CN206086429U - 一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车无线供电技术领域，公开了一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统。所述车辆无线充电系统包括电源储能模块、功率振荡模块、车辆识别模块、无线充电控制模块和谐振磁耦合发射模块，其中，所述车辆识别模块和所述谐振磁耦合发射模块埋设在公交站台路面中。由此可以利用谐振磁耦合无线电能传输技术，对临时停靠在公交站台路面上的车辆进行快速的静态无线充电，及时补充车辆所消耗的能量，提升续航能力。此外，通过额外配置风能太阳能综合发电系统，还可以利用风能和太阳能等清洁能源，对车辆进行补能，实现零排放、无污染和低能耗，利于节能环保。

Description

一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车无线供电技术领域，具体地，涉及一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统。

背景技术

在当今世界，发展电动汽车是节能环保和低碳经济的需求，其前景广泛被看好。但电动汽车的电池储电能量小、充电时间长、续航能力有限、充电基础设施不够完善等问题却成为电动汽车发展的重大阻碍。

按充电介质的不同，电动汽车的充电方式可分为有线充电和无线充电两种方式。传统的有线充电方式受到接口的限制，只能在同一时间为一台电动汽车充电，且充电器输出高电压，充电插头在插拔过程中存在着发热、电火花、漏电等安全隐患。

无线充电方式不存在与电网的物理连接，具有节约电线资源、更加灵活美观、更加安全可靠等优良特性，是未来电动汽车供电技术的发展趋势。电动汽车的无线充电常采用感应磁耦合式和谐振磁耦合式这两种无线充电技术。其中，感应耦合式无线供电技术通过电磁感应原理进行能量传输，但其最大缺陷就是能量传输的距离短，传输效率对距离的改变过于敏感，适合于传统加油站的充电站等应用场合。谐振磁耦合式无线供电技术是通过谐振器上电感与分布式电容发生谐振来传输能量，进而对电动汽车进行能量供应。该无线充电方式是一种较为高效的无线电能传输方式，对不同频率的物体几乎没有影响，不需要车载共振线圈和电源共振线圈完全对准，适合应用于中程无线供电和高效率场合。

与普通的小轿车相比行驶路线不定相比，公交车有其固定的线路，在公交领域使用无线充电技术有利于充电设备的安置。在实际应用中，用户将车开到指定充电区域自行充电的方式称为电动汽车静态无线供电方式。然而，这种传统的静态无线供电方式存在着充电频繁、续航里程短、电池组较为笨重等问题，并且在电动汽车在前往充电站充电时可能带来不必要的空驶里程，浪费额外的电能。而是对于电动巴士这一类的公交车辆，连续续航能力是格外重要的。

随着无线充电技术的发展，电动汽车的应用也越来越广泛。而现有的多数无线充电应用需要采用常规电源供电，虽然电动汽车能够避免消费汽油，但目前我国电力生产约80%来自于火电，电动汽车从电网充电实质上只是将燃料从汽油换成煤而已，并没有真正实现无污染、零排放。为了真正实现电动汽车零排放的目标，新能源的利用必不可少。而利用风能、太阳能对电动汽车充电是一种有效利用清洁新能源的方法。

实用新型内容

针对前述现有技术的问题，本实用新型提供了一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统,可以利用谐振磁耦合无线电能传输技术，对临时停靠在公交站台路面上的车辆进行快速的静态无线充电，及时补充车辆所消耗的能量，提升续航能力。此外，通过额外配置风能太阳能综合发电系统，还可以利用风能和太阳能等清洁能源，对车辆进行补能，实现零排放、无污染和低能耗，利于节能环保。

本实用新型采用的技术方案,提供了一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，包括电源储能模块、功率振荡模块、车辆识别模块、无线充电控制模块和谐振磁耦合发射模块，其中，所述车辆识别模块和所述谐振磁耦合发射模块埋设在公交站台路面中；所述电源储能模块通过直流母线电连接所述功率振荡模块，所述功率振荡模块依次电性串联所述谐振磁耦合发射模块中的电控开关、调谐单元和发射线圈，形成无线充电回路；所述车辆识别模块通信连接所述无线充电控制模块的启动端，所述无线充电控制模块通信连接所述电控开关的受控端。

