CN107696884A - 用于电动车辆的无线充电控制设备与方法及无线充电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电动车辆的无线充电控制设备与方法及无线充电设备。一种无线充电控制设备可包括：至少一个水平检测器，被配置用于检测电动车辆(EV)的倾斜度；悬架控制装置，控制设置在EV的车轮附近的多个悬架，以调整EV的高度或倾斜度；以及控制器，基于从至少一个水平传感器收集的数据测量EV的倾斜度，基于EV的测量倾斜度估计接收焊盘的倾斜度，并且当接收焊盘的倾斜度等于或大于预定阈值时，控制悬架控制装置，以调整EV的倾斜度。

Description

用于电动车辆的无线充电控制设备与方法及无线充电设备
相关申请的交叉引用
本申请要求保护于2016年8月8日提交的韩国专利申请第10-2016-0100867号和于2017年6月27日提交的韩国专利申请第10-2017-0081346号的优先权，出于所有之目的通过引用将其全部内容结合在此。
技术领域
本发明涉及一种无线充电控制方法、无线充电控制设备、以及使用其的电动车辆的无线充电设备，更具体地，涉及使用传输焊盘与接收焊盘之间的对准的无线充电控制设备和方法、以及使用其的无线充电设备。
背景技术
基本上可以将电动车辆(EV)充电系统定义为通过使用储能设备的电力或商用电源的电网对安装在EV上的高压电池进行充电的系统。这样的EV充电系统可以根据EV的类型而具有各种形式。例如，可将EV充电系统划分为使用充电线缆的导电式充电类型和非接触式无线电力传输(WPT)类型(也被称为‘非导电式充电类型’)。
在使用WPT系统的感应充电的情况下，当需要对安装在EV上的高压电池进行充电时，EV可以移动至位于充电站或能够进行EV充电的充电点中的接地组件(GA)。
当对EV进行充电时，安装在EV上的车辆组件(VA)(即，VA中的接收焊盘)与位于充电站或充电点中的GA的传输焊盘进行感应共振耦合并且使用通过感应共振耦合从GA传输的电力对EV中的电池进行充电。
另一方面，安装在EV上的接收焊盘应与安装在地面上的传输焊盘对准，以提高或确保无线电力传输的效率。即，如果未适当地执行接收焊盘与传输焊盘之间的对准，无线充电效率会降低。在常规的无线充电系统中，在电力传输之前，在焊盘对准过程中，仅能够在水平轴或竖直轴上移动一个或两个焊盘。出于此原因，当将EV中的接收焊盘倾斜至一侧时，尽管看似在平坦表面上对准，然而，侧面上接收焊盘的高度不均匀，从而致使无线充电效率降低。
如上所述，在用于EV的无线电力传输中，因为充电效率根据传输焊盘与接收焊盘之间的对准误差而极大地改变，所以即使传输焊盘与接收焊盘相对于彼此倾斜，也要求传输焊盘与接收焊盘之间的精确对准。
发明部分的该背景中公开的信息仅用于增强对发明的整个背景的理解并且不应被视为该信息形成对本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的建议。
发明内容
本发明的各个方面涉及提供一种用于使相对于彼此倾斜的传输焊盘与接收焊盘对准的无线充电控制设备。
本发明的实施方式还提供一种用于使相对于彼此倾斜的传输焊盘与接收焊盘对准的无线充电控制方法。
本发明的实施方式还提供一种使用无线充电控制设备及方法的电动车辆的无线充电设备。
根据本发明的实施方式，一种无线充电控制设备可以包括：至少一个水平检测器，被配置用于检测电动车辆(EV)的倾斜度；悬架控制装置，控制设置在EV的车轮附近的多个悬架，以调整EV的高度或倾斜度；以及控制器，基于从至少一个水平传感器收集的数据测量EV的倾斜度，基于EV的所测量的倾斜度估计接收焊盘的倾斜度，并且当接收焊盘的倾斜度等于或大于阈值时，控制悬架控制装置，以调整EV的倾斜度。
当接收焊盘的倾斜度等于或大于阈值时，控制器可以控制悬架控制装置使得接收焊盘与接地组件(GA)中的用于无线充电的传输焊盘平行。
控制器可以将调整接收焊盘的倾斜度之前测量的第一单位电荷量与调整接收焊盘的倾斜度之后测量的第二单位电荷量进行比较，并且当第二单位电荷量超过第一单位电荷量时，维持接收焊盘的调整后的倾斜度。
当第二单位电荷量等于或小于第一单位电荷量时，控制器可以控制悬架控制装置使得EV的倾斜度恢复至调整接收焊盘的倾斜度之前的先前倾斜度。
至少一个水平检测器可以包括在安装在EV上的惯性测量单元(IMU)中。
至少一个水平检测器可以包括三轴G传感器、俯仰传感器、滚动传感器、偏航传感器、倾斜度传感器、以及加速度传感器中的至少一种。
悬架控制装置可以控制多个悬架，多个悬架中的每个均包括弹簧、气压或液压致动器、连杆、以及减震器中的至少一个。
此外，根据本发明的实施方式，一种电动车辆(EV)无线充电设备可以包括：接收焊盘，从接地组件(GA)中的传输焊盘接收电力；至少一个水平检测器，被配置用于检测EV的倾斜度；悬架控制装置，控制设置在EV的车轮附近的多个悬架，以调整EV的高度或倾斜度；以及控制器，基于从至少一个水平传感器收集的数据测量EV的倾斜度，基于EV的所测量的倾斜度估计接收焊盘的倾斜度，并且当接收焊盘的倾斜度等于或大于阈值时，控制悬架控制装置使得接收焊盘与传输焊盘平行。
控制器可以将调整接收焊盘的倾斜度之前测量的第一单位电荷量与调整接收焊盘的倾斜度之后测量的第二单位电荷量进行比较，并且当第二单位电荷量超过第一单位电荷量时，维持接收焊盘的调整后的倾斜度。
