專利名稱：一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線充電系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種基于太陽能等新能源利用的路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，我國很多大城市都面臨嚴重的環(huán)境問題，而汽車尾氣正是其主要的污染源之一。截止2011年6月，我國每1000人當中平均有75. 7輛汽車。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，假如中國人均汽車持有量達到現(xiàn)在全球水平，也就是每1000人有140輛汽車，我國汽車持有量將成10倍地增加，傳統(tǒng)汽車帶來的環(huán)境污染不可小覷。與傳統(tǒng)汽車相比，一方面，純電動車不僅省去了油箱、發(fā)動機、變速器、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，而且電動汽車的電動機和控制器與內(nèi)燃汽油發(fā)動機動力系統(tǒng)相比，其成本更低；另一方面，純電動車對能量的轉(zhuǎn)換效率更高，有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排放量，而且電能可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風力、光、熱等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔心，正是基于這些優(yōu)點，·使電動汽車的研究和應用成為汽車工業(yè)的一個“熱點”。如今限制電動汽車發(fā)展的最大問題就是電池?，F(xiàn)在的電動汽車基本都需要每天充電，即使是充滿電的電池一般也很難提供足夠的能量使其長時間遠距離行駛。如果在長途行駛中電池沒電，駕駛員就會面臨進退兩難的地步。針對這一問題，可以采取如下解決方法一是建立充電站，一般要求充電站能夠在短時間內(nèi)對電動汽車完成充電，盡管目前存在一些快速充電的方法，也成功地進行了相關(guān)的試驗，但是無法避免快速充電對電池的破壞。二是可以在城市小區(qū)和停車位建立刷卡式的充電樁，這樣在下班后就會有很多車輛進行充電，當需要充電的電動汽車的數(shù)量達到一定規(guī)模時，由此產(chǎn)生的諧波將使電網(wǎng)受到波動，甚至有崩潰的可能。三是利用民用電插座，民用電插座不僅涉及電費問題，而且充電時間長，成為主流充電方式不太可能。在能源問題已經(jīng)成為全球關(guān)注并且急切想解決之的今天，新能源得到大家的廣泛關(guān)注。新能源資源豐富，普遍具有可再生特性，可以提供人類長久利用。如果我們能夠利用無線充電技術(shù)，在車輛在行駛的過程中，將從新能源轉(zhuǎn)化來的電能存儲起來，直接給電動汽車進行充電，這樣既會減小由于峰值用電對電網(wǎng)造成的波動，又能增加新能源的利用率，還能減少我們對電動汽車長途行駛過程中沒電的擔憂。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是在提供一種在電動汽車行駛的過程中，利用無線充電技術(shù)將從新能源轉(zhuǎn)化來的電能存儲起來，直接給電動汽車進行充電的路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于它包括一電能發(fā)射端和一電能接收端；所述電能發(fā)射端包括電能源、電能存儲模塊、發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)；所述發(fā)射端控制器包括壓力傳感器、數(shù)字處理核心模塊、驅(qū)動芯片、大功率MOSFET芯片或IGBT ;所述數(shù)字處理核心模塊包括通訊模塊、壓力采集模塊和計算模塊；所述第一電磁系統(tǒng)包括第一諧振電容和初級線圈；所述電能接收端包括第二電磁系統(tǒng)、接收端控制器和負載；所述第二電磁系統(tǒng)包括第二諧振電容和次級線圈；所述接收端控制器包括高頻整流橋和LC濾波電路；首先將所述發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)沿路面走向一字形地設置在路面之下；其次將所述第二電磁系統(tǒng)設置在電動汽車底盤的表面；最后將所述接收端控制器設置在電動汽車內(nèi)，并將所述數(shù)字處理核心模塊的通訊模塊與電動汽車自帶的整車控制器無線連接；所述電能源經(jīng)所述電能轉(zhuǎn)換模塊將電能存儲到電能存儲模塊中，當電動汽車行駛到設置了所述發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)的路面時，所述壓力采集模塊采集所述壓力傳感器感應到的壓力信號并發(fā)送給所述計算模塊，所述計算模塊計算出第二電磁系統(tǒng)的初始位置；同時經(jīng)所述通訊模塊接收整車控制器發(fā)送來的車速、電池信息；再根據(jù)初始位置和車速信息計算出第一電磁系統(tǒng)與第二電磁系統(tǒng)的相對位置；然后根據(jù)電池信息，輸出傳輸功率最高的頻率的PWM波或傳輸效率最高的頻率的PWM波；并經(jīng)所述驅(qū)動芯片后進行放大后，輸送給所述大功率MOSFET芯片或IGBT，所述大功率MOSFET芯片或IGBT控制所述第一電磁系統(tǒng)中的初級線圈中形成振蕩電流，使所述
