CN213594105U - 无线供电***和立体车库 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了无线供电***和立体车库，***包括：发射模块和接收模块，发射模块具有发射板，发射线圈固定设置在发射板上；接收模块具有接收板，接收线圈固定设置在接收板上；还包括：对齐判断设备，对齐判断设备由两部分组成，一部分为磁性开关，另一部分为磁铁，磁性开关设置在发射板和接收板中的一个上，磁铁设置在发射板和接收板中的另一个上；磁铁影响磁性开关的通断状态；根据磁性开关的通断状态判断发射线圈与接收线圈的对齐状态，并调节所述发射模块的功率输出。本实用新型能够实现稳定安全的供电，同时发射模块和接收模块之间，采用无线供电的方式，减少了安全隐患，降低了设备损耗，根据线圈对齐的程度自主调节工作功率。

Description

无线供电***和立体车库

技术领域

本实用新型涉及电动汽车充电领域，尤其涉及无线供电***和立体车库。

背景技术

随着以电池作为动力来源的新能源电动汽车的推广和应用，需要加快电动汽车充电基础设施建设。立体停车库以其节省占地面积、管理方便等特点成为了充电基础设施建设的重要途径和发展方向。

目前立体车库很少能够提供充电功能，因为载车板具有位移，无法保证充电线缆的布置，容易造成线缆的缠绕，影响使用。

也有提出使用导电的滑轨，使线缆导电，但这种方式容易磨损，并且滑动过程中可能会影响电路的安全。

实用新型内容

本实用新型提供一种无线供电***和立体车库，能够根据对齐情况自主调节工作功率。

无线供电***包括：发射模块和接收模块，所述发射模块具有发射板，发射线圈固定设置在所述发射板上；所述接收模块具有接收板，接收线圈固定设置在所述接收板上；还包括：对齐判断设备，所述对齐判断设备由两部分组成，一部分为磁性开关，另一部分为磁铁，所述磁性开关设置在所述发射板和所述接收板中的一个上，所述磁铁设置在所述发射板和所述接收板中的另一个上；所述磁铁在工作范围内，影响磁性开关的通断状态；所述发射模块具有供电控制组件，所述供电控制组件与所述对齐判断设备信号联通，根据所述磁性开关的通断状态判断发射线圈与所述接收线圈的对齐状态，并调节所述发射模块的功率输出。

优选的，所述磁性开关设置在所述发射板上，所述磁铁设置在所述接收板上。

优选的，所述磁性开关分为两组，每组内的所述磁性开关均以直线的形式设置在所述发射板上，且两组彼此垂直；所述磁铁也分为两组，与所述磁性开关位置对应的设置在所述接收板上。

优选的，所述磁性开关具有多个，环绕所述发射线圈的外周设置在所述发射板上；所述磁铁至少具有一个，设置在所述接收板上。

优选的，所述磁铁具有多个，呈环形设置在所述接收板上，且位置、形状均与所述磁性开关的位置对应。

优选的，所述接收模块具有输出端，用于向外输出电能。

立体车库，包括：框架、载车板以及上述的无线供电***；所述载车板用于停放车辆，且所述载车板相对所述框架可移动地设置；所述发射模块相对于所述框架固定设置；所述接收模块设置在所述载车板上。

本实用新型无线供电***和立体车库能够，能够实现稳定安全的供电，同时发射模块和接收模块之间，采用无线供电的方式，减少了安全隐患，降低了设备损耗，根据线圈对齐的程度自主调节工作功率。

附图说明

图1为本实用新型无线供电***一种应用场景的示意图；

图2为本实用新型无线供电***的结构示意图；

图3为本实用新型无线供电***的结电路图；

图4为本实用新型无线供电***中发射板及对齐判断设备的一种实施例示意图；

图5为本实用新型无线供电***中发射板及对齐判断设备的另一种实施例示意图；

图6为本实用新型无线供电***中对齐判断设备的一种实施例的工作状态示意图；

图7为本实用新型无线供电***中对齐判断设备的另一种实施例的工作状态示意图；

图8为本发立体车库的示意图。

附图标记：

发射模块1；接收模块2；配电模块3；框架4；载车板5；供电功率组件11；发射组件12；供电控制组件13；供电通信组件14；充电器20；充电功率组件21；接收组件22；充电控制单元23；充电通信组件24；供电整流变换器111；逆变器112；发射谐振网络121；发射板122；充电整流变换器211；电容组212；直流变换器213；接收谐振网络221；发射线圈LT；接收线圈LR；磁性开关K；第一组磁性开关K1；第二组磁性开关K2；第三组磁性开关K3；第四组磁性开关K4；第一组磁铁M1；第二组磁铁M2；第三组磁铁M3；第四组磁铁M4。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型提供一种无线供电***以及使用该无线供电***的立体车库。为了方便理解，下文中会可能将无线供电***和立体车库结合起来说明。

