本實(shí)用新型屬于電動(dòng)汽車無(wú)線供電技術(shù)領(lǐng)域，主要是基于諧振磁耦合技術(shù)的電動(dòng)汽車無(wú)限續(xù)航無(wú)線充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

如今，發(fā)展電動(dòng)汽車是節(jié)能環(huán)保和低碳經(jīng)濟(jì)的需求，而充電卻成為阻礙電動(dòng)汽車發(fā)展的最大問(wèn)題。傳統(tǒng)的有線充電方式受到接口的限制，只能在同一時(shí)間為一臺(tái)電動(dòng)車充電，且電器輸出高電壓，充電插頭在插拔過(guò)程中存在著發(fā)熱、電火花、漏電等安全隱患。

無(wú)線電能傳輸技術(shù)具有節(jié)約電線資源、更加美觀、更加安全可靠等優(yōu)良特性，是未來(lái)電動(dòng)汽車供電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。常采用感應(yīng)磁耦合式無(wú)線電能傳輸技術(shù)和諧振磁耦合式無(wú)線電能傳輸技術(shù)這兩種無(wú)線充電技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車供電。其中，感應(yīng)耦合式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)通過(guò)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行短程傳輸，通過(guò)產(chǎn)生高頻、高壓的交變電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)，在兩個(gè)或多個(gè)相互隔離的端點(diǎn)之間進(jìn)行能量傳輸。但其最大缺陷就是能量傳輸?shù)木嚯x短，傳輸效率對(duì)距離的改變過(guò)于敏感，適合于傳統(tǒng)加油站的充電站等應(yīng)用場(chǎng)合。而諧振磁耦合無(wú)線電能傳輸是一種較為高效的無(wú)線電能傳輸方式。該方式通過(guò)諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振來(lái)傳輸能量，對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行能量供應(yīng)。而對(duì)不同頻率的物體幾乎沒(méi)有影響，不需要車載共振線圈和電源共振線圈完全對(duì)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于中程無(wú)線供電和高效率場(chǎng)合，適合于開(kāi)發(fā)新型的充電模式。

在實(shí)際應(yīng)用中，用戶將車開(kāi)到指定充電區(qū)域，便可自動(dòng)進(jìn)行充電的方式稱為電動(dòng)汽車靜態(tài)無(wú)線供電方式。這種靜態(tài)無(wú)線充電方式存在著充電時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)航里程短、電池組較為笨重等問(wèn)題，此外，電動(dòng)汽車在前往充電站充電時(shí)可能帶來(lái)不必要的空駛里程，浪費(fèi)額外的電能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)電動(dòng)汽車靜態(tài)無(wú)線供電的不足，本實(shí)用新型提出了無(wú)限續(xù)航無(wú)線充電系統(tǒng)及方法，基于諧振磁耦合無(wú)線電能傳輸技術(shù)可較好地應(yīng)用于中程無(wú)線供電和高效率場(chǎng)合的特點(diǎn)，本實(shí)用新型可為行駛中的電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)地提供能量供給，使其續(xù)航里程得到延長(zhǎng)，也使電能補(bǔ)給更加安全、便捷。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

非接觸式不間斷供電系統(tǒng)，其特征是，包括：依次連接的電源模塊、電源側(cè)功率變換器、電磁場(chǎng)發(fā)射單元、電磁場(chǎng)接收單元、汽車側(cè)功率變換器；激勵(lì)信號(hào)模塊和無(wú)線充電控制模塊同時(shí)與電磁場(chǎng)發(fā)射單元連接；

所述的汽車側(cè)功率變換器安裝于電動(dòng)汽車上，用于將接收到的高頻交流電整流為直流電，再經(jīng)過(guò)電壓變換，才能供給車載電池及負(fù)荷單元使用；所述的激勵(lì)信號(hào)模塊安裝于電動(dòng)汽車上，用于將來(lái)自電動(dòng)汽車電池的直流電轉(zhuǎn)化為所需的交流高頻激勵(lì)信號(hào)；所述的電磁場(chǎng)發(fā)射單元包括發(fā)射線圈，所述的電磁場(chǎng)接收單元包括接收線圈。

