一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，包括電能發(fā)射端與電能接收端。電能發(fā)射端中，通過PWM整流電路、高頻逆變電路使電能發(fā)射線圈產(chǎn)生高頻交變磁場，向電能接收端中安裝在車輛上的電能接收線圈發(fā)送能量。進(jìn)而通過整流電路與降壓電路為動(dòng)力電池進(jìn)行充電。同時(shí)通過獲取電能發(fā)射線圈與電能接收線圈的中心位置信息，進(jìn)行對比后，對電能發(fā)射線圈位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電能發(fā)射線圈與電能接收線圈間的對中。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：能夠高效率的進(jìn)行電能傳輸；同時(shí)，利用機(jī)械傳動(dòng)裝置，在電動(dòng)汽車停穩(wěn)后進(jìn)行雙邊電能傳遞線圈的精確對中，進(jìn)一步提高電能傳輸效率。
【專利說明】一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源汽車工程領(lǐng)域，涉及一種非接觸充電裝置，具體涉及一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車采用傳統(tǒng)導(dǎo)線式充電方式時(shí)，帶電導(dǎo)體裸露在外，容易產(chǎn)生火花，發(fā)生接觸不良、觸電等事故，給用戶帶來安全隱患。在雨雪等惡劣天氣環(huán)境條件時(shí)，不適合采用導(dǎo)線接觸式充電，會影響到電動(dòng)公交車輛、環(huán)衛(wèi)車輛等公共車輛的室外充電和正常運(yùn)行。另外，在特殊環(huán)境下全天候使用的電動(dòng)車輛，如電動(dòng)機(jī)場擺渡大巴，在雨雪天氣中也面臨著充電難題。
[0003]對于電動(dòng)汽車，為了保證較大的續(xù)駛里程就必須使用大容量的蓄電池，隨之而來的問題是電動(dòng)汽車成本的升高和乘用空間的減小。與傳統(tǒng)充電方式相比，非接觸充電技術(shù)避免了插拔充電接頭、充電位置限制等一系列不利于因素，為電動(dòng)汽車多次充電提供了保障。多次、快速的充電，為小容量蓄電池的使用提供了條件，增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。同時(shí)還可以降低電動(dòng)汽車的成本、為電動(dòng)汽車提供更多的乘用空間。所以說，電動(dòng)汽車普及的關(guān)鍵是非接觸充 電。目前，國內(nèi)小功率的非接觸產(chǎn)品已經(jīng)較多的應(yīng)用在手機(jī)等領(lǐng)域。應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電的大功率非接觸充電技術(shù)尚處于研究階段，國內(nèi)電動(dòng)汽車非接觸充電大規(guī)模應(yīng)用處于空白狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對電動(dòng)汽車充電，本發(fā)明提出了一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)較大功率(5kW~20kW)的電動(dòng)汽車非接觸充電，且具有很高的電能傳輸效率(85%以上)。
[0005]本發(fā)明電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，包括電能發(fā)射端與電能接收端。
[0006]其中，電能發(fā)射端包括PWM整流電路、高頻逆變電路、電能發(fā)射線圈、機(jī)械傳動(dòng)裝置、MCU控制器A以及無線通信單元A。電能發(fā)射線圈下表面安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置上，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置調(diào)節(jié)電能發(fā)射線圈的水平位置。所述電能接收端包括整流電路、降壓電路、電能接收線圈、動(dòng)力電池、無線通信單元B以及MCU控制器B，均安裝在電動(dòng)車輛上。