第一電磁系統(tǒng)和第二電磁系統(tǒng)之間形成耦合共振，并在所述次級線圈內(nèi)形成高頻交流電，經(jīng)所述接收端控制器整流濾波后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)壓直流電供給所述負載。所述電能轉(zhuǎn)換模塊是一 DC/DC轉(zhuǎn)換器。所述電能存儲模塊是一超級電容。所述驅(qū)動芯片是IR21IOS驅(qū)動芯片或IR2113驅(qū)動芯片或APVl221S驅(qū)動芯片中的一種。所述負載是電動汽車的車載電池或者電機。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于將新能源轉(zhuǎn)化為電能存儲到電能存儲模塊中，當電動汽車行駛到設置了壓力傳感器的道路時，壓力傳感器感應到后啟動發(fā)射端控制器，通過設置在電動汽車上的第二電磁系統(tǒng)和接收端控制器對電動汽車的電池進行充電，因此本發(fā)明不需要電動汽車停留，且不會影響電動汽車正常的行駛就能實現(xiàn)對電動汽車的充電，具有方便、快捷的優(yōu)點。2、本發(fā)明由于設置了一個傳輸效率功率閉環(huán)控制模塊，它采用磁強耦合諧振原理，不僅大大增加了能量傳輸?shù)木嚯x、功率和提高了效率，而且與采用普通無線能量傳輸方式相比，用它進行電能傳輸對人體的傷害比較小。3、本發(fā)明由于設置了一個是數(shù)字處理核心模塊，可以根據(jù)電動汽車的電池信息決定采用功率最高或者效率最高的方式對電池進行充電，以達到能量的優(yōu)化傳輸。4、本發(fā)明由于采用超級電容作為電能存儲模塊，其具有功率密度大、充放電速度快的優(yōu)點，可以大大縮短電動汽車充電的時間，而且超級電容體積小，使用方便。5、本發(fā)明是將太陽能、風能等新能源存儲到電能存儲模塊中，以供電動汽車使用，因此本發(fā)明符合現(xiàn)在所提倡的綠色和環(huán)保的觀念。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)和安裝布置簡單、體積小，不需要電動汽車停留，且不會影響電動汽車正常的行駛，就能給電動汽車的電池進行充電，能廣泛的用于各種電動汽車中。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是發(fā)射端控制器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是接收端控制器的結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)的設置示意5是本發(fā)明的工作過程示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖I所示，本發(fā)明包括一電能發(fā)射端和一電能接收端(圖中未示出)，其中電能發(fā)射端包括一電能源I、一電能轉(zhuǎn)換模塊2、一電能存儲模塊3、一發(fā)射端控制器4和第一電磁系統(tǒng)5 ;電能接收端包括第二電磁系統(tǒng)6、一接收端控制器7和一負載8。電能源I是指從新能源特別是指太陽能轉(zhuǎn)化的電能。電能轉(zhuǎn)換模塊2可以采用·DC/DC轉(zhuǎn)換器，電能存儲模塊3可以采用超級電容，超級電容使用時需要具有相應的穩(wěn)壓電路，以避免充電時超過其額定電壓。電能轉(zhuǎn)換模塊2和電能存儲模塊3可以采用包括上述設備在內(nèi)的各種現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。如圖I、圖2所示，發(fā)射端控制器4包括一壓力傳感器41、一數(shù)字處理核心模塊42、一驅(qū)動芯片43和一大功率MOSFET芯片44。其中數(shù)字處理核心模塊42包括通訊模塊421、壓力采集模塊422和計算模塊423。第一電磁系統(tǒng)5包括第一諧振電容51和初級線圈52 ；第二電磁系統(tǒng)6包括第二諧振電容61和次級線圈62。大功率MOSFET芯片44充當高頻開關(guān)的作用，可以控制初級線圈52中形成的振蕩電流的頻率。