CN108110838A - 基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置及方法 - Google Patents

基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置及方法，本发明的装置包括，电动自行车、无线充电位、充电站监控终端和云端服务器。电动自行车内搭载无线充电接入系统、充电器、无线电能接收装置、定位模块和监控模块，无线充电位内配备无线电能发送模块和无线充电匹配模块。本发明的方法是通过无线充电接入系统通过收发线圈以磁共振耦合的方式来给电单车进行充电，免去了人工接入有线充电的麻烦，降低了人力维护成本，充电距离远，缩短充电周期，自动化程度高，方便人们绿色出行、低碳出行。

Description

基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置及方法
技术领域
本发明专利涉及基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置及方法，属于充电控制技术领域。
背景技术
共享经济的理念起源于2008年的美国硅谷，随后这一浪潮席卷全国，共享单车在校园初次诞生，由于共享单车存在费力，只适合短距离骑行的不足，共享电单车应运而生。传统的共享电单车充电采用有线充电的方式，通过插拔充电器实现充电桩与电单车的物理连接对电单车进行充电，数量庞大的电单车通过人工插拔充电器来给电单车充电对维护人员来说是巨大的工作量，不仅增加人工监督与维护成本，而且也导致某些电单车没及时充电给使用者带来不便。若采用更换电池的方法，电池组拆卸复杂，笨重不易移动。无论是人工接入的有线充电，还是更换电池组，都不能较好的解决充电问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置及方法，充电方便。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置，包括电单车、无线充电位、充电站、监控终端和云端服务器，所述电单车内设有无线充电接入模块、充电器、蓄电池、无线电能接收模块、定位模块和电能监控模块；所述无线充电位设有无线电能发送模块和无线充电匹配模块；无线充电位和监控终端均位于充电站内，所述无线充电接入模块与电能监控模块连接，电能监控模块与无线电能接收模块和定位模块连接，无线电能接收模块与充电器连接，充电器与蓄电池连接，定位模块和监控终端均与云端服务器通信连接，无线充电匹配模块与无线电能发送模块连接，无线充电位与监控终端连接，当充电时，无线充电接入模块与无线充电匹配模块相匹配，无线电能发送模块与无线电能接收模块耦联。
对上述技术方案的进一步设计为：所述充电站监控终端是一个嵌入式监控系统，拥有简洁的人机交互操作界面；
所述云端服务器负责管理所有充电站，与充电站的监控终端采用网络通信，获取每一个充电站的充电监控情况。
无线电能发送模块和无线电能接收模块内设有互相耦合的线圈，通过线圈实现高频磁场能和电能的相互转换。电能监控模块用于对无线电能接收模块和蓄电池进行电池电量的检测。
无线充电接入系统和无线充电匹配系统实现电动车与充电位之间通信和传达信息。
所述充电站内设有多个无线充电位，多个无线充电位通过监控终端与云端服务器进行管理。
所述电单车上设有显示屏，显示屏与定位模块和电能监控模块连接，用于显示当前电量和附近充电站位置。
采用上述装置的基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电方法，包括如下步骤：
步骤一：用户开启电单车，电单车启动，定位模块将电单车的位置信息发送至云端服务器，通过监控终端查找最近的充电站，并在电单车的显示屏上显示当前临近的站点分布；
步骤二：用户骑行电动车，骑行过程中，电量监控模块监控蓄电池的电量，若电量过低，则将车子驶入最近的可充电的站点；若车子电量正常，当骑行到目的地附近时，根据车子提示的站点，进入站点将车停放到合适的无线充电位；
步骤三：当车子驶入充电位，无线充电接入模块向无线充电位发出充电接入申请，监控终端获取电单车信息，通过无线充电匹配模块与无线充电接入模块匹配连接；
步骤四：无线充电位开启无线电能发送装置，电能通过线圈以磁共振耦合方式传输到无线电能接收模块，传递能量，同时，获取车子的电量信息，并将该无线充电位设定为车位忙碌；
步骤五：电单车通过无线电能接收模块接收电能，通过充电器为蓄电池充电；
步骤六：当电量监控模块检测到充电完成后，电单车给无线充电位发送充电结束命令，无线充电位接收到命令后停止无线充电发送装置，并将该车电量充满信息传送给监控终端保存，由监控终端将信息传送给服务器；若有用户申请用车，并将车合法取走，无线充电位将设定为空闲，若无用户申请用车，无线充电位将维持为忙碌状态。