[0007]上述電能發(fā)射端中，PWM整流電路通過電纜接入電網(wǎng)中，從電網(wǎng)中獲得三相交流電能或單相交流電能，三相交流電能或單相交流電能通過PWM整流電路進(jìn)行整流和升壓，將三相交流電能或單相交流電能轉(zhuǎn)化為電壓可調(diào)的高壓直流電能。PWM整流電路與高頻逆變電路相連，將高壓直流電能傳輸至高頻逆變電路，通過高頻逆變電路將高壓直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電。電能發(fā)射線圈與高頻逆變電路相連；高頻逆變電路將高頻交流電輸入電能發(fā)射線圈，高頻交流電流輸入電能發(fā)射線圈，由電能發(fā)射線圈產(chǎn)生和高頻交流電相同頻率的高頻交變磁場，向電能接收端中電能接收線圈發(fā)送能量。
[0008]電能接收端中，電能接收線圈在電能發(fā)射線圈產(chǎn)生的高頻交變磁場中，產(chǎn)生高頻交流電流并輸出至整流電路。電能接收線圈與整流電路連接，通過整流電路將高頻電流轉(zhuǎn)換為直流電能。整流電路與降壓電路相連，降壓電路與動(dòng)力電池相連。整流電路將直流電能輸出至降壓電路，降壓電路將直流電能的電壓、電流轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池充電需要的電壓、電流，傳輸至動(dòng)力電池。
[0009]所述電能發(fā)射端中MCU控制器A與電能發(fā)射線圈、無線通信單元A及可觸控顯示終端相連。電能接收端中的MCU控制器B與電能接收線圈、無線通信單元B相連；MCU控制器A與MCU控制器B分別獲取安裝在電能發(fā)射線圈和電能接收線圈圓心上的傳感器所采集的電能發(fā)射線圈和電能接收線圈的位置信息；隨后MCU控制器B將所采集到的電能接收線圈圓心位置信息通過導(dǎo)線連接的方式發(fā)送至無線通信單元B，進(jìn)而由無線通信單元B將位置信息發(fā)送給無線通信單元A，最終由無線通信單元A通過導(dǎo)線連接的方式將電能接收線圈圓心位置信息發(fā)送至MCU控制器A。MCU控制器A通過將電能發(fā)射線圈圓心和電能接收線圈圓心位置信息進(jìn)行對比，控制機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)，直至電能發(fā)射線圈圓心位置和電能接收線圈圓心位置一致。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]1、本發(fā)明所提供了一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，所提出的電動(dòng)汽車非接觸充電裝置在沒有機(jī)械、電氣連接的基礎(chǔ)上，能夠有效的完成電能的非接觸傳輸；
[0012]2、本發(fā)明所提供的漏感補(bǔ)償技術(shù)，通過采用雙邊串聯(lián)電容對漏感進(jìn)行補(bǔ)償，解決了漏感過大影響電能傳輸效率的問題，電能傳輸效率可達(dá)85%以上；
[0013]3、本發(fā)明所提供的電能發(fā)射端線圈與電能接收線圈精確對中方法，通過控制機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)電能發(fā)射端線圈與電能接收線圈的精確對中，減少因?yàn)殡p邊線圈未能精確對中所引發(fā)的電能傳輸效率降低的問題，為系統(tǒng)高效率運(yùn)行提供有力保障；
[0014]4、本發(fā)明提供了一種閉環(huán)控制方法，實(shí)現(xiàn)非接觸充電系統(tǒng)變功率輸出電能，提供恒流、恒壓充電方式，保證動(dòng)力電池充電過程的安全與穩(wěn)定，有效提高動(dòng)力電池使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為電動(dòng)汽車感應(yīng)式非接觸充電裝置整體結(jié)構(gòu)及安裝位置意圖；
[0016]圖2為電動(dòng)汽車感應(yīng)式非接觸充電裝置中電能發(fā)射端與電能接收端結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖中:
[0018]A-充電樁B-電動(dòng)汽車C-地面
[0019]1-電能發(fā)射端2-電能接收端Il-PWM整流電路
