能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置的製作方法
2024-03-09 00:07:15
專利名稱：能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種混合動力汽車技術領域的裝置，具體是一種能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置。
背景技術：
非接觸電能傳輸技術是一種新型供電模式，實現用電設備以非接觸方式從靜止電源系統獲取電能。該供電模式具有安全性好、可靠性高、維護費用低以及環境親和性強等優點，克服了傳統的接觸式供電本身固有的一些難以克服的缺陷，如易磨損、易觸電、難保養、 難管理等，消除了多點接觸的不可靠性、非常態環境下設備的用電安全、電氣設備移動的局限性、滑動取電方式存在的滑動磨損、接觸火花、碳積和不安全裸露導體等問題，特別適用於粉塵、潮溼、水下、易燃、易爆等惡劣環境以及要求電能靈活接入的移動用電設備。該技術的成熟和廣泛應用必將給電力系統電能的傳輸和配電模式帶來革命性變化。經過對現有技術的檢索發現，現有非接觸電能傳輸裝置的單向傳輸特性，缺乏能量回饋通道，導致電能回饋困難，電機負載再生制動產生的能量無法回送到電網，類似的技術如中國專利文獻號 CN 1819397A,CN 101557227A、CN101719726A 等。戴欣，孫躍，蘇玉剛，唐春森，王智慧在《非接觸電能雙向推送模式研究》(中國電機工程學報，2010,30 :55-66)中提出了一種非接觸電能雙向推送模式，用於完成電能發射端與接收端的雙向直接轉換。但是該技術僅僅是一次試探性研究，功率等級低，無法應用到電動汽車充電領域，並且沒有將太陽能等新能源引入雙向饋送模式。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，結構簡單，可靠性高，成本較低，可充分利用車載發電設備，降低對非接觸送電電源的需求，同時起到分布式電源的作用；具有電能回饋功能，可有效降低智能電動汽車驅動系統的運行風險。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括依次連接的送電端模塊、鬆耦合變壓器、受電端模塊以及車載發電設備，其中鬆耦合變壓器的原邊與副邊分別連接送電端模塊與受電端模塊，受電端模塊與車載發電設備相連，車載發電設備作為輔助供電設備向電動汽車以非接觸送電方式或非接觸饋電方式提供電能。所述的送電端模塊包括強電供電單元、送電端功率變換單元、送電端弱電供電單元、送電端控制器、送電端信號調理及保護單元和送電端傳感器單元，其中強電供電單元與送電端功率變換單元相連以輸出饋送電能，送電端功率變換單元輸出端與鬆耦合變壓器原邊輸入端相連，送電端弱電供電單元分別與送電端控制器、送電端信號調理及保護單元和送電端傳感器單元相連並提供電能，送電端控制器與送電端功率變換單元相連並輸出控制指令，送電端控制器與送電端信號調理及保護單元相連並接收實時電氣狀態信息。所述的鬆耦合變壓器的磁芯為軟磁材料製成且繞組線圈採用多股絞合線，該鬆耦合變壓器的兩邊分別連接在相應的送電端模塊和受電端模塊並根據工況的改變輸送電能和饋送電能，實現能量雙向流動。所述的受電端模塊包括受電端功率變換單元、受電端弱電供電單元、受電端控制器、受電端信號調理及保護單元、受電端傳感器單元和蓄電池組，其中受電端功率變換單元輸出端與蓄電池組相連並將輸出拾取到的電能存儲在蓄電池中，蓄電池組與電動汽車連接並提供直流電能，送電端弱電供電單元分別與受電端控制器、受電端信號調理及保護單元和受電端傳感器單元相連接並提供電能，受電端控制器與受電端功率變換單元相連並輸出控制指令同時接收實時電氣狀態信息。所述的非接觸送電方式是指當能量存儲設備存儲的電能不足以維持電動汽車正常運行，系統進入送電模式，可定義電網側為送電端，電動汽車側為受電端。此時，送電端軟開關諧振逆變，電能通過互感耦合到受電端，受電端通過PWM整流把交流變換為穩定、可靠的直流電，給電動汽車驅動系統供電，維持設備穩定運行；所述的非接觸饋電方式是指在電動汽車下坡、制動或車載發電設備發電盈餘時， 為保證設備的運行安全，需將大量的電能通過系統進行饋電，可定義電動汽車側為送電端， 電網側為受電端。電能通過互感耦合到受電端，受電端通過PWM整流把交流變換為穩定、可靠的直流電，給公共電網直流端供電，為公共電網提供有效的電源支撐。更為重要的是，由於具備電能回饋功能，可有效降低電動汽車驅動系統的運行風險。在上述非接觸送電或非接觸饋電方式兩種能量雙向流動模式下，電動汽車的制動能量和車載發電設備發出的電能也可以實時回饋電網；既可減少電動汽車的成本，降低電動汽車的電能消耗。與現有技術相比，本發明所涉及的電能可雙向流動的非接觸充電裝置，實現非接觸充電的同時，提供了再生制動饋電通道，解決了現有非接觸電能傳輸技術中電能單向傳輸電能回饋困難的問題。並且可結合新能源充電裝置，使電動汽車單次運行裡程大大增加。