优化的，所述车辆识别模块包括工控机和RFID读写器；所述工控机分别通信连接所述RFID读写器和所述无线充电控制模块的启动端。

优化的，所述无线充电控制模块包括控制器和无线定位单元，其中，所述控制器的使能端即为所述无线充电控制模块的启动端；所述控制器分别通信连接所述无线定位单元和各个电控开关的受控端。进一步优化的，所述无线定位单元包括红外线定位单元和/或超声波定位单元。

优化的，所述谐振磁耦合发射模块还包括通信连接所述无线充电控制模块的电流传感器，所述电流传感器设置在所述无线充电回路中。

优化的，所述电源储能模块包括蓄电池、超级电容和双向半桥电路单元，所述蓄电池和所述超级电容通过双向半桥电路单元分别电连接直流母线。进一步优化的，所述蓄电池为锂电池、镍镉电池或镍氢电池。

优化的，还包括安装在公交站台的风能太阳能综合发电系统；所述风能太阳能综合发电系统包括风力发电机、AC/DC变换单元、太阳能电池板、DC/DC变换单元和充电控制单元，其中，所述风力发电机、所述AC/DC变换单元和所述充电控制单元的第一输入端依次电性串联，所述太阳能电池板、所述DC/DC变换单元和所述充电控制单元的第二输入端依次电性串联，所述充电控制单元的输出端通过直流母线分别电连接所述电源储能模块和所述功率振荡模块。

优化的，所述发射线圈包括多层平行布置的螺旋型平面线圈，所有螺旋型平面线圈的首端相连，所有螺旋型平面线圈的尾端也相连，形成多层螺旋型平面线圈电性并联的结构。进一步优化的，所述螺旋型平面线圈采用铜线从内向外顺时针绕线，其内半圆半径和径向间距分别介于40～60mm之间。

综上，采用本实用新型所提供的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统,具有如下有益效果：（1）可以利用谐振磁耦合无线电能传输技术，对临时停靠在公交站台路面上的车辆进行快速的静态无线充电，及时补充车辆所消耗的能量，提升续航能力；（2）通过加设基于RFID技术的且针对待充电车辆的无线识别模块，可以避免普通传感器对其他车辆的误识别而可能导致的误充电，可起到准确充电的作用；（3）将发射线圈设计为多层并联结构，可以提高在单位面积内的传递能量，实现快速传能，同时充电过程无需手工操作，提高了充电便捷性与充电效率；（4）通过额外配置风能太阳能综合发电系统，还可以利用风能和太阳能等清洁能源，对车辆进行补能，实现零排放、无污染和低能耗，利于节能环保；（5）所述车辆无线充电系统还具有施工方便、防盗防损和电磁辐射影响小等特点，无有害气体排放，满足城市美化要求，市场前景广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的用于配置在公交站台的车辆无线充电系统的系统结构图。

图2是本实用新型提供的发射线圈的平面结构示意图。

图3是本实用新型提供的发射线圈的剖视结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的用于配置在公交站台的车辆无线充电系统。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

图1示出了本实用新型提供的用于配置在公交站台的车辆无线充电系统的系统结构图，图2示出了本实用新型提供的发射线圈的平面结构示意图，图3示出了本实用新型提供的发射线圈的剖视结构示意图。

本实施例提供的用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，包括电源储能模块、功率振荡模块、车辆识别模块、无线充电控制模块和谐振磁耦合发射模块，其中，所述车辆识别模块和所述谐振磁耦合发射模块埋设在公交站台路面中；所述电源储能模块通过直流母线电连接所述功率振荡模块，所述功率振荡模块依次电性串联所述谐振磁耦合发射模块中的电控开关、调谐单元和发射线圈，形成无线充电回路；所述车辆识别模块通信连接所述无线充电控制模块的启动端，所述无线充电控制模块通信连接所述电控开关的受控端。

