專利名稱：非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，屬于充電系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
例如電動自行車和工業(yè)自動化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的自動引導(dǎo)小車
(AGV——Automatic Guided Vehicle )都是通過蓄電池供電，當(dāng)蓄電池電壓 低于預(yù)定電壓值時，需要用戶使用充電器對其充電。由于這種充電過程是接 觸式的，充電設(shè)備和蓄電池的連接端子在長期的工作中會被磨損、被氧化導(dǎo) 致接觸不良。另外，接觸式充電方式也不利于集中布線與管理，給充電過程 帶來安全隱患。
為了解決上述問題，已經(jīng)有非接觸式充電技術(shù)的提出，如中國專利申請 號200780003798.3、中國專利申請?zhí)?00680027984.6、中國專利申請?zhí)?200680027807.8 、中國專利申請?zhí)?00510085491.5 、中國專利申請?zhí)?200510101051.4 、中國專利申請?zhí)?00580000668.5和中國專利申請?zhí)?200410046366.9中所7>開的，現(xiàn)有4支術(shù)在沒有4妄觸端子的情況下通過充電體 的初級線圏與電池組的次級線圈之間的感應(yīng)耦合來對電池進行充電。
然而，上述非接觸充電技術(shù)缺點在于首先，初級線圈與次級線圈存在 ——對應(yīng)的關(guān)系， 一個充電設(shè)備同一時間只能給一個充電電池耦合充電。其 次，初級線圏與次級線圈的相對位置關(guān)系決定了充電效率的大小，在兩者相對位置出現(xiàn)偏差的情況下就不能在次級線圏中充分感應(yīng)出感應(yīng)電動勢，即使
采用中國專利申請?zhí)?00780003798.3中所公開的采用陣列初級線圏的方式， 也不能很好的解決次級線圈落在兩陣列初級線圏之間帶來的相對位置偏差 問題。再次，由于次級線圈沒有繞在導(dǎo)磁率很高的磁芯材料上，漏磁很大， 感應(yīng)充電效率低，不適合應(yīng)用在大功率的充電場合。最后，如中國專利申請 號200780003798.3和中國專利申請?zhí)?00680027807.8中所^Hf的，為防止 由于初級線圈產(chǎn)生的磁場造成對無線數(shù)據(jù)信號的屏蔽，采用分時驅(qū)動初級線 圏和無線^f莫塊的方法，降低了充電效率。

發(fā)明內(nèi)容
才妄觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，其可同時多合多個充電電池充電。
另外，本發(fā)明的另一技術(shù)問題是，實施過程中充電電池的電流感生單元 與感應(yīng)電纜相對位置容易確定，解決初級線圈與次級線圏的相對位置偏差帶 來的效率不確定問題。
另外，本發(fā)明的另一技術(shù)問題是，提高感應(yīng)充電效率，使其可應(yīng)用在大 功率充電的場合。
另外，本發(fā)明的另一目的是，解決充電主體與充電電池之間的遠距離實 時通ifl問題。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，包括電力變換裝置，其中電力變換裝置 包括工頻電源、整流濾波電路、高頻逆變模塊、第一諧振電路、隔離變壓器 和補償電容，工頻電源的輸出端依次串接整流濾波電路、高頻逆變模塊、第一諧振電路、隔離變壓器，其特征在于
還包括感應(yīng)電纜和n個結(jié)構(gòu)相同的充電電池，所述的電力變換裝置還包 括充電系統(tǒng)控制單元和數(shù)字濾波器，每個充電電池都包括交流電流感生單 元、電池電壓監(jiān)控單元、第二諧振電路、整流電路、恒壓/恒流輸出器和蓄 電池，充電系統(tǒng)控制單元的輸出端接高頻逆變模塊的輸入端，所述充電系統(tǒng) 控制單元通過載波通信方式與感應(yīng)電纜連接，隔離變壓器的輸出端接數(shù)字濾 波器的輸入端，感應(yīng)電纜串接補償電容后兩端分別接數(shù)字濾波器的輸出端， 交流電流感生單元與感應(yīng)電纜相對設(shè)置，交流電流感生單元并通過感應(yīng)電纜 周圍的交變磁場感應(yīng)出交流電流，交流電流感生單元的輸出端接第二諧振電 路的輸入端，電池電壓監(jiān)控單元的輸出端接恒壓/恒流輸出器的控制端，電 池電壓監(jiān)控單元的輸入端接蓄電池的輸出端恒壓/恒流輸出器的輸入端，電 池電壓監(jiān)控單元通過載波通信方式與感應(yīng)電纜連接，第二諧振電路的輸出端 依次串接整流電路、恒壓/恒流輸出器和蓄電池，其中n為自然數(shù)。
