CN104485723A - 电动汽车无线充电装置定位系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电动汽车无线充电装置定位系统，在该系统中，当电动汽车停靠在安装有无线充电发射主机的固定停车位时，可先通过车辆端的近场通信模块与非车辆端无线充电发射主机的近场通信识读模块建立通信连接以唤醒无线充电发射主机，唤醒成功后，非车辆端的充电发射线圈发射磁脉冲信号，车辆端的霍尔器件接收该磁脉冲信号，对充电发射线圈进行定位，从而达到检测非车辆端的充电发射线圈与车辆端的充电接收线圈是否准确对准的目的：在充电发射线圈与充电接收线圈未正确对准的情况下，车辆使用者可根据提示信号操控电动汽车使充电发射线圈与充电接收线圈实现对准，从而保障了电动汽车无线充电的效率，提高了电能的利用率。

Description

电动汽车无线充电装置定位系统

技术领域

本申请涉及电动汽车无线充电领域，尤其涉及一种电动汽车无线充电装置定位系统。

背景技术

随着地球石油资源的逐渐枯竭，以及地球环境污染的加剧，汽车作为主要污染源之一，在给人们生活带来方便的同时，其对环境的污染也不容忽视。为了减少汽车对环境的污染，电动汽车以其绿色环保在人们生活中的应用越来越广泛，电动汽车的推广对解决能源问题和环境问题具有很大的帮助。

采用无线充电的方式对电动汽车进行充电，对电动汽车的推广具有重要意义。在采用无线充电的方式对电动汽车进行充电，需要在停车位的无线充电发射主机端设有充电发射线圈，在车辆端设有充电接收线圈。无线充电发射主机的充电发射线圈一般设置在电动汽车的固定停车位上，车辆端的充电接收线圈一般设置在电动汽车的底盘下方，该充电发射线圈与充电接收线圈对准的好坏，直接关系到电动汽车无线充电的效率，因此，解决电动汽车充电发射线圈和充电接收线圈的对准问题，是关系到电动汽车无线充电推广应用的关键。

发明内容

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U＝K·I·B/d，其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片的厚度。霍尔器件就属于这种有源磁电转换器件，霍尔器件是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号。

如图1所示，当有磁体靠近霍尔器件时，霍尔器件接收到的磁感应强度为B，由于霍尔器件只对垂直于霍尔器件的表面的磁感应强度敏感，对于垂直于霍尔器件的表面的磁感应强度B，霍尔器件输出电信号与磁感应强度B成正比，若不垂直，则应求出磁感应强度B的垂直分量来计算被测磁场的磁感应强度值，因此，在磁感应强度B与霍尔器件不垂直的情况下，霍尔器件输出的电信号小于在磁感应强度B与霍尔器件垂直的情况下霍尔器件输出的电信号。本申请中霍尔器件结构示意图如图2所示，它由稳压电路、差动放大器和线性放大器组成，如图2所示，其输出电压和施加在霍尔器件上的磁感应强度B称比例。霍尔器件具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。利用上述原理，本申请提供一种电动汽车无线充电装置定位系统，在该定位系统中，采用霍尔器件对充电发射线圈进行定位。

本申请提供一种电动汽车无线充电装置定位系统，该一种电动汽车无线充电装置定位系统的车辆端包括第一微控制器、第一机械结构、近场通信模块、充电接收线圈和霍尔器件；霍尔器件在充电接收线圈两侧对称排列；第一机械结构、霍尔器件和充电接收线圈分别与第一微控制器电连接；近场通信模块与第一机械结构连接，第一机械结构用于在第一微控制器的控制下带动近场通信模块运动；该一种电动汽车无线充电装置定位系统的无线充电发射主机包括近场通信识读模块、第二微控制器和充电发射线圈；近场通信识读模块和充电发射线圈分别与第二微控制器电连接；第二微控制器接收到表征近场通信模块与近场通信识读模块通信成功的信号后，控制充电发射线圈发射磁脉冲信号；霍尔器件根据充电发射线圈发射的磁脉冲信号强度输出电信号；第一微控制器接收霍尔器件输出的电信号，并分别对两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号进行比较，根据比较结果确定充电发射线圈与充电接收线圈的偏移方向，并根据偏移方向输出提示信号。

