CN110027417A - 无线充电装置、系统及无线充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无线充电装置、系统及无线充电控制方法，属于电动车辆无线充电领域。无线充电装置包括可移动的充电机器人，所述充电机器人上包括用于向电动车辆无线传输电能的充电模块，用于与电动车辆无线通讯的通讯模块，以及与所述通讯模块连接的控制模块，所述控制模块用于根据所述通讯模块的信号控制所述充电机器人的移动。无线充电系统包括所述的无线充电装置，以及电动车辆；所述电动车辆包括与所述无线充电装置匹配的无线受电装置。本发明具有安装维护方便、适用性强且低成本的优点。

Description

无线充电装置、系统及无线充电控制方法

技术领域

本发明属于电动车辆无线充电领域，尤其涉及一种无线充电装置、系统及无线充电控制方法。

背景技术

电能无线传输技术不断发展成熟，其输出功率及效率不断提高，相对于有线供电方式，无线供电方式在便利性和安全性上的优势愈发突出,因此无线充电在电动汽车上的应用将会是未来的必然发展潮流和趋势。目前行业上主流的无线充电方式是无线充电发射端天线固定安装在地面侧，或者埋在地面下，无线充电接收端安装在电动汽车的底盘上。现有方案中，地面安装容易受到碰撞和碾压而损坏，地下安装成本较高；并且，车载接收端很难对准固定安装的发射端，为了增加对准的容错度往往将发射端线圈做的很大，大大增加成本。

中国实用新型专利CN206615094公开了一种电动汽车无线充电自动定位校准装置，包括控制箱、校准电机、拖动线圈步进电机、扫描电机、距离检测模块、移动托盘、校准电机轨道以及扫描测距轨道；所述控制箱控制连接所述校准电机、拖动线圈步进电机、扫描电机、距离检测模块；所述校准电机滑动设于所述校准电机轨道上；所述拖动线圈步进电机与所述校准电机相接；所述移动托盘滑动设于所述拖动线圈步进电机的拖动轨道上；所述扫描电机置于所述扫描测距轨道上，所述距离检测模块滑动设于所述扫描测距轨道上；所述扫描测距轨道通过支架架设在所述校准电机轨道的一侧。

上述专利公开的装置需要地下安装，安装和维护不便且成本较高；同时需要增加多种传感器，进一步的提升了成本。

发明内容

本发明针对上述的安装和维护不便且高成本的技术问题，提出一种安装维护方便、适用性强且低成本的无线充电装置、系统及无线充电控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

作为本发明的第一方面，一种无线充电装置，包括可移动的充电机器人，所述充电机器人上包括用于向电动车辆无线传输电能的充电模块，用于与电动车辆无线通讯的通讯模块，以及与所述通讯模块连接的控制模块，所述控制模块用于根据所述通讯模块的信号控制所述充电机器人的移动。

