CN202817865U - 智能型非接触充电*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及到一种智能型非接触充电***。该智能型非接触充电***，包括电能发送装置和电能接收装置，存储电容、电池、EMI抑制器、AC-DC模块、初级整流滤波器、DC-AC逆变器、APFC矫正器、LLC移相全桥电路、初级发射线圈、所述电源，EMI抑制器、初级整流滤波器，DC-AC逆变器，APFC矫正器，LLC移相全桥电路依序连接构成电能发射装置；次级接收线圈、次级整流滤波器、DC/DC电压调整电路模块、电池特性控制模块、电池依序连接构成电能接收装置，所述的电能发送装置与电能接收装置呈非接触状态，在电能发送装置与电能接收装置之间还设有非接触式初级次级通信线路模块，采用无线数据传输技术实现初，次级双向通讯，能够进行***故障自诊断并提高***智能型及稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种充电***，尤其是涉及到一种适用于电动车，利用电磁感应耦合技术的高效率高稳定性智能型非接触充电***。
背景技术
目前电动车经常使用的充电器在工作时都是通过导体（电源线）与负载相连接，存在一定的用电安全问题，特别在长期使用后，容易产生接触不良等现象或者故障。目前正在研发当中的非接触的充电方式有以下几种方式：（1）电磁感应方式；（2）磁共振方式；（3）微波方式。如中国实用新型专利CN2019825628U公开了一种利用电磁感应方式的“非接触式电动汽车充电站供电装置” ，该实用新型采用包括一埋入地下露出截面的C型铁芯及与C型铁芯组成封闭回路的次级铁芯构成的铁芯、绕制在C型铁芯上的供电装置的初级绕组，和装于电动汽车底盘的可以升降和自由移动的次级铁芯及绕于次级铁芯上的次级绕组，当电动车驶入充电区域内，车载的充电装置次级铁芯截面对准地面的供电装置的C级铁芯使两块铁芯闭合，形成闭合磁路，即可通电对电动汽车电池以非接触式供电方式进行供电。此实用新型虽然达到了非接触式充电的效果，但是在操作过程中，存在对汽车的定位要求准确、电磁泄露大造价高等缺点，且功能单一、稳定性差、效率较低，从而不适于实际生活的使用。又如中国实用新型专利CN2504773Y公开了一种利用磁共振原理进行非接触充电的“无接触式充电装置” ，此实用新型“无接触式充电装置”包括一充电器和电池包，在充电器内部分别设有超声波振荡器与发射谐振器，充电器外表面设有承置电池包的承载区域，电池包内载有接收谐振器。充电器以电源线提供充电形态，发射谐振器将超声波振荡器的超声波磁波辐射于充电器***，将可充电的电池包置在充电器***区域上，其电池包内的接收谐振器因而起到了共振作用，感应到充电器***的强力磁波，即刻转换成电压与电流，经过一组整流电路，整流后充入电池包。虽然这种无接触式充电装置实现了不需要通过电线连接即实现对电池包充电的目的，但是由于这种充电器是将电能转化为超声波磁波，再将超声波磁波转化为电能，转换效率低，电能损耗大，同时电路结构复杂，维修不易,更重要的是传统的无线充电装置初次级间用红外线发送与接收，或高频无线电无线传送等实现。在稳定性及可靠性，电磁污染等方面有很大弊端。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种智能型非接触充电***，该智能型非接触充电***提供了一种非接触式的、安全的、可靠高效的非接触充电方式。
为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：
一种智能型非接触充电***，包括电能发送装置和电能接收装置，所述的电能发送装置与电能接收装置呈非接触状态，其特征在于：电能发送装置与电能接收装置通过初次级讯号线圈进行双工通讯；
