一種電動(dòng)汽車的無線充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及車輛充電領(lǐng)域，特別涉及一種電動(dòng)汽車的無線充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，地球資源過大消耗，電動(dòng)汽車的發(fā)展前景廣闊，在未來的一段時(shí)間里，電動(dòng)汽車必會(huì)迅速進(jìn)入千家萬戶。而隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的激增，電動(dòng)汽車的技術(shù)改革勢(shì)在必行。新一代電動(dòng)汽車在每一個(gè)領(lǐng)域都獲得了顯著的技術(shù)進(jìn)步，而第一代充電技術(shù)以低壓充電為主，第二代充電技術(shù)以快速充電進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)，然而快速充電存在功率過大所帶來的一系列電力問題。
[0003]現(xiàn)有的接觸式電動(dòng)汽車充電方式，充電時(shí)間長(zhǎng)，且需要建立充電站，占地面積大，成本高，難以大范圍推廣應(yīng)用。如果可以實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)汽車行駛途中對(duì)其進(jìn)行無線充電，這將根本上解決電動(dòng)汽車充電難的問題，加速電動(dòng)汽車普及，使交通更加發(fā)達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決電動(dòng)汽車接觸式充電技術(shù)所存在的技術(shù)問題，提出一種電動(dòng)汽車的無線充電系統(tǒng)，通過電磁共振技術(shù)，把電網(wǎng)的電能無線傳輸?shù)杰圀w，并儲(chǔ)存在車體的電池中，充電過程還可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)充電系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車行駛過程中的無線充電。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:電動(dòng)汽車的無線充電系統(tǒng)，包括車輛ID和位置識(shí)別模塊、車載電子標(biāo)簽、控制模塊、電源電路、發(fā)射線圈、接收線圈及充電電路，車載電子標(biāo)簽、接收線圈及充電電路均設(shè)置在電動(dòng)汽車上；車輛ID和位置識(shí)別模塊、發(fā)射線圈均設(shè)有多個(gè)，且設(shè)置在公路上；車輛ID和位置識(shí)別模塊分別與車載電子標(biāo)簽、控制模塊、發(fā)射線圈連接；電源電路分別與控制模塊、發(fā)射線圈連接；接收線圈分別與發(fā)射線圈、充電電路連接；
[0006]所述電源電路外接電網(wǎng)；控制模塊接收車輛ID和位置識(shí)別模塊所接收的車輛ID和位置信號(hào)，控制電源電路給發(fā)射線圈供電，發(fā)射線圈與接收線圈產(chǎn)生電磁共振，將來自電網(wǎng)的能量通過接收線圈無線傳輸給充電電路，從而對(duì)設(shè)置在電動(dòng)汽車上的電池組進(jìn)行充電。
[0007]所述控制模塊包括單片機(jī)、三極管Q1，三極管Ql設(shè)置在單片機(jī)的外圍；單片機(jī)輸出PWM脈寬調(diào)制的周期鋸齒波信號(hào)，經(jīng)三極管Ql放大后送到發(fā)射線圈。
[0008]所述車輛ID和位置識(shí)別模塊包括線圈L1、光耦合器U6、三極管Q2和N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q5，線圈LI同時(shí)還作為發(fā)射線圈；光耦合器U6的輸入端與控制模塊的PWM輸出接口、三極管Q2集電極連接，輸出端與N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q5連接；三極管Q2的基極與控制模塊的高低電平輸出端口連接；線圈LI的一端接電網(wǎng)經(jīng)電源電路整流后的直流電壓的正極，另一端接N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q5的漏極；
[0009]控制模塊控制三極管Q2的通斷狀態(tài)，光耦合器U6受控于三極管Q2的通斷狀態(tài)及控制模塊的PWM輸出狀態(tài)，N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q5受控于光耦合器U6，電網(wǎng)經(jīng)電源電路整流后的直流電壓的通斷受控于N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q5。
[0010]本發(fā)明通過埋設(shè)在公路下的發(fā)射線圈，以電磁共振方式將電網(wǎng)的電能無線傳輸?shù)杰囕d接收線圈上，車載接收線圈將電能通過充電電路存儲(chǔ)在電池組中；車載電子標(biāo)簽發(fā)射的特定頻率信號(hào)，以檢測(cè)公路上發(fā)射線圈的位置；發(fā)射線圈接收到車載電子標(biāo)簽發(fā)射的特定頻率信號(hào)后傳輸給車輛ID和位置識(shí)別模塊，由車輛ID和位置識(shí)別模塊將所接收的信號(hào)經(jīng)控制模塊反饋到上位機(jī)終端；控制模塊將根據(jù)電動(dòng)汽車不同的位置狀態(tài)開啟不同的發(fā)射線圈，以便給電動(dòng)汽車充電，實(shí)現(xiàn)“車在充電，車離關(guān)電”的智能充電模式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0011](I)不同于有線充電和一般的無線充電，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在行駛過程中進(jìn)行充電，大大增加了電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，減免了電動(dòng)汽車進(jìn)站充電的時(shí)間，減少充電站占地面積，解決了電動(dòng)汽車充電慢、充電難且充電危險(xiǎn)的問題，使得電動(dòng)汽車的出行更為便利。