上述根据比较结果确定充电发射线圈与充电接收线圈的偏移方向，并根据偏移方向输出提示信号，具体为：若充电接收线圈左侧的霍尔器件输出的电信号均大于充电接收线圈右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示充电接收线圈向左移动的提示信号；若充电接收线圈左侧霍尔器件输出的电信号均小于充电接收线圈右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示充电接收线圈向右移动的提示信号；若充电接收线圈左侧霍尔器件输出的电信号等于充电接收线圈右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示充电发射线圈与充电接收线圈对准成功的提示信号。

上述第一微控制器接收霍尔器件输出的电信号，并分别对两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号进行比较，根据比较结果确定充电发射线圈与充电接收线圈的偏移方向，还包括：第一微控制器对霍尔器件输出电信号进行排序，根据排序结果确定充电发射线圈的位置，并根据充电发射线圈的位置，以及霍尔器件与充电接收线圈之间的位置关系确定充电发射线圈与充电接收线圈的偏移距离，并根据偏移方向和偏移距离输出提示信号。

上述第一微控制器根据排序结果确定充电发射线圈的位置，具体为：第一微控制器根据排序结果确定输出电信号数值最大霍尔器件位置，根据霍尔器件的位置确定充电发射线圈的位置。

上述根据偏移方向和偏移距离输出提示信号，具体为：若偏移距离符合预设协议，则不输出提示信号，或输出表征对准成功的提示信号；若偏移距离不符合预设协议，则输出提示信号。

上述第一微控制器根据偏移方向和偏移距离输出提示信号，具体为：若充电发射线圈在充电接收线圈左侧的霍尔器件下方，则输出提示充电接收线圈向左移动该偏移距离的提示信号；若充电发射线圈在充电接收线圈右侧的霍尔器件下方，则输出提示充电接收线圈向右移动该偏移距离的提示信号。第一微控制器根据偏移方向输出提示信号或第一微控制器根据偏移距离输出提示信号可以采用图像显示，视频显示或语音提醒的方式输出提示信号。

本申请的有益效果是：本申请提供一种电动汽车无线充电装置定位系统，在该系统中，当电动汽车停靠在可进行无线充电的固定停车位时，可先通过近场通信模块与进场通信识读模块建立通信连接，在通信连接成功后，无线充电发射主机的充电发射线圈发射磁脉冲信号，车辆端的霍尔器件接收该磁脉冲信号，对充电发射线圈进行定位，从而达到检测充电发射线圈与充电接收线圈是否准确对准的目的；在充电发射线圈与充电接收线圈未正确对准的情况下，车辆使用者可根据提示信号操控电动汽车使充电发射线圈与充电接收线圈实现对准，从而保障了电动汽车无线充电的效率，提高了电能的利用率。

附图说明

图1为霍尔器件原理示意图；

图2为本申请霍尔器件结构示意图；

图3为本申请实施例方向示意图；

图4为本申请实施例结构框图；

图5为本申请实施例对准状态位置示意图；

图6为本申请实施例偏稳状态位置示意图。

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。

本申请中，电动汽车包括纯电动车辆，或电油混合、电气混合等新能源混合动力车辆。

在停车场的固定停车位上一般均设有限位桩，车主在将车辆停进停车位时，一般均使电动汽车的轮子停靠在限位桩上，因此在实际对电动汽车进行无线充电过程中，无线充电发射主机的充电发射线圈22与车辆端充电接收线圈13仅涉及在左右方向上的对准问题，不涉及前后方向上的对准问题。在本申请中，如图3所示，图3为本申请实施例方向示意图，上述左右方向为与停车位的限位桩平行的方向，上述前后方向为与电动车辆的底盘平行，且与停车位的限位桩垂直的方向。因此，在本申请中，一种电动汽车无线充电装置定位系统的车辆端的霍尔器件在充电接收线圈13左右两侧排列。

本申请提供一种电动汽车无线充电装置定位系统，如图4所示，图4为本申请实施例结构框图。其中一种电动汽车无线充电装置定位系统的车辆端包括第一微控制器10、第一机械结构11、近场通信模块12、充电接收线圈13和霍尔器件；一种电动汽车无线充电装置定位系统的无线充电发射主机包括近场通信识读模块21、第二微控制器20和充电发射线圈22。

霍尔器件可利用霍尔效应，检测所在位置的磁场强度，并根据该磁场强度输出电信号。霍尔器件输出的电信号大小与磁场强度大小成正比，即霍尔器件检测到的磁场强度越强，其输出的电信号数值越大。因此在一种电动汽车无线充电对准系统的车辆端充电接收线圈13左右两侧设置霍尔器件，两侧的霍尔开关相互对称，用来检测所在位置磁感应强度。

