全文摘要
本实用新型属于无线充电技术领域，涉及一种电动汽车自动准停无线充电系统。该充电系统包括充电桩端设置的与市电连接的激光发射装置和电动汽车上设置的激光接收装置；激光接收装置包括散射杯、设有光电转换装置的光伏板、稳压模块、电池、电压比较器和红外信号发射器；激光发射装置包括红外信号接收器、激光发射器、移动导轨和激光对准装置；散射杯的入射端朝向电动汽车车体外部，出射端朝向光伏板的受光面，散射杯散射出的光线落于光伏板的受光面上，并将光伏板的受光面完全覆盖。本实用新型电动汽车自动准停无线充电系统的激光发射装置与激光接收装置的最远使用距离为10米。
主设计要求
1.一种电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：该充电系统包括充电桩端设置的与市电连接的激光发射装置和电动汽车上设置的激光接收装置；所述激光接收装置包括散射杯(4)、设有光电转换装置的光伏板(5)、稳压模块(6)、电池(7)、电压比较器(8)和红外信号发射器(10)；其中，光伏板(5)用于给电池(7)充电；光伏板(5)与电池(7)之间设有稳压模块(6)；电压比较器(8)用于检测电池(7)的电压，并将该电压与电池(7)的额定最低电压或额定饱和电压进行比较；电压比较器(8)的输出端与红外信号发射器(10)串联；所述散射杯(4)的入射端朝向电动汽车车体外部，出射端朝向光伏板(5)的受光面，散射杯(4)散射出的光线落于光伏板(5)的受光面上，并将光伏板(5)的受光面完全覆盖；所述激光发射装置包括红外信号接收器、激光发射器(1)、移动导轨(2)和激光对准装置(3)；所述移动导轨(2)固定设置在电动汽车车体外部；所述激光对准装置(3)可移动地安装在移动导轨(2)上，所述激光发射器(1)固接在激光对准装置(3)上，并通过激光对准装置(3)的移动与散射杯(4)的入射端对准；所述红外信号接收器分别与激光发射器(1)和激光对准装置(3)连接，用于接收红外信号发射器(10)的信号，并通过控制电路控制激光发射器(1)和激光对准装置(3)工作。
设计方案
1.一种电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：该充电系统包括充电桩端设置的与市电连接的激光发射装置和电动汽车上设置的激光接收装置；
所述激光接收装置包括散射杯(4)、设有光电转换装置的光伏板(5)、稳压模块(6)、电池(7)、电压比较器(8)和红外信号发射器(10)；其中，光伏板(5)用于给电池(7)充电；光伏板(5)与电池(7)之间设有稳压模块(6)；电压比较器(8)用于检测电池(7)的电压，并将该电压与电池(7)的额定最低电压或额定饱和电压进行比较；电压比较器(8)的输出端与红外信号发射器(10)串联；
所述散射杯(4)的入射端朝向电动汽车车体外部，出射端朝向光伏板(5)的受光面，散射杯(4)散射出的光线落于光伏板(5)的受光面上，并将光伏板(5)的受光面完全覆盖；
所述激光发射装置包括红外信号接收器、激光发射器(1)、移动导轨(2)和激光对准装置(3)；
所述移动导轨(2)固定设置在电动汽车车体外部；所述激光对准装置(3)可移动地安装在移动导轨(2)上，所述激光发射器(1)固接在激光对准装置(3)上，并通过激光对准装置(3)的移动与散射杯(4)的入射端对准；所述红外信号接收器分别与激光发射器(1)和激光对准装置(3)连接，用于接收红外信号发射器(10)的信号，并通过控制电路控制激光发射器(1)和激光对准装置(3)工作。
2.根据权利要求1所述的电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：所述电池(7)为石墨烯改性磷酸铁锂电池；所述光伏板(5)为石墨烯光伏板。
3.根据权利要求1所述的电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：所述光伏板(5)的背光面设有一温差发电装置，所述温差发电装置的输出端并联在稳压模块(6)的输入端。
4.根据权利要求1所述的电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：所述激光接收装置进一步包括电铃(9)，电铃(9)与电压比较器(8)的输出端串联。
5.根据权利要求1所述的电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：所述散射杯(4)包括反光杯(11)、高透光玻璃球(12)和反光镜(13)；所述高透光玻璃球(12)设置在反光杯(11)的出射端，反光镜(13)垂直于高透光玻璃球(12)的光轴，设置在高透光玻璃球(12)朝向光伏板(5)的受光面的表面上。
