CN208401604U - 一种电动汽车的动态无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电动汽车的动态无线充电装置，由安装在路面上的发射端和安装在电动汽车上的接收端组成；发射端包括能源供电电路、输出电流调节电路、位置检测电路、微处理器、电能传输控制电路、以及多组发射单元组成；接收端包括接收线圈和整流稳压模块。本实用新型采用磁耦合谐振无线电能传输技术，使得车辆无需行程到专用充电站进行停车充电，而只要正常行驶在铺设有发射线圈的路面上即可实现对移动的电动汽车进行动态无线充电。充电过程中，通过GPS定位确定电动汽车所处位置，让每个时刻只有与电动汽车上的接收线圈正下方的那个发射线圈通电，从而提高了无线充电效率，保证电动汽车动态充电的稳定性。

Description

一种电动汽车的动态无线充电装置

技术领域

本实用新型涉及无线能量传输技术领域，具体涉及一种电动汽车的动态无线充电装置。

背景技术

近年来，随着传统汽车的发展，全球气候变暖、空气污染及石化能源储量下降等问题日益严重，人们开始寻求解决此问题的有效方法，因电动汽车在节能减排和替代方面具有显著优势，大力研究电动汽车相关技术和应用，促进产业发展已成为发达国家和相关企业关注的重点之一。

目前电动汽车均采用有线静态充电方式，即需要用户将车开到指定安装有专用充电桩的区域，并通过将电动汽车的电源插头接到各个充电桩才能够完成充电。然而由于传统静态有线充电方式需要将电动汽车行驶到专用充电站内进行停车充电，因而在实际使用过程在存在以下不足：首先，电动汽车行驶到电站的距离所产生的空驶里程既会造成电能浪费问题，也会在一定程度上降低电池的续航里程和耽误驾驶员的时间。其次，需要长时间将车停在充电站才能完成充电，这不仅需要专门开辟一片固定的区域即充电站来供电动汽车停车充电，从而造成土地资源的浪费，而且耽误电动车的使用，浪费驾驶员的时间。

实用新型内容

本实用新型针对现有电动车静态有线充电方式需要停在专用充电站才能完成充电的问题，提供一种电动汽车的动态无线充电装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种电动汽车的动态无线充电装置，由安装在路面上的发射端和安装在电动汽车上的接收端组成；上述发射端包括能源供电电路、输出电流调节电路、位置检测电路、微处理器、电能传输控制电路、以及多组发射单元组成；每组的发射单元各由电控开关、频率跟踪电路和发射线圈组成；能源供电电路的电源输入端与市电相连，能源供电电路的电源输出端分为两路，一路连接输出电流调节电路的电源输入端，另一路连接电能传输控制电路的电源输入端；电流调节电路的电源输出端分别连接位置检测电路和微处理器的电源输入端；电能传输控制电路的电源输出端与每组发射单元的电控开关的电源输入端连接；每组发射单元的电控开关的电源输出端连接同组频率跟踪电路的电源输入端，同组频率跟踪电路的电源输出端连接同组发射线圈的电源输入端；所有发射线圈铺设在地面上，并沿电动汽车行驶方向依次排列；检测电路通信连接微处理器的信号输入端，微处理器的信号输出端同时连接每组发射单元的电控开关的控制端；上述接收端包括接收线圈和整流稳压模块；接收线圈安装在电动汽车的底部，接收线圈的电源输出端连接整流稳压模块的电源输入端，整流稳压模块的电源输出端连接电动汽车上的车载储能电池；车载储能电池为电动汽车上的车载GPS定位系统供电，车载GPS定位系统与位置检测电路通信。

上述方案中，发射线圈和接收线圈均为多匝平面螺旋线圈。

上述方案中，发射线圈和接收线圈的几何尺寸一致。

上述方案中，每2个相邻发射线圈之间的距离小于接收线圈的直径。

上述方案中，电控开关为IGBT功率开关。

上述方案中，能源供电电路的电源输入端还进一步与太阳能电池板连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、采用磁耦合谐振无线电能传输技术，使得车辆无需行程到专用充电站进行停车充电，而只要正常行驶在铺设有发射线圈的路面上即可实现对移动的电动汽车进行动态无线充电。

2、充电过程中，通过GPS定位确定电动汽车所处位置，让每个时刻只有与电动汽车上的接收线圈正下方的那个发射线圈通电，从而提高了无线充电效率，保证电动汽车动态充电的稳定性。

3、无线动态充电方式避免了传统有线静态充电方式所存在的弊端，可克服传统电动汽车续航距离短的问题，节省了电动汽车前往充电桩充电往返的空驶里程消耗额外的电能。

4、解决电动汽车在充电桩的充电时间久的问题，且在充电过程中不需要人工进行操作，提高了充电的便捷性与充电效率。

附图说明

图1为一种电动汽车的动态无线充电装置的原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参见图1，一种电动汽车的动态无线充电装置，由安装在路面上的发射端和安装在电动汽车上的接收端组成。上述发射端包括能源供电电路、输出电流调节电路、位置检测电路、微处理器、电能传输控制电路、以及多组发射单元组成；每组的发射单元各由电控开关、频率跟踪电路和发射线圈组成。上述接收端包括接收线圈和整流稳压模块。

