危害我们的身心健康。汽车给我们日常生活带来方便的同时，也给我们居住的环境带来了严重的污染。随着经济的快速发展，汽车在我国渐渐成为人们日常生活中重要的组成部分，很难想象，在经济稳定、快速发展的今天，没有汽车的日子将会是什么样子。根本解决汽车的排放尾气，最重要的方法就是发展电动汽车。在我国，已经大力开展电动汽车的项目，在北京、深圳、上海等地，政府提出了许多购买电动汽车的补贴，有的地方补贴高达10万元。然而，即使政府给出了如此巨大的补贴，电动汽车的发展并不乐观。分析其因，主要是电动汽车相关的充电设备配置不完善，充电困难。

目前的充电方式主要是有线充电方式，即充电设备与电动汽车通过充电电缆物理连接。这种充电方式效率虽然较高，但存在线路复杂，线路老化，充电安全等问题。因此无线充电技术在电动汽车中也得到了广泛的重视。无线充电技术主要有电感式、磁场共振式、无线电波式。其中，电感式目前最具产业化前景。

　　电磁感应通过送电线圈和接收线圈之间传输电力，是最接近实用化的一种充电方式。当送电线圈中有交变电流通过时，发送（初级）、接收（次级）两线圈之间产生交替变化的磁束，由此在次级线圈产生随磁束变化的感应电动势，通过接收线圈端子对外输出交变电流。

　　目前存在的问题是：送电距离比较短（约100mm左右），并且送电与接受两部分出现较大偏差时，则电力传输效率就会明显下降；功率大小与线圈尺寸直接相关，需要大功率传送电力时，须在基础设施建设和电力设备方面加大投入。

发明内容

实用新型目的：针对上述现有存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供了一种可伸缩式电动汽车无线充电装置，可实现电动汽车高效率无线充电技术。

技术方案：一种可伸缩式电动汽车无线充电装置，具体可分为充电侧子系统和车载侧子系统；

充电侧子系统包括：保护盖、充电侧初级线圈、驱动机构、配电控制柜、测距雷达、控制器；

车载侧子系统包括：车载动力电池、变流稳压器、车载侧次级线圈、定位摄像头；

充电侧子系统连接安装方式：保护盖安装在充电侧初级线圈的上面，在未充电状态下，保护盖与停车位水平高度保持一致；在充电状态下，保护盖在驱动机构的推动下，充电侧初级线圈和保护盖一起被抬升，在保护盖上打孔安装测距雷达，驱动机构驱动电机推杆固定安装在充电侧初级线圈下方，充电侧初级线圈由主电缆与配电控制柜主路输出连接，配电控制柜支路输出分别与驱动机构、测距雷达连接，配电控制柜主路输出与支路输出状态由控制器控制；

车载侧子系统连接安装方式：车载侧次级线圈安装在电动汽车的底盘中心，车载侧次级线圈输出与变流稳压器的输入连接，变流稳压器的输出与车载动力电池输入连接，定位摄像头安装在车载侧次级线圈的中心位置。

当车主需要给电动汽车充电时，利用定位摄像头将电动汽车停放在最佳充电的位置，车主按下充电按钮，车辆发出充电请求信号，控制器接收到车主的充电请求后，检验车主是否满足充电协议，检测满足充电协议后，控制器控制配电控制柜的支路输出，控制驱动机构动作，配合测距雷达的测距信号，将充电侧初级线圈抬升到设定位置（一般可设定为10mm-30mm，或者更大）。当充电侧初级线圈达到设定位置时，控制器控制配电控制柜的主路输出，给充电侧初级线圈供电，此时，充电侧准备完毕。车载侧子系统在车主按下充电按钮后，已经处于等待状态，此时，充电侧初级线圈通过电磁感应原理，将电能传输至车载侧次级线上，车载侧次级线圈将感应得到的电能，送至变流稳压器，将感应得到的交流电能进行变换、稳压后给车载动力电池充电。

所述车载动力电池，是电动汽车动力源泉，用于存储电动汽车所需要的电能，一般由高性能的锂离子电池构成，存储的电能可驱动电机，从而驱动车辆。

所述变流稳压器，用于将车载侧次级线圈得到的电能进行变换、稳压后，给车载动力电池充电。

所述车载侧次级线圈接收充电侧初级线圈的电能。当充电侧初级线圈中有交变电流通过时，发送(初级)、接收(次级)两线圈之间产生交替变化的磁束，由此在次级线圈产生随磁束变化的感应电动势，通过接收线圈端子对外输出交变电流。

