一種電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)，包括無線接收電能的無線電能接收器（4），接收轉(zhuǎn)換電路、充電電路和充電電池，其中：所述無線電能接收器（4）接收到無線電能發(fā)射器（2）無線發(fā)射的電能后，通過所述接收轉(zhuǎn)換電路對電能進行整流、穩(wěn)壓，然后通過所述充電電路傳給所述充電電池。本實用新型提供的電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)彌補了電動汽車有線充電的不足。如果將電動汽車無線充電電能發(fā)射系統(tǒng)與道路建設(shè)結(jié)合，可實現(xiàn)電動汽車邊走邊充電的功能，極大地緩解了電動汽車動力電池不足，行駛距離短的缺陷，將極大地推動電動汽車的推廣應(yīng)用。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及無線充電領(lǐng)域，尤其是一種電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)。 一種電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)展電動汽車，是世界公認的緩解能源短缺和環(huán)境污染的有效策略，而對于我國 又顯得至關(guān)重要。以我國的石油消耗為例，2009年石油凈進口量約2. 04億噸，進口依存度 達52%，遠超過國際警戒線標準35%。其中車用燃油消耗占總石油消耗的1/3強。因此，開 發(fā)、推廣汽車代用燃料和電動汽車，降低燃料消耗，對緩解我國環(huán)境污染、保障能源安全和 供給以及國家可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義
[0003] 隨著環(huán)保理念的深入人心和石油價格的上漲，電動汽車也隨之飛速發(fā)展，未來使 用的前景將非常廣泛。但受制于充電效率、充電電池的存儲能力，電動汽車沒有得到足夠的 發(fā)展。無線充電的原理就是聞名于世的特斯拉磁性諧振電感耦合技術(shù)，即電磁效應(yīng)。當電 動汽車駛過鋪設(shè)在高速公路車道中央的磁性線圈時，車載線圈便首先獲得電力，隨即輸入 電池中，為汽車提供源源不斷的動力。無線充電技術(shù)意味著不再受限于電線、連接器或接觸 點，電能和數(shù)據(jù)就能夠有效在電器設(shè)備間傳遞。將無線充電技術(shù)應(yīng)用于電動汽車，并解決實 際使用中存在的技術(shù)問題，成為當務(wù)之急。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供了一種電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)，為 電動汽車無線充電，解決了電動汽車不能邊走邊充電的問題。
[0005] 本實用新型提供了一種電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)，包括無線接收電能的無 線電能接收器4,接收轉(zhuǎn)換電路、充電電路和充電電池，其中：所述無線電能接收器4接收到 無線電能發(fā)射器2無線發(fā)射的電能后，通過所述接收轉(zhuǎn)換電路對電能進行整流、穩(wěn)壓，然后 通過所述充電電路傳給所述充電電池。
[0006] 進一步，所述無線電能發(fā)射器2與所述無線電能接收器4有共同的共振頻率，當所 述無線電能發(fā)射器2提供的電磁波能量的頻率與所述無線電能接收器4的共振頻率相同 時，能夠?qū)崿F(xiàn)最高的轉(zhuǎn)換效率。
[0007] 進一步，所述系統(tǒng)還包括通信單元，用于和無線電能發(fā)射系統(tǒng)通信，所述通信單元 包括通信電路和通信協(xié)議，通信電路包括模擬和數(shù)字聲脈沖發(fā)射模塊，身份識別和配置模 塊和電能發(fā)射判斷模塊；通信協(xié)議用于所述模擬和數(shù)字聲脈沖發(fā)射模塊、身份識別和配置 模塊和電能發(fā)射判斷模塊之間的通信。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)彌補了電動 汽車有線充電的不足。如果將電動汽車無線充電電能發(fā)射系統(tǒng)與道路建設(shè)結(jié)合，可實現(xiàn)電 動汽車邊走邊充電的功能，極大地緩解了電動汽車動力電池不足，行駛距離短的缺陷，將極 大地推動電動汽車的推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為電動汽車及充電結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖2為圖1中無線電能發(fā)射器放大示意圖；
