CN202435057U - 一种电动车用无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电动车用无线充电系统，其包括：位于路面或埋于路下的用于无线发电的发射装置及安装于车内的用于接收发射装置的电能并给汽车充电的接收充电装置；所述发射装置包括：用于产生驱动脉冲并对所述充电系统进行充电控制的脉冲驱动控制电路、根据所述驱动脉冲产生振荡电能的振荡电路、控制所述驱动脉冲对振荡电路的驱动的启停的开关电路、及将上述振荡电能进行发射的发射线圈；接收充电装置包括接收上述振荡电能的接收线圈、将接收线圈接收到的交流电进行整流的整流电路，所述整流电路输出直流电对电动车的电池充电。本实用新型提供的电动车用无线充电系统能无线的对电动车充电，实现电能的非接触传递，具有使用方便的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种充电系统，尤其涉及一种电动车用无线充电系统。
背景技术
随着汽车的日益增多，大气污染日益严重，而且油价不断攀升，加之石油资源为有限资源，所以，电动车的发展十分迅速。如今，国内外节能减排和绿色环保交通理念的提出，使得世界各国都不惜投入巨资研发电动汽车。但制约电动车发展的技术瓶颈是大功率蓄电池的制造技术没有得到突破。电动汽车连续行驶距离小，充电麻烦，电池使用寿命短而价格昂贵的矛盾制约了电动车的普及。目前，电动汽车行驶里程较短，其行驶一定距离后就需要去充电站进行充电，以致电动车的推广受到了很大的制约。电动车的应用越来越多。但电动车的充电是一个长期困扰大众的问题，虽然增加充电站的数量能方便人们就近充电，但受电池技术的限制，充电时间依然较长，给电动车车主带来不便，而且建设充电站的成本较高。
尤其是近年来国家政府对电动车的大力支持与补贴，如何实现灵活的给电动车实时充电而延长电动车的里程，成为亟待解决的技术问题。现有技术中，公知的电器设备均是通过有线传输方式（即直接接触电源的方式）来进行电能传输，由于电源线的限制，电器设备一般难以移动，所以使用起来存在诸多不便。
可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中电动车有线充电较麻烦的缺陷，提供一种可以实时的方便的进行移动式充电的电动车用无线充电系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种电动车用无线充电系统，其包括：位于路面或埋于路下的用于无线传输电能的发射装置的发射装置及安装于车内的用于接收发射装置的电能并给汽车充电的接收充电装置；所述发射装置包括：用于产生驱动脉冲并对所述充电系统进行充电控制的脉冲驱动控制电路、根据所述驱动脉冲产生振荡电能的振荡电路、控制所述驱动脉冲对振荡电路的驱动的启停的开关电路、及将上述振荡电能进行发射的发射线圈；所述接收充电装置包括接收上述振荡电能的接收线圈、将接收线圈接收到的交流电进行整流的整流电路，所述整流电路输出直流电对电动车的电池充电。
在上述电动车用无线充电系统中，所述脉冲驱动控制电路包括用于脉宽调制及控制充电系统的单片机U1。
在上述电动车用无线充电系统中，所述开关电路包括与脉冲驱动控制电路的输出端相连的第一开关模块及与第一开关模块相连的第二开关模块。
在上述电动车用无线充电系统中，所述第一开关模块包括第一三极管Q1、第一变压器T1、第一场效应管Q3、及电阻R1，所述第二开关模块包括第二三极管Q2、第二变压器T2、第二场效应管Q4、及电阻R2；第一三极管Q1的基极与单片机U1的输出脚1相连，其集电极依次连接电阻R1及第一变压器T1的初级后接低压电源VCC，其集电极同时与第二三极管Q2的基极相连，其发射极接地，第一变压器T1的次级跨接于第一场效应管Q3的栅极与源极之间，第一场效应管Q3的漏极接高压电源VDD；第二三极管Q2的集电极依次连接电阻R2及第二变压器T2的初级后接低压电源VCC，其发射极接地，第二变压器T2的次级跨接于第二场效应管Q4的栅极与源极之间，第二场效应管Q4的漏极接第一场效应管Q3的源极。
在上述电动车用无线充电系统中，还包括用于滤波的电容C1、C2、C3及二极管D1、D2；
电容C1与第一变压器T1的次级并联，电容C2与第二变压器T2的次级并联，电容C3连接于高压电源VDD与地之间；二极管D1与第一变压器T1的初级并联，且其阴极接低压电源VCC，二极管D2与第二变压器T2的初级并联，且其阴极接低压电源VCC。
在上述电动车用无线充电系统中，所述振荡电路包括产生谐振的电容C4及电感L1，电容C4的一端接第二场效应管Q4的漏极与第一场效应管Q3的源极的连接点，电容C4的另一端连接电感L1后与发射线圈相连。