計算模塊423可以輸出兩種不同頻率的PWM波，分別對應于傳輸?shù)墓β首罡吆蛡鬏數(shù)男首罡撸徊⑼ㄟ^輸出的不同頻率的PWM波，控制大功率MOSFET芯片44的通斷頻率，進而控制第一電磁系統(tǒng)5中的初級線圈52中振蕩電流的頻率。第一電磁系統(tǒng)5和第二電磁系統(tǒng)6都具有兩種對應相同的傳輸頻率，與計算模塊423輸出的PWM波的頻率相同；且第一電磁系統(tǒng)5和第二電磁系統(tǒng)6組成一傳輸效率功率閉環(huán)控制模塊，其是基于磁強耦合諧振原理，在一定距離內(nèi)能夠通過電磁耦合產(chǎn)生強磁諧振，進行能量的傳遞。如圖3所示，接收端控制器7包括一高頻整流橋71和一 LC濾波電路72。高頻整流橋71將第二電磁系統(tǒng)6中的次級線圈62形成的高頻交流電轉(zhuǎn)化為直流電，然后經(jīng)LC濾波電路72將直流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)壓直流電后供給負載8。使用時，首先，將發(fā)射端控制器4和第一電磁系統(tǒng)5沿路面走向一字形地設置在路面之下，如圖4所示。其次，將第二電磁系統(tǒng)6設置在電動汽車底盤的表面。最后，將接收端控制器7根據(jù)不同的車型靈活地設置在電動汽車內(nèi)部，并將通訊模塊421與電動汽車自帶的整車控制器進行無線連接，例如藍牙。本發(fā)明工作時，如圖I、圖2、圖5所示，電能源I通過電能轉(zhuǎn)換模塊2升壓存儲于電能存儲模塊3中。當電動汽車行駛到設置有發(fā)射端控制器4和第一電磁系統(tǒng)5的路面時，數(shù)字處理核心模塊42中的壓力采集模塊422采集壓力傳感器41感應到的壓力信號并發(fā)送給計算模塊423，計算模塊423計算出第二電磁系統(tǒng)6的初始位置；計算模塊423經(jīng)通訊模塊421接收電動汽車的整車控制器發(fā)送來的車速、電池信息；再根據(jù)第二電磁系統(tǒng)6的初始位置和電動汽車的車速信息，計算出第一電磁系統(tǒng)5與第二電磁系統(tǒng)6的相對位置；然后，根據(jù)接收的電池信息選擇輸出一種頻率的PWM波，經(jīng)驅(qū)動芯片43后進行放大，然后輸入到大功率MOSFET芯片44的門級；大功率MOSFET芯片44控制第一電磁系統(tǒng)5中的初級線圈52中形成振蕩電流。此時，設置在路面下的第一電磁系統(tǒng)5和設置在電動汽車底盤表面的第二電磁系統(tǒng)6之間形成耦合共振，并在第二電磁系統(tǒng)6中的次級線圈62內(nèi)形成高頻交流電。設置在電動汽車內(nèi)部的接收端控制器7中的高頻整流橋71將次級線圈62輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，然后通過LC濾波電路72將直流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)壓直流電，然后直接供給負載8。上述實施例中，電動汽車在運動過程中，初級線圈52和次級線圈62中的互感會發(fā)生變化。當電動汽車駛過設置有壓力傳感器41的路面時，數(shù)字處理核心模塊42中的計算模塊423獲取次級線圈62的初始位置，并接收整車控制器發(fā)送的車速信息，以計算出第二電磁系統(tǒng)6中的次級線圈62和第一電磁系統(tǒng)5中的初級線圈52的實時相對位置。同時，
計算模塊423接收整車控制器發(fā)送的電池信息，如果電池嚴重缺電，輸出傳輸功率最高的頻率的PWM波，反之輸出傳輸效率最高的頻率的PWM波。計算模塊423通過通訊模塊421實時與整車控制器進行通訊，并實時切換PWM波的頻率，使整個系統(tǒng)電能的傳輸效率最大或者傳輸功率最大。上述實施例中，數(shù)字處理核心模塊42中的壓力采集模塊422和計算模塊423的功能可以通過一單片機來實現(xiàn)。上述實施例中，負載8可以是電動汽車的車載電池或者電機。上述實施例中，驅(qū)動芯片43可以是多種MOSFET型的驅(qū)動芯片，例如IR2110S驅(qū)動芯片、IR2113驅(qū)動芯片、APV1221S驅(qū)動芯片等。