作为优选，所述充电机器人上设置有滚动体，以及可驱动所述滚动体滚动的第一驱动装置。

作为优选，所述充电模块包括发射线圈，所述充电机器人还包括与所述发射线圈连接的伸缩装置，以及可驱动所述伸缩装置伸缩运动的第二驱动装置。

作为优选，还包括用于供电的供电器，所述供电器与所述充电模块电性连接。

作为优选，还包括绕线器，所述供电器通过电源线与所述充电机器人连接，所述电源线卷绕于所述绕线器内。

作为优选，还包括用于收纳充电机器人的充电坞，所述供电器设置在所述充电坞内。

作为优选，所述充电机器人还包括安装架，所述充电模块、所述通讯模块、所述控制模块、所述滚动体设置于所述安装架上。

作为本发明的第二方面，一种无线充电系统，包括上述的无线充电装置，以及电动车辆；所述电动车辆包括与所述无线充电装置匹配的无线受电装置。

作为本发明的第三方面，一种无线充电控制方法，基于上述的无线充电系统，包括以下步骤：

接收电动车辆的充电指令并控制充电机器人移动到电动车辆端进行充电。

作为优选，具体步骤为：

接收电动车辆的充电指令并控制充电机器人沿着预定路线移动直至接收到无线受电装置的反馈信号；

根据反馈信号控制滚动体调整滚动方向，实现发射线圈与无线受电装置的接收线圈对准；

根据反馈信号控制伸缩装置伸出，直到接收线圈和发射线圈的距离达到预定值，开始充电。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明通过在可移动的机器人上设置无线充电的充电模块，通讯模块和控制模块，由机器人与电动车辆建立无线通讯，从而在机器人接收到充电指令时，控制模块能够控制机器人向电动车辆移动，以实现充电机器人与电动车辆的无线充电，机器人通过检测无线充电自身产生的磁场的变化，自动对准车辆端的无线受电装置，对准过程不需要增加额外的检测设备，安装成本和物料成本都大大降低，充电过程自动控制，准确率高且方便快捷；机器人较灵活，不使用时可静置在停车位一侧，待需要为车辆充电时，可移动到车辆处为其充电，有效避免了现有技术中无线充电模块的固定安装时车辆很难对准，以及埋于地下时易压损、安装成本高的问题，本发明具有使用灵活、安装维护方便、适用性强且成本低的优点。

2、本发明通过设置与发射线圈连接的伸缩装置，在不需要向外充电时，发射线圈收缩在充电机器人内，当需要向车辆充电时，伸缩装置带动发射线圈伸出，这样可以适应不同底盘高度的电动汽车，从而实现发射线圈与车辆端接收线圈保持合理的距离范围，降低充电线圈设计的高度适应性要求，提高充电效率。

3、本发明通过设置绕线器，绕线器可以将连接充电机器人的电源器卷绕，从而避免了电源线的散落，以及充电机器人的机动性受到电源线的限制。

4、本发明通过设置充电坞，充电机器人在不使用时收纳在充电坞内，充电坞可以起到保护充电机器人免受外部环境影响的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明无线充电系统的结构示意图；

图2为本发明无线充电机器人的结构示意图；

图3为本发明无线充电系统的俯视图；

图4为本发明无线充电装置的原理框图；

图5为本发明无线充电控制方法的充电流程图；

图6为本发明无线充电控制方法的结束充电流程图。

以上各图中：1为发射线圈；2为控制模块；3为通讯模块；4为滚轮；5为第一电机；6为安装架；8为伸缩装置；9为第二电机；10为第一驱动器；11为第二驱动器；12为电源模块；13为充电坞；14为充电机器人；15为电动车辆；16为车载侧功率变换器；17为车载侧电池；18为电源线；19为绕线器；20为接收线圈。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

作为本发明的第一方面，参见图2、图4所示，提出一种无线充电装置，包括充电机器人14，充电机器人14可以自由移动，充电机器人14上设置有充电模块、控制模块2和通讯模块3，其中，控制模块2与通讯模块3、充电模块电性连接，充电模块用于向电动车辆15传输电能，通讯模块3用于与电动车辆15无线通讯，控制模块2用于根据通讯模块3的信号控制充电机器人14的移动。

本发明通过在可移动的充电机器人14上设置无线充电的充电模块，通讯模块3和控制模块2，由充电机器人14与电动车辆15建立无线通讯，从而在充电机器人14接收到充电指令时，控制模块2能够控制充电机器人14向电动车辆15移动，充电机器人14自动对准车辆端的无线受电装置，以实现充电机器人14与电动车辆15的无线充电，对准过程不需要增加额外的检测设备，安装成本和物料成本都大大降低，充电过程自动控制，准确率高且方便快捷；充电机器人14较灵活，不使用时可静置在停车位一侧，待需要为车辆充电时，可移动到车辆处为其充电，有效了避免现有技术中无线充电模块在固定安装时车辆很难对准，以及埋于地下充电模块易压损、安装成本高的问题，本发明具有使用灵活、安装维护方便、适用性强且成本低的优点。

具体地，充电模块包括电性连接的发射线圈1和功率变换器，功率变换器用于将电源电流转换为与发射线圈1相匹配的高频交流电，发射线圈1通过高频磁场向电动车辆15中的接收线圈20传输电能，从而实现充电机器人14向电动车辆15无线充电。具体地，电源模块可以选择为开关电源12，也可以采用其他的电源设备实现相应的功能。

