CN105882443A - 基于电磁力的电动汽车无线充电桩及充电器 - Google Patents

基于电磁力的电动汽车无线充电桩及充电器 Download PDF

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Abstract

基于电磁力的电动汽车无线充电桩及充电器，涉及电动汽车的无线充电技术。为了解决常规的电动汽车充电装置是通过连接线缆对电动汽车进行充电，既不方便又不安全的问题。本发明的充电桩包括充电桩控制器和多个充电接口，充电接口包括电磁铁和伸缩机构，电磁铁固定在伸缩机构上，充电桩控制器用于控制电磁铁电源的接通与断开。充电器包括充电器本体和电感线圈，充电器本体用于将电感线圈产生的电流转换成电动汽车所需的电能。本发明利用电磁原理，在充电桩内部将电能转化成磁场,磁场变化使电感线圈产生电流，达到给电动汽车充电的目的。本发明无需连接电缆充电，方便安全，并且一个充电桩能够同时为多个电动汽车充电，提高了充电桩的利用率。

Description

基于电磁力的电动汽车无线充电桩及充电器
技术领域
本发明涉及电动汽车的无线充电技术。
背景技术
常规的电动汽车充电装置是通过连接线缆对电动汽车进行充电，这对于在恶劣天气(雨雪等)环境下充电带来了极大的安全隐患。而当今的无线充电技术大多采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递，充电功率较小，不适用于电动汽车等大型用电设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决常规的电动汽车充电装置是通过连接线缆对电动汽车进行充电，既不方便又不安全的问题，提供一种基于电磁力的电动汽车无线充电桩及充电器。
本发明所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩包括充电桩控制器2和多个充电接口1，每个充电接口1包括电磁铁和伸缩机构，所述伸缩机构的一端固定，电磁铁固定在伸缩机构的另一端，充电桩控制器2用于控制电磁铁电源的接通与断开。
与上述充电桩相配合的基于电磁力的电动汽车无线充电器包括充电器本体3和电感线圈4，所述充电器本体3用于将电感线圈4产生的电流转换成电动汽车所需的电能。
本发明所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩及充电器，利用电磁原理，在充电桩内部将电能转化磁场,变化的磁场使充电器中的电感线圈产生电流，再通过充电器本体转化成电动汽车所需的电能标准，达到给电动汽车充电的目的。本发明无需连接电缆充电，方便安全，并且一个充电桩能够同时为多个电动汽车充电，大大提高了充电桩的利用率。
附图说明
图1为本发明所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩的结构示意图；
图2为本发明所述的基于电磁力的电动汽车无线充电器的结构示意图；
图3为实施方式三和六中的预订原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩,包括充电桩控制器2和多个充电接口1，每个充电接口1包括电磁铁和伸缩机构，所述伸缩机构的一端固定，电磁铁固定在伸缩机构的另一端，充电桩控制器2用于控制电磁铁电源的接通与断开。
本实施方式所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩需配合基于电磁力的电动汽车无线充电器给电动汽车充电。如图1和图2所示，所述充电器包括充电器本体3和电感线圈4，所述充电器本体3用于将电感线圈4产生的电流转换成电动汽车所需的电能。充电器安装在电动汽车上，充电桩类似于加油站的加油机，可固定在地面上或嵌在墙壁内，在公路或马路上每隔一段距离设置一个充电站，每个充电站包括若干个充电桩，每个充电桩可同时为多个电动汽车充电，电磁铁的电源采用交流电。充电时，将电动汽车行驶至某个充电桩附近，拉动伸缩机构，使电磁铁的铁芯靠近电动汽车上充电器的线圈。按下充电桩控制器2上的“开始充电”按钮，此时，电磁铁的电源接通，电磁铁产生磁场，由于电磁铁的电源为交流电，因此产生的磁场是不断变化的，通过充电器电感线圈4的磁通量也不断变化，使得电感线圈4产生电流，该电流流经充电器本体3后转换成电动汽车能够使用的电能并存储起来。充电完成后，按下充电桩控制器2上的“停止充电”按钮，电磁铁和直线运动机构停止工作。
