CN109969013A - 一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统及充电方法。包括车载端和充电端；所述的车载端包括电池组件，电池组件与电池管理系统通信连接，电池组件与功率接收控制器电连接，电池管理系统与经车载通讯单元与整车控制器通信连接，整车控制器与无人驾驶系统通信连接，功率接收控制器与接收线圈电连接；所述的充电端包括充电管理系统，充电管理系统分别与车载通讯单元和充电通讯单元通信连接，充电通讯单元与功率发射控制器通信连接，功率发射控制器与发射线圈电连接。本发明实现了电动汽车充电的灵活化、快速化，提高了充电效率，节约了充电桩资源。

Description

一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统及充电方法
技术领域
本发明涉及智能驾驶的电动汽车充电技术领域，特别是一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统及充电方法。
背景技术
随着当今交通领域的智能化和电动化发展，一些具有特殊功能的汽车已经陆续出现在人们的视野中，汽车数量也在不断的增多。而其中以智能化的电动汽车越来越受到人们的青睐，尤其是智能驾驶汽车的高速发展为人们的出行生活带来新的解决方案。
然而目前，不管是哪一类电动汽车，其充电问题一直是大部人重点关注的问题，而且现阶段电动汽车的充电还是依赖人工完成，这不仅要求充电枪使用者要有一定的专业知识，而且就算电动汽车充电完成后也需要等待人工来拔枪，其效率低下，造成了充电桩资源和人工成本的浪费。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统及充电方法。本发明实现了电动汽车充电的灵活化、快速化，提高了充电效率，节约了充电桩资源。
本发明的技术方案：一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统，包括车载端和充电端；所述的车载端包括电池组件，电池组件与电池管理系统通信连接，电池组件与功率接收控制器电连接，电池管理系统与经车载通讯单元与整车控制器通信连接，整车控制器与无人驾驶系统通信连接，功率接收控制器与接收线圈电连接；
所述的充电端包括充电管理系统，充电管理系统分别与车载通讯单元和充电通讯单元通信连接，充电通讯单元与功率发射控制器通信连接，功率发射控制器与发射线圈电连接。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统中，所述的充电管理系统包括车辆识别模块、车位充电定位模块、剩余车位查询模块、充电计费模块和充电管理模块；
所述的车辆识别模块，用于识别电动汽车的车牌信息；
所述的车位充电定位模块，用于检测充电端的的剩余车位；
所述的剩余车位查询模块，用于记录和查询空余车位信息；
所述的充电计费模块，用于充电计费；
所述的充电管理模块，用于通讯交互、充电自检、充电逻辑控制、充电安全监控。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，按下述步骤进行：
a.充电信号由电池管理系统向整车控制器发出；
b.发出的充电信号再由整车控制器发送至无人驾驶系统；
c.无人驾驶系统接收充电信号后进行路径规划，并按照路径规划控制电动汽车前往最近充电端的充电站；
d.进入充电站后，车载端电动汽车和充电端充电站建立无线通讯连接，并进行充电握手确认，确认后整车控制器控制电动汽车熄火进入待充电模式；
e.进入待充电模式后，电池管理系统自检，自检完成后，电池管理系统向充电管理系统请求充电电压和电流，功率接收控制器和功率发射控制器启动，接收线圈和发射线圈互感充电。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法所述的步骤e中，电池管理系统自检包括绝缘检测、高压回路互锁检测。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法所述的步骤e中，互感充电完成或整车控制器接收到来自无人驾驶系统的充电停止信号后，整车控制器控制电池管理系统由充电模式调整为下电模式；之后充电管理系统停止电流、电压输出，功率发射控制器与功率接收控制器分别控制发射线圈和接收线圈停止充电。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法所述的步骤e中，停止充电后，充电管理系统进行费用核算和扣除；完成费用扣除后，无人驾驶系统控制电动汽车驶出充电站。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法所述的步骤c中 ，无人驾驶系统进行路径规划时，先向距离最近的充电端的充电管理系统发出充电请求；充电管理系统接收充电请求，控制剩余车位查询模块查询剩余车位信息，并将剩余车位信息反馈到无人驾驶系统，无人驾驶系统根据空车位信息进行路径规划。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法所述的步骤b中 ，整车控制器发送充电信号的同时，对电池组件剩余电量最大行驶距离进行预算；步骤c中，无人驾驶系统完成路径规划后，将路径规划返回整车控制器；整车控制器对比最大行驶距离和路径规划：