具体地，继续参见图2、图4所示，充电机器人包括安装架6，充电模块、控制模块2、通讯模块3等各部件安装在安装架6内，安装架6上还安装有带动整个充电机器人14移动的滚动体，滚动体优选为滚轮4，滚轮4连接有第一驱动装置，第一驱动装置可以驱动滚轮4滚动，从而实现充电机器人14的移动，第一驱动装置为第一电机5，控制模块2通过第一驱动器10控制第一电机5的工作。滚动体还可以为麦克纳姆轮或者履带轮等。

当充电机器人14内的通讯模块3接收到电动车辆15的充电指令时，控制模块2通过第一驱动器10控制第一电机5工作，实现滚轮4按照设定的路线滚动，使得充电机器人14移动到达充电车辆15处。第一电机5可以采用一个或者多个电机完成对滚轮4的驱动。

以无线受电装置位于电动车辆15的底部为例进行说明，参见图2、图3所示，发射线圈1在充电机器人14上水平设置，充电机器人14需要做到足够小能够移动进入电动车辆15的底盘下面，但是不同电动车辆15的底盘高低不同，所以发射线圈1与电动车辆15中的接收线圈20距离不等，为了实现发射线圈1与接收线圈20的相对位置能够满足要求，本发明还提供了进一步地发明构思：在充电机器人14上设置伸缩装置8，发射线圈1连接在伸缩装置8的上部，通过控制伸缩装置8的伸缩实现发射线圈1高度的调整。易于理解地，接收线圈20也可以设置在电动车辆15的其他位置，例如接收线圈20安装在汽车车牌之后或者车身的某一侧，对应这些情况，发射线圈1对应为竖直设置。

本发明通过设置与发射线圈1连接的伸缩装置8，在不需要向外充电时，发射线圈1收缩在安装架6内，当需要向车辆充电时，伸缩装置8带动发射线圈1伸出，从而实现与车辆端接收线圈20保持合理的距离范围，提高充电效率。

具体地，本实施例中伸缩装置8为叉型连杆机构，叉型连杆机构由第二驱动装置驱动实现伸缩，第二驱动装置为第二电机9，控制模块2通过第二驱动器11控制第二电机9的工作，从而将发射线圈1升高至设定高度。易于理解地，伸缩装置8还可以为Z型连杆机构，本发明并不限制伸缩装置8的结构，只要能够实现伸缩功能即可；第二电机9可以采用一个或者多个电机完成对伸缩装置8的驱动。

本无线充电装置还包括可用于为开关电源12供电的供电器。供电器通过电源线18与充电机器人14电性连接，并为充电机器人14提供电力。

本无线充电装置还包括充电坞13和绕线器19，其中，充电坞13可以用来收纳充电机器人14，绕线器19可以用来自动卷绕电源线18，供电器通过配电箱从电网获取电能；充电坞13具有遮蔽机构，充电坞13具有防水功能，能够为充电机器人14提供遮蔽，避免降水和灰尘造成对充电机器人14的损坏。充电机器人14移动的过程中，电源线18会跟随充电机器人14移动，电源线18过长可能会散乱分布甚至打结，影响充电机器人14的移动。本发明的绕线器19能够根据充电机器人14的移动自动卷绕或者释放电源线18，使电源线18始终保持在合适的长度，能够有效的保证充电机器人14移动不受阻碍。

示例性地，充电坞13为一个内部具有空腔和开口的结构，空腔和开口的大小与充电机器人14匹配，充电机器人可以从开口进出并收容在充电坞13的空腔中。

示例性地，充电坞13也可以仅采用一个遮板对收纳的充电机器人进行遮蔽和保护，形成一个开放的结构。

示例性地，充电坞13也可以设计为完全封闭的结构，内部具有可用以收纳充电机器人的空腔以及可用于充电机器人14进出的封闭门，封闭门根据控制信号开启或者关闭，为充电机器人14提供更全面的保护。

