CN109606148B - 一种立式储能式无线充电道路***与方法 - Google Patents

一种立式储能式无线充电道路***与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立式储能式无线充电道路***与方法；***主要由道路功率发射装置和电动汽车的功率接收装置组成，侧立式充电墙体对道路两侧的两个线圈电路起作用，提高充电速度，有效提升电动车续航里程，***对车辆识别与记录信息，可实现一对多的同时充电状态。***的通过模块拼接满足不同长度或类型道路需求，有利于提高***安装效率。***内置储能***，通过安置的太阳能集电板为内置蓄电池充电，蓄电池通过***监控能为车辆充能也可反馈电网***，也可以由电网进行充能，该充电***能有效利用光能发电，并起到一定的电能储能效果，有利于电网调节。蓄电池可采用梯次利用的动力电池，利于电池的资源利用。

Description

一种立式储能式无线充电道路***与方法
技术领域
本发明涉及无线充电，尤其涉及一种立式储能式无线充电道路***与方法。
背景技术
目前，电动汽车作为重点发展产业，其数量虽然不断增加，但其长距离续航仍然限制其发展。若汽车在道路行驶过程中能进行充电，能有效提升其续航能力，且提高充电效率，充分利用行驶时间，有助于进一步推广电动汽车。无线充电道路是实现该目标的有效手段，但是目前电动汽车无线充电道路采用埋藏式的平面结构，基本需要重新建造道路表面，对于已经修建完成的道路需要开挖施工进行改造。这种道路***施工量大，工程耗费多，工期长，维护不便，制约着电动汽车的推广和发展。电网的削峰填谷有利于电网稳定，目前无线充电道路***直接由外部电源进行供电，不利于电网负荷的稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种立式储能式无线充电道路***与方法。本发明允许电动汽车在正常道路行驶过程中对动力电池进行充电，有效提高电动汽车的行续航里程，同时通过太阳能集电板对***储能，***能够接收电网控制，电网可以对***充电，储能***也可以对电网反馈电能，完整的道路发射***是由标准化的模块组装而成的，允许拆装移动，在道路上实现快速组装的***装置。
本发明通过下述技术方案实现：
一种立式储能式无线充电道路***，包括模块化安装在道路两旁的功率发射装置1，以及安装于电动汽车上的功率接收装置2；所述功率发射装置1包括侧立在行驶道路两旁的前立柱和后立柱，以及架设在前立柱与后立柱之间的长条形充电墙体构成；
所述充电墙体上设置有用于输出电能的发射器线圈1-1；
所述前立柱和后立柱上分别设置有发射器通讯识别装置1-2；
所述功率接收装置2包括用于接收来自发射器线圈1-1发出的电能的能量接收装置2-1，以及用于接收来自发射器通讯识别装置1-2发送的信号的接收器通讯识别装置2-2。
所述功率发射装置1还包括储能***1-9、串联谐振电路1-3、电路控制模块1-4、MCU发射器控制器1-5；
该储能***1-9包括安装在充电墙体背面的太能能集电板1-9-1和安装在前立柱或者后立柱上的蓄电池1-9-2；太能能集电板1-9-1产生的电能由蓄电池1-9-2储存；
该电路控制模块1-4的一端依次连接串联谐振电路1-3和发射器线圈1-1的一端；发射器线圈1-1以及电路控制模块1-4的另一端分别连接蓄电池1-9-2或者外部电源的正负极；
该发射器通讯识别装置1-2依次连接MCU发射器控制器1-5和电路控制模块1-4。
发射器通讯识别装置1-2识别车辆并接收充电信息后，MCU发射器控制器1-5控制电路控制模块1-4选择蓄电池1-9-2或者外部电源，并闭合发射器线圈1-1电路；同时，MCU发射器控制器1-5通过AC/DC转化器1-6使串联谐振电路1-3产生谐振频率。
所述发射器通讯识别装置1-2包括前通讯器1-2-1、前识别器1-2-2、后通讯器1-2-3和后识别器1-2-4；
所述前通讯器1-2-1和前识别器1-2-2安装在前立柱上，负责车辆进入时的通讯；