在上述的非接觸式不間斷供電系統(tǒng)，所述的電磁場(chǎng)發(fā)射單元的發(fā)射線圈為跑道狀螺旋形平面線圈。

在上述的非接觸式不間斷供電系統(tǒng)，所述的電磁場(chǎng)接收單元的接收線圈和激勵(lì)信號(hào)模塊中的激勵(lì)線圈均由若干線圈單元排列構(gòu)成的陣列線圈，線圈單元為螺旋形平面線圈；可經(jīng)過(guò)雙數(shù)層交錯(cuò)重疊，讓下一層的線圈單元中心點(diǎn)處于上一層線圈單元的邊緣彎折點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、本系統(tǒng)電磁場(chǎng)發(fā)射單元安置于道路兩側(cè)，不耽誤必要時(shí)的道路下方的管道維修工程。2、本系統(tǒng)的無(wú)線充電過(guò)程中，電動(dòng)汽車只對(duì)電動(dòng)汽車此時(shí)所相對(duì)的電磁場(chǎng)發(fā)送單元主動(dòng)發(fā)出要充電的激勵(lì)信號(hào)，無(wú)需傳感器來(lái)定位電動(dòng)汽車。起到了準(zhǔn)確方便的效果。3、克服了傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的續(xù)航距離短的問(wèn)題，可在電動(dòng)汽車行駛過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)充電，節(jié)省了電動(dòng)汽車前往靜態(tài)充電站往返的空駛里程，節(jié)省了電能。4、解決了電動(dòng)汽車到充電站的充電過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題，并且充電過(guò)程無(wú)需手工操作，提高了電動(dòng)汽車充電的便捷性與充電效率，為用戶帶來(lái)了方便。5、無(wú)線充電客車可減少電池配置，降低車輛負(fù)重，降低整車成本；解決了靜態(tài)充電站和充電站停車位占地面積大，充電站人力、管理成本大的問(wèn)題，節(jié)省了資金。6、施工方便，電磁輻射影響小，且能滿足城市美化要求，市場(chǎng)前景廣闊。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為激勵(lì)信號(hào)模塊與汽車側(cè)功率變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為電磁場(chǎng)發(fā)射單元的發(fā)射線圈在探測(cè)狀態(tài)和激勵(lì)狀態(tài)的切換示意圖。

圖4為一種具體的發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)圖。

圖5為一種接收線圈和激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型系統(tǒng)作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。

圖1所示為本實(shí)用新型無(wú)限續(xù)航無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，電源模塊1用來(lái)為供電系統(tǒng)提供輸入功率，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)電源模塊1的輸入電壓為電網(wǎng)直接供電電壓380V，電源模塊1的輸入電壓可依照實(shí)際需求做出調(diào)整。電源側(cè)的功率變換模塊2進(jìn)一步包括整流濾波模塊和功率震蕩模塊兩個(gè)部分，其中，整流濾波的作用是通過(guò)整流用來(lái)將電源模塊1輸出的交流電整流為直流電，再通過(guò)濾波用消除整流輸出直流電中的高次諧波，從而輸出恒定電壓直流電，再通過(guò)功率震蕩模塊將整流濾波后的恒定電壓直流電轉(zhuǎn)換為適應(yīng)負(fù)載頻率要求的交變電流。本實(shí)施例中功率震蕩模塊輸出交變電流的頻率為100kHz，可依照實(shí)際需求調(diào)整輸出交變電流的頻率。

電磁場(chǎng)發(fā)射單元3設(shè)于道路兩側(cè)以及道路中央護(hù)欄，充電道路采用分段式布局，在十字路等汽車流速慢的地方安裝足量電磁場(chǎng)發(fā)射單元3，在長(zhǎng)道路中央安裝足量電磁場(chǎng)發(fā)射單元3以確保電動(dòng)汽車不會(huì)出現(xiàn)在道路中央沒(méi)電的情況，若有需要，其余地方的安裝根據(jù)車流量而定。

