CN217514980U - 一种适用于电动车辆的充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于电动车辆的充电系统，包括供电端和受电端；所述供电端包括交流电网、光伏站、储能电源；所述受电端包括充电电池；所述交流电网、光伏站、储能电源通过直流母线与所述充电电池通过有线连接进行传导式充电；所述供电端还设有连接在所述直流母线上的无线发射装置；所述受电端还设有与所述充电电池相连接的无线接收装置；所述无线发射装置和无线接收装置能够进行非传导式充电。本实用新型兼容有线充电（传导式充电）和无线充电（非传导式充电），以及具有多种供电能源，能够有效提高能源利用效率，无需将光伏站和储能电源的直流电转换为交流电，降低内部设备的能源浪费。

Description

一种适用于电动车辆的充电系统

技术领域

本实用新型属于充电技术领域，具体涉及一种适用于电动车辆的充电系统。

背景技术

现有的有线充电桩由于需要插枪操作，无法适用于自动驾驶和自动泊车场景下的充电。大功率无线充电根据电磁共振的原理可以显著提升传输功率，进而应用到电动车辆的无线充电。

然而不同的车辆的配置不同，部分可能没有无线充电功能， 需要提供同时具备无线充电和有线充电功能的充电设施。如图1所示，现有的直流充电电路架构， 通过传递式的充电枪连接到电动汽车上。如图2所示，现有的无线充电电路架构， 通过非传导式的耦合器连接到电动汽车上。

现有电动汽车无线充电和有线充电是两个独立的系统，都是独立接入到交流电网中的，这样每一个系统中都需要交流到直流的环节。 在一个充电位上，安装两个充电系统，造成内部设备的浪费。

另外，当无线充电的功率显著提高时，由于常规的高频逆变器直接连接到电网AC/DC的输出直流上，且输出直流电压较低，造成逆变输出电流非常大，进而需要使用导体直径特别大的导线制作高频发射线圈，不仅体积庞大，而且电能损耗严重，成为无线充电功率提升的瓶颈。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种适用于电动车辆的充电系统，兼容有线充电（传导式充电）和无线充电（非传导式充电），以及具有多种供电能源，能够有效提高能源利用效率。

为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

本实用新型提供一种适用于电动车辆的充电系统，包括供电端和受电端；

所述供电端包括交流电网、光伏站、储能电源；

所述受电端包括充电电池；

所述交流电网、光伏站、储能电源通过直流母线与所述充电电池通过有线连接进行传导式充电；

所述供电端还设有连接在所述直流母线上的无线发射装置；所述受电端还设有与所述充电电池相连接的无线接收装置；所述无线发射装置和无线接收装置能够进行非传导式充电。

以上设置的效果：本实用新型兼容有线充电（传导式充电）和无线充电（非传导式充电），以及具有多种供电能源，能够有效提高能源利用效率，无需将光伏站和储能电源的直流电转换为交流电， 降低内部设备的能源浪费。

进一步的，所述交流电网通过功率因数校正电路连接直流母线，从而将交流电转换为直流母线电压；

光伏站通过DC/DC变换器连接直流母线，从而将光伏站输出转换为直流母线电压；

储能电源通过DC/DC变换器连接直流母线，从而将储能电压转换为直流母线电压；

所述直流母线通过DC/DC变换器与充电电池进行传导式充电。

所述无线发射装置和无线接收装置分别连通直流母线和充电电池进行非传导式充电。

以上设置的效果：基于以上连接的网络，电流电，光伏站，储能电源和充电电池组成一个电能互联互通的电能流通网络，能够通过多种途径和来源对充电电池充电。

进一步的，所述功率因数校正电路为双向功率因数校正电路；

连接光伏站的DC/DC变换器是单向DC/DC变换器；

连接储能电源的DC/DC变换器是双向DC/DC变换器；

连接充电电池的DC/DC变换器是双向DC/DC变换器；

以上设置的效果：其中PFC为双向PFC,即可以将交流电转换到直流母线电压，也可以将直流母线电压转换成交流电。连接光伏站的DC/DC变换器是单向的，光伏产生的电能转换到直流母线后， 可以逆变到交流的，可以储存到储能电源，可以通过传导式或非传导式对电动车辆充电。连接储能电源的DC/DC变换器是双向的， 储能电源可以向连接到直流母线的设备供电，也可以从直流母线上的设备取电储充到储能电源里。连接电动车辆电池的传导式充电的DC/DC变换器是双向的，可以对电动车辆充电，也可以用电动车的电池对直流母线上的设备供电，充电电池可以对储能电池或电容充电，也可以通过PFC逆变 送到电网里。

