CN107054150A - 一种太阳能停车棚无线充放电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能停车棚无线充放电方法，对电动汽车充电时：将太阳能转化为电能并通过能量变换器转化为高频电能；高频电能驱动第一磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；第二磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过充放电控制器对蓄电池进行充电；电动汽车向电网放电时：充放电控制器将蓄电池的能量转化为高频电能；高频电能驱动第二磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；第一磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过能量变换器转化为交流电能并入电网。本发明采用了双向储能逆变技术，优先充分利用太阳能资源，并采用无线磁耦合谐振式实现对电动汽车充电；同时，通过电动汽车的储能调峰平谷的作用，提高电网稳定性。

Description

一种太阳能停车棚无线充放电方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电及电动汽车无线充电新能源应用领域，尤其涉及一种太阳能停车棚无线充放电方法。
背景技术
目前，电动汽车逐渐普及，通常采用充电桩等有线方式为电动汽车进行充电，然而，有线充电中存在的问题，如灵活方便性较差、导体接触部分容易磨损、容易产生火花、供电线外露带来的安全隐患等问题。
无线能量传输技术是一项全新的电能传输技术，技术上逐渐成熟并成为关注的焦点。作为无线能量传输领域三大技术之一，基于谐振式磁耦合方案能够在相对长的距离(例如，几米)内发送几千瓦的电能，能够用于电动汽车无线充电，从而弥补传统接触式充电方式的各种缺陷。没有电缆的连接，便于移动过程充电/静止充电；不必等待，程序设定之后即可离开；不存在电缆老化、漏电等问题，且其充电过程不受物体(非磁性)影响；不必另外占用土地和空间，占地少，能充分有效利用土地资源。
另一方面，随着电动汽车保有量不断的增加，充电时对电网产生一定的影响，故，需要一种电网调配机制有效减轻有线集中充电对电网产生的冲击，平衡负荷，提高电网稳定性，有效节约能源。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种太阳能停车棚无线充放电方法，采用了双向储能逆变技术，优先充分利用太阳能资源，并采用无线磁耦合谐振式实现对电动汽车充电；同时，把电动汽车作为移动储能工具，通过调峰平谷的作用，提高电网稳定性。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案为：
一种太阳能停车棚无线充放电方法，包括以下步骤：
对电动汽车充电时：
通过设置在停车棚顶端的太阳能板将太阳能转化为电能并通过能量变换器转化为高频电能；
高频电能驱动第一磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；
第二磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过充放电控制器对蓄电池进行充电；
电动汽车向电网放电时：
充放电控制器将蓄电池的能量转化为高频电能；
高频电能驱动第二磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；
第一磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过能量变换器转化为交流电能并入电网；
还包括：
通过充放电监控模块监控蓄电池充放电参数的步骤；
以及根据所获取充放电参数持续调节第一磁耦合线圈的位置直至该充放电参数达到预设值。
优选地，当太阳能不足时，能量变换器将电网电能转化为高频电能，实现太阳能和电网协同充电。
优选地，还包括通过能量变换器将太阳能板产生的电能直接并入电网的步骤。
优选地，还包括在第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈有效谐振磁场空间外均设置屏蔽罩的步骤。
优选地，第一磁耦合线圈及其屏蔽罩一体设置在移位装置上从而确保同步移动。
优选地，屏蔽罩由铜导体制成。
一种太阳能停车棚无线充放电方法，包括设置停车棚顶端的太阳能板、在每个车位上均设置一车位充放电装置以及设置电动汽车中的车载充放电装置，其中，所述车载充放电装置进一步包括第二磁耦合线圈、充放电控制器和蓄电池；所述车位充放电装置进一步包括能量变换器和第一磁耦合线圈，所述能量变换器通过交流母线与电网相连接以及通过直流母线与所述太阳能电板相连接，用于将输入电能转化为高频电能输出给所述第一磁耦合线圈或者将所述第一磁耦合线圈电磁谐振耦合产生的电能转化为交流电能并入电网；所述第一磁耦合线圈和所述第二磁耦合线圈用于通过电磁谐振产生的电磁场而接收或发送电能；所述充放电控制器用于控制电动汽车执行充电操作或者放电操作，当电动汽车执行充电操作时，所述充放电控制器将所述第二磁耦合线圈接收的电能转化为直流电为所述蓄电池充电；当电动汽车执行放电操作时，所述充放电控制器将所述蓄电池的电能转化为高频电能输出给所述第二磁耦合线圈，经所述第一磁耦合线圈电磁谐振耦合后将电能并入电网；