本發(fā)明有益效果如下
根據(jù)本發(fā)明的非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，其可同時給多個充電電池充電， 充電效率穩(wěn)定，可應(yīng)用在大功率充電場合并且解決了充電主體與充電電池之 間的遠距離實時通訊問題。


圖1為本發(fā)明非接觸供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為俯視圖，(b)為 (a)的A向一見圖。圖3為本發(fā)明第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為俯視圖，(b)為 (a)的A向^L圖。
圖4為本發(fā)明第三種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為俯視圖，(b)為 (a)的A向視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
圖1為本發(fā)明非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括電力變換裝 置1、配置規(guī)定頻率的交流電流供給的感應(yīng)電纜2、與上述感應(yīng)電纜相耦合 的充電電池3，電力變換裝置1輸出的交流電連接于感應(yīng)電纜2的兩個端頭 構(gòu)成回路，充電電池3中的交流電流感生單元31放置于感應(yīng)電纜2上感應(yīng) 出交流電流，電力變換裝置1中的載波收發(fā)器11c放置于感應(yīng)電纜2上實現(xiàn) 載波信號的提取與加載，充電電池3中的載波收發(fā)器32c緊貼交流電流感生 單元31上方放置實現(xiàn)載波信號的提取與加載。
電力變換裝置l:實現(xiàn)工頻交流電到高頻交流電的轉(zhuǎn)換，完成充電電池狀態(tài) 信息的處理工作。它主要包括充電系統(tǒng)控制單元11、工頻電源12、整流濾 波電路13、高頻逆變模塊14、第一諧振電路15、隔離變壓器16、數(shù)字濾波 器17和補償電容18。
1.充電系統(tǒng)控制單元ll:其通過載波通信方式在所述感應(yīng)電纜2中接收與 發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示電池狀態(tài)信息并控制感應(yīng)電纜中交流電流的供給；它包 括載波收發(fā)器llc，其通過載波通信方式在所述感應(yīng)電纜2中提fl與加載 數(shù)據(jù)；液晶顯示模塊lla,其通過微處理器控制顯示電池狀態(tài)信息；微處 理器llb,其分別與載波收發(fā)器llc、液晶顯示模塊lla和PWM信號驅(qū)動電路14b相連并控制PWM信號的輸出；
2. 工頻電源12:兩相或三相市電llr出。
3. 整流濾波電路13:把工頻交流電輸入轉(zhuǎn)換成平穩(wěn)的直流電輸出。
4. 高頻逆變^^塊14:把平穩(wěn)的直流電輸入轉(zhuǎn)換成20kHz的方波交流電^T出。 它包括高頻逆變電路14a，由4個場效應(yīng)管組成的全橋逆變電路；PWM 信號驅(qū)動電路，其將微處理器輸出的PWM信號轉(zhuǎn)換成有驅(qū)動能力的且 適合場效應(yīng)管柵源電壓范圍的PWM驅(qū)動信號。
5. 第一諧振電路15:用于選頻，把20kHz的方波交流電輸入轉(zhuǎn)換成20kHz
的正弦交流電豐lr出。
6. 隔離變壓器16:采用1: 1電壓比的變壓器，用于隔離上述電游4莫塊與 感應(yīng)電纜2之間的電氣聯(lián)系，保護各電路模塊。