当最大行驶距离的行程≥路径规划的行程时，整车控制器将电动汽车行使权交由无人驾驶系统接管，电动汽车按照路径规划前往充电站；
当最大行驶距离的行程＜路径规划的行程时，电动汽车进入低电量模式，不再前往充电，并通过无人驾驶系统上传车辆状态和位置信息，等待人为处理。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法所述的步骤e中，接收线圈和发射线圈互感充电前，先进行小电流预充电。
有益效果
与现有技术相比，本发明将智能驾驶技术与自动充电技术相结合，充电的整个过程均是无人化操作，实现了电动汽车的自动充电，进而取代了人工充电，不仅提高了充电效率，实现了充电的灵活化、快速化，而且降低了人工成本。本发明在电动汽车进行充电时，通过无人驾驶系统进行路径规划，并通过整车控制器计算剩余电量最大行驶距离，在确认最大行驶距离内有空余充电车位后，才通过无人驾驶系统控制电动汽车前往通电；通过该方法，避免了无效行驶路程，提高了能源有效利用率。同时本发明通过充电管理系统将充电站的空余车位信息发送给无人驾驶系统，无人驾驶系统根据接收的空余车位信息进行最优路径规划，避免了电动汽车在不知空余车位信息的情形下盲目集中到某一充电站、而其他充电站闲置的情况，进而避免了充电排队等待时间长和充电桩资源配置不合理造成资源浪费的现象。
综上所述，本发明实现了电动汽车充电的灵活化、快速化，提高了充电效率，节约了充电桩资源。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的充电方法流程图。
附图标记：1-电池组件，2-电池管理系统，3-功率接收控制器，4-车载通讯单元，5-整车控制器，6-无人驾驶系统，7-接收线圈，8-充电管理系统，9-充电通讯单元，10-功率发射控制器，11-发射线圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统,参见图1，包括车载端和充电端；所述的车载端包括电池组件1，电池组件1与电池管理系统2通信连接，电池组件1与功率接收控制器3电连接，电池管理系统2与经车载通讯单元4与整车控制器5通信连接，整车控制器5与无人驾驶系统6通信连接，功率接收控制器3与接收线圈7电连接；
所述的充电端包括充电管理系统8，充电管理系统8分别与车载通讯单元4和充电通讯单元9通信连接，充电通讯单元9与功率发射控制器10通信连接，功率发射控制器10与发射线圈11电连接。
通过该结构，实现通过车载端和充电端电磁共振充电(即接收线圈7和发射线圈11互感充电)；使得电动汽车与充电桩之间不再需要物理连接，通过非物理接触的电能传输方式进行充电；通过将电能转换为电磁共振状态，以无线形式传输电能，代替现有的通过人为操作充电枪(充电电缆)来传输电能。
所述的电池管理系统2主要是负责车载电池组件1的充放电管理，实时监控电池的使用状态，通过预设的阀值来保证电池安全的的控制系统，其能够响应电动汽车的充电与放电需求。
所述的功率接收控制器3主要是车载端功率控制单元，对副边输出的高频交流进行整流，输出满足电动汽车电池组件1所需求的直流电。
所述的车载通讯单元4主要是与电池管理系统2、整车控制器5、功率接收控制器3、充电端的充电管理系统8完成通讯任务，接收、处理、发射信号。
所述的整车控制器5主要是起到电动汽车的信息整合和决策功能，拥有最好决策权，是指挥电动汽车上的其他执行结构执行动作的枢纽。
所述的无人驾驶系统6可采用Autoware、百度系的Apollo或谷歌的无人驾驶系统。
所述的接收线圈7和发射线圈11均是由一个小电容并联或串联的大电感线圈组成，作为电磁共振器。发射线圈11收到功率发射控制器10交流电，产生特定频率的电磁波，经过电磁场扩散到接收线圈7，产生同频率的磁场共振，能量就可以通过两个相同谐振频率的LC谐振器进行转移。
所述的充电通讯单元9主要是与充电管理系统8和功率发射控制器10进行通讯，起到信息的接收、处理、传递的用途。
所述的功率发射控制器10主要实现将充电端的220V(或其他)变频到高频的交流电，输出满足车载端充电时工作频率的交流电，以驱动发射线圈11工作，并根据控制信号，完成充电端对电动汽车的无线充电功能过程控制。前述的充电管理系统8包括车辆识别模块、车位充电定位模块、剩余车位查询模块、充电计费模块和充电管理模块；