参见图1、图2和图3，该无线供电***具有发射模块1和接收模块2两大主要部分，在一些实施例中，还可以具有配电模块3。在应用于立体车库时，发射模块1和配电模块3是固定设置的，可以固定设置在立体车库的框架4上，也可以是直接设置在地面上，其目的是能够向接收模块2供电，具体设置位置并不做限制。

下面具体对发射模块1和接收模块2说明。参见图2，发射模块1具有：联通的供电功率组件11和发射组件12；接收模块2具有：依次联通的接收组件22、充电功率组件21和输出端。

发射组件12具有发射板122和发射线圈LT，发射线圈LT固定设置在发射板122上，接收模块2具有接收板和接收线圈LR，接收线圈LR固定设置在接收板上。除此以外，发射模块1还可以具有用于实现控制的供电控制组件13和用于通信的供电通信组件14；接收模块2还可以具有用于实现控制的充电控制组件23和用于通信的充电通信组件24。

当然，为了实现无线能量传输，还有其他的必要结构，例如如图3所示，供电功率组件11包括供电整流变换器111和逆变器112，供电整流变换器111获取交流电，可以直接从电网获得，也可以是通过配电模块3获得。电整流变换器111将交流电整流变化为直流电。逆变器112连接整流变换器111，再将直流电逆变成符合供电要求的交流电（高频交流电），供给发射组件12。

发射组件12至少具有谐振网络121、发射板122和发射线圈LT，发射线圈LT设置在发射板122上。谐振网络121可以是LCC谐振网络、LCL谐振网络或者其他形式的谐振网络中的一种或几种的组合，谐振网络的工作原理同现有技术中谐振网络的工作原理相同，在此不进行赘述。上述发射板122可以理解为用于固定发射线圈LT和其他零部件的基座。

接收组件22具有联通的接收谐振网络221、接收板和接收线圈LR，所述接收线圈LR固定设置在所述接收板上。接收谐振网络221同样与现有技术中谐振网络类似，不再赘述。接收板22可以理解为用于固定接收线圈LR和其他零部件的基座。

当接收组件22与发射组件12耦合时，也就是接收线圈LR和发射线圈LT处于耦合状态，此时电能以无线的方式，由发射线圈LT发射至接收线圈LR。

所述接收组件2将电能继续输送至充电功率组件21，充电功率组件21至少具有：依次联通的充电整流变换器211、电容组212和直流变换器213，充电整流变换器211将交流电整流成直流电，经过电容组212输送到直流变换器213，直流变换器213将直流电调制成合适的电参数，经由输出端，向外输送。一般的输出端是充电器20。

图1示出了工作过程，发射模块1通过发送组件12向发射模块2的接收组件22无线供电，然后发射模块2通过充电器20给车辆充电。

上面对无线供电***的基本原理进行了说明，在使用过程中，如果发射模块1和接收模块2之间没有对准，也就是发射线圈LT和接收线圈LR之间没有对准，那么就会改变耦合系数，致使影响***的稳定运行。

因此，本申请还包括了对齐判断设备。

以立体车库为例，电动汽车停入到立体车库的载车板5（也就是立体车库中，能够移动的停车位），如果需要充电，车主或工作人员将充电器20***电动汽车的充电插座。载车板5通过立体车库的移动***，带动电动汽车移动到指定位置。当需要取车时，移动***会将车辆移动到指定位置，一般的，立体车库停车和取车，都是在固定的位置，一般是在一层最边缘的车位，移动***会将停放好的车辆，轮转到不同的位置，以保证停车和取车的位置空余出来。

随着停放和取走的车辆，车库内的车辆也可能会随时移动位置，那么发射组件12和接收组件22就会出现相对移动。即使中途没有位置移动，那么开始无线充电时，发射线圈LT和接收线圈LR也有一个缓慢对齐的状态。