[0020]12-高頻逆變電路 13-諧振電容Cl14a-電能發(fā)射線圈
[0021]14b-機(jī)械傳動(dòng)裝置 15-MCU控制器A16-無線通信單元A
[0022]17-可觸控顯示終端 21-諧振電容C222-整流電路
[0023]23-降壓電路24-電能接收線圈25-動(dòng)力電池
[0024]26-無線通信單元B 27-MCU控制器B【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]本發(fā)明提供一種電動(dòng)汽車B用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，包括電能發(fā)射端I與電能接收端2，如圖1所示。
[0027]其中，電能發(fā)射端I包括PWM整流電路11、高頻逆變電路12、諧振電容(^13、電能發(fā)射線圈14a、機(jī)械傳動(dòng)裝置14b、MCU控制器A15、無線通信單元A16以及可觸控顯示終端17。PWM整流電路11、無線通信單元A16、MCU控制器A15、高頻逆變電路12與諧振電容C1U均安裝在充電樁A內(nèi)；機(jī)械傳動(dòng)裝置14b設(shè)置于地下；電能發(fā)射線圈14a下表面安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置14b上，上表面與地面C齊平。通過機(jī)械傳動(dòng)裝置14b可調(diào)節(jié)電能發(fā)射線圈14a的水平位置。
[0028]電能接收端2包括諧振電容C221、整流電路、降壓電路23、電能接收線圈24、動(dòng)力電池25、無線通信單元B26以及MCU控制器B27，均安裝在電動(dòng)車輛上；其中，電能接收線圈24安裝在電動(dòng)車輛底盤上，其他部件可安裝在車上任意位置。
[0029]上述電能發(fā)射端I中，PWM整流電路11通過電纜接入電網(wǎng)中，從電網(wǎng)中獲得三相交流電能或單相交流電能，三相交流電能或單相交流電能通過PWM整流電路11進(jìn)行整流和升壓，將三相交流電能或單相交流電能轉(zhuǎn)化為電壓可調(diào)的高壓直流電能，由此通過PWM整流電路輸出電壓調(diào)節(jié)較高時(shí)，在同功率的情況下可以減小電能發(fā)射端I的電流，從而降低電能在主電路中傳 輸所造成的損耗。PWM整流電路11與高頻逆變電路12相連，將高壓直流電能傳輸至高頻逆變電路12，通過高頻逆變電路12將高壓直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電；電能發(fā)射線圈14a通過諧振電容C1U與高頻逆變電路12相連；高頻逆變電路12將高頻交流電輸入電能發(fā)射線圈14a，高頻交流電流輸入電能發(fā)射線圈14a，由電能發(fā)射線圈14a產(chǎn)生和高頻交流電相同頻率的高頻交變磁場，向電能接收端2中電能接收線圈24發(fā)送能量。
[0030]電能接收端2中，電能接收線圈24在電能發(fā)射線圈14a產(chǎn)生的高頻交變磁場中，產(chǎn)生高頻交流電流并輸出至整流電路22。電能接收線圈24通過諧振電容C221與整流電路22連接，通過整流電路22將高頻電流轉(zhuǎn)換為直流電能。整流電路22與降壓電路23相連，降壓電路23與動(dòng)力電池25相連；整流電路22將直流電能輸出至降壓電路23，降壓電路23將直流電能的電壓、電流轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池25充電需要的電壓、電流，傳輸至動(dòng)力電池25，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力電池25的充電。