尤其地，霍尔器件在充电接收线圈13两侧排列数量相等，且对称位置的霍尔器件与充电接收线圈13之间的距离相等。容易理解的是，采用的霍尔器件数量越多，则霍尔器件对充电发射线圈22所在位置的检测越精确。如图5所示，图5中给出了在充电接收线圈13两侧各设三个霍尔器件的实施例，将该充电接收线圈13左侧的三个霍尔器件分别命名为L1、L2和L3，将该充电接收线圈13右侧的三个霍尔器件分别命名为R1、R2和R3，则R1为L1对称位置的霍尔器件，R2为L2对称位置的霍尔器件，R3为L3对称位置的霍尔器件；霍尔器件L1与充电接收线圈13的距离为d1，霍尔器件L2与充电接收线圈13的距离为d2，霍尔器件L3与充电接收线圈13的距离为d3，霍尔器件R1与充电接收线圈13的距离为D1，霍尔器件R2与充电接收线圈13的距离为D2，霍尔器件R3与充电接收线圈13的距离为D3，d1等于D1，d2等于D2，d3等于D3，即对称位置的霍尔器件与充电接收线圈13之间的距离相等。

在本实施例中，第一机械结构11、霍尔器件和充电接收线圈13分别与第一微控制器10电连接；本申请中，霍尔器件采用型号为UGN3501的线性霍尔集成电路实现。UGN3501是将稳压电路、差动放大器和线性放大器集成在一个芯片上的线性霍尔集成电路，其输出电信号与磁感应强度B成比例。霍尔器件的输出管脚与第一微控制器10的模拟信号输入管脚连接，第一微控制器10接收霍尔器件输出的电信号。上述第一微控制器10可以为单片机、DSP或FPGA等具有控制功能集成电路芯片或分立电路模块。

近场通信模块12与第一机械结构11连接，第一机械结构11用于在第一微控制器10的控制下带动近场通信模块12运动，使进场通信模块与进场通信识读模块进行通信。

近场通信识读模块21和充电发射线圈22分别与第二微控制器20电连接；第二微控制器20接收到表征近场通信模块12与近场通信识读模块21通信成功的信号后，控制充电发射线圈22发射磁脉冲信号；霍尔器件根据充电发射线圈22发射的磁脉冲信号强度输出电信号；霍尔器件输出的电信号通过第一微控制器10的模拟信号输入管脚传达到第一微控制器10，第一微控制器10接收霍尔器件输出的电信号，并分别对两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号进行比较，根据比较结果确定充电发射线圈22与充电接收线圈13的偏移方向，并根据偏移方向输出提示信号。上述第一微控制器10分别对两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号进行比较，具体为：第一微控制器10分别对L1和R1输出的电信号进行比较，对L2和R2输出的电信号进行比较，对L3和R3输出的电信号进行比较。图5给出了本申请实施例对准状态位置示意图，如图5所示，当充电发射线圈22与充电接收线圈13准确对准时，充电接收线圈13两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号应相等，即L1与R1输出的电信号相等、L2与R2输出的电信号相等、L3与R3输出的电信号相等。若充电发射线圈22与充电接收线圈13未准确对准，则充电接收线圈13两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号应不相等，即L1与R1输出的电信号不相等、L2与R2输出的电信号不相等、L3与R3输出的电信号不相等；图6给出了本申请实施例偏稳状态位置示意图，在该偏稳状态中，充电发射线圈22与充电接收线圈13未准确对准。如图6所示，在充电发射线圈22与充电接收线圈13未准确对准的情况下，充电发射线圈22所在的一侧的霍尔器件输出的电信号均大于另一侧霍尔器件输出的电信号。若充电接收线圈13左侧的霍尔器件输出的电信号均大于充电接收线圈13右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则意味着充电发射线圈22所在位置处于充电接收线圈13左侧的霍尔器件下方；若充电接收线圈13左侧霍尔器件输出的电信号均小于充电接收线圈13右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则意味着充电发射线圈22所在位置处于充电接收线圈13右侧的霍尔器件下方。