所述后通讯器1-2-3和后识别器1-2-4安装在后立柱上，负责车辆离开时的通讯。
所述功率接收装置2的接收器通讯识别装置2-2和能量接收装置2-1依次连接；所述接收器通讯识别装置2-2安装于车辆的前端；
所述能量接收装置2-1包括电压调节器2-1-4、全桥整流器2-1-3、功率提取块2-1-2、DC/AC转换器2-1-6、MCU接收器控制器2-1-1、控制模块2-1-5；
所述功率提取块2-1-2包括接收线圈2-1-2-1和调谐器2-1-2-2；
所述电压调节器2-1-4、全桥整流器2-1-3、功率提取块2-1-2、DC/AC转换器2-1-6、MCU接收器控制器2-1-1依次连接；
所述控制模块2-1-5分别连接全桥整流器2-1-3、调谐器2-1-2-2和DC/AC转换器2-1-6；
MCU接收器控制器2-1-1在接到充电命令时，接收器通讯识别装置2-2向外发出充电信息，并接收来自发射器通讯识别装置1-2传来的电路的谐振频率信息；
MCU接收器控制器2-1-1通过DC/AC转换器2-1-6，使控制模块2-1-5接通线圈电路以及调谐器2-1-2-2产生与发射器通讯识别装置1-2发送的谐振频率信息相同的谐振频率；
由接收线圈2-1-2-1产生的交流电流通过全桥整流器2-1-3转为直流电流，直流电流通过电压调节器2-1-4调整为电池组所需的充电电压。
一种立式储能式无线充电道路***对车辆充电的方法，包括如下步骤：
储能***的蓄电池充电步骤
储能***1-9通过太阳能集电板1-9-1对蓄电池1-9-2的电量进行判断，若蓄电池1-9-2电量不足时，太阳能集电板1-9-1采集的电能对蓄电池1-9-2进行充电；若蓄电池1-9-2电量充足时，则MCU接收器控制器2-1-1将判断是否对车辆进行充电，对车辆充电时太阳能集电板1-9-1采集的电能通过电路控制模块1-4切换后直接通过发射器线圈1-1输出给车辆的能量接收装置2-1；若MCU接收器控制器2-1-1接到电网调节的命令，可将太阳能集电板1-9-1采集的电能或者蓄电池1-9-2的电能通过电路控制模块1-4切换后输送给电网，或调节电网峰谷的电能对蓄电池进行充能或储能；
行驶车辆充电步骤
车辆充电过程中，驾驶员通过控制台发出充电信息，车辆的接收器通讯识别装置2-2接收到信息后，对外发出充电信号，当道路旁的发射器通讯识别装置1-2接收该信息后，MCU发射器控制器1-5根据储能***1-9对蓄电池1-9-2的当前电量进行判断，以控制该电路控制模块1-4选择蓄电池1-9-2或者外部电源，并对串联谐振电路1-3发出工作信息，再由DC/AC转换器2-1-6进行转换；同时，发射器通讯识别装置1-2传达谐振频率，使车辆的功率提取块2-1-2中的调谐器2-1-2-2产生相同的频率；
功率发射装置1在车辆关闭充电信号或离开由发射器线圈1-1构成的充电区域时，关闭发射器线圈1-1的电能供应，进而完成行驶车辆的充电。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明提供的无线充电道路***利用串联谐振电路实现磁共振无线充电，汽车在正常道路行驶即可实现充电。汽车车身或车门两侧装有两个接收线圈组成的充电电路，提高汽车充电速度。通过采集太阳能，减少对现有电网的依赖和消耗，在电网高负荷状态时还能对电网进行充能，在峰谷时间段，外部电源可对储能***充电，有利于对电网进行调节。
本发明无线充电***的道路功率发射装置可设置在车道的一侧，无需对已建成路面进行大量改造施工，通过标准模块的装置快速拆装移动，有效降低道路升级成本，充电方式简单，同时可实现一对多的同时充电状态，有效提升电动车续航里程，有利于推广电动汽车的发展。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明位于道路两旁的功率发射装置电路示意图。
图3是本发明位于位于车辆上的功率接收装置电路示意图。