[0031]由于電能發(fā)射端線圈14a與電能接收端線圈24之間由于距離較大(> 10cm)，二者之間的漏感會非常大，如果不采用諧振電容對漏感進(jìn)行補(bǔ)償，電能發(fā)射端I中高頻逆變電路12輸出的交流電無法在電能發(fā)射端線圈14a內(nèi)形成足夠大的電流，導(dǎo)致高頻交變磁場強(qiáng)度非常小，使得電能接收線圈24無法接收到足夠的電能，最終導(dǎo)致電能發(fā)射端I和電能接收端2之間能夠傳遞的能量效率非常低，無法有效完成非接觸輸電的過程；因此，本發(fā)明中通過諧振電容C1U和諧振電容C221實(shí)現(xiàn)電能發(fā)射線圈14a與電能接收線圈14a之間的漏感補(bǔ)償；還可使得電能發(fā)射端1、電能接收端2均能獲得較好的諧振補(bǔ)償?shù)男Ч?，達(dá)到電能高效率傳輸?shù)哪康摹?br> [0032]所述電能發(fā)射端I中MCU控制器A15與電能發(fā)射線圈14a、無線通信單元A16及可觸控顯示終端17相連。電能接收端2中的MCU控制器B27與電能接收線圈24、無線通信單元B26相連。在需要充電服務(wù)的電動(dòng)汽車B停穩(wěn)在電能發(fā)射線圈14a上方時(shí)，MCU控制器A15與MCU控制器B27分別獲取安裝在電能發(fā)射線圈14a和電能接收線圈24圓心上的傳感器所采集的電能發(fā)射線圈14a和電能接收線圈24的位置信息，隨后MCU控制器B27將所采集到的電能接收線24圈圓心位置信息通過導(dǎo)線連接的方式發(fā)送至無線通信單元B26，進(jìn)而由無線通信單元B26將位置信息發(fā)送給無線通信單元A16，最終由無線通信單元A16通過導(dǎo)線連接的方式將電能接收線圈24圓心位置信息發(fā)送至MCU控制器A15。MCU控制器A15通過將電能發(fā)射線14a圈圓心和電能接收線圈24圓心位置信息進(jìn)行對比，控制機(jī)械傳動(dòng)裝置14b運(yùn)動(dòng)，直至電能發(fā)射線14a圈圓心位置和電能接收線圈24圓心位置一致，從而保證電能以最優(yōu)效率進(jìn)行傳輸。
[0033]在動(dòng)力電池25進(jìn)行非接觸充電過程中，為保證動(dòng)力電池25充電安全，應(yīng)進(jìn)行恒流或恒壓充電，恒流或恒壓充電過程中所需的充電功率都是實(shí)時(shí)變化的，這對非接觸充電系統(tǒng)的輸出功率提出了要求，需要非接觸充電系統(tǒng)能夠做到實(shí)時(shí)的變功率輸出。因此，本發(fā)明中，MCU控制器A15還與高頻逆變電路12、PWM整流電路11相連；MCU控制器B27與降壓電路23相連。通過MCU控制器B27對降壓電路23進(jìn)行監(jiān)控，采集降壓電路23的輸出的電壓信號與電流信號，經(jīng)過無線通信單元B26和無線通信單元A16將電壓信號與電流信號傳輸至MCU控制器A15中，MCU控制器A15根據(jù)當(dāng)前的動(dòng)力電池25充電電流和充電電壓與之前的充電電流和充電電壓進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)PWM整流電路11的輸出電壓值大小，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池25充電電流和充電電壓的穩(wěn)定，使動(dòng)力電池25能夠保持恒流和恒壓充電，達(dá)到動(dòng)力電池25充電功率的要求。
[0034]所述可觸控顯示終端17設(shè)定電能發(fā)射端的電流和電壓值，顯示動(dòng)力電池充放電電壓和電流，電能傳輸效率，所述的電壓值的設(shè)定由供電電網(wǎng)的電壓值確定，電流值的設(shè)定由充電功率確定。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，其特征在于:包括電能發(fā)射端與電能接收端； 其中，電能發(fā)射端包括PWM整流電路、高頻逆變電路電能發(fā)射線圈、機(jī)械傳動(dòng)裝置、MCU控制器A以及無線通信單元A ;電能發(fā)射線圈下表面安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置上，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置調(diào)節(jié)電能發(fā)射線圈的水平位置；所述電能接收端包括整流電路、降壓電路、電能接收線圈、動(dòng)力電池、無線通信單元B以及MCU控制器B，均安裝在電動(dòng)車輛上； 上述電能發(fā)射端中，PWM整流電路通過電纜接入電網(wǎng)中，從電網(wǎng)中獲得三相交流電能或單相交流電能，三相交流電能或單相交流電能通過PWM整流電路進(jìn)行整流和升壓，將三相交流電能或單相交流電能轉(zhuǎn)化為電壓可調(diào)的高壓直流電能；PWM整流電路與高頻逆變電路相連，將高壓直流電能傳輸至高頻逆變電路，通過高頻逆變電路將高壓直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電；電能發(fā)射線圈與高頻逆變電路相連；高頻逆變電路將高頻交流電輸入電能發(fā)射線圈，高頻交流電流輸入電能發(fā)射線圈，由電能發(fā)射線圈產(chǎn)生和高頻交流電相同頻率的高頻交變磁場，向電能接收端中電能接收線圈發(fā)送能量； 電能接收端中，電能接收線圈在電能發(fā)射線圈產(chǎn)生的高頻交變磁場中，產(chǎn)生高頻交流電流并輸出至整流電路。