CN110450658B - 基于定向pcb板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置。包括定向PCB板载天线、射频发射模块、射频接收模块、能量变换器、整车控制器、触控器、车载监控板、数据传输模块、ZigBee模块和磁场检测器，所述射频发射模块和射频接收模块均与定向PCB板载天线连接。通过仿真可以看出本发明谐振频点稳定在2.4GHz附近，阻抗匹配性良好，查看其辐射方向图可以看出所设计天线具有较好的定向性，最高增益可以达到6.94dBi。本发明在不影响总增益的情况下，很大程度上对横向信号的散射进行了限制，效果良好。

Description

基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测 装置
技术领域
本发明涉及电动汽车位置检测技术领域，是一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置。
背景技术
动态无线充电技术是目前新兴起的电能传输技术之一。相比于已经趋于成熟的静态无线充电技术以及传统的有线充电技术，动态无线充电技术摆脱了原有的充电桩的束缚，甚至实现了在电动汽车行驶中进行充电的应用。这不但节约了电动汽车在停车充电的过程中所浪费的时间，且在一定程度上减少了搭载电池组的数量并大大提升了其续航里程。传统的电动汽车携带的电池组较多，由于目前我国的电池技术还存在诸多问题，实际应用中电池寿命并不长；且在电池使用过后，对废弃电池的处理也是一个令世界各国头疼的难题。而应用动态无线充电技术的电动汽车无需搭载传统电动汽车这么多的电池组，仅需在汽车中装载一个接收线圈，与发射端导轨中的发射线圈通过磁耦合作用在汽车行驶过程中对其进行充电。这对于真正意义上解决能源问题、环境问题以及提高电动汽车工作能力与效率具有重大意义。
电动汽车动态无线充电技术的基本原理是通过埋于地面下的供电导轨以高频交变磁场的形式将电能传输给运行在地面上一定范围内的车辆接收端电能拾取机构，进而给车载储能设备供电，可使电动汽车搭载少量电池组，延长其续航里程，同时电能补给变得更加安全便捷。动态无线供电技术通过铺设供电道路，给行驶中的电动汽车不间断地提供电能，为解决动力电池瓶颈问题提供了一种可行途径。为了降低线圈损耗和磁场泄露水平，供电轨道常采用分段式布局。
为了保证分段式导轨良好的运行使用，需要通过位置检测系统来对行驶在充电道路上的电动汽车进行位置检测。通过对电动汽车的定位，来控制各段导轨的准确投切，从而达到节约电能、实现精准充电的目的。
以目前国内的研究现状来看，应用于电动汽车无线电能传输中的车辆位置检测方式主要有电磁感应检测方式以及射频雷达检测方式等。其中射频检测方式的频段主要在ISM频段，与动态无线供电系统中的谐振频率20kHz-85kHz频带较远，因此对检测信号几乎没有影响。而电磁感应式的感应线圈谐振频率约为20kHz-75kHz，与无线供电系统频带过于接近，在检测线圈与导轨发射线圈距离过近时，二者极容易产生相互干扰而烧坏感应线圈，从而使得检测系统损耗失灵。因此可以看出，射频检测方式在应用于电动汽车无线供电系统中时稳定性及抗干扰能力更强。
但是在实际应用时，仅靠射频电路出口的全向天线进行检测，精度及可靠性太低。因为在行驶中时车速通常较快，而分段接力导轨通常一段只有20m左右，车速60km/h时通过时间仅为1.2s。由此可以看出，对检测的精度以及触发可靠性提出了较高的要求。为确保检测模块能够通过精准的位置检测来控制导轨的准确投切，本发明设计了一种基于2.4G定向PCB板载天线的动态无线充电电动汽车的位置检测方法，提高了传统射频检测方法的可靠性。
发明内容
本发明为解决现有检测精度低，检测磁场泄露的问题，提供了一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，本发明提供了以下技术方案：
一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，包括定向PCB板载天线、射频发射模块、射频接收模块、能量变换器、整车控制器、触控器、车载监控板、数据传输模块、ZigBee模块和磁场检测器，所述射频发射模块和射频接收模块均与定向PCB板载天线连接；
所述整车控制器连接控制射频发射模块，所述射频发射模块数据信号输出端连接车载监控板数据信号输入端，所述整车控制器输出端连接车载监控板输入端；所述整车控制器控制连接能量变换器，所述能量变化器输出端连接车载监控板，所述车载监控板输出端连接数据传输模块输入端；所述触控器数据信号输出端连接车载监控板数据信号输入端，整车控制器控制连接所述触控器。
优选地，所述定向PCB板载天线包括PCB板、三个引向振子、二个反射振子、GND接地层、天线巴伦、激励馈线和喇叭形天线罩；
