智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统的制作方法

本发明涉及电动汽车的双向无线充电领域，尤其是一种智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统。

背景技术：

随着石油短缺和雾霾等环境污染问题的日益加剧，政府出台一系列政策支持电动汽车的发展，但是电动汽车基础充电设施建设的相对滞后。除了传统的有线充电技术以外，无线充电技术在电动汽车上也得到了应用。无线充电与传统的插拔式充电相比，减少了充电桩的占地面积，同时充电的方式便捷可靠，不易受到天气因数的影响。随着充电技术的进步，电动汽车电池也可以作为蓄电设备与电网进行能量交换，在一些特殊情况下，有可能会需要反向放电，即电动汽车电池给电网充电。但是当电动汽车给电网充电的时候，其放电效率往往不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统，不仅能对灯杆光照强度进行调节，同时提高了反向放电的效率，减少了占地面积。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统，其不同之处在于：

其包括依次连接的直流电网、旁路双向开关、地面侧功率变换器、传能线圈、汽车侧功率变换器和汽车电池，其中所述地面侧功率变换器用于对所述直流电网输出的直流电进行逆变或对所述传能线圈输出的交流电进行整流，所述汽车侧功率变换器用于对所述汽车电池输出的直流电进行逆变或对所述传能线圈输出的交流电进行整流；其还包括由所述旁路双向开关控制的灯杆照明阵列，改变所述旁路双向开关的占空比可调节所述灯杆照明阵列的亮度。

按以上技术方案，所述传能线圈包括设于地面的接发线圈lp和与所述接发线圈lp串联的电容cp；所述传能线圈还包括设于汽车底部的接发线圈ls和与所述接发线圈ls串联的电容cs。

按以上技术方案，其还包括设于所述直流电网和旁路双向开关之间的直流电网滤波电路。

按以上技术方案，其还包括设于所述旁路双向开关和所述地面侧功率转换器之间的地面侧滤波电路。

按以上技术方案，其还包括设于所述汽车侧功率变换器和汽车电池之间的汽车侧滤波电路。

对比现有技术，本发明的有益特点为：该智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统，将智能灯杆与电动汽车无线充电系统结合，利用现有智能灯杆的直流配电系统，不仅减少了占地面积，而且通过调节旁路双向开关的占空比不仅能对灯杆光照强度进行调节，在电动汽车给直流电网充电过程中，相当于增加了接入电网的等效的串联电阻，同时提高了反向放电的效率，利用旁路双向开关切换能使系统工作在全功率照明模式、led亮度调节模式和阻抗调节模式三种状态。

附图说明

图1为本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统结构框图；

图2为本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统结构示意图；

图3为本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统电路图；

图4为本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统中直流电网向电动汽车正向充电的等效电路图；

图5为本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统中串联照明阵列时电动汽车向直流电网反向放电的等效电路图；

图6为本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统中无串联照明阵列时电动汽车向直流电网反向放电的等效电路图；

图7为本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统中非充电状态下照明阵列全功率照明的等效电路图；

其中：1-旁路双向开关、2-地面侧功率变换器、3-传能线圈、4-汽车侧功率变换器、5-照明阵列（501-发光二极管）、6-照明阵列功率变换器、7-配电箱、8-电动汽车、9-地面、10-直流电网滤波电路、11-地面侧滤波电路、12-汽车侧滤波电路、13-灯杆。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图1至图7，本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统，其包括依次连接的直流电网u1、旁路双向开关1、地面侧功率变换器2、传能线圈3、汽车侧功率变换器4和汽车电池b1。其中，直流电网u1等效为一个电压源。所述地面侧功率变换器2用于对直流电网u1输出的直流电进行逆变或对传能线圈3输出的交流电进行整流。汽车侧功率变换器4用于对汽车电池b1输出的直流电进行逆变或对传能线圈3输出的交流电进行整流。本系统还包括灯杆照明阵列5和照明阵列功率变换器6，照明阵列5由旁路双向开关1控制，改变所述旁路双向开关1的占空比可调节所述灯杆照明阵列5的亮度。照明阵列功率变换器6可使得双向的能量传输都可以向照明阵列5的照明灯供电，照明阵列5包括多个串联的发光二极管501。智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统将智能灯杆与电动汽车无线充电系统结合，利用现有智能灯杆的直流配电系统，不仅减少了占地面积，而且通过调节旁路双向开关1的占空比不仅能对灯杆照明阵列5光照强度进行调节，在电动汽车电池b1给直流电网u1充电过程中，相当于增加了接入直流电网u1的等效的串联电阻，同时有利于实现最大效率的反向放电，解决了电动汽车在反向放电过程中的阻抗匹配问题。本发明实施例中,在正向充电的发射侧使用串联发光二极管501的方式,不仅实现了发光二极管501亮度的调节,而且可以调节汽车电池b1反向放电的阻抗特性，有利于实现反向放电的最大效率的调节，利用旁路双向开关1切换能使系统工作在图7所示的全功率照明模式、及图5所示的led亮度调节模式和阻抗调节模式三种状态。