7. 凄i字濾波器17:用來過濾感應(yīng)電纜2中的載波通訊信號，消除其對諧4展 電路15和高頻逆變電^各14a的干擾。
8. 補償電容18:用于補償感應(yīng)電纜2上的自身電感，使得系統(tǒng)工作時感應(yīng) 電纜2上的電壓與電流相位達到一致，提高功率因數(shù)。
感應(yīng)電纜2:由多股漆包線絞制而成,其中流過20kHz高頻交流電，在感 應(yīng)電纜2周圍形成高頻交變的磁場與充電電池3感應(yīng)耦合。另外，充電系統(tǒng) 控制單元與電池電壓檢測單元之間的載波信號(10MHz 100MHz)傳輸也 是通過感應(yīng)電纜傳輸?shù)摹?br> 充電電池3:把感應(yīng)電纜2周圍的高頻交變磁場轉(zhuǎn)換成蓄電池的電能，實 現(xiàn)充電電池狀態(tài)信息的監(jiān)控與采集。它主要包括交流電流感生單元31、第二 諧振電路33、整流電路34、恒壓/恒流輸出器35、蓄電池36和電池電壓監(jiān)控單元32。
1. 交流電流感生單元31:由^茲芯31a和感應(yīng)線圏31b組成，其通過所述交 流電流供^^的感應(yīng)電纜2周圍的交變》茲場感應(yīng)出交流電流。
2. 第二諧振電路33:用于選頻，選擇20kHz頻率的交流電流。
3. 整流電路34:對高頻交流電流進行平滑處理，以將其轉(zhuǎn)換成直流電流。
4. 恒壓/恒流輸出器35:其在充電初期以恒定電流^t式對蓄電池充電，當(dāng)蓄 電池電壓達到預(yù)定值時則以恒定電壓模式對蓄電池充電從而P爭低充電電
流o
5. 蓄電池36:充電的對象。
6. 電池電壓監(jiān)控單元32:其分別檢測恒壓/恒流輸出器35輸入端和蓄電池 36輸出端的電壓，控制恒壓/恒流輸出器35的開啟與關(guān)閉，并通過載波 通信方式在所述感應(yīng)電纜2中接收與發(fā)送數(shù)據(jù)；它包括載波收發(fā)器32c, 其通過載波通信方式在所述感應(yīng)電纜2中拔:取與加載數(shù)據(jù)；電壓4全測電 路32a,其分別檢測恒壓/恒流輸出器35輸入端和蓄電池36輸出端的電 壓；微處理器32b,其分別與載波收發(fā)器32c、電壓檢測電路32a和恒壓輸 出器35相連并控制恒壓/恒流輸出器35的接通與關(guān)斷；
圖2為本發(fā)明第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括電力變換裝置1、配 置規(guī)定頻率的交流電流供給的感應(yīng)電纜2、與上述感應(yīng)電纜相耦合的充電電 池3，電力變換裝置1輸出的交流電連接于感應(yīng)電纜2的兩個端頭構(gòu)成回路。 所述交流電流感生單元31包括、磁芯31a和感應(yīng)線圈31b,》茲芯31a為一個窗 口的U型石茲芯，感應(yīng)線圏32b分別繞置在U型;茲芯的兩邊石茲芯柱上，兩個 感應(yīng)線圈32b串聯(lián)連4妄；交流電流感生單元31 ;故置于單才艮感應(yīng)電纜2上感應(yīng)出交流電流，兩者相對位置如圖2中A向3見圖所示。電力變換裝置1中的 載波收發(fā)器11c放置于感應(yīng)電纜2上實現(xiàn)載波通訊，充電電池3中的載波收 發(fā)器32c緊貼交流電流感生單元31上方放置實現(xiàn)載波通訊。
圖3為本發(fā)明第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括電力變換裝置1、 配置少見定頻率的交流電流供給的感應(yīng)電纜2、與上述感應(yīng)電纜相耦合的充電 電池3，電力變換裝置1輸出的交流電連接于感應(yīng)電纜2的兩個端頭構(gòu)成回 ^各。所述交流電流感生單元31包括J茲芯31a和感應(yīng)線圈31b，石茲芯31a為一 個窗口的U型磁芯，感應(yīng)線圈32b分別繞置在U型磁芯的兩邊磁芯柱上， 兩個感應(yīng)線圈32b串耳關(guān)連4妻；交流電流感生單元31方文置于兩才艮感應(yīng)電纜2 之間感應(yīng)出交流電流，兩者相對位置如圖3中A向視圖所示。電力變換裝置 1中的載波收發(fā)器11c放置于感應(yīng)電纜2上實現(xiàn)載波通訊，充電電池3中的 載波收發(fā)器32c緊貼交流電流感生單元31上方放置實現(xiàn)載波通訊。
