一種電動汽車移動充電方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動汽車移動充電方法和裝置，在公路旁建設專用充電車道，在車道路面下方敷設高頻交流母線，多個發(fā)射線圈并聯(lián)在交流母線上構成陣列，母線末端串接一個共用可調諧振電容，分別與單個或多個發(fā)射線圈構成LC串聯(lián)諧振電路。發(fā)射線圈與電動汽車上的接收線圈通過諧振耦合的方式進行電能傳輸，給電動汽車蓄電池充電。本發(fā)明實現移動中電動汽車的持續(xù)、不間斷充電，可以有效得降低電池容量要求，提高電動汽車的續(xù)航能力，減輕快速充電給電網造成的壓力，將更有力地推動分布式發(fā)電和電動汽車的大規(guī)模應用。
【專利說明】—種電動汽車移動充電方法和裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及電氣化公路中的電動汽車移動充電系統(tǒng)。
[0003]
【背景技術】
[0004]發(fā)展電動汽車(EV)是節(jié)能、環(huán)保和低碳經濟的需要，電動汽車的充電裝置相當于汽車燃料的加注站，當前電動汽車主要的充電方式有普通充電的充電樁、快速充電的充電站以及可更換電池的換電站。但是這3種方式都有一定的弊端。普通充電方式多為交流充電，一次需要8~IOh才能充滿，這將大量占用充電等待時間，增大充電站建設規(guī)模。快速充電方式多為直流充電，一次充電需要幾十分鐘，而快速充電會降低電池的使用壽命，而且對城市電網的沖擊不可忽視。而更換電池的方式主要面臨的問題有電池和電動汽車的標準化、電池的流通管理等。
[0005]這些問題的癥結在于傳統(tǒng)的充電方式是在汽車靜止的情況下，經過電線連接電源進行的。對此，實現移動中電動汽車的持續(xù)、不間斷充電成了解決問題的關鍵。近幾年來，隨著無線充電聯(lián)盟(WPC)的成立，電器設備普遍無線供電的全新時代即將到來。基于WPC，無線充電已經在電動牙刷、電動剃須刀、智能手機、電視機、電腦等部分家電產品中實用化。將無線電能傳輸技術應用到電動 汽車的充電中，使得EV充電擺脫線纜的束縛，實現EV充電的安全、便捷。
[0006]

【發(fā)明內容】

[0007]技術問題:本發(fā)明提供一種實現移動中電動汽車的持續(xù)、不間斷充電，降低電池容量要求、減輕快速充電給電網造成壓カ的電動汽車移動充電方法，同時提供了ー種實現該方法的電動汽車移動充電裝置。
技術方案:本發(fā)明的電動汽車移動充電方法，包括:
建設專用充電車道，敷設高頻交流母線和發(fā)射線圈陣列；
電網和分布式電源經直流變換后與多通道高頻逆變器連接，輸出端通過共用可調諧振電容與高頻交流母線串聯(lián)；
發(fā)射線圈陣列的單個或多個發(fā)射線圈并聯(lián)在高頻交流母線上，發(fā)射線圈分別與共用可調諧振電容構成LC串聯(lián)諧振電路；
在電動汽車上設置接收線圈，所述接收線圈串接電容后構成LC諧振電路，其諧振頻率與發(fā)射線圈回路的諧振頻率一致；
電動汽車在專用充電車道上行駛時，發(fā)射線圈通過諧振耦合的方式將電能傳輸到接收線圈中，從而實現對電動汽車的無線移動充電。[0008]本發(fā)明方法的一個優(yōu)選方案中，多通道高頻逆變器的輸出端與共用可調諧振電容之間設置匹配電路。
[0009]本發(fā)明方法中，共用可調諧振電容可由多組電容構成，每組電容分別與發(fā)射線圈構成LC串聯(lián)諧振電路。
