專利名稱：一種電動汽車非接觸式移動智能充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電動汽車非接觸式移動智能充電裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種非接觸式充電裝置，具體涉及一種電動汽車非接觸式移動 智能充電裝置。
背景技術(shù)：
[0002]電動汽車作為一種新型交通工具，具有零排放、能量來源廣等優(yōu)點，被認(rèn)為是 緩解中國石油資源緊張、解決城市大氣污染問題的重要手段。但是，目前在電動汽車的 電能供給、轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)确矫娴募夹g(shù)研究進(jìn)展緩慢。另一方面，2007年6月，麻省理 工學(xué)院研究員Marin Soljacic的研究小組宣布，他們已經(jīng)運用電磁共振技術(shù)，不須使用電 線，就能隔空傳輸電力，讓一顆六十瓦的燈泡發(fā)光。目前日本的一些企業(yè)已經(jīng)開始探索 電動汽車?yán)秒姶鸥袘?yīng)等不用電線充電的非接觸充電方式，在電動汽車及混合動力巴士 中，已有部分車型開始采用非接觸充電。[0003]然而，目前電動汽車在充電方面的缺陷在于首先，無論是使用電線還是非接 觸式充電，電動汽車依然需要停靠在固定場所充電，由于充電電池的續(xù)航能力有限和充 電時間較長，經(jīng)常需要停車進(jìn)行長時間充電，這使得電動汽車的便利性依然不高，這也 成為阻滯純電動汽車普及的一個障礙；其次，目前非接觸式充電技術(shù)有效送電距離有 限，磁共振方式的共振頻率控制如果能根據(jù)送電部與受電部的距離適當(dāng)控制共振頻率， 傳輸距離就會猛增，而如果不根據(jù)傳輸距離改變共振頻率，不僅限制了送電距離，而且 傳輸效率會迅速降低，另外還存在基礎(chǔ)設(shè)施方的送電設(shè)備耗費成本等問題，這些問題在 電動汽車行駛過程中會變得更加嚴(yán)重。發(fā)明內(nèi)容[0004]要解決的技術(shù)問題[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型提出一種電動汽車非接觸式移動智 能充電裝置，為正常行駛的電動汽車提供非接觸式的移動充電，并且能夠在充電過程中 通過分析電動汽車的位置信息計算調(diào)整磁共振充電電路的發(fā)射頻率，從而有效地優(yōu)化充 電過程。[0006]技術(shù)方案[0007]—種電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，其特征在于包括充電樁和車載充電 終端，充電樁和車載充電終端的無線通信采用2MHz-27MHz的短波通信方式進(jìn)行雙工通[0008] 所述充電樁包括充電控制模塊、移動定位處理接收單元、充電樁無線通信單元 和充電樁合路器；所述充電控制模塊包括充電樁DSP、頻率控制IC、數(shù)字振蕩器和功率 自適應(yīng)單元；充電樁合路器將充電樁無線通信單元和移動定位處理接收單元兩種不同頻 段的輸入輸出信號通過充電樁合路器合路后，共用一根饋線接收發(fā)送；充電樁無線通信 單元接收到短波天饋信號后，經(jīng)過信號處理輸出基帶數(shù)字信號，基帶數(shù)字信號使用通用I/O端口傳遞給充電樁DSP ；充電樁DSP使用通用I/O端口發(fā)送控制信號控制充電樁的 移動定位處理接收單元；充電樁移動定位處理接收單元接收混合信號，經(jīng)過功率放大和 相位時延檢測分離出4路信號并且與本地高速序列相比較從而產(chǎn)生一個時間差，通過確 定兩組時間差來計算車載充電終端的位置信息，將該位置信息通過通用I/O端口發(fā)送給 充電樁DSP;充電樁DSP計算受電達(dá)到磁共振所需的諧振頻率，并將該諧振頻率信息傳 