CN110091735A - 一种集成辅助对准功能的电动汽车无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车充电技术领域,涉及一种集成辅助对位功能的电动汽车无线充电系统。该系统包括上位机、无线通信装置、数据处理单元、发射单元和接收单元,具有辅助线圈对准功能和异物或活物检测功能。当进行异物或活物检测时,LED照明装置照亮车身底部,摄像头中图像信息经数据处理单元后发送到上位机中显示,辅助驾驶员进行异物及活物检测;当进行线圈对准时,利用摄像头识别发射线圈上的LED自发光标识,获取发射线圈的位置信息,发送到上位机中并显示发射线圈和接收线圈的相对位置,辅助驾驶员进行线圈对位。本发明无需自动泊车功能或线圈上额外安装伺服位置控制机构,节约成本和空间,相比车位标线或电磁检测等方法,定位精度更高。

Description

一种集成辅助对准功能的电动汽车无线充电系统
技术领域
本发明属于电动汽车充电技术领域,涉及一种集成辅助对准功能的电动汽车无线充电系统。
背景技术
随着能源和环境问题的日益突出,新能源汽车的发展受到了越来越多的重视。为了应对环境问题,实现节能减排的需求,我国开始大力发展电动汽车。近年来随着新能源汽车的保有量持续增加,其充电问题也受到了越来越广泛的重视。
电动汽车的充电方式主要分为两种:传导式充电和无线充电。传导式充电也称为有线充电,其基本思想是从单向或三相交流电源或电网取电,经整流器将交流电转变为直流电,然后给电动汽车的动力电池充电。充电枪和电动汽车的充电设备之间采用的是机械相连,根据整流器位置的不同传导式充电可以分为交流充电和直流充电,如图1和图2所示。
交流充电和直流充电本质上都是有线充电,因为有线充电采用的是机械连接,所以其充电接口之间不可避免地会存在机械摩擦,造成接触不良,产生电火花;同时在接口之间会出现渗水等问题,存在漏电等安全隐患。而无线充电技术不存在这些问题。
关于无线充电技术,其基本思想是将电能转化成磁能,利用无线的方式进行能量的传输,其传输方式有多种,但由于电动汽车充电的充电功率大,充电距离长,所以现在主要采用谐振式无线电能传输的方式,其系统如图3所示,其中,交流电网供电,经整流滤波之后转变为直流电,再经高频逆变之后转变为高频交流电,经补偿电路给到发射线圈,同时在电动汽车一侧的接收线圈内激发出交流电,经补偿电路和整流之后给动力电池充电。
因为电动汽车与充电设备之间采用发射线圈和接收线圈进行能量传输,没有直接接触,所以避免了机械摩擦,老化的问题,充电方便,安全可靠,逐渐成为未来电动汽车充电的发展趋势。
电动汽车的无线充电技术涉及到充电车辆与充电设备的对准情况,现有对准技术多采用:一是驾驶员通过泊车系统的帮助完成线圈的对准,这种方法需要特殊的摄像头对准系统,摄像头的安装位置根据车型的不同需要做特殊的调整,并且需要检测停车标线,易受外界光线的干扰。二是采用激光,信号发射源,结合传感器和定位装置等实现车辆的定位,进而提示驾驶员实现定位。三是利用伺服位置控制机构,根据所得到的位置信息,移动充电线圈实现对准。
无线充电及其线圈对准技术的主要缺点如下:
1、现有无线充电技术主要采用松耦合的方式,其充电效率受线圈的位置和距离影响较大。而车辆在实际停放过程中必然会存在一定偏差,线圈不可能完全对准,线圈之间会产生一定的错位,如果错位较为严重,则可能无法实现充电。
2、采用摄像头的自动对准系统,需要将摄像头安装于车身外侧并检测车位标线,需要根据车型进行针对性设计,且易受到外界光线的干扰。
3、采用线圈自动对准功能的系统,要求车辆具备自动泊车功能或在充电线圈处安装伺服位置控制机构,这样不仅会增加成本,伺服机构的存在还会减小车辆的底盘空间。
4、采用激光作为信号发射源,位置传感器的线圈对准系统只能获取位置信息,不具备辅助异物及活物检测的功能。
专利“一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统201510433094.6”,采用无线电测距装置,利用固定于无线充电接收装置中间的摄像头对停车位地面拍照,利用图像识别技术从所拍摄数据中识别出无线充电发射装置,从而计算出无线充电接收装置与无线充电发射装置的位差。利用该位差数据控制驱动电机对电机定位驱动装置进行驱动,进而将无线充电接收装置移动到与无线充电发射装置对准的位置,从而实现两者的准确对准定位。