[0011] 圖3為圖1中無線電能接收器放大示意圖；
[0012] 圖4為電能發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0013] 圖5為供電交流電路的電路示意圖；
[0014] 圖6為發(fā)射電路的電路示意圖；
[0015] 圖7為電能接收電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖8為電能接收轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖9為充電電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖10為城市道路中邊走邊充電專用道路示意圖；
[0019] 圖11為1?速路中邊走邊充電專用道路不意圖。

【具體實施方式】
[0020] 1914年11月，中國首條無軌電車(帶辮子的電車)線路在上海開通，并從容駛過將 近一個世紀。資料顯示，上海無軌電車系統(tǒng)在1994年達到巔峰期，當時擁有電車線路20多 條，營運車輛986輛，載客量占市區(qū)公交客運總量的30%以上。其營運規(guī)模曾排名亞洲第一、 世界第三。最初軌道交通建設(shè)在租界內(nèi)進行。1881年7月上海英商怡和洋行向法租界公董 局提議開辦電車事業(yè)，租界當局認為雖然有軌電車鋪軌架線投資較大，但鑒于其行車成本 低、乘客容量大、乘坐平穩(wěn)舒適的優(yōu)點，決定采納，并著手研究。1898年3月法租界公董局與 公共租界工部局聯(lián)合組成電車設(shè)計委員會，因設(shè)計分歧未果。后兩租界分別辦理電車事宜， 1905年3月公共租界選定英商布魯斯?庇波爾公司承辦電車工程，后其專營權(quán)轉(zhuǎn)讓給英商 上海電車公司，1907年4月24日公共租界有軌電車工程開工。
[0021] 城市人口激增和工、商業(yè)規(guī)模擴大，推動了城市公共交通的發(fā)展。到1927年底，市 區(qū)辟有有軌電車線路22條，其中英商11條，法商7條，華商4條。營運地區(qū)東至外灘、楊樹 浦，西抵徐家匯、靜安寺，南起盧家灣、高昌廟，北及北火車站、虹口公園。日均運客達48. 6 萬人次。由市中心向四周延伸的車軌和穿梭其上的有軌電車，不僅給上海人帶來了行路之 便，也傳遞著都市生活快速的節(jié)奏。直至上世紀90年代中后期，隨著大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施 建設(shè)和道路改造工程的興起，9路、12路、16路、27路等無軌電車先后退出營運舞臺，曾經(jīng)唯 一一條過江電車線路隧道五線也改為汽車線路，18路、21路雖然保留了"番號"，但車隊中 早已沒有無軌電車的身影。目前，上海的無軌電車線路只剩下10條左右。隨著大城市交通 運輸?shù)母咚侔l(fā)展，傳統(tǒng)的無軌電車、和有軌電車，已逐漸走完它的歷史里程：一些城市的有 軌電車軌線與無軌電車電桿線相繼被拆除。
[0022] 目前，城市的客運，百分之一，屬于地鐵,百分之九十九、屬于常規(guī)燃油客車運營。 可是，當今能源面臨枯竭，未來的客運面臨崩潰，龐大的人流漩渦靠什么方法來運轉(zhuǎn)，這一 問題如何應(yīng)對，將是一個擺在面前的很嚴肅問題。
[0023] 下面結(jié)合附圖，對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0024] 如圖1所示，1為埋在路面下的電源線路，2為隱藏在路面下的無線電能發(fā)射器，3 為覆蓋在無線電能發(fā)射器上面的專線路面，4為安裝在電動汽車內(nèi)的無線電能接收器，5為 電動汽車驅(qū)動電池，6為電動汽車驅(qū)動電機。
[0025] 電源線路1與隱藏在路面下的無線電能發(fā)射器2連接，專線路面3空間以外下部 處與隱藏空間以外路基處連接，專線路面3上部的表面與電動汽車驅(qū)動車輪接觸(不能連 接)，無線電能發(fā)射器2固定在專線路面3的下方，無線電能接收器4的正極與電動汽車驅(qū) 動電池5的輸入正極連接，無線電能接收器4的負極，與電動汽車驅(qū)動電池5的輸入負極連 接，電動汽車驅(qū)動電池5的輸出正極與裝在電動汽車輪轂上的驅(qū)動電機6的正極連接，電動 汽車驅(qū)動電池5的輸出負極與裝在電動汽車輪轂上的驅(qū)動電機6的負極連接。