圖4為本發(fā)明第三種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括電力變換裝置1、 配置規(guī)定頻率的交流電流供給的感應(yīng)電纜2、與上述感應(yīng)電纜相耦合的充電 電池3，電力變換裝置1輸出的交流電連接于感應(yīng)電纜2的兩個端頭構(gòu)成回 路。所述交流電流感生單元31包括磁芯31a和感應(yīng)線圈31b，磁芯31a為兩 個窗口的E型磁芯，感應(yīng)線圈32b繞置在E型磁芯的中間磁芯柱上；交流電 流感生單元31放置于兩才艮感應(yīng)電纜2上感應(yīng)出交流電流，兩者相對位置如 圖4中A向一見圖所示。電力變換裝置1中的載波收發(fā)器llc放置于感應(yīng)電纜 2上實現(xiàn)載波通訊，充電電池3中的載波收發(fā)器32c緊貼交流電流感生單元 31上方放置實現(xiàn)載波通訊。
第一種實施方式和第二種實施方式的區(qū)別在于，第一種實施方式中交流
10電流感生單元31所處的交變-茲場由單才艮感應(yīng)電纜2產(chǎn)生，而第二種實施方 式中的交變》茲場由兩才艮感應(yīng)電纜2共同產(chǎn)生，因此，第二種實施方式的電能 轉(zhuǎn)化效率相對要高。
第一種實施方式和第二種實施方式兩者跟第三種實施方式的主要區(qū)別 在于第一種實施方式和第二種實施方式中^茲芯31a均為一個窗口的U型-茲 芯，而第三種實施方式中i茲芯31a為兩個窗口的E型i茲芯。第三種實施方式 中兩根感應(yīng)電纜2穿過E型》茲芯的兩個窗口，同時提供交流電流感生單元 31所需的交變磁場。因此第三種實施方式的電能轉(zhuǎn)化效率最高，但相對體積 也最大。
另外，在感應(yīng)電纜2總長度一定的情況下，第一種實施方式中能同時充 電的充電電池數(shù)量最多。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)不同要求靈活選擇實施方式。 雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在所 附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變形與修改。
本發(fā)明的工作過程如下電力變換裝置將工頻電源轉(zhuǎn)變成高頻(例如， 20kHz)電流輸送到感應(yīng)電纜中，在充電電池的交流感生單元中感應(yīng)出交流 電給后續(xù)電路供電。充電系統(tǒng)控制單元和電池電壓4會測單元中的載波收發(fā)器 完成對感應(yīng)電纜上的載波信號的提取與加載，從而實現(xiàn)充電系統(tǒng)控制單元與 電池電壓檢測單元之間的數(shù)據(jù)透明傳輸。充電系統(tǒng)控制單元定時以廣播方式 向各充電電池發(fā)送讀電池狀態(tài)指令，各充電電池的電壓檢測單元根據(jù)電池編 號延時不同時間把電池狀態(tài)信息發(fā)送給充電系統(tǒng)控制單元，其依據(jù)電池狀態(tài) 信息控制PWM信號(在所有電池結(jié)束充電的情況下停止PWM信號的輸出， 從而停止感應(yīng)電纜的交流電流供給，降低功耗)，并通過液晶顯示模塊顯示各電池狀態(tài)信息。所述充電電池中的電池電壓監(jiān)控單元定時#:測蓄電池輸出
和恒壓/恒流輸出器輸入端電壓，充電結(jié)束或電壓異常時主動發(fā)送電池狀態(tài)信 息到充電系統(tǒng)控制單元。根據(jù)電力變換裝置的設(shè)計功率以及感應(yīng)電纜的長度 限制，該系統(tǒng)可同時給多個充電電池充電。
權(quán)利要求