以下基于图4对本发明的原理进行详细说明，功率变换器通过电源线18与充电坞13连接，接受充电坞13的电力供给。功率变换器与发射线圈1电性连接，功率变换器能够将从电源线18取得的低频交流电转换为高频交流电，将高频交流电传送给发射线圈1，发射线圈1通过磁耦合谐振方式传递能量给电动车辆15对应的无线受电装置。功率变换器与控制模块2电性连接，功率变换器接受控制模块2的控制信息，并根据控制信息控制发射线圈1的能量传输。

通讯模块3与功率变换器电性连接，通讯模块3可以将电动车辆15的信息传送至功率变换器，功率变换器再将信息转发至控制模块2。控制模块2根据电动车辆15的信息与功率变换器进一步实现对发射线圈1的控制。

控制模块2还能够实现对第一电机5和第二电机9的控制。充电机器人14还包括可用以驱动第一电机5的第一驱动器10和可用以控制第二电机9的第二驱动器11，第一驱动器10与第一电机5电性连接，第二驱动器11与第二电机9电性连接。开关电源12输入端通过电源线18连接充电坞13，开关电源12从充电坞13取电，并转换为匹配控制模块2、第一驱动器10、第二驱动器11、第一电机5、第二电机9、通讯模块3的直流电压，为控制模块2、第一驱动器10、第二驱动器11、第一电机5、第二电机9、通讯模块3供电。控制模块2与第一驱动器10电性连接，控制模块2通过第一驱动器10控制第一电机5，进而实现滚轮4的转动，最终控制充电机器人14的移动。控制模块2与第二驱动器11电性连接，控制模块2通过第二驱动器11控制第二电机9的正转，实现伸缩装置8对发射线圈1的升降。

上述的控制模块2、功率变换器、第一驱动器10、第二驱动器11、第一电机5、第二电机9、开关电源12、滚轮4和伸缩装置8均固定安装在安装架6上。

控制模块2能够根据功率变换器的信息进行处理和判断，对第一电机5和第二电机9进行精确控制，实现充电机器人14的发射线圈1对准电动车辆15的接收线圈20，实现高效、快速的无线电能传输。

在另外一个实施例中，通讯模块3也可以直接与控制模块2电性连接，通讯模块3可以将电动车辆15的信息直接传送至控制模块2，其他部件与上述实施例相同。

在另外一个实施例中，通讯模块3集成于功率变换器内，功率变换器内还集成有单独控制器，该单独控制器控制功率变换器工作并与通讯模块3连接，该单独控制器通过串口与控制模块2进行信息传递。

作为本发明的第二方面，参见图1所示，提供一种无线充电系统，包括上面所述的无线充电装置，以及电动车辆15；电动车辆15包括与上述无线充电装置匹配的无线受电装置。

具体地，无线受电装置包括车载侧功率变换器16、接收线圈20和车载侧电池17；其中，车载侧功率变换器16连接接收线圈20，主要作用是将接收线圈20拾取的电能进行功率变换，并给车载侧电池17充电，该车载侧功率变换器16具备充电管理功能，并且集成有射频通讯模块可以实现电动车辆15和充电机器人14之间的无线通信；车载侧电池17储存接收线圈20拾取的能量。

作为本发明的第三方面，基于上述的无线充电系统，提供一种无线充电控制方法，包括以下步骤：

接收电动车辆的充电指令并控制充电机器人移动到电动车辆端进行充电。

以上步骤具体为：

接收电动车辆的充电指令并控制充电机器人预定路线移动直到接收到无线受电装置的反馈信号；

根据反馈信号控制滚动体调整方向滚动，实现发射线圈与无线受电装置的接收线圈对准；

根据反馈信号控制伸缩装置伸出，直到接收线圈和发射线圈的距离达到预定值，开始充电。

本发明由充电机器人14与电动车辆15建立无线通讯，从而在充电机器人14接收到充电指令时，能够向电动车辆15移动，充电机器人14自动对准车辆端的无线受电装置，以实现充电机器人14与电动车辆15的无线充电，对准过程不需要增加额外的检测设备，安装成本和物料成本都大大降低，充电过程自动控制，准确率高且方便快捷；充电机器人14较灵活，不使用时可静置在停车位一侧，待需要为车辆充电时，可移动到车辆处为其充电，可以有效避免现有技术中无线充电模块固定安装时车辆很难对准，以及埋于地下充电模块易压损、安装成本高的问题，本发明具有使用灵活、安装维护方便、适用性强且成本低的优点。