步骤七：充电过程中，若有用户申请用车，云端服务器收到用车申请后，给监控终端发送信息，进入步骤八；如无用户申请用车，进入步骤六；
步骤八：监控终端根据电单车的电量信息，当电量大于30%或者电量满时，监控终端向无线充电位发送启用电单车命令，无线充电位向电单车发送启用车子命令并关闭无线电能发送装置停止充电，同时向监控终端回复成功执行，并将无线充电位标注为空闲状态；当电量小于30%时，监控终端给云端服务器回复电单车缺电信息。
本发明的有益效果为：
电量监控模块发现电量不足时，电单车发出提醒，并查找最近充电站及其内空闲的充无线电位，用户将缺电电单车停至指定位置后，无线充电接入模块自动接入无线充电位，充电位获取充电命令以磁共振耦合的方式来给缺电电单车进行充电，充电完成后自动断开连接，并上传该位的状态信息。本发明可以实现中等距离的、高效率的、高自动化的无线充电，方便人们出行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的无线充电控制框图。
图3为本发明的使用状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1和图2所示，本实施例的一种基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置，包括电单车1、无线充电位2、充电站、监控终端3和云端服务器4，电单车1内设有无线充电接入模块、充电器、蓄电池、无线电能接收模块、定位模块和电能监控模块；无线充电位2设有无线电能发送模块和无线充电匹配模块；无线充电位2和监控终端3均位于充电站内，无线充电接入模块与电能监控模块连接，电能监控模块与无线电能接收模块和定位模块连接，无线电能接收模块与充电器连接，充电器与蓄电池连接，定位模块和监控终端3均与云端服务器4通信连接，无线充电匹配模块与无线电能发送模块连接，无线充电位2与监控终端3连接，当充电时，无线充电接入模块与无线充电匹配模块相匹配，无线电能发送模块与无线电能接收模块耦联。
充电站监控终端是一个嵌入式监控系统，拥有简洁的人机交互操作界面；
云端服务器负责管理所有充电站，与充电站的监控终端采用网络通信，获取每一个充电站的充电监控情况。
无线电能发送模块和无线电能接收模块内设有互相耦合的线圈，通过线圈实现高频磁场能和电能的相互转换。电能监控模块用于对无线电能接收模块和蓄电池进行电池电量的检测。
无线充电接入系统和无线充电匹配系统实现电动车与充电位之间通信和传达信息。
充电站内设有多个无线充电位，多个无线充电位通过监控终端与云端服务器进行管理。
电单车上设有显示屏，显示屏与定位模块和电能监控模块连接，用于显示当前电量和附近充电站位置。
本实施例的基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电方法，包括如下步骤：
步骤一：用户开启电单车，电单车启动，定位模块将电单车的位置信息发送至云端服务器，通过监控终端查找最近的充电站，并在电单车的显示屏上显示当前临近的站点分布；
步骤二：用户骑行电动车，骑行过程中，电量监控模块监控蓄电池的电量，若电量过低，则将车子驶入最近的可充电的站点；若车子电量正常，当骑行到目的地附近时，根据车子提示的站点，进入站点将车停放到合适的无线充电位；
步骤三：当车子驶入充电位，无线充电接入模块向无线充电位发出充电接入申请，监控终端获取电单车信息，通过无线充电匹配模块与无线充电接入模块匹配连接；
步骤四：无线充电位开启无线电能发送装置，电能通过线圈以磁共振耦合方式传输到无线电能接收模块，传递能量，同时，获取车子的电量信息，并将该无线充电位设定为车位忙碌；
步骤五：电单车通过无线电能接收模块接收电能，通过充电器为蓄电池充电；
步骤六：当电量监控模块检测到充电完成后，电单车给无线充电位发送充电结束命令，无线充电位接收到命令后停止无线充电发送装置，并将该车电量充满信息传送给监控终端保存，由监控终端将信息传送给服务器；若有用户申请用车，并将车合法取走，无线充电位将设定为空闲，若无用户申请用车，无线充电位将维持为忙碌状态。
步骤七：充电过程中，若有用户申请用车，云端服务器收到用车申请后，给监控终端发送信息，进入步骤八；如无用户申请用车，进入步骤六；
步骤八：监控终端根据电单车的电量信息，当电量大于30%或者电量满时，监控终端向无线充电位发送启用电单车命令，无线充电位向电单车发送启用车子命令并关闭无线电能发送装置停止充电，同时向监控终端回复成功执行，并将无线充电位标注为空闲状态；当电量小于30%时，监控终端给云端服务器回复电单车缺电信息。
