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1、10申请公布号CN104113120A43申请公布日20141022CN104113120A21申请号201410373755622申请日20140731H02J7/00200601H02J17/0020060171申请人奇瑞汽车股份有限公司地址241006安徽省芜湖市经济技术开发区长春路8号72发明人张旭辉王晓辉王建辉朱得亚赵世一74专利代理机构北京天昊联合知识产权代理有限公司11112代理人罗建民邓伯英54发明名称无线充电系统以及电动汽车57摘要本发明提供一种无线充电系统，其包括地面装置、地面发射线圈、车载接收线圈和车载装置，所述地面装置分别与电网和地面发射线圈相连，用于将电网的电能进行调。
2、制后输出至地面发射线圈；所述地面发射线圈用于将调制后的电能以磁场能量的形式发射出去；所述车载接收线圈和车载装置相连，用于接收地面发射线圈发射的磁场能量并输出至车载装置；所述车载装置用于将车载接收线圈接收的磁场能量转化成电能并存储，以驱动电动汽车的电机。相应地，提供一种采用所述无线充电系统的电动汽车。本发明所述无线充电系统既可以实现电动汽车的快速充电，又不会影响电动汽车续航里程。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图2页10申请公布号CN104113120ACN104113120A1/2页21一种无线充电系统，其。
3、特征在于，包括地面装置、地面发射线圈、车载接收线圈和车载装置，所述地面装置分别与电网和地面发射线圈相连，用于将电网的电能进行调制后输出至地面发射线圈；所述地面发射线圈用于将调制后的电能以磁场能量的形式发射出去；所述车载接收线圈和车载装置相连，用于接收地面发射线圈发射的磁场能量并输出至车载装置；所述车载装置用于将车载接收线圈接收的磁场能量转化成电能并存储，以驱动电动汽车的电机。2根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述地面装置将电网中的电能进行调制具体为将电网中的工频交流电能转换成10KHZ200KHZ的高频交流电能。3根据权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述地面装置包括第一。
4、整流器、第一电容、第一逆变器和第二电容，所述第一整流器的输入端与电网相连，输出端与第一电容的两端相连，用于将电网中的工频交流电能转换成直流电能并输出至第一电容；所述第一电容的两端还与第一逆变器的输入端相连，用于将所述直流电能进行滤波处理并输出至第一逆变器；所述第一逆变器的输出端分别与第二电容的一端和地面发射线圈的一端相连，用于将经过第一电容滤波处理的直流电能转换成10KHZ200KHZ的高频交流电能并输出至地面发射线圈；所述第二电容的另一端还与地面发射线圈的另一端相连。4根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述车载装置还用于将其转化成的电能存储在车载超级电容动力电池组中。5根据权利要。
5、求4所述的无线充电系统，其特征在于，所述车载装置包括第三电容、第二整流器、第四电容、超级电容动力电池组和第二逆变器，所述第三电容的两端分别与车载接收线圈的两端相连，以及与第二整流器的输入端相连；所述第二整流器的输出端与第四电容的两端相连，用于将车载接收线圈接收的磁场能量转换成直流电能并输出至第四电容；所述第四电容的两端还与超级电容动力电池组的两端相连，用于将所述直流电能进行滤波处理并输出至超级电容动力电池组；所述超级电容动力电池组的两端还与第二逆变器的输入端相连，用于存储经过第四电容滤波处理的直流电能并输出至第二逆变器；所述第二逆变器的输出端与电动汽车的电机相连，用于将超级电容动力电池组内存储。