電能接收線圈與整流電路連接，通過整流電路將高頻電流轉(zhuǎn)換為直流電能；整流電路與降壓電路相連，降壓電路與動(dòng)力電池相連；整流電路將直流電能輸出至降壓電路，降壓電路將直流電能的電壓、電流轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池充電需要的電壓、電流，傳輸至動(dòng)力電池； 所述電能發(fā)射端中MCU控制器A與電能發(fā)射線圈、無線通信單元A及可觸控顯示終端相連。電能接收端中的MCU控制器B與電能接收線圈、無線通信單元B相連;MCU控制器A與MCU控制器B分別獲取安裝在電能發(fā)射線圈和電能接收線圈圓心上的傳感器所采集的電能發(fā)射線圈和電能接收 線圈的位置信息，隨后MCU控制器B將所采集到的電能接收線圈圓心位置信息通過導(dǎo)線連接的方式發(fā)送至無線通信單元B，進(jìn)而由無線通信單元B將位置信息發(fā)送給無線通信單元A，最終由無線通信單元A通過導(dǎo)線連接的方式將電能接收線圈圓心位置信息發(fā)送至MCU控制器A。MCU控制器A通過將電能發(fā)射線圈圓心和電能接收線圈圓心位置信息進(jìn)行對比，控制機(jī)械傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)，直至電能發(fā)射線圈圓心位置和電能接收線圈圓心位置一致。
2.如權(quán)利要求1所述一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，其特征在于:所述PWM整流電路、無線通信單元A、MCU控制器A、高頻逆變電路與諧振電容C1均安裝在充電樁A內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，其特征在于:所述機(jī)械傳動(dòng)裝置與電能發(fā)射線圈設(shè)置于地下；電能發(fā)射線圈上表面與地面齊平。電能接收線圈安裝在電動(dòng)車輛底盤上。
4.如權(quán)利要求1所述一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，其特征在于:所述電能發(fā)射線圈通過諧振電容C1與高頻逆變電路相連；電能接收線圈通過諧振電容C2與整流電路連接。
5.如權(quán)利要求1所述一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，其特征在于:所述MCU控制器A還與高頻逆變電路、PWM整流電路相連;MCU控制器B與降壓電路相連；通過MCU控制器B對降壓電路進(jìn)行監(jiān)控，采集降壓電路的輸出的電壓信號與電流信號，經(jīng)過無線通信單元B和無線通信單元A將電壓信號與電流信號傳輸至MCU控制器A中，MCU控制器A根據(jù)當(dāng)前的動(dòng)力電池充電電流和充電電壓與之前的充電電流和充電電壓進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)PWM整流電路的輸出電壓值大小，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池充電電流和充電電壓的穩(wěn)定，使動(dòng)力電池能夠保持恒流和恒壓充電。
6.如權(quán)利要求1所述一種電動(dòng)汽車用帶有精確對中功能的感應(yīng)式非接觸充電裝置，其特征在于:還包括可觸控顯示終端，用來設(shè)定輸入電壓值與電流值，并能夠顯示動(dòng)力電池充放電電壓和電流， 電能傳輸效率。
【文檔編號】H02J7/02GK103944243SQ201410165860
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】楊世春, 宋生壯, 李明, 周劍文, 龔卓然 申請人:北京航空航天大學(xué)