具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩的进一步限定，本实施方式中，所述的充电接口1还包括无线接收模块，所述无线接收模块用于接收电动汽车发来的电能数据和充电阈值，并将该电能数据和充电阈值发送至充电桩控制器2，充电桩控制器2内嵌入电能控制模块，电能控制模块用于判断电动汽车发来的电能数据是否达到阈值，并在达到阈值时停止充电。
本实施方式中，充电桩控制器2内嵌入由软件实现的电能控制模块，电动汽车内部设置有无线发射模块。充电阈值应小于或等于电动汽车能够储存电能的上限。充电开始后，无线发射模块将充电阈值和电动汽车存储的实时电能数据不断发送出去，充电桩控制器2不断接收数据，并不断地将接收到的电能数据与充电阈值相对比，当接收到的电能数据达到该充电阈值时，立刻停止充电。无线接收模块和电能控制模块相配合，不仅能够自动停止充电，防止充电过量损坏电动汽车，还为收费提供了便利，可根据充电桩控制器2接收到的初始电能数据和阈值来计算充电量的多少，进而确定收费金额。本实施方式中，应对无线接收模块的接收范围进行限定，确保每个无线接收模块接收到的数据都是由其所在的充电接口1所对应的电动汽车发来的数据。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一和二所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩的进一步限定，本实施方式中，所述的充电桩控制器2还嵌入预订模块，所述预订模块包括以下单元：
剩余充电时间计算单元：根据每个正在工作的充电接口1所接收到的实时电能数据和用户设定的阈值，实时计算该充电接口1的剩余充电时间；
状态发送单元：不断发送每个充电接口1的工作状态；
位置发送单元：不断发送充电桩的位置信息；
预订信息接收单元：不断接收电动汽车发来的预订信息。
由于电动汽车充电分为快充和慢充两种，快充可以在半小时内充满70～80％，但充电电流极大，对电池有损害。所以大部分用户会选择慢充，一般7～8小时充满，因此，高速公路附近的充电桩可以设置在旅店或宾馆等能够提供住宿的地方。由于慢充充电时间长，因此用户在到达某个充电桩时，如果该充电桩的所有充电接口1都在使用中，那么用户很有可能需要等待很长时间才能开始充电。
如图3所示为预订原理，充电桩控制器2不断接收电动汽车发来的预订信号，同时不断向外界发送每个充电接口1的工作状态。当前处于空闲状态且没有被预订的充电接口1的工作状态为“空闲，无预订”；当前处于空闲状态但有预订任务的充电接口1的工作状态为剩余空闲时间，即预计开始工作时刻与当前时刻的时间差；正在充电且本次充电结束后仍有预订任务的充电接口1的工作状态为剩余充电时间以及预计空闲时间，所述预计空闲时间是指下次充电的预计开始时刻与本次充电的预计结束时刻的时间差；正在充电且本次充电结束后没有预订任务的充电接口1的工作状态为剩余充电时间。例如某充电桩包括A、B、C和D四个充电接口1，其中，充电接口1A当前处于空闲状态，并且一直没有被预订；充电接口1B已经被预订，且预订半小时后开始工作，但该充电接口1目前处于空闲状态；充电接口1C正在充电，并且预计20分钟后完成充电，且没有其他预订任务；充电接口1D正在充电，预计10分钟后完成充电，并且还有未开始的预订任务，该预订任务的内容是预订1小时后开始充电。那么充电桩控制器2向外界发送的内容是：
充电接口1A：空闲，未预订；
充电接口1B：空闲，30分钟后开始工作；
充电接口1C：使用中，需要等待20分钟；
充电接口1D：使用中，需要等待10分钟，预计空闲时间50分钟。
电动汽车根据接收到的各充电桩发来的位置信息以及各充电接口1的工作状态信息，选择合适的充电桩及充电接口1，然后向该充电桩发送预订信息包括预订的充电接口1编号以及开始充电时间。还可以增加确认单元，在接收到电动汽车发来的预订信息后，向该电动汽车发送确认信息，表示该充电桩已经接收此预订信息，电动汽车接收到确认信息后表示预订成功。