图4是本发明***工作原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-4所示。本发明公开了一种立式储能式无线充电道路***，包括模块化安装在道路两旁的功率发射装置1，以及安装于电动汽车上的功率接收装置2；所述功率发射装置1包括侧立在行驶道路两旁的前立柱和后立柱，以及架设在前立柱与后立柱之间的长条形充电墙体构成；
所述充电墙体上设置有用于输出电能的发射器线圈1-1；
所述前立柱和后立柱上分别设置有发射器通讯识别装置1-2；
所述功率接收装置2包括用于接收来自发射器线圈1-1发出的电能的能量接收装置2-1，以及用于接收来自发射器通讯识别装置1-2发送的信号的接收器通讯识别装置2-2。
所述功率发射装置1还包括储能***1-9、串联谐振电路1-3、电路控制模块1-4、MCU发射器控制器1-5；
该储能***1-9包括安装在充电墙体背面的太能能集电板1-9-1和安装在前立柱或者后立柱上的蓄电池1-9-2；太能能集电板1-9-1产生的电能由蓄电池1-9-2储存；
该电路控制模块1-4的一端依次连接串联谐振电路1-3和发射器线圈1-1的一端；发射器线圈1-1以及电路控制模块1-4的另一端分别连接蓄电池1-9-2或者外部电源的正负极；
该发射器通讯识别装置1-2依次连接MCU发射器控制器1-5和电路控制模块1-4。
发射器通讯识别装置1-2识别车辆并接收充电信息后，MCU发射器控制器1-5控制电路控制模块1-4选择蓄电池1-9-2或者外部电源，并闭合发射器线圈1-1电路；同时，MCU发射器控制器1-5通过AC/DC转化器1-6使串联谐振电路1-3产生谐振频率。
所述发射器通讯识别装置1-2包括前通讯器1-2-1、前识别器1-2-2、后通讯器1-2-3和后识别器1-2-4；
所述前通讯器1-2-1和前识别器1-2-2安装在前立柱上，负责车辆进入时的通讯；
所述后通讯器1-2-3和后识别器1-2-4安装在后立柱上，负责车辆离开时的通讯。
所述功率接收装置2的接收器通讯识别装置2-2和能量接收装置2-1依次连接；所述接收器通讯识别装置2-2安装于车辆的前端；
所述能量接收装置2-1包括电压调节器2-1-4、全桥整流器2-1-3、功率提取块2-1-2、DC/AC转换器2-1-6、MCU接收器控制器2-1-1、控制模块2-1-5；
所述功率提取块2-1-2包括接收线圈2-1-2-1和调谐器2-1-2-2；
所述电压调节器2-1-4、全桥整流器2-1-3、功率提取块2-1-2、DC/AC转换器2-1-6、MCU接收器控制器2-1-1依次连接；
所述控制模块2-1-5分别连接全桥整流器2-1-3、调谐器2-1-2-2和DC/AC转换器2-1-6；
MCU接收器控制器2-1-1在接到充电命令时，接收器通讯识别装置2-2向外发出充电信息，并接收来自发射器通讯识别装置1-2传来的电路的谐振频率信息；
MCU接收器控制器2-1-1通过DC/AC转换器2-1-6，使控制模块2-1-5接通线圈电路以及调谐器2-1-2-2产生与发射器通讯识别装置1-2发送的谐振频率信息相同的谐振频率；
由接收线圈2-1-2-1产生的交流电流通过全桥整流器2-1-3转为直流电流，直流电流通过电压调节器2-1-4调整为电池组所需的充电电压，为电池组提供恒压充电而避免损坏。
电路控制模块1-4通过接收来自MCU发射器控制器1-5的命令，根据储能***的电量剩余状态，制定不同的电能利用模式，将发射器线圈、电缆与外接电源或储能***组成的电路进行闭合和断开控制。
MCU发射器控制器1-5对信号进行处理并发送控制命令，其设有计时功能，用于对充电进行计费，MCU接收器控制器对接收器通讯识别装置发送通讯命令并接收来自汽车电池和整车控制的信息，控制电路控制模块1-4对接收线圈的接通和闭合以控制充电状态。
车辆的接收线圈与功率发射装置的发射器线圈在各自的串联谐振电路的调整下产生相同的谐振频率从而进入磁共振无线充电，进行高效率和远距离的充电，充电最大距离约为1米，仅为最近的车道车辆提供服务，具体距离与技术发展相关。