发射线圈和接收线圈作为发射端和接收端能量传输的关键部件，通过磁耦合谐振方式实现无线电能传输，发射线圈铺设在地面上为初级线圈，接收线圈安装在电动汽车的底部为次级线圈。在本实用新型中，发射线圈和接收线圈均为多匝平面螺旋线圈，其线圈所缠绕的形状由具体设计需求所决定，其可以为圆形平面螺旋线圈、矩形平面螺旋线圈甚至是其他形状的线圈。考虑到圆形平面螺旋线圈具有更可靠的耦合谐振效果，在本实用新型优选实施例中，发射线圈和接收线圈均为圆形平面螺旋线圈，且发射线圈和接收线圈的大小、尺寸和形状均完全相同。所有发射线圈沿电动汽车行驶方向依次排列铺设在地面上。发射线圈有序平行排布方式保证了在线圈交界处的此处环境与非交界处的磁场环境相近。为了能够保证无线充电的有效性，需要保证充电路段上铺设的发射线圈的排布数量，即所有发射线圈其总铺设长度需要长达数公里或数十公里，才能满足电动汽车充电的需求。此外，由于发射线圈采用的是单个开启的方式，因此实现无间断充电，所有发射线圈采用间隔铺设的方式，且每2个相邻发射线圈之间的距离小于接收线圈的直径。

能源供电电路的电源输入端与市电相连，或同时与市电和太阳能电池板连接。能源供电电路的电源输出端分为两路，一路连接输出电流调节电路的电源输入端，另一路连接电能传输控制电路的电源输入端。电流调节电路的电源输出端分别连接位置检测电路和微处理器的电源输入端。电能传输控制电路的电源输出端与每组发射单元的电控开关的电源输入端连接。每组发射单元的电控开关的电源输出端连接同组频率跟踪电路的电源输入端，同组频率跟踪电路的电源输出端连接同组发射线圈的电源输入端。

检测电路通信连接微处理器的信号输入端，微处理器的信号输出端同时连接每组发射单元的电控开关的控制端。为了能够保证发射单元的快速的开启，所述电控开关采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率开关。接收线圈的电源输出端连接整流稳压模块的电源输入端，整流稳压模块的电源输出端连接电动汽车上的车载储能电池。车载储能电池为电动汽车上的车载GPS定位系统供电，车载GPS定位系统与位置检测电路通信。

能源供电电路将市电或太阳能电池板所提供的电源接入到充电装置的发射端。能源供电电路输出的电能分为两路进行供电，一路直接通过电能传输控制电路把市电50Hz频率增高到线圈谐振的频率，为各个发射单元供电，另一路经由电流调节电路降压后，为位置检测电路和微处理器供电。当铺设有发射线圈的充电路段上没有电动车驶入时，所有发射单元的电控开关关闭，所有发射单元的发射线圈不通电。

当电动汽车驶入到铺设有发射线圈的充电路段上时，车载GPS定位系统向位置检测电路发出电动汽车所处位置信息。位置检测电路在确定了电动汽车的位置后，发出信号到对应位置上的发射单元，控制发射单元的电控开关开启。此时，该组发射单元通过的发射线圈通电。在发射线圈与电能传输控制电路导通的过程中，频率跟踪电路通过锁相技术将工作频率锁定在与控制信号频率同频，从而得到相应恒定的功率。通电的发射线圈与电动汽车上的接收线圈发生耦合谐振，通过磁耦合谐振无线能量传输的方式实现电能的无线传输，让接收线圈获得电能，该电能通过整流稳压模块处理后即将接收能量整流稳压成恒等的直流电后送入到车载储能电池中，由车载储能电池为电动汽车的各个用电装置供电。

发射端的位置检测电路与车载GPS定位系统通信，能够接收到车体GPS定位系统发射的信号，感测车辆的接近后，功率控制电路开启该段发射单元。由于每个时刻只有单个发射线圈通电，提高了无线充电效率，保证电动汽车动态充电的稳定性，减少了电缆中的功率损耗。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车的动态无线充电装置，其特征是，由安装在路面上的发射端和安装在电动汽车上的接收端组成；

上述发射端包括能源供电电路、输出电流调节电路、位置检测电路、微处理器、电能传输控制电路、以及多组发射单元组成；每组的发射单元各由电控开关、频率跟踪电路和发射线圈组成；能源供电电路的电源输入端与市电相连，能源供电电路的电源输出端分为两路，一路连接输出电流调节电路的电源输入端，另一路连接电能传输控制电路的电源输入端；电流调节电路的电源输出端分别连接位置检测电路和微处理器的电源输入端；电能传输控制电路的电源输出端与每组发射单元的电控开关的电源输入端连接；每组发射单元的电控开关的电源输出端连接同组频率跟踪电路的电源输入端，同组频率跟踪电路的电源输出端连接同组发射线圈的电源输入端；所有发射线圈铺设在地面上，并沿电动汽车行驶方向依次排列；检测电路通信连接微处理器的信号输入端，微处理器的信号输出端同时连接每组发射单元的电控开关的控制端；

上述接收端包括接收线圈和整流稳压模块；接收线圈安装在电动汽车的底部，接收线圈的电源输出端连接整流稳压模块的电源输入端，整流稳压模块的电源输出端连接电动汽车上的车载储能电池；车载储能电池为电动汽车上的车载GPS定位系统供电，车载GPS定位系统与位置检测电路通信。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动态无线充电装置，其特征是，发射线圈和接收线圈均为多匝平面螺旋线圈。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车的动态无线充电装置，其特征是，发射线圈和接收线圈的几何尺寸一致。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动态无线充电装置，其特征是，每2个相邻发射线圈之间的距离小于接收线圈的直径。

5.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车的动态无线充电装置，其特征是，电控开关为IGBT功率开关。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车的动态无线充电装置，其特征是，能源供电电路的电源输入端还进一步与太阳能电池板连接。