如图1所示，在所述车辆无线充电系统的结构中，所述直流母线是储能系统（即所述电源储能模块）和负载系统（即所述功率振荡模块）两者的公共接点，以便储能系统将电能传递给负载系统。所述电源储能模块用于存储电能。所述功率振荡模块用于将来自所述电源储能模块的电能（通常为直流电能）转换为适应于所述谐振磁耦合发射模块工作的交变电流，作为举例的，在本实施例中，所述功率振荡模块输出的交变电流频率设为100kHz，该频率可依照实际需求进行调整。

所述车辆识别模块用于对待充电汽车进行身份识别，以便在确认汽车身份后，启动所述无线充电控制模块对待充电汽车进行动态无线充电。所述无线充电控制模块用于通过电控开关控制所述无线充电回路的闭合或断开，进而实现对所述谐振磁耦合发射模块的启动/停止控制。所述谐振磁耦合发射模块用于将来自所述功率振荡模块的交变电流转变为谐振磁耦合电磁波，并发射出去，以便向临近的电动汽车传输能量，实现谐振磁耦合式的无线充电，其中，所述电控开关用于在所述无线充电控制模块的控制下，实现无线充电回路的闭合或断开，其可以但不限于为继电器；所述调谐单元用于通过串联或并联电容的方式来调整所述发射线圈的谐振频率，以便所述发射线圈的工作频率与电动汽车侧接收线圈的工作频率相匹配，实现高效的谐振磁耦合式无线传能；所述发射线圈用于发射谐振磁耦合电磁波。

本实施例中的待充电汽车为具有谐振磁耦合式无线接能的车辆，其可以但不限于为电动公交车，至少包括有依次电连接的谐振磁耦合接收模块、电压变换装置和汽车侧储能模块。所述谐振磁耦合接收模块用于接收来自所述发射线圈的谐振磁耦合电磁波，并转换为感应交变电流，其包括用于接收谐振磁耦合电磁波的接收线圈和用于在接收侧调整谐振频率（也通过串联或并联电容的方式）的接收调谐单元。所述电压变化装置用于将所述感应交变电流转变为直流电流，以便在所述汽车侧储能模块进行储能。所述汽车侧储能模块用于存储电能，以便为车载负荷单元供应电能，其可以但不限于包括依次电连接的汽车侧超级电容和汽车侧蓄电池，使汽车侧储能模块可结合超级电容充电时间短和传统蓄电池能量存储大的优点，先对汽车侧超级电容进行快速充电，再由汽车侧超级电容对汽车侧蓄电池进行慢速充电，使短时充电的电动汽车进行连续工作成为可能。由此所述车辆无线充电系统的工作过程可以但不限于如下：（1）待充电汽车停靠在公交站台路面上后，先由所述车辆识别单元对该待充电汽车进行身份识别；（2）在对汽车身份确认后，启动所述无线充电控制模块；（3）由所述无线充电控制模块所述谐振磁耦合发射模块，利用谐振磁耦合式无线技术对该待充电汽车进行动态无线充电。可以利用谐振磁耦合无线电能传输技术，对临时停靠在公交站台路面上的车辆进行快速的静态无线充电（可主要针对电动公交车进行识别充电），及时补充车辆所消耗的能量，提升续航能力。

优化的，所述车辆识别模块包括工控机和RFID读写器；所述工控机分别通信连接所述RFID读写器和所述无线充电控制模块的启动端。如图1所示，所述RFID读写器用于在待充电汽车进入其磁场区域后，利用现有RFID技术（Radio Frequency Identification，射频识别技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触）对附着在待充电汽车上的RFID标签进行身份数据读取（待充电汽车的身份数据保存在该RFID标签中，该RFID标签在接收到所述RFID读写器发出的信号后，凭借感应电流所获得的能量反馈包含身份数据的射频信号，工作频率可以但不限于在2.4GHz），然后将获得的身份数据传送至所述工控机。所述工控机用于根据所述身份数据对待充电汽车的身份进行确认，并在汽车身份确认后，可以但不限于通过上电操作启动所述无线充电控制模块。如此，通过加设基于RFID技术的对待充电汽车的无线识别模块，可避免普通传感器对其他车辆的误识别而可能导致的误充电，可起到准确充电的作用。