本实施方式提供的预订功能能够使用户有目的地寻找充电桩，根据各充电桩的使用情况预订某个充电接口1，避免长时间等待。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于电磁力的电动汽车无线充电器，包括充电器本体3和电感线圈4，所述充电器本体3用于将电感线圈4产生的电流转换成电动汽车所需的电能。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四所述的基于电磁力的电动汽车无线充电器的进一步限定，本实施方式中，所述充电器还包括无线发送模块和充电器控制器5，所述充电器控制器5用于设定充电阈值，无线发送模块用于将充电阈值和电动汽车存储的电能数据实时发送出去。
具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式五所述的基于电磁力的电动汽车无线充电器的进一步限定，本实施方式中，所述充电器控制器5嵌入搜索模块，所述搜索模块包括以下单元：
电能检测单元：实时检测电动汽车的剩余电能；
剩余公里数计算单元：根据电动汽车的剩余电能和当前车速计算剩余公里数，所述剩余公里数是指以当前车速继续行驶的前提下，剩余电能能够支撑的路程；
数据接收单元：不断接收各充电桩发来的位置信息和各充电接口1的工作状态；
充电桩搜索单元：根据各充电桩发来的位置信息，在电子地图上搜索各充电桩的位置，显示各充电桩与电动汽车之间的最近行走路线的距离，并按照距离由近到远的顺序对各充电桩进行编号，对距离小于剩余公里数的充电桩用红色标注，对距离大于或等于剩余公里数的充电桩用蓝色标注；
到达时间计算单元：按照当前车速计算到达每个充电桩所需要的时间，该时间即为到达时间；
充电时间估计值计算单元：根据当前车速下的每公里耗电量计算到达每个红色充电桩时的剩余电能，再根据该剩余电能和充电阈值，按照额定充电电流计算充电时间估计值；
充电结束时间估计值计算单元：根据充电时间估计值和每个红色充电桩的每个充电接口1的工作状态，计算使用每个红色充电桩的每个充电接口1充电的充电结束时间估计值；
充电接口1排序单元：将所有红色充电桩的所有充电接口1按照充电结束时间估计值由小到大的顺序进行排列并显示，其中，充电结束时间估计值相等的充电接口1按照所属充电桩的编号由小到大进行排列；
充电接口1预订单元：接收用户所选择的充电桩编号和该充电桩的充电接口1编号，并向该充电桩发送预订信息，所述预订信息包括该充电桩的充电接口1编号、到达该充电桩的到达时间和对应的充电时间估计值。
本实施方式中，剩余公里数由电动汽车的剩余电能和当前车速计算得到，由于不同车速下每公里的耗电量是不同的，用户需要根据经验设定不同车速下的下每公里耗电量，再根据当前车速下每公里耗电量计算到达每个充电桩所需要消耗的电能，进而得到到达每个充电桩时的剩余电能。由于各充电桩的各充电接口1的工作状态不同，有的充电接口1当前处于空闲状态，且没有被预订，到达后可以立即开始充电，而有的充电接口1正在进行充电，到达后需要等待一定时间，还有的充电接口1虽然当前时刻为空闲状态，但已经被预订一定时间后开始工作，所以使用不同工作状态的充电接口1开始充电的时间是不同的，而到达不同充电桩时的剩余电能也是不同的，因而使用每个充电桩每个充电接口1完成充电的时间也是不同的，需要综合以上各种因素对各充电桩和充电接口1进行综合排序。充电结束时间估计值等于开始充电的时间加上充电时间估计值，排序规则是按照充电结束时间估计值从小到大排序，如果其中某几个充电接口1的充电结束时间估计值相等，则这几个充电接口1按照距离由近到远排序。例如红色标注的充电桩有两个：1号充电桩和2号充电桩，1号充电桩的1号接口的充电结束时间估计值是8小时，1号充电桩的2号接口的充电结束时间估计值是7小时，2号充电桩的1号接口的充电结束时间估计值是7小时，2号充电桩的2号接口的充电结束时间估计值是9小时，那么排序为：
①1号充电桩的2号接口；
②2号充电桩的1号接口；
③1号充电桩的1号接口；
④2号充电桩的2号接口。
在显示排序结果的同时，还可以显示各充电接口1的达到时间、需要等待的时间以及预计完成充电的时间(即充电时间估计值)。
还可以增加确认信息接收单元，当发送完预订信息后，接收到预订信息的充电桩会发回确认信息，表示该充电桩已经接收此预订信息，电动汽车接收到确认信息后表示预订成功，能够避免因用户不确定是否预订成功而同时预订多个充电桩或充电接口，造成资源浪费。

