CN109774503A - 一种电动汽车无线充电车位及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车充电车位及其充电方法。本发明涉及的停车位两侧安装压力传感器，中间区域为长方体沟道；无线充电发射线圈移动装置安装于沟道，可搭载无线充电发射线圈安装盘沿平行沟道和垂直沟道两个方向移动，其运动部件上安装了电缆收放装置；蓝牙模块分别安装在无线充电收发线圈安装盘中心，用于通信和对准；配电及控制箱位于车位外靠近沟道一端的地下，有电缆与无线充电发射线圈移动装置和交互面板相连，电缆包括输电线和通信控制线；车载装置包括无线接收线圈与安装盘、蓝牙模块、电池电量检测电路。本发明采用谐振耦合式无线输电技术使线圈高度固定时的输电距离满足大部分电动汽车，并且蓝牙模块兼顾了通信和线圈对准的功能，简化了系统结构。

Description

一种电动汽车无线充电车位及其充电方法

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种电动汽车无线充电车位及其充电方法。

技术背景

为进一步减少由燃油汽车造成的环境污染以及缓解石油进口的压力，政府近些年对新能源汽车行业出台了一系列的补贴政策，使电动汽车得到了很大的推广。当前大部分电动汽车仍然是通过传统的充电桩进行充电，这种充电方式需要通过插头连接充电桩和电动汽车，随着插头、插口、连接导线的磨损，极易发生电气故障，造成安全隐患。目前已有利用感应耦合原理设计的无线充电方式，但该方式无线充电的距离一般不超过3cm，充电时需要对收发线圈的距离进行严格的控制，增加了对准装置的复杂度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电动汽车无线充电车位及其充电方法，采用电动汽车停在车位上不动，移动无线充电发射线圈来进行对准的方案，利用谐振耦合无线充电技术来增大充电距离。

一种电动汽车无线充电车位，包括车位、无线充电发射线圈及安装板、无线充电接收线圈及安装盘、无线充电发射线圈移动装置、电缆收放装置、蓝牙模块、配电及控制箱、用户交互面板、电池电量检测电路。所述车位分为沟道区域和其两侧的轮胎接触区域,沟道区域高出轮胎接触区域约5cm；所述无线充电发射线圈及安装盘固定在无线充电发射线圈移动装置上；所述无线充电接收线圈及安装盘固定在电动汽车底盘中轴线的任意位置；所述无线充电发射线圈移动装置安装在车位沟道中；所述蓝牙模块分别安装在无线充电发射线圈安装板和无线充电接收线圈安装盘的中心位置；所述配电及控制箱位于车位外靠近沟道一端的地下，并通过电缆与无线充电发射线圈移动装置相连；所述用户交互面板安装在配电及控制箱上方地面，二者也通过电缆连接。

所述轮胎接触区域等距铺设压力传感器，当该区域压力达到设定阈值则判定有车辆驶入，随即打开蓝牙搜索无线充电接收设备的蓝牙信号。

所述沟道与车位等长且宽小于电动汽车的两侧轮距

所述沟道中轴线与车位中轴线重合且其上有非金属盖紧密覆盖防止雨水进入，所述沟道盖由高强度非金属材料制成且可以打开。

所述无线充电收发线圈均为谐振耦合线圈。

所述无线充电发射线圈移动装置包括平行沟道移动装置和垂直沟道移动装置；所述平行沟道移动装置包括滑轨、滚珠螺杆副、滑块、步进电机、支架；所述滑轨与螺杆平行安装在支架上；所述步进电机安装在一端支架上，用于驱动螺杆；所述滑块有通孔，孔内固定滚珠螺杆副的螺母，滑块下部的凹槽与滑轨构成滑动副，滑块上方固定垂直沟道移动装置；所述垂直沟道移动装置关于平行沟道移动装置的滑轨轴对称安装在其滑块上，运动原理与平行沟道移动装置相同。

所述电缆收放装置包括驱动电机、绕线盘、导向滑轮、置线槽；所述驱动电机嵌于平行移动沟道装置的滑块侧面，用于驱动绕线盘，绕线盘与驱动电机连接处有压力传感器；所述导向滑轮安装在绕线盘下方，用于把电缆限制在置线槽内；所述置线槽固定在导向滑轮下方，用于承接电缆；电缆若松动则所述驱动电机启动带动绕线盘收紧电缆，否则驱动电机不工作。

