CN210852085U - 无线充电装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出一种无线充电装置及系统，属于电动车辆无线充电领域。无线充电装置包括具有发射线圈的充电机器人，以及连接电网的功率变换器，所述功率变换器的输出端连接至所述发射线圈，所述功率变换器与所述充电机器人分离设置。无线充电装置包括无线充电装置。所述本实用新型中的充电机器人具有尺寸小、重量轻的优点。

Description

无线充电装置及系统
技术领域
本实用新型属于电动车辆无线充电领域，尤其涉及一种无线充电装置及系统。
背景技术
电能无线传输技术不断发展成熟，其输出功率及效率不断提高，相对于有线供电，无线供电在便利性和安全性上的优势愈发突出,因此无线充电在电动电动车辆上的应用将会是未来的必然发展潮流和趋势。
中国专利申请CN201910376052.1公开了一种电动电动车辆无线充电机器人系统。该专利中无线充电机器人的充电模块中包括有功率变换器和发射线圈，这使得无线充电机器人的尺寸和重量大大增加，针对这一问题，本专利提出一种分离式的无线充电装置，将功率变换器与发射线圈分开，无线充电机器人只安装发射线圈，从而使得无线充电机器人的尺寸和重量大大减小。
发明内容
本实用新型针对上述充电机器人尺寸和重量较大的技术问题，提出一种无线充电装置及系统，具有尺寸小、重量轻的优点。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
作为本实用新型的一个方面，提供一种无线充电装置，包括具有发射线圈的充电机器人和功率变换器，所述功率变换器设置在所述充电机器人的外部，所述功率变换器的输出端通过线缆连接至所述发射线圈。
作为优选，所述充电机器人内还设置有补偿网络，所述功率变换器的输出端通过高频利兹线连接至所述补偿网络的输入端，所述补偿网络的输出端通过高频利兹线连接至所述发射线圈。
作为优选，所述补偿网络可以为LCCL、LCL等全补偿网络拓扑。
作为优选，还包括充电坞，所述功率变换器设置于所述充电坞内。
作为优选，所述充电坞内还设置有自动卷线器，所述高频利兹线卷绕于所述自动卷线器上。
作为优选，所述充电机器人内还设置有可与所述功率变换器、电动车辆建立无线通信的通信模块，以及与所述通信模块连接的控制器，所述控制器根据所述通信模块的信号通知所述功率变换器启停，以及控制所述充电机器人移动。
作为优选，所述充电机器人上设置有滚轮，以及可驱动所述滚轮滚动的第一驱动装置，所述控制器与所述第一驱动装置连接。
作为优选，所述充电机器人上设置有与所述发射线圈连接的伸缩装置，以及可驱动所述伸缩装置伸缩运动的第二驱动装置，所述控制器与所述第二驱动装置连接。
作为本实用新型的另一方面，提供一种无线充电系统，包括上述的无线充电装置，以及电动车辆；所述电动车辆包括与所述无线充电装置匹配的无线受电装置。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
1、本实用新型将无线充电装置中功率变换器与无线充电机器人分离，即延长功率变换器与发射线圈的连接线，从而将功率变化器从充电机器人上分离，达到减轻充电机器人重量的目的，同时，由于不用承载功率变换器，可以将充电机器人的尺寸设计的足够小，相较于现有技术中功率变换器设置在充电机器人上所带来的重量大、尺寸大的问题，本实用新型具有重量轻、尺寸小的优点。
2、本实用新型通过在功率变换器和发射线圈之间增加补偿网络，使得发射线圈和补偿电路对外呈现电阻特性，通过减少流经高频利兹线以及发射线圈之间的无功电流，来达到提高系统传输效率的目的。
3、本实用新型通过将充电坞与充电机器人之间的高频利兹线用自动卷线器收放，在充电机器人移动过程中，该高频利兹线会跟着移动，有效防止了线缆打结。
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为本实用新型所提供无线充电系统的原理框图；
图2为本实用新型所提供无线充电系统的结构示意图；
图3为补偿网络的电路图；
以上各图中：1、充电机器人；11、发射线圈；13、补偿网络；2、充电坞；21、功率变换器；23、自动卷线器；24、高频利兹线；3、电动车辆；31、车端功率变换器；32、接收线圈；33、车端电池。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
现有技术中为电动车辆充电的充电机器人上载有充电模块，充电模块中功率变换器一端连接电网，一端连接发射线圈，当需要充电机器人为电动车辆充电时，充电机器人移动到电动车辆端，实现发射线圈与电动车辆上的接收线圈对准后，功率变换器将从电网取到的50HZ，200V的低频交流电转换为激励发射线圈的高频交流电，通过发射线圈向接收线圈传递能量为电动车辆充电。在现有充电机器人产品中，充电机器人的尺寸和重量都比较大。本实用新型针对此技术问题，提供以下发明构思：延长功率变换器与发射线圈之间的线缆，从而将功率变换器从充电机器人上分离，由于没有了功率变换器，可以使得充电机器人的体积和重量尽可能的小。