電磁場(chǎng)發(fā)射單元3用來(lái)發(fā)射調(diào)諧電路產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型系統(tǒng)的高效諧振磁耦合式無(wú)線傳能，要求電能發(fā)送側(cè)和電能接收側(cè)這兩部分工作在同一頻率?？刹捎孟率龇椒ū３蛛娔馨l(fā)送側(cè)的一致性：測(cè)定發(fā)射電能信號(hào)線圈的諧振頻率，通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)電容的方式來(lái)調(diào)整該線圈的諧振頻率，同理，接收電能的線圈也可以通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)電容的方式來(lái)調(diào)整出一致的諧振頻率。為有效降低電磁輻射影響，本實(shí)用新型中可使線圈調(diào)整后的諧振頻率達(dá)到kHz級(jí)別，kHz級(jí)別頻率為較低頻率級(jí)別，可有效降低電磁輻射影響。

電磁場(chǎng)發(fā)射單元3有兩種工作狀態(tài)，一是處于探測(cè)狀態(tài)，二是激勵(lì)狀態(tài)。處于探測(cè)狀態(tài)的電磁場(chǎng)發(fā)射單元3與電容電阻相連，不消耗電源模塊的功率，用于檢測(cè)來(lái)自電動(dòng)汽車8的激勵(lì)信號(hào)；處于激勵(lì)狀態(tài)的電磁場(chǎng)發(fā)射單元3與電源側(cè)功率變換器相連，用于向電動(dòng)汽車8傳輸能量。電磁場(chǎng)發(fā)射單元3在正常情況下處于探測(cè)狀態(tài)，只有當(dāng)感應(yīng)到電動(dòng)汽車請(qǐng)求充電時(shí)主動(dòng)發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)時(shí)，所感應(yīng)到的那個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)射單元3才會(huì)轉(zhuǎn)變成激勵(lì)狀態(tài)，其余的發(fā)射單元3仍處于探測(cè)狀態(tài)。

激勵(lì)信號(hào)模塊4安裝于電動(dòng)汽車8上，如圖2所示，激勵(lì)信號(hào)模塊4進(jìn)一步包括DC/DC變換器與逆變模塊兩部分。激勵(lì)信號(hào)模塊4的供電部分來(lái)自于電動(dòng)汽車車載電池，與終端所接的激勵(lì)線圈構(gòu)成回路。激勵(lì)信號(hào)模塊4用于產(chǎn)生主動(dòng)激勵(lì)信號(hào)作為向電動(dòng)汽車8向系統(tǒng)申請(qǐng)無(wú)線充電的請(qǐng)求，可將來(lái)自電動(dòng)汽車電池的直流電轉(zhuǎn)化為所需的交流高頻激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)電動(dòng)汽車8產(chǎn)生充電請(qǐng)求時(shí)，電動(dòng)汽車的激勵(lì)信號(hào)模塊4產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，此時(shí)與激勵(lì)線圈處于平行位置的電磁場(chǎng)發(fā)射單元3正處于探測(cè)回路，發(fā)射線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流。

無(wú)線充電控制模塊5具體包括電流傳感器和計(jì)算機(jī)控制終端，計(jì)算機(jī)控制終端根據(jù)電流傳感器的電流值大小，與電動(dòng)汽車進(jìn)行通信，并控制電磁場(chǎng)發(fā)射單元在探測(cè)與激勵(lì)狀態(tài)間的切換。電流傳感器裝于電磁場(chǎng)發(fā)射單元3回路中。當(dāng)電流傳感器檢測(cè)到發(fā)射線圈的感應(yīng)電流后，計(jì)算機(jī)控制終端通過(guò)無(wú)線通信方式，對(duì)電動(dòng)汽車8發(fā)出準(zhǔn)備充電的命令，同時(shí)將感應(yīng)到激勵(lì)信號(hào)的電磁場(chǎng)發(fā)射單元3由探測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)為激勵(lì)狀態(tài)。圖3為電磁場(chǎng)發(fā)射單元的發(fā)射線圈在探測(cè)狀態(tài)和激勵(lì)狀態(tài)的切換示意圖，電動(dòng)汽車8在接收到無(wú)線充電控制模塊5的命令后，馬上停止發(fā)生激勵(lì)信號(hào)，并切換到電動(dòng)汽車電池與電磁場(chǎng)接收單元6相連的回路，準(zhǔn)備接收電能；作為響應(yīng)，電動(dòng)汽車8發(fā)送汽車行駛速度和方向信息給無(wú)線充電控制模塊5。此時(shí)電磁場(chǎng)發(fā)射單元3處于激勵(lì)狀態(tài)，而電動(dòng)汽車電池正與電磁場(chǎng)接收單元6相連，能量由電磁場(chǎng)發(fā)射單元3向電磁場(chǎng)接收單元6傳輸，電動(dòng)汽車8充電。