[0010]本發(fā)明方法的一個優(yōu)選方案中，專用充電車道上設置射頻識別閱讀器，電動汽車上設置射頻識別電子標簽，當射頻識別閱讀器檢測到載有射頻識別電子標簽的電動汽車接近時，發(fā)出信號給控制系統(tǒng)，啟動電源和與射頻識別閱讀器對應的發(fā)射線圈，對電動汽車充電；當檢測到電動汽車遠離時，控制系統(tǒng)關斷相應的發(fā)射線圈和電源，停止充電。
[0011]本發(fā)明的電動汽車移動充電裝置，包括:
敷設有高頻交流母線和發(fā)射線圈陣列的專用充電車道；
以及，電網和分布式電源、多通道高頻逆變器和共用可調諧振電容；
電網和分布式電源經直流變換后與多通道高頻逆變器連接，多通道高頻逆變器的輸出端通過共用可調諧振電容與高頻交流母線串聯(lián)；
發(fā)射線圈陣列的單個或多個發(fā)射線圈并聯(lián)在高頻交流母線上，發(fā)射線圈分別與共用可調諧振電容構成LC串聯(lián)諧振電路。
[0012]本發(fā)明裝置的一個優(yōu)選方案中，多通道高頻逆變器的輸出端與共用可調諧振電容之間還設置有匹配電路。
[0013]本發(fā)明裝置中，共用可調諧振電容由多組電容構成，每組電容分別與發(fā)射線圈構成LC串聯(lián)諧振電路。
[0014]本發(fā)明裝置的一個優(yōu)選方案中，專用充電車道上設置有射頻識別閱讀器，當射頻識別閱讀器檢測到載有射頻識別電子標簽的電動汽車接近或遠離時，能夠發(fā)出信號給控制系統(tǒng)，啟動或關斷電源和相應的發(fā)射線圈。
[0015]本發(fā)明在現有公路旁建設專用充電車道，在車道路面下方敷設高頻交流母線，由電網和分布式電源聯(lián)合供電，根據所在環(huán)境新能源資源的差異，對電源進行管理。多個發(fā)射線圈并聯(lián)在交流母線上構成陣列，發(fā)射線圈附近的動態(tài)射頻識別系統(tǒng)對充電車道上方的電動汽車進行位置檢測和身份識別，檢測車輛的接近和遠離，由此進行逆變器與各個電能發(fā)射線圈通斷的切換。母線末端串接一個共用可調諧振電容，可分別與單個或多個發(fā)射線圈構成LC串聯(lián)諧振電路，其電容值可根據通電工作的線圈數量自行調整。發(fā)射線圈與電動汽車上的接收線圈通過諧振耦合的方式進行電能傳輸，給電動汽車蓄電池充電。
[0016]有益效果:本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點:
當前電動汽車主要的充電方式有普通充電的充電樁、快速充電的充電站以及可更換電池的換電站，這3種方式各有弊端:普通充電大量占用充電等待時間，增大充電站建設規(guī)模；快速充電會降低電池的使用壽命，對城市電網造成沖擊；更換電池涉及到電池和電動汽車的標準化、電池的流通管理等。這些問題的癥結在于傳統(tǒng)的充電方式是在汽車靜止的情況下，經過電線連接電源進行的，實現移動中電動汽車的持續(xù)、不間斷充電可以有效解決上述問題。
[0017]本發(fā)明將無線電能傳輸技術應用到電動汽車的充電中，使得電動汽車充電擺脫線纜的束縛，實現充電的安全、便捷。可以有效得降低電池容量要求，提高電動汽車的續(xù)航能力，減輕快速充電給電網造成的壓力，將更有力地推動分布式發(fā)電和電動汽車的大規(guī)模應用。
[0018]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)架構示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖。