所述的电能发送装置包括：供电控制模块、初级通信模块；所述的供电控制模块由AC电源、待机线路模块、EMI抑制模块、初级整流滤波、APFC转换、LLC移相全桥转换、初级能量线圈依序连接；所述的初级通信模块包括初级讯号线圈、初级讯号控制模块、初级A/D转换、电压差值讯号检波及放大、初次级位置检测、初级D/A转换、电子开关、APFC控制模块、能量控制模块；
所述电能接收装置包括：充电控制模块、次级通信模块；所述充电控制模块由次级能量线圈、次级整流滤波、电池充电调整模块、电池依序连接构成；所述次级通信模块由次级讯号线圈、次级讯号控制模块、次级A/D转换、次级电压取样放大、电池电压转转换、次级D/A模块；
所述电能发送装置中AC电源经EMI抑制模块、整流滤波模块、通过APFC转换模块形成DC电源；所述电能接收装置通过电池电压转换模块供次级讯号控制模块工作，次级讯号控制模块通过次级讯号线圈向外发射一定频率和能量的讯号；
当所述初级讯号线圈感应到次级讯号线圈讯号，所述讯号经初级A/D转换到初级讯号控制模块处理后，再经初级D/A转换使电子开关闭合，待机电源给能量控制模块供电使其工作，所述能量控制模块输出LLC全桥驱动讯号，LLC全桥工作，所述初级线圈发送能量，所述次级线圈耦合到能量，能量经所述次级整流滤波模块、电压取样差值放大模块、次级A/D转换模块转变为次级讯号发送到所述次级讯号控制模块，所述次级讯号控制模块将所述次级信号通过次级D/A转换送到次级讯号线圈，电压讯号被所述初级讯号线圈感应接收到差值，经电压差值讯号检波及放大，通过初级A/D转换模块送到初级讯号控制模块，初级讯号控制模块再依差值讯号的大小，相位做相应的调变，调变后的讯号经初级D/A转换，改变能量控制模块输出参数，使LLC移相全桥输出能量作相应改变，改变输出能量大小，最终达到稳定次级电压稳定的动态平衡。
作为对本实用新型更进一步的改进：所述电池充电调整模块与所述电池之间还电连接有电池充电特性控制模块，所述电池充电特性控制模块与次级讯号控制模块通讯连接。
作为对本实用新型更进一步的改进：所述待机线路模块电连接智能风扇控制模块。
作为对本实用新型更进一步的改进：所述初级讯号控制模块连接有初级故障检测及状态显示装置，次级讯号控制模块连接有次级故障检测及状态显示装置。
作为对本实用新型更进一步的改进：所述初级讯号控制模块与次级讯号控制模块均通讯连接指挥中心监控模块。
本实用新型的有益效果是：
采用初次级讯号线圈进行双工通讯的非接触的充电方式相比较现有的非接触充电方式有效提高了充电效率，更加便捷、安全、可靠。
其中，电能发送装置和电能接收装置之间还包括初级次级通信线路模块，采用无线数据通信传输技术实现供电***初，次级双向通讯，并利用初，次级双向通信得到的信息，进行故障致诊断及功率调变，使供电***易于维护及随负载大小调变供电侧能量发送，体现供电***智能型及高效率的特点。
其中，所述的电能发送装置还包括待机线路模块，采用辅助开关电源供电的方式，在供电***未进行电能传输时仅仅辅助电源工作，减少能源损耗，体现供电***高效性。
其中，电能发送装置还包括移相全桥控制线路，降低功率损耗及元器件应力，抑制供电***杂讯，符合EMI/EMS要求，体现供电***高效率及安全性的特点。
其中，电能发送装置还包括采用模块化进行时序控制，实现仅有电能接收装置的次级接收线圈靠近到一定距离时，电能发送装置的初级供电端才发送能量，其它金属制品或人靠近时不发送能量，免受危害，体现供电***的智能型。
其中，采用智能型风扇控制线路，即风扇的转速随负载的增大而加快，减少元器件的热应力及环境噪音，体现供电***稳定性及安全性的特点。
说明书附图
图1为本实用新型所述的智能型非接触充电***的原理图；
图2为本实用新型所述的智能型非接触充电***的APFC***架构图；