[0026] 電動汽車無線充電的工作原理為：無線電能發(fā)射器2與無線電能接收器4通過通 信單元建立通信，并確定開始傳輸電能，并在傳輸電能過程中通過通信單元傳輸誤差數(shù)據(jù) 包，以確定充電的具體需求和檢測充電狀態(tài)。當充電需求得到滿足或充電異常時，充電終 止。
[0027] 圖2為無線電能發(fā)射器2的放大示意圖，電力傳輸方向始終是從無線電能發(fā)射器 2到無線電能接收器4。無線電能發(fā)射器2的關(guān)鍵電路是用于向電力接收器傳輸電力的一 次線圈、驅(qū)動一次線圈的控制單元以及解調(diào)一次線圈電壓或者電流的通信電路。對無線電 能發(fā)射器2設(shè)計的靈活性進行了限制，旨在向無線電能接收器4提供一致的電力和電壓電 平。無線電能發(fā)射器2連接至電源。符合標準的設(shè)備線圈起到了一個50%占空比諧振半橋 的作用，如果無線電能接收器4需要或多或少的功率，則線圈頻率會發(fā)生變化，具體取決于 功率需求。
[0028] 圖3為無線電能接收器4的放大示意圖，無線電能接收器4將自己作為電力發(fā)送 器的一個兼容設(shè)備，同時也提供配置信息。當無線電能發(fā)射器2開始電能傳輸，無線電能接 收器4就向電力發(fā)送器發(fā)送一些誤差數(shù)據(jù)包，從而要求或多或少的電能。當接收到一個"終 止電力"消息，或者如果1. 25秒以上都沒有接收到誤差數(shù)據(jù)包，則無線電能發(fā)射器2停止 供電。沒有電力傳輸時，電能發(fā)送器2則進入低功耗待機模式。
[0029] 無線電能發(fā)射器2與無線電能接收器4之間除了傳輸電能的電路外，還有通信單 元，包括通信電路和通信協(xié)議，用于建立通信，確定電能傳輸?shù)拈_始、結(jié)束以及傳輸誤差數(shù) 據(jù)包等。無線電能發(fā)射器2與無線電能接收器4有共同的共振頻率，電能傳輸是需要透過預(yù) 設(shè)好的共振頻率來傳送的，無線電能發(fā)射器2提供的電磁波能量之頻率需要是接收器4的 共振頻率才能得到好的轉(zhuǎn)換效率。通過標準的資料傳送碼或其它識別激活方式，無線電能 發(fā)射器2需要對應(yīng)到正確的無線電能接收器4才能開始送電。在任何一輛大小功率不同的 電動汽車，只要裝有無線電能接收器4,通過專用充電路面時，該車上的無線電能接收器4， 就會自動向無線電能發(fā)射器2傳遞出自己所需功率信號，無線電能發(fā)射器2馬上會源源不 斷的為該車提供動力電源，該電動汽車就會完成無限行走，從而也就完成了本實用新型目 的。
[0030] 如圖4所示，電能發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)框圖，包括直流電源、交流電源、發(fā)射電路、無線 電能發(fā)射器2、無線電能接收器4和驅(qū)動電池5。無線電能發(fā)射器2,電源管理模塊，接收到 來自交流電源，或直流電源的電流信號，對其進行變壓管理，后通過發(fā)射電路進入無線電能 發(fā)射器2,將變壓后的電流發(fā)射給無線電能接收4,然后進入驅(qū)動電池，再然后進行驅(qū)動電 機。
[0031] 如圖5所示，供電交流電路的電路示意圖。
[0032] 如圖6所示，發(fā)射電路的電路示意圖，發(fā)射電路的主振電路采用2 MHz有源晶振作 為振蕩器。有源晶振輸出的方波，經(jīng)過二階低通濾波器濾除高次諧波，得到穩(wěn)定的正弦波輸 出，經(jīng)三極管13003及其外圍電路組成的丙類放大電路后輸出至線圈與電容組成的并聯(lián)諧 振回路輻射出去，為接收部分提供能量，有效的達到實用新型目的。
[0033] 如圖7所示，電能接收電路的結(jié)構(gòu)框圖，包括無線發(fā)射電能的無線電能發(fā)射器2， 無線接收電能的無線電能接收器4,接收轉(zhuǎn)換電路、充電電路和充電電池。無線電能接收器 4接收到無線電能發(fā)射器2無線發(fā)射的電能后，通過接收轉(zhuǎn)換電路對電能進行整流、穩(wěn)壓， 然后通過充電電路傳給充電電池。