[0021]圖3為多通道高頻逆變器電路工作原理圖。
[0022]圖4為共用可調諧振電容工作原理圖。
[0023]圖中有:專用充電車道1、電網和分布式電源2、多通道高頻逆變器3、高頻交流母線4、共用可調諧振電容5、發(fā)射線圈陣列6、控制系統(tǒng)7、動態(tài)射頻識別系統(tǒng)8。
[0024]
【具體實施方式】
[0025]參閱圖1、圖2，本發(fā)明電氣化公路中的電動汽車移動充電系統(tǒng)，包括專用充電車道1、電網和分布式電源2、多通道高頻逆變器3、高頻交流母線4、共用可調諧振電容5、發(fā)射線圈陣列6、控制系統(tǒng)7、動態(tài)射頻識別系統(tǒng)8。
[0026]專用充電車道I為沿原有公路走向擴建的，專為電動汽車移動充電的電氣化車道，整個電動汽車汽車移動充電系統(tǒng)都安裝在充電車道周圍。
[0027]電網和分布式電源2均經過直流變換，輸出特征為(20(T600V)的獨立直流電壓源。根據對公路汽車流量的統(tǒng)計，估算出電動汽車充電功率大小，決定從附近分布式電源或者電網投入的功率。多個直流電壓源接入多通道高頻逆變器3，參閱圖3，通過控制策略即可實現每個電源的單獨投切。通過逆變橋組開關頻率(5001T1MHZ)的設定，從逆變器輸出相應頻率的高頻交流電。
[0028]本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施例中，多通道高頻逆變器的輸出端與共用可調諧振電容之間還設置有匹配電路。該匹配電路是由電容和電感串、并聯(lián)組成的無損匹配電路，其參數根據具體的電源以及負荷進行確定，用于提高電源效率。
[0029]高頻交流母線4沿充電道路敷設，母線末端串接ー個共用可調諧振電容5，每個發(fā)射線圈并聯(lián)在交流母線上構成發(fā)射線圈陣列6，且各個線圈的通斷可以控制。發(fā)射線圈為采用線徑(0.5?2mm)的銅線，繞制成(5?10膽)的矩形線圈，線圈與車道寬度相近(2?4m)，沿車道方向長度(3?8m)，發(fā)射線圈間距由車速和車流量的統(tǒng)計數據決定(5(T500m)。共用可調諧振電容由一系列單組電容組成，參閱圖4，可分別與單個或多個發(fā)射線圈構成LC串聯(lián)諧振電路，電容的投切容量根據通電工作的線圈數量自行調整，保證LC串聯(lián)諧振頻率始終等于逆變器輸出的高頻交流電頻率。因為并不是所有發(fā)射線圈都在同一時間通電工作，通過檢測工作線圈的個數，進行電容個數的投入，可以在一定程度上減小電容的投資成本，提高電動汽車移動充電的效率。
[0030]在電動汽車底盤安裝接收線圈，并串接電容，構成LC諧振電路，其諧振頻率與發(fā)射線圈回路的諧振頻率一致。電動汽車在專用充電車道上行駛時，發(fā)射線圈通過諧振耦合的方式將電能傳輸到接收線圈中，從而實現對電動汽車的無線移動充電。
[0031]控制系統(tǒng)7實現多路高頻PWM脈沖信號產生、電流采樣、頻率跟蹤、過流保護、功率調節(jié)、線圈通斷控制、電容投切控制等功能。
[0032]動態(tài)射頻識別系統(tǒng)8，包括每個發(fā)射線圈附近的射頻識別閱讀器，和電動汽車上的射頻識別電子標簽。當閱讀器檢測到載有電子標簽的電動汽車接近時，會發(fā)出信號給控制系統(tǒng)，啟動電源和與閱讀器對應的發(fā)射線圈，對電動汽車充電；而檢測到汽車遠離時，控制系統(tǒng)會關斷相應的發(fā)射線圈和電源。通過對電動汽車位置的判斷，決定充電線圈的通斷，提高充電的效率。同時射頻識別電子標簽還存儲用戶的身份，可以用于充電計費。