当第二单位电荷量等于或小于第一单位电荷量时，控制器可以控制悬架控制装置使得EV的倾斜度恢复至调整接收焊盘的倾斜度之前的先前倾斜度。
至少一个水平检测器可以包括在安装在EV上的惯性测量单元(IMU)中。
至少一个水平检测器可以包括三轴G传感器、俯仰传感器、滚动传感器、偏航传感器、倾斜度传感器、以及加速度传感器中的至少一种。
悬架控制装置可以控制多个悬架，该多个悬架中的每个均包括弹簧、气压或液压致动器、连杆、以及减震器中的至少一个。
此外，根据本发明的实施方式，一种无线充电控制方法可以包括：使用通过至少一个水平传感器收集的数据测量电动车辆(EV)的倾斜度；基于EV的所测量的倾斜度估计接收焊盘的倾斜度；并且当接收焊盘的倾斜度等于或大于阈值时，控制EV的至少一个悬架，以调整接收焊盘的倾斜度。
控制EV的至少一个悬架包括：确定第一单位电荷量，第一单位电荷量是调整接收焊盘的倾斜度之前在第一预定设单位时间内所充的能量；确定第二单位电荷量，第二单位电荷量是调整接收焊盘的倾斜度之后在第二预定单位时间内所充的能量；将第一单位电荷量与第二单位电荷量进行比较；并且当第二单位电荷量超过第一单位电荷量时，维持接收焊盘的调整后的倾斜度。
第一预定单位时间可以等于第二预定单位时间。
控制EV的至少一个悬架可以进一步包括控制EV的至少一个悬架，以使得EV的倾斜度恢复至调整接收焊盘的倾斜度之前的EV的先前倾斜度。
至少一个水平检测器可以包括在安装在EV上的惯性测量设备(IMU)中。
EV的倾斜度可以是EV的底面与地面之间的夹角。
至少一个水平检测器可以包括三轴G传感器、俯仰传感器、滚动传感器、偏航传感器、倾斜度传感器、以及加速度传感器中的至少一种。
使用上述根据本发明的实施方式的无线充电控制方法，即使传输焊盘与接收焊盘相对于彼此倾斜，通过使用EV自身的功能(即，主动悬架控制功能)也能够使得安装在EV上的接收焊盘与地上的传输焊盘有效对准。
此外，通过传输焊盘与接收焊盘之间的精确对准，能够提高无线充电效率，并且由此能够缩短无线充电所需的时间。
此外，能够使无线充电焊盘有效地对准而不使用额外硬件配置。即，使用安装在EV上的惯性测量单元(IMU)和悬架控制装置能够执行无线充电控制方法。
此外，在传输焊盘周围的各种环境条件下，通过电子控制装置、悬架控制装置、无线充电系统的控制器(例如，VA控制器)等的协作能够有效地执行传输焊盘与接收焊盘之间的对准。
本发明的方法及设备具有所附附图和以下具体描述中显而易见或在所附附图和以下具体描述中更为详细阐述的其他特征和优点，所附附图被结合在本文中，并且与以下描述一起用于对本发明的特定原理进行说明。
附图说明
图1是示出应用本发明的示例性实施方式的无线电力传输(WPT)的构思的概念图；
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的无线电力传输电路的概念图；
图3是用于说明根据本发明的示例性实施方式的EV无线电力传输中的对准的构思的概念图；
图4是用于说明常规无线充电系统中的焊盘对准的问题的概念图；
图5是用于说明根据本发明的示例性实施方式的无线充电焊盘对准方法的概念图；
图6是用于说明根据本发明的示例性实施方式的无线充电焊盘对准方法的流程图；以及
图7是示出根据本发明的示例性实施方式的无线充电控制设备的框图。
应当理解的是，所附附图不一定按比例绘制，从一定程度上展示了示出本发明的基本原理的各种特征的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征(例如，包括具体尺寸、方位、位置、以及形状)将由特定的预期应用和使用环境部分地确定。
在图中，贯穿附图中的若干幅图，参考标号指本发明中相同或等同的部件。
具体实施方式
现将详细参考本发明的各种实施方式，本发明的实施方式的实例在附图中示出并在下文中描述。尽管将结合示例性实施方式对本发明进一步描述，然而，应当理解的是，本描述并不旨在将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施方式，而且还覆盖由所附权利要求限定的发明的实质和范围内包括的各种替代、变形、等同物、以及其他实施方式。
应当理解的是，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”等描述各个部件，然而，这些部件不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，可以将第一部件指定为第二部件，并且相似地，可以将第二部件指定为第一部件。术语“和/或”包括相关联列出项中的一项的任何及所有组合。
应当理解的是，当部件被称为“连接至”另一部件时，其可以直接或间接地连接至另一部件。即，例如，可以存在中间部件。相反，当部件被称为“直接连接至”另一部件时，应当理解为不存在中间部件。
本文中使用的术语仅用于描述实施方式，而非限制本发明。除非上下文另有限定，否则，单数表达形式包括复数表达形式。在本说明书中，术语“包括”或“具有”被用于指定说明书中公开存在的特征、数目、步骤、操作、元件、部件、或其组合，而非排除存在或添加一个或多个其他特征、数目、步骤、操作、元件、部件、或其组合的可能性。