[0034] 如圖8所示，電能接收轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 電能接收轉(zhuǎn)換電路的具體指標，可以是，與電容組成的并聯(lián)諧振回路的空芯耦合 線圈的線徑為〇. 5 mm，直徑為7 cm，電感為47 uH，載波頻率為2 MHz。根據(jù)并聯(lián)諧振公式得 匹配電容C約為140 pF。因而，發(fā)射部分采用2MHz有源晶振產(chǎn)生與諧振頻率接近的能源載 波頻率。
[0036] 如圖9所示，充電電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 無線電能接收器為一種驅(qū)動充電設(shè)備。無線電能接收器的關(guān)鍵電路是用于從無線 電能發(fā)射器接收電力的次級線圈、用于轉(zhuǎn)換/整流電路、用于將未穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換的電流經(jīng)過穩(wěn) 壓轉(zhuǎn)換電源調(diào)節(jié)電路以及用于將信號調(diào)制到合乎次級線圈的通信電路。無線電能發(fā)射器負 責(zé)其身份認證和電源要求的所有通信，因為無線電能接收器相對于無線電能發(fā)射器(如果 為"述說著")，只是一個"收聽者"。
[0038] 盡管為了讓其符合標準，對無線電能發(fā)射器的設(shè)計進行了限制，但設(shè)計無線電能 接收器時卻可以有更多的自由?？梢哉{(diào)節(jié)無線電能接收器的線圈尺寸，以滿足設(shè)備的體積 要求，對無線電能接收器的線圈電壓進行全波整流。由于兩個設(shè)備之間的通信是單向的， 因此，無線電能接收器作為"收聽者"。電感電能傳輸通過耦合一次，到次級線圈的磁場工 作。非耦合磁力線圍繞一次線圈旋轉(zhuǎn)，且只要磁力線不耦合寄生負載，其便不會出現(xiàn)損耗 (例如：金屬的潤流損耗等)。
[0039] 通信電路包括模擬和數(shù)字聲脈沖發(fā)射模塊，身份識別和配置模塊和電能發(fā)射判斷 模塊。通信協(xié)議用于所述模擬和數(shù)字聲脈沖發(fā)射模塊、身份識別和配置模塊和電能發(fā)射判 斷模塊之間的通信。無線電能接收器4放置在無線電能發(fā)射器2上面時，典型啟動順序如 下：
[0040] S1、無線電能發(fā)射器2的通過模擬脈沖檢測到無線電能接收器4。
[0041] S2、無線電能發(fā)射器2的數(shù)字脈沖為模擬脈沖的加長版，并使得無線電能接收器4 在一定時間內(nèi)回復(fù)一個信號強度包，如果該信息強度包有效，則無線電能發(fā)射器2會保持 通電并進行下一步驟S3。
[0042] S3、身份識別和配置階段期間，無線電能接收器4發(fā)送包含特定信息的數(shù)據(jù)包，對 無線電能發(fā)射器2進行身份識別，并向無線電能發(fā)射器2提供身份識別和配置信息。
[0043] S4、在電能發(fā)射階段，無線電能接收器4向無線電能發(fā)射器2發(fā)送誤差數(shù)據(jù)包，以 增加或者減少電力。正常運行期間，每隔約250ms便發(fā)送所述誤差數(shù)據(jù)包，而在大信號變化 期間會每隔32ms發(fā)送一次。另外，在正常運行期間，無線電能發(fā)射器2會每隔5秒鐘便發(fā) 送一次電力包。
[0044] S5、為了終止電能發(fā)射，無線電能接收器4會發(fā)送一條"終止充電"消息，或者1. 25 秒時長內(nèi)都不進行通信。兩種事件中的任何一個都會讓無線電能發(fā)射器2停止發(fā)射電力 包，進入低功耗狀態(tài)。從而實現(xiàn)無線充電和斷電。
[0045] 無線充電技術(shù)的實現(xiàn)，離不開無線電能發(fā)射器2、無線電能接收器4、通信電路和 通信協(xié)議之間的配合。關(guān)于無線電能發(fā)射器2的實際使用，一般是將其設(shè)置在城市專用道 路上，以實現(xiàn)電動汽車邊走邊充電的功能。
[0046] 如圖10所示，以城市八車道為例，向北四車道，最右側(cè)1車道為人行道(或非機動 車道）；1車道左側(cè)為2車道，是電動汽車邊走邊充電車道；2車道左側(cè)為3車道，是慢車道， 3車道左側(cè)為4車道，是快車道(超車車道)，向南四車道與向北四車道對稱。邊走邊充電車 道（2車道)中的圓圈，表示埋在路表下的無線電能發(fā)射器2,間距為5米，目前大功率無線充 電的發(fā)射傳輸?shù)目煽烤嚯x為5米，隨著無線電能發(fā)射器2的技術(shù)發(fā)展，以后還可以再擴展。