6、的直流电能转换成交流电能并输出至电动汽车的电机，以驱动电动汽车的电机。6根据权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述车载装置还包括电压转换单元，所述电压转换单元的输入端与第四电容的两端相连，输出端与超级电容动力电池组的两端相连，用于将经过第四电容滤波处理的直流电能进行电压转换后输出至超级电容动力权利要求书CN104113120A2/2页3电池组。7根据权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述车载装置还包括升压单元和第六电容，所述升压单元的输入端与超级电容动力电池组的正极相连，输出端与第六电容的两端相连，且超级电容动力电池组的负极与第六电容的负极相连，所述升压单元用于将超级电容动力电。
7、池组内存储的直流电能升压至电动汽车的电机需要的电压等级并输出至第六电容；所述第六电容的两端还与第二逆变器的输入端相连，用于将经过升压处理后的直流电能进行滤波处理并输出至第二逆变器。8根据权利要求17中任一项所述的无线充电系统，其特征在于，所述地面发射线圈和车载接收线圈均设置在软磁材料层上，且所述地面发射线圈和车载接收线圈相对设置。9一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车采用如权利要求18中任一项所述的无线充电系统。10根据权利要求9所述的电动汽车，其特征在于，所述电动汽车为电动公交汽车，所述车载接收线圈和车载装置均设置在电动公交汽车上，所述地面装置和地面发射线圈均设置在电动公交汽车途径的各个站。
8、点的站台处。权利要求书CN104113120A1/7页4无线充电系统以及电动汽车技术领域0001本发明涉及车辆充电技术领域，具体涉及一种无线充电系统，以及采用所述无线充电系统的电动汽车。背景技术0002与传统的有线充电技术相比，无线充电技术也可称为无线能量传输技术因具有安全可靠、布置方便、可以智能化管理等优点，尤其适合应用于电动汽车充电领域。但是，为了避免伤害车载动力电池组，无线充电技术不能以过快的速度给车载动力电池组充电，为了提高充电效率，就要为电动汽车配备大量的无线充电装置，相应地，还需要投入大量的停车充电场地，因而不宜推广应用。0003为了解决上述问题，现有技术出现了一种超级电容动力电池。
9、组，其作为电动汽车的储能单元具有可快速充电而不会被伤害的优点，因而被广泛地应用于电动汽车。但是，现有的超级电容动力电池组的储能有限，这严重地影响了电动汽车的续航里程。发明内容0004本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种既可以实现电动汽车的快速充电，又不会影响电动汽车续航里程的无线充电系统以及电动汽车。0005解决本发明技术问题所采用的技术方案是0006所述无线充电系统包括地面装置、地面发射线圈、车载接收线圈和车载装置，0007所述地面装置分别与电网和地面发射线圈相连，用于将电网的电能进行调制后输出至地面发射线圈；0008所述地面发射线圈用于将调制后的电能以磁场能量。
10、的形式发射出去；0009所述车载接收线圈和车载装置相连，用于接收地面发射线圈发射的磁场能量并输出至车载装置；0010所述车载装置用于将车载接收线圈接收的磁场能量转化成电能并存储，以驱动电动汽车的电机。0011优选地，所述地面装置将电网中的电能进行调制具体为将电网中的工频交流电能转换成10KHZ200KHZ的高频交流电能。0012优选地，所述地面装置包括第一整流器、第一电容、第一逆变器和第二电容，0013所述第一整流器的输入端与电网相连，输出端与第一电容的两端相连，用于将电网中的工频交流电能转换成直流电能并输出至第一电容；0014所述第一电容的两端还与第一逆变器的输入端相连，用于将所述直流电能进。
11、行滤波处理并输出至第一逆变器；0015所述第一逆变器的输出端分别与第二电容的一端和地面发射线圈的一端相连，用于将经过第一电容滤波处理的直流电能转换成10KHZ200KHZ的高频交流电能并输出至说明书CN104113120A2/7页5地面发射线圈；0016所述第二电容的另一端还与地面发射线圈的另一端相连。0017优选地，所述车载装置还用于将其转化成的电能存储在车载超级电容动力电池组中。0018优选地，所述车载装置包括第三电容、第二整流器、第四电容、超级电容动力电池组和第二逆变器，0019所述第三电容的两端分别与车载接收线圈的两端相连，以及与第二整流器的输入端相连；0020所述第二整流器的输出端与。