为了更好地理解上述技术方案，下面结合附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1-2所示，作为本实用新型的一个方面，提供一种无线充电装置，包括充电机器人1和功率变换器21，充电机器人1上设置有发射线圈11，功率变换器21的输入端连接电网，其输出端连接发射线圈11，功率变换器21与充电机器人1分离设置。可以将功率变换器21固定到充电机器人1的待机位置，同时将功率变换器21与发射线圈11两者之间的连接线延长，当需要充电机器人1为电动车辆3充电时，充电机器人1从待机位置向电动车辆3方向移动，此时，功率变换器21固定在待机位置，并不跟随充电机器人1一起移动。
本实用新型将无线充电装置中功率变换器21与充电机器人1分离，即延长功率变换器21与发射线圈1的连接线，从而将功率变化器21从充电机器人1上分离，达到减轻充电机器人1重量的目的，同时，由于不用承载功率变换器21，可以将充电机器人1的尺寸设计的足够小，相较于现有技术中功率变换器21设置的充电机器人1上所带来的重量大、尺寸大的问题，本实用新型具有重量轻、尺寸小的优点。
进一步地，在现有技术中当功率变换器21与发射线圈11位于充电机器人1侧时，连接电网与功率变换器21的电源线电压为220V，本实用新型将功率变换器21与发射线圈11分开，通过高频利兹线24连接，其上具有很高的谐振电(高达几KV)和很大的谐振励磁电流，延长的高频利兹线24使得发射线圈11内阻增大，会产生额外的损耗，降低系统传输效率，为了提高系统传输效率，本充电装置采用包括补偿电感和电容的全补偿网络，使得发射线圈11、补偿电感和电容对外呈现电阻特性。通过减少流经高频利兹线24以及发射线圈11之间的无功电流，来达到提高系统传输效率的目的。本充电装置中将原本位于功率变换器21内补偿电感和电容放到无线充电机器人1侧，这样使得高频利兹线电压降低为逆变器的输出电压(几百伏)和有功电流(远远低于存在无功部分的视在电流值)。具体地，继续参见图1所示，功率变换器21的输出端通过高频利兹线24连接至补偿网络的输入端，补偿网络的输出端通过高频利兹线24连接至发射线圈11。发射线圈11由相同规格的高频利兹线24绕制而成。其中，补偿网络涵盖可实现上述电阻特性的所有补偿网络，例如LCCL，LCL等全补偿网络拓扑，全补偿网络将功率变换器输出端之后的负载补偿为接近纯电阻特性。
图3所示为补偿网络LCCL-S的电路图，其中，高频AC代表功率变换器21的输出，补偿电感L1、电容C1、电容C2组成补偿网络13，补偿电感L1的一端连接功率变换器21的输出端，其另一端分别连接电容C1和电容C2的一端，电容C1和电容C2的另一端分别连接到发射线圈11的两端。其中副边侧的补偿网络也可以LCCL或LCL等补偿形式。
具体地，本充电装置还包括充电坞2，充电坞2内部连接配电箱，功率变换器21安装在充电坞2内，可以起到保护功率变换器21的作用。
进一步地，充电机器人1移动过程中，高频利兹线24会跟着移动，为了防止线缆打结缠绕，本充电装置在充电坞2内还设置有自动卷线器23，高频利兹线24卷绕在自动卷线器23上。
具体地，参见图1、图2所示，充电机器人1具有底盘和滚轮，底盘内设置有实现电气功能的电气板卡，该电气板卡包括控制器、通信模块和电机驱动电路等。其中，充电机器人1可以移动和旋转，通过第一驱动装置驱动滚轮旋转或移动，第一驱动装置包括第一电机驱动器和第一电机，控制器与第一电机驱动器连接，第一电机驱动器和第一电机连接，第一电机连接滚轮，控制器通过第一电机驱动器控制第一电机的运动，实现滚轮的旋转或移动。
当电动车辆3上的接收线圈32设置在车辆的底部，如图2所示，充电机器人1需要运动到车底，并将发射线圈11升起与接收线圈32对准传输电能；或者，电动车辆3上的接收线圈设置在车身侧面，电动车辆与充电机器人是侧向对准充电，充电机器人需要运动到车辆侧面，并将发射线圈11水平伸出与接收线圈对准传输电能。因而，充电机器人1内的发射线圈11还连接有伸缩装置，伸缩装置可以带动发射线圈11伸缩运动，水平方向的水平移动或者竖直方向的升降运动，此处，以发射线圈11升降运动为例进行详细说明：伸缩装置具体为线圈升降装置，由第二驱动装置驱动，第二驱动装置包括第二电机驱动器和第二电机，控制器与第二电机驱动器连接，第二电机驱动器与第二电机连接，第二电机与线圈升降装置连接，控制器通过第二电机驱动装置控制第二电机的运动，从而实现线圈升降装置的升降运动。
