电容耦合式电动汽车自动无线充电系统技术方案

电容耦合式电动汽车自动无线充电系统，包括：充电发射平台和车载接收设备；充电发射平台包括：发射单元、发射电源柜、机械臂和移动底盘；机械臂的末端安装在所述发射电源柜的上方；发射电源柜安装在所述移动底盘的上方；发射单元安装在所述机械臂的前端，发射单元的中心位置安装有射频阅读器、光电开关发射器和两片发射极板；本实用新型专利技术无需通过人工驾驶或自动泊车实现发射端和接收端的耦合机构之间的对准，只需将待充电的电动汽车停到指定停车位位置，就可以通过充电发射平台以及其所携带的多自由度机械臂完成上述动作，从而解决了电动汽车无线充电需要线圈对准对准、操作不方便的问题，既能保证系统的安全运行又可以获得很高的传输效率。

Automatic wireless charging system of electric vehicle with capacitance coupling

【技术实现步骤摘要】
电容耦合式电动汽车自动无线充电系统
本技术涉及电动汽车无线充电
，尤其是一种电容耦合式电动汽车自动无线充电系统。
技术介绍
非接触的无线充电技术具有自动化、便捷、安全等特点，采用无线充电可以解决电动汽车接触式有线充电方式所产生的一些问题；现有电动汽车无线充电一般采用磁场耦合式无线电能传输技术，通过将高频交流电施加到安装在地面上的发射线圈上产生交变磁场，在高频交变磁场的作用下，电动汽车上安装的接收线圈感应产生高频交流电流，后经整流器转换成直流电传送到汽车蓄电池充电；磁场耦合式无线充电技术具有传输功率较大，传输距离较远，效率较高等优点；但磁场耦合的无线充电系统常存在以下不足，阻碍无线充电技术的发展与推广，比如：①需要采用金属利兹线和铁氧体材料制作发射和接收线圈，导致线圈的体积大、重量重，也增加了投资成本；②发射线圈的安装埋设需要对停车位进行一定的土建施工，接收线圈的安装需要改造电动汽车，甚至一般都需要将整车重新设计，而安装了接收线圈也增大了汽车的载重负荷；③在无线充电过程中，大功率的传输可能会产生一些磁场泄露和电磁干扰，在传输磁场中如有金属异物不能识别会因为涡流效应导致异物温度升高，甚至点燃易燃物引起火灾，因此现有的这种技术仍存在着一些安全隐患问题需要克服，电磁泄露，还会污染生态环境，对人们的健康产生不良影响。现有无线充电技术中，磁场耦合式无线充电技术在发射线圈和接收线圈对位位置有偏移时会导致传输效率的下降和产生磁场漏感，甚至无法工作；现有无线充电技术一般采用在接收线圈或发射线圈安装辅助传感的小线圈，通过发射线圈或接收线圈产生激励检测磁场，并通过检测辅助线圈的电压、电流等的变化检测磁场，从而获得接收线圈或发射线圈之间的相对位置；通过相对位置的检测和数据传递引导电动汽车的驾驶员或者泊车系统将车辆停靠允许的充电区域内，完成接收线圈与发射线圈进行对准。由于受到国家规范对电磁环境安全控制限值的约束，电动汽车无线充电的线圈引导对准时的所发送的磁场强度很小，通过发射线圈等闭合线圈产生的磁场信号随距离的增加有很快的衰减(与距离的三次方成反比)，也容易受到场地内磁性物质或周边环境的影响，如金属物体和材料或其它停车车辆的干扰等，这种方式检测的作用距离仅在磁场发生源附近比较明显，而在获得可靠位置检测数据时驾驶员或泊车系统已没有充分的操作空间和反应时间进行车辆行进路线的调整，这对操作人员或泊车系统提出了很高的要求，甚至即使如此也仍无法正确完成线圈的对准，大大降低了无线充电的体验和普及程度。而对于采用小尺寸极板的电容耦合式无线充电，现有方案还没有有效的方式可以实现发射接收极板之间的对准。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供电容耦合式电动汽车自动无线充电系统，采用轻薄的导体作为发射极板和接收极板构成耦合电容，实现基于电场传递电能的电容耦合式无线充电，采用携带多自由度机械臂的充电发射平台，结合远程射频定位，并采用光电开关作最终验证的方式完成发射接收极板之间的精确定位，在不需要人工驾驶或车辆泊车系统实施耦合机构的对准情况实现自动无线充电，并具备一对多按次序为多辆电动汽车充电的功能。