一种感应式充电路面温度优化系统及方法

摘要

本发明公开了一种感应式充电路面温度优化系统及方法，包括：温度检测模块、漏液检测模块、液位检测模块、供液循环模块、热量交换模块、感应发电模块、控制中心模块、数据存储模块，本发明通过控制中心模块控制液冷液体循环，有效降低路面温度，同时，控制中心模块可以自动控制水泵和冷热交换器功率，使系统无需人工干预，自动运行；本发明通过金属材质的下层液冷板，能够使感应发电模块产生的热量快速散发到下层液冷板中，避免了热量堆积产生的系统内部温度分布不均问题；本发明结构简单，造价低廉，经济性良好，适合大规模布置。

说明书

技术领域

本发明属于感应充电路面温度优化领域，特别是涉及一种感应式充电路面温度优化系统及方法。

背景技术

随着我国对新能源领域的持续推进，新能源汽车行业在近几年得到迅猛发展。其中电动汽车是新能源汽车领域的产业支柱，电动汽车的占有比重逐年稳步上升，由此所带来的充电问题得到了社会各界的广泛关注，其相关的充电基础设施也在不断发展(如充电桩、换电站)。在国家推进“双碳”政策的同时，我国电动汽车充电基础设施将面临新挑战，感应式充电路面技术逐渐进入诸多研究者的视野。

目前，较为成熟的感应式充电路面技术主要有“感应式电能传输系统+e-Road”模式，在许多国家已经有了实践测试项目。但是，e-Road系统在路面电能传输过程中会受到温度影响，温度过高会加剧能量耗散，造成资源浪费；高频电磁场引起的路面材料发热会导致结构内部温度分布不均，尤其是在内部温度超过路表温度的情况下会加剧道路结构的损坏；现有的路面温度控制系统大多结构复杂，造价高，维修费用昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种感应式充电路面温度优化系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种感应式充电路面温度优化系统，包括：

温度检测模块，用于实时监测系统的各部分的温度并将温度信息发送到控制中心模块；

漏液检测模块，用于实时监测系统中液冷管道的漏液情况并将漏液信息发送到控制中心模块；

液位检测模块，用于实时监测系统中外水箱和内水箱的液位，并将液位信息发送到控制中心模块；

供液循环模块，用于储存并循环水冷液；

热量交换模块，用于从感应发电模块吸收热量并向系统外部释放热量；

感应发电模块，用于产生磁场给车辆充电；

控制中心模块，用于实时接收所述温度信息、所述漏液信息、所述液位信息，并发送信息给冷热交换器、水泵、数据存储模块和外部服务器；

数据存储模块，用于存储控制中心模块发送的温度信息。

所述温度检测模块包括温度传感器，所述温度传感器分别设置于环境层、沥青路面表层、沥青热量传导层、上层液冷板、感应式充电模组和下层液冷板；

所述漏液检测模块包括漏液传感器，所述漏液传感器设置于系统的液冷管道外部；

所述液位检测模块包括液位指示器，所述液位指示器设置于内水箱内部和外水箱内部；

所述供液循环模块包括：水泵、外水箱、内水箱；所述水泵通过液冷管道分别与外水箱、上层内水箱、下层内水箱和冷热交换器连接；

所述热量交换模块包括：冷热交换器、上层液冷板和下层液冷板；所述冷热交换器通过液冷管道分别与水泵、上层液冷板和下层液冷板连接；所述上层液冷板通过液冷管道分别与上层内水箱、冷热交换器连接；所述下层液冷板通过液冷管道分别与下层内水箱、冷热交换器连接；所述上层液冷板采用绝缘材料；所述下层液冷板采用金属材料；