车辆(电动汽车)需要充电时，通过接收器通讯识别装置2-2发出充电信号以及车辆电池信息配置和功率控制信息，功率发射装置1的发射器通讯识别装置1-2只有接收到发射器通讯识别装置1-2发出的充电信号，才会对车辆采取充电，减少不必要的能耗。
本发明的接收线圈可位于车辆的车身左右两侧，可拥有两个接收线圈及本发明所提供的电路，在充电时增加了接收电能的路径增加，提供充电速度。
本发明采用模块化的道路功率发射装置可以实现快速化的标准化的生产，对已建成的道路上能实现拼接安装、固定，快速实现安装，需要更换时可以快速移除，提高道路维修效率。
本发明采用了由太能能集电板构成的储能***，当储能***电能低于一定时，才接入外部电源，接入过程由电路控制模块进行。同时，在电网高负荷的用电高峰状态时，储能***能对电网进行充能，在用电低谷时间段，外部电源可对储能***充电，有利于对电网进行调节。
本发明立式储能式无线充电道路***对车辆充电过程，包括如下步骤：
储能***的蓄电池充电步骤
储能***1-9通过太阳能集电板1-9-1对蓄电池1-9-2的电量进行判断，若蓄电池1-9-2电量不足时，太阳能集电板1-9-1采集的电能对蓄电池1-9-2进行充电；若蓄电池1-9-2电量充足时，则MCU接收器控制器2-1-1将判断是否对车辆进行充电，对车辆充电时太阳能集电板1-9-1采集的电能通过电路控制模块1-4切换后直接通过发射器线圈1-1输出给车辆的能量接收装置2-1；若MCU接收器控制器2-1-1接到电网调节的命令，可将太阳能集电板1-9-1采集的电能或者蓄电池1-9-2的电能通过电路控制模块1-4切换后输送给电网，或调节电网峰谷的电能对蓄电池进行充能或储能；
行驶车辆充电步骤
车辆充电过程中，驾驶员通过控制台发出充电信息，车辆的接收器通讯识别装置2-2接收到信息后，对外发出充电信号，当道路旁的发射器通讯识别装置1-2接收该信息后，MCU发射器控制器1-5根据储能***1-9对蓄电池1-9-2的当前电量进行判断，以控制该电路控制模块1-4选择蓄电池1-9-2或者外部电源，并对串联谐振电路1-3发出工作信息，再由DC/AC转换器2-1-6进行转换；同时，发射器通讯识别装置1-2传达谐振频率，使车辆的功率提取块2-1-2中的调谐器2-1-2-2产生相同的频率；
功率发射装置1在车辆关闭充电信号或离开由发射器线圈1-1构成的充电区域时，关闭发射器线圈1-1的电能供应，进而完成行驶车辆的充电。
本发明利用串联谐振电路实现磁共振无线充电，***的功率发射装置设置在车道一侧，采用标准化、模块化的道路功率发射装置单元实现快速拼接，无需对已建成路面进行大量改造施工，有效降低道路升级成本，同时可实现快速替换和拆除，有效实现维护和替换。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种立式储能式无线充电道路***，包括模块化安装在道路两旁的功率发射装置（1），以及安装于电动汽车上的功率接收装置（2）；其特征在于：
所述功率发射装置（1）包括侧立在行驶道路两旁的前立柱和后立柱，以及架设在前立柱与后立柱之间的长条形充电墙体构成；
所述充电墙体上设置有用于输出电能的发射器线圈（1-1）；
所述前立柱和后立柱上分别设置有发射器通讯识别装置（1-2）；
所述功率接收装置（2）包括用于接收来自发射器线圈（1-1）发出的电能的能量接收装置（2-1），以及用于接收来自发射器通讯识别装置（1-2）发送的信号的接收器通讯识别装置（2-2）；
所述功率发射装置（1）还包括储能***（1-9）、串联谐振电路（1-3）、电路控制模块（1-4）、MCU发射器控制器（1-5）；
该储能***（1-9）包括安装在充电墙体背面的太阳能集电板（1-9-1）和安装在前立柱或者后立柱上的蓄电池（1-9-2）；太阳能集电板（1-9-1）产生的电能由蓄电池（1-9-2）储存；
该电路控制模块（1-4）的一端依次连接串联谐振电路（1-3）和发射器线圈（1-1）的一端；发射器线圈（1-1）以及电路控制模块（1-4）的另一端分别连接蓄电池（1-9-2）或者外部电源的正负极；