Claims (6)

1.基于电磁力的电动汽车无线充电桩,其特征在于，该充电桩包括充电桩控制器(2)和多个充电接口(1)，每个充电接口(1)包括电磁铁和伸缩机构，所述伸缩机构的一端固定，电磁铁固定在伸缩机构的另一端，充电桩控制器(2)用于控制电磁铁电源的接通与断开。
2.根据权利要求1所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩,其特征在于，所述的充电接口(1)还包括无线接收模块，所述无线接收模块用于接收电动汽车发来的电能数据和充电阈值，并将该电能数据和充电阈值发送至充电桩控制器(2)，充电桩控制器(2)内嵌入电能控制模块，电能控制模块用于判断电动汽车发来的电能数据是否达到阈值，并在达到阈值时停止充电。
3.根据权利要求1或2所述的基于电磁力的电动汽车无线充电桩,其特征在于，所述的充电桩控制器(2)还嵌入预订模块，所述预订模块包括以下单元：
剩余充电时间计算单元：根据每个正在工作的充电接口(1)所接收到的实时电能数据和用户设定的阈值，实时计算该充电接口(1)的剩余充电时间；
状态发送单元：不断发送每个充电接口(1)的工作状态；
位置发送单元：不断发送充电桩的位置信息；
预订信息接收单元：不断接收电动汽车发来的预订信息。
4.基于电磁力的电动汽车无线充电器，其特征在于，该充电器包括充电器本体(3)和电感线圈(4)，所述充电器本体(3)用于将电感线圈(4)产生的电流转换成电动汽车所需的电能。
5.根据权利要求4所述的基于电磁力的电动汽车无线充电器，其特征在于，所述充电器还包括无线发送模块和充电器控制器(5)，所述充电器控制器(5)用于设定充电阈值，无线发送模块用于将充电阈值和电动汽车存储的电能数据实时发送出去。
6.根据权利要求4或5所述的基于电磁力的电动汽车无线充电器，其特征在于，所述充电器控制器(5)嵌入搜索模块，所述搜索模块包括以下单元：
电能检测单元：实时检测电动汽车的剩余电能；
剩余公里数计算单元：根据电动汽车的剩余电能和当前车速计算剩余公里数，所述剩余公里数是指以当前车速继续行驶的前提下，剩余电能能够支撑的路程；
数据接收单元：不断接收各充电桩发来的位置信息和各充电接口(1)的工作状态；
充电桩搜索单元：根据各充电桩发来的位置信息，在电子地图上搜索各充电桩的位置，显示各充电桩与电动汽车之间的最近行走路线的距离，并按照距离由近到远的顺序对各充电桩进行编号，对距离小于剩余公里数的充电桩用红色标注，对距离大于或等于剩余公里数的充电桩用蓝色标注；
到达时间计算单元：按照当前车速计算到达每个充电桩所需要的时间，该时间即为到达时间；
充电时间估计值计算单元：根据当前车速下的每公里耗电量计算到达每个红色充电桩时的剩余电能，再根据该剩余电能和充电阈值，按照额定充电电流计算充电时间估计值；
充电结束时间估计值计算单元：根据充电时间估计值和每个红色充电桩的每个充电接口(1)的工作状态，计算使用每个红色充电桩的每个充电接口(1)充电的充电结束时间估计值；
充电接口(1)排序单元：将所有红色充电桩的所有充电接口(1)按照充电结束时间估计值由小到大的顺序进行排列并显示，其中，充电结束时间估计值相等的充电接口(1)按照所属充电桩的编号由小到大进行排列；
充电接口(1)预订单元：接收用户所选择的充电桩编号和该充电桩的充电接口(1)编号，并向该充电桩发送预订信息，所述预订信息包括该充电桩的充电接口(1)编号、到达该充电桩的到达时间和对应的充电时间估计值。
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