遞給頻率控制IC，頻率控制IC調(diào)節(jié)數(shù)字振蕩器輸出頻率，再由功率自適應(yīng)單元完成功 率傳輸效率優(yōu)化；充電樁DSP通過通用I/O端口把控制參數(shù)信息傳給充電樁無線通信單 元，充電樁無線通信單元對信息進(jìn)行基帶處理，將基帶信號經(jīng)過功放，并且調(diào)制成高頻 信號，再通過充電樁合路器的天饋發(fā)射；[0009]所述車載充電終端包括信息采集控制模塊、移動定位發(fā)射單元、車載無線通信 單元和車載合路器；所述信息采集控制模塊包括車載DSP、電子開關(guān)控制電路和信息采 集單元；車載合路器將車載無線通信單元和移動定位發(fā)送單元兩種不同頻段的輸入輸出 信號通過車載合路器合路后，共用一根饋線接收發(fā)送；車載無線通信單元接收到短波天 饋信號后，經(jīng)過信號處理輸出基帶數(shù)字信號，基帶數(shù)字信號通過CAN總線傳遞給信息采 集單元；信息采集單元通過CAN總線與車載中央處理器進(jìn)行通信，獲取電池信息，將 電池信息通過CAN總線傳遞給車載無線通信單元，車載無線通信單元對信息進(jìn)行基帶處 理，將基帶信號經(jīng)過功放，通過車載合路器的天饋發(fā)射；信息采集單元將基帶數(shù)字信號 通過通用I/O端口傳遞給車載DSP，車載DSP經(jīng)過分析處理，當(dāng)需要充電時打開電子開 關(guān)控制電路向車載充電終端發(fā)送控制信號，當(dāng)不需要充電時則關(guān)閉電子開關(guān)控制電路， 從而完成對車載充電終端的開/關(guān)控制。[0010]所述的充電樁無線通信單元和車載無線通信單元為雙工通信，包括發(fā)射單元和 接收單元，發(fā)射單元的輸出端和接收單元的輸入端通過雙工器與天線聯(lián)接，發(fā)射單元的 輸入端和接收單元的輸出端通過電子開關(guān)與DSP聯(lián)接；所述的發(fā)射單元為基帶單元、 低通濾波、二中放、二混頻、一中放、一混頻、平率合成、推動電路和強放電路；基帶 單元對信息進(jìn)行基帶處理，完成信息的調(diào)制和解調(diào)；然后通過接口電路順序連接低通濾 波、二中放、二混頻、一中放和一混頻后進(jìn)行頻率合成，然后由推動電路和強放電路完 成中頻信號到天饋單元之間的轉(zhuǎn)換，得到高頻放大和前置功率放大得信號經(jīng)過雙工器送 至天線；所述接收單元為前置濾波、放大器1、一本振、混頻、帶通濾波1、放大器2、 二本振、帶通濾波2和A/D、D/A采樣；雙工器輸出的天饋信號經(jīng)過前置濾波和放大器 1后將高頻信號與一本振進(jìn)行模擬變頻；通過中心頻率為140MHz帶通濾波器1得到的中 頻信號經(jīng)過放大器2對其功率進(jìn)行放大，然后再與二本振進(jìn)行模擬變頻，將得到的信號 通過中心頻率為5.12MHz的帶通濾波器2，所得到的信號再經(jīng)過高速A/D、D/A抽樣， 抽樣的信號經(jīng)過電子開關(guān)送到DSP單元中，經(jīng)過奇偶抽樣分離、正交變化，輸出基帶信 號。[0011]所述的一本振頻率為143.4-168.6MHz。[0012]所述的二本振頻率為145.12MHz。[0013]所述的采樣率為20.48MHz。[0014]有益效果[0015]本實用新型提出的電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，有益效果如下根據(jù)本實用新型的電動汽車非接觸式移動智能充電系統(tǒng)，其可以為正常行駛的電動汽車非接 觸式充電，使得電動車可以在行駛過程中完成充電，避免了停車充電所帶來的局限，間 接解決了充電電池的續(xù)航能力有限和充電時間較長的問題，并且通過實時計算調(diào)整磁共 振充電電路的發(fā)射頻率，有效解決了充電距離以及充電效率等問題，在充電過程中全部 實現(xiàn)智能化，實用安全，高效節(jié)能。


