CN205489631U - 一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，由供电单元、发送单元、接收单元、变换单元、用电单元、检测保护单元和控制单元组成，供电单元的电源模块接入外界电能经逆变模块进行高频逆变后产生高频交流电流，高频交流电流流入发送单元的补偿模块进行串联补偿，之后供给给发射模块，产生高频交变的磁场，发射电磁能；接收单元的拾取模块经耦合媒介以松耦合方式通过电磁感应拾取电磁能，在磁场中产生电动势，经串联补偿后，输入变换单元，经过整流滤波模块和功率变换模块，完成整流滤波以及稳压调节功率变换，输出给用电单元进行供电。本实用新型解决了电池续航里程短、充电时间较长、供电电源局限性、充供电方式多样性等问题。

Description

一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，具体涉及到一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统。

背景技术

在全球环境污染和能源危机日益严重的情况下，具有舒适、干净、无噪声、污染小等优点的电动汽车，作为一种环境亲和力好、可控性强的新能源汽车，得到了快速的发展并且有很好的应用前景。

目前，电动汽车多数采用锂电池或铅酸蓄电池供电，导致其续航能力非常有限，100～200公里的续航能力只能满足市区交通使用，远远不能实现长途行驶；其次，电动汽车供电电池充电时间较长，其往往在6～8小时左右，国内市场上快速充电的电动汽车数量很少；此外，电动汽车主要有车载充电机和使用外置充电桩两种充电方式，都采用插入连接式，存在插接易产生火花与磨损、不易维护、不够安全，受雨雪恶劣天气影响等缺点。这些问题很大程度上制约了电动汽车的推广与普及。

无线电能传输技术的出现，为电动汽车供电提供了一种简单快捷的解决方案。不仅省去了插接式的麻烦和危险，还可以满足在各种气候条件下的充电需求，实现随时随地享受无线充电。目前只有少部分的研究机构在研究电动汽车的无线电能传输，且其中的大部分又都集中研究充电或供电的其中一种，很少的研究机构在研究无线充电加无线供电系统。

实用新型内容

本实用新型提供了一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，由供电单元、发送单元、接收单元、变换单元、用电单元、检测保护单元和控制单元组成，所述供电单元具有电源模块和逆变模块，所述发送单元具有第一补偿模块和发射模块，所述接收单元具有拾取模块和第二补偿模块，所述变换单元具有整流滤波模块和功率变换模块，

其中，供电单元的电源模块接入外界电能经逆变模块进行高频逆变后产生高频交流电流，高频交流电流流入发送单元的第一补偿模块进行串联补偿，之后供给给发射模块，产生高频交变的磁场，发射电磁能；

接收单元的拾取模块经耦合媒介以松耦合方式通过电磁感应拾取电磁能，在磁场中产生电动势，经第二补偿模块完成串联补偿后，输入变换单元，经过整流滤波模块和功率变换模块，完成整流滤波以及稳压调节功率变换，输出给用电单元，在切换模块调节下，直接供给于电动汽车相匹配的电池充电器进行电池组充电或供给于电机控制器进行电机供电。

上述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其中，所述耦合媒介包括空气、水、油介质。

上述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其中，述电源模块包括交流输出单元和直流输出单元，且在交流输出单元与逆变模块之间还设置有整流滤波单元。

上述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其中，所述控制单元包括显示模块和操作模块。

上述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其中，所述用电单元包括负载模块和切换模块，所述负载模块包括电机、控制器、电池和充电器。

上述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其中，所述检测保护单元包括：

电源监控模块，所述电源监控模块与所述电源模块相连，用于采集所述电源模块输出的电能是否异常并进行控制；

电压监控模块，用于采集逆变模块和功率变换模块的输出电压是否异常并进行控制；

电流监控模块，用于采集逆变模块和功率变换模块的输出电流是否异常并进行控制；

温度监控模块，用于采集发射模块、拾取模块、电池以及电机的温度是否异常并进行控制；

电机监控模块，用于采集电机运行状况信息是否异常并进行控制；

电池监控模块，用于采集电池组电量存储状况、电池充供电运行性能以及发热温度信息是否异常并进行控制。

上述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其中，电源监控模块、电压监控模块、电流监控模块、温度监控模块、电机监控模块、电池监控模块采集到的数据均传输到控制单元。

本实用新型具有如下技术优点：

1、解决电池续航里程短、充电时间较长、充电方式安全性低等问题，实现电动汽车随时随地享受无线充供电；采用单元式、模块化结构设计，将系统细分化，易于监测和控制，使系统各部分在独立工作的条件下，相互协调。系统进行各主要模块运行状况进行监测和控制，实现模块自我保护，确保系统安全、高效运行，安全性高、监测和保护范围广；

