太阳能高速公路无线充电系统及其充电方法与流程

本发明属于新能源领域，具体涉及一种采用太阳能为行进中的电动汽车进行无线充电的系统及其充电方法。

背景技术：

新能源汽车的研发正在全球蓬勃发展，其中电动汽车是最重要的一支。然而电动汽车续航里程短、充电慢，充电难正在日益困扰着电动汽车的车主。电动汽车的生产厂家也被这个问题所困扰。很多研发单位从电池着眼，期待能开发出更大容量，充电时间更快的电池，但从目前的情况来看不容乐观。

随着城市内电动汽车充电点的普及，电动汽车在城市内充电难的问题得到缓解。但由于汽车电池容量的限制，充电后单次续航的里程仍然有限，目前市场上普通的电动汽车的续航里程大概是200公里左右，较先进的也仅在400公里左右。所以，实际上电动汽车的使用仍局限在较小的范围内，例如就在其所在城市内及附近使用。如要进行长距离行驶，比如城市到城市间的长距离行驶，就会面对途中充电难的问题，即使能找到充电地点，仍然存在充电慢的问题，通常的快速充电也要2小时左右，常规充电更是需要8-10小时，这对电动汽车的使用者来说非常的不方便。

针对电动汽车电池充电慢的问题，一方面开发可以开发新型电池，以求得更长的行驶里程或更短的充电时间，但由于瞬间或短时间充电所需要的大电流对电缆的要求太高，其研究方向值得斟酌。另外还可以改变传统的充电方式，让电动汽车在行驶的过程中进行充电。根据目前公开的一些资料，无线充电技术正在快速发展中。

cn104779685a公开了一种电动汽车的无线充电系统，通过埋设在道路底下的发射线圈和设置在汽车上的接收线圈以及充电电路等，采用电磁共振技术，把电网的电能无线传输到车体，并储存在车体的电池中，从而实现电动汽车行驶过程中的无线充电。该方案的电能来自于电网，而电网的电能绝大部分仍来自于矿物燃料，并非清洁能源，该方案也没有具体公开如何给在公路行驶的电动汽车进行充电的具体方案。同时，由于纯粹依赖电网传输电能,多辆电动汽车同时进行充电，传统电缆无法承受其大电流的要求，其从原理上无法实现。

cn101976864a公开了一种电动汽车非接触式移动智能充电方法及其系统，其提供一种智能充电管理系统，为电动汽车提供非接触式的移动充电，并且能够在充电过程中通过分析电动汽车的位置信息计算调整磁共振充电电路的发射频率，从而有效地优化充电过程。该方案主要公开了充电管理系统并对充电过程进行优化，但没有公开给在公路行驶的电动汽车进行充电的具体方案。

cn106320144a公开了一种基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统及充电方法。主要包括有电动汽车接收单元和路面发射单元，将太阳能收集储存后通过磁共振耦合的方式将电能传输到汽车接收单元。该方法利用公路地表进行无线充电，电动汽车不需要停下来进行充电，可边行驶边充电。该方案将太阳能板设置在路面下，通过钢化玻璃层隔开，在汽车较多的时候太阳能收集效率偏低，而且结构复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决电动汽车实际使用过程中跨城市长距离行使时，面临的电池续航里程不足而需要停车充电问题，提供一种太阳能高速公路无线充电系统及其充电方法，通过该充电系统和充电方法，电动汽车可以在行驶过程中进行无线充电，而不需要停车充电，提高了电动车辆的续航能力。

本发明的太阳能高速公路无线充电系统，包括：

将城市间一定距离的公路设置为电动汽车的充电路段，在该充电路段设置电动汽车充电控制系统。

沿所述的充电路段设置太阳能电池板和蓄能装置，所述的太阳能电池板和蓄能装置对应连接，太阳能电池板将太阳能转化为电能，并储存在蓄能装置中。

所述充电路段的路面下方设置有以阵列形式沿充电路段排列的发送线圈，所述的发送线圈与所述的蓄能装置对应连接。所述的阵列形式是指发送线圈是沿充电路段一个接一个排列设置在行车道路的路面下方，电动汽车则可从排列的发送线圈的上方开过。

电动汽车上设置至少一个接收线圈，该接收线圈与电动汽车的蓄电池相连接。

电动汽车在该充电路段的行驶过程中每经过一个发送线圈，储存在蓄能装置中的电能在所述充电控制系统的控制下以磁共振方式通过路面下方的发送线圈传送给电动汽车的接收线圈，从而排列的发送线圈以接力供电的方式给行使中的电动汽车充电。