专利“一种电动汽车无线充电装置自动对准系统及方法201710542686.0”,在车身安装双目摄像头,在发射装置表面安装4个led灯,双目摄像头识别停车位地面数据信息,识别无线充电发射装置,利用控制驱动装置控制接收装置的水平垂直移动,实现对准。
专利“电动汽车无线充电位置的对准方法和系统201610527545.7”,根据无线充电指令控制摄像头拍摄无线充电位标线,并生成图像序列;根据图像序列计算电动汽车所在方向与目标方向的夹角,并设定虚拟标线,根据夹角控制电机控制器动作,以使电动汽车转动目标角度;在当前虚拟标线与无线充电位标线的重合率大于预设值时,控制显示区域显示用户泊车完成,实现对准。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出一种集成辅助对准功能的电动汽车无线充电系统,通过在充电线圈中集成摄像头和LED发光装置,解决:常见无线充电系统不具备充电线圈辅助对准功能;摄像头的线圈对准系统需要将摄像头安装于车身并检测车位标线,需要根据车型进行针对性设计,且易受到外界光线的干扰;线圈对准功能采用伺服位置控制所需的额外成本和空间;线圈对准功能不具备的辅助异物及活物检测功能。
本发明的技术方案:
一种集成辅助对准功能的电动汽车无线充电系统,包括上位机、无线通信装置、数据处理单元、发射单元和接收单元,具有辅助线圈对准功能和异物或活物检测功能;
所述的发射单元主要由直流稳压电源、全桥逆变电路、主控板、补偿电路、发射线圈和LED自发光定位标识组成;所述的直流稳压电源提供直流电,经全桥逆变电路转变为高频交流电,主控板用于控制全桥逆变电路的开启与关闭并采集电压电流信息,高频交流电经补偿电路输出至发射线圈,产生高频电磁场;所述的LED自发光定位标识集成安装在发射线圈上;
所述的接收单元主要由电池、全桥整流电路、主控板、补偿电路、接收线圈、LED照明装置和摄像头组成;所述的接收线圈与发射线圈相对准,接收线圈内激发出交流电,经补偿电路和全桥整流电路后为电池充电,主控板用于采集全桥整流电路的电压电流信息;所述的LED照明装置和摄像头集成安装在接收线圈上;
所述的无线通信装置,其接收端与上位机相连,发射端分别与发射单元和接收单元的主控板相连;在上位机界面上显示充电信息,并且在上位机中控制充电的开始和结束;
当进行异物或活物检测时,LED照明装置照亮车身底部,同时摄像头中图像信息经数据处理单元后发送到上位机中显示,辅助驾驶员进行异物及活物检测;当进行线圈对准时,利用摄像头识别发射线圈上的LED自发光标识,获取发射线圈的位置信息,发送到上位机中并显示发射线圈和接收线圈的相对位置,辅助驾驶员进行线圈对准。
该充电系统的工作流程如图6所示,具体如下:
首先,车辆进入停车区域附近,驾驶员点击上位机界面中的检测按钮,上位机利用无线通信装置发送控制信号,控制接收线圈中的摄像头和用于异物/活物检测的LED照明装置开启,LED照明装置照亮车身底部,摄像头采集图像信息并发送到上位机中显示,从而辅助驾驶员进行异物及活物检测。
当车辆行驶到充电设备附近时,驾驶员点击上位机界面中的对准按钮,上位机发送控制信号,控制接收线圈上的LED照明装置关闭,同时打开发射线圈上的LED自发光定位标识,摄像头采集LED定位标识的位置信息,并经数据处理单元得到发射线圈的位置信息,传到上位机并在上位机中显示出发射线圈和接收线圈的相对位置,驾驶员通过上位机中的显示,适当调整车辆使发射线圈和接收线圈对准,此时进入充电界面。
线圈对准之后,驾驶员点击上位机界面中的开始充电按钮,上位机发送控制信号,控制LED发光标识和摄像头关闭,同时控制接收单元的主控板开始充电。此时主控板将采集到的电压电流信息传递给上位机,在上位机中显示充电状态和充电效率。
当充电结束时,驾驶员点击上位机界面中的结束充电按钮,上位机发送控制信号给主控板,控制充电装置结束充电。
本发明的有益效果:
1、摄像头和LED发光装置集成在接收线圈内,具有通用性,不用针对车型,不需要车位标线,摄像头处于车辆底盘横向中心,受外界环境光影响小,采用LED自发光定位标识,进一步提高了的抗干扰能力。
2、无需自动泊车功能或线圈上额外安装伺服位置控制机构,节约了成本和空间。
3、具备辅助异物/活物检测功能。