优化的，所述无线充电控制模块包括控制器和无线定位单元，其中，所述控制器的使能端即为所述无线充电控制模块的启动端；所述控制器分别通信连接所述无线定位单元和各个电控开关的受控端。如图1所示，所述无线定位模块用于实现对待充电汽车的定位功能，获取待充电汽车在行驶状态下的当前位置数据，然后将所述当前位置数据传送至所述控制器,其可以但不限于包括红外线定位单元和/或超声波定位单元，通过它们可实现高精度的汽车定位功能。所述控制器用于根据所述当前位置数据精确地开启处于与该位置数据对应位置或在对应位置的行驶前方且间隔有一定距离（具体可以根据待充电汽车的当前行驶速度确定）的谐振磁耦合发射模块，实现精确的无线充电，保障充电效率，其可以但不限于采用型号为STM32F103系列的微控制器芯片。

优化的，所述谐振磁耦合发射模块还包括通信连接所述无线充电控制模块的电流传感器，所述电流传感器设置在所述无线充电回路中。如图1所示，所述电流传感器用于采集所述无线充电回路的即时电流数据，并将所述即时电流数据传送至所述无线充电控制模块中的控制器，以便所述控制器根据所述即时电流数据，判断所述无线充电回路是否由满载状态（此时发射线圈与汽车侧的接收线圈位置对应，进行能量传送）变为空载状态（此时发射线圈与汽车侧的接收线圈位置不对应，无能量传送），若是则及时通过电控开关切断该无线充电回路，终止电能激励，提高能量利用效率。

优化的，所述电源储能模块包括蓄电池、超级电容和双向半桥电路单元，所述蓄电池和所述超级电容通过双向半桥电路单元分别电连接直流母线。如图1所示，所述双向半桥电路单元可采用 双向半桥型的DC-DC变换器，如此可自如地在Bosst变换器和BUCK变化器之间进行转换，适应不同工作的工作要求，并保障所述电源储能模块的安全。所述蓄电池用于存储充电电流的低频成份，其可以但不限于为锂电池、镍镉电池或镍氢电池等可充电电池。所述超级电容用于存储充电电流中的高频成份。由此可使所述电源储能模块具有充电效率高的优点。

优化的，还包括安装在公交站台的风能太阳能综合发电系统；所述风能太阳能综合发电系统包括风力发电机、AC/DC变换单元、太阳能电池板、DC/DC变换单元和充电控制单元，其中，所述风力发电机、所述AC/DC变换单元和所述充电控制单元的第一输入端依次电性串联，所述太阳能电池板、所述DC/DC变换单元和所述充电控制单元的第二输入端依次电性串联，所述充电控制单元的输出端通过直流母线分别电连接所述电源储能模块和所述功率振荡模块。如图1所示，所述风力发电机用于安装在公交站台处，并实现风力发电，其产生的三相交流电通过所述AC/DC变换单元转换为可导入所述充电控制单元的直流电；所述太阳能电池板用于安装在公交站台处，用于实现太阳能发电，得到直流电，然后经过所述DC/DC变换单元转换为可导入所述充电控制单元的直流电；所述充电控制单元用于将直流电的电压钳位在所述电源储能模块和所述功率振荡模块所允许的充电电压范围内，使电能能够被存储在所述电源储能模块中，或能够被所述功率振荡模块直接应用。如此通过额外配置风能太阳能综合发电系统，还可以利用风能和太阳能等清洁能源，对车辆进行补能，实现零排放、无污染和低能耗，利于节能环保。此外，作为最大功率输出的核心控制环节，所述AC/DC变换器或所述DC/DC变换器可以应用“最大功率点跟踪”技术（MPPT，Maximum PowerPoint Tracking）进行功率跟踪控制，通过调节对应变换器的占空比实现最大功率跟踪，进而实现发电系统的最大功率输出。