[0047] 如圖1所示，電源線路1與隱藏在路面下的無線電能發(fā)射器2連接，專線路面3空 間以外下部處與隱藏空間以外路基處連接，專線路面3上部的表面與電動汽車驅(qū)動車輪接 觸(不能連接)，無線電能發(fā)射器2固定在專線路面3的下方，無線電能接收器4的正極與電 動汽車驅(qū)動電池5的輸入正極連接，無線電能接收器4的負極，與電動汽車驅(qū)動電池5的輸 入負極連接，電動汽車驅(qū)動電池5的輸出正極與裝在電動汽車輪轂上的驅(qū)動電機6的正極 連接，電動汽車驅(qū)動電池5的輸出負極與裝在電動汽車輪轂上的驅(qū)動電機6的負極連接。
[0048] 結(jié)合圖1與圖10所示，城市中邊走邊充電的電動汽車專用道路可形成。
[0049] 在有了能夠邊走邊充電的無線充電技術(shù)后，電動汽車不僅用在城市中，做短距離 或短時間的使用。
[0050] 如圖11所示，中央隔離帶右側(cè)為1車道，是小客車快速車道(超車車道）；1車道右 側(cè)為2車道，是小客車行車車道，2車道右側(cè)為3車道，是客貨車道，3車道右側(cè)為4車道，是 電動汽車邊走邊充電專用車道。4車道中的圓形符號為埋入路表下面的無線電能發(fā)射器2， 發(fā)射器發(fā)射電能半徑目前為5米，是目前比較穩(wěn)定的最大功率的無線電能發(fā)射器，發(fā)射器 間距為10米。
[0051] 高速路電動汽車邊走邊充電專線技術(shù)方案，是最安全的方法，與無線信號的原理 相同，利用兩個線圈內(nèi)的電力傳送中，包含資料碼一起傳送，可變功率系統(tǒng)需建立在數(shù)據(jù)傳 輸上。對現(xiàn)有道路的施工改造無需毀掉整個路面，只是慢車道改造即可，應(yīng)急車道不做改 變；如果是新建道路，可以規(guī)劃充電專用道路。電動汽車在高速專用車道行駛，超車時左右 不超出5米，充電繼續(xù)有效。
[0052] 無線電能發(fā)射充電技術(shù)，是利用電磁波發(fā)射原理，及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)射 和接收端/用相應(yīng)的線圈，來發(fā)射和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號，來完成電動汽車邊走邊充 電的技術(shù)。使行駛里程無限，有效的達到了本實用新型目的。
[0053] 上述各種場景僅是本實用新型較佳的實施方式，并非對本實用新型作任何形式上 的限制，本實用新型的保護范圍并不局限于此。任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用 新型揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，作出各種的變形、補充或替換都屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電動汽車無線充電電能接收系統(tǒng)，包括無線接收電能的無線電能接收器（4)， 接收轉(zhuǎn)換電路、充電電路和充電電池，其特征在于：所述無線電能接收器（4)接收到無線電 能發(fā)射器（2)無線發(fā)射的電能后，通過所述接收轉(zhuǎn)換電路對電能進行整流、穩(wěn)壓，然后通過 所述充電電路傳給所述充電電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能接收系統(tǒng)，其特征在于：所述無線電能發(fā)射器（2)與所述 無線電能接收器（4)有共同的共振頻率，當所述無線電能發(fā)射器（2)提供的電磁波能量的 頻率與所述無線電能接收器（4)的共振頻率相同時，能夠?qū)崿F(xiàn)最高的轉(zhuǎn)換效率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電能接收系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)還包括通信單元， 用于和無線電能發(fā)射系統(tǒng)通信，所述通信單元包括通信電路和通信協(xié)議，通信電路包括模 擬和數(shù)字聲脈沖發(fā)射模塊，身份識別和配置模塊和電能發(fā)射判斷模塊；通信協(xié)議用于所述 模擬和數(shù)字聲脈沖發(fā)射模塊、身份識別和配置模塊和電能發(fā)射判斷模塊之間的通信。
【文檔編號】H02J17/00GK203840039SQ201420189472
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】李復(fù)活 申請人:河南速達電動汽車科技有限公司