4、利用识别优化设计的LED自发光定位标识进行定位,相比车位标线或电磁检测等方法,定位精度更高。
说明书附图
图1为交流充电系统示意图;
图2为直流充电系统示意图;
图3为谐振式无线充电系统示意图;
图4为本发明的无线充电系统的结构示意图;
图5为无线通信控制的结构示意图;
图6为本发明的无线充电系统的工作流程图;
图7为实际对准检测效果图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案,进一步说明本发明的具体实施方式。
如图4所示,一种集成辅助对准功能的电动汽车无线充电系统,包括上位机、无线通信装置、数据处理单元、发射单元和接收单元,具有辅助线圈对准功能和异物或活物检测功能;所述的发射单元主要由直流稳压电源、全桥逆变电路、主控板、补偿电路、发射线圈和LED自发光定位标识组成;所述的接收单元主要由电池、全桥整流电路、主控板、补偿电路、接收线圈、LED照明装置和摄像头组成。辅助对准功能和异物检测功能都是基于摄像头的图像识别技术,其中摄像头和LED照明装置集成在接收线圈上,LED自发光定位标识集成在发射线圈上。
在进行异物/活物检测时,摄像头和接收线圈上的LED照明装置开启,发射线圈上的LED发光定位标识关闭。此时LED照明装置将车辆下部照亮,利用摄像头拍摄车辆下部图像信息并发送给上位机显示,辅助驾驶员进行异物/活物检测。
如图7所示是线圈实际对准检测时在上位机中显示的效果图。
在辅助线圈对准时,摄像头和发射线圈上的LED自发光定位标识开启,LED 自发光点数≥3,本实施例中以三个发光点为例,接收线圈上的LED照明装置关闭。此时摄像头识别3个LED定位标识,获取定位标识的坐标信息,在数据处理单元中获取发射线圈的位置信息,将相应信息发送给上位机并在上位机中显示发射线圈和接收线圈的相对位置,辅助驾驶员视线线圈对准。
图7中是在上位机中显示的实际检测到的三个LED发光标识以及处理得到并显示的发射线圈和接收线圈的相位位置。其中发射线圈是固定在地面的无线充电桩,用虚线框表示;接收线圈表示汽车的位置,当线圈的偏移不在误差范围之内时,用黑色实线框表示,当线圈的偏移距离在误差允许的范围之内时,用浅色实线框表示,此时能够保证较高的充电效率,进入充电界面,可以开始进行充电。
上位机和充电装置的无线通信连接,如图5所示。
其中,发射线圈和接收线圈的主控板都与无线通信装置的发射端相连,上位机与无线通信装置的接收端相连,发射端可以将主控板采集到的电压电流信号传递给接收端,从而在上位机中显示充电状态。同时上位机也可以通过接收端发送指令给发射端,用以控制主控板的开始充电与结束充电,并且控制充电线圈内的LED发光装置和摄像头的开启与关闭。

Claims (1)

1.一种集成辅助对准功能的电动汽车无线充电系统,其特征在于,所述的电动汽车无线充电系统包括上位机、无线通信装置、数据处理单元、发射单元和接收单元,具有辅助线圈对准功能和异物或活物检测功能;
所述的发射单元主要由直流稳压电源、全桥逆变电路、主控板、补偿电路、发射线圈和LED自发光定位标识组成;所述的直流稳压电源提供直流电,经全桥逆变电路转变为高频交流电,主控板用于控制全桥逆变电路的开启与关闭并采集电压电流信息,高频交流电经补偿电路输出至发射线圈,产生高频电磁场;所述的LED自发光定位标识集成安装在发射线圈上;
所述的接收单元主要由电池、全桥整流电路、主控板、补偿电路、接收线圈、LED照明装置和摄像头组成;所述的接收线圈与发射线圈相对准,接收线圈内激发出交流电,经补偿电路和全桥整流电路后为电池充电,主控板用于采集全桥整流电路的电压电流信息;所述的LED照明装置和摄像头集成安装在接收线圈上;
所述的无线通信装置,其接收端与上位机相连,发射端分别与发射单元和接收单元的主控板相连;在上位机界面上显示充电信息,并且在上位机中控制充电的开始和结束;
当进行异物或活物检测时,LED照明装置照亮车身底部,同时摄像头中图像信息经数据处理单元后发送到上位机中显示,辅助驾驶员进行异物及活物检测;当进行线圈对准时,利用摄像头识别发射线圈上的LED自发光标识,获取发射线圈的位置信息,发送到上位机中并显示发射线圈和接收线圈的相对位置,辅助驾驶员进行线圈对位。
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