针对上述情况，通过对齐判断设备，就可以调节耦合系数变化过程中的工作状态，有针对性的调节电能的输出，保持***的稳定的工作。

参见图4到图7，对齐判断设备由两部分组成，一部分为磁性开关K，另一部分为磁铁，所述磁性开关K设置在发射板122和接收板中的一个上，磁铁设置在所述发射板122和接收板中的另一个上；磁铁在工作范围内，影响磁性开关K的通断状态。一般在没有磁铁影响下，磁性开关K断开，有磁铁影响闭合，磁性开关K由磁传感器和开关组成，当有磁铁与磁传感器相对时，磁传感器感应到的磁场强度超过设定敏感边界值，磁传感器控制对应的开关触点接通。

下文为了方便描述，除非特别说明，都是默认磁性开关K设置在发射板122上，磁铁设置在接收板。当然不排除对调安装位置，具体下文会进行说明。

如图4所示，磁性开关K分为两组，每组内的磁性开关K均以直线的形式设置在所述发射板122上，且两组彼此垂直；磁铁也分为两组，与所述磁性开关K位置对应的设置在所述接收板上。参见图，为了方便区分，将第一以K1表示第一组磁性开关，第二组磁性开关以K2表示。

对应的磁铁也可以分为两组，与上述磁性开关K位置的对应的设置在接收板。图中以M1表示了第一组磁铁，M2表示了第二组磁铁。也就是发射线圈LT和接收线圈LR对齐时，磁铁和磁性开关之间也是对齐的。

在未对齐时，如图6所示，在A点处第一组磁铁M1和第二组磁性开关以K2对应，此时A出的磁性开关K导通状态改变，从而可以判断发射线圈LT和接收线圈LR的相对位置。因为两组磁性开关K和磁铁的设置形式，无论发射线圈和接收线圈之间的相对位置如何变化，都能从对应的磁性开关K的导通状态判断。

上述磁铁的数量也可以是1个，他固定设置在接收板上，同样是根据其影响的磁性开关K的位置，实现对位置关系的判断，但是如果磁铁的数量过少，可能会影响判断的精度，一般会采用磁铁的数量和排布方式与磁性开关相对应。

在另一种实施例中，如图5所示，磁性开关K具有多个，环绕所述发射线圈LT的外周设置在所述发射板122上；磁铁具有至少一个，优选的也是呈环形设置在接收板上，且位置、形状均与呈环形的磁性开关K对应。

为了方便说明，将环形的磁性开关分为四组，分别为第一组磁性开关K1、第二组磁性开关K2、第三组磁性开关K3和第四组磁性开关K4；分别设置在所述发射板122的四周；磁铁对应于所述磁性开关的排布方式，设置在所述接收板的四周。如图所示，每组磁性开关呈条形，四组磁性开关K组成框形。当然，也可以是圆形、多边形等形式。

对应的，接收板上下左右四边相对应的位置安装四组磁铁——第一组磁铁M1、第二组磁铁M2、第三组磁铁M3和第四组磁铁M4。当发射板122和接收板正对时，四组磁性开关和对侧的四组磁铁也正好完全相对。

类似上述垂直设置的方式，这种呈环形设置的方式，在未对齐时，也可以根据磁性开关K的状态判断位置。如图7中，B和C两个位置是在没有对齐时，会受到影响磁性开关K，根据对应的位置可以判断发射线圈LT和接收线圈LR之间的位置，在极少数情况下，存在四个角落的磁性开关受到影响，那同样可以判断两个线圈相对的位置。在更少数的情况下，完全没有磁性开关K受到影响，也就是说发射线圈LT和接收线圈LR之间的差距较大，但是对一般情况而言，例如本申请提到的立体停车场，发射线圈LT和接收线圈LR之间一般不会有过大的位置差异。

不过，在处于较大的位置差异时，也就是发射线圈LT和接收线圈LR可能处于完全不能对准的情况，这种情况下的，可以将输出功率降低为0，也就是停止无线能量传输工作。

当停车***的移动载车板5时，载车板5上的接收板与发射板122逐步对准，如载车板5是横移运动的，当接收板移动到发射板122边缘时，发射板122的第四组磁性开关K4和第二组磁性开关K2中的一个或多个磁性开关感应到磁铁的磁场，磁传感器控制第四组磁性开关K4和第二组磁性开关K2中对应的磁性开关K接通。当第四组磁性开关K4和第二组磁性开关K2接通后，在供电控制组件13的控制下，供电通信组件14进行通信信号的发射，在进行信号的交互时，如果收到回复的充电需求指令，发射模块1则会缓慢增加输出能量。