2、解决接入电源的局限性，对系统输入外界电源具有选择性、识别性，自动进行监测和切换；

3、实现电能传输功能多样化，不仅可以对电动汽车电池组进行无线充电，还可以对电机进行无线供电，

4、根据电动汽车状况，可以自动监控，并切换充供电模式，确保电动汽车电量充足，实现长途行驶。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为本实用新型提供的一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统的原理框图；

图2为接入电源自动监控原理程序流程图；

图3为变换单元电路拓扑结构图；

图4为无线充供电模式自动切换原理程序流程图；

图5为无线充供电模式自动切换原理子程序流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本实用新型的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

本实用新型针对电动汽车的电池续航里程短、充电时间较长、充电方式安全性低等缺陷，本实用新型提供了一种无线充供电系统，实现电动汽车不受气候条件或其他因素的影响，可以随时随地享受无线充供电，保持电池电量充足，延长行驶路程和时间；省去拔插接头的麻烦和危险，提高安全性；

本实用新型针对电动汽车无线电能传输系统供电电源无选择性等缺陷，本实用新型提供一种自动监控输入外界电源设计，解决接入电源局限，实现在交流或直流电源下自动监测和切换，对系统进行供电；

本实用新型针对电动汽车无线电能传输系统的充电功能单一、充电模式局限等缺陷，本实用新型提供的系统具备对电动汽车电池组进行无线充电和对电机进行无线供电的功能，提供了功率变换电路结构图；提供了充供电模式自动切换工作原理，在静止无线充电的基础上辅以动态无线充电，消除人们对电动汽车的忧虑，实现电动汽车的无线充电和无线供电，改变电动汽车的发展现状；

本实用新型针对电动汽车无线电能传输系统安全性低、监测和保护范围小等缺陷，本实用新型提供了一种单元式、模块化的结构，由供电单元、发送单元、接收单元、用电单元、检测保护单元和控制单元组成，含电源模块、逆变模块、补偿模块、发射模块、拾取模块、补偿模块、切换模块和负载模块，进行电源、电压、电流、温度、电机和电池等模块的监测和控制，实现模块自我保护，确保系统安全、高效运行。

为了实现上述技术方案，本实用新型提供了一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，参照图1至图5所示，该系统由供电单元、发送单元、接收单元、变换单元、用电单元、检测保护单元和控制单元组成，所述供电单元具有电源模块和逆变模块，所述发送单元具有第一补偿模块（即图示补偿模块1）和发射模块，所述接收单元具有拾取模块和第二补偿模块（即图示补偿模块2），所述变换单元整流滤波模块和功率变换模块。

下面请参照图1所示的原理框图，就本实用新型提供的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统工作原理进行进一步的描述：

供电单元的电源模块接入外界电能经逆变模块进行高频逆变后产生高频交流电流，高频交流电流流入发送单元的第一补偿模块进行串联补偿，之后供给给发射模块，产生高频交变的磁场，发射电磁能；接收单元的拾取模块经耦合媒介以松耦合方式通过电磁感应拾取电磁能，在磁场中产生电动势，经第二补偿模块完成串联补偿后，输入变换单元，经过整流滤波模块和功率变换模块，完成整流滤波以及稳压调节功率变换，输出给用电单元，在切换模块调节下，直接供给于电动汽车相匹配的电池充电器进行电池组充电或供给于电机控制器进行电机供电；期间，检测保护单元对系统进行实时监控和保护，操作人员通过控制单元实现对电动汽车的操作。

结合图2示出的程序流程图，就接入电源自动监控原理进行进一步的描述：

首先接入外界电源的电源模块，在电源监控模块下，自动检测并接入电源，首先判断电能是否稳定，若电源不稳定，K1与K2均断开，系统自我保护进行输入闭锁。若稳定，再判断电能类型，若为交流电源， K1闭合，进行整流滤波，再流入逆变模块；若为直流电源，K2闭合，直接进入逆变模块。并将相关信号发送至显示模块，进行显示供电“交流”、“直流”或报警提示，供操作人员参考。

图3示出的变换单元电路拓扑结构图，图4、5分别为无线充供电模式自动切换原理程序流程图和子程序流程图，结合图3至图5对本系统无线充供电模式设计进行进一步的描述：为实现系统的电机供电和电池组充电功能，本实用新型实用新型的变换单元设计了具有升降压功能和主开关管自动断路保护功能的功率变换模块。根据充供电需求，改变开关管驱动电路输出信号控制开关管G1、G2的导通和关断。供电模式时，S1、S2断开， G1导通，工作在高频开关状态，G2关断，系统可以对电机进行供电；充电模式时，S1、S2闭合， G2导通，工作在高频开关状态，G1关断，系统可以对电池组进行充电。另外，整流滤波模块电路中增加串联热敏电阻，抑制浪涌电流，改善电流输出质量，功率变换模块电路中增加缓冲电路，抑制尖峰电压，改善电压输出质量。如图3所示，为变换单元电路拓扑结构图。