[0016]圖1 :電動汽車非觸式移動智能充電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖2 無線通信功能結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖3 移動定位功能結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0019]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述[0020]本實施例充電樁的非接觸式供電模塊采用美國WiTricity公司提供的 "WiTricity"專利技術(shù)，該技術(shù)利用磁場共振，能夠以無線方式傳輸電力。[0021]充電控制模塊，包括充電樁DSP、頻率控制IC、數(shù)字振蕩器和功率自適應(yīng)單 元[0022] 充電樁 DSP TMS320C2812 型 DSP 芯片；[0023] 頻率控制IC 壓控振蕩器MVF820，相位鑒頻器及其輔助電路；[0024] 數(shù)字振蕩器溫度補償晶振TCXCKL04 ；[0025] 功率自適應(yīng)單元A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，89C51單片機(jī)，X9312W數(shù)字電位器。[0026]信息采集控制模塊，包括車載DSP、電子開關(guān)控制電路和信息采集單元[0027] 車載 DSP TMS320C2812 型 DSP 芯片；[0028] 電子開關(guān)控制電路四與非門芯片外圍電路AX4011，雙向可控硅 BT134-600E ；[0029] 信息采集單元光電隔離器BM32H9，8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器 74LS2450[0030]車載中央處理單元TMS320C^812型DSP芯片。[0031]無線通信SIN-SWRX2短波無線發(fā)射/接收機(jī)。[0032]移動定位射頻功放PA20110，卷積碼編碼器，HP/SH相位驗測器，差頻順序 采樣組合電路，移位寄存器網(wǎng)絡(luò)，高速計數(shù)模塊A1SD62。[0033]充電電路5Kw充電機(jī)CD40017。[0034]蓄電池組電動汽車磷酸鐵鋰電池380V/10AH。[0035]合路器由MAX3691和MAX3667組成的雙芯片電路。[0036]線結(jié)合附圖描述系統(tǒng)連接關(guān)系及工作過程[0037]圖1描述的是電動汽車非觸式移動智能充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。非觸式移動智能 充電系統(tǒng)包括充電樁和車載充電終端。充電樁包括充電控制模塊、移動定位處理接收單 元、充電樁無線通信單元和充電樁合路器，充電控制模塊又包括充電樁DSP、頻率控制IC、數(shù)字振蕩器和功率自適應(yīng)單元。車載充電終端包括信息采集控制模塊、移動定位發(fā) 射單元、車載無線通信單元和車載合路器，信息采集控制模塊又包括車載DSP、電子開 關(guān)控制電路和信息采集單元。[0038]充電樁和車載充電終端的無線通信單元之間通過短波通信方式0ΜΡ Ζ-27ΜΡ Ζ) 進(jìn)行雙工通信。充電樁合路器將充電樁無線通信單元和移動定位處理接收單元兩種不同 頻段的輸入輸出信號通過充電樁合路器合路后，共用一根饋線接收發(fā)送。充電樁無線通 信單元接收到短波天饋信號后，經(jīng)過信號處理輸出基帶數(shù)字信號，基帶數(shù)字信號使用通 用I/O端口傳遞給充電樁DSP。充電樁DSP使用通用I/O端口發(fā)送控制信號控制充電 樁的移動定位處理接收單元。