所述冷热交换器、水泵、外水箱均安装在道路两旁外侧的沥青热量传导层；

所述上层液冷板、所述内水箱安装于液冷吸热上层；

所述感应发电模块安装于所述上层液冷板和下层液冷板之间即感应发电层；

所述下层液冷板安装于液冷吸热下层。

另一方面，本发明还提供一种感应式充电路面温度优化方法，包括以下步骤：从外水箱给系统加入液冷液体，控制中心模块发送开启信号给冷热交换器以及水泵，所述冷热交换器和所述水泵开始工作，液冷液体沿着两条路流动，第一条路为：水泵、上层内水箱、上层液冷板、冷热交换器水泵；当液冷液体流经所述上层液冷板时，感应发电模块产生的热量被液冷液体吸收，当液冷液体流经冷热交换器时，所述冷热交换器将液冷液体中携带的热量排除系统外；第二条路为：水泵、下层内水箱、下层液冷板、冷热交换器，水泵。系统工作时，温度检测模块实时监测系统各部分温度，并将温度信息发送至控制中心模块，控制中心模块将温度信息发送至数据存储模块，当温度高于设定的阈值时，控制中心模块发送提高功率指令给水泵与冷热交换器，令水泵和冷热交换器加速运转，提高系统的散热效率；当上层内水箱、下层内水箱或外水箱内液冷液体不足时，液位指示器将液位信息发送至控制中心模块，控制中心模块发送补液信号至外部服务器，提醒工作人员及时补充液冷液体。

本发明的技术效果为：

本发明通过控制中心模块控制液冷液体循环，有效降低路面温度，同时，控制中心模块可以自动控制水泵和冷热交换器功率，使系统无需人工干预，自动运行；

本发明通过金属材质的下层液冷板，能够使感应发电模块产生的热量快速散发到下层液冷板中，避免了热量堆积产生的系统内部温度分布不均问题；

本发明结构简单，造价低廉，经济性良好，适合大规模布置；

本发明能够将系统的温度数据实时储存到数据存储模块，以供后续对温度数据进行研究和总结，以及根据温度数据对本系统进行改进和升级。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中感应式充电路面温度优化技术方案整体侧视图；

图2为本发明实施例中的环境层示意图；

图3为本发明实施例中的沥青路面表层示意图；

图4为本发明实施例中的路面热量传导层示意图；

图5为本发明实施例中的液冷吸热上层示意图；

图6为本发明实施例中的感应发电层示意图；

图7为本发明实施例中的液冷吸热下层示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供了一种感应式充电路面温度优化系统，包括：

温度检测模块，用于实时监测系统的各部分的温度并将温度信息发送到控制中心模块；

漏液检测模块，用于实时监测系统中液冷管道的漏液情况并将漏液信息发送到控制中心模块；

液位检测模块，用于实时监测系统中外水箱和内水箱的液位，并将液位信息发送到控制中心模块；

供液循环模块，用于储存并循环水冷液；

热量交换模块，用于从感应发电模块吸收热量并向系统外部释放热量；

感应发电模块，用于产生磁场给车辆充电；

控制中心模块，用于实时接收所述温度信息、所述漏液信息、所述液位信息，并发送信息给冷热交换器、水泵、数据存储模块和外部服务器；

数据存储模块，用于存储控制中心模块发送的温度信息。

所述温度检测模块包括温度传感器，所述温度传感器分别设置于环境层、沥青路面表层、沥青热量传导层、上层液冷板、感应式充电模组和下层液冷板；

所述漏液检测模块包括漏液传感器，所述漏液传感器设置于系统的液冷管道外部；

所述液位检测模块包括液位指示器，所述液位指示器设置于内水箱内部和外水箱内部；

所述供液循环模块包括：水泵、外水箱、内水箱；所述水泵通过液冷管道分别与外水箱、上层内水箱、下层内水箱和冷热交换器连接；

所述热量交换模块包括：冷热交换器、上层液冷板和下层液冷板；所述冷热交换器通过液冷管道分别与水泵、上层液冷板和下层液冷板连接；所述上层液冷板通过液冷管道分别与上层内水箱、冷热交换器连接；所述下层液冷板通过液冷管道分别与下层内水箱、冷热交换器连接；所述上层液冷板采用绝缘材料；所述下层液冷板采用金属材料；