除非另有限定，否则，包括技术和科技术语的所有术语具有本领域普通技术人员通常理解的相同含义。应当理解的是，除非本说明书中另有明确限定，否则，一般使用的词典中限定的术语被解释为包括与相关技术的上下文含义一致的含义，而非被解释为理想化或过度形式的含义。
本发明的示例性实施方式中所使用的术语定义如下。
“电动车辆EV”：如49CFR 523.3中定义的汽车，旨在用于高速公路用途、由从包括电池的车载储能设备汲取电流的电动机供电，储能设备从包括住宅或公共电服务的非车载能源(off-vehicle source)或车载燃料动力发电机进行再充电。EV可以是主要针对公路、道路的使用而制造的四轮或多轮车辆。
EV可以被称为电动汽车、电动汽车、电动道路车辆(ERV)、插入式车辆(PV)、插入式车辆(xEV)等，并且xEV可被划分为插入式全电动车辆(BEV)、电池电动车辆、插入式电动车辆(PEV)、混合电动车辆(HEV)、混合插入式电动车辆(HPEV)、插入式混合电动车辆(PHEV)等。
“插入式电动车辆PEV”：通过连接至电网对车载初级电池(primary battery)进行再充电的电动车辆。
“插入式车辆PV”：通过无线充电(而不使用物理插头或物理插座)从电动车辆供应装备(EVSE)可再充电的电动车辆。
“重型车辆；H.D.车辆”：如49CFR 523.6或49CFR 37.3中定义的任何四轮或多轮车辆(公共汽车)。
“轻型插入式电动车辆”：主要用于公路、道路、高速公路并且额定总车重量小于4545kg，通过从可再充电的储存电池或其他能量装置汲取电流的电动机驱使的三轮或四轮车辆。
“无线电力充电系统WCS”：用于GA与VA之间的无线电力传输和控制(包括对准和通信)的系统。本系统通过两部分松弛地耦合的变压器将来自供电网络的能量电磁地传输至电动车辆。
“无线电力传输WPT”：通过非接触式方式将电力从AC供应网络传输至电动车辆。
“公共设施(utility)”：供应电能并且包括用户信息系统(CIS)、高级测量基础设施(AMI)、利率和收入系统等的一组系统。公共设施可以通过利率表格和离散事件向EV提供能量。此外，公共设施可以提供与EV的认证、功耗测量的间隔、以及价目表有关的信息。
“智能充电”：是其中EVSE和/或PEV与电网通信，以通过反映电网的容量或使用费用而优化充电比与放电比的系统。
“自动充电”：是其中在车辆定位于对应于能够传输电力的初级充电器组件的适当位置之后，自动执行感应式充电的程序。在获得必要的认证和授权之后，可以执行自动充电。
“互操作性”：是其中具有系统对应部件的系统网络中的部件执行系统目的操作的状态。此外，信息互操作性可指在不给用户带来不方便的情况下两个或多个网络、系统、设备、应用、或部件能够有效共享并且易于使用信息的能力。
“感应式充电系统”：通过两部分间隔开的铁芯变压器将能量从电源传输至EV的系统，其中，变压器的两部分，初级线圈和次级线圈彼此物理分离。在本发明的示例性实施方式中，感应式充电系统可以对应于EV电力传输系统。
“感应式耦合器”：由GA线圈中的线圈与VA线圈中的线圈形成、允许利用电气隔离传输电力的变压器。
“感应耦合”：两个线圈之间的磁耦合。在本发明的示例性实施方式中，为GA线圈与VA线圈之间的耦合。
“接地组件GA”：包括GA线圈、电力/频率转换装置和GA控制器、以及电网与各个装置、滤波电路、外壳等之间的布线(用作无线电力充电系统的电源所需的)的基础设施侧上的组件。GA可以包括GA与VA之间通信所需的通信元件。
“车辆组件VA”：包括VA线圈、整流器/电力转换装置与VA控制器、以及到车辆电池及各个装置、滤波电路、外壳等之间的布线(用作无线电力充电系统的车辆部分所需的)的车辆上的组件。VA可以包括VA与GA之间通信所必须的通信元件。
GA可被称为初级装置(PD)，并且VA可被称为次级装置(SD)。
“初级装置”：提供与次级装置的非接触式耦合的装置。即，初级装置可以是位于EV的外部的装置。当EV接收电力时，初级装置可用作被传输的电力的源。初级装置可以包括外壳和全部盖体。
“次级装置”：安装在EV上、提供与初级装置的非接触式耦合的装置。即，次级装置可以设置在EV中。当EV接收电力时，次级装置可以将电力从初级装置传输至EV。次级装置可以包括外壳和全部盖体。
“GA控制器”：基于来自车辆的信息将输出电力水平调节至GA线圈的GA的一部分。
“VA控制器”：在充电过程中监控具体车载参数并且发起与GA的通信、以控制输出电力水平的VA的一部分。
GA控制器可被称为初级装置通信控制器(PDCC)，并且VA控制器可被称为电动车辆通信控制器(EVCC)。
“磁隙”：对准时GA线圈中的李兹线顶部较高平面或磁性材料的顶部至VA线圈中的李兹线底部较低平面或磁性材料的垂直距离。
“周围环境温度”：在所考虑的子系统处测量的、而非直接太阳光下的空气的地面温度。
“车辆离地间隙”：地面与车辆底盘的最低部分之间的垂直距离。
“车辆磁性离地间隙”：安装在车辆上的VA线圈中的李兹线或磁性材料的底部的较低平面至地面的垂直距离。
“VA线圈磁性表面距离”：安装时最近磁性或导电部件表面至VA线圈的较低外部表面的距离。本距离包括任何保护层和VA线圈封壳中封装的额外项。