图3是本实施例的使用状态示意图，结合附图可见，图中有三辆电单车、六个无线充电位、一个建中终端和云端服务器。其中1号电单车用户已将电量不足的电单车放在50号充电位上进行充电；2号电单车用户刚刚找到空闲充电位，正向其方向移动，等待接入到51号充电位进行无线充电；3号电单车为骑行中的缺电电单车，已经通过车载的定位模块找到最近的充电位，并向其具体位置移动，当到达该充电位后，将缺电的电单车停在指定的充电位上并锁车，此时电单车内的无线接入系统通过NRF2401无线通信模块自动与充电位进行连接，并发送充电请求，充电位将获取的的信息通过充电站上传到服务器进行认证，认证通过后，云端服务器向充电站下发该充电位允许开启充电指令，充电位获取开启指令后启动无线充电发射装置对该充电位上缺电电动车进行无线充电。
本发明不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置，包括电单车、无线充电位、充电站、监控终端和云端服务器，所述电单车内设有无线充电接入模块、充电器、蓄电池、无线电能接收模块、定位模块和电能监控模块；所述无线充电位设有无线电能发送模块和无线充电匹配模块；无线充电位和监控终端均位于充电站内，所述无线充电接入模块与电能监控模块连接，电能监控模块与无线电能接收模块和定位模块连接，无线电能接收模块与充电器连接，充电器与蓄电池连接，定位模块和监控终端均与云端服务器通信连接，无线充电匹配模块与无线电能发送模块连接，无线充电位与监控终端连接，当充电时，无线充电接入模块与无线充电匹配模块相匹配，无线电能发送模块与无线电能接收模块耦联。
2.根据权利要求1所述的基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置，其特征在于：无线电能发送模块和无线电能接收模块内设有互相耦合的线圈，通过线圈实现高频磁场能和电能的相互转换。
3.根据权利要求2所述的基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置，其特征在于：所述充电站内设有多个无线充电位，多个无线充电位通过监控终端与云端服务器进行管理。
4.根据权利要求3所述的基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置，其特征在于：所述监控终端设有人机交互界面。
5.根据权利要求4所述的基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电装置，其特征在于：所述电单车上设有显示屏，显示屏与定位模块和电能监控模块连接，用于显示当前电量和附近充电站位置。
6.一种基于高频磁共振耦合的共享电单车无线充电方法，该方法采用权利要求5所述装置，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：用户开启电单车，电单车启动，定位模块将电单车的位置信息发送至云端服务器，通过监控终端查找最近的充电站，并在电单车的显示屏上显示当前临近的站点分布；
步骤二：用户骑行电动车，骑行过程中，电量监控模块监控蓄电池的电量，若电量过低，则将车子驶入最近的可充电的站点；若车子电量正常，当骑行到目的地附近时，根据车子提示的站点，进入站点将车停放到合适的无线充电位；
步骤三：当车子驶入充电位，无线充电接入模块向无线充电位发出充电接入申请，监控终端获取电单车信息，通过无线充电匹配模块与无线充电接入模块匹配连接；
步骤四：无线充电位开启无线电能发送装置，电能通过线圈以磁共振耦合方式传输到无线电能接收模块，传递能量，同时，获取车子的电量信息，并将该无线充电位设定为车位忙碌；
步骤五：电单车通过无线电能接收模块接收电能，通过充电器为蓄电池充电；
步骤六：当电量监控模块检测到充电完成后，电单车给无线充电位发送充电结束命令，无线充电位接收到命令后停止无线充电发送装置，并将该车电量充满信息传送给监控终端保存，由监控终端将信息传送给服务器；若有用户申请用车，并将车合法取走，无线充电位将设定为空闲，若无用户申请用车，无线充电位将维持为忙碌状态；
步骤七：充电过程中，若有用户申请用车，云端服务器收到用车申请后，给监控终端发送信息，进入步骤八；如无用户申请用车，进入步骤六；
步骤八：监控终端根据电单车的电量信息，当电量大于30%或者电量满时，监控终端向无线充电位发送启用电单车命令，无线充电位向电单车发送启用车子命令并关闭无线电能发送装置停止充电，同时向监控终端回复成功执行，并将无线充电位标注为空闲状态；当电量小于30%时，监控终端给云端服务器回复电单车缺电信息。
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