所述冷热交换器、水泵、外水箱均安装在道路两旁的外侧的沥青热量传导层；

所述上层液冷板、所述内水箱安装于液冷吸热上层；

所述感应发电模块安装于所述上层液冷板和下层液冷板之间即感应发电层；

所述下层液冷板安装于液冷吸热下层。

本发明还提供一种感应式充电路面温度优化方法，包括以下步骤：从外水箱给系统加入液冷液体，控制中心模块发送开启信号给冷热交换器以及水泵，所述冷热交换器和所述水泵开始工作，液冷液体沿着两条路流动，第一条路为：水泵、上层内水箱、上层液冷板、冷热交换器水泵；当液冷液体流经所述上层液冷板时，感应发电模块产生的热量被液冷液体吸收，当液冷液体流经冷热交换器时，所述冷热交换器将液冷液体中携带的热量排除系统外；第二条路为：水泵、下层内水箱、下层液冷板、冷热交换器，水泵。系统工作时，温度检测模块实时监测系统各部分温度，并将温度信息发送至控制中心模块，控制中心模块将温度信息发送至数据存储模块，当温度高于设定的阈值时，控制中心模块发送提高功率指令给水泵与冷热交换器，令水泵和冷热交换器加速运转，提高系统的散热效率；当上层内水箱、下层内水箱或外水箱内液冷液体不足时，液位指示器将液位信息发送至控制中心模块，控制中心模块发送补液信号至外部服务器，提醒工作人员及时补充液冷液体。

实施例一

如图1-7所示，本实施例中提供一种感应式充电路面温度优化系统及方法，包括：

感应式充电路面温度优化方案主要由温度传感器、漏液传感器、液位计、液冷散热设备、感应式充电系统相结合。本优化方案主要目的是为了降低因路面温度升高而导致的感应式充电系统能量效率传输下降问题。本设计方案将温度传感器的温度监测划分为六个层次，包括：路面周围环境层、沥青路面表层、沥青热量传导层、液冷吸热上层、感应发电层和液冷吸热下层，本方案的主要目的优化路面温度，因此通过温度传感器监测温度是必要的，为了使设计结构层次更加的清晰，方便叙述，如图1所示，本方案划分了6个层次。路面周围环境层主要为监测环境温度，环境温度会影响路面温度，进而影响能量传输效率和结构稳定性；沥青路面表层为施工路面结构的面层，车辆在行驶过程中直接接触的路面，路面表层温度过高不仅会影响能量传输效率还会破坏路面的结构稳定性；沥青热量传导层对应施工路面结构的基层，因此设备运行时产生高频磁场所散发的热量通过本层次传导到路面表层；通过液冷板的铺设顺序，将上层液冷板所在层次称为液冷吸热上层，液冷吸热上层在沥青热量传导层之下，主要是为了降低路面温度，提升能量传递效率；感应发电层内有感应发电模组，通过电磁感应为电动汽车进行无线充电；根据液冷板铺设位置，将下层液冷板所在层次称为液冷吸热下层，液吸热下层在感应发电层之下，主要是为了起到辅助吸热的作用，降低空间温度。

通过研究不同层次的温度变化情况，分析感应式充电系统能量传输效率与温度的关联系数。

为了使散热效果更好，共铺设2层散热液冷板。铺设顺序为：沥青路面、上层液冷板、感应式充电模组和下层液冷板。采用温度传感器对感应式充电路面的路面周围环境、沥青路面表层、沥青路面基层、上层液冷板、感应式充电模组和下层液冷板六个部分进行温度监测，其侧视图如图1所示。