另外，参见图1所示，充电机器人内还设置有通信模块，该通信模块可以实现与电动车辆、功率变换器之间的无线通信，控制器与通信模块连接，可以根据通信模块的信号通知功率变换器启停，以及控制充电机器人的运动。当待充电电动车辆停在停车位后，下达充电指令，通过车端功率变换器中的通信模块传给充电机器人。充电机器人的通信模块接收到充电指令，充电机器人的控制器通知功率变换器的控制器，以某一频率启动，然后控制充电机器人向电动车辆接收线圈位置移动；充电机器人的控制器接到结束充电指令后通过通信模块通知功率变换器结束充电，随后控制发射线圈下降复位，充电机器人按照记录的行驶路线原路返回充电坞待机。
作为本实用新型的另一方面，基于上述的无线充电装置，提供一种无线充电系统，包括无线充电装置和电动车辆3，电动车辆3上设置有无线受电装置。其中，无线受电装置包括车端功率变换器31、接收线圈32和车端电池33，车端功率变换器31的输入端连接接收线圈32，车端功率变换器31的输出端连接车端电池33。当充电系统工作时，接收线圈32通过磁耦合谐振的方式，从发射线圈11拾取电能，车端功率变换器31主要作用是将接收线圈32拾取的电能进行功率变换，并给车端电池33充电，该车端功率变换器31具备充电管理功能，并且装有通信模块可以实现电动车辆3与充电机器人1之间的无线通信。
以下从充电系统的充电流程方面对本实用新型进行详细介绍：以接收线圈安装在电动车辆底盘、充电坞安装在车位中轴线为例，当待充电电动车辆停在停车位后，下达充电指令，通过车端功率变换器中的通信模块传给充电机器人。充电机器人的通信模块接收到充电指令，充电机器人的控制器通知功率变换器的控制器，以某一频率启动，然后控制机器人沿着车位中轴线向电动车辆接收线圈位置移动，直到车载侧通过通信模块发出反馈信号，按照上述流程，充电机器人的控制器接收到反馈信号，控制充电机器人分别在X、Y轴移动，实现发射线圈与接收线圈在平面上的对准。之后充电机器人的控制器根据反馈信号，控制发射线圈垂直上升，直到发射线圈与接收线圈的高度达到预定值，通过通信模块通知功率变换器开始充电。
电动车辆发出结束充电指令，按照上述流程，充电机器人的控制器接到结束充电指令后通过通信模块通知功率变换器结束充电。随后控制发射线圈下降复位，充电机器人按照记录的行驶路线原路返回充电坞待机。充电流程中的发射线圈与接收线圈的对准原理，以及发射线圈与接收线圈高度的调整参见专利CN206595776U。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种无线充电装置，其特征在于，包括具有发射线圈的充电机器人，以及连接电网的功率变换器，所述功率变换器的输出端连接至所述发射线圈，所述功率变换器与所述充电机器人分离设置。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述充电机器人内还设置有补偿网络，所述功率变换器的输出端通过高频利兹线连接至所述补偿网络的输入端，所述补偿网络的输出端连接由高频利兹线绕制的所述发射线圈。
3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，所述补偿网络可以为LCCL、LCL等全补偿网络拓扑。
4.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，还包括充电坞，所述功率变换器设置于所述充电坞内。
5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于，所述充电坞内还设置有自动卷线器，所述高频利兹线卷绕于所述自动卷线器上。
6.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述充电机器人内还设置有可与所述功率变换器、电动车辆建立无线通信的通信模块，以及与所述通信模块连接的控制器，所述控制器根据所述通信模块的信号通知所述功率变换器启停，以及控制所述充电机器人移动。
7.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于，所述充电机器人上设置有滚轮，以及可驱动所述滚轮滚动的第一驱动装置，所述控制器与所述第一驱动装置连接。
8.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于，所述充电机器人上设置有与所述发射线圈连接的伸缩装置，以及可驱动所述伸缩装置伸缩运动的第二驱动装置，所述控制器与所述第二驱动装置连接。
9.一种无线充电系统，其特征在于：包括上述权利要求1至8中任意一项所述的无线充电装置，以及电动车辆；所述电动车辆包括与所述无线充电装置匹配的无线受电装置。
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CN111806260A (zh) * 2020-07-29 2020-10-23 厦门理工学院 一种无线充电装置及无人车

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