电容耦合式电动汽车自动无线充电系统，包括：充电发射平台和车载接收设备；进一步的，所述充电发射平台包括：发射单元、发射电源柜、机械臂和移动底盘；所述机械臂的末端安装在所述发射电源柜的上方；所述发射电源柜安装在所述移动底盘的上方；所述发射单元安装在所述机械臂的前端，所述发射单元的中心位置安装有射频阅读器、光电开关发射器和两片发射极板；作为一种举例说明，所述发射电源柜包括：外壳体，以及设置在所述外壳体内部的供电电源、PFC单元、逆变单元、发射谐振单元、补偿网络和发射通信控制器；作为一种举例说明，所述发射电源柜也可以悬挂的安装在机械臂一侧；作为一种举例说明，所述机械臂为多自由度的协作机器人，采用协作机器人的好处是，可以和人类在共同空间中有近距离互动，其动作不用考虑对于充电区域有人类活动时的安全保护；作为一种举例说明，所述PFC单元包括：整流滤波电路和功率因数校正功能，外部输入的工频交流电经供电电源送入到PFC单元，通过整流滤波转换为直流电；直流电送入到发射逆变单元后将直流电逆变为高频交流电，然后经发射谐振单元进行升压，高频高压的交流电经补偿网络施加到发射极板上；作为一种举例说明，所述补偿网络的作用是对耦合电容和谐振单元的电感之间形成的LC谐振进行调谐，以提高传输功率和效率；作为一种应用举例说明，所述补偿网络可采用电压串联谐振补偿、电流并联谐振补偿或复合谐振补偿中的一种；进一步的，所述车载接收设备安装在电动汽车上，包括：接收谐振单元、整流单元、动力电池、直流变换器、蓄电池、接收通信控制器以及接收单元；进一步的，所述接收单元上安装有光电开关接收器、四个有源射频标签和两片接收极板，所述四个有源射频标签分别安装在接收单元的左上、左下、右上和右下四角；所述接收通信控制器与电动汽车的整车控制器通过CAN总线建立通信连接，接收汽车的信息指令；作为一种举例说明，所述接收通信控制器与四个有源射频标签采用所述蓄电池供电；作为一种举例说明，所述发射极板与接收极板间通过发射单元和接收单元的对准而形成了一个耦合电容，两片发射极板和两片接收极板形成的两个耦合电容连通了相当于单相交流回路里的火线和零线，在高频高压交流电作用下，交流电通过发射极板传输到接收极板上，实现了电能的无线传输；传输到接收极板的高频交流电经接收谐振单元后送入到整流单元，经过整流后交流电转换为直流电，直流电输送到汽车上的动力电池，为电动汽车充电；动力电池的直流电经过直流变换器转换为低电压的直流电为蓄电池充电；在充电发射平台位置定位时，蓄电池为接收通信控制器、射频标签、光电开关接收器供电，在充电过程中蓄电池继续为接收通信控制器供电。进一步的，所述接收通信控制器与发射通信控制器均内置有一个具备数据处理能力的处理单元和一个无线通信单元，所述发射通信控制器与接收通信控制器可以通过自身内置的无线通信单元进行数据间的无线通信；作为一种举例说明，所述无线通信采用：Wi-Fi、Zigbee、蓝牙、毫米波或超宽带通信方式中的一种；作为一种举例说明，所述接收单元安装在电动汽车车身的侧面、车头、车尾、车顶或车底均可，如汽车保险杠、车牌位置；作为一种举例说明，发射单元和接收单元的外壳由绝缘材料制作；作为一种举例说明，所述发射极板和接收极板采用铜箔、铝箔或碳素材料中的一种或者组合加工制作；作为另一种实施例举例说明，所述发射极板和接收极板也可以是由导电聚合物制作的薄膜电极，为增加电容量并保持发射极板与接收极板的良好绝缘，所述发射极板与接收极板要封装在绝缘材料的内部；作为一种应用举例说明，所述绝缘材料为：玻璃、陶瓷叠层、钛酸钡和二氧化钛中的一种或者组合；为了更好的说明本专利技术的设计原理，现简要介绍其工作过程如下：步骤一、当电动汽车因电量低需要充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电容耦合式电动汽车自动无线充电系统，其特征在于，包括：充电发射平台和车载接收设备；/n所述充电发射平台包括：发射单元、发射电源柜、机械臂和移动底盘；所述机械臂的末端安装在所述发射电源柜的上方；所述发射电源柜安装在所述移动底盘的上方；所述发射单元安装在所述机械臂的前端，所述发射单元的中心位置安装有射频阅读器、光电开关发射器和两片发射极板；所述发射电源柜包括：外壳体，以及设置在所述外壳体内部的供电电源、PFC单元、逆变单元、发射谐振单元、补偿网络和发射通信控制器；/n所述车载接收设备安装在电动汽车上，包括：接收谐振单元、整流单元、动力电池、直流变换器、蓄电池、接收通信控制器以及接收单元；所述接收单元上安装有光电开关接收器、四个有源射频标签和两片接收极板，所述四个有源射频标签分别安装在接收单元的左上、左下、右上和右下四角；所述接收通信控制器与电动汽车的整车控制器通过CAN总线建立通信连接，接收汽车的信息指令；/n所述发射极板与接收极板间通过发射单元和接收单元的对准而形成了一个耦合电容，两片发射极板和两片接收极板形成的两个耦合电容连通了相当于单相交流回路里的火线和零线，在高频高压交流电作用下，交流电通过发射极板传输到接收极板上，实现了电能的无线传输；/n所述接收通信控制器与发射通信控制器均内置有一个具备数据处理能力的处理单元和一个无线通信单元，所述发射通信控制器与接收通信控制器可以通过自身内置的无线通信单元进行数据间的无线通信。/n...