所述车载充放电装置还包括第二控制模块、充放电监控模块和第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块受控于所述第二控制模块，用于以无线的方式与所述车位充放电装置发送或接收控制指令；所述第二控制模块与所述充放电控制器、充放电监控模块和第二无线通讯模块相连接，用于控制所述车载充放电装置的工作；所述充放电监控模块用于监控所述蓄电池的充放电参数并通过所述第二无线通讯模块发送给所述车位充放电装置；
所述车位充放电装置还包括第一控制模块、第一无线通讯模块和移位装置，其中，所述第一无线通讯模块受控于所述第一控制模块，用于以无线的方式与所述车载充放电装置发送或接收控制指令；所述第一控制模块与所述能量变换器、第一无线通讯模块和移位装置相连接，用于控制所述车位充放电装置的工作；所述移位装置中设置有所述第一磁耦合线圈并能够使所述第一磁耦合线圈移动；所述第一控制模块根据接收的所述蓄电池的充放电参数控制所述移位装置带动所述第一磁耦合线圈移动直至所接收充放电参数达到预设值。
优选地，所述第一磁耦合线圈和所述第二磁耦合线圈包括E型线圈磁芯以及设置在E型线圈磁芯上的谐振线圈。
优选地，所述能量变换器或所述充放电控制器所产生的高频能量的频率为20KHz～200KHz。
优选地，所述第一磁耦合线圈设置在停车棚下沿或者车位地面下方。
与现有技术相比较，本发明采用了双向储能逆变技术，优先充分利用太阳能资源，并采用无线磁耦合谐振式实现对电动汽车充电，并把电动汽车作为移动储能工具，能够向电网输送电能，起到调峰平谷的作用，提高电网稳定性。同时，通过设置移位装置实现谐振线圈调节同轴位置，有效提升充电效率。
附图说明
图1为本发明太阳能停车棚无线充放电方法的充电流程框图。
图2为本发明太阳能停车棚无线充放电方法的放电流程框图。
图3为实现本发明太阳能停车棚无线充放电方法的***结构框图。
图4为实现本发明太阳能停车棚无线充放电方法的***原理框图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明采用无线磁耦合谐振式充电，其是基于电磁谐振理论。该能量传输技术，在发送端与接收端配置相同谐振频率的谐振线圈，当两者距离适当时，给发送端输送与谐振线圈谐振频率相同频率的驱动信号以及能量，两者便会产生谐振，能量便可以源源不断从发送端传输到接收端，发送端消耗能量，接收端吸收能量，这样两个设备之间便实现能量的无线传输。优势是高Q值的谐振技术；不向远处传播的“磁近场”，在发射源附近，有一个近区场，其中磁场能量在发射源周围空间及发射源线圈内部之间周期性地来回流动，周围若无谐振接收装置，不向外发射。其传输功率较大，能够达到几千瓦，可以同时对多个设备进行充电。
本发明提出一种太阳能停车棚无线充放电方法，参见图1，所示为向电动汽车无线充电流程框图，包括以下步骤：
通过设置在停车棚顶端的太阳能板将太阳能转化为电能并通过能量变换器转化为高频电能；
高频电能驱动第一磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；
第二磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过充放电控制器对蓄电池进行充电。
参见图2，所示为电动汽车向电网放电的流程框图，包括以下步骤：
充放电控制器将蓄电池的能量转化为高频电能；
高频电能驱动第二磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；
第一磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过能量变换器转化为交流电能并入电网。
进一步的，当太阳能不足时，能量变换器将电网电能转化为高频电能，实现太阳能和电网协同充电。
进一步的，还包括通过能量变换器将太阳能板产生的电能直接并入电网的步骤。
采用上述技术方案，电动汽车在停车棚下，在充电模式下，如果太阳能充足，太阳能通过能量变换器对电动汽车充电，若无电动汽车执行充电操作，则能量变换器将太阳能直接并入电网；如果太阳能不足，则通过电网对电动汽车充电，两者可以采用协同充电；而在放电模式下，电动汽车对电网进行放电，电动汽车在停车位就能完成蓄能、释能过程，同时电动汽车作为移动储能工具，通过用户意愿设定和电网智能调度，能更好地发挥削峰填谷的作用，有效减轻有线集中充电对电网产生的冲击，平衡负荷，提高电网稳定性，有效节约能源。
磁共振无线充电方式下，第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈处于同轴位置时，充电效率最高。但是，在实际停车过程中，无法保证每次都停靠在最佳位置上，往往会出现位置偏差，从而导致充放电效率不理想。
进一步的，还包括：
通过充放电监控模块监控蓄电池充放电参数的步骤；