1、一種非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，包括電力變換裝置(1)，其中電力變換裝置(1)包括工頻電源(12)、整流濾波電路(13)、高頻逆變模塊(14)、第一諧振電路(15)、隔離變壓器(16)和補償電容(18)，工頻電源(12)的輸出端依次串接整流濾波電路(13)、高頻逆變模塊(14)、第一諧振電路(15)、隔離變壓器(16)，其特征在于還包括感應(yīng)電纜(2)和n個結(jié)構(gòu)相同的充電電池(3)，所述的電力變換裝置(1)還包括充電系統(tǒng)控制單元(11)和數(shù)字濾波器(17)，每個充電電池(3)都包括交流電流感生單元(31)、電池電壓監(jiān)控單元(32)、第二諧振電路(33)、整流電路(34)、恒壓/恒流輸出器(35)和蓄電池(36)，充電系統(tǒng)控制單元(11)的輸出端接高頻逆變模塊(14)的輸入端，所述充電系統(tǒng)控制單元(11)通過載波通信方式與感應(yīng)電纜(2)連接，隔離變壓器(16)的輸出端接數(shù)字濾波器(17)的輸入端，感應(yīng)電纜(2)串接補償電容(18)后兩端分別接數(shù)字濾波器(17)的輸出端，交流電流感生單元(31)與感應(yīng)電纜(2)相對設(shè)置，交流電流感生單元(31)并通過感應(yīng)電纜(2)周圍的交變磁場感應(yīng)出交流電流，交流電流感生單元(31)的輸出端接第二諧振電路(33)的輸入端，電池電壓監(jiān)控單元(32)的輸出端接恒壓/恒流輸出器(35)的控制端，電池電壓監(jiān)控單元(32)的輸入端分別接蓄電池(36)的輸出端端和恒壓/恒流輸出器(35)的輸入端，電池電壓監(jiān)控單元(32)通過載波通信方式與感應(yīng)電纜(2)連接，第二諧振電路(33)的輸出端依次串接整流電路(34)、恒壓/恒流輸出器(35)和蓄電池(36)，其中n為自然數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，其特征在于所述充 電系統(tǒng)控制單元(11)包括液晶顯示模塊(lla)、第一微處理器(lib) 和第一載波收發(fā)器(He),其中第一微處理器(lib)的輸出端分別將接液 晶顯示模塊(11a)的輸入端和高頻逆變模塊(14)的輸入端，第一微處理 器(lib)和第一載波收發(fā)器(11c)電連接，第一載波收發(fā)器(11c)通過 載波通信方式與感應(yīng)電纜(2)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，其特征在于所述電池 電壓監(jiān)控單元(32)包括電壓檢測電路(3h)、第二微處理器(3化)和 第二載波收發(fā)器(32c)，其中電壓檢測電路(32a)的輸入端分別接蓄電池(36 )的輸出端和恒壓/恒流輸出器(35 )的的輸入端，電壓檢測電路(32a ) 的輸出端接第二微處理器(32b)的輸入端，第二微處理器(32b)的輸出端 接恒壓/恒流輸出器(35)的控制端，第二微處理器(32b)與第二載波收發(fā) 器(32c )電連接，第二載波收發(fā)器(32c )通過載波通信方式與感應(yīng)電纜(2 ) 連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，其特征在于所述交流 電流感生單元(31)包括磁芯(31a)和感應(yīng)線圏(31b),感應(yīng)線圈(31b)繞 置在石茲芯(31a)上，當(dāng)f茲芯(31a)為U型^茲芯時，則感應(yīng)線圈(31b)分別繞置 在U型磁芯的兩邊磁芯柱上；當(dāng)磁芯(31a)為E型磁芯時，則感應(yīng)線圈(31b) 繞置在E型;茲芯的中間》茲芯柱上。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種非接觸感應(yīng)式充電系統(tǒng)，包括電力變換裝置、感應(yīng)電纜和n個結(jié)構(gòu)相同的充電電池，其中電力變換裝置包括充電系統(tǒng)控制單元、工頻電源、整流濾波電路、高頻逆變模塊、諧振電路、隔離變壓器、數(shù)字濾波器和補償電容，充電電池包括交流電流感生單元、電池電壓監(jiān)控單元、諧振電路、整流電路、恒壓/恒流輸出器和蓄電池。本發(fā)明可同時給多個充電電池充電，充電效率穩(wěn)定，可應(yīng)用在大功率充電場合并且解決了充電主體與充電電池之間的遠距離實時通訊問題。
文檔編號H02J7/00GK101567570SQ20091003294
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者侯隆斌, 吳亮亮, 亮 張, 炯 張, 樓佩煌, 錢曉明 申請人:南京航空航天大學(xué)