[0012](2)每個(gè)車載電子標(biāo)簽可發(fā)射有唯一車輛ID號(hào)的信號(hào)，從而本發(fā)明可通過發(fā)射線圈識(shí)別到車輛ID號(hào)。充電時(shí)，發(fā)射線圈發(fā)射了多少電能就記錄到這個(gè)車輛ID號(hào)，并且將數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)，上位機(jī)即可通過聯(lián)網(wǎng)的方式進(jìn)行充電計(jì)費(fèi)等管理。
[0013](3)具有路面實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制功能:上位機(jī)根據(jù)車載電子標(biāo)簽反饋的車輛ID，監(jiān)控公路上方有多少車輛正在通過，從而獲得路面上的車輛信息，通過車輛ID號(hào)和電源電路的功率統(tǒng)計(jì)得出單輛汽車的用電功率和公路總用電功率，若某時(shí)段總用電功率大于電網(wǎng)負(fù)載，系統(tǒng)將在上位機(jī)顯示報(bào)警，上位機(jī)即可限制系統(tǒng)功率進(jìn)而保護(hù)系統(tǒng)。
[0014](4)將車輛ID和位置識(shí)別模塊的線圈與電磁能發(fā)射線圈一體化，極大減少了傳感器在充電系統(tǒng)中的加入，降低成本和功耗，也實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0015](5)操作簡(jiǎn)單:控制模塊主要由單片機(jī)及其外圍電路組成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)射線圈開關(guān)的智能控制；另外，上位機(jī)具有人性化的工作界面，采用人工控制的方式，工作人員不需要很高的技術(shù)要求即可操控本發(fā)明，大大減輕交通部門的工作量。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明無線充電系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2為控制模塊、發(fā)射線圈、車輛ID和位置識(shí)別模塊的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0019]實(shí)施例
[0020]如圖1所示，本發(fā)明電動(dòng)汽車的無線充電系統(tǒng)用于公路充電，包括:車輛ID和位置識(shí)別模塊、車載電子標(biāo)簽、控制模塊、電源電路、發(fā)射線圈、接收線圈、充電電路、上位機(jī)，車載電子標(biāo)簽、接收線圈及充電電路均設(shè)置在電動(dòng)汽車上；車輛ID和位置識(shí)別模塊、發(fā)射線圈均設(shè)有多個(gè)，且設(shè)置在公路上，優(yōu)選埋設(shè)在道路底下。車輛ID和位置識(shí)別模塊分別與車載電子標(biāo)簽、控制模塊、發(fā)射線圈連接；控制模塊還分別與電源電路、上位機(jī)連接；接收線圈分別與發(fā)射線圈、充電電路連接；電網(wǎng)、電源電路與發(fā)射線圈依次連接，發(fā)射線圈與接收線圈產(chǎn)生電磁共振，將來自電網(wǎng)的能量通過接收線圈無線傳輸給充電電路，從而對(duì)設(shè)置在電動(dòng)汽車上的電池組進(jìn)行充電。
[0021]所述車載電子標(biāo)簽為一個(gè)有源的射頻發(fā)射器，可以發(fā)射特定頻率的信號(hào)。上位機(jī)為人工控制終端，與控制模塊相連，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制無線充電系統(tǒng)。電源電路將電網(wǎng)的電能經(jīng)過整流電路和逆變電路處理后，傳輸?shù)桨l(fā)射線圈；整流電路通過變壓器、整流主電路和濾波器把工業(yè)交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，逆變電路通過控制橋式逆變電路開關(guān)的頻率和電壓的大小進(jìn)而將直流電能轉(zhuǎn)換為無線充電所需頻率的交流電能。發(fā)射線圈為特制線圈，可通過震蕩電路發(fā)出在特定頻率共振的電磁能；相應(yīng)地，接收線圈也為特制線圈，可接收特定頻率共振的電磁能，將電磁能傳輸給充電電路。發(fā)射線圈和接收線圈為特制線圈指的是:均為一種表面光滑且導(dǎo)電性能好的紫銅材質(zhì)線圈，通過耦合調(diào)試，能實(shí)現(xiàn)在特定頻率共振，電感和頻率都滿足通信的要求的線圈。為滿足作為通訊天線和無線充電天線的要求，并考慮到充電功率、充電效率和通信的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)默認(rèn)使用電感量為388uH的線圈，而線圈直徑、匝數(shù)以及線徑的具體參數(shù)則根據(jù)安裝尺寸而定。
[0022]為防止系統(tǒng)運(yùn)行中線圈等設(shè)備對(duì)該系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射等影響，控制模塊、電源電路上設(shè)置有屏蔽裝置，并通過屏蔽線連接。控制模塊接收車輛ID和位置識(shí)別模塊接收的信號(hào)，并且進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過程序控制電源電路給發(fā)射線圈供電，并且將所有動(dòng)作反饋給上位機(jī)。上位機(jī)根據(jù)車輛ID號(hào)和電源電路的功率統(tǒng)計(jì)得出單輛汽車的用電功率和公路總用電功率，對(duì)充電費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算和管理。
[0023]如圖2，控制模塊包括單片機(jī)STM32F103RCT6、晶振XT1、PNP型三極管Q1、電容Cl和電容C2。單片機(jī)STM32F103RCT6供電端口由線性穩(wěn)壓芯片U2提供3.3V的工作電壓，晶振XTl的一端接單片機(jī)STM32F103RCT6的OSCIN 口，晶振XTl的另一端接單片機(jī)STM32F103RCT6的OSCOUT 口，單片機(jī)的OSCOUT 口接電容Cl的一端，電容Cl的另一端接地，單片機(jī)的OSCOUT 口接電容C2的一端，電容C2的另一端接地。PNP型三極管Ql的基極接單片機(jī)STM32F103RCT6的PA8 口，PNP型三極管Ql的發(fā)射極接3.3V工作電壓，集電極接PWM輸出口。STM32F103RCT6的PA8 口輸出PWM脈寬調(diào)制的周期為52KHz的鋸齒波，經(jīng)PNP型三極管Ql放大后送到發(fā)射線