在上述电动车用无线充电系统中，所述整流电路包括将接收线圈接收的交流电整流为直流电的整流桥D3及对输出的直流电进行滤波储能的电容C5，电容C5 与电动车的电池并联后接地。
在上述电动车用无线充电系统中，还包括用于防止充电电压过压或欠压的电压保护电路，所述电压保护电路连接于振荡电路及脉冲驱动控制电路之间。
在上述电动车用无线充电系统中，所述电压保护电路包括相互串联的电阻R3及R4，电阻R3及R4串联于高压电源VDD及地之间，且电阻R3及R4的连接点接单片机U1的输入脚3。
在上述电动车用无线充电系统中，还包括用于防止充电电流过流或欠流的电流保护电路，所述电流保护电路连接于振荡电路及脉冲驱动控制电路之间。
在上述电动车用无线充电系统中，所述电流保护电路包括电阻R5、R6、电容C6、二极管D4、及互感线圈T4，互感线圈T4的输入端连接在发射线圈与地之间，互感线圈T4的输出端连接在二极管D4的阳极与地之间，二极管D4的阴极经过电容C6接地，电阻R5和R6串联于二极管D4的阴极与地之间，且电阻R5和R6的连接点与单片机U1的输入脚2相连。
本实用新型提供的电动车用无线充电系统采用发射装置及接收充电装置，其通过脉冲驱动控制电路结合开关电路控制振荡电路输出不同的震荡电能，并结合发射线圈实现无线传输电能，再通过接收线圈及整流电路实现非接触的无线的电能传递，进而实现实时的方便的对电动车用电池进行充电。
附图说明
图1是本实用新型提供的电动车用无线充电系统的一优选实施例的原理框图；
图2是本实用新型提供的电动车用无线充电系统的一优选实施例的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参见图1，其为本实用新型提供的电动车用无线充电系统的一优选实施例的原理框图。本实用新型提供的电动车用无线充电系统可以应用于电动叉车，电动汽车等车载电池包的快速充电。其主要包括用于无线传输电能的发射装置及用于接收发射装置的电能并给汽车充电的接收充电装置。发射装置设置于路面或埋于地下，接收充电装置安装于电动车内。发射装置包括：用于产生驱动脉冲并对所述充电系统进行充电控制的脉冲驱动控制电路10、根据驱动脉冲产生振荡电能的振荡电路、控制驱动脉冲对振荡电路的驱动的启停的开关电路20、及将上述振荡电能进行发射的发射线圈40。接收充电装置包括接收上述振荡电能的接收线圈50、将接收线圈50接收到的交流电进行整流的整流电路60，所述整流电路60输出直流电对电动车的电池充电。其主要通过发射装置产生谐振震荡，进而通过发射线圈40无线发射电能，从而实现将电能无线耦合到车载的接收线圈50上，其通过接收充电装置对电动车实现大功率的快速充电。
图2为本实用新型提供的电动车用无线充电系统的一优选实施例的电路图，再结合图2对本实用新型提供的充电系统的结构进行详细描述。
在该实施例中，脉冲驱动控制电路10主要通过单片机MCU控制输出的脉冲，即通过PWM调节输出不同的脉冲，以进一步驱动后面的振荡电路30产生不同的震荡电能，从而实现对充电的控制。优选地，脉冲驱动控制电路10包括单片机U1。
开关电路20包括与脉冲驱动控制电路的输出端相连的第一开关模块及与第一开关模块相连的第二开关模块。第一开关模块与第二开关模块类对称的设置，从而针对高低脉冲进行不同的启停控制。第一开关模块包括第一三极管Q1、第一变压器T1、第一场效应管Q3、及电阻R1，第二开关模块包括第二三极管Q2、第二变压器T2、第二场效应管Q4、及电阻R2；第一三极管Q1的基极与单片机U1的输出脚1相连，其集电极依次连接电阻R1及第一变压器T1的初级后接低压电源VCC，其集电极同时与第二三极管Q2的基极相连，其发射极接地，第一变压器T1的次级跨接于第一场效应管Q3的栅极与源极之间，第一场效应管Q3的漏极接高压电源VDD；第二三极管Q2的集电极依次连接电阻R2及第二变压器T2的初级后接低压电源VCC，其发射极接地，第二变压器T2的次级跨接于第二场效应管Q4的栅极与源极之间，第二场效应管Q4的漏极接第一场效应管Q3的源极。其中，第一三极管及第二三极管均为NPN型，第一场效应管及第二场效应管均为N型。上述VCC为驱动低电压，VDD为市电整流以后的直流高电压或者其他电源提供的直流高电压。其为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
优选地，还包括用于滤波的电容C1、C2、C3及二极管D1、D2；上述电容用于去除杂质，上述二极管D1及D2分别用于保护第一变压器T1及第二变压器T2。电容C1与第一变压器T1的次级并联，电容C2与第二变压器T2的次级并联，电容C3连接于高压电源VDD与地之间；二极管D1与第一变压器T1的初级并联，且其阴极接低压电源VCC，二极管D2与第二变压器T2的初级并联，且其阴极接低压电源VCC。