【技术特征摘要】
1.电容耦合式电动汽车自动无线充电系统，其特征在于，包括：充电发射平台和车载接收设备；
所述充电发射平台包括：发射单元、发射电源柜、机械臂和移动底盘；所述机械臂的末端安装在所述发射电源柜的上方；所述发射电源柜安装在所述移动底盘的上方；所述发射单元安装在所述机械臂的前端，所述发射单元的中心位置安装有射频阅读器、光电开关发射器和两片发射极板；所述发射电源柜包括：外壳体，以及设置在所述外壳体内部的供电电源、PFC单元、逆变单元、发射谐振单元、补偿网络和发射通信控制器；
所述车载接收设备安装在电动汽车上，包括：接收谐振单元、整流单元、动力电池、直流变换器、蓄电池、接收通信控制器以及接收单元；所述接收单元上安装有光电开关接收器、四个有源射频标签和两片接收极板，所述四个有源射频标签分别安装在接收单元的左上、左下、右上和右下四角；所述接收通信控制器与电动汽车的整车控制器通过CAN总线建立通信连接，接收汽车的信息指令；
所述发射极板与接收极板间通过发射单元和接收单元的对准而形成了一个耦合电容，两片发射极板和两片接收极板形成的两个耦合电容连通了相当于单相交流回路里的火线和零线，在高频高压交流电作用下，交流电通过发射极板传输到接收极板上，实现了电能的无线传输；
所述接收通信控制器与发射通信控制器均内置有一个具备数据处理能力的处理单元和一个无线通信单元，所述发射通信控制器与接收通信控制器可以通过自身内置的无线通信单元进行数据间的无线通信。


2.根据权利要求1所述的电容耦合式电动汽车自动无线充电系统，其特征在于，所述机械臂为多自由度的协作机器人。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，陆钧，贺凡波，葛俊杰，马俊超，
申请(专利权)人：北京有感科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11