第一微控制器10根据偏移方向输出提示信号，具体为：若充电接收线圈13左侧的霍尔器件输出的电信号均大于充电接收线圈13右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示充电接收线圈13向左移动的提示信号；若充电接收线圈13左侧霍尔器件输出的电信号均小于充电接收线圈13右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示充电接收线圈13向右移动的提示信号；若充电接收线圈13左侧霍尔器件输出的电信号等于充电接收线圈13右侧对称位置的霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示充电发射线圈22与充电接收线圈13对准成功的提示信号。

上述第一微控制器10接收霍尔器件输出的电信号，并分别对两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号进行比较，根据比较结果确定充电发射线圈22与充电接收线圈13的偏移方向，还包括：第一微控制器10对霍尔器件输出电信号进行排序，根据排序结果确定充电发射线圈22的位置，并根据充电发射线圈22的位置，以及霍尔器件与充电接收线圈13之间的位置关系确定充电发射线圈22与充电接收线圈13的偏移距离，并根据偏移方向和偏移距离输出提示信号。

在充电发射线圈22与充电接收线圈13未准确对准的情况下，与充电发射线圈22距离最近的霍尔器件输出的电信号最大，因此可根据霍尔器件输出电信号的排序结果确定充电接收线圈13的位置。无线充电发射主机的充电发射线圈22一般设置于停车位左右方向上的中部位置，受停车位的面积限制，因此电动汽车的车主将电动汽车停在可进行无线充电的停车位上时，充电发射线圈22与充电接收线圈13的偏移距离不会太远，上述第一微控制器10对霍尔器件输出电信号进行排序，最大值一般为距离充电接收线圈13左侧最近的霍尔器件输出的电信号，或距离充电接收线圈13右侧最近的霍尔器件输出的电信号。

第一微控制器10根据排序结果确定充电发射线圈22的位置，具体为：第一微控制器10根据排序结果确定输出电信号数值最大的霍尔器件位置，根据霍尔器件的位置确定充电发射线圈22的位置。图6给出了充电发射线圈22与霍尔器件L1距离最近的示例，在此情况下，霍尔器件L1输出的电信号最大，霍尔器件L2输出电信号数值次之，霍尔器件L3输出电信号数值最小，因此可以确定此时充电发射线圈22距离霍尔器件L1距离最近，霍尔器件L1与充电接收线圈13的距离为d1，由此可判断充电发射线圈22与充电接收线圈13的偏移距离为d1。

上述根据偏移方向和偏移距离输出提示信号，具体为：若偏移距离符合预设协议，则不输出提示信号，或输出表征对准成功的提示信号；若偏移距离不符合预设协议，则输出提示信号。在通常情况下，充电发射线圈22与充电接收线圈13难以实现100％精确对准，往往会存在偏差。上述预设协议根据充电发射线圈22与充电接收线圈13未完全对准时的理论分析和实验数据，确定对电动汽车无线充电效率影响较小的偏移距离。当偏移距离在此预设协议内，不输出提示信号，或输出表征对准成功的提示信号；若偏移距离不符合预设协议，则输出提示信号。根据理论分析及实验验证，当偏移距离为十公分时，电动汽车的无线充电效率下降约为2％，此时可不输出提示信号，正常进行无线充电。因此，可设置当偏移距离小于或等于预设协议时，符合预设协议，当偏移距离大于预设协议时，不符合预设协议。

第一微控制器10根据偏移方向和偏移距离输出提示信号，具体为：若充电发射线圈22在充电接收线圈13左侧的霍尔器件下方，则输出提示充电接收线圈13向左移动该偏移距离的提示信号；若充电发射线圈22在充电接收线圈13右侧的霍尔器件下方，则输出提示充电接收线圈13向右移动该偏移距离的提示信号。

上述第一微控制器10根据偏移方向输出提示信号或第一微控制器10根据偏移距离输出提示信号可以采用图像显示，视频显示或语音提醒的方式输出提示信号。当电动车主收到该提示信号后，可以根据提示信息的内容对电动汽车进行操控，使其实现对准。

综上所述，本申请的有益效果是：本申请提供一种电动汽车无线充电装置定位系统，在该系统中，当电动汽车停靠在可进行无线充电的固定停车位时，可先通过近场通信模块12与进场通信识读模块建立通信连接以唤醒充电装置的充电主机，唤醒成功后，无线充电发射主机的充电发射线圈22发射磁脉冲信号，车辆端的霍尔器件接收该磁脉冲信号，对充电发射线圈22进行定位，从而达到检测充电发射线圈22与充电接收线圈13是否准确对准的目的；在充电发射线圈22与充电接收线圈13未正确对准的情况下，车辆使用者可根据提示信号操控电动汽车使充电发射线圈22与充电接收线圈13实现对准，从而保障了电动汽车无线充电的效率，提高了电能的利用率。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，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。