圖1是本發明示意圖。圖2是實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括依次連接的送電端模塊1、鬆耦合變壓器2、受電端模塊3以及車載發電設備4，其中鬆耦合變壓器2的原邊與副邊分別連接送電端模塊1與受電端模塊3，受電端模塊3與車載發電設備4相連，車載發電設備4作為輔助供電設備向電動汽車以非接觸送電方式或非接觸饋電方式提供電能。電能根據裝置工作狀態，可以實現雙向流動。如圖2所示，所述的送電端模塊A包括強電供電單元6、送電端功率變換單元1、 送電端弱電供電單元5、送電端控制器2、送電端信號調理及保護單元3和送電端傳感器單元4，其中強電供電單元6與送電端功率變換單元1相連以輸出饋送電能，送電端功率變換單元1輸出端與鬆耦合變壓器B原邊輸入端7相連，送電端弱電供電單元5分別與送電端控制器2、送電端信號調理及保護單元3和送電端傳感器單元4相連並提供電能，送電端控制器2與送電端功率變換單元1相連並輸出控制指令，送電端控制器2與送電端信號調理及保護單元3相連並接收實時電氣狀態信息。所述的送電端功率變換單元1由H橋諧振變換器與補償電容組成，H橋每個開關管反並聯二極體，當系統處於送電模式，送電端功率變換單元1工作於逆變狀態，產生高頻交流電，當系統處於饋電模式，送電端功率變換單元1工作於整流模式，將高頻交流電整流成直流。所述的鬆耦合變壓器B的磁芯為軟磁材料製成且繞組線圈採用多股絞合線，該鬆耦合變壓器的兩邊分別連接在相應的送電端功率變換單元1和受電端功率變換單元8並根據工況的改變輸送電能和饋送電能，實現能量雙向流動。所述的鬆耦合變壓器B具體由兩個直徑80mm的鐵氧體磁罐以及繞於鐵氧體磁罐上的多股絞合線組成。所述的受電端模塊C包括受電端功率變換單元8、受電端弱電供電單元12、受電端控制器9、受電端信號調理及保護單元10、受電端傳感器單元11和蓄電池組13，其中受電端功率變換單元8輸出端與蓄電池組13相連並將輸出拾取到的電能存儲在蓄電池中，蓄電池組13與電動汽車14連接並提供直流電能，送電端弱電供電單元12分別與受電端控制器9、受電端信號調理及保護單元10和受電端傳感器單元11相連接並提供電能，受電端控制器9與受電端功率變換單元8相連並輸出控制指令同時接收實時電氣狀態信息。所述的受電端功率變換單元8由H橋諧振變換器反並聯二極體與補償電容組成， 非接觸送電方式下H橋工作於整流狀態，將從鬆耦合變壓器B副邊接收到的高頻交變電能，整流成直流電；在非接觸饋電方式下H橋工作於逆變狀態，將電動汽車14饋送回的直流電逆變成高頻交流電，經過鬆耦合變壓器B，傳送到送電端。所述的車載發電設備D由太陽能電池板15組成，為電動汽車14進行電能補充，提高電動汽車14的續駛能力。所述的非接觸送電方式是指當能量存儲設備存儲的電能不足以維持電動汽車 14正常運行，系統進入送電模式，可定義電網側為送電端，電動汽車14側為受電端。此時， 送電端軟開關諧振逆變，電能通過互感耦合到受電端，受電端通過PWM整流把交流變換為穩定、可靠的直流電，給電動汽車14驅動系統供電，維持設備穩定運行；所述的非接觸饋電方式是指在電動汽車14下坡、制動或車載發電設備D發電盈餘時，為保證設備的運行安全，需將大量的電能通過系統進行饋電，可定義電動汽車14側為送電端，電網側為受電端。電能通過互感耦合到受電端，受電端通過PWM整流把交流變換為穩定、可靠的直流電，給公共電網直流端供電，為公共電網提供有效的電源支撐。更為重要的是，由於具備電能回饋功能，可有效降低電動汽車14驅動系統的運行風險。與現有技術相比，本裝置具有如下有益效果電動汽車14在再生制動狀態下，提供了電能回饋通道；並結合新能源供電設備，使電動汽車14單次運行裡程大大提高。該方法簡單易行，實現該方法的裝置，系統可靠性高。饋電狀態下，給公共電網直流端供電，為公共電網提供有效的電源支撐。更為重要的是，由於具備電能回饋功能，可有效降低電動汽車14驅動系統的運行風險。