所述蓝牙模块包括车载无线充电接收线圈蓝牙和无线充电发射线圈蓝牙；所述车载无线充电接收线圈蓝牙与电池电量检测电路相连，并将电池电量信息实时发送给无线充电发射线圈蓝牙；所述无线充电发射线圈蓝牙与DSP控制器相连，为DSP提供接收到的电动汽车电量信息和两蓝牙模块的信号强度信息。

所述配电及控制箱内部包括整流滤波稳压电路、逆变电路、DSP控制器；所述整流滤波稳压电路和逆变电路用于把输入的电网工频电变换为高频交流电；DSP控制器用于对无线充电发射线圈移动装置的步进电机和电缆收放驱动电机的控制，以及与蓝牙、传感器和用户交互面板的通信。

所述用户交互面板通过支架安装在地面，可实现与用户的信息交流功能，包括语音播报、充电时间和方式(普通充电、快速充电等)选择和付款功能。

该电动汽车无线充电车位充电方法具体如下：

步骤1、电动汽车驶入车位；

步骤2、压力传感器被触发并向DSP控制器发出信号，DSP控制器启动交互面板的语音播报提示用户打开车载蓝牙；

步骤3、DSP打开无线充电发射线圈蓝牙并开始搜索设备，连接完成后根据车载蓝牙发送的电池电量信息语音播报提示预计充电时间、充电方式选择和相应的费用；

步骤4、用户付款成功；

步骤5、平行沟道移动装置开始移动，蓝牙信号达到最强后该方向对准完成；

步骤6、垂直沟道移动装置开始移动，蓝牙信号达到最强后该方向对准完成；

步骤7、开始充电；

步骤8、车载蓝牙发送电量已满信号；

步骤9、停止充电；

步骤10、充电完成，无线充电发射线圈移动装置复位，蓝牙关闭。

本发明的优点如下：

1.本发明采用谐振耦合无线充电技术，在避免电动汽车预充电设备直接的电气连接的同时大大增加了充电的距离，是的在无线充电发射线圈高度固定的情况下，能满足绝大多数不同底盘高度的电动汽车的充电需求。

2.本发明的无线充电发射线圈移动装置平行车身方向的移动距离几乎等于车长，可以根据不同底盘结构的电动汽车将无线充电接收线圈安装在底盘中轴线的合适位置。

3.本发明的无线充电发射线圈移动装置两个移动方向均利用滚珠螺杆副传动，使用滑轨和滑块固定路径，控制精度高，结构简单，便于维护。

4.本发明利用蓝牙来进行无线充电收发设备的通信，同时利用蓝牙信号强度随距离的变化关系来调整无线充电发射线圈的位置从而完成对充电线圈的对准，省去了额外的测距器件，节约了成本。

5.本发明除了用户交互面板安装在地面以上，其它电气与机械结构均安装在地下并加非金属材料制成的盖紧密覆盖，只在维护和维修时打开，避免了在露天条件下的器件风化锈蚀，同时也防止了用户与传动设备和电气设备接触发生危险。

附图说明

本发明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，在附图中：

图1为本发明的整体结构俯视图；

图2为本发明的整体结构侧视图；

图3为本发明中无线充电发射线圈移动装置去掉平行沟道移动装置滑轨和滚珠螺杆副后的侧视图；

图4为本发明的电气连接示意框图；

图5为本发明进行无线充电的流程图；

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明，本申请的示意性实施例和说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

如图1、2、4所示，一种电动汽车无线充电车位，包括车位1、无线充电发射线圈及安装盘3、无线充电接收线圈及安装盘8、无线充电发射线圈移动装置14、电缆收放装置、蓝牙模块、配电及控制箱12、用户交互面板4、电池电量检测电路。车位分为沟道2区域和其两侧的轮胎接触区域,沟道2区域高出轮胎接触区域约5cm；无线充电发射线圈及安装盘3固定在无线充电发射线圈移动装置14上；无线充电接收线圈及安装盘8固定在电动汽车底盘中轴线的任意位置；无线充电发射线圈移动装置14安装在车位沟道2中；蓝牙模块分别安装在无线充电发射线圈安装盘3和无线充电接收线圈安装盘8的中心位置；配电及控制箱12位于车位外靠近沟道2一端的地下，并通过电缆与无线充电发射线圈移动装置14相连；用户交互面板4安装在配电及控制箱上方地面，二者也通过电缆连接。