振荡电路30包括产生谐振的电容C4及电感L1，电容C4的一端接第二场效应管Q4的漏极与第一场效应管Q3的源极的连接点，电容C4的另一端连接电感L1后与发射线圈40相连。本实用新型提供的充电系统主要通过上述电容C4及电感L1进行LC震荡产生所需电能。整流电路60包括将接收线圈50接收的交流电整流为直流电的整流桥D3及对输出的直流电进行滤波储能的电容C5，电容C5 与电动车的电池并联后接地。
本实用新型提供的充电系统的工作原理结合图2描述如下：
单片机U1发出一定占空比的方波驱动场效应管Q3和Q4，从而使电容C4和电感L1形成LC振荡电路，变压器T3的初级线圈T3-A内随之产生振荡电流。变压器T3的初级线圈T3-A为能量发射线圈40，埋于地面之下，变压器T3的次级线圈T3-B为能量接收线圈50，其安装载于车上配合发射线圈40即可实现无线充电。具体工作过程为：
单片机U1输出脚1交替的输出高低电平以驱动振荡电路。当单片机U1输出脚1输出高电平时，由于第一三极管Q1为NPN型的，其基极为高电平，故第一三极管Q1导通，第二三极管Q2基极为低电平，第二三极管Q2截止。第一变压器T1初级线圈T1-A导通，第一变压器T1次级线圈T1-B两端电压超过阈值，第一场效应管Q3导通；第二变压器T2初级线圈T2-A不导通，第二变压器T2次级线圈T2-B两端无电压，第二场效应管Q4截止。高压电源VDD给电容C4快速充电，电感L1和发射线圈40T3-A通过由上而下的电流，电能无线耦合到接收线圈50T3-B，实现了能量的无线传输。一定时间后，单片机输出脚1输出低电平，同理，第一场效应管Q3截止，第二场效应管Q4导通，电容C4通过第二场效应管Q4的漏极和源极对地放电，电感L1和发射线圈40T3-A内通过由下而上的电流，能量同样无线耦合到接收线圈50T3-B。然后，整流桥D3将接受线圈输出的快速交变电转换为直流电，并通过电容C5滤波储能后持续地给车载电池包充电。
本实用新型提供的充电系统还具有电压电流保护功能。上述充电系统还包括用于防止充电电压过压或欠压的电压保护电路70，所述电压保护电路70连接于振荡电路30及脉冲驱动控制电路10之间。优选地，电压保护电路70包括相互串联的电阻R3及R4，电阻R3及R4串联于高压电源VDD及地之间，且电阻R3及R4的连接点接单片机U1的输入脚3；其还包括用于防止充电电流过流或欠流的电流保护电路80，所述电流保护电路80连接于振荡电路30及脉冲驱动控制电路10之间。优选地，电流保护电路80包括电阻R5、R6、电容C6、二极管D4、及互感线圈T4，互感线圈T4套在发射线圈40与地之间的连接线上，互感线圈T4的一端与二极管D4的阳极相连，互感线圈T4的另一端与地相连，二极管D4的阴极经过电容C6接地，电阻R5和R6串联于二极管D4的阴极与地之间，且电阻R5和R6的连接点与单片机U1的输入脚2相连。互感线圈T4是一环状器件，其用于感应电流的大小，感应穿过其孔的电线里的电流。
跨接在电源VDD和地之间的电阻R3和R4提供电阻分压，单片机U1输入脚3根据检测到的分压值，调节驱动PWM脉冲信号的占空比，脉冲驱动控制电路10判断检测到的电压是否过高或过低进而控制调解输出相应的脉冲，以改变充电电压至适当大小。电流互感器T4套接在LC振荡电路中，位于发射线圈40T3-A和地之间，电流互感器T4输出与振荡电流成正比的交流信号，通过整流二极管D4，与电阻R5和R6形成回路，电阻R5和R6的分压值与感应电流成正比，单片机U1判定充电电流是否过流或欠流，其输入脚2根据输入的分压值调节驱动占空比，以改变充电电流。电容C6用于平滑输出电压。如果输入电压过高过低或者电流过大过小，单片机输出脚1持续输出高电平或低电平，此时第一变压器T1和T2没有输出感应电压，第一场效应管Q3和Q4一直处于截止状态，振荡电路输出的电能减小甚至不再振荡，从而改变反馈至单片机的电压电流。当过压欠压或过流状态恢复后，充电器将自动重新振荡充电。关于单片机如何根据检测到的电流及电压进行调节，以控制充电系统，其为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
总之，单片机输出脚1发出固定频率和占空比的方波信号，场效应管Q3和Q4交替导通和截止，电能通过发射线圈T3-A耦合发射到车载接收线圈T3-B；从而实现无线充电。同时，单片机输入脚2实时检测充电电流，其提供过流欠流的判断保护，其控制调节输出脉冲的占空比，使充电器处于稳定充电状态，并；同理，单片机输入脚3实时检测充电电压，其提供过压欠压的判断保护；其控制调节输出脉冲的占空比，使充电器处于稳定充电状态。