所述保护盖安装在充电侧初级线圈上表面，保护充电侧初级线圈，保护盖上面可行驶车辆，防止车辆行驶过程对充电侧初级线圈的损坏，保护盖可有效保护充电侧初级线圈，也可防止漏电等功能，保护盖并不阻碍无线电能的传输。

所述充电侧初级线圈，利用电磁感应原理，将一定频率的交流电能传输至车载侧次级线圈。当充电侧初级线圈中有交变电流通过时，发送(初级)、接收(次级)两线圈之间产生交替变化的磁束，由此在次级线圈产生随磁束变化的感应电动势，完成无线电能传输。

所述驱动机构是推杆电机构成，用于推动或者缩回充电侧初级线圈。

所述配电控制柜完成充电侧初级线圈供电和驱动机构供电。配电控制柜的电源来自电网，充电侧初级线圈供电按系统设计要求进行供电。电控制柜输出分为主路输出与支路输出，主路输出与充电侧初级线圈连接，给充电侧初级线圈供电；支路输出分别与驱动机构和测距雷达连接，给其供电，控制器控制所有的供电过程。

所述定位摄像头安装在车载侧次级线圈接中心，用于捕捉充电侧初级线圈的中心，充电侧初级线圈的中心在保护盖设计有十字标线，驾驶员通过定位摄像头很容易将车辆停在最佳充电位置。

所述测距雷达，由普通的汽车倒车雷达构成，安装在保护盖上面，用于检测充电侧初级线圈和车载侧次级线圈的距离，将距离信号反馈给控制器，控制器得到距离信号后，控制驱动电机的工作状态。

所述控制器是由高性能的DSP芯片构成，完成电动汽车与充电设备的通信功能，并控制充电侧初级线圈供电状态和驱动电机的工作状态。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

（1）实现了电动汽车高效无线充电技术。

（2）采用了控制充电侧初级线圈的高度，缩短电感式无线充电距离，效率高、结构简单，很容易实现市场化。

（3）采用定位摄像头进行线圈定位，进一步提高无线充电效率。

（4）本实用新型的充电侧初级线圈可安装在停车位，采用地埋式安装方式，不占其他任何空间，可在现有的停车位进行改造，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型在未充电状态下结构示意图；

图2为本实用新型在充电状态下结构示意图；

图3为本实用新型配电示意图；

图4为本实用新型停车场安装示意图。

图中：车载动力电池1、变流稳压器2、车载侧次级线圈3、保护盖4、充电侧初级线圈5、驱动机构6、配电控制柜7、定位摄像头8、测距雷达9、控制器10。

具体实施方式

结合附图1至图4，进一步对本实用新型解释。

由图1和图2可知，本实用新型的一种可伸缩式电动汽车无线充电装置在未充电状态下，与普通的停车位无异，当本实用新型在充电状态下，充电侧初级线圈5被抬高，缩小充电侧初级线圈5与车载侧次级线圈3之间的距离。当完成电动汽车的充电后，返回原来的位置，保护盖4可保护线圈，防止车辆经过时对充电侧初级线圈产生损坏。图3描述的事本实用新型电感式无线技术的供配电示意图，图4是本实用新型在停车场安装的示意图，停车位上标记有充电侧初级线圈5的中心位置。

一种可伸缩式电动汽车无线充电装置，包括车载动力电池1、变流稳压器2、车载侧次级线圈3、保护盖4、充电侧初级线圈5、驱动机构6、配电控制柜7、定位摄像头8、测距雷达9、控制器10。

一种可伸缩式电动汽车无线充电装置分为充电侧子系统和车载侧子系统。

充电侧子系统包括：保护盖4、充电侧初级线圈5、驱动机构6、配电控制柜7、测距雷达9、控制器10；

车载侧子系统包括：车载动力电池1、变流稳压器2、车载侧次级线圈3、定位摄像头8。

充电侧子系统连接安装方式：保护盖4安装在充电侧初级线圈5的上面，在未充电状态下，保护盖4与停车位水平高度保持一致；在充电状态下，保护盖4在驱动机构6的推动下，充电侧初级线圈5和保护盖4一起被抬升，在保护盖上打孔安装测距雷达9，驱动机构6驱动电机推杆固定安装在充电侧初级线圈5下方，充电侧初级线圈5由主电缆与配电控制柜7主路输出连接，配电控制柜7支路输出分别与驱动机构6、测距雷达9连接，配电控制柜7主路输出与支路输出状态受控制器10控制。