图3为本实用新型所述的智能型非接触充电***的LLC移向全桥控制线路图；
图4为本实用新型所述的智能型非接触充电***的待机线路图；
其中：1-电能发送装置，2-电能接收装置，11-AC电源，12-待机线路模块，13-EMI抑制模块，14-初级整流滤波模块，15-APFC转换模块，16-LLC移相全桥转换模块,17-初级能量线圈，18-初级讯号线圈，19-初级讯号控制模块（DSP芯片），20-初级A/D转换器，21-电压差值讯号检波及放大器，22-初次级位置检测器，23-初级D/A转换器，24-电子开关，25-APFC控制模块，26-能量控制模块，27-智能风扇控制模块，28-初级故障检测模块，29-初级故障显示模块，30-初级指挥中心，，31-次级能量线圈、32-次级整流滤波、33-电池充电调整模块、34-电池；35-次级讯号线圈、36-次级D/A模块，37-次级讯号控制模块，38-次级A/D转换，39-次级电压取样放大模块，40-电池电压转换模块，41-故障检测模块，42-故障及状态显示模块，43-电池充电特性模块，44-次级指挥中心。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明，但是值得注意的是，并不对本实用新型造成任何限定。
图1为本实用新型所述的智能型非接触充电***的原理图。如图1所示：本实用新型所述的智能型非接触充电***包括电能发送装置1和电能接收装置2，其中电能发送装置1由AC电源11、待机线路模块12、EMI抑制模块13、初级整流滤波模块14、APFC转换模块15、LLC移相全桥转换模块16、初级能量线圈17依序连接；电能发送装置的初级通信模块包括初级讯号线圈18、初级讯号控制模块19、初级A/D转换器20、电压差值讯号检波及放大器21、初次级位置检测器22、初级D/A转换器23、电子开关24、APFC控制模块25、能量控制模块26、智能风扇控制模块27、初级故障检测模块28，初级故障显示模块29、初级指挥中心构成30；
所述电能接收装置由次级能量线圈31、次级整流滤波32、电池充电调整模块33、电池34依序连接构成；次级通信模块由次级讯号线圈35、次级D/A模块36，次级讯号控制模块37、次级A/D转换38、次级电压取样放大模块39、电池电压转换40、故障检测模块41，故障及状态显示模块42、电池充电特性模块43、次级指挥中心44构成；
如图1所示：工作时电源接通，电能发送装置侧，即初级侧AC电源11输入电流经EMI抑制模块13，整流滤波模块14，再通过APFC转换模块转换成约400VDC电源，同时待机线路模块经过DC-DC转换输出15VDC电源处于等待状态；电能接收装置次级侧通过电池电压转换模块34供次级讯号控制模块（DSP芯片）37工作，次级讯号控制模块37向外发射一定频率和能量的讯号。
当电池充电特性控制模块43检测到电池34需要充电时，次级侧连同电池34经运动模块（如电能接收装置载体，常用的如各种用电器），靠近初级，初级讯号线圈18感应到次级讯号线圈35讯号，经初级位置检测模块22进行检测、比较，当达到初级位置检测模块22预设阀值时，差值讯号经初级A/D转换器23到初级讯号控制模块19处理，传送讯号经初级D/A转换器20使电子开关24闭合，待机线路模块12给能量控制模块26供电使其工作，输出LLC全桥驱动讯号，驱动LLC全桥转换模块16工作，初级线圈17发送能量，次级线圈31耦合到此能量，经次级整流滤波器32转换成为直流电压，经电压取样放大模块39电压取样，差值放大，经过次级A/D转换模块38送到次级讯号控制模块37，次级讯号控制模块37依差值大小及相位等经次级D/A转换模块36送到次级讯号线圈35，电压讯号被初级讯号线圈18感应到差值讯号，再次电压差值讯号检波及放大模块检波，放大后通过初级A/D转换模块23送到初级讯号控制模块19，初级讯号控制模块19再依差值讯号的大小，相位做相应的调变，调变后的讯号经初级D/A转换20，改变能量控制模块26输出参数，使LLC移相全桥转换模块16输出能量作相应改变，从而改变次级能量大小，即次级检测到电压比基准高，通过讯号传输，改变全桥输出能量使输出电压下降，最终达到一个动态平衡，稳定次级电压目的。