进一步的，连接充电电池的非传导式充电的无线发射装置和无线接收装置是双向传输型。

以上设置的效果：对电动车辆充电时，无线发射装置将直流母线上的电能通过耦合器转换为高频交变信号（交变电场、交变电磁场、或微波等形式），无线接收装置将耦合器接收到的高频交变信号转换为直流电。当利用电动车辆电池对直流母线上的设备供电时，无线接收装置执行无线发射的功能，并且，无线发射装置执行无线接收的功能。对充电电池充电，必须从直流母线取电，充电电池对外供电，无论直流母线有没有电 都可以传输到直流母线。

进一步的，所述无线发射装置包括连接直流母线的逆变器和与所述逆变器连接的初级谐振耦合器；

所述无线接收装置包括与充电电池连接的整流器和与所述整流器连接的次级谐振耦合器；初级谐振耦合器和次级谐振耦合器能够以非接触的方式相互耦合以传输能量。

以上设置的效果：兼容有线充电和无线充电的电路结构， AC/DC变换器将交流电转换为直流电之后，分别连接到有线充电的DC/DC变换器 和无线发射装置，相较于独立的有线充电和无线充电，减少了一级AC/DC。

进一步的，所述无线发射装置还包括设置在所述初级谐振耦合器和直流母线之间的DC/DC变换器。

以上设置的效果：当受电电池的电压电流变换范围比较大时，可以在逆变器之前增加一级DC/DC变换器用来调整输出参数，也可以可以在整流器之后增加一级DC/DC变换器用来调整输出参数。

进一步的，所述无线发射装置还包括设置在所述逆变器和直流母线之间的多组级联的隔离DC/DC变换器和逆变器。

以上设置的效果：当初级谐振耦合器距离逆变器比较远时，需要使用较长的电缆进行连接， 为了降低电缆上的损耗，利用多个隔离DC/DC变换器级联逆变器来提高逆变器的输出电压。进而降低电缆上的流通电流，能够克服现有技术中逆变输出电流非常大、电能损耗严重的缺点。

进一步的，所述逆变器包括分别连接在隔离DC/DC变换器上的滤波电容和逆变桥；

所述初级谐振耦合器包括发射线圈和谐振电容。

进一步的，所述无线接收装置包括第一次级谐振耦合器、第二次级谐振耦合器、第一整流器和第二整流器；

所述第一整流器的正极与所述充电电池的正极连接，所述第二整流器的负极与所述充电电池的负极连接；

所述第一整流器的负极通过第一开关与第二整流器的正极连接，通过第三开关与充电电池的负极连接；所述第二整流器的正极通过第二开关与所述充电电池的正极连接；

当第一开关闭合，第二开关、第三开关断开时，第一整流器和第二整流器串联；

当第一开关断开，第二开关、第三开关闭合时，第一整流器和第二整流器并联。

以上设置的效果：当被充电电池的电压电流参数变换范围较大时，可以用多个通道无线接收装置的并联或串联配置，配置通过多个开关实现，当整流器1和整流器2输出需要串联到一起来提高输出电压时，第一开关导通，第二开关、第三开关断开。 当整流器1和整流器2输出需要并联到一起来提高输出电流时，第一开关断开，第二开关、第三开关导通。

进一步的，每组隔离DC/DC变换器和逆变器包括3个隔离DC/DC变换器和3个逆变器。

上述设置的效果：3个隔离DC/DC变换器和逆变器形成多级级联的三相逆变输出。

进一步的，所述第一次级谐振耦合器或第二次级谐振耦合器是三个线圈构成的三相线圈，所述第一整流器或第二整流器是包括三个半桥构成的三相整流器，每个半桥包括两个二极管或开关管；

谐振耦合器与整流器之间通过谐振电容连接。

进一步的，所述储能电源为蓄电池、锂电池或超级电容。

进一步的，所述充电系统还包括通过AC/DC变换器连接在直流母线的风力发电站。风力发电的输出是交流，所以是AC/DC变换器

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

通过将多个能量源、电池、设备等互联互通，可以有效的利用光伏等清洁能源，也可以有效的降低用电高峰时电网的用电负荷，提高能源利用率，降低能力传输损耗。

附图说明

图1是现有技术有线充电的结构示意图；

图2是现有技术无线充电的结构示意图；

图3是本实用新型的整体结构示意图；

图4是本实用新型的第一种结构示意图；

图5是本实用新型的第二种结构示意图；

图6是本实用新型的第三种结构示意图；

图7是本实用新型的无线充电结构示意图；

图8是本实用新型的无线发射装置结构示意图；

图9是本实用新型的多个隔离DC/DC变换器分别输出给多个全桥逆变器级联的三相输出的电路图；

图10是本实用新型的无线接收装置结构示意图；

图11是本实用新型的无线充电电路图。

图中：L1、发射线圈； C1、谐振电容；1、逆变桥；2、滤波电容；QC1、第一开关；QC2 、第二开关；QC3、第三开关。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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施例和简化描述，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施例的限制。