【權利要求】
1.一種電動汽車移動充電方法,其特征在于,該方法包括: 設置專用充電車道(I)，所述專用充電車道(I)敷設高頻交流母線(4)和發(fā)射線圈陣列(6)； 電網和分布式電源(2)經直流變換后與多通道高頻逆變器(3)連接，所述多通道高頻逆變器(3)的輸出端通過共用可調諧振電容(5)與高頻交流母線(4)串聯(lián)； 發(fā)射線圈陣列(6)的單個或多個發(fā)射線圈并聯(lián)在高頻交流母線(4)上，發(fā)射線圈分別與共用可調諧振電容(5)構成LC串聯(lián)諧振電路； 在電動汽車上設置接收線圈，所述接收線圈串接電容后構成LC諧振電路，其諧振頻率與發(fā)射線圈回路的諧振頻率一致； 電動汽車在專用充電車道(I)上行駛時，發(fā)射線圈通過諧振耦合方式將電能傳輸到接收線圈中，從而實現對電動汽車的無線移動充電。
2.根據權利要求1所述的電動汽車移動充電方法，其特征在于，所述多通道高頻逆變器(3)的輸出端與共用可調諧振電容(5)之間設置匹配電路。
3.根據權利要求1所述的電動汽車移動充電方法，其特征在于，所述的共用可調諧振電容(5)由多組電容構成，每組電容分別與發(fā)射線圈構成LC串聯(lián)諧振電路。
4.根據權利要求1、2或3所述的電動汽車移動充電方法，其特征在于，所述專用充電車道(I)上設置射頻識別閱讀器，電動汽車上設置射頻識別電子標簽，當射頻識別閱讀器檢測到載有射頻識別電子標簽的電動汽車接近時，發(fā)出信號給控制系統(tǒng)，啟動電源和與射頻識別閱讀器對應的發(fā)射線圈，對電動汽車充電；當檢測到電動汽車遠離時，控制系統(tǒng)關斷相應的發(fā)射線圈和電源，停止充電。
5.一種電動汽車移動充電裝置，其特征在于，該裝置包括: 敷設有高頻交流母線(4)和發(fā)射線圈陣列(6)的專用充電車道(I)； 以及，電網和分布式電源(2)、多通道高頻逆變器(3)和共用可調諧振電容(5)； 所述電網和分布式電源(2)經直流變換后與多通道高頻逆變器(3)連接，所述多通道高頻逆變器(3)的輸出端通過共用可調諧振電容(5)與高頻交流母線(4)串聯(lián)； 發(fā)射線圈陣列(6)的單個或多個發(fā)射線圈并聯(lián)在高頻交流母線(4)上，發(fā)射線圈分別與共用可調諧振電容(5)構成LC串聯(lián)諧振電路。
6.根據權利要求5所述的電動汽車移動充電裝置，其特征在于，所述多通道高頻逆變器(3)的輸出端與共用可調諧振電容(5)之間還設置有匹配電路。
7.根據權利要求5所述的電動汽車移動充電裝置，其特征在于，所述的共用可調諧振電容(5)由多組電容構成，每組電容分別與發(fā)射線圈構成LC串聯(lián)諧振電路。
8.根據權利要求5、6或7所述的電動汽車移動充電裝置，其特征在于，所述專用充電車道(I)上設置有射頻識別閱讀器，當射頻識別閱讀器檢測到載有射頻識別電子標簽的電動汽車接近或遠離時，能夠發(fā)出信號給控制系統(tǒng)，啟動或關斷電源和相應的發(fā)射線圈。
【文檔編號】H02J7/00GK103595109SQ201310636507
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權日:2013年12月3日
【發(fā)明者】時斌, 聞楓, 黃俊輝, 汪惟源, 黃河, 王哲, 趙宏大, 喬黎偉 申請人:東南大學, 國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力經濟技術研究院