以及根据所获取充放电参数持续调节第一磁耦合线圈的位置直至该充放电参数达到预设值。
也即通过充放电参数计算出无线充电效率，如果低于预设值，则调节第一磁耦合线圈的位置，直至调整到预设值，便推定达到同轴位置。
当第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈谐振时，即便处于同轴位置，谐振线圈周围产生的电磁场会对周围的电气设备产生干扰，比如，会导致无线电等等的电磁噪声，从而导致电气设备不稳定。
为了在使用谐振方法的电力发送中，阻挡在除了发送或接收电能的方向之外的方向上的产生的电磁场，在本发明的一种优选实施方式中，还包括在第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈有效谐振磁场空间外均设置屏蔽罩的步骤。
也即，在第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈有效谐振磁场空间外均设置屏蔽罩，从而在发送或接收电能的方向之外不会产生电磁噪声。优选地，屏蔽罩由铜导体制成。同时，设置在第一磁耦合线圈的屏蔽罩与移位装置一体设置从而确保同步移动，这样在寻找最佳同轴位置时，能够保证两个屏蔽罩也是同轴位置，从而起到最佳屏蔽效果。
参见图3，所示为实现本发明太阳能停车棚无线充放电方法的***结构框图，包括设置停车棚顶端的太阳能板、在每个车位上均设置一车位充放电装置以及设置电动汽车中的车载充放电装置，其中，车载充放电装置进一步包括第二磁耦合线圈、充放电控制器和蓄电池；车位充放电装置进一步包括能量变换器和第一磁耦合线圈，能量变换器通过交流母线与电网相连接以及通过直流母线与太阳能电板相连接，用于将输入电能转化为高频电能输出给第一磁耦合线圈或者将第一磁耦合线圈电磁谐振耦合产生的电能转化为交流电能并入电网，进一步的，能量变换器能够将太阳能板产生的电能并入电网，从而满足不同场合的应用要求，最大限度达到能量的充分利用；第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈用于通过电磁谐振产生的电磁场而接收或发送电能，从而实现能量的双向传输；充放电控制器用于控制电动汽车执行充电操作或者放电操作，当电动汽车执行充电操作时，充放电控制器将第二磁耦合线圈接收的电能转化为直流电为蓄电池充电；当电动汽车执行放电操作时，充放电控制器将蓄电池的电能转化为高频电能输出给第二磁耦合线圈，经第一磁耦合线圈电磁谐振耦合后将电能并入电网。
采用上述技术方案，电动汽车在停车棚下，在充电模式下，如果太阳能充足，太阳能通过能量变换器对电动汽车充电，若无电动汽车执行充电操作，则能量变换器将太阳能直接并入电网；如果太阳能不足，则通过电网对电动汽车充电，两者可以采用协同充电；而在放电模式下，电动汽车对电网进行放电，电动汽车在停车位就能完成蓄能、释能过程，同时电动汽车作为移动储能工具，通过用户意愿设定和电网智能调度，能更好地发挥削峰填谷的作用，有效减轻有线集中充电对电网产生的冲击，平衡负荷，提高电网稳定性，有效节约能源。
参见图4，所示为实现本发明太阳能停车棚无线充放电方法的***原理框图，车载充放电装置还包括第二控制模块、充放电监控模块和第二无线通讯模块，第二无线通讯模块受控于第二控制模块，用于以无线的方式与车位充放电装置发送或接收控制指令；第二控制模块与充放电控制器、充放电监控模块和第二无线通讯模块相连接，用于控制车载充放电装置的工作，比如控制充放电控制器执行充电操作或放电操作，并将相应的控制指令发送给车位充放电装置以执行相应的操作；充放电监控模块用于监控蓄电池的充放电参数并通过第二无线通讯模块发送给车位充放电装置以便计算得到当前充电效率。
磁共振无线充电方式下，第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈处于同轴位置时，充电效率最高。但是，在实际停车过程中，无法保证每次都停靠在最佳位置上，往往会出现位置偏差，从而导致充放电效率不理想。
为了解决上述技术问题，车位充放电装置还包括第一控制模块、第一无线通讯模块和移位装置，其中，第一无线通讯模块受控于第一控制模块，用于以无线的方式与车载充放电装置发送或接收控制指令；第一控制模块与能量变换器、第一无线通讯模块和移位装置相连接，用于控制车位充放电装置的工作；移位装置中一体设置有第一磁耦合线圈并能够使第一磁耦合线圈移动，移位装置采用现有技术的机械传动结构，比如通过步进电机实现机械结构的精确移位，从而能够实现第一磁耦合线圈；第一控制模块根据接收的蓄电池的充放电参数控制移位装置带动第一磁耦合线圈移动直至所接收充放电参数达到预设值。通常，通过不断计算充电效率来判断，当充电效率达到一定值(满足预设值要求)，即推定第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈处于同轴位置，停止移位操作。
在一种优选实施方式，车位充放电装置把太阳能发出的电能或电网的电能逆变成频率在20KHz～200KHz的高频能量，通过E型线圈磁芯和谐振线圈构成的集中有效传输空间，使得第二磁耦合线圈的谐振线圈发生谐振，实现能量的无线传输，采用E型线圈磁芯能够大幅提高无线充电效率，满足实际使用需求。