圖4提供了一種具體的發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)圖，該發(fā)射線圈是由金屬導(dǎo)體繞制的跑道狀螺旋形平面線圈，其兩端呈半圓形，中間部分呈矩形。本具體實(shí)施方式中，發(fā)射線圈采用半徑4mm銅線從內(nèi)向外順時(shí)針繞制獲得，兩端半圓部分的內(nèi)半圓和外半圓半徑分別為1000mm、1450mm，中間矩形部分長(zhǎng)2000mm、徑向節(jié)距為10mm。

電磁場(chǎng)接收單元6和激勵(lì)信號(hào)模塊4在在電動(dòng)汽車8的兩側(cè)均有安裝，作為一種具體實(shí)施方式，電磁場(chǎng)接收單元6中的接收線圈和激勵(lì)信號(hào)模塊4中的激勵(lì)線圈均由若干線圈單元排列構(gòu)成的線圈組，線圈單元為螺旋形平面線圈?？山?jīng)過(guò)雙數(shù)層交錯(cuò)重疊，讓下一層的線圈單元中心點(diǎn)處于上一層線圈單元的邊緣彎折點(diǎn)。圖5中提供了一種接收線圈和激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)圖。線圈單元為正六邊形螺旋形平面線圈，不同線圈單元之間的排列依照正六邊形的邊與邊相對(duì)應(yīng)進(jìn)行緊密排列。圖中4的正六邊形為簡(jiǎn)化了的線圈單元，沒(méi)有體現(xiàn)出螺旋形環(huán)繞狀態(tài)。虛線部分與實(shí)現(xiàn)部分表示處于不同層的多個(gè)線圈單元，其中一層的線圈單元中心點(diǎn)正好處于另一層線圈單元的邊緣彎折點(diǎn)。在本具體實(shí)施方式中，各線圈單元由半徑2mm的銅線從內(nèi)向外順時(shí)針繞制構(gòu)成，其內(nèi)邊軸線距其中心100mm，其外邊軸線距其中心130mm，徑向節(jié)距為10mm。線圈單元的形狀、尺寸、匝數(shù)、材質(zhì)及排列并不限于上述，可依照實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。例如，線圈單元可以為三角形螺旋形平面線圈、圓形螺旋形平面線圈、正方形螺旋形平面線圈等，線圈單元也可以排列成三角形、圓形、正方形等。

汽車側(cè)功率變換器7安裝于電動(dòng)汽車8上，如圖2所示，汽車側(cè)功率變換器7具體包括整流穩(wěn)壓模塊與DC/DC變壓模塊，可將汽車充電接收到的高頻交流電整流穩(wěn)壓成直流電，再經(jīng)過(guò)電壓變換，再供給車載電池及負(fù)荷單元使用。電動(dòng)汽車8的電池部分采用超級(jí)電容，能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間內(nèi)快速充電的效果。

當(dāng)無(wú)線充電控制模塊5檢測(cè)到當(dāng)前激勵(lì)的電磁場(chǎng)發(fā)射單元3電流值由滿載到空載變化時(shí)，停止該空載電磁場(chǎng)發(fā)射單元的3的激勵(lì)并將其投入探測(cè)回路，同時(shí)依據(jù)汽車行進(jìn)方向的信息，將下一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)射單元3進(jìn)入激勵(lì)狀態(tài)。如此往復(fù)循環(huán)。

當(dāng)電動(dòng)汽車8離開(kāi)某段充電線路的最后一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)射單元的3后，系統(tǒng)檢測(cè)到該電磁場(chǎng)發(fā)射單元的3處于空載狀態(tài)，不再激勵(lì)下一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)射單元的3，充電過(guò)程結(jié)束。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。