实施例一：

本实施例提供本实用新型提供一种适用于电动车辆的充电系统，包括供电端和受电端；

所述供电端包括交流电网、光伏站、储能电源；

所述受电端包括充电电池；本实施例以电动汽车的电池为例；

所述交流电网、光伏、储能电源通过直流母线与所述充电电池通过有线连接进行传导式充电；

所述供电端还设有连接在所述直流母线上的无线发射装置；所述受电端还设有与所述充电电池相连接的无线接收装置；所述无线发射装置和无线接收装置能够进行非传导式充电。

所述储能电源可以是蓄电池，也可以是超级电容等储能装置。

如图3所示，所述交流电网通过功率因数校正电路连接直流母线，从而将交流电转换为直流母线电压V1；

光伏站通过DC/DC变换器连接直流母线，从而将光伏站输出转换为直流母线电压V1；

储能电源通过DC/DC变换器连接直流母线。从而将储能电压转换为直流母线电压V1；

直流母线通过DC/DC变换器与充电电池进行传导式充电，由DC/DC变换器将直流母线电压V1转换为充电电池所需要的电压电流。

非传导式充电由无线发射装置和无线接收装置将直流母线电压V1转换为电池充电所需要的电压电流。

基于以上连接的网络，电流电，光伏站，储能电源和电动车辆组成一个电能互联互通的电能流通网络，

其中PFC为双向PFC,即可以将交流电转换到直流母线电压，也可以将直流母线电压转换成交流电。PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。 基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数，低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。其具有AC/DC变换器的功能。

连接光伏站的DC/DC变换器是单向的，光伏产生的电能转换到直流母线后， 可以逆变到交流的，可以储存到储能电源，可以通过传导式或非传导式对电动车辆充电。DC/DC变换器是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器。

连接储能电源的DC/DC变换器是双向的， 储能电源可以向连接到直流母线的设备供电，也可以从直流母线上的设备取电储充到储能电源里。

连接电动车辆电池的传导式充电的DC/DC变换器是双向的，可以对电动车辆充电，也可以用电动车的电池对直流母线上的设备供电，充电电池可以对储能电池或电容充电，也可以通过PFC逆变 送到电网里。

连接电动车辆的电池的非传导式充电的无线发射装置和无线接收装置是双向的，对电动车辆充电时，无线发射装置将直流母线上的电能通过耦合器转换为高频交变信号（交变电场、交变电磁场、或微波等形式），无线接收装置将耦合器接收到的高频交变信号转换为直流电。当利用电动车辆电池对直流母线上的设备供电时，无线接收装置执行无线发射的功能，并且，无线发射装置执行无线接收的功能。对汽车充电电池充电，必须从直流母线取电，汽车充电电池对外供电，无论直流母线有没有电都可以传输到直流母线。

另外，也可以把风力发电的输出等其他形式的能量源通过DC/DC变换器连接在直流母线上。

如图4所示，所述无线发射装置包括连接直流母线的逆变器和与所述逆变器连接的初级谐振耦合器；

所述无线接收装置包括与充电电池连接的整流器和与所述整流器连接的次级谐振耦合器；初级谐振耦合器和次级谐振耦合器能够以非接触的方式相互耦合以传输能量。

兼容有线充电和无线充电的电路结构， AC/DC变换器将交流电转换为直流电之后，分别连接到有线充电的DC/DC变换器 和无线发射装置，相较于独立的有线充电和无线充电，减少了一级AC/DC。

优选的，如图5所示，所述无线发射装置还包括设置在所述逆变器和直流母线之间的DC/DC变换器。

当受电电池的电压电流变换范围比较大时，可以在逆变器之前增加一级DC/DC变换器用来调整输出参数，也可以可以在整流器之后增加一级DC/DC变换器用来调整输出参数。

优选地，如图6所示，所述无线发射装置还包括设置在所述逆变器和直流母线之间的多个并联的隔离DC/DC变换器。

当初级的谐振耦合器距离逆变器比较远时，需要使用较长的电缆进行连接， 为了降低电缆上的损耗，利用多个隔离DC/DC变换器级联逆变器来提高逆变器的输出电压。进而降低电缆上的流通电流。

如图7所示，两个隔离DC/DC变换器分别输出给两个全桥逆变器级联的电路图。其中，图8为无线发射装置的结构，图中包括:发射线圈L1、谐振电容C1、逆变桥1、滤波电容2；