车载侧子系统连接安装方式：车载侧次级线圈3安装在电动汽车的底盘中心，车载侧次级线圈3输出与变流稳压器2的输入连接，变流稳压器2的输出与车载动力电池1输入连接，定位摄像头8安装在车载侧次级线圈3的中心位置。

作为优选，所述车载动力电池，是电动汽车动力源泉，用于存储电动汽车所需要的电能，一般由高性能的锂离子电池构成，存储的电能可驱动电机，从而驱动车辆。当车辆在行驶状态，车载动力电池给驱动电机供电；当车辆处于充电状态，电网的电能通过本实用新型的无线充电装置给车载动力电池充电。

作为优选，所述变流稳压器，用于将车载侧次级线圈得到的电能进行变换、稳压后，给车载动力电池充电。本实用新型的无线充电装置是基于电感式无线传输原理，在初级线圈通入一定频率的电流，通过电磁感应，在次级线圈中产生一定的电流。次级线圈感应产生的电流并不是车载动力电池最合适的充电电流。因此，通过变流稳压器，将次级线圈感应电流进行变换、稳压后，给车载动力电池进行充电。一方面可以提高充电效率，加快充电时间，另一方面，有效保护车载动力电池，延长车载动力电池的寿命。对于电动汽车来说，车载动力电池成本非常高，延长车载动力电池的寿命，可大大节约电动汽车的使用成本。

作为优选，所述车载侧次级线圈接收充电侧初级线圈的电能。当充电侧初级线圈中有交变电流通过时，发送(初级)、接收(次级)两线圈之间产生交替变化的磁束，由此在次级线圈产生随磁束变化的感应电动势，通过接收线圈端子对外输出交变电流。车载侧次级线圈根据电动汽车的车载动力电池充电功率，设计外形尺寸和形状。车载侧次级线圈安装在电动汽车的底盘约中心处，减小车载侧次级线圈与充电侧初级线圈的距离。

作为优选，所述保护盖安装在充电侧初级线圈上表面，保护充电侧初级线圈，保护盖上面可行驶车辆，防止车辆行驶过程对充电侧初级线圈的损坏，保护盖可有效保护充电侧初级线圈，也可防止漏电等功能，保护盖并不阻碍无线电能的传输。

作为优选，所述充电侧初级线圈，利用电磁感应原理，将一定频率的交流电能传输至车载侧次级线圈。当充电侧初级线圈中有交变电流通过时，发送(初级)、接收(次级)两线圈之间产生交替变化的磁束，由此在次级线圈产生随磁束变化的感应电动势，完成无线电能传输。目前存在的问题是：送电距离比较短(约100 mm)，并且送电与接收两部分出现较大偏差时，则电力传输效率就会明显下降；功率大小与线圈尺寸直接相关。本实用新型采用一种可伸缩式电动汽车无线充电装置，即充电侧初级线圈可在原来的位置进行升高，缩短无线充电距离，可大大提高无线充电效率。本实用新型的充电侧初级线圈可安装在停车位，采用地埋式安装方式，不占其他任何空间，可在现有的停车位进行改造。在不充电状态下，本实用新型的一种可伸缩式电动汽车无线充电装置与普通停车位无异，当电动汽车需要充电时，根据车辆状态，充电侧初级线圈升高100mm到300mm，这样的伸缩高度可满足中国市场大部分的轿车底盘高度。通过充电侧初级线圈升高，可将无线充电距离缩短至10mm到30mm。

作为优选，所述驱动机构是推杆电机构成，用于推动或者缩回充电侧初级线圈。当电动汽车需要充电，电动汽车通过通信协议与充电设备通信，允许后，控制器控制驱动电机，将充电侧初级线圈抬高，当充电侧初级线圈与车载侧次级线圈距离达到10mm-30mm时，停止电机动作，将充电侧初级线圈固定在此高度。当充电完成，或者用户撤销充电，控制器控制驱动机构回收充电侧初级线圈，回到初始位置，即保护盖与停车位地面一直。

作为优选，所述配电控制柜完成充电侧初级线圈供电和驱动机构供电。配电控制柜的电源来自电网，充电侧初级线圈供电按系统设计要求进行供电。电控制柜输出分为主路输出与支路输出，主路输出与充电侧初级线圈连接，给充电侧初级线圈供电；支路输出分别与驱动机构和测距雷达连接，给其供电，控制器控制所有的供电过程。