当载车板5继续平移至接收线圈LR和发射线圈LT完全对准，此时第三组磁性开关K3和第一组磁性开关K1也都接通，并且四组磁性开关K感应到的磁场强度都超过设定敏感边界值，发射模块1可完成正常的充电过程。当载车板横移离开载车板时，第三组磁性开关K3、第一组磁性开关K1断开，发射模块1缓慢降低输出能量，至第四组磁性开关K4、第二组磁性开关K2都断开后完全停止输出（即可能出现上述处于“较大位置差异”）。当载车板5是升降运动时，其控制过程与横移过程相似，待载车板5上下移动，接收线圈LR和发射线圈LT逐渐接近，第三组磁性开关K3和第一组磁性开关K1中的对应磁性开关K接通，供电单元1缓慢增加输出能量。当接收线圈LR和发射线圈LT完全对准时，全部磁性开关K全部接通，发射模块1正常供电，进行充电过程。当载车板5升降，第四组磁性开关K4和第二组磁性开关K2内的磁性开关K断开，供电单元1缓慢降低输出能量，至第三组磁性开关K3和第一组磁性开关K1内的磁性开关K都断开后停止输出。

上述的磁铁可以是永磁铁也可以使用电磁铁，或者其它可以产生匀强磁场的部件。

对于磁铁和磁性开关K位置互换的实施例，即将磁性开关K设置在接收板上，磁铁设置在发射板122上，这种方式同样可以实施，不过需要额外的通信将磁性开关K的数据传送给供电单元1（一般是指供电控制组件13）。该通信可以使用供电通信组件14和充电通信组件24配合完成。

在一般的实施例中，磁性开关K设置在发射板122上，可以直接与供电控制组件13连接通信，相比使用通信组件延时更短，反应也更快。

另外，对于发射线圈LT和接收线圈LR相对发生位移时，造成的耦合系数变化问题，除了能够通过上述磁性开关解决，还能够通过上述电容组212的设置，在一定程度上保持***的稳定工作。电容组212吸收从接收线圈LR获得的变化功率流，暂存在电容组212内，由充电控制单元23控制在合适的时候，将能量通过输出端传递给电动汽车的电池，从而减缓耦合系数变化造成的冲击。通过上述的设计，在载车板5移动的过程中，输出参数也不会出现剧烈波动，保证了***运行的稳定性，也能对供电单元1有效保护。同时也不需要将所有的供电单元1集中启停机，从而不会对电网造成冲击。这里提到“所有供电单元1”是说明在立体车库中，供电单元1不止具有一个，一般来说，载车板5移动到任何固定位置，都会有对应的供电单元1。也就是说，如果一个立体车库中，有n个载车板5，那么就会有n个供电单元1和n个充电单元2。

下面接着说明供电单元1和充电单元2的其他结构。

发射组件12中的发射谐振网络121包括线圈电感，并通常会增加补偿电容来相互抵消无功功率。在现有技术中，常见的谐振网络拓扑结构按照电感和电容的结构分为串联-串联（SS形式）、串联-并联（SP形式）、并联-串联（PS形式）和并联-并联（PP形式）四种。这种结构的缺陷是，在耦合系数或负载发生变化时，会引起线圈电流的剧烈振荡，电子器件很有可能因为过压或过流而工作不正常。在应用于立体车库时，可能回应载车板5的移动，出现空载问题，这种拓扑结构存在风向。

本申请中，发射谐振网络121则采用了新的拓扑——T型结构，即：发射谐振网络121包括：第一补偿电容C11、第二补偿电容C12、第三补偿电容C13、第一补偿电感L11及第二补偿电感L12。第一补偿电感L11、第一补偿电容C11、发射线圈LT、第二补偿电容C12和第二补偿电感L12依次连接，第三补偿电容C13一端连接在第一补偿电感L11和第一补偿电容C11之间，另一端连接在第二补偿电容C12和第二补偿电感L12之间。

接收谐振网络221为串联结构，接收线圈电感LR两端与第四补偿电容C21和第五补偿电容C22串联。

当***在谐振状态下，忽略所有电感、电容的内阻，对于发射线圈LT的电流I₁可取得以下公式：

其中U₁为逆变器112输出的基波电压幅值，ω0为***开关频率。L₁₁是第一补偿电感L11的电感值，L₂₁是第二补偿电感L21的电感值。j为虚数。

对于接收谐振网络221输出端口的电压U₂可取得以下公式：

其中M是发射线圈LT与接收线圈LR之间的互感值。

而由上面公式可知，发射线圈电流I₁是恒定的，供电单元1是独立于负载（独立于接收模块2）的恒流源，发射线圈LT中的电流基本不受互感变化及负载断开的影响。

由上面公式可知，接收谐振网络221输出端口的电压U₂与互感M成正比，当发射线圈LT与接收线圈LR正对，保持位置不变时，互感不变，即四个磁性开关都接通时，具有恒压输出的特性，相当于为恒压源，从而可以保证对电动汽车充电过程中包括电流、电压在内的输出参数的稳定，这种谐振网络兼顾了串联谐振与并联谐振各自的优点。