6.根据权利要求1所述的电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：所述激光发射装置进一步包括车牌识别摄像头。
7.根据权利要求1所述的电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：所述激光发射器(1)为红光激光器，其所发射的红外激光的波长为694±10nm。
8.根据权利要求1所述的电动汽车自动准停无线充电系统，其特征在于：所述电动汽车自动准停无线充电系统的激光发射装置与激光接收装置的最远使用距离为10米。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于无线充电技术领域，涉及一种电动汽车自动准停无线充电系统。
背景技术
如今，越来越多的电子产品进入到普通人的工作生活中，为人们带来了极大的便捷，电力传输的方式也是多种多样。传统的电力传输大多是通过导线或导体将电力传输到终端产品，输送环节极其复杂，需要耗费大量的导线、杆塔、转换设备等，同时还需要一定的人力物力去维持，传输过程中的安全问题也值得考虑，另外，在某些特殊应用场合下，传统的接触式供电方式并不能满足需求。随着移动设备、无线数据传输、无线网络技术的日益普及，人们对电动设备的充电方式多样化和方便性提出更高的要求，并希望能摆脱传统电力传输方式的束缚，解除纷乱电源线带来的困扰。目前，无线充电技术已经成功在手机、电脑、随身听等小功率设备的充电上进行了商业化应用。作为21世纪最值得期待的技术之一，无线充电产品成为人们关注的新焦点。
目前市场研究的无线充电，主要有电磁耦合感应技术、电磁共振技术、射频电能传输技术、微波电能传输技术、激光电能传输技术等五种。其中，电磁感应技术是基于电磁耦合，将变压器两个线圈分开，利用线圈之间的电磁感应进行无线电能传输，其特点是可靠性高，但是传输距离有限，近距离充电时发射端的驱动电路还会产生电磁波干扰，影响手机等便携式通讯设备的信号发送与接收，传输效率也不高，能量损耗大。电磁共振技术是通过合理调节发射装置与接收装置的参数，使得发射线圈与接收线圈产生电磁共振，在该共振频率的电源驱动下系统可达到一种“电谐振”状态，从而实现能量在发射端和接收端高效的传递，这种非辐射电磁场的范围比较有限，目前也只在短距离内采用，不适合长距离传输电能。射频电能传输技术(RFPT)主要通过功率放大器发射射频信号，然后通过检波、高频整流后得到直流电供负载使用，其优点是传输距离较远，能达10m，但是传输功率很小，为毫瓦级别，最高到百毫瓦级别。微波电能传输(MPT)原理是将电能转化为微波，将其发射出去，从而辐射到整个周围空间，负载经过整流，将微波传化成直流电而使用。一般的微波电能传输技术的传输距离比较短，一般不会超过10m，并且由于该方式传播的功率小，只适合于近距离内被较小供电的电器使用，因此应用价值有限。激光输电技术则是利用受激辐射放大原理，将电能转换为激光，再将激光发射到接收装置并对其进行光电转换。由于激光具有方向性好，传播距离远，能量集中等特点，传输效率高，可在某一小范围内集中采集大量光能，因此在较远距离的电力传输方面具有重大的应用价值。
发明内容
针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种电动汽车自动准停无线充电系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
本实用新型提供一种电动汽车自动准停无线充电系统，包括充电桩端设置的与市电连接的激光发射装置和电动汽车上设置的激光接收装置。
所述激光接收装置包括散射杯4、设有光电转换装置的光伏板5、稳压模块6、电池7、电压比较器8和红外信号发射器10；其中，光伏板5用于给电池7充电；光伏板5与电池7之间设有稳压模块6；电压比较器8用于检测电池7的电压，并将该电压与电池7的额定最低电压或额定饱和电压进行比较；电压比较器8的输出端与红外信号发射器10串联。
所述散射杯4的入射端朝向电动汽车车体外部，出射端朝向光伏板5的受光面，散射杯4散射出的光线落于光伏板5的受光面上，并将光伏板5的受光面完全覆盖。
所述激光发射装置包括红外信号接收器、激光发射器1、移动导轨2和激光对准装置3。
所述移动导轨2固定设置在电动汽车车体外部；所述激光对准装置3可移动地安装在移动导轨2上，所述激光发射器1固接在激光对准装置3上，并通过激光对准装置3的移动与散射杯4的入射端对准；所述红外信号接收器分别与激光发射器1和激光对准装置3连接，用于接收红外信号发射器10的信号，并通过控制电路控制激光发射器1和激光对准装置3工作。
所述电池7为石墨烯改性磷酸铁锂电池；所述光伏板5为石墨烯光伏板。
所述光伏板5的背光面设有一温差发电装置，所述温差发电装置的输出端并联在稳压模块6的输入端。