如图1所示，轮胎接触区域等距铺设压力传感器6，当该区域压力达到设定阈值则判定有车辆驶入，随即打开蓝牙搜索无线充电接收设备的蓝牙信号。

如图1所示，沟道2与车位1等长且宽小于电动汽车的两侧轮距

如图1、2所示，沟道2中轴线与车位1中轴线重合且其上有非金属沟道盖9紧密覆盖防止雨水进入，所述沟道盖9由高强度非金属材料制成且可以打开。

无线充电收发线圈均为谐振耦合线圈。

如图1、2、3所示，无线充电发射线圈移动装置14包括平行沟道2 移动装置和垂直沟道2移动装置；平行沟道2移动装置包括滑轨15、滚珠螺杆副10、滑块27、步进电机13、支架16；滑轨15与滚珠螺杆副10的螺杆平行安装在支架16上；步进电机13安装在一端支架16上，用于驱动螺杆；滑块27 有通孔26，通孔26内固定滚珠螺杆副10的螺母，滑块27下部的凹槽与滑轨15 构成滑动副，滑块27上方固定垂直沟道2移动装置；垂直沟道2移动装置关于滑轨15轴对称安装在滑块27上，包括滑轨28、滚珠螺杆副18、滑块20、步进电机21、支架17，安装方式和运动原理与平行沟道移动装置相同。

如图3所示，电缆收放装置包括驱动电机25、绕线盘22、导向滑轮 23、置线槽24；驱动电机25嵌于平行移动沟道2装置的滑块20侧面，用于驱动绕线盘22，绕线盘22与驱动电机25连接处有压力传感器；导向滑轮23安装在绕线盘22下方，用于把电缆限制在置线槽24内；置线槽24固定在导向滑轮 23下方，用于承接电缆；电缆若松动则所述驱动电机25启动带动绕线盘22收紧电缆，否则驱动电机25不工作。

如图4所示，蓝牙模块包括车载无线充电接收线圈蓝牙和无线充电发射线圈蓝牙；车载无线充电接收线圈蓝牙与电池电量检测电路相连，并将电池电量信息实时发送给无线充电发射线圈蓝牙；无线充电发射线圈蓝牙与DSP控制器相连，为DSP提供接收到的电动汽车电量信息和两蓝牙模块的信号强度信息。

如图所示，配电及控制箱4内部包括整流滤波稳压电路、逆变电路、 DSP控制器；所述整流滤波稳压电路和逆变电路用于把输入的电网工频电变换为高频交流电；DSP控制器用于对无线充电发射线圈移动装置14的步进电机13和电缆收放驱动电机25的控制，以及与蓝牙、传感器和用户交互面板4的通信。