由于电池34容量大小的差异，尤其是松耦合变压器的耦合程度差异（初次级间隙大小及正对端差），次级整流滤波后电压高低变动较大，不能直接给不同规格的电池充电，必须经电池充电调整环节，电池充电特性控制模块43依电池的特性对电池充电作调整，同时对充电电流，充电时间，电池温度等做检测保护，使电池充电安全，可靠及最优化。
当电池充电到一定时间后，充电特性控制模块43检测到电池已饱和，则传送讯号到次级讯号控制模块37，通过讯号传送***到初级讯号控制模块19，初级讯号控制模块19发送讯号使电子开关24断开，无供电给能量控制模块26，能量控制模块26停止工作，无驱动讯号给LLC移相全桥转换模块16，初次级无能量转换，在通过电能接收装置载体即运动模块使初次级分离，即：仅仅当初次级靠近到一定程度时，才有能量发送和接收，使电磁转换有相应通道，保证人身不受电磁伤害。
***对不同点的电压大小及有无进行检测， A/D转换到讯号控制模块，通过预先相应的编译，使***出现故障时显示相应的故障信息，便于***维护。
***还可以增加相应模块，通过有线或无线通信，将充电状态或故障适时地传送到远程通信，监控指挥中心，实现远程控制，检测等。
其中初级接收线圈和次级接收线圈采用PM型磁芯及高导磁率磁环，提高初级次级线圈的耦合性。
其中的APFC转换模块15的***架构可参照图2。由于充电器及电池呈现容性负载的特性，非纯阻性，使得充电器接入市电后，电压和电流发生相位偏移，从而无功功率及谐波产生，增加输电线的功率负荷，尤其是大功率电源。加入APFC转换器，运用高频开关切换方式，使高频切换的每个周期内电流跟随电压而变化，从而使交流电的每个周期内电流随电压变化而变化，减少电压相位与电流相位偏移现象，减少无功功率及谐波，达到减少资源及符合相应安规要求。
图3为移相全桥控制线路转换模块线路示意图。本领域技术人员可以理解，当在进行高频能量传送时，会有瞬间的电压及电流产生发生阶变，但由于线路中有电感电容及半导体的结电容等储能元件存在，使得电压及电流阶变产生延迟现象，即Di/Dt及Du/Dt不能很快发生，会有尖峰及振铃产生及电压及电流交叉现象，故元器件耐压需提高及电源高频开关杂讯，还会有开关损耗产生。运用移相全桥控制线路，增加谐振元件，使电压开通时电流为零，电流关断时电压为零，即实现了软开关ZVS和ZCS转换。
其中的待机线路模块12的***架构可参照图4。要实现智能化，高效化及安全性考虑，就必须引入待机线路，待机线路不但在电池充电时完成充电辅助功能，而且在不充电时供给单片机工作实现适时监控和信号传输等功能。本待机线路采用一个绿色低能耗控制芯片，空载能耗小于0.3瓦，非隔离式反激式开关电源完成，当开关开通时，变压器储存能量到变压器初级线圈，关断时，经反激变压器能量送到次级，再经整流滤波，光藕的回收控制芯片输出波形，稳定输出电压目的。不但可以实现智能化，还减少了待机时的能源损耗。
其中智能型风扇控制线路模块，即风扇的转速随检测到的负载数值的增大而加快，减少元器件的热应力及环境噪音。
其中DC-DC降压转换模块：用以将由于松耦合变压器因间距大小相对位移所造成的电压波动转换成符合特定电池特性的电压和电流，同时对充电时间，充电曲线及电池温升进行设定及检测，确保电池安全有效的充电，以便保证电池的使用寿命（充放电循环次数）。
本领域技术人员容易理解的是，根据本实用新型的构思，电气装置可以为任何充电装置，其无线充电原理与本实用新型相同。
Claims (5)