所述激光接收装置进一步包括电铃9，电铃9与电压比较器8的输出端串联。
所述散射杯4包括反光杯11、高透光玻璃球12和反光镜13；所述高透光玻璃球12设置在反光杯11的出射端，反光镜13垂直于高透光玻璃球12的光轴，设置在高透光玻璃球12朝向光伏板5的受光面的表面上。
所述激光发射装置进一步包括车牌识别摄像头。
所述激光发射器1为红光激光器，其所发射的红外激光的波长为694±10nm。
所述电动汽车自动准停无线充电系统的激光发射装置与激光接收装置的最远使用距离为10米。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型采用一种新型的无线传输方式，传统的无线充电模式一般是利用电磁耦合，转换效率与磁感应强度即磁感线强弱密切相关，所以传输的距离有限，而所述无线充电装置利用比较直接的形式，以红光激光器(波长在694nm左右)作为光源，照射光伏板，经光伏板的光电转换装置将高强度，传播途中损耗较小的激光转换成电能，本实用新型传输距离较传统的无线充电装置有了较为理想的改观，最远可达到数十米，考虑到若距离再远光伏板的接受部分不容易准确对准，所以该发明实际使用范围应尽量保证在10米以内。而且采用激光无线充电可以避免利用电磁耦合等技术充电时容易使汽车产生涡流现象的问题，从而排除安全隐患。
2、本实用新型利用光电转换率高的石墨烯纳米杂化复合材料光伏板，在无线传输的低转换率的既定事实下将转换效率尽可能达到最大。
3、本实用新型所使用的电池为石墨烯改性磷酸铁锂电池，石墨烯改性磷酸铁锂电池可满足10℃条件下，6分钟内快速充放电，显著缩短电池的充电时间，延长电池使用寿命，这对电动汽车而言意义重大，不仅使充电变得即时高效，而且电池的寿命大大增加，将减少更换和保养电池的频率。
4、考虑到光伏板接受激光部分面积比激光的光斑大很多，光伏板转换部分不能充分利用，而采用散射光的话传输距离有限，以及如果利用大功率激光器照射光伏板一点的话，将导致局部温度过高，致使光伏板不能在最适温度下工作甚至导致光伏板表面材料破坏，本实用新型采用散射杯将射入的激光充分反射为散射激光，使其光斑面积能照射到光伏板的大部分区域，使转换效率尽可能增大，这样既解决了远距离传输问题，又让照射有效面积尽可能增大，还保护了光伏板表面材料。
5、本实用新型红外信号发射器和红外信号接收器的控制电路为基于Arm开发板设计的电路，具有简洁、灵敏、可靠的特点。
6、本实用新型采用自动对准装置，自动寻找散射杯所在位置，如果激光发射器与散射杯并未对准，激光对准装置将沿着移动导轨移动直到激光发射器与散射杯对准为止。
附图说明
图1为本实用新型电动汽车自动准停无线充电系统的结构示意图；
图2为本实用新型激光发射器1、散射杯4和光伏板5的光路结构示意图；
图3为本实用新型激光发射器1的出射端视图。
其中的附图标记为：
1 激光发射器
2 移动导轨
3 激光对准装置
4 散射杯
5 光伏板
6 稳压模块
7 电池
8 电压比较器
9 电铃
10 红外信号发射器
11 反光杯
12 高透光玻璃球
13 反光镜
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。
如图1所示，一种电动汽车自动准停无线充电系统，包括充电桩端设置的与市电连接的激光发射装置和电动汽车上设置的激光接收装置。
所述激光接收装置包括散射杯4、设有光电转换装置的光伏板5、稳压模块6、电池7、电压比较器8和红外信号发射器10。其中，光伏板5用于给电池7充电。光伏板5与电池7之间设有稳压模块6。所述电压比较器8用于检测电池7的电压，并将该电压与电池7的额定最低电压或额定饱和电压进行比较。所述电池7的额定最低电压和额定饱和电压预设在电压比较器8中。电压比较器8的输出端与红外信号发射器10串联。
所述稳压模块6的输入端并联在光伏板5的输出端，将由稳压模块6输出端输出的稳定电压并联在电池7的充电装置输入端，电压比较器8的输入端并联在电池7的输出端。
所述散射杯4的入射端朝向电动汽车车体外部，出射端朝向光伏板5的受光面，散射杯4散射出的光线落于光伏板5的受光面上，并将光伏板5的受光面完全覆盖。
所述激光发射装置包括红外信号接收器(附图中未示出)、激光发射器1、移动导轨2和激光对准装置3。
所述移动导轨2固定设置在电动汽车车体外部，优选设置在停车位附近；所述激光对准装置3可移动地安装在移动导轨2上，所述激光发射器1固接在激光对准装置3上，并通过激光对准装置3的移动与散射杯4的入射端对准。所述红外信号接收器分别与激光发射器1和激光对准装置3连接，用于接收红外信号发射器10的信号，并通过控制电路控制激光发射器1和激光对准装置3工作。