VA线圈可被称为次级线圈、车辆线圈、或接收线圈。相似地，GA线圈可被称为初级线圈或传输线圈。
“暴露的导电部件”：可以触摸并且不能正常通电、但如果出现故障则变得能够通电的电气装备(例如，电动车辆)中的导电部件。
“有害的带电部件”：在特定条件下能够产生有害电击的带电部件(livecomponent)。
“带电部件(live component)”：旨在在正常使用中以电方式通电的任何导电体或导电部件。
“直接接触”：人与带电部件的接触。(参见IEC 61440)
“非直接接触”：人与暴露的、导电的、以及由于绝缘故障而带电的通电部件的接触。(参见IEC 61140)
“对准”：对于指定的有效电力传输，找出初级装置与次级装置的相对位置和/或找出次级装置与初级装置的相对位置的处理。在本发明的示例性实施方式中，对准可以指无线电力传输系统的精准定位。
“配对”：车辆与唯一专用的初级装置相关联的处理，该唯一专用的初级装置位于车辆中并且从唯一专用的初级装置传输电力。配对可以包括VA控制器与充电点的GA控制器相关联的处理。相关联/互关联处理可以包括两个对等通信实体之间的关系建立处理。
“命令与控制通信”：EV供应装备与EV之间交换启动、控制、以及终止WPT处理所必须的信息的通信。
“高级通信(HLC)”：HLC是一种特殊的数字通信。HLC对于未由命令或控制通信覆盖的额外服务是必须的。HLC的数据链路可以使用电力线通信(PLC)，但并不局限于此。
“低电力激发(LPE)”：LPE指激活用于精准定位和配对的初级装置从而使得EV能够检测初级装置(反之亦然)的技术。
“服务设置标识符(SSID)”：SSID是包括附接至在无线LAN上传输的数据包的报头的32字符的唯一标识符。SSID识别无线设备尝试连接的基本服务设置(BSS)。SSID主要区分多个无线LAN。因此，全部接入点(Aps)以及希望使用特定无线LAN的全部终端/站装置能够使用同一SSID。不使用唯一SSID的设备部不能够连接BSS。因为SSID被示出为纯文本，所以可以不向网络提供任何安全特征。
“扩展服务设置标识符(ESSID)”：ESSID是希望连接的网络的名称。与SSID相似，但是更为延伸的概念。
“基本服务设置标识符(BSSID)”：包括48位的BSSID用于区分特定的BSS。在基础设施BSS网络的情况下，BSSID可以是AP装备的媒介访问控制(MAC)。对于独立的BSS或自组网，BSSID可以生成任何值。
充电站可以包括至少一个GA和管理至少一个GA的至少一个GA控制器。GA可以包括至少一个无线通信设备。充电站可以指具有至少一个GA(其设置在家中、办公室、公共场所、道路、停车区等)的地方。
此外，应当理解的是，通过至少一个控制器可以执行下列方法中的一种或多种、或者其各个方面。术语“控制器”指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为储存程序指令，并且处理器被具体编码成运行程序指令，以执行下面进一步描述的一个或多个处理。而且，应当理解的是，本领域普通技术人员应当认识到，通过包括控制器的装置以及一个或多个其他部件可以执行下列方法。
在下文中，将参考所附图对根据本发明的示例性实施方式的实施方式进行详细说明。
图1是示出应用本发明的示例性实施方式的无线电力传输(WPT)的构思的概念图。
参考图1，通过电动车辆(EV)10中的至少一个部件和充电站13可以执行无线电力传输，并且无线电力传输可以用于将电力无线地传输至EV 10。
此处，EV 10通常被定义为供应储存在包括电池12的可再充电储能装置中的电力作为电动机(其为EV 10的传动系统)的能源的车辆。
然而，根据本发明的示例性实施方式的EV 10可以包括同时具有电动机和内燃机的混合动力车辆(HEV)，并且不仅包括汽车，而且还包括摩托车、手推车、小型摩托车、以及电动自行车。
此外，EV 10可以包括含用于对电池12无线地充电的接收线圈的电力接收焊盘11并且可以包括用于对电池12导电地充电的插头连接。此处，被配置为用于对电池导电地充电的EV 10被称为插入式电动车辆(PEV)。
此处，充电站13可以连接至电网15或电力主干网，并且可以通过电力链路将交流(AC)电或直流(DC)电提供至包括传输线圈的电力传输焊盘14。
此外，充电站13可以通过有线/无线通信与管理电网15或电力网络的基础设施管理系统或基础设施服务器通信，并且执行与EV 10的无线通信。
此处，无线通信可以是蓝牙、Zigbee、蜂窝、无线局域网(WLAN)等。
此外，例如，充电站13可以位于包括附接至EV 10所有者的房屋的停车区、用于在汽油站对EV充电的停车区、购物中心或工作场所的停车区的各个地方。
开始EV 10的电池12的无线充电处理可以首先将EV 10的电力接收焊盘11放置在通过充电站13的电力传输焊盘14产生的能量场中，并且使接收线圈与传输线圈彼此互相作用或耦合。由于互相作用或耦合，可以在电力接收焊盘11中感应电动势，并且电池12可以通过感应电动势被充电。
充电站13和传输焊盘14整体或部分可被称为接地组件(GA)，其中，GA可以参考之前定义的含义。
EV 10的全部或部分内部部件以及接收焊盘11可被称为车辆组件(VA)，其中，VA可以参考之前定义的含义。
此处，电力传输焊盘14或电力接收焊盘11可以被配置为非极化的或极化的。