1.一种智能型非接触充电***，包括电能发送装置和电能接收装置，所述的电能发送装置与电能接收装置呈非接触状态，其特征在于：电能发送装置与电能接收装置通过初次级讯号线圈进行双工通讯；
所述的电能发送装置包括：供电控制模块、初级通信模块；所述的供电控制模块由AC电源、待机线路模块、EMI抑制模块、初级整流滤波、APFC转换、LLC移相全桥转换、初级能量线圈依序连接；所述的初级通信模块包括初级讯号线圈、初级讯号控制模块、初级A/D转换、电压差值讯号检波及放大、初次级位置检测、初级D/A转换、电子开关、APFC控制模块、能量控制模块；
所述电能接收装置包括：充电控制模块、次级通信模块；所述充电控制模块由次级能量线圈、次级整流滤波、电池充电调整模块、电池依序连接构成；所述次级通信模块由次级讯号线圈、次级讯号控制模块、次级A/D转换、次级电压取样放大、电池电压转转换、次级D/A模块；
所述电能发送装置中AC电源经EMI抑制模块、整流滤波模块、通过APFC转换模块形成DC电源；所述电能接收装置通过电池电压转换模块供次级讯号控制模块工作，次级讯号控制模块通过次级讯号线圈向外发射一定频率和能量的讯号；
当所述初级讯号线圈感应到次级讯号线圈讯号，所述讯号经初级A/D转换到初级讯号控制模块处理后，再经初级D/A转换使电子开关闭合，待机电源给能量控制模块供电使其工作，所述能量控制模块输出LLC全桥驱动讯号，LLC全桥工作，所述初级线圈发送能量，所述次级线圈耦合到能量，能量经所述次级整流滤波模块、电压取样差值放大模块、次级A/D转换模块转变为次级讯号发送到所述次级讯号控制模块，所述次级讯号控制模块将所述次级信号通过次级D/A转换送到次级讯号线圈，电压讯号被所述初级讯号线圈感应接收到差值，经电压差值讯号检波及放大，通过初级A/D转换模块送到初级讯号控制模块，初级讯号控制模块再依差值讯号的大小，相位做相应的调变，调变后的讯号经初级D/A转换，改变能量控制模块输出参数，使LLC移相全桥输出能量作相应改变，进而改变初级线圈输出能量大小，即次级检测到电压比基准高，通过讯号传输，改变全桥输出能量使输出电压下降，最终达到稳定次级电压稳定的动态平衡。
2.根据权利要求1所述的智能型非接触充电***，其特征在于：所述电池充电调整模块与所述电池之间还电连接有电池充电特性控制模块，所述电池充电特性控制模块与次级讯号控制模块通讯连接。
3. 根据权利要求2所述的智能型非接触充电***，其特征在于：所述待机线路模块电连接智能风扇控制模块。
4. 根据权利要求2或3所述的智能型非接触充电***，其特征在于：所述初级讯号控制模块连接有初级故障检测及状态显示装置，次级讯号控制模块连接有次级故障检测及状态显示装置。
5. 根据权利要求4所述的智能型非接触充电***，其特征在于：所述初级讯号控制模块与次级讯号控制模块与指挥中心监控模块通讯连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Intelligent non-contact charging system Effective date of registration: 20140422 Granted publication date: 20130320 Pledgee: Bank of China, Limited by Share Ltd, Guangzhou, Panyu branch Pledgor: Guangzhou JingYuan Mechano-Electric Equipment Co., Ltd. Registration number: 2014990000284 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130320 Termination date: 20180920 |