通常情况下，所述的充电路段位于城市间的、远离城市的中间路段，即位于两个城市的中间。

优选地，所述的充电路段具有足够长的距离，使得电动汽车从进入该充电路段到离开该充电路段时，电动汽车的蓄电池能充满。

所述的太阳能电池板可作为公路的顶棚架设于充电路段的路面上方，或者也可以沿公路的路边设置。

为了提高充电效率，便于管理，所述的电动汽车充电控制系统包括有在充电路段的起始和出口位置设置的车辆识别装置，在充电路段的出口位置设置的计费装置以及设置在电动汽车上的车载终端。其中，所述车载终端可以将车辆信息、蓄电池信息发送给电动汽车充电控制系统并接收从电动汽车充电控制系统反馈的信息。

优选地，为了解决因连续阴雨天气而导致的太阳能电池板发电不足，进而储能电池电能不足的情况，储能电池还与常规的电网连接。

为了保护埋设在路面下方的发送线圈同时保证电能的传送效率，优选地，所述充电路段的发送线圈对应的路面材料为树脂或者玻璃钢。

电动汽车无线充电方法，具有所述的太阳能高速公路无线充电系统，太阳能电池板将太阳能转化为电能后储存在蓄能装置中，当电动汽车沿充电路段行驶时，电动汽车每经过一个发送线圈，储存在蓄能装置中的电能在所述充电控制系统的控制下以磁共振方式通过路面下方的发送线圈传送给电动汽车的接收线圈，从而排列的发射线圈以接力供电的方式给行使中的电动汽车充电。

作为补充，将来自常规电网中的电能储存在蓄能装置中，以应对因连续阴雨天气而导致的太阳能电池板供电不足的情况。

本发明的有益效果是，通过在城市间设定特殊的充电路段，使电动汽车可以在行驶的过程中进行无线充电，解决了因电动汽车蓄电池续航里程不足而必须停车充电的问题，给使用者节约了时间，方便了出行，尤其是远距离的出行。由于使用太阳能来为电动汽车充电，达到绿色环保，降低排放与雾霾的绿色出行目的,同时因为是分段传输电能，避免了大电流对传输电缆的压力。将太阳能电池板架设在公路上空或沿公路架设，空间利用合理。以磁共振无线充电方式作为电动汽车行驶中无线充电的技术手段，充电效率高，避免了安全隐患。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明在城市间公路上设定充电路段的示意图；

图2是本发明的电动汽车磁共振无线充电系统的示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明的技术方案主要是针对城市间长距离行使的电动汽车所面对的问题，即续航历程不足，充电慢等问题，提出在城市间的公路上，尤其是高速公路上设定特殊的充电路段，行驶在该充电路段上的电动汽车可以同时地进行充电。例如，城市a和城市b相距大概300公里，而如果电动汽车的续航里程为200公里，显然如果驾驶该电动车从城市a到城市b，由于续航里程不够，途中必须停车充电，而且充电慢，给使用者带来极大的不便。采用本发明的技术方案，可以使电动汽车在特定的充电路段行使的过程中同时进行充电，解决了停车充电、充电慢的问题，即可以驾驶该电动车直接从城市a到达城市b，而无须停车充电。

具体的实施方案如图1所示，在城市a到城市b之间的公路上实施本发明，尤其是高速公路上，因为高速公路沿线较为空旷，没有太多的附属建筑等设施，便于实施本发明。本实施例的太阳能高速公路无线充电系统的具体方案如下：在城市a到城市b之间的公路（尤其是高速公路）上设定一个充电路段2，该充电路段例如可以是30公里～100公里，可根据具体情况设定距离。