从本质上可以将电动汽车无线充供电形式分为电池组无线充电和电机无线供电。根据电动汽车的电池组存储电量和驾驶运行状况，用电单元可以在检测保护单元的监控下，自动进行模式切换，或在控制单元调节下，根据驾驶人需要进行模式切换。为实现自动监控切换和人工操作，在切换模块中加入三个可控的投切开关对电路进行切换，通过控制开关的切换，可以实现根据五种充供电工作模式。具体五种工作模式情况如下：

模式1：断开K4、K5，开通K3，为电动汽车静止时，切换至对电池组进行无线充电模式；

模式2：断开K3、K4，开通K5，为电动汽车运动时，切换至对电机进行无线供电模式；

模式3：断开K3、K5，开通K4，为电动汽车运动时，切换至对电池组不进行无线充电，且采用电池组电能进行供电模式；

模式4：断开K5，开通K3、K4，为电动汽车运动时，切换至对电池组进行无线充电，且采用电池组电能进行供电模式；

模式5：断开K4，开通K3、K5，为电动汽车运动时，切换至对电池组进行无线充电，并对电机进行无线供电模式。

为实现系统的电机供电和电池组充电模式自动切换，在控制单元和检测保护单元配合下，系统自动监控外界接入电能、电机运行状态以及电池组电量存储状态，根据外界是否有电能输入（若是，输出“I”；反之，输出“i”）、电机是否运行（若是，输出“R”；反之，输出“r”）、电池电量是否低于设定值（若是，输出“B”；反之，输出“b”），并做出相应判断，输出相应数值组合，进行相关模式切换，并将相关信号传输到显示模块，显示充供电模式：若为IrB，切换至模式1，显示“静止：无线充电”；若为IRb，切换至模式2，显示“运动：无线供电”；若为iRB/iRb，切换至模式3，显示“运动：电池供电”；若为IRB，（默认）切换至模式5，显示“运动：无线充电、无线供电”，或（人工操作）切换至模式4“运动：无线充电、电池供电”；若为Irb/irb/irB，则电动汽车为停车静止，供驾驶人参考，进行相应操作。

在本实用新型一可选的实施例中，接收单元的拾取模块经空气、水、油等耦合媒介以松耦合方式通过电磁感应拾取电磁能。

在本实用新型一可选的实施例中，所述电源模块包括交流输出单元和直流输出单元，且在交流输出单元与逆变模块之间还设置有整流滤波单元。

在本实用新型一可选的实施例中，所述控制单元包括显示单元和操作单元。

在本实用新型一可选的实施例中，所述用电单元包括负载模块和切换模块，所述负载模块包括电机、控制器、电池和充电器。

在本实用新型一可选的实施例中，所述检测保护单元包括：电源监控模块，所述电源监控模块与所述电源模块相连，用于采集所述电源模块输出的电能是否异常并进行控制；电压监控模块，用于采集逆变模块和功率变换模块的输出电压是否异常并进行控制；电流监控模块，用于采集逆变模块和功率变换模块的输出电流是否异常并进行控制；温度监控模块，用于采集发射模块、拾取模块、电池以及电机的温度是否异常并进行控制；电机监控模块，用于采集电机运行状况信息是否异常并进行控制；电池监控模块，用于采集电池组电量存储状况、电池充供电运行性能以及发热温度信息是否异常并进行控制。

在本实用新型一可选的实施例中，电源监控模块、电压监控模块、电流监控模块、温度监控模块、电机监控模块、电池监控模块采集到的数据均传输到控制单元。

请继续参照图1，对检测保护单元中各模块的监控保护原理进行说明：

温度监控保护：在发射模块、拾取模块、电池组以及电机分别内置温度采集器，当电动汽车启动后，温度采集器运行，实时采集相关模块温度信息，并传送至温度监控模块，检测保护单元进行信息处理，若相关模块温度正常，在设定标准范围内波动，在控制单元显示“正常”；若缓慢升温，温度稍高，在设定标准范围之外，在控制单元显示“异常”提醒，由操作人员处理；若温度骤变，相对设定范围较高，自动启动相关模块内的自动保护闭锁设置，系统进行自我保护关闭，在控制单元进行“报警”提醒。

电压监控保护：在逆变模块和功率变换模块之后分别安装电压采集器，采集相应模块输出电压。当电动汽车启动后，电压采集器运行，实时采集相关模块电压信号，并传送至电压监控模块，检测保护单元进行信息处理，若相关模块电压正常，在设定标准范围内波动，在控制单元实时显示电压数值；若相关模块电压异常，在设定标准范围之外，在控制单元显示“异常”提醒，由操作人员处理；若电压骤变，相对设定范围较高，自动启动相关模块内的自动保护闭锁设置，系统进行自我保护关闭，在控制单元进行“报警”提醒。