充電樁移動定位處理接收單元接收混合信號，經(jīng)過功率放 大和相位時延檢測分離出4路信號并且與本地高速序列相比較從而產(chǎn)生一個時間差，通 過確定兩組時間差來計算車載充電終端的位置信息，位置信息包括車速、行駛路線，最 后將該位置信息通過通用I/O端口發(fā)送給充電樁DSP。充電樁DSP通過分析電動汽車的 位置信息計算使受電方達(dá)到磁共振所需的諧振頻率，并將該諧振頻率信息傳遞給頻率控 制IC，頻率控制IC調(diào)節(jié)數(shù)字振蕩器輸出頻率，再由功率自適應(yīng)單元完成功率傳輸效率優(yōu) 化。充電樁DSP通過通用I/O端口把控制參數(shù)信息傳給充電樁無線通信單元，充電樁無 線通信單元對信息進(jìn)行基帶處理，將基帶信號經(jīng)過功放，并且調(diào)制成高頻信號，再通過 充電樁合路器的天饋發(fā)射。[0039]車載合路器將車載無線通信單元和移動定位發(fā)送單元兩種不同頻段的輸入輸出 信號通過車載合路器合路后，共用一根饋線接收發(fā)送。車載無線通信單元接收到短波天 饋信號后，經(jīng)過信號處理輸出基帶數(shù)字信號，基帶數(shù)字信號通過CAN總線傳遞給信息采 集單元。信息采集單元通過CAN總線與車載中央處理器進(jìn)行通信，獲取電池信息，電 池信息包括電池類型，電池型號，電池容量，生產(chǎn)廠商，充電電壓，充電電流，剩余電 量。然后信息采集單元將電池信息通過CAN總線傳遞給車載無線通信單元，車載無線通 信單元對信息進(jìn)行基帶處理，將基帶信號經(jīng)過功放，通過車載合路器的天饋發(fā)射。信息 采集單元將基帶數(shù)字信號通過通用I/O端口傳遞給車載DSP，車載DSP經(jīng)過分析處理， 當(dāng)需要充電時打開電子開關(guān)控制電路向車載充電終端發(fā)送控制信號，當(dāng)不需要充電時則 關(guān)閉電子開關(guān)控制電路，從而完成對車載充電終端的開/關(guān)控制。[0040]圖2為無線通信功能結(jié)構(gòu)示意圖。無線通信單元為雙工通信，包括發(fā)射單元和 接收單元。發(fā)射單元發(fā)射單元分為基帶單元、中頻單元、射頻放大單元?；鶐卧?對信息進(jìn)行基帶處理，包括基帶信號的產(chǎn)生以及由基帶信息還原到原始信息，即完成調(diào) 制、解調(diào)的功能?；鶐卧ˋ/D、D/A轉(zhuǎn)換、模擬濾波，然后通過接口電路連接到 中頻單元；中頻單元將接收到的基帶頻率調(diào)制到中頻，完成基帶和中頻直接的轉(zhuǎn)換，包 括低通濾波、二中放、二混頻、一中放、一混頻和頻率合成。射頻放大電路完成中頻信 號到天饋單元之間的轉(zhuǎn)換，包括高頻放大、前置功率放大，此功能由推動電路和強放完 成?；鶐卧獙⒒鶐盘柦?jīng)過低通濾波后，然后進(jìn)行二中放，經(jīng)與145.12MHz頻率合成 來的頻率進(jìn)行二混頻后，再經(jīng)過一中放再與143.4-168.6MHz頻率進(jìn)行一混頻，得到較高 的中頻頻率。然后經(jīng)過推動電路和強放前路完成功率放大和輸出功率的產(chǎn)生，最后通過 天饋發(fā)射。[0041]接收單元接收單元分為射頻前端和中頻采樣單元。射頻前端負(fù)責(zé)接收天饋單元來的天饋信號，包括前置濾波和放大器1。中頻采樣單元負(fù)責(zé)將信號調(diào)制到基帶頻率， 包括一本振、混頻、帶通濾波1、放大器2、二本振、帶通濾波2、A/D、D/A采樣。接 收單元當(dāng)接收到2-27MHZ的射頻信號后，經(jīng)過前置濾波，放大器1，然后將高頻信號與 一本振(143.4-168.6MHz)進(jìn)行模擬變頻；通過中心頻率為140MHz帶通濾波器1得到 的中頻信號經(jīng)過放大器2對其功率進(jìn)行放大，然后再與二本振(145.12MHz)進(jìn)行模擬變 頻，將得到的信號通過中心頻率為5.12MHz的帶通濾波器2，所得到的信號再經(jīng)過高速 A/D、D/A抽樣，采樣率為20.48MHz。