优选地，旁路双向开关包括开关元件q1和开关元件q2，旁路双向开关q1的控制的占空比为d，在电动汽车电池b1向直流电网u1传输能量的过程中，它的改变相当于增加了接入电网的等效的串联的电阻，同时也能对照明阵列5光照的强度进行调节。地面侧功率变换器2包括开关元件q3、开关元件q4、开关元件q5和开关元件q6；当直流电网u1给电动汽车电池b1正向充电的时候，地面侧功率变换器2工作在全桥逆变的模式；当电动汽车电池b1给直流电网u1反向放电的时候，地面侧功率变换器2工作在全桥整流的模式。汽车侧功率变换器4包括开关元件q7、开关元件q8、开关元件q9和开关元件q10；当直流电网u1给电动汽车电池b1正向充电的时候，汽车侧功率变换器4工作在全桥整流的模式；当电动汽车电池b1给直流电网u1反向放电的时候，汽车侧功率变换器4工作在全桥逆变的模式。照明阵列功率变换器6包括二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4，可使得双向的能量传输都可以向照明阵列5的照明灯发光二极管led供电。

优选地，为了增加能量的传输效率，所述传能线圈3包括设于地面9的接发线圈lp和与所述接发线圈lp串联的电容cp。所述传能线圈3还包括设于电动汽车8底部的接发线圈ls和与所述接发线圈ls串联的电容cs。

优选地，本系统还包括设于所述直流电网u1和旁路双向开关1之间的直流电网滤波电路10。直流电网滤波电路10为与直流电网u1并联的电容c1。

优选地，本系统还包括设于所述旁路双向开关1和所述地面侧功率转换器2之间的地面侧滤波电路11。地面侧滤波电路11包括电容c2。

优选地，本系统还包括设于所述汽车侧功率变换器4和汽车电池b1之间的汽车侧滤波电路12。汽车侧滤波电路12为与汽车电池b1并联的电容c3。

优选地，开关元件q1至开关元件q10均为mos管。

请参考图3，本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统中，整个电路图的能量传输方向是双向的，直流电网u1通过无线充电的方式给电动汽车电池b1供电。电动汽车电池b1也通过无线充电的方式反向向直流电网u1输送能量。旁路双向开关1开通或者关断，造成照明阵列发光二极管led照明的断续工作。在这个过程中，光照的强度和电网的阻抗可以被调节。地面侧功率变换器2和汽车侧功率变换器4都能接收和发送能量。

请参考图4，本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统正向充电过程中，为了维持高效率的充电，旁路双向开关1的开关元件q1和开关元件q2均处在导通的状态。直流电网u1的能量持续给电动汽车电池b1充电，汽车侧功率变换器4工作在有源整流的相位角，使得电动汽车8的等效电阻处在最优的阻抗的模式，以达到最高效率的传输。

请参考图5和图6，本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统反向放电过程中，由于直流电网u1中的阻尼系数很小，当地面侧功率变换器2工作在全桥整流的模式时，通过调节有源整流的相位角不足以使电网侧处在最优阻抗模式。因此，根据外界光照强度的变化，控制开关元件q1和开关元件q2的占空比不仅能达到调节照明强度的模式以节省能源的消耗。而且，将亮度可调的发光二极管led照明设备工作在串联阻抗的模式，通过调节发光二极管led连接在直流电网u1中的通断的强度来改变直流电网u1的等效的串联阻抗，最终使电网的阻抗处于最优的状态，以达到最高效率的传输。

请参考图7，当需要强功率照明而且不需要给电动汽车8充电的时候，开关元件q1、开关元件q2、开关元件q3、开关元件q4、开关元件q5和开关元件q6完全导通，发光二极管led从直流电网u1中获取电能。

本发明实施例智能灯杆的电动汽车双向无线充电系统反向放电过程中一共有3个控制器参与功率的调节，它们分别是照明阵列功率变换器控制器、地面侧功率变换器控制器和汽车侧功率变换器控制器。其中，照明阵列功率变换器控制器具有电网阻抗和亮度调节的双重的功能，调节开关元件q1和开关元件q2的驱动状态。地面侧功率变换器控制器根据直流电网u1中的电压和电流，调节开关元件q3、开关元件q4、开关元件q5和开关元件q6的驱动状态。汽车侧功率变换器控制器根据电动汽车电池b1的电压和电流，调节开关元件q7、开关元件q8、开关元件q9和开关元件q10的驱动状态。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属的技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。