当电动汽车对充电需求参数变化时，为了响应需求并实现闭环功率调节，在充电单元2的末端还设置了直流变换器213，常用的电路包含buck和boost 以及其衍生电路，通过直流变换器根据充电需求电压进行升压或降压调节。

从上述说明可知，发射模块1和接收模块2之间，以无线电能输送的方式传递。不同于给汽车无线充电，汽车无线充电时，地面的发射端向车载的接收端供电，直接给汽车无线充电。本申请中提到的发射线圈LT和接收线圈LR之间，并不是直接给车辆充电的，而是以无线充电的方式，使充电器20可以输出给汽车充电的电能。该充电器20一般是指充电器，这样，即使汽车没有无线充电功能，同样可以使用本***进行充电。

但是本申请并不限制该充电器20的具体形式，例如符合GB/T 20234标准、GB/T20234标准的充电器，或者一些品牌专用的充电器，均可以用于本申请，甚至，充电器20可以是无线充电功能的设备，其作为发射端用于给具有无线充电功能的汽车供电。也就是说，充电器20的功能是实现给汽车充电，具体的形式本申请并不限制。充电器20具体是使用有线或者无线充电，本申请不做限定。

通过这种设置，避免了线缆对车位需要移动位置的束缚，通过无线电能传输的方式，也没有物理上的摩擦，减少了损耗。

本实用新型还公开一种立体车库，如图8所示，具有框架4和载车板5，上述的无线供电***也集成在立体车库中。载车板5用于停放车辆，且载车板5相对所述框架4可移动地设置，例如图5中使用了滚轮机构和牵引缆绳来牵引载车板5移动。发射模块1相对于所述框架4固定设置。例如可以直接设置在框架4上，也可以设置在地面，这些需要根据实际需求，以及各个载车板5可能移动到的位置来决定。接收模块2设置在载车板5上。可以是载车板5的顶面也可以是底面。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无线供电***，包括：发射模块（1）和接收模块（2），其特征在于，

所述发射模块（1）具有发射板（122），发射线圈（LT）固定设置在所述发射板（122）上；

所述接收模块（2）具有接收板，接收线圈（LR）固定设置在所述接收板上；

还包括：对齐判断设备，所述对齐判断设备由两部分组成，一部分为磁性开关（K），另一部分为磁铁，所述磁性开关（K）设置在所述发射板（122）和所述接收板中的一个上，所述磁铁设置在所述发射板（122）和所述接收板中的另一个上；所述磁铁在工作范围内，影响磁性开关（K）的通断状态；

所述发射模块（1）具有供电控制组件（13），所述供电控制组件（13）与所述对齐判断设备信号联通，根据所述磁性开关（K）的通断状态判断发射线圈（LT）与所述接收线圈（LR）的对齐状态，并调节所述发射模块（1）的功率输出。

2.根据权利要求1所述的无线供电***，其特征在于，

所述磁性开关（K）设置在所述发射板（122）上，所述磁铁设置在所述接收板上。

3.根据权利要求1所述的无线供电***，其特征在于，

所述磁性开关（K）分为两组，每组内的所述磁性开关（K）均以直线的形式设置在所述发射板（122）上，且两组彼此垂直；

所述磁铁也分为两组，与所述磁性开关（K）位置对应的设置在所述接收板上。

4.根据权利要求1所述的无线供电***，其特征在于，

所述磁性开关（K）具有多个，环绕所述发射线圈（LT）的外周设置在所述发射板（122）上；

所述磁铁至少具有一个，设置在所述接收板上。

5.根据权利要求4所述的无线供电***，其特征在于，

所述磁铁具有多个，呈环形设置在所述接收板上，且位置、形状均与所述磁性开关（K）的位置对应。

6.根据权利要求1所述的无线供电***，其特征在于，

所述接收模块（2）具有输出端，用于向外输出电能。

7.一种立体车库，其特征在于，包括：

框架（4）、载车板（5）以及权利要求1-6任一项所述的无线供电***；

所述载车板（5）用于停放车辆，且所述载车板（5）相对所述框架（4）可移动地设置；

所述发射模块（1）相对于所述框架（4）固定设置；

所述接收模块（2）设置在所述载车板（5）上。

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