优化的，所述发射线圈包括多层平行布置的螺旋型平面线圈1，所有螺旋型平面线圈1的首端101相连，所有螺旋型平面线圈1的尾端102也相连，形成多层螺旋型平面线圈电性并联的结构。如图2和3所示，所述发射线圈包括三层平行布置的螺旋型平面线圈1，通过将发射线圈设计为多层并联结构，可以提高在单位面积内的传递能量，实现快速传能，同时充电过程无需手工操作，提高了充电便捷性与充电效率。进一步优化的，所述螺旋型平面线圈1采用铜线从内向外顺时针绕线，其内半圆半径和径向间距分别介于40～60mm之间。作为举例的，在本实施例中，所述内半圆半径和所述径向间距均设置在50mm。

综上，本实施例所提供的用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，具有如下有益效果：（1）可以利用谐振磁耦合无线电能传输技术，对临时停靠在公交站台路面上的车辆进行快速的静态无线充电，及时补充车辆所消耗的能量，提升续航能力；（2）通过加设基于RFID技术的且针对待充电车辆的无线识别模块，可以避免普通传感器对其他车辆的误识别而可能导致的误充电，可起到准确充电的作用；（3）将发射线圈设计为多层并联结构，可以提高在单位面积内的传递能量，实现快速传能，同时充电过程无需手工操作，提高了充电便捷性与充电效率；（4）通过额外配置风能太阳能综合发电系统，还可以利用风能和太阳能等清洁能源，对车辆进行补能，实现零排放、无污染和低能耗，利于节能环保；（5）所述车辆无线充电系统还具有施工方便、防盗防损和电磁辐射影响小等特点，无有害气体排放，满足城市美化要求，市场前景广阔。

如上所述，可较好地实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的用于配置在公交站台的车辆无线充电系统并不需要创造性的劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，包括电源储能模块、功率振荡模块、车辆识别模块、无线充电控制模块和谐振磁耦合发射模块，其中，所述车辆识别模块和所述谐振磁耦合发射模块埋设在公交站台路面中；

所述电源储能模块通过直流母线电连接所述功率振荡模块，所述功率振荡模块依次电性串联所述谐振磁耦合发射模块中的电控开关、调谐单元和发射线圈，形成无线充电回路；

所述车辆识别模块通信连接所述无线充电控制模块的启动端，所述无线充电控制模块通信连接所述电控开关的受控端。

2.如权利要求1所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，所述车辆识别模块包括工控机和RFID读写器；

所述工控机分别通信连接所述RFID读写器和所述无线充电控制模块的启动端。

3.如权利要求1所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，所述无线充电控制模块包括控制器和无线定位单元，其中，所述控制器的使能端即为所述无线充电控制模块的启动端；

所述控制器分别通信连接所述无线定位单元和各个电控开关的受控端。

4.如权利要求3所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，所述无线定位单元包括红外线定位单元和/或超声波定位单元。

5.如权利要求1所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，所述谐振磁耦合发射模块还包括通信连接所述无线充电控制模块的电流传感器，所述电流传感器设置在所述无线充电回路中。

6.如权利要求1所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，所述电源储能模块包括蓄电池、超级电容和双向半桥电路单元，所述蓄电池和所述超级电容通过双向半桥电路单元分别电连接直流母线。

7.如权利要求1所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，还包括安装在公交站台的风能太阳能综合发电系统；

所述风能太阳能综合发电系统包括风力发电机、AC/DC变换单元、太阳能电池板、DC/DC变换单元和充电控制单元，其中，所述风力发电机、所述AC/DC变换单元和所述充电控制单元的第一输入端依次电性串联，所述太阳能电池板、所述DC/DC变换单元和所述充电控制单元的第二输入端依次电性串联，所述充电控制单元的输出端通过直流母线分别电连接所述电源储能模块和所述功率振荡模块。

8.如权利要求1所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈包括多层平行布置的螺旋型平面线圈（1），所有螺旋型平面线圈（1）的首端（101）相连，所有螺旋型平面线圈（1）的尾端（102）也相连，形成多层螺旋型平面线圈电性并联的结构。

9.如权利要求8所述的一种用于配置在公交站台的车辆无线充电系统，其特征在于，所述螺旋型平面线圈（1）采用铜线从内向外顺时针绕线，其内半圆半径和径向间距分别介于40～60mm之间。