在焊盘是非极化的情况下，焊盘中心有一个极点并且外围有一个相对的极点。此处通量形成为从焊盘中心退出并且全部返回至焊盘的外部边界。
在焊盘被极化的情况下，焊盘的任一端部均具有相应的极点。此处，基于焊盘的定向可以形成磁通量。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的无线电力传输电路的概念图。
参考图2，可以看到在EV WPT系统中执行无线电力传输的电路的示意性配置。
此处，图2中的左侧可以解释为表达从图1中的电力网、充电站13、以及传输焊盘14供应的电源Vsrc的全部或部分，并且图2中的右侧可以解释为表达包括接收焊盘和电池的EV的全部或部分。
首先，图2的左侧电路可以将对应于从电力网供应的电源Vsrc的输出电力Psrc提供至无线充电力转换器。无线充电力转换器可以供应通过频率转换和AC至DC转换而从输出电力Psrc转换的输出电力P1，以在传输线圈L1中以希望的操作频率产生电磁场。
无线充电力转换器可以包括AC/DC转换器和低频(LF)转换器，AC/DC转换器用于将从电力网供应的为交流(AC)电的电力Psrc转换成直流(DC)电，低频(LF)转换器用于将所述直流(DC)电转换成具有适合用于无线充电的操作频率的直流(DC)电。例如，可以确定用于无线充电的操作频率在80kHz至90kHz内。
从无线充电力转换器输出的电力P1可以被再次供应至包括传输线圈L1、第一电容器C1、以及第一电阻器R1的电路。此处，第一电容器C1的电容可以被确定为具有适合用于与传输线圈L1一起充电的操作频率的值。此处，第一电阻器R1可以表示由传输线圈L1和第一电容器C1产生的电力损失。
进一步地，传输线圈L1可被制成为具有与接收线圈L2的电磁耦合(其由耦合系数m定义)，因此，传输电力P2，或者在接收线圈L2中感应电力P2。因此，本发明的示例性实施方式中的电力传输的含义可以与电力感应的含义一起使用。
又进一步地，可以将在接收线圈L2中感应或传输至接收线圈L2的电力P2提供至EV电力转换器。此处，第二电容器C2的电容可以被确定为具有适合用于与接收线圈L2一起无线充电的操作频率的值，并且第二电阻器R2可以表示由接收线圈L2和第二电容器C2产生的电力损失。
EV电力转换器可以包括将特定操作频率的供应电力P2转换成具有适合用于EV的电池VHV的电压电平的直流(DC)电。
可以输出从供应至EV电力转换器的电力P2转换的电力PHV，并且电力PHV可以用于对设置在EV中的电池VHV充电。
此处，图2中的右侧电路可以进一步包括用于将接收线圈L2与电池VHV选择性地连接或断开的开关。此处，传输线圈L1与接收线圈L2的共振频率可以彼此相似或相同，并且接收线圈L2可以位于由传输线圈L1产生的电磁场附近。
此处，图2中的电路应被理解为用于本发明的实施方式所使用的EVWPT系统中的无线电力传输的示例性电路，并且并不局限于图2中示出的电路。
另一方面，因为电力损失因传输线圈L1和接收线圈L2位于长距离处而增加，所以适当地设置传输线圈L1和接收线圈L2的相对位置是重要因素。
此处，传输线圈L1可以包括在图1的传输焊盘14中，并且接收线圈L2可以包括在图1的接收焊盘11中。因此，下面将参考附图描述传输焊盘与接收焊盘之间的定位或EV与传输焊盘之间的定位。
图3是用于说明根据本发明的示例性实施方式的EV无线电力传输中的对准的构思的概念图。
参考图3，将描述图1中的电力传输焊盘14与EV的电力接收焊盘11对准的方法。此处，位置对准可以对应于上述所述术语对准，并且由此可以被限定为GA与VA之间的位置对准，但是，并不局限于传输焊盘与接收焊盘之间的对准。
尽管传输焊盘14被示出为位于图3中所示的地面下方，然而，传输焊盘14也可以位于地面上，或者定位成使得传输焊盘14的顶面暴露在地面下方。
可以根据从地面测量的高度(在z方向上限定)，通过不同的分类定义EV的接收焊盘11。例如，可以定义用于具有自地面起的100毫米(mm)至150毫米(mm)的高度的接收焊盘的类1，用于具有140mm至210mm的高度的接收焊盘的类2，和用于具有170mm至250mm的高度的接收焊盘的类3。此处，接收焊盘可以支持上述类1至类3的一部分。例如，根据接收焊盘11的类型，仅可以支持类1，或者根据接收焊盘11的类型可以支持类1和类2。
此处，从地面测量的接收焊盘的高度可以对应于之前定义的术语‘车辆磁性离地间隙’。
进一步地，电力传输焊盘14在高度方向(即，在z方向上限定的)的位置可以被确定为位于由电力接收焊盘11支持的最大类与最小类之间。例如，当接收焊盘仅支持类1和类2时，可以确定电力传输焊盘14相对于电力接收焊盘11的位置介于100mm与210mm之间。
又进一步地，可以确定电力传输焊盘14的中心与电力接收焊盘11的中心之间的间隙位于水平方向与垂直方向(由x与y方向限定)的限制内。例如，可以确定在水平方向上(由x方向限定)位于±75mm内，并且在垂直方向上(由y方向限定)位于±100mm内。
此处，电力传输焊盘14与电力接收焊盘11的相对位置根据其实验结果而改变，并且数值被理解为示例性的。
图4是用于说明常规无线充电系统中的焊盘对准的问题的概念图。
如图4中示出的，EV可以放置成这样一种形式，即，EV的电力接收焊盘11放置在连接至EVSE的基部中的传输焊盘14上，以无线充电。