综上所述，本实用新型提供的电动车用无线充电系统能够实时的方便的进行移动式充电，使用方便快捷，还具有充电保护功能，使用更安全可靠。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种电动车用无线充电系统，其特征在于，包括：位于路面或埋于路下的用于无线传输电能的发射装置及安装于车内的用于接收发射装置的电能并给汽车充电的接收充电装置；
所述发射装置包括：用于产生驱动脉冲并对所述充电系统进行充电控制的脉冲驱动控制电路、根据所述驱动脉冲产生振荡电能的振荡电路、控制所述驱动脉冲对振荡电路的驱动的开关电路、及将上述振荡电能进行发射的发射线圈；
所述接收充电装置包括接收上述振荡电能的接收线圈、将接收线圈接收到的交流电进行整流的整流电路，所述整流电路输出直流电对电动车的电池充电。
2. 如权利要求1所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，所述脉冲驱动控制电路包括用于脉宽调制及控制充电系统的单片机U1。
3、如权利要求2所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，所述开关电路包括与脉冲驱动控制电路的输出端相连的第一开关模块及与第一开关模块相连的第二开关模块。
4、如权利要求3所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，所述第一开关模块包括第一三极管Q1、第一变压器T1、第一场效应管Q3、及电阻R1，所述第二开关模块包括第二三极管Q2、第二变压器T2、第二场效应管Q4、及电阻R2；
第一三极管Q1的基极与单片机U1的输出脚1相连，其集电极依次连接电阻R1及第一变压器T1的初级后接低压电源VCC，其集电极同时与第二三极管Q2的基极相连，其发射极接地，第一变压器T1的次级跨接于第一场效应管Q3的栅极与源极之间，第一场效应管Q3的漏极接高压电源VDD；
第二三极管Q2的集电极依次连接电阻R2及第二变压器T2的初级后接低压电源VCC，其发射极接地，第二变压器T2的次级跨接于第二场效应管Q4的栅极与源极之间，第二场效应管Q4的漏极接第一场效应管Q3的源极。
5、如权利要求4所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，还包括用于滤波的电容C1、C2、C3及二极管D1、D2；
电容C1与第一变压器T1的次级并联，电容C2与第二变压器T2的次级并联，电容C3连接于高压电源VDD与地之间；二极管D1与第一变压器T1的初级并联，且其阴极接低压电源VCC，二极管D2与第二变压器T2的初级并联，且其阴极接低压电源VCC。
6、如权利要求1所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，所述振荡电路包括产生谐振的电容C4及电感L1，电容C4的一端接第二场效应管Q4的漏极与第一场效应管Q3的源极的连接点，电容C4的另一端连接电感L1后与发射线圈相连。
7、如权利要求1所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，所述整流电路包括将接收线圈接收的交流电整流为直流电的整流桥D3及对输出的直流电进行滤波储能的电容C5，电容C5 与电动车的电池并联后接地。
8、如权利要求2至7中任一项所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，还包括用于防止充电电压过压或欠压的电压保护电路，所述电压保护电路连接于振荡电路及脉冲驱动控制电路之间。
9、如权利要求8所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，所述电压保护电路包括相互串联的电阻R3及R4，电阻R3及R4串联于高压电源VDD及地之间，且电阻R3及R4的连接点接单片机U1的输入脚3。
10、如权利要求2至7中任一项所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，还包括用于防止充电电流过流或欠流的电流保护电路，所述电流保护电路连接于振荡电路及脉冲驱动控制电路之间。
11、如权利要求10所述的电动车用无线充电系统，其特征在于，所述电流保护电路包括电阻R5、R6、电容C6、二极管D4、及互感线圈T4，互感线圈T4套在发射线圈与地之间的连接线上，互感线圈T4的一端与二极管D4的阳极相连，互感线圈T4的另一端与地相连，二极管D4的阴极经过电容C6接地，电阻R5和R6串联于二极管D4的阴极与地之间，且电阻R5和R6的连接点与单片机U1的输入脚2相连。
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