如图2和图3所示，所述散射杯4包括反光杯11、高透光玻璃球12和反光镜13。所述高透光玻璃球12设置在反光杯11的出射端，反光镜13垂直于高透光玻璃球12的光轴，设置在高透光玻璃球12朝向光伏板5的受光面的表面上，使得入射激光在反光杯11内充分反射，最后射出散射的激光，这样既解决了远距离传输问题，又让照射有效面积尽可能增大，还降低了光伏板表面温度，保护了光伏板表面材料。
优选地，所述电池7为石墨烯改性磷酸铁锂电池。
优选地，所述光伏板5为石墨烯光伏板，石墨烯光伏板为光电转换率较高的新型材料，在无线传输的低转换率的既定事实下将转换效率尽可能达到最大。
优选地，所述光伏板5的背光面设有一温差发电装置，所述温差发电装置的输出端并联在稳压模块6的输入端，利用产生的电能为电池7充电。这样一方面将因为激光照射导致的光伏板表面产生的热量带走，一方面又将这部分热量尽可能利用，做到了绿色环保。
优选地，所述激光接收装置进一步包括电铃9，电铃9与电压比较器8的输出端串联。
优选地，所述红外信号发射器10和红外信号接收器的控制电路为基于ARM开发板设计的电路，具有简洁、灵敏、可靠的特点。红外信号接收器将红外信号发射器10发射出来光信号转换为微弱的电信号，此电信号经放大、增益控制、带通滤波、解调变、波形整形等处理控制激光发射器1启停。
优选地，所述激光发射装置进一步包括车牌识别摄像头，用于禁止未认证的车辆进行充电操作。
所述激光发射器1为红光激光器，所发射的红外激光的波长在694nm左右。激光发射器1发射的红外激光经过调制，使红外光源以特定的频率闪烁，这样就能避免受到太阳、电灯泡和人辐射出红外光的影响。
本实用新型电动汽车自动准停无线充电系统的激光发射装置与激光接收装置的最远使用距离为10米。本实用新型使用红光激光作为光源，照射光伏板5，经光伏板5的光电转换装置将高强度、传播途中损耗较小的激光转换成电能。本实用新型的传输距离较传统的无线充电装置有了较为理想的改观，最远可达到数十米，考虑到若距离再远光伏板的接受部分不容易准确对准，所以本实用新型理想使用范围应尽量保证在10米以内。
本实用新型的工作过程如下：
a.将需要充电的电动汽车驶入停车区域，激光接收装置的散射杯4的入射端朝向激光发射装置；
b.激光接收装置的电压比较器8实时检测电池7的电压，并将电池7的电压与额定饱和电压进行比较；
如果电池7的电压低于额定饱和电压，电压比较器8将表示电池7处于相对低压状态的低压信号传送给红外信号发射器10，红外信号发射器10将所述低压信号无线传输到红外信号接收器，首先触发激光对准装置3的开关，激光对准装置3沿着移动导轨2自动寻找散射杯4所在位置，使得激光发射器1与散射杯4的入射端对准；然后启动激光发射装置1，开始为电池7充电；
如果电池7的电压达到额定饱和电压，电压比较器8将表示电池7处于相对高压状态的高压信号传送给红外信号发射器10，红外信号发射器10将高压信号无线传输到红外信号接收器，关闭激光发射装置1，停止为电池7充电；
c.启动激光发射装置1后，激光发射装置1发射的红外激光由散射杯4的入射端射入，在散射杯4内充分反射后射出散射激光，将光伏板5的受光面完全覆盖；光伏板5通过光电转换装置将光能转换成电能，输出电流和电压，经过稳压模块6稳压后为电池7充电。
所述步骤b中，在开始充电和停止充电时，通过与电压比较器8串联的电铃9发出警示。
出于环保节能的考虑，本实用新型优选只在电池电压较低时才开始充电。所述步骤b中，激光接收装置的电压比较器8实时检测电池7的电压，并将电池7的电压与额定最低电压进行比较；如果电池7的电压低于额定最低电压，电压比较器8将低压信号传送给红外信号发射器10，红外信号发射器10将信号无线传输到激光发射装置1的红外信号接收器，启动激光发射装置1，开始为电池7充电。
所述步骤c中，光伏板5进一步通过其背光面设置的温差发电装置将热能转换成电能，为电池7充电。
所述方法进一步包括在充电前通过车牌识别摄像头识别是否为认证的车辆的步骤。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920030631.6
申请日:2019-01-09
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209119905U
授权时间:20190716
主分类号:H02J 50/30
专利分类号:H02J50/30;B60L53/37
范畴分类:37P;
申请人:中国农业大学
第一申请人:中国农业大学
申请人地址:100083 北京市海淀区清华东路17号
发明人:辛喆;刘云帅;张康宾;邵明玺;江秋博
第一发明人:辛喆
当前权利人:中国农业大学
代理人:李彬;徐林
代理机构:11248
代理机构编号:北京中安信知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计