该发射器通讯识别装置（1-2）依次连接MCU发射器控制器（1-5）和电路控制模块（1-4）；
发射器通讯识别装置（1-2）识别车辆并接收充电信息后，MCU发射器控制器（1-5）控制电路控制模块（1-4）选择蓄电池（1-9-2）或者外部电源，并闭合发射器线圈（1-1）电路；同时，MCU发射器控制器（1-5）通过AC/DC转化器（1-6）使串联谐振电路（1-3）产生谐振频率；
所述发射器通讯识别装置（1-2）包括前通讯器（1-2-1）、前识别器（1-2-2）、后通讯器（1-2-3）和后识别器（1-2-4）；
所述前通讯器（1-2-1）和前识别器（1-2-2）安装在前立柱上，负责车辆进入时的通讯；
所述后通讯器（1-2-3）和后识别器（1-2-4）安装在后立柱上，负责车辆离开时的通讯；
所述功率接收装置（2）的接收器通讯识别装置（2-2）和能量接收装置（2-1）依次连接；所述接收器通讯识别装置（2-2）安装于车辆的前端；
所述能量接收装置（2-1）包括电压调节器（2-1-4）、全桥整流器（2-1-3）、功率提取块（2-1-2）、DC/AC转换器（2-1-6）、MCU接收器控制器（2-1-1）、控制模块（2-1-5）；
所述功率提取块（2-1-2）包括接收线圈（2-1-2-1）和调谐器（2-1-2-2）；
所述电压调节器（2-1-4）、全桥整流器（2-1-3）、功率提取块（2-1-2）、DC/AC转换器（2-1-6）、MCU接收器控制器（2-1-1）依次连接；
所述控制模块（2-1-5）分别连接全桥整流器（2-1-3）、调谐器（2-1-2-2）和DC/AC转换器（2-1-6）；
MCU接收器控制器（2-1-1）在接到充电命令时，接收器通讯识别装置（2-2）向外发出充电信息，并接收来自发射器通讯识别装置（1-2）传来的电路的谐振频率信息；
MCU接收器控制器（2-1-1）通过DC/AC转换器（2-1-6），使控制模块（2-1-5）接通线圈电路以及调谐器（2-1-2-2）产生与发射器通讯识别装置（1-2）发送的谐振频率信息相同的谐振频率；
由接收线圈（2-1-2-1）产生的交流电流通过全桥整流器（2-1-3）转为直流电流，直流电流通过电压调节器（2-1-4）调整为电池组所需的充电电压。
2.一种采用权利要求1所述立式储能式无线充电道路***对车辆充电的方法，其特征在于包括如下步骤：
储能***的蓄电池充电步骤：
储能***（1-9）通过太阳能集电板（1-9-1）对蓄电池（1-9-2）的电量进行判断，若蓄电池（1-9-2）电量不足时，太阳能集电板（1-9-1）采集的电能对蓄电池（1-9-2）进行充电；若蓄电池（1-9-2）电量充足时，则MCU接收器控制器（2-1-1）将判断是否对车辆进行充电，对车辆充电时太阳能集电板（1-9-1）采集的电能通过电路控制模块（1-4）切换后直接通过发射器线圈（1-1）输出给车辆的能量接收装置（2-1）；若MCU接收器控制器（2-1-1）接到电网调节的命令，可将太阳能集电板（1-9-1）采集的电能或者蓄电池（1-9-2）的电能通过电路控制模块（1-4）切换后输送给电网，或调节电网峰谷的电能对蓄电池进行充能或储能；
行驶车辆充电步骤：
车辆充电过程中，驾驶员通过控制台发出充电信息，车辆的接收器通讯识别装置（2-2）接收到信息后，对外发出充电信号，当道路旁的发射器通讯识别装置（1-2）接收该信息后，MCU发射器控制器（1-5）根据储能***（1-9）对蓄电池（1-9-2）的当前电量进行判断，以控制该电路控制模块（1-4）选择蓄电池（1-9-2）或者外部电源，并对串联谐振电路（1-3）发出工作信息，再由DC/AC转换器（2-1-6）进行转换；同时，发射器通讯识别装置（1-2）传达谐振频率，使车辆的功率提取块（2-1-2）中的调谐器（2-1-2-2）产生相同的频率；
功率发射装置（1）在车辆关闭充电信号或离开由发射器线圈（1-1）构成的充电区域时，关闭发射器线圈（1-1）的电能供应，进而完成行驶车辆的充电。
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