当EV将接收焊盘11与放置在地面上的传输焊盘14对准并且开始对其电池无线地充电时，或者在无线充电过程中，当在地面上存在外来物或地面自身不平坦时，EV的接收焊盘11可能向一侧倾斜。此时，如图4中示出的，尽管传输焊盘与接收焊盘之间的对准在与地面平行的平面上看似执行良好，然而，接收焊盘与传输焊盘的相对高度可能不均匀。即，接收焊盘与传输焊盘之间的距离相对于整个焊盘区域不均匀。这种不均匀性增加了接收焊盘与传输焊盘之间的失配，并且极大降低了无线电力传输效率。
如上面参考图3所述，假设接收焊盘存在与地面平行的平面上，常规无线充电系统中的传输焊盘14与接收焊盘11仅被视为在与地面平行的平面上的横向方向与纵向方向(被限定为x方向和y方向)上对准。
因此，需要一种考虑如图4中所示的情况中的接收焊盘相对于传输焊盘倾斜的情况的焊盘对准方法。
图5是用于说明根据本发明的示例性实施方式的无线充电焊盘对准方法的概念图。
如图5中示出的，可以使用至少一个水平检测器310和悬架控制装置330执行根据本发明的示例性实施方式的无线充电焊盘对准方法。
即，在本发明的示例性实施方式中，可以通过使用安装在EV上的至少一个水平检测器310识别EV的整体倾斜度来估计接收焊盘11的倾斜度。此外，根据本发明的示例性实施方式的悬架控制装置330可以控制设置在EV的车轮附近的各个悬架(例如，四个悬架)，以调整EV的高度或倾斜度，从而使得传输焊盘与接收焊盘彼此平行。
此处，EV的倾斜度可以指地面与EV的底面之间的夹角，并且可以从至少一个水平检测器310测量的多个数据限定EV的底面。此外，接收焊盘的倾斜度可以是接收焊盘与地面之间的夹角。接收焊盘的倾斜度未被测量，但是，是从EV的倾斜度估计的值，这是因为接收焊盘的倾斜度可以与EV的倾斜度相同。
根据本发明的示例性实施方式，可以使用如EV(例如，安装在EV上的惯性测量单元(IMU))中包括的至少一个水平检测器310，并且通过利用至少一个水平传感器可以识别EV的倾斜度。
此处，IMU是通过使用加速计、陀螺仪、以及磁力计测量惯性力的检测装置。至少一个水平检测器310可以包括三轴G传感器、俯仰传感器、滚动传感器、偏航传感器、倾斜传感器、加速度传感器、或其组合。
根据本发明的示例性实施方式，在无需额外硬件的情况下，通过使用IMU中包括的至少一个水平检测器310和悬架控制装置330可以调整用于无线充电的接收焊盘。因此，通过提高无线充电效率可以缩短无线充电所需的时间。
同时，悬架控制装置330可以包括在主动悬架或用于控制主动悬架的装置中。主动悬架可以包括气压或液压致动器、各种连杆、减震器等、以及图4中所示的弹簧。
如图4中示出的，根据本发明的示例性实施方式，即使具有三轮、四轮、或多轮的EV放置在不平的地上，通过EV的无线充电控制设备(例如，VA控制器)与悬架控制装置之间的协作也能够有效地调整接收焊盘的倾斜度，并且由此能够有效地执行传输焊盘与接收焊盘的精准对准。
图6是用于说明根据本发明的示例性实施方式的无线充电焊盘对准方法的流程图。
可以通过根据本发明的示例性实施方式的无线充电控制设备执行图6中示出的方法。然而，执行根据本发明的示例性实施方式的无线充电焊盘对准方法的实体并不局限于无线充电控制设备。
图6中示出的无线充电焊盘对准方法可以是根据本发明的示例性实施方式的无线充电控制方法的一部分。
根据本发明的示例性实施方式的无线充电控制方法可以包括：使用从多个水平传感器收集的数据确定EV的倾斜度；基于EV的确定的倾斜度估计EV的接收焊盘的倾斜度；并且当接收焊盘的倾斜度等于或大于阈值时，控制EV的至少一个悬架，以调整EV的倾斜度。
参考图6，无线充电控制设备首先可以测量初始单位电荷量(S610)。此处，初始单位电荷量可以是与将根据本发明的示例性实施方式的无线充电焊盘对准之后测量的单位电荷量相比较的参考值、并且通过测量在预定单位时间内所充的能量而确定。
因此，通过至少一个水平传感器可以检测EV的倾斜度并且储存EV的倾斜度(S620)。当感测EV的倾斜度时，可以估计根据EV的倾斜度的接收焊盘的倾斜度(S630)。
当导出接收焊盘的估计倾斜度时，可以将接收焊盘的估计倾斜度与阈值相比较(S640)，并且可以确定是否需要调整EV的倾斜度。
当确定接收焊盘的倾斜度大于阈值时，可以通过悬架控制装置驱动至少一个悬架来调整接收焊盘的倾斜度(S650)。另一方面，当确定接收焊盘的倾斜度小于阈值时，可以终止焊盘对准操作。
在步骤S650中驱动至少一个悬架之后，可以再次估计接收焊盘的调整倾斜度，并且可以将接收焊盘的调整后的倾斜度与阈值相比较(S660)。当调整后的倾斜度大于阈值时，可以确定焊盘尚未适当地对准，并且可以进一步控制至少一个悬架，以重新调整接收焊盘的倾斜度(S650)。
当调整后的倾斜度小于阈值时，可以确定焊盘被适当地对准，并且可以恢复无线充电，以测量无线充电焊盘对准之后的单位电荷量(S670)。在即时性情况下，无线充电焊盘对准之后测量的单位电荷量是在预定单位时间(与用来测量初始单位电荷量所用的预定单位时间相同)内所充的能量。