电流监控保护：在逆变模块和功率变换模块之后分别安装电流采集器，采集相应模块输出电流。当电动汽车启动后，电流采集器运行，实时采集相关模块电流信号，并传送至电流监控模块，检测保护单元进行信息处理，若相关模块电流正常，在设定标准范围内波动，在控制单元实时显示电流数值；若相关模块电流异常，在设定标准范围之外，在控制单元显示“异常”提醒，由操作人员处理；若电流骤变，相对设定范围较高，自动启动相关模块内的自动保护闭锁设置，系统进行自我保护关闭，在控制单元进行“报警”提醒。

电池组监控保护：在电池组上内置信息采集器，收集电池组电量存储状况、电池充供电运行性能以及发热温度等信息，当电动汽车启动后，采集器运行，实时采集电池组信息，并传送至电池监控模块，检测保护单元进行信息处理，若电池运行正常，在设定标准范围内波动，在控制单元显示“正常”；若电池运行异常，自动启动电池组的自动保护闭锁设置，系统进行自我保护关闭，在控制单元进行“报警”提醒，由操作人员处理。

电机监控保护：在电机上内置信息采集器，收集电机运行状况信息，当电动汽车启动后，采集器运行，实时采集电机信息，并传送至电机监控模块，检测保护单元进行信息处理，若电机运行正常，在控制单元显示“正常”和“转速”；若电机运行异常，自动启动电机的自动保护闭锁设置，系统进行自我保护关闭，在控制单元进行“报警”提醒，由操作人员处理。

本实用新型提供的是一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，具有如下技术优点：

1、解决电池续航里程短、充电时间较长、充电方式安全性低等问题，实现电动汽车随时随地享受无线充供电；采用单元式、模块化结构设计，将系统细分化，易于监测和控制，使系统各部分在独立工作的条件下，相互协调。系统进行各主要模块运行状况进行监测和控制，实现模块自我保护，确保系统安全、高效运行，安全性高、监测和保护范围广；

2、解决接入电源的局限性，对系统输入外界电源具有选择性、识别性，自动进行监测和切换；

3、实现电能传输功能多样化，不仅可以对电动汽车电池组进行无线充电，还可以对电机进行无线供电，

4、根据电动汽车状况，可以自动监控，并切换充供电模式，确保电动汽车电量充足，实现长途行驶。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其特征在于，由供电单元、发送单元、接收单元、变换单元、用电单元、检测保护单元和控制单元组成，所述供电单元具有电源模块和逆变模块，所述发送单元具有第一补偿模块和发射模块，所述接收单元具有拾取模块和第二补偿模块，所述变换单元具有整流滤波模块和功率变换模块，

其中，供电单元的电源模块接入外界电能经逆变模块进行高频逆变后产生高频交流电流，高频交流电流流入发送单元的第一补偿模块进行串联补偿，之后供给给发射模块，产生高频交变的磁场，发射电磁能；

接收单元的拾取模块经耦合媒介以松耦合方式通过电磁感应拾取电磁能，在磁场中产生电动势，经第二补偿模块完成串联补偿后，输入变换单元，经过整流滤波模块和功率变换模块，完成整流滤波以及稳压调节功率变换，输出给用电单元进行供电。

2.如权利要求1所述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其特征在于，所述耦合媒介包括空气、水、油介质。

3.如权利要求1所述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其特征在于，所述电源模块包括交流输出单元和直流输出单元，且在交流输出单元与逆变模块之间还设置有整流滤波单元。

4.如权利要求1所述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其特征在于，所述控制单元包括显示模块和操作模块。

5.如权利要求1所述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其特征在于，所述用电单元包括负载模块和切换模块，所述负载模块包括电机和控制器、电池和充电器。

6.如权利要求1所述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其特征在于，所述检测保护单元包括：

电源监控模块，所述电源监控模块与所述电源模块相连，用于采集所述电源模块输出的电能是否异常并进行控制；

电压监控模块，用于采集逆变模块和功率变换模块的输出电压是否异常并进行控制；

电流监控模块，用于采集逆变模块和功率变换模块的输出电流是否异常并进行控制；

温度监控模块，用于采集发射模块、拾取模块、电池以及电机的温度是否异常并进行控制；

电机监控模块，用于采集电机运行状况信息是否异常并进行控制；

电池监控模块，用于采集电池组电量存储状况、电池充供电运行性能以及发热温度信息是否异常并进行控制。

7.如权利要求4或6任意一所述的自动监控与切换的电动汽车无线充供电系统，其特征在于，电源监控模块、电压监控模块、电流监控模块、温度监控模块、电机监控模块、电池监控模块采集到的数据均传输到控制单元。