本设计方案第一层为环境层，路面的温度不仅仅受路面以下的充电设备高频磁场热传导的影响，还受到气候、天气和油耗汽车热量排放等因素的影响，因此在高速路两侧安装监测环境的温度传感器，来分析在不同外部环境温度的影响下，路面温度的变化，进而分析对感应式充电系统能量传递效率的影响，其示意图如图2所示。

本设计方案将沥青路面划分为两层：根据图示将沥青路面划分为两个层次分别是沥青路面表层和沥青路面热量传导层；在施工层面公路是带状结构物，从上到下，分别为面层和基层；定义的两个层与施工的两个层依次对应。沥青路面表层为施工路面结构的面层沥青热量传导层为施工路面结构的基层。

一个是沥青路面表层，构成本设计方案的第二层；另一个是沥青路面基层，称为沥青热量传导层，构成本设计方案的第三层。这两层均铺设温度传感器。沥青路面表层最接近电动车充电模组温度，同时也最能反应路面的真实温度，该层不仅直接受到光照的影响同时也受下层温度传递的影响，其示意图如图3所示。沥青路面热量传导层内部放置温度传感器的目的是监测沥青路面基层中的温度变化过程，研究该层的温度传导情况，其示意图如图4所示。

第四层为液冷吸热上层，散热设备主要由上层液冷板、内水箱、水泵、冷热交换器通过闭环方式组成，同时外接外水箱。其优势在于结构简单，方便维护及保养，设备的流程图如图5所示。上层液冷板铺在沥青路面下、电磁感应发电模组之上，通过热传导方式来降低路面的温度。第一层散热设备铺设在电磁感应发电模块之上，需要使其在不影响电磁传输的情况下进行路面降温，因为金属材料虽然导热性能较好，但会屏蔽磁场影响充电模块的能量传输，所以第一层散热设备的材料选择为绝缘材料。绝缘材料不会影响磁场且导热效果适宜，非常适合作为第一层散热设备的铺设材料。对于上层液冷设备的监测，重点在于：(1)设备内部采用流动液冷进行吸热降温，在铺设过程中要考虑到管道的漏液情况，因此在管道周围铺设漏液传感器，实时监测是否存在漏点，防止因液冷外漏破坏感应式充电模组，影响充电模组；(2)散热设备内置内水箱，外设外水箱，内水箱铺设在沥青路面下方，外水箱铺设在沥青路面外部，设备主要以闭合循环进行工作。考虑到液体工作时的蒸发情况可能会存在液冷不足的现象，因此在内水箱安置液位指示器，当内水箱液冷不足时可以及时向外反馈，外水箱自动向内水箱及时补液；(3)在液冷板上安置温度传感器，实时监测液冷板吸热散热情况，其示意图如图5所示。

第五层是感应放电层，感应式充电模组是感应式充电路面的核心部分，其内部发电装置主要包含3个部分：(1)电源，经整流器调节后提供直流输出电压；(2)转换器，用以提供高频输出电流，可通过补偿电容实现震荡谐振，从而减少转换器的能量损耗；(3)磁场发射装置，导电线圈、铁氧体磁芯和底板等组成。因高频磁场会带来温度提升，在感应式充电模组上铺设温度传感器，研究因高频磁场所带来的温度变化对路面温度和能量传输效率的影响，其示意图如图6所示。

第六层是液冷吸热下层，散热设备主要由下层液冷板、内水箱、水泵、冷热交换器通过闭环方式组成，同时外接外水箱。下层液冷板铺设在感应式充电模组下方，因电磁场具有方向性故铺设在下方的散热设备对充电模块的能量传输无影响，并且能够优化路面结构内部温度分布不均的问题。设备在选材方面可选择散热效果好的金属材料。在液冷板上方安置温度传感器，分析散热设备对感应式充电模组的吸热散热情况。在管道周围铺设漏液传感器实时监测是否有漏点。在内水箱和外水箱放置液位指示器，监测液冷液位状态，以便在液冷不足的情况下及时对内水箱进行注液，其示意图如图7所示。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。