可以将无线充电焊盘对准之后的单位电荷量与初始单位电荷量相比较(S680)。当无线充电焊盘对准之后的单位电荷量相对于初始单位电荷量并未增加时，EV的倾斜度可以恢复至EV储存的先前的倾斜度(S690)。换言之，对准之后的单位电荷量相对于初始单位电荷量的减少意味着传输焊盘与接收焊盘之间的对准劣化。因此，在通过悬架控制装置执行对准之前，可以根据步骤S620中储存的值控制EV的倾斜度。在恢复至先前的倾斜度之后，可以终止焊盘对准操作，或者可以通过返回至初始步骤S610重新执行焊盘对准操作。
另一方面，与初始单位电荷量相比较，当无线充电焊盘对准之后的单位电荷量增加时，可以确定已经正常执行焊盘对准并且可以终止焊盘对准操作。
总之，在图6示出的本发明的示例性实施方式中，在开始无线充电之时储存初始单位电荷量，并且通过水平传感器测量EV的倾斜度来估计接收焊盘的倾斜度。当接收焊盘在阈值以上倾斜时，驱动EV的至少一个悬架，以调整接收焊盘的倾斜度。当接收焊盘的倾斜度小于阈值时，将当前单位电荷量与初始单位电荷量相比较，并且当与初始单位电荷量相比较，当前单位电荷量增加时，终止焊盘对准控制。
图7是示出根据本发明的示例性实施方式的无线充电控制设备的框图。
如图7中示出的，根据本发明的示例性实施方式的无线充电控制设备可以包括至少一个水平检测器310、控制器320、以及悬架控制装置330。
至少一个水平检测器310可以检测EV的倾斜度，并且多个水平传感器可以位于EV中的多个位置。
悬架控制装置330可以控制设置在EV的车轮附近的多个悬架，以调整EV的高度或倾斜度。
控制器320可以使用从至少一个水平检测器310收集的数据测量EV的倾斜度并且基于EV的测量的倾斜度估计接收焊盘的倾斜度。当接收焊盘的倾斜度等于或大于阈值时，控制器320可以控制悬架控制装置330，以调整EV的倾斜度。
此处，当接收焊盘的倾斜度等于或大于阈值时，控制器320可以控制悬架控制装置330，以使得接收焊盘与GA中的用于无线充电的传输焊盘平行。此外，控制器320可以将调整接收焊盘的倾斜度之前测量的第一单位电荷量与调整接收焊盘的倾斜度之后测量的第二单位电荷量相比较。当第二单位电荷量超过第一单位电荷量时，控制器可以维持接收焊盘的调整后的倾斜度。
尽管未示出，根据本发明的示例性实施方式的用于EV的无线充电设备可被配置为包括：接收焊盘11，用于与GA中的传输焊盘协作从传输焊盘接收电力；至少一个水平检测器310；悬架控制装置330，用于控制设置在EV的车轮附近的多个悬架，以调整EV的高度或倾斜度；以及控制器320，基于从至少一个水平检测器310收集的数据测量EV的倾斜度，基于EV的测量倾斜度估计接收焊盘11的倾斜度，并且当接收焊盘的倾斜度等于或大于预定的阈值时，控制悬架控制装置330使得接收焊盘与传输焊盘平行。
根据本发明的实施方式的方法可以实现为通过各种计算机运行并且记录在计算机可读介质上的程序指令。计算机可读介质可以包括程序指令、数据文件、数据结构、或其组合。记录在计算机可读介质上的程序指令可以被具体设计并且配置为用于本发明的示例性实施方式或者公开为计算机软件领域技术人员获知并且可用。
计算机可读介质的实例可以包括含ROM、RAM、以及闪存的硬件设备，被配置为储存并且运行程序指令。程序指令的实例包括例如通过编译器做出的机器代码以及计算机使用翻译器运行的高级语言代码。上述示例性硬件设备可以被配置为操作使一个软件模块执行本发明的操作，反之亦然。
尽管已经在装置的上下文中描述了本发明的一些方面，然而，也可以表示为根据对应方法的描述，其中，模块或装置对应于方法步骤或方法步骤中的特征。相似地，通过对应模块或项或者对应装置的特征也可以表示在方法上下文中描述的各方面。通过(或者使用)诸如微处理器、可编程计算机、或电路等硬件设备可以执行一些或全部方法步骤。在各种示例性实施方式中，通过该装置可以执行一个或多个最为重要的方法步骤。
在实施方式中，可以使用可编程逻辑设备(例如，现场可编程门阵列(FPGA))执行本文描述的方法中的一些或全部功能。在实施方式中，FPGA可以结合微处理器操作，以执行本文描述的一种方法。通常，优选通过某一硬件设备执行方法。
为便于所附权利要求的说明和准确限定，术语“在…之上”、“在…之下”、“在…内部”、“在…外部”、“向上”、“向下”、“在..上方”、“在…下方”、“向上”、“向下”、“前方”、“后方”、“后面”、“在…内”、“在…外”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内在的”、“外面”、“向前”、以及“向后”用于参考图中显示的这样的特征的位置描述示例性实施方式的特征。
出于示出和描述的目的，展开了对本发明的具体示例性实施方式的上述描述。其并不旨在穷尽或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显而易见，根据上述教导，许多修改和变形是可能的。为了说明本发明及其实际应用的特定原理而选定并且描述示例性实施方式，以使得本领域技术人员做出并且利用本发明的各种示例性实施方式、以及各种替换及其改造。旨在由所附权利要求及其等同物限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种无线充电控制设备，包括：
至少一个水平检测器，被配置用于检测电动车辆的倾斜度；
悬架控制器，被配置用于控制邻近于所述电动车辆的车轮设置的多个悬架，以调整所述电动车辆的高度或所述倾斜度；以及