为了更清楚地理解本发明的控制方法，基于图3、图5、图6进行详细说明：

待充电的电动车辆停泊在停车位后，电动车辆下达充电指令，通过车载侧通讯模块将指令传送至充电机器人的通讯模块。充电机器人的通讯模块将充电信息传送控制模块。

控制模块先通知功率变换器以固定频率启动，然后通过第一驱动器驱动第一电机工作，进而控制滚轮转动，使充电机器人沿预定路线移动，直到接收到车载侧射频通信模块发出的反馈信号。

具体地，充电机器人控制模块接到充电指令，控制第一驱动装置使得充电机器人沿着车位中轴线向汽车接收线圈位置移动，直至电动车辆通过车载通讯模块发出反馈信号。充电机器人控制模块接收到反馈信号，并根据具体的反馈驱动滚轮转动，使得充电机器人分别在X、Y轴移动，实现发射线圈与接收线圈在平面上的对准。

完成水平方向的对准后，控制模块根据反馈信号，通过第二驱动装置控制第二电机，使得发射线圈垂直上升，直到发射线圈与接收线圈的高度达到预定值，之后充电机器人控制模块通知功率变换器开始充电。

充电完成后，电动车辆下达结束充电指令，通过车载侧通讯模块将信息传送至充电机器人的通讯模块。充电机器人的通讯模块将结束充电信息传送至功率变换器，通过功率变换器转发至控制模块。

控制模块先通知功率变换器结束充电，然后通过第二驱动装置控制第二电机，控制伸缩装置下降，使得发射线圈下降复位。

完成竖直方向复位后，控制模块通过第一驱动装置控制电机，进而驱动滚轮转动，使得充电机器人分别在平面上两条互相垂直的X轴和Y轴上移动，充电机器人按照记录的行驶路线原路返回充电坞，等待下一次充电信号。

其中，根据反馈信号实现线圈的自动对准方法为现有技术，此处不再详述，具体可参见CN206595776U。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无线充电装置，其特征在于：包括可移动的充电机器人，所述充电机器人上包括用于向电动车辆无线传输电能的充电模块，用于与电动车辆无线通讯的通讯模块，以及与所述通讯模块连接的控制模块，所述控制模块用于根据所述通讯模块的信号控制所述充电机器人的移动。

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于：所述充电机器人上设置有滚动体，以及可驱动所述滚动体滚动的第一驱动装置。

3.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于：所述充电模块包括发射线圈，所述充电机器人还包括与所述发射线圈连接的伸缩装置，以及可驱动所述伸缩装置伸缩运动的第二驱动装置。

4.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于：还包括用于供电的供电器，所述供电器与所述充电模块电性连接。

5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于：还包括绕线器，所述供电器通过电源线与所述充电机器人连接，所述电源线卷绕于所述绕线器内。

6.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于：还包括用于收纳充电机器人的充电坞，所述供电器设置在所述充电坞内。

7.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于：所述充电机器人还包括安装架，所述充电模块、所述通讯模块、所述控制模块、所述滚动体设置于所述安装架上。

8.一种无线充电系统，其特征在于：包括上述权利要求1至7中任意一项所述的无线充电装置，以及电动车辆；所述电动车辆包括与所述无线充电装置匹配的无线受电装置。

9.一种无线充电控制方法，基于权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，包括以下步骤：

接收电动车辆的充电指令并控制充电机器人移动到电动车辆端进行充电。

10.根据权利要求9所述的无线充电控制方法，其特征在于，具体步骤为：

接收电动车辆的充电指令并控制充电机器人沿着预定路线移动直至接收到无线受电装置的反馈信号；

根据反馈信号控制滚动体调整滚动方向，实现发射线圈与无线受电装置的接收线圈对准；

根据反馈信号控制伸缩装置伸出，直到接收线圈和发射线圈的距离达到预定值，开始充电。