沿所述的充电路段2设置太阳能电池板3和蓄能装置4，如图2所示，太阳能电池板3可以架设在公路的上方，使用钢结构桁架搭造顶棚，太阳能电池板3置于顶部，由于高速公路为避免驾驶疲劳而设计为非直线，因此处太阳能板3可采用平铺方式，而非常规的倾斜式，虽然这种平铺方式浪费了部分太阳能，但整段公路上可以达到效率最高化，同时降低了施工难度与造价，也增加了抗风性能。顶棚除了为无线充电提供能源，也能降低高速公路雨雪天气的交通事故率，还可以减少直接光照造成的汽车空调能量损耗。同时晚上可以利用顶棚提供光照，进一步降低汽车能耗。当然，太阳能电池板3也可以仅沿公路的两侧的进行架设，这里不再详细说明。所述的蓄能装置4沿公路一侧或两侧根据需要间隔设置，蓄能装置4可以使用磷酸铁锂电池或三元锂电池等。所述的太阳能电池板3和对应的蓄能装置4连接。蓄能装置4放置在公路边，便于维护，并可缩短供电线路，同时分段传输电能给发射线圈，降低充电电流。由太阳能电池板3转化过来的电能，储存在蓄能装置4中。蓄能装置4中的电能可以在受控的情况下传递到路面下的发送线圈5上。蓄能装置4还可以作为夜晚道路照明的电源。

作为一个选项，蓄能装置4还可与常规的电网连接，一方面，当太阳能电池板转化的电能有盈余的情况下，可将盈余的电能通过电缆反哺到常规电网中。另一方面，假如遇到连续阴雨天气，太阳能板无法提供足够的电能情况下，可由常规电网通过电缆给蓄能装置补充电能。

在所述充电路段2的路面下方沿公路方向设置有发送线圈5，发送线圈5以阵列形式沿充电路段2的路面下方排列，即沿公路方向一个接一个地排列设置，每个行车车道下方都可以设置发送线圈5，图2中所示的两个行车车道下都设置了发送线圈5。所述的发送线圈5与所述对应的蓄能装置4连接。每组线圈的功率可以是3.75kw或者更大。公路的路面材料必须既能保护发射线圈，又不能阻碍磁通的传输，同时又要便于维护，所以公路的路面对应发射线圈部分的材料可以选者树脂或者玻璃钢。

电动汽车上设置有接收线圈6，接收线圈6与电动汽车1的蓄电池相连接。接收线圈6接受来自发送线圈5的电能，并将接收的电能储存到电动汽车1的蓄电池中。其中，发送线圈5和接收线圈6之间通过磁共振方式无线传送电能。即只有当接收线圈6的固有频率与发送线圈5的发射频率一致，此时发生磁共振，才能传输电能。

在该充电路段2上设置电动汽车充电控制系统，具体可包括有在充电路段的起始和出口位置设置的车辆识别装置，以及在充电路段的出口位置设置的计费装置等。电动汽车1上则设置有无线车载终端，该无线车载终端可以将车辆信息、车载蓄电池等信息发送给电动汽车充电控制系统并接收从电动汽车充电控制系统反馈的信息。

当电动汽车行驶1进入充电路段并且需要进行充电时，电动汽车上的操作人员可操作控制无线车载终端，向电动汽车充电控制系统发送要求充电的请求，并将汽车信息、蓄电池信息等同时发送给电动汽车充电控制系统，电动汽车充电控制系统接收到电动汽车的请求，对电动汽车1的车辆信息、电池信息等进行识别，然后准备开始对电动汽车1进行充电。电动汽车1在进入充电路段后，在行驶过程中进行充电。在电动汽车1在该充电路段的行驶过程中，储存在蓄能装置4中的电能以磁共振方式通过路面下方的发送线圈5传送给电动汽车1的接收线圈6，从而给行使中的电动汽车充电。由于电动汽车1在不断地向前行驶，而发送线圈5是一个接一个地连续排列设置在路面下方，所以当电动汽车1每行驶经过一个发送线圈的上方时，电动汽车充电控制系统便控制相应的发送线圈5开始工作、向汽车的接受线圈6传送电能。这样发送线圈5依次向行驶中的汽车传送电能，即排列的发射线圈以接力供电的方式向电动汽车充电，电动汽车1即可边行驶边充电。

当电动汽车1驶离充电路段时，电动汽车充电控制系统计算出给电动汽车充的电量，从而便于计费。

其中，当充电路段2的距离足够长的时候，电动汽车1从进入该充电路段到离开该充电路段2时，电动汽车的蓄电池能充满。

磁共振方式传送电能的具体原理及方案在背景技术中提及的现有专利技术中已经有公开，这里不再详细描述。

本发明的太阳能高速公路无线充电系统及其充电方法能够提高电动车续航能力，还可以将充电桩纳入本太阳能高速公路无线充电系统进行统一管理，通过公路无线充电模式+充电桩将形成完善的未来新能源电动汽车能源补充解决方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。