控制器，基于从所述至少一个水平传感器收集的数据测量所述电动车辆的所述倾斜度，基于所述电动车辆的所测量的倾斜度估计接收焊盘的倾斜度，并且当所述接收焊盘的所述倾斜度等于或大于阈值时，控制所述悬架控制器，以调整所述电动车辆的所述倾斜度。
2.根据权利要求1所述的无线充电控制设备，其中，当所述接收焊盘的所述倾斜度等于或大于所述阈值时，所述控制器被配置为控制所述悬架控制器，使得所述接收焊盘与接地组件中的用于无线充电的传输焊盘平行。
3.根据权利要求1所述的无线充电控制设备，其中，所述控制器被配置为将调整所述接收焊盘的所述倾斜度之前测量的第一单位电荷量与调整所述接收焊盘的所述倾斜度之后测量的第二单位电荷量进行比较，并且被配置为当所述第二单位电荷量超过所述第一单位电荷量时维持所述接收焊盘的调整后的倾斜度。
4.根据权利要求1所述的无线充电控制设备，其中，当所述第二单位电荷量等于或小于所述第一单位电荷量时，所述控制器被配置为控制所述悬架控制器以将所述电动车辆的所述倾斜度恢复至调整所述接收焊盘的所述倾斜度之前的先前倾斜度。
5.根据权利要求1所述的无线充电控制设备，其中，所述至少一个水平检测器设置在安装在所述电动车辆上的惯性测量单元中。
6.根据权利要求1所述的无线充电控制设备，其中，所述至少一个水平检测器包括三轴G传感器、俯仰传感器、滚动传感器、偏航传感器、倾斜度传感器、以及加速度传感器中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的无线充电控制设备，其中，所述悬架控制器被配置为控制所述多个悬架，所述多个悬架中的每个均包括弹簧、气压或液压致动器、连杆、以及减震器中的至少一个。
8.一种电动车辆无线充电设备，包括：
接收焊盘，从接地组件中的传输焊盘接收电力；
至少一个水平检测器，被配置为用于检测电动车辆的倾斜度；
悬架控制器，被配置为用于控制邻近于所述电动车辆的车轮设置的多个悬架，以调整所述电动车辆的高度或所述倾斜度；以及
控制器，基于从所述至少一个水平传感器收集的数据测量所述电动车辆的所述倾斜度，基于所述电动车辆的所测量的倾斜度估计所述接收焊盘的倾斜度，并且当所述接收焊盘的所述倾斜度等于或大于阈值时，控制所述悬架控制器使得所述接收焊盘与所述传输焊盘平行。
9.根据权利要求8所述的电动车辆无线充电设备，其中，所述控制器被配置为将调整所述接收焊盘的所述倾斜度之前测量的第一单位电荷量与调整所述接收焊盘的所述倾斜度之后测量的第二单位电荷量进行比较，并且被配置为当所述第二单位电荷量超过所述第一单位电荷量时维持所述接收焊盘的调整后的倾斜度。
10.根据权利要求9所述的电动车辆无线充电设备，其中，当所述第二单位电荷量等于或小于所述第一单位电荷量时，所述控制器被配置为控制所述悬架控制器以将所述电动车辆的所述倾斜度恢复至调整所述接收焊盘的所述倾斜度之前的先前倾斜度。
11.根据权利要求8所述的电动车辆无线充电设备，其中，所述至少一个水平检测器包括在安装在所述电动车辆上的惯性测量单元中。
12.根据权利要求8所述的电动车辆无线充电设备，其中，所述至少一个水平检测器包括三轴G传感器、俯仰传感器、滚动传感器、偏航传感器、倾斜度传感器、以及加速度传感器中的至少一种。
13.根据权利要求8所述的电动车辆无线充电设备，其中，所述悬架控制器被配置为控制所述多个悬架，所述多个悬架中的每个均包括弹簧、气压或液压致动器、连杆、以及减震器中的至少一个。
14.一种无线充电控制方法，包括：
使用通过至少一个水平传感器收集的数据测量电动车辆的倾斜度；
基于所述电动车辆的所测量的倾斜度估计接收焊盘的倾斜度；
并且
当所述接收焊盘的所述倾斜度等于或大于阈值时，控制所述电动车辆的至少一个悬架，以调整所述接收焊盘的所述倾斜度。
15.根据权利要求14所述的无线充电控制方法，其中，控制所述电动车辆的至少一个悬架包括：
确定第一单位电荷量，所述第一单位电荷量是调整所述接收焊盘的所述倾斜度之前在第一预定单位时间内所充的能量；
确定第二单位电荷量，所述第二单位电荷量是调整所述接收焊盘的所述倾斜度之后在第二预定单位时间内所充的能量；
将所述第一单位电荷量与所述第二单位电荷量进行比较；并且
当所述第二单位电荷量超过所述第一单位电荷量时，保持所述接收焊盘的调整后的倾斜度。
16.根据权利要求14所述的无线充电控制方法，其中，所述第一预定单位时间等于所述第二预定单位时间。
17.根据权利要求14所述的无线充电控制方法，其中，控制所述电动车辆的至少一个悬架进一步包括控制所述电动车辆的所述至少一个悬架，使得所述电动车辆的所述倾斜度恢复至调整所述接收焊盘的所述倾斜度之前的所述电动车辆的先前倾斜度。
18.根据权利要求14所述的无线充电控制方法，其中，至少一个水平检测器包括在安装在所述电动车辆上的惯性测量单元中。
19.根据权利要求14所述的无线充电控制方法，其中，所述电动车辆的所述倾斜度是所述电动车辆的底面与地面之间的夹角。
20.根据权利要求14所述的无线充电控制方法，其中，所述至少一个水平检测器包括三轴G传感器、俯仰传感器、滚动传感器、偏航传感器、倾斜度传感器、以及加速度传感器中的至少一个。
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