采樣的信號送到DSP單元中經(jīng)過奇偶抽樣分離、 正交變化，輸出基帶信號。[0042]圖3移動定位功能結(jié)構(gòu)示意圖。車載充電終端的移動定位發(fā)射單元包括DSP、 高速偽碼生成單元、順序采樣單元、信號發(fā)送處理單元和功率放大器。充電樁的移動定 位處理接收單元包括功率放大器、信號接收處理單元、乘法單元、相位時延檢測電路和 DSP。[0043]DSP單元將一組常規(guī)數(shù)據(jù)流DS-SS信號送到高速偽碼生成單元中，產(chǎn)生一組長 度為N，偽碼速率為Ι/Tcbps的擴(kuò)頻偽碼序列。高頻計數(shù)器的作用是為順序采用單元提 供高速采樣頻率。高速率PN碼經(jīng)順序采樣單元被順序采樣后產(chǎn)生4組低速率的序列； 每組低速率的序列分別與c0S2Jiftl、2、3、4經(jīng)過乘法器相乘完成移向并且調(diào)制成相互正 交的子載波。再經(jīng)過加法器即得到發(fā)射信號，然后將此發(fā)射信號經(jīng)過功率放大器，發(fā)送 到天饋單元中去。[0044]接收機(jī)將接收的混合信息先經(jīng)過功率放大，然后通過相干檢測分離出4路子載 波，每一路子載波分別與c0S2Jiftl、2、3、4相乘后經(jīng)過帶通濾波器濾去帶外雜質(zhì)，然后 將4路子載波相乘重新組合在一起生成一組與原序列相同但是有一個固定并且已知的時 間偏移的高速序列，通過相位時延檢測電路來確定這個時間差。DSP單元通過比較兩組 時間差來完成定位工作。
權(quán)利要求1. 一種電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，其特征在于包括充電樁和車載充電終 端，充電樁和車載充電終端的無線通信采用2MHz-27MHz的短波通信方式進(jìn)行雙工通所述充電樁包括充電控制模塊、移動定位處理接收單元、充電樁無線通信單元和充 電樁合路器；所述充電控制模塊包括充電樁DSP、頻率控制IC、數(shù)字振蕩器和功率自適 應(yīng)單元；充電樁合路器將充電樁無線通信單元和移動定位處理接收單元兩種不同頻段的 輸入輸出信號通過充電樁合路器合路后，共用一根饋線接收發(fā)送；充電樁無線通信單元 接收到短波天饋信號后，經(jīng)過信號處理輸出基帶數(shù)字信號，基帶數(shù)字信號使用通用I/O 端口傳遞給充電樁DSP ；充電樁DSP使用通用I/O端口發(fā)送控制信號控制充電樁的移動 定位處理接收單元；充電樁移動定位處理接收單元接收混合信號，經(jīng)過功率放大和相位 時延檢測分離出4路信號并且與本地高速序列相比較從而產(chǎn)生一個時間差，通過確定兩 組時間差來計算車載充電終端的位置信息，將該位置信息通過通用I/O端口發(fā)送給充電 樁DSP;充電樁DSP計算受電達(dá)到磁共振所需的諧振頻率，并將該諧振頻率信息傳遞給 頻率控制IC，頻率控制IC調(diào)節(jié)數(shù)字振蕩器輸出頻率，再由功率自適應(yīng)單元完成功率傳輸 效率優(yōu)化；充電樁DSP通過通用I/O端口把控制參數(shù)信息傳給充電樁無線通信單元，充 電樁無線通信單元對信息進(jìn)行基帶處理，將基帶信號經(jīng)過功放，并且調(diào)制成高頻信號， 再通過充電樁合路器的天饋發(fā)射；所述車載充電終端包括信息采集控制模塊、移動定位發(fā)射單元、車載無線通信單元 和車載合路器；所述信息采集控制模塊包括車載DSP、電子開關(guān)控制電路和信息采集單 元；車載合路器將車載無線通信單元和移動定位發(fā)送單元兩種不同頻段的輸入輸出信號 通過車載合路器合路后，共用一根饋線接收發(fā)送；車載無線通信單元接收到短波天饋信 