如图1、2所示，用户交互面板4通过支架11安装在地面，可实现与用户的信息交流功能，包括语音播报、充电时间和方式(普通充电、快速充电等) 选择和付款功能。

如图5所示，该电动汽车无线充电车位充电方法具体如下：

步骤1、电动汽车驶入车位；

步骤2、压力传感器被触发并向DSP控制器发出信号，DSP控制器启动交互面板的语音播报提示用户打开车载蓝牙；

步骤3、DSP打开无线充电发射线圈蓝牙并开始搜索设备，连接完成后根据车载蓝牙发送的电池电量信息语音播报提示预计充电时间、充电方式选择和相应的费用；

步骤4、用户付款成功；

步骤5、平行沟道2移动装置开始移动，蓝牙信号达到最强后该方向对准完成；

步骤6、垂直沟道2移动装置开始移动，蓝牙信号达到最强后该方向对准完成；

步骤7、开始充电；

步骤8、车载蓝牙发送电量已满信号；

步骤9、停止充电；

步骤10、充电完成，无线充电发射线圈移动装置14复位，蓝牙关闭。

本实施例叙述地较为具体和详细，也给出了一些实施例的优选措施，但是该实施例和优选措施并不能作为对该发明的限制，本领域的其他技术人员看到该方案时，做出的其他变形和同等手段的替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电动汽车无线充电车位，包括车位、无线充电发射线圈及安装板、无线充电接收线圈及安装盘、无线充电发射线圈移动装置、电缆收放装置、蓝牙模块、配电及控制箱、用户交互面板、电池电量检测电路。其特征在于：所述车位分为沟道区域和其两侧的轮胎接触区域,沟道区域高出轮胎接触区域约5cm；所述无线充电发射线圈及安装盘固定在无线充电发射线圈移动装置上；所述无线充电接收线圈及安装盘固定在电动汽车底盘中轴线的任意位置；所述无线充电发射线圈移动装置安装在车位沟道中；所述蓝牙模块分别安装在无线充电发射线圈安装板和无线充电接收线圈安装盘的中心位置；所述配电及控制箱位于车位外靠近沟道一端的地下，并通过电缆与无线充电发射线圈移动装置相连；所述用户交互面板安装在配电及控制箱上方地面，二者也通过电缆连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述轮胎接触区域等距铺设压力传感器，当该区域压力达到设定阈值则判定有车辆驶入，随即打开蓝牙搜索无线充电接收设备的蓝牙信号。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述沟道与车位等长且宽小于电动汽车的两侧轮距。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述沟道中轴线与车位中轴线重合且其上有非金属盖紧密覆盖防止雨水进入，所述沟道盖由高强度非金属材料制成且可以打开。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述无线充电收发线圈均为谐振耦合线圈。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述无线充电发射线圈移动装置包括平行沟道移动装置和垂直沟道移动装置；所述平行沟道移动装置包括滑轨、滚珠螺杆副、滑块、步进电机、支架；所述滑轨与螺杆平行安装在支架上；所述步进电机安装在一端支架上，用于驱动螺杆；所述滑块有通孔，孔内固定滚珠螺杆副的螺母，滑块下部的凹槽与滑轨构成滑动副，滑块上方固定垂直沟道移动装置；所述垂直沟道移动装置关于平行沟道移动装置的滑轨轴对称安装在其滑块上，运动原理与平行沟道移动装置相同。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述电缆收放装置包括驱动电机、绕线盘、导向滑轮、置线槽；所述驱动电机嵌于平行移动沟道装置的滑块侧面，用于驱动绕线盘，绕线盘与驱动电机连接处有压力传感器；所述导向滑轮安装在绕线盘下方，用于把电缆限制在置线槽内；所述置线槽固定在导向滑轮下方，用于承接电缆；电缆若松动则所述驱动电机启动带动绕线盘收紧电缆，否则驱动电机不工作。

8.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述蓝牙模块包括车载无线充电接收线圈蓝牙和无线充电发射线圈蓝牙；所述车载无线充电接收线圈蓝牙与电池电量检测电路相连，并将电池电量信息实时发送给无线充电发射线圈蓝牙；所述无线充电发射线圈蓝牙与DSP控制器相连，为DSP提供接收到的电动汽车电量信息和两蓝牙模块的信号强度信息。

9.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述配电及控制箱内部包括整流滤波稳压电路、逆变电路、DSP控制器；所述整流滤波稳压电路和逆变电路用于把输入的电网工频电变换为高频交流电；DSP控制器用于对无线充电发射线圈移动装置的步进电机和电缆收放驱动电机的控制，以及与蓝牙、传感器和用户交互面板的通信。

10.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位，其特征在于：所述用户交互面板通过支架安装在地面，可实现与用户的信息交流功能，包括语音播报、充电时间和方式(普通充电、快速充电等)选择和付款功能。

11.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电车位的充电方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤1、电动汽车驶入车位；

步骤2、压力传感器被触发并向DSP控制器发出信号，DSP控制器启动交互面板的语音播报提示用户打开车载蓝牙；

步骤3、DSP打开无线充电发射线圈蓝牙并开始搜索设备，连接完成后根据车载蓝牙发送的电池电量信息语音播报提示预计充电时间、充电方式选择和相应的费用；

步骤4、用户付款成功；

步骤5、平行沟道移动装置开始移动，蓝牙信号达到最强后该方向对准完成；

步骤6、垂直沟道移动装置开始移动，蓝牙信号达到最强后该方向对准完成；

步骤7、开始充电；

步骤8、车载蓝牙发送电量已满信号；

步骤9、停止充电；

步骤10、充电完成，无线充电发射线圈移动装置复位，蓝牙关闭。