所述的车辆识别模块，用于识别电动汽车的车牌信息；车牌是车辆的独特身份标识，如车辆驶入充电站门口时，充电站的车辆识别模块识别车辆信息，若车辆处于不正常状态(欠费，丢失等)，将记录车辆信息至充电管理系统8，同时拒绝车辆驶入；若车辆处于正常状态，同时此时启动剩余车位查询模块，查询空闲车位，供车辆正常进入；同样地，当车辆充电结束驶出时，确认费用已经结清后可正常驶出，若处于为缴费状态，则需重新缴费；
所述的车位充电定位模块，用于检测充电端的的剩余车位；若该车位上没有车辆充电，该定位模块将车位信息传递给剩余车位查询模块，标记为空闲车位(剩余车位)。空闲车位位置会被发送至车载端的无人驾驶系统6，电动汽车即可根据路径规划到达空闲车位位置，之后车位充电定位模块将车位已被使用信息同步至剩余车位查询模块；
所述的剩余车位查询模块，用于记录和查询空余车位信息；其主要是与车辆识别模块和车位充电定位模块实时通讯，能够实时将充电站内剩余车位信息在充电管理系统8内记录，同时也实时将已被占用的车位信息记录；
所述的充电计费模块，用于充电计费；其主要是计算以车牌号唯一身份识别的电动汽车充电使用费用，每辆车的所属人以车牌号为身份识别在系统里充值；每次充电完成后充电计费模块会根据充电电量来计算花费金额，并将充电起始时间、车位号、车牌号、充电价格、充电总额等信息自动生成表格，存储在充电管理系统8中，方面车主调用。同时，当车辆费用扣除成功后，将扣费成功的车辆信息发送给车辆识别模块，确认收费完成，可出站；
所述的充电管理模块，用于通讯交互、充电自检、充电逻辑控制、充电安全监控；如当电动汽车已经准确达到指定的充电位置，充电管理模块会回应电动汽车的充电需求，但是为了安全考虑，需要先进行预充电模式，此时只有一个小电流，用以判断整个充电系统是否有故障。故障主要分为三类：车辆故障，此时检测到车辆本身故障，则断开充电，车辆返回。如果检测到充电机端故障，则向充电系统上传故障码，断开充电，重新规划车位给车辆。如果是因为车载端接收线圈7与充电端发射线圈11没有在合适的相对位置导致无法感应充电，则需要启动车辆，重新进入车位再次尝试。
前述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，参见图2，按下述步骤进行：
a.充电信号由电池管理系统2向整车控制器5发出；当电动汽车电池组件1电量低于15%时(不同车辆可不同，主要需要满足行驶距离至少30公里，避免电量耗尽抛锚)，电池管理系统2将向整车控制器5发送充电信号；
b.发出的充电信号再由整车控制器5发送至无人驾驶系统6；
c.无人驾驶系统6接收充电信号后进行路径规划，并按照路径规划控制电动汽车前往最近充电端的充电站；
d.进入充电站后，车载端电动汽车和充电端充电站建立无线通讯连接，并进行充电握手确认，确认后整车控制器5控制电动汽车熄火进入待充电模式；待充电模式时，刹车系统或者电子手刹启动抱死。
e.进入待充电模式后，电池管理系统2自检，自检完成后，电池管理系统2向充电管理系统8请求充电电压和电流，功率接收控制器3和功率发射控制器10启动，接收线圈7和发射线圈11互感充电。为了方便接收线圈7和发射线圈11间的互感，接收线圈7安装于汽车发动机舱下方，发射线圈11安装于停车位地面并确保能够与接收线圈7在竖直方向对齐，以便互感。
前述的步骤e中，电池管理系统2自检包括绝缘检测、高压回路互锁检测，重点为绝缘检测。
前述的步骤e中，互感充电完成(即当充电电量达到100%)或整车控制器5接收到来自无人驾驶系统6的充电停止信号后，整车控制器5控制电池管理系统2由充电模式调整为下电模式；之后充电管理系统8停止电流、电压输出，功率发射控制器10与功率接收控制器3分别控制发射线圈11和接收线圈7停止充电。
前述的步骤e中，停止充电后，充电管理系统8进行费用核算和扣除；完成费用扣除后，无人驾驶系统6控制电动汽车驶出充电站。
前述的步骤c中 ，无人驾驶系统6进行路径规划时，先向距离最近的充电端的充电管理系统8发出充电请求；充电管理系统8接收充电请求，控制剩余车位查询模块查询剩余车位信息，并将剩余车位信息反馈到无人驾驶系统6，无人驾驶系统6根据空车位信息进行路径规划。
前述的步骤b中 ，整车控制器5发送充电信号的同时，对电池组件1剩余电量最大行驶距离进行预算，预算时，自动扣除10%的距离，预留突发情况下的车辆抛锚；步骤c中，无人驾驶系统6完成路径规划后，将路径规划返回整车控制器5；整车控制器5对比最大行驶距离和路径规划：
当最大行驶距离的行程≥路径规划的行程时，整车控制器5将电动汽车行使权交由无人驾驶系统6接管，电动汽车按照路径规划前往充电站；
当最大行驶距离的行程＜路径规划的行程时，电动汽车进入低电量模式，不再前往充电，并通过无人驾驶系统6上传车辆状态和位置信息，等待人为处理。