號后，經(jīng)過信號處理輸出基帶數(shù)字信號，基帶數(shù)字信號通過CAN總線傳遞給信息采集單 元;信息采集單元通過CAN總線與車載中央處理器進(jìn)行通信，獲取電池信息，將電池信 息通過CAN總線傳遞給車載無線通信單元，車載無線通信單元對信息進(jìn)行基帶處理，將 基帶信號經(jīng)過功放，通過車載合路器的天饋發(fā)射；信息采集單元將基帶數(shù)字信號通過通 用I/O端口傳遞給車載DSP，車載DSP經(jīng)過分析處理，當(dāng)需要充電時打開電子開關(guān)控制 電路向車載充電終端發(fā)送控制信號，當(dāng)不需要充電時則關(guān)閉電子開關(guān)控制電路，從而完 成對車載充電終端的開/關(guān)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，其特征在于所述 的充電樁無線通信單元和車載無線通信單元為雙工通信，包括發(fā)射單元和接收單元，發(fā) 射單元的輸出端和接收單元的輸入端通過雙工器與天線聯(lián)接，發(fā)射單元的輸入端和接收 單元的輸出端通過電子開關(guān)與DSP聯(lián)接；所述的發(fā)射單元為基帶單元、低通濾波、二中 放、二混頻、一中放、一混頻、平率合成、推動電路和強放電路；基帶單元對信息進(jìn)行 基帶處理，完成信息的調(diào)制和解調(diào)；然后通過接口電路順序連接低通濾波、二中放、二 混頻、一中放和一混頻后進(jìn)行頻率合成，然后由推動電路和強放電路完成中頻信號到天 饋單元之間的轉(zhuǎn)換，得到高頻放大和前置功率放大得信號經(jīng)過雙工器送至天線；所述接 收單元為前置濾波、放大器1、一本振、混頻、帶通濾波1、放大器2、二本振、帶通濾 波2和A/D、D/A采樣；雙工器輸出的天饋信號經(jīng)過前置濾波和放大器1后將高頻信號 與一本振進(jìn)行模擬變頻；通過中心頻率為140MHz帶通濾波器1得到的中頻信號經(jīng)過放大器2對其功率進(jìn)行放大，然后再與二本振進(jìn)行模擬變頻，將得到的信號通過中心頻率為 5.12MHz的帶通濾波器2，所得到的信號再經(jīng)過高速A/D、D/A抽樣，抽樣的信號經(jīng)過 電子開關(guān)送到DSP單元中，經(jīng)過奇偶抽樣分離、正交變化，輸出基帶信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，其特征在于所述 的一本振頻率為143.4-168.6MHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，其特征在于所述 的二本振頻率為145.12MHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，其特征在于所述 的采樣率為20.48MHz。
專利摘要本實用新型涉及一種電動汽車非接觸式移動智能充電裝置，其特征在于包括充電樁和車載充電終端，充電樁和車載充電終端的無線通信采用2MHz-27MHz的短波通信方式進(jìn)行雙工通信；有益效果如下根據(jù)本實用新型的電動汽車非接觸式移動智能充電系統(tǒng)，其可以為正常行駛的電動汽車非接觸式充電，使得電動車可以在行駛過程中完成充電，避免了停車充電所帶來的局限，間接解決了充電電池的續(xù)航能力有限和充電時間較長的問題，并且通過實時計算調(diào)整磁共振充電電路的發(fā)射頻率，有效解決了充電距離以及充電效率等問題，在充電過程中全部實現(xiàn)智能化，實用安全，高效節(jié)能。
文檔編號H02J7/00GK201813192SQ201020553658
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者張波, 張雨, 竇滿峰, 董云衛(wèi) 申請人:西北工業(yè)大學(xué)