權利要求
1.一種能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，其特徵在於，包括依次連接的送電端模塊、鬆耦合變壓器、受電端模塊以及車載發電設備，其中鬆耦合變壓器的原邊與副邊分別連接送電端模塊與受電端模塊，受電端模塊與車載發電設備相連，車載發電設備作為輔助供電設備向電動汽車以非接觸送電方式或非接觸饋電方式提供電能。
2.根據權利要求1所述的能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，其特徵是，所述的送電端模塊包括強電供電單元、送電端功率變換單元、送電端弱電供電單元、送電端控制器、送電端信號調理及保護單元和送電端傳感器單元，其中強電供電單元與送電端功率變換單元相連以輸出饋送電能，送電端功率變換單元輸出端與鬆耦合變壓器原邊輸入端相連，送電端弱電供電單元分別與送電端控制器、送電端信號調理及保護單元和送電端傳感器單元相連並提供電能，送電端控制器與送電端功率變換單元相連並輸出控制指令，送電端控制器與送電端信號調理及保護單元相連並接收實時電氣狀態信息。
3.根據權利要求2所述的能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，其特徵是，所述的送電端功率變換單元由H橋諧振變換器與補償電容組成，H橋每個開關管反並聯二極體，當系統處於送電模式，送電端功率變換單元工作於逆變狀態，產生高頻交流電，當系統處於饋電模式，送電端功率變換單元工作於整流模式，將高頻交流電整流成直流。
4.根據權利要求1所述的能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，其特徵是，所述的鬆耦合變壓器的磁芯為軟磁材料製成且繞組線圈採用多股絞合線，該鬆耦合變壓器的兩邊分別連接在相應的送電端模塊和受電端模塊並根據工況的改變輸送電能和饋送電能，實現能量雙向流動。
5.根據權利要求1或4所述的能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，其特徵是，所述的鬆耦合變壓器由兩個直徑80mm的鐵氧體磁罐以及繞於鐵氧體磁罐上的多股絞合線組成。
6.根據權利要求1所述的能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，其特徵是，所述的受電端模塊包括受電端功率變換單元、受電端弱電供電單元、受電端控制器、受電端信號調理及保護單元、受電端傳感器單元和蓄電池組，其中受電端功率變換單元輸出端與蓄電池組相連並將輸出拾取到的電能存儲在蓄電池中，蓄電池組與電動汽車連接並提供直流電能，送電端弱電供電單元分別與受電端控制器、受電端信號調理及保護單元和受電端傳感器單元相連接並提供電能，受電端控制器與受電端功率變換單元相連並輸出控制指令同時接收實時電氣狀態信息。
7.根據權利要求6所述的能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，其特徵是，所述的受電端功率變換單元由H橋諧振變換器反並聯二極體與補償電容組成，非接觸送電方式下H橋工作於整流狀態，將從鬆耦合變壓器副邊接收到的高頻交變電能，整流成直流電； 在非接觸饋電方式下H橋工作於逆變狀態，將電動汽車饋送回的直流電逆變成高頻交流電，經過鬆耦合變壓器，傳送到送電端。
全文摘要
一種混合動力汽車技術領域的能量雙向流動電動汽車非接觸充電裝置，包括依次連接的送電端模塊、鬆耦合變壓器、受電端模塊以及車載發電設備，鬆耦合變壓器的原邊與副邊分別連接送電端模塊與受電端模塊，受電端模塊與車載發電設備相連，車載發電設備作為輔助供電設備向電動汽車以非接觸送電方式或非接觸饋電方式提供電能。本發明結構簡單，可靠性高，成本較低，可充分利用車載發電設備，降低對非接觸送電電源的需求，同時起到分布式電源的作用；具有電能回饋功能，可有效降低智能電動汽車驅動系統的運行風險。
文檔編號H02J7/02GK102163868SQ20111012559
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月16日 優先權日2011年5月16日
發明者周荔丹, 唐厚君, 姚鋼, 楊凱悅, 楊陽, 王元, 白亮宇, 範鵬, 袁鼎, 趙俊旭, 陳銘 申請人:上海交通大學