前述的步骤e中，接收线圈7和发射线圈11互感充电前，先进行小电流预充电。

Claims (9)

1.一种智能驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，包括车载端和充电端；所述的车载端包括电池组件（1），电池组件（1）与电池管理系统（2）通信连接，电池组件（1）与功率接收控制器（3）电连接，电池管理系统（2）与经车载通讯单元（4）与整车控制器（5）通信连接，整车控制器（5）与无人驾驶系统（6）通信连接，功率接收控制器（3）与接收线圈（7）电连接；
所述的充电端包括充电管理系统（8），充电管理系统（8）分别与车载通讯单元（4）和充电通讯单元（9）通信连接，充电通讯单元（9）与功率发射控制器（10）通信连接，功率发射控制器（10）与发射线圈（11）电连接。
2.根据权利要求1所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，所述的充电管理系统（8）包括车辆识别模块、车位充电定位模块、剩余车位查询模块、充电计费模块和充电管理模块；
所述的车辆识别模块，用于识别电动汽车的车牌信息；
所述的车位充电定位模块，用于检测充电端的的剩余车位；
所述的剩余车位查询模块，用于记录和查询空余车位信息；
所述的充电计费模块，用于充电计费；
所述的充电管理模块，用于通讯交互、充电自检、充电逻辑控制、充电安全监控。
3.一种如权利要求1或2所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，其特征在于，按下述步骤进行：
a.充电信号由电池管理系统（2）向整车控制器（5）发出；
b.发出的充电信号再由整车控制器（5）发送至无人驾驶系统（6）；
c.无人驾驶系统（6）接收充电信号后进行路径规划，并按照路径规划控制电动汽车前往最近充电端的充电站；
d.进入充电站后，车载端电动汽车和充电端充电站建立无线通讯连接，并进行充电握手确认，确认后整车控制器（5）控制电动汽车熄火进入待充电模式；
e.进入待充电模式后，电池管理系统（2）自检，自检完成后，电池管理系统（2）向充电管理系统（8）请求充电电压和电流，功率接收控制器（3）和功率发射控制器（10）启动，接收线圈（7）和发射线圈（11）互感充电。
4.根据权利要求3所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，其特征在于，步骤e中，电池管理系统（2）自检包括绝缘检测、高压回路互锁检测。
5.根据权利要求3所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，其特征在于，步骤e中，互感充电完成或整车控制器（5）接收到来自无人驾驶系统（6）的充电停止信号后，整车控制器（5）控制电池管理系统（2）由充电模式调整为下电模式；之后充电管理系统（8）停止电流、电压输出，功率发射控制器（10）与功率接收控制器（3）分别控制发射线圈（11）和接收线圈（7）停止充电。
6.根据权利要求5所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，其特征在于，步骤e中，停止充电后，充电管理系统（8）进行费用核算和扣除；完成费用扣除后，无人驾驶系统（6）控制电动汽车驶出充电站。
7.根据权利要求3所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，其特征在于，步骤c中 ，无人驾驶系统（6）进行路径规划时，先向距离最近的充电端的充电管理系统（8）发出充电请求；充电管理系统（8）接收充电请求，控制剩余车位查询模块查询剩余车位信息，并将剩余车位信息反馈到无人驾驶系统（6），无人驾驶系统（6）根据空车位信息进行路径规划。
8.根据权利要求3所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，其特征在于，步骤b中 ，整车控制器（5）发送充电信号的同时，对电池组件（1）剩余电量最大行驶距离进行预算；步骤c中，无人驾驶系统（6）完成路径规划后，将路径规划返回整车控制器（5）；整车控制器（5）对比最大行驶距离和路径规划：
当最大行驶距离的行程≥路径规划的行程时，整车控制器（5）将电动汽车行使权交由无人驾驶系统（6）接管，电动汽车按照路径规划前往充电站；
当最大行驶距离的行程＜路径规划的行程时，电动汽车进入低电量模式，不再前往充电，并通过无人驾驶系统（6）上传车辆状态和位置信息，等待人为处理。
9.根据权利要求3所述的智能驾驶电动汽车的自动充电系统的充电方法，其特征在于，步骤e中，接收线圈（7）和发射线圈（11）互感充电前，先进行小电流预充电。
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