在一种优选实施方式，第一磁耦合线圈设置在停车棚下沿或者车位地面下方。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，包括以下步骤：
对电动汽车充电时：
通过设置在停车棚顶端的太阳能板将太阳能转化为电能并通过能量变换器转化为高频电能；
高频电能驱动第一磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；
第二磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过充放电控制器对蓄电池进行充电；
电动汽车向电网放电时：
充放电控制器将蓄电池的能量转化为高频电能；
高频电能驱动第二磁耦合线圈电磁谐振产生的电磁场发送电能；
第一磁耦合线圈通过电磁谐振接收电能并通过能量变换器转化为交流电能并入电网；
还包括：
通过充放电监控模块监控蓄电池充放电参数的步骤；
以及根据所获取充放电参数持续调节第一磁耦合线圈的位置直至该充放电参数达到预设值。
2.根据权利要求1所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，当太阳能不足时，能量变换器将电网电能转化为高频电能，实现太阳能和电网协同充电。
3.根据权利要求1所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，
还包括通过能量变换器将太阳能板产生的电能直接并入电网的步骤。
4.根据权利要求1所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，
还包括在第一磁耦合线圈和第二磁耦合线圈有效谐振磁场空间外均设置屏蔽罩的步骤。
5.根据权利要求4所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，第一磁耦合线圈及其屏蔽罩一体设置在移位装置上从而确保同步移动。
6.根据权利要求4或5所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，屏蔽罩由铜导体制成。
7.根据权利要求1所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，包括设置停车棚顶端的太阳能板、在每个车位上均设置一车位充放电装置以及设置电动汽车中的车载充放电装置，其中，所述车载充放电装置进一步包括第二磁耦合线圈、充放电控制器和蓄电池；所述车位充放电装置进一步包括能量变换器和第一磁耦合线圈，所述能量变换器通过交流母线与电网相连接以及通过直流母线与所述太阳能电板相连接，用于将输入电能转化为高频电能输出给所述第一磁耦合线圈或者将所述第一磁耦合线圈电磁谐振耦合产生的电能转化为交流电能并入电网；所述第一磁耦合线圈和所述第二磁耦合线圈用于通过电磁谐振产生的电磁场而接收或发送电能；所述充放电控制器用于控制电动汽车执行充电操作或者放电操作，当电动汽车执行充电操作时，所述充放电控制器将所述第二磁耦合线圈接收的电能转化为直流电为所述蓄电池充电；当电动汽车执行放电操作时，所述充放电控制器将所述蓄电池的电能转化为高频电能输出给所述第二磁耦合线圈，经所述第一磁耦合线圈电磁谐振耦合后将电能并入电网；
所述车载充放电装置还包括第二控制模块、充放电监控模块和第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块受控于所述第二控制模块，用于以无线的方式与所述车位充放电装置发送或接收控制指令；所述第二控制模块与所述充放电控制器、充放电监控模块和第二无线通讯模块相连接，用于控制所述车载充放电装置的工作；所述充放电监控模块用于监控所述蓄电池的充放电参数并通过所述第二无线通讯模块发送给所述车位充放电装置；
所述车位充放电装置还包括第一控制模块、第一无线通讯模块和移位装置，其中，所述第一无线通讯模块受控于所述第一控制模块，用于以无线的方式与所述车载充放电装置发送或接收控制指令；所述第一控制模块与所述能量变换器、第一无线通讯模块和移位装置相连接，用于控制所述车位充放电装置的工作；所述移位装置中设置有所述第一磁耦合线圈并能够使所述第一磁耦合线圈移动；所述第一控制模块根据接收的所述蓄电池的充放电参数控制所述移位装置带动所述第一磁耦合线圈移动直至所接收充放电参数达到预设值。
8.根据权利要求7所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，所述第一磁耦合线圈和所述第二磁耦合线圈包括E型线圈磁芯以及设置在E型线圈磁芯上的谐振线圈。
9.根据权利要求7所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，所述能量变换器或所述充放电控制器所产生的高频能量的频率为20KHz～200KHz。
10.根据权利要求7所述的太阳能停车棚无线充放电方法，其特征在于，所述第一磁耦合线圈设置在停车棚下沿或者车位地面下方。
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