一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，包括安装于电动汽车上的电能接收侧装置和安装在道路或地板下的若干个电能发射侧装置；其中电能接收极板安装于电动汽车的轮胎中，通过与安装在道路或者地板下的电能发射极板之间的电场耦合，将电能以高频电场的形式从地面的电能发射极板传输到轮胎内的电能接收极板，经过电能转换给车载电池组充电。本发明专利技术可以使电动汽车在高速行驶中(动态无线充电)，或者停止时进行充电(静态无线充电)。本发明专利技术具有体积小、电能传输能力大、控制简单、整体效率高、没有磁场辐射、没有火灾隐患、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线充电
，更具体而言，本专利技术涉及一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，应用于高速行驶中或者停止中的电动汽车无线充电。技术背景随着电动汽车技术的发展，电动汽车充电问题日益突出，甚至成了限制电动汽车普及的关键技术问题。电动汽车的充电一般采用有线形式充电，但是，有线的接触式充电易磨损、易触电、多次插拔后可能造成电能传输不可靠以及不方便等缺点。因此，发展电动汽车无线充电技术意义重大。采用无线充电方式充电不仅方便，而且美观，减少数据线和电线的使用，避免电路老化造成火灾等危险。现有的无线充电产品普遍采用电磁感应方式进行电力传输，这类产品具有功率大，效率高等优点。但是，这些优点是建立在传输距离与线圈尺寸比较小的条件下。通常，电能接收线圈要另行安装在现有的电动汽车上。为了减小车载接收线圈的体积和重量，通常安装在电动汽车底盘下的接收线圈要求尺寸200mm×200mm至300mm×300mm。无线传输距离应满足乘用车底盘离地高度(最小约100mm，最大可达250mm)，而无线传输效率应达到85％以上。满足以上需求存在设计上和经济上的困难。其次，现有的电磁感应式无线充电系统采用大功率的电磁波作为能量传输媒介。电动汽车采用的高频(85kHz)的电磁波对人体组织以及中枢神经均有伤害。国际非电离无线电保护委员会International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection(ICNIRP)对人体在高频电磁场下的辐射强度有严格的规定。现行的3.3kW电动私人乘用车用感应式无线充电可以满足其辐射要求，但对于更高功率的快充(7kW)，或者电动公交车的超大功率感应式无线充电，却鲜有研究，且存在安全隐患。对于充电时位于电动汽车底盘下的小动物，例如猫、狗、蛇等，更是有致命的伤害。另外，电磁波对在其附近的设备，例如无线通信模块，车载收音机等会产生干扰。为了降低对外电磁场辐射，感应式无线充电需要用铁氧体材料和铝板进行电磁场屏蔽，更增加了设计和制造成本。再次，电磁感应式无线充电系统会对电能发射线圈上或者附近的金属物品产生涡流效应，直接加热金属物品，具有火灾的风险。例如一片锡箔纸掉落在汽车底盘下，大功率无线充电系统产生的磁场迅速在锡箔上产生大电流，引燃锡箔纸。为了消除落在地上的金属(例如硬币，口香糖包装纸，易拉罐等等)带来的火灾隐患，电磁感应式无线充电系统通常会配备金属检测装置，大大增加了设计成本。综上所述，感应式无线充电的缺点包括：1.接收线圈需要单独安装，增大电动汽车的重量，降低燃油经济性；2.地面距底盘的传输距离大，传输效率较低；3.电磁辐射对电动汽车附近人体组织和中枢神经有害，对位于电动汽车底盘下的动物具有致命伤害；4.电磁辐射对附近的电子设备产生干扰；5.具有火灾隐患；6.需要单独设计金属检测装置，成本高。电容型无线充电系统，是用类似于平板电容器的装置来传输高频交流电。平板电容器两极板之间的电场作为能量传输的介质。电能被转换成高频电场，从电容器的一个极板传输到另一个极板，完成无线电能传输。电容型无线充电系统不涉及磁场，电能的传输完全由电场完成。因此，对外的电磁波辐射极小，对附近的电子设备的干扰极小。根据A.Christ等人的研究(\Evaluation ofwireless resonant power transfer systems with human electromagnetic exposurelimits\Electromagnetic Compatibility,IEEE Transactions on,vol.55,no.2pp.265-274,2013)，人体组织和中枢神经系统的影响主要来自于电磁波中的磁场对人体的耦合效应。因此，电容型电能传输系统对系统附近的人体辐射极小。对于掉落在极板间的金属物品，由于没有磁场作用，完全没有涡流加热效应，没有火灾隐患，因此，电容型电能传输系统不需要金属检测装置。但是，由于平板电容器的电容大小与极板之间的距离成反比，对于电容极板之间距离100mm至250mm(电动汽车底盘距离地面)，平板电容器的容值很小，能量储存和传输能力很小，通常需要非常高的系统工作频率(>1MHz)和非常大的谐振电感，大大增加了系统的体积和重量。
技术实现思路
