CN111731115A - 一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法及装置，包括光伏道路发电***，双层错落式的线圈；通过将发电***产生的电能经磁耦合线圈传输给行驶中的汽车。所采用的是磁耦合谐振式的无线充电技术，用多个具有相同谐振频率的发射线圈和接收线圈在特定的电源频率下产生谐振，以磁耦合谐振的方式实现距离允许范围内无线电能的传输。具体是在光伏道路路面下铺设发射线圈，利用发射线圈将电流转换为磁场，在汽车底盘部分装有接收线圈，在发射线圈与接收线圈电磁频率相同时所产生的谐振进行能量传输。本发明缓解了电动汽车充电桩的压力，而且可以让电动汽车在不压缩驾驶时间的情况下具有更长的续航里程，同时让电动汽车的充电更安全。

Description

一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法及装置
技术领域
本发明属于电动汽车充电领域，具体涉及的是一种电动汽车的无线充电方法及装置，可以让电动汽车一边行驶一边充电。
背景技术
近年来随着电动汽车的不断更新和发展，电动汽车在我们的生活中也更加的普遍。但是问题也随之而来，那就是电动汽车充电的问题。目前的电动汽车续驶里程大多不尽如人意，而城市充电桩的分布和数量以及使用的便利性也大大限制了电动汽车充电的便捷性，同时较长的充电时间也不能让电动汽车像传统燃油车那样快速更新续驶里程，而且一些电动车在充电时发生自燃的事件也让人触目惊心。因此，电动汽车充电的问题也就成了人们比较关注的热点问题。
我国的首条光伏公路于2017年底在山东省济南市面世，这条公路带给我们的不但是公路技术上的革新，也是电气电网方面的一大亮点。该路面所采用的是承载式光伏发电技术，承载式光伏路面共分为三层：最表层为透光混凝土路面层，该层具有强度大、透光率高两大特点；中间层为光伏面板，也就是光电转化的功能层，利用路面空闲时间吸收阳光发电；第三层为绝缘层，既有对光伏面板的物理保护作用，又有防水防潮等性能。这条公路的相关技术指标和通行安全系数都已经超过了目前所广泛使用的沥青公路，所以它在保证汽车能够安全行驶的条件下还能够利用光能进行发电。
我们对于电动汽车充电的预期就是高效和便捷。那么当我们所驾驶的电动汽车行驶在这样一条公路上的时候，就可以不用特意的去使用电网中的电能，而是利用车身下面光伏公路中所具有的电能来为自车进行充电，这样不仅不用占用充电桩，而且一边行驶一边充电的方法极大的节省了充电的时间，提高了充电的效率。因此，当光伏公路这种新兴技术已经出现在我们面前的时候，我们应当尽快的拥有与其配套的无线充电设施，加快电动汽车动态无线充电***的发展和完善。
发明内容
为了让电动汽车具有更好的驾驶体验和更长的续驶里程，也为了更好的利用光伏道路所带来的技术便利，本发明提出了一种可以让电动汽车在光伏道路上一边行驶一边充电的无线充电方法。
本发明所采用的方案是：
一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电装置，包括整个光伏道路的采光与发电***，光伏道路中的电能转换装置，发射线圈和接受线圈所组成的磁耦合装置，车载电能转换装置；所述的光伏道路发电***利用承载式光伏发电技术可以将光能转换成电能；在光伏道路中将电能通过逆变电路转换成高频率的交变电流，再通过补偿电路激发发射线圈产生一个同频率的交变磁场，经过磁场耦合的过程，汽车端的接收线圈收到磁场的作用从而产生一个感应电压，通过接收端的补偿电路将产生的交流电输送到整流器，经过整流器的作用转换成直流电，从而达到给电动汽车的电池充电的目的。所述的发射线圈采用双层错落式铺设，并且两层的线圈之间错开一定的位置，是磁通量较少的地方的到一定的补偿，从而可以增加电能无线传输过程中的持续稳定性。
所采用的是磁耦合谐振式无线电能传输方法，通过产生与发射线圈和接受线圈谐振频率相同的高频交流电，使***产生谐振，通过谐振的形式进行能量传输。其具有传送距离较大的优点，一般电动汽车的离地间隙均可以满足距离要求；其次可以支持一对多的电能传输，这样可以让道路上正在行驶的电动汽车共同进行充电，并且充电时的位置也不会受到限制；该方法的功率和效率都比较高，可以让电动汽车更快的充电。
本发明提出的无线充电方法包括如下：
在沿光伏道路方向上设置发射线圈，在电动汽车上设置接收线圈，所述发射线圈和所述接收线圈形成线圈耦合单元，此线圈耦合单元能够在两个线圈之间通过磁耦合的形式进行能量的传输实现电动汽车的动态无线充电。