上述實施例中，大功率MOSFET芯片44也可以是IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)和連接方式都是可以有所變化的，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件的連接和結(jié)構(gòu)進行的改進和等同變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于它包括一電能發(fā)射端和一電能接收端； 所述電能發(fā)射端包括電能源、電能存儲模塊、發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)；所述發(fā)射端控制器包括壓力傳感器、數(shù)字處理核心模塊、驅(qū)動芯片、大功率MOSFET芯片或IGBT ;所述數(shù)字處理核心模塊包括通訊模塊、壓力采集模塊和計算模塊；所述第一電磁系統(tǒng)包括第一諧振電容和初級線圈； 所述電能接收端包括第二電磁系統(tǒng)、接收端控制器和負載；所述第二電磁系統(tǒng)包括第二諧振電容和次級線圈；所述接收端控制器包括高頻整流橋和LC濾波電路； 首先將所述發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)沿路面走向一字形地設置在路面之下；其次將所述第二電磁系統(tǒng)設置在電動汽車底盤的表面；最后將所述接收端控制器設置在電動汽車內(nèi)，并將所述數(shù)字處理核心模塊的通訊模塊與電動汽車自帶的整車控制器無線連接； 所述電能源經(jīng)所述電能轉(zhuǎn)換模塊將電能存儲到電能存儲模塊中，當電動汽車行駛到設置了所述發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)的路面時，所述壓力采集模塊采集所述壓力傳感器感應到的壓力信號并發(fā)送給所述計算模塊，所述計算模塊計算出第二電磁系統(tǒng)的初始位置；同時經(jīng)所述通訊模塊接收整車控制器發(fā)送來的車速、電池信息；再根據(jù)初始位置和車速信息計算出第一電磁系統(tǒng)與第二電磁系統(tǒng)的相對位置；然后根據(jù)電池信息，輸出傳輸功率最高的頻率的PWM波或傳輸效率最高的頻率的PWM波；并經(jīng)所述驅(qū)動芯片后進行放大后，輸送給所述大功率MOSFET芯片或IGBT，所述大功率MOSFET芯片或IGBT控制所述第一電磁系統(tǒng)中的初級線圈中形成振蕩電流，使所述第一電磁系統(tǒng)和第二電磁系統(tǒng)之間形成耦合共振，并在所述次級線圈內(nèi)形成高頻交流電，經(jīng)所述接收端控制器整流濾波后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)壓直流電供給所述負載。
2.如權(quán)利要求I所述的一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述電能轉(zhuǎn)換模塊是一 DC/DC轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求I所述的一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述電能存儲模塊是一超級電容。
4.如權(quán)利要求2所述的一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述電能存儲模塊是一超級電容。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動芯片是IR2110S驅(qū)動芯片或IR2113驅(qū)動芯片或APV1221S驅(qū)動芯片中的一種。
6.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述負載是電動汽車的車載電池或電機。
7.如權(quán)利要求5中所述的一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征在于所述負載是電動汽車的車載電池或者電機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種路車交互式電動汽車無線充電系統(tǒng)，它包括一電能發(fā)射端和一電能接收端；所述電能發(fā)射端包括電能源、電能存儲模塊、發(fā)射端控制器和第一電磁系統(tǒng)；所述發(fā)射端控制器包括壓力傳感器、數(shù)字處理核心模塊、驅(qū)動芯片、大功率MOSFET芯片或IGBT；所述數(shù)字處理核心模塊包括通訊模塊、壓力采集模塊和計算模塊；所述第一電磁系統(tǒng)包括第一諧振電容和初級線圈；所述電能接收端包括第二電磁系統(tǒng)、接收端控制器和負載；所述第二電磁系統(tǒng)包括第二諧振電容和次級線圈；所述接收端控制器包括高頻整流橋和LC濾波電路。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)和安裝布置簡單、體積小，不需要電動汽車停留，且不會影響電動汽車正常的行駛，就能給電動汽車的電池進行充電，能廣泛的用于各種電動汽車中。
文檔編號H02J17/00GK102790417SQ20121027990
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者徐梁飛, 李仁杰, 李馨玥, 杜磊, 楊福源, 肖勇, 袁振 申請人:清華大學