12、第四电容的两端相连，用于将车载接收线圈接收的磁场能量转换成直流电能并输出至第四电容；0021所述第四电容的两端还与超级电容动力电池组的两端相连，用于将所述直流电能进行滤波处理并输出至超级电容动力电池组；0022所述超级电容动力电池组的两端还与第二逆变器的输入端相连，用于存储经过第四电容滤波处理的直流电能并输出至第二逆变器；0023所述第二逆变器的输出端与电动汽车的电机相连，用于将超级电容动力电池组内存储的直流电能转换成交流电能并输出至电动汽车的电机，以驱动电动汽车的电机。0024优选地，所述车载装置还包括电压转换单元，0025所述电压转换单元的输入端与第四电容的两端相连，输出端与超级电容动力电。
13、池组的两端相连，用于将经过第四电容滤波处理的直流电能进行电压转换后输出至超级电容动力电池组。0026优选地，所述车载装置还包括升压单元和第六电容，0027所述升压单元的输入端与超级电容动力电池组的正极相连，输出端与第六电容的两端相连，且超级电容动力电池组的负极与第六电容的负极相连，所述升压单元用于将超级电容动力电池组内存储的直流电能升压至电动汽车的电机需要的电压等级并输出至第六电容；0028所述第六电容的两端还与第二逆变器的输入端相连，用于将经过升压处理后的直流电能进行滤波处理并输出至第二逆变器。0029优选地，所述地面发射线圈和车载接收线圈均设置在软磁材料层上，且所述地面发射线圈和车载接收线。
14、圈相对设置。0030本发明还提供一种电动汽车，所述电动汽车采用如权利要求18中任一项所述的无线充电系统。0031优选地，所述电动汽车为电动公交汽车，所述车载接收线圈和车载装置均设置在电动公交汽车上，所述地面装置和地面发射线圈均设置在电动公交汽车途径的各个站点的站台处。0032有益效果0033本发明所述无线充电系统可应用于电动公交汽车，从而将无线充电技术与具有超级电容动力电池组的电动公交汽车有效结合，由于公交汽车在每个途径站点的站台处都要停靠以供乘客上车、下车，因此可以在各个站台处设置所述无线充电系统的地面装置和地面发射线圈，并在电动公交汽车上设置所述无线充电系统的车载接收线圈和车载装置，利说明。
15、书CN104113120A3/7页6用电动公交汽车停靠等待乘客上车、下车的这段时间内采用无线快速充电的方法迅速地对电动公交汽车的超级电容动力电池组进行充电，且所充电能只要满足电动公交汽车行驶至下一个设置有所述无线充电系统的地面装置和地面发射线圈的站点，即可保证电动公交汽车在整条线路上正常工作，因此，利用无线充电技术的快速性、智能性，和超级电容动力电池组的可快充性，解决了因超级电容动力电池组的储能有限而制约电动汽车的续航里程的问题，也就是说，既实现了电动公交汽车的超级电容动力电池组的快速充电，又不会影响电动公交汽车的续航里程，还能把公交站台兼作停车充电场地，故无需额外投入停车充电场地，非常利于推。
16、广应用。附图说明0034图1为本发明实施例1所述无线充电系统的结构框图；0035图2为本发明实施例1所述无线充电系统应用于电动公交汽车的示意图；0036图3为本发明实施例1所述无线充电系统的地面发射线圈和车载接收线圈的示意图；0037其中，图3A为地面发射线圈的结构示意图；图3B为车载接收线圈的结构示意图；图3C为地面发射线圈和车载接收线圈的位置关系示意图；0038图4为本发明实施例2所述无线充电系统的结构示意图。0039图中100地面装置；101第一整流器；102第一逆变器；103第一控制单元；200车载装置；201第二整流器；202电压转换单元；203升压单元；204第二逆变器；205第二。
17、控制单元；206电费计量单元；C1第一电容；C2第二电容；C3第三电容；C4第四电容；C5超级电容动力电池组；C6第六电容；L1地面发射线圈；L2车载接收线圈；L软磁材料层。具体实施方式0040为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。0041实施例10042如图1所示，本实施例提供一种无线充电系统，其包括地面装置100、地面发射线圈L1、车载接收线圈L2和车载装置200。0043其中，所述地面装置100分别与电网和地面发射线圈L1相连，用于将电网的电能进行调制后输出至地面发射线圈L1，故所述地面装置100也可称为充电桩。0044优选地，所述地。