进一步，所述发射线圈为双层错落式叠放设置，在线圈与线圈之间相邻的位置处，能够通过另一层的线圈得到磁通量的补偿。
进一步，所述发射线圈连续设置在道路的专用充电车道内。
进一步，所述发射线圈的输入电能由太阳能光伏板产生的电流经逆变电路逆变和功率放大电路放大后得到。
进一步，所述接收线圈设置在电动汽车底部，在其感应到交变的磁场时其内部会产生交流电压，通过车载的整流电路将产生的交流电转换成直流电并储存在汽车电池中。
进一步，所述发射线圈与接收线圈之间能够谐振，并且谐振频率相同。
进一步，在发射线圈端和接收线圈端均设有补偿电路，所述补偿电路能够使发射方和接收方始终保持谐振状态，并且该谐振状态不会受线圈之间耦合程度的影响。
进一步，所述补偿电路采用SS拓扑结构。
本发明的有益效果是：
1、无需连接电网、利用光伏道路自身所产生的电能进行充电，在光伏道路上边行驶边进行充电的电动汽车，无线充电装置、动态充电方法和磁耦合谐振式无线电能传输。
2、在光伏道路的下表面，即透光混凝土和光伏发电组件的下面，安装和道路方向同向的连续的多个发射线圈，这样可以保证电动汽车在充电区域行驶的时候能够连续的捕捉到磁场，接收线圈得以持续产生电流，从而实现一边行驶一边充电。其中，通过双层铺设线圈并在两层线圈之间合理的错开一定的位置，让线圈与线圈之间相邻的位置处，由于磁通量较少的地方通过另一层的线圈得到磁通量的补偿。
3、将光伏道路中的电能通过逆变电路转换成高频交流电，然后高频交流电通过发射线圈会产生一个同频率的交变磁场，当装有接收线圈的电动汽车驶入道路的充电区从产生磁场的发射线圈上方通过的时候，在磁耦合的作用下，电动汽车底部的接收线圈感应到交变的磁场其内部会产生交流电压，通过车载的整流电路将产生的交流电转换成直流电并储存在汽车的电池中。
4、***由发射端和接收端两部分组成，发射端发出高频激励信号，信号频率、发射线圈与接收线圈的谐振频率相同，从而使输电***产生谐振，谐振是一种高耦合的传输方式，通过设置每个谐振电路的频率来实现整体谐振的整个***能量通过谐振线圈产生的交变磁场传输，使***能够高效率的传输电能。
5、为了增强本发明中发射线圈和接受线圈之间的耦合系数，在***中布置有补偿电路，其特征在于，采用SS拓扑结构，即发射端补偿电路和接受段的补偿电路均为串联在电路中的。采用SS补偿电路结构可以使***已知保持谐振的状态，不会受到线圈之间耦合程度的影响。
6、电动汽车在行驶的过程中发现车辆电量不足时可以随时对自身车载电池的电量进行补充，并且充电的过程不会受到地点和时间的限制，可以让电动汽车具有更加可观的续驶里程，并且节省了大量的充电时间；电动汽车充电的过程中不需要架设电网从中获取电能，也不需要额外的导线和充电桩，不仅节省了大量的设备成本的运输成本，而且直接利用道路中的电能进行充电让充电的过程变得更加便捷和安全；电动汽车进行充电的过程中不会影响其它车辆的正常通行。
附图说明
图1是本发明的示意图
图2是本发明的原理图
图3是本发明中双层发射线圈的铺设示意图
图4是本发明中补偿电路简化图
图5是本发明工作时光伏道路中车道分布图
图6是本发明工作时的流程图
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明。
如图1所示，本发明所采用的方法是在道路的光伏发电组件下面铺设与道路方向同向的连续的发射线圈，并且达到一定的长度要求从而可以形成一段距离的充电专用车道，在不影响道路其他车辆正常通行的条件下，电动汽车可以驶入该条车道进行充电。当电动汽车驶入专用的充电车道时，道路端的发射线圈和汽车端的接收线圈通过磁耦合来进行电能的无线传输，达到利用光伏道路所产生的电量给电动汽车充电的目的。
如图2所示，有光伏道路所产生的电能作为输出的电源，由于光伏发电所产生的为直流电，所以需要通过一个逆变电路将直流电转换为交流电，在逆变电路中还包括一个振荡电路和功率放大电路，直流电通过逆变电路的作用后转变成高频的交流电。当交流电通过线圈所发射处的交变磁场的频率和发射线圈与接收线圈的谐振频率相同的时候，***产生谐振，电能通过高效率的传输从而在汽车端的接收线圈中产生一个交变的电流，而在汽车端中布置有整流电路，将交变电流通过整流和滤波后对车载电池进行直流充电，其中滤波电路的作用是防止磁耦合的过程中收到其他电磁场的干扰，使输出的直流电更加平稳，便于直接向车载电池进行充电。