作为优选，所述定位摄像头安装在车载侧次级线圈接中心，用于捕捉充电侧初级线圈的中心，充电侧初级线圈的中心在保护盖设计有十字标线。电感式无线充电技术的充电效率也受到初级线圈与次级线圈的位置影响，若初级线圈与次级线圈偏离距离较大，也会影响充电效率。本实用新型采用辅助摄像头定位，在保护盖上标记有充电侧初级线圈的中心位置，而定位摄像头安装在车载侧次级线圈的中心位置，驾驶员通过定位摄像头很容易将车辆停在最佳充电位置。

作为优选，所述测距雷达，由普通的汽车倒车雷达构成，安装在保护盖上面，用于检测充电侧初级线圈和车载侧次级线圈的距离，将距离信号反馈给控制器，控制器得到距离信号后，控制驱动电机的工作状态。如充电侧初级线圈和车载侧次级线圈的距离设定为20mm时，当测距雷达检测到距离为20mm时，将此距离信号传给控制器，控制控制驱动电机停止在此位置。

作为优选，所述控制器是由高性能的DSP芯片构成，完成电动汽车与充电设备的通信功能，并控制充电侧初级线圈供电状态和驱动电机的工作状态。当车主想要给车辆充电时，车主首先通过定位摄像头将车辆停放在最佳充电位置，按下充电按钮后，控制器会接收到车主的请求，控制器判断车主是否符合充电条件，若符合条件，控制器控制驱动电机将充电侧初级线圈升高，通过辅助雷达，测算充电侧初级线圈和车载侧次级线圈的距离，达到符合设定的距离后（如20mm），将充电侧初级线圈固定在此位置。然后，控制器控制配电控制柜给充电侧初级线圈供电。

工作原理：采用上述技术方案，将车载侧子系统和充电侧子系统连接安装。当车主需要给电动汽车充电时，利用定位摄像头8将电动汽车停放在最佳充电的位置，车主按下充电按钮，车辆发出充电请求信号，控制器10接收到车主的充电请求后，检验车主是否满足充电协议，检测满足充电协议后，控制器10控制配电控制柜7的支路输出，控制驱动机构6动作，配合测距雷达9的测距信号，将充电侧初级线圈5抬升到设定位置（一般可设定为10mm-30mm，或者更大）。当充电侧初级线圈5达到设定位置时，控制器10控制配电控制柜7的主路输出，给充电侧初级线圈5供电，此时，充电侧准备完毕。车载侧子系统在车主按下充电按钮后，已经处于等待状态，此时，充电侧初级线圈5通过电磁感应原理，将电能传输至车载侧次级线圈3上，车载侧次级线圈3将感应得到的电能，送至变流稳压器2，将感应得到的交流电能进行变换、稳压后给车载动力电池1充电。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (1)

1.一种可伸缩式电动汽车无线充电装置，具体可分为充电侧子系统和车载侧子系统；

充电侧子系统包括：保护盖（4）、充电侧初级线圈（5）、驱动机构（6）、配电控制柜（7）、测距雷达（9）、控制器（10）；

车载侧子系统包括：车载动力电池（1）、变流稳压器（2）、车载侧次级线圈（3）、定位摄像头（8）；

充电侧子系统连接安装方式：保护盖（4）安装在充电侧初级线圈（5）的上面，在未充电状态下，保护盖（4）与停车位水平高度保持一致；在充电状态下，保护盖（4）在驱动机构（6）的推动下，充电侧初级线圈（5）和保护盖（4）一起被抬升，在保护盖上打孔安装测距雷达（9），驱动机构（6）驱动电机推杆固定安装在充电侧初级线圈（5）下方，充电侧初级线圈（5）由主电缆与配电控制柜（7）主路输出连接，配电控制柜（7）支路输出分别与驱动机构（6）、测距雷达（9）连接，配电控制柜（7）主路输出与支路输出状态由控制器（10）控制；

车载侧子系统连接安装方式：车载侧次级线圈（3）安装在电动汽车的底盘中心，车载侧次级线圈（3）输出与变流稳压器（2）的输入连接，变流稳压器（2）的输出与车载动力电池（1）输入连接，定位摄像头（8）安装在车载侧次级线圈（3）的中心位置。