18、面装置将电网中的电能进行调制具体为将电网中的工频交流电能转换成10KHZ200KHZ的高频交流电能，该频率范围的高频交流电产生的磁场在地面发射线圈L1和车载接收线圈L2距离较远时也能高效率地传输能量，还使得地面装置100和车载装置200中的半导体元器件的损耗较小。0045所述地面发射线圈L1用于将调制后的电能以磁场能量的形式发射出去。0046所述车载接收线圈L2和车载装置200相连，用于接收地面发射线圈L1发射的磁场能量并输出至车载装置200。0047所述车载装置200用于将车载接收线圈L2接收的磁场能量转化成电能并存储，以说明书CN104113120A4/7页7驱动电动汽车的电机，故所述车载。
19、装置200也可称为车载大功率电力电子装置。0048优选地，所述车载装置还用于将其转化成的电能存储在车载超级电容动力电池组中。0049本实施例所述无线充电系统优选应用于电动公交汽车如图2所示，可以在电动公交汽车途径的每个站点的站台处设置一套地面装置100和地面发射线圈L1，并在电动公交汽车上设置一套车载接收线圈L2和车载装置200，而且，所述车载超级电容动力电池组内存储的电能至少需满足电动公交汽车行驶至下一个设置有车载接收线圈L2和车载装置200的站点的站台处，从而既实现了电动公交汽车的快速充电，又不会影响电动公交汽车续航里程。为了便于对多辆同时进站的电动公交汽车快速充电，优选在每个站点的站台处。
20、均设置多套地面装置100和地面发射线圈L1，而具体套数可由本领域技术人员结合实际情况自行设定。0050当然，本实施例所述无线充电系统还可应用于其他类型的电动汽车，为了不影响其续航里程，可以在各个加油站处设置一套或多套地面装置100和地面发射线圈L1，也可以与电动公交汽车共用每个站点的站台处设置的地面装置100和地面发射线圈L1。0051优选地，所述地面发射线圈L1和车载接收线圈L2既可以为圆形线圈如图3A和3B所示，也可以为方形线圈；所述地面发射线圈L1和车载接收线圈L2均设置在软磁材料层L上，且所述地面发射线圈L1和车载接收线圈L2相对设置，也就使得所述地面发射线圈L1对应的软磁材料层L和车。
21、载接收线圈L2对应的软磁材料层L相背设置如图3C所示，这种在软磁材料层上设置线圈的结构可以大幅度地提升无线传输能量的效率，同时还优化了磁路，大幅度地降低了线圈对外界的电磁辐射水平；所述地面发射线圈L1和车载接收线圈L2均可采用单股或多股绝缘导线制成；所述软磁材料层L的形状与其对应的地面发射线圈L1和车载接收线圈L2的形状相同，例如，所述地面发射线圈L1的形状为圆形，则其对应的软磁材料层L的形状也为圆形；所述地面发射线圈L1可平铺在地面上或者平埋在地面下，当其平埋在地面下时，要求采用绝缘材料进行掩埋。0052本实施例还提供一种采用上述无线充电系统的电动汽车。0053优选地，所述电动汽车为电动公交。
22、汽车，所述车载接收线圈和车载装置均设置在电动公交汽车上，所述地面装置和地面发射线圈均设置在电动公交汽车途径的各个站点的站台处。0054实施例20055如图4所示，本实施例提供一种无线充电系统，其包括地面装置100、地面发射线圈L1、车载接收线圈L2和车载装置200。0056具体地，所述地面装置100包括第一整流器101、第一电容C1、第一逆变器102、第二电容C2和第一控制单元103。0057所述第一整流器101的输入端与电网相连，输出端与第一电容C1的两端相连，用于将电网中的工频交流电能转换成直流电能并输出至第一电容C1。所述第一整流器101可采用与电网相适配的三相/单相整流器。0058所述。