如图3所示，发射线圈采用双层错落式的方法进行铺设。在单层铺设的连续线圈下，两个相邻线圈之间，由于此位置的面积较小，所以此位置所发射的磁通量就随之减小，所以在进行充电的过程中，车端的接收线圈所感应的磁通量将会随之减小，从而导致所产生的电压减小。通过采用图3所示的双层铺设方法，可以改善磁通量的变化情况，使地端发射线圈所产生的磁通量更加的稳定和连续，车端所产的电压也更加的稳定。
如图4所示，在发射端和接收端分别布置有一个补偿电路。在电动汽车进行无线充电的过程中，由于车辆一直处于移动的状态当中，并且由于不同车辆底盘的高度不一致而导致不同的车辆和地面之间的距离也有所不同，所以发射线圈和接收线圈之间的耦合系数是比较小并且不断发生变化的，因此需要通过补偿电路来对***进行补偿来提高***的能量传输效率。本发明中所采用的是SS拓扑结构的补偿电路，通过在发射端和接收端串联补偿电路，使***可以一直保持谐振状态，让能量始终通过谐振传输，增大能量的传输效率。
如图5、6所示，在一条正常发电和通行的光伏道路上，一辆电动汽车此时电量不足以维持长距离的续航要求，在车辆到达充电车道附近时，驾驶员将车辆驶入专用的充电车道继续行驶，在驾驶员继续行驶的过程中，车辆已经和光伏道路产生耦合并进行电能的无线传输，光伏道路中的电能被持续输入到电动汽车的车载电池中，直到车载电池具有足够的电量，驾驶员驶出充电车道，充电过程结束。整个充电过程不需要停车，所利用的电能也无需从电网中获取，此方法不仅节省了驾驶员大量的时间、省去了需要充电时寻找车位和充电桩的麻烦，并且整个过程没有导线的直接连接，具有更高的安全系数。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，在沿光伏道路方向上设置发射线圈，在电动汽车上设置接收线圈，所述发射线圈和所述接收线圈形成线圈耦合单元，此线圈耦合单元能够在两个线圈之间通过磁耦合的形式进行能量的传输实现电动汽车的动态无线充电。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，所述发射线圈为双层错落式叠放设置，在线圈与线圈之间相邻的位置处，能够通过另一层的线圈得到磁通量的补偿。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，所述发射线圈连续设置在道路的专用充电车道内。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，所述发射线圈的输入电能由太阳能光伏板产生的电流经逆变电路逆变和功率放大电路放大后得到。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，所述接收线圈设置在电动汽车底部，在其感应到交变的磁场时其内部会产生交流电压，通过车载的整流电路将产生的交流电转换成直流电并储存在汽车电池中。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，所述发射线圈与接收线圈之间能够谐振，并且谐振频率相同。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，在发射线圈端和接收线圈端均设有补偿电路，所述补偿电路能够使发射方和接收方始终保持谐振状态，并且该谐振状态不会受线圈之间耦合程度的影响。
8.根据权利要求7所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电方法，其特征在于，所述补偿电路采用SS拓扑结构。
9.一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电装置，其特征在于，，其特征在于，包括位于光伏道路上的发射线圈、逆变电路和功率放大电路，光伏道路内的光伏板产生的电流经逆变电路逆变和功率放大电路放大后输入发射线圈；
还包括位于电动汽车上的接收线圈、整流电路，接收线圈能够接收所述发射线圈传输过来的电能，经整流电路整流后输入电动汽车电池中；
所述发射线圈为双层错落式沿光伏道路连续铺设。
10.根据权利要求9所述的一种电动汽车在光伏道路上的动态无线充电装置，其特征在于，还包括补偿电路，所述补偿电路采用SS拓扑结构，其能够使得发射线圈和接收线圈始终保持谐振状态。
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