Claims (9)

1.一种电动汽车无线充电装置定位系统，其特征在于：

一种电动汽车无线充电装置定位系统的车辆端包括第一微控制器、第一机械结构、近场通信模块、充电接收线圈和霍尔器件；所述霍尔器件在所述充电接收线圈两侧对称排列；

所述第一机械结构、所述霍尔器件和所述充电接收线圈分别与所述第一微控制器电连接；

所述近场通信模块与所述第一机械结构连接，所述第一机械结构用于在所述第一微控制器的控制下带动所述近场通信模块运动；

一种电动汽车无线充电装置定位系统非车辆端的无线充电发射主机包括近场通信识读模块、第二微控制器和充电发射线圈；

所述近场通信识读模块和所述充电发射线圈分别与所述第二微控制器电连接；

所述第二微控制器接收到表征所述近场通信模块与所述近场通信识读模块通信成功的信号后，控制所述充电发射线圈发射磁脉冲信号；

所述霍尔器件根据所述充电发射线圈发射的磁脉冲信号强度输出电信号；

所述第一微控制器接收所述霍尔器件输出的电信号，并分别对两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号进行比较，根据此较结果确定所述充电发射线圈与所述充电接收线圈的偏移方向，并根据所述偏移方向输出提示信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述根据比较结果确定所述充电发射线圈与所述充电接收线圈的偏移方向，并根据所述偏移方向输出提示信号，具体为：

若所述充电接收线圈左侧的所述霍尔器件输出的电信号均大于所述充电接收线圈右侧对称位置的所述霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示所述充电接收线圈向左移动的提示信号；

若所述充电接收线圈左侧的所述霍尔器件输出的电信号均小于所述充电接收线圈右侧对称位置的所述霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示所述充电接收线圈向右移动的提示信号；

若所述充电接收线圈左侧的所述霍尔器件输出的电信号等于所述充电接收线圈右侧对称位置的所述霍尔器件输出的电信号，则输出表征指示所述充电发射线圈与所述充电接收线圈对准成功的提示信号。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述第一微控制器接收所述霍尔器件输出的电信号，并分别对两侧对称位置的霍尔器件输出的电信号进行比较，根据此较结果确定所述充电发射线圈与所述充电接收线圈的偏移方向，还包括：

所述第一微控制器对所述霍尔器件输出电信号进行排序，根据排序结果确定所述充电发射线圈的位置，并根据所述充电发射线圈的位置，以及所述霍尔器件与所述充电接收线圈之间的位置关系确定所述充电发射线圈与所述充电接收线圈的偏移距离，并根据所述偏移方向和所述偏移距离输出提示信号。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述第一微控制器根据排序结果确定所述充电发射线圈的位置，具体为：

所述第一微控制器根据排序结果确定输出电信号数值最大所述霍尔器件位置，根据所述霍尔器件的位置确定所述充电发射线圈的位置。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述根据偏移方向和偏移距离输出提示信号，具体为：

若所述偏移距离符合预设协议，则不输出提示信号，或输出表征对准成功的提示信号；

若所述偏移距离不符合预设协议，则输出提示信号。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于：

所述第一微控制器根据所述偏移方向和所述偏移距离输出提示信号，具体为：

若所述充电发射线圈在所述充电接收线圈左侧的所述霍尔器件下方，则输出提示所述充电接收线圈向左移动该偏移距离的提示信号；

若所述充电发射线圈在所述充电接收线圈右侧的所述霍尔器件下方，则输出提示所述充电接收线圈向右移动该偏移距离的提示信号。

7.如权利要求1或3所述的系统，其特征在于：

所述第一微控制器根据偏移方向输出提示信号，或所述第一微控制器根据所述偏移方向和所述偏移距离输出提示信号采用图像显示，视频显示或语音提醒的方式输出提示信号。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述霍尔器件采用型号为UGN3501的线性霍尔集成电路实现。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述充电接收线圈两侧的霍尔器件数量相等，且对称位置的所述霍尔器件与所述充电接收线圈的距离相等。