多个隔离DC/DC变换器分别输出给多个全桥逆变器级联的三相输出的电路图如图9所示，隔离DC/DC变换器 可以以3的倍数上下串联，顶端的三个隔离DC/DC变换器级联在一起，形成三相电流，多组DC/DC变换器可以有效降低电流的强度，适应于不同功率的无线充电装置，降低电缆上的损耗。

具体的，如图10所示，所述无线接收装置包括第一次级谐振耦合器、第二次级谐振耦合器、第一整流器和第二整流器；

所述第一整流器的正极与所述充电电池的正极连接，所述第二整流器的负极与所述充电电池的负极连接；

所述第一整流器的负极通过第一开关QC1与第二整流器的正极连接，通过第三开关QC3与充电电池的负极连接；所述第二整流器的正极通过第二开关QC2 与所述充电电池的正极连接；

当第一开关QC1闭合，第二开关QC2 、第三开关QC3断开时，第一整流器和第二整流器串联；

当第一开关QC1断开，第二开关QC2 、第三开关QC3闭合时，第一整流器和第二整流器并联。

当被充电电池的电压电流参数变换范围较大时，可以用多个通道无线接收装置的并联或串联配置，配置通过多个开关实现，当整流器1和整流器2输出需要串联到一起来提高输出电压时，QC1导通，QC2、QC3断开。 当整流器1和整流器2输出需要并联到一起来提高输出电流时，QC1断开，QC2、QC3导通。

隔离DC/DC变换器 可以以3的倍数上下串联。 如图11，图中：多级级联的三相逆变输出，三相电磁线圈和三相谐振网络，二极管可以由开关管替代，作为主动整流。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，包括供电端和受电端；

所述供电端包括交流电网、光伏站、储能电源；

所述受电端包括充电电池；

所述交流电网、光伏站、储能电源通过直流母线与所述充电电池通过有线连接进行传导式充电；

所述供电端还设有连接在所述直流母线上的无线发射装置；所述受电端还设有与所述充电电池相连接的无线接收装置；所述无线发射装置和无线接收装置能够进行非传导式充电。

2.根据权利要求1所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述交流电网通过功率因数校正电路连接直流母线，从而将交流电转换为直流母线电压；

光伏站通过DC/DC变换器连接直流母线，从而将光伏站输出转换为直流母线电压；

储能电源通过DC/DC变换器连接直流母线，从而将储能电压转换为直流母线电压；

所述直流母线通过DC/DC变换器与充电电池进行传导式充电；

所述无线发射装置和无线接收装置分别连通直流母线和充电电池进行非传导式充电。

3.根据权利要求2所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述功率因数校正电路为双向功率因数校正电路；

连接光伏站的DC/DC变换器是单向DC/DC变换器；

连接储能电源的DC/DC变换器是双向DC/DC变换器；

连接充电电池的DC/DC变换器是双向DC/DC变换器；

连接充电电池的非传导式充电的无线发射装置和无线接收装置是双向传输型。

4.根据权利要求2所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述无线发射装置包括连接直流母线的逆变器和与所述逆变器连接的初级谐振耦合器；

所述无线接收装置包括与充电电池连接的整流器和与所述整流器连接的次级谐振耦合器；初级谐振耦合器和次级谐振耦合器能够以非接触的方式相互耦合以传输能量。

5.根据权利要求4所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述无线发射装置还包括设置在所述初级谐振耦合器和直流母线之间的DC/DC变换器。

6.根据权利要求5所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述无线发射装置还包括设置在所述逆变器和直流母线之间的多组级联的隔离DC/DC变换器和逆变器。

7.根据权利要求4所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述逆变器包括连接在隔离DC/DC变换器上的滤波电容和逆变桥；所述初级谐振耦合器包括发射线圈和谐振电容。

8.根据权利要求1所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述无线接收装置包括第一次级谐振耦合器、第二次级谐振耦合器、第一整流器和第二整流器；

所述第一整流器的正极与所述充电电池的正极连接，所述第二整流器的负极与所述充电电池的负极连接；

所述第一整流器的负极通过第一开关与第二整流器的正极连接，通过第三开关与充电电池的负极连接；所述第二整流器的正极通过第二开关与所述充电电池的正极连接；

当第一开关闭合，第二开关、第三开关断开时，第一整流器和第二整流器串联；

当第一开关断开，第二开关、第三开关闭合时，第一整流器和第二整流器并联。

9.根据权利要求8所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述第一次级谐振耦合器或第二次级谐振耦合器是三个线圈构成的三相线圈，第一整流器或第二整流器是包括三个半桥构成的三相整流器，每个半桥包括两个二极管或开关管；

谐振耦合器与整流器之间通过谐振电容连接。

10.根据权利要求1所述的适用于电动车辆的充电系统，其特征在于，所述储能电源为蓄电池或锂电池或超级电容。

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