23、第一电容C1的两端还与第一逆变器102的输入端相连，用于将所述直流电能进行滤波处理并输出至第一逆变器102。0059所述第一逆变器102的输出端分别与第二电容C2的一端和地面发射线圈L1的一说明书CN104113120A5/7页8端相连，用于将经过第一电容C1滤波处理的直流电能转换成10KHZ200KHZ的高频交流电能并输出至地面发射线圈L1，所述第二电容C2的另一端还与地面发射线圈L1的另一端相连。0060其中，所述第一逆变器102包括晶体管T1及与其反向并联的二极管D1、晶体管T2及与其反向并联的二极管D2、晶体管T3及与其反向并联的二极管D3和晶体管T4及与其反向并联的二极管D4，且晶体。
24、管T1的集电极和晶体管T3的集电极即第一逆变器102的一个输入端均与第一电容C1的正极相连，晶体管T2的发射极和晶体管T4的发射极即第一逆变器102的另一个输入端均与第一电容C1的负极相连，晶体管T1的发射极和晶体管T2的集电极即第一逆变器102的一个输出端均与地面发射线圈L1的一端相连，晶体管T3的发射极和晶体管T4的集电极即第一逆变器102的另一个输出端均与第二电容C2的一端相连，地面发射线圈L1的另一端与第二电容C2的另一端相连。当然，所述第一逆变器102也可采用现有的其它具有逆变功能的电路结构。0061所述第一控制单元103用于控制第一整流器101和第一逆变器102中的各半导体元器件导。
25、通或关断，从而将电网中的工频交流电能转换成10KHZ200KHZ的高频交流电能。所述第一控制单元103可采用现有的具有控制功能的芯片或电路模块。0062所述地面发射线圈L1用于将地面装置100调制成的10KHZ200KHZ的高频交流电能以磁场能量的形式发射出去。0063所述车载接收线圈L2和车载装置200相连，用于以无线的方式接收地面发射线圈L1发射的磁场能量并输出至车载装置200。0064所述车载装置200包括第三电容C3、第二整流器201、第四电容C4、电压转换单元202、超级电容动力电池组C5、升压单元203、第六电容C6、第二逆变器204和第二控制单元205。其中，电压转换单元202、。
26、升压单元203和第六电容C6是可选部件，本领域技术人员可根据实际情况自行增减。0065所述第三电容C3的两端分别与车载接收线圈L2的两端相连，以及与第二整流器201的输入端相连。0066所述第二整流器201的输出端与第四电容C4的两端相连，用于将车载接收线圈L2接收的磁场能量转换成直流电能并输出至第四电容C4。0067其中，所述第二整流器201包括二极管D13、二极管D14、二极管D15和二极管D16，且二极管D13的正极和二极管D14的负极即第二整流器201的一个输入端均与第三电容C3的一端相连，二极管D15的正极和二极管D16的负极即第二整流器201的另一个输入端均与第三电容C3的另一端相。
27、连，二极管D13的负极和二极管D15的负极即第二整流器201的一个输出端均与第四电容C4的正极相连，二极管D14的正极和二极管D16的正极即第二整流器201的另一个输出端均与第四电容C4的负极相连。当然，所述第二整流器201也可采用现有的其它具有整流功能的电路结构。0068所述第四电容C4的两端还与电压转换单元202的输入端相连，用于将所述直流电能进行滤波处理并输出至电压转换单元202。0069所述电压转换单元202的输出端与超级电容动力电池组C5的两端相连，用于将经过第四电容C4滤波处理的直流电能进行电压转换后输出至超级电容动力电池组C5，具体地，将该直流电能的电压转换成适合超级电容动力电池。
28、组C5的电压并输出至超级电容动力说明书CN104113120A6/7页9电池组C5。由于超级电容动力电池组C5的电压等级一般比较低，故所述电压转换单元202可以采用现有的降压模块，该降压模块既可以为隔离型，也可以为非隔离型。0070优选地，所述电压转换单元202采用降压隔离型DC/DC模块。所述降压隔离型DC/DC模块的控制策略具有效率最优的跟踪功能，其基本原理是降压隔离型DC/DC模块通过动态地调整其输入电流，使得从第四电容C4侧看进去的输入阻抗即降压隔离型DC/DC模块的输入阻抗能够匹配从第四电容C4向左侧看的输出阻抗即第二整流器201的输出阻抗，这里的“左侧”指的是图4中的左方向，以获得。