本专利技术公开了一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，该系统可以使电动汽车在高速行驶中或停止中进行无线充电，有效提高了生产施工效率，降低了研发新型轮胎的成本，有利于使无线充电技术大面积迅速实施推广。本专利技术所采取的技术方案是：一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统：包括安装于电动汽车上的电能接收侧装置和安装在道路或地板下的若干个电能发射侧装置；所述电能发射侧装置中包含一个或多个发射模块，所述发射模块沿道路汽车行驶的方向分布，所述发射模块包括电能发射极板；所述电能接收模块包括电能接收极板、车载电池组、车载电能显示装置和车载电能总控装置，所述电能接收极板安装在电动汽车轮胎中，所述电能接收极板分为接收正极板和接收负极板；所述电能发射极板和所述电能接收极板构成电容器。进一步的，所述电能接收极板为采用高电导率材料制作的环形板，所述的电能接收极板安装于轮胎的橡胶内壁或安装与轮胎胎面内部，其宽度约等于轮胎宽度，其直径小于电动汽车的轮胎直径，其厚度在1-2mm。进一步的，所述电能接收极板随轮胎的形状改变而发生相应的形变，所述电能接收极板上开设有形状规则或者不规则的孔洞。进一步的，所述电能发射极板分为静态发射极板和动态发射极板。进一步的，所述动态发射极板的数量为两个，分别为一个动态发射正极板和一个动态发射负极板，所述动态发射正极板与所述接收正极板构成电容器，所述动态发射负极板与所述接收负极板构成电容器。进一步的，所述静态发射极板的数量大于等于两个，所述静态发射极板分为静态发射正极板和静态发射负极板，所述静态发射正极板为一个或者多个电气相连的静态发射极板组成，所述静态发射负极板为一个或者多个电气相连的静态发射极板组成。进一步的，所述电能接收极板绝缘材料密封。进一步的，所述电能接收极板、动态发射极板、静态发射极板由绝缘材料密封。进一步的，所述电能接收侧装置还包含电能控制系统和整流模块。更进一步的，所述电能发射侧装置还包含功率因数校正模块、电压调节模块、控制电路，所述功率因数校正模块的输入端连接有50～60Hz的工频交流电电源。此电容型无线充电系统的电能接收极板安装于电动汽车的轮胎中，通过安装在道路或者地板下的电能发射极板之间的电场耦合，将电能以高频电场的形式从地面的电能发射极板传输到轮胎内的电能接收极板，经过电能转换给车载电池组充电。本专利技术可以使电动汽车在高速行驶中(动态无线充电)，或者停止时进行充电(静态无线充电)。本专利技术由于采用以上所述技术方案及技术设计，其具有以下优点：1.体积小，电能传输能力大。由于将接收极板嵌入轮胎，相比将其安装在电动汽车底盘上，使得发射极板和接收极板距离更小，发射极板和接收极板的电容更大，使得与其谐振的电感更小，减少了谐振电感体积。同时耦合电容的增大使得电能传输能力增加，可以实现更大的电能传输功率。2.控制简单，整体效率高。由于电容型发射极板在待机时不消耗电能，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，其特征在于：包括安装于电动汽车上的电能接收侧装置和安装在道路或地板下的若干个电能发射侧装置；所述电能发射侧装置中包含一个或多个发射模块，所述发射模块沿道路汽车行驶的方向分布，所述发射模块包括电能发射极板；所述电能接收模块包括电能接收极板、车载电池组、车载电能显示装置和车载电能总控装置，所述电能接收极板安装在电动汽车轮胎中，所述电能接收极板分为接收正极板和接收负极板；所述电能发射极板和所述电能接收极板构成电容器。

【技术特征摘要】
1.一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，其特征在于：包括安装于电动汽车上的电能接收侧装置和安装在道路或地板下的若干个电能发射侧装置；所述电能发射侧装置中包含一个或多个发射模块，所述发射模块沿道路汽车行驶的方向分布，所述发射模块包括电能发射极板；所述电能接收模块包括电能接收极板、车载电池组、车载电能显示装置和车载电能总控装置，所述电能接收极板安装在电动汽车轮胎中，所述电能接收极板分为接收正极板和接收负极板；所述电能发射极板和所述电能接收极板构成电容器。2.根据权利要求1所述的一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，其特征在于：所述电能发射极板分为静态发射极板和动态发射极板。3.根据权利要求2所述的一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，其特征在于：所述动态发射极板的数量为两个，分别为一个动态发射正极板和一个动态发射负极板，所述动态发射正极板与所述接收正极板构成电容器，所述动态发射负极板与所述接收负极板构成电容器。4.根据权利要求2所述的一种经于轮胎接收的电容型无线充电系统，其特征在于：所述静态发射极板的数量大于等于两个，所述静态发射极板分为静态发射正极板和静态发射负极板，所述静态发射正极板为一个或者多个电气相连的静态发射极板组成，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，
申请(专利权)人：上海众联能创新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31