29、最大的无线能量传输效率。当然，所述电压转换单元202还可采用现有的其它具有电压转换功能的芯片或电路模块。0071所述超级电容动力电池组C5的正极还与升压单元203的输入端相连，超级电容动力电池组C5的负极与第六电容C6的负极相连，用于存储经过电压转换单元202转换处理的直流电能并输出至升压单元203。0072所述升压单元203的输出端与第六电容C6的两端相连，用于将超级电容动力电池组C5内存储的直流电能升压至电动汽车的电机需要的电压等级并输出至第六电容C6。0073优选地，所述升压单元203采用双向DC/DC模块，其包括电感L3、晶体管T5及与其反向并联的二极管D5和晶体管T6及与其反向并联的。
30、二极管D6，且电感L3的一端即升压单元203的输入端与超级电容动力电池组C5的正极相连，电感L3的另一端分别与晶体管T5的发射极和晶体管T6的集电极相连，晶体管T5的集电极即升压单元203的一个输出端与第六电容C6的正极相连，和晶体管T6的发射极即升压单元203的另一个输出端与第六电容C6的负极相连。当然，所述升压单元203还可采用现有的其它具有升压功能的芯片或电路模块。0074所述第六电容C6的两端还与第二逆变器204的输入端相连，用于将经过升压处理后的直流电能进行滤波处理并输出至第二逆变器204。0075所述第二逆变器204的输出端与电动汽车的电机相连，用于将经过第六电容C6滤波处理的直流。
31、电能转换成交流电能并输出至电动汽车的电机，以驱动电动汽车的电机。0076其中，所述第二逆变器204包括晶体管T7及与其反向并联的二极管D7、晶体管T8及与其反向并联的二极管D8、晶体管T9及与其反向并联的二极管D9、晶体管T10及与其反向并联的二极管D10和晶体管T11及与其反向并联的二极管D11，且晶体管T7的集电极、晶体管T9的集电极和晶体管T11的集电极即第二逆变器204的一个输入端均与第六电容C6的正极相连，晶体管T7的发射极、晶体管T9的发射极和晶体管T11的发射极即第二逆变器204的另一个输入端均与第六电容C6的负极相连，晶体管T7的发射极和晶体管T8的集电极、晶体管T9的发射极和。
32、晶体管T10的集电极、以及晶体管T11的发射极和晶体管T12的集电极即第二逆变器204的三个输出端分别与电动汽车的电机的三相相连。当然，所述第二逆变器204也可采用现有的其它具有逆变功能的电路结构。0077所述第二控制单元205用于控制电压转换单元202、升压单元203和第二逆变器中的各半导体元器件导通或关断，从而将车载接收线圈L2接收的磁场能量转化成电能以驱动电动汽车的电机。所述第二控制单元205可采用现有的具有控制功能的芯片或电路模块。所述地面装置100中的第一控制单元103和车载装置200中的第二控制单元205分别为独立的控制单元，该两个控制单元之间可通过无线进行信息通讯。0078所述第。
33、一控制单元103或第二控制单元205还具有电量计量功能，用于将所用电说明书CN104113120A7/7页10能量化并以无线的方式提交至电网管理部门，以便于电网管理部门管理和计费。0079上述各晶体管可采用绝缘栅双极型晶体管IGBT，INSULATEDGATEBIPOLARTRANSISTOR、晶闸管THYRISTOR、注入增强栅晶体管IEGT，INJECTIONENHANCEDGATETRANSISTOR中的任一种。0080需要说明的是，在实际工作过程中，所述地面装置100和地面发射线圈L1作为发射电路，所述车载接收线圈L2和车载装置200作为接收电路，均处于谐振状态，假设所述无线充电系统的工作频率为F，则发射电路需满足所述接收电路需满足0081本实施例还提供一种采用上述无线充电系统的电动汽车。0082本实施例中的其他结构及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。0083可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。说明书CN104113120A101/2页11图1图2图3说明书附图CN104113120A112/2页12图4说明书附图CN104113120A12。