所述三个引向振子平行排列印刷在PCB板正面，一个反射振子与引向振子平行印刷在PCB板正面，另一个发射振子印刷在PCB板的背面，二个反射振子沿PCB板的中轴线对称分布，所述天线巴伦印刷在PCB板背面，印刷在PCB板背面的反射振子通过所述天线巴伦连接GND接地层，印刷在PCB板正面的反射振子通过激励馈线连接GND接地层，所述GND接地层位于PCB板的下方的；
所述GND接地层与电动汽车的机壳连接，所述反射振子的长度为0.52λ，引向振子长度取0.4λ，λ为波长。
优选地，在所述PCB板外设有一喇叭形天线罩，所述喇叭形天线罩的圆锥底部为密封状态，底部设有开关所述喇叭形天线罩的圆锥顶部设有一矩形信号出口，所述矩形信号出口尺寸为长33.63mm，宽16.8mm；
优选地，所述所述三个平行排列的引向振子的间距为15.49mm，所述引向振子长为34.29mm，宽为3.81mm。
优选地，所述喇叭形天线罩采用铝箔复合材料，厚度为1.6mm。
优选地，所述数据传输模块采用数传电台和数据电台天线，通过数据电台天线与外部进行通信。
优选地，所述射频接收模块设置于地下，射频模块按照19.2m的间隔进行分段式分布。
优选地，采用ZigBee模块与磁场检测器连接，检测车内磁场强度是否存在泄漏。
优选地，所述射频发射模块与射频接收模块均通过2.4G频段的射频信号进行通讯。
优选地，所述矩形信号出口处避免有金属异物遮挡，防止信号发出和接收异常。
本发明具有以下有益效果：
通过仿真可以看出谐振频点稳定在2.4GHz附近，阻抗匹配性良好，查看其辐射方向图可以看出所设计天线具有较好的定向性，最高增益可以达到6.94dBi。本发明在不影响总增益的情况下，很大程度上对横向信号的散射进行了限制，效果良好。
附图说明
图1是定向PCB板载天线仿真设计正面图；
图2是定向PCB板载天线仿真设计背面图；
图3是定向PCB板载天线的仿真辐射方向图；
图4是加装天线罩的定向PCB板载天线仿真模型图；
图5是增加天线罩的定向PCB板载天线仿真辐射方向图；
图6是射频发射和接收模块天线位置示意图；
图7是定向PCB板载天线的实物模型图；
图8是定向PCB板载天线的安装位置示意图；
图9是分段式电动汽车动态无线充电控制策略图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，包括基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置、射频发射模块、射频接收模块、能量变换器、整车控制器、触控器、车载监控板、数据传输模块、ZigBee模块和磁场检测器，所述射频发射模块和射频接收模块均与定向PCB板载天线连接；
其中射频发射模块和射频接收模块主要由TI公司的cc2500芯片所设计的射频电路组成，射频发射和接收模块接所设计的定向PCB板载天线。射频发射模块与定向板载天线位于电动汽车前端并在电动汽车行驶过程中不断发出2.4GHz定向射频信号。射频接收模块位于动态无线充电的发射端分段供电导轨的各段前端，当电动汽车驶入导轨前端上方位置附近时，射频接收模块会捕捉到其发出的定向射频信号并将该信号传输到控制中心中。控制中心在整个系统中起主导作用，其主要由主控制单元(本设计中选用STM32单片机)组成，可以对射频接收模块接收到的射频信号进行分析和判断。若判断信号有效，则会立即触发继电切换装置动作，使得导轨供电通路闭合上电，从而对驶来的电动汽车进行无线充电操作；当汽车驶出前一段导轨进而驶向下一段导轨时，下一段导轨的接收模块收到射频信号时，主控会判断下一段导轨通电工作而前一段导轨断电休眠。
在本系统中，定向PCB板载天线是其中的核心部件之一。板载天线结合传统的八木天线结构，印制于PCB中制作成本检测方法中应用的定向板载天线，具有较好的定向性能。天线的各个臂长设计参数如下：反射振子长度取0.52λ，引向振子长度取0.4λ，各引向振子之间的距离约0.12λ，其中λ为2.4GHz频段所对应波长125mm。但是在实际PCB印制之前，需要根据所设计的谐振频点，在HFSS软件中通过仿真对各振子臂长参数进行微调校准后确定其能够工作在预设的实际谐振频点上，保证接收端射频模块能够良好的接收到所发射的信号而避免产生误动作。本设计中反射振子长度取44.96mm宽度取3.05mm，引向振子长度取34.29mm宽度取3.81mm，各引向振子间距取15.49mm，反射振子距离GND接地层距离取16.00mm，通过仿真可以看出谐振频点稳定在2.4GHz附近，阻抗匹配性良好，查看其辐射方向图可以看出所设计天线具有较好的定向性，最高增益可以达到6.94dBi。
但是通过观察PCB板载天线的辐射方向图可以看出，其除了在z轴方向定向性良好外，在垂直于z轴的其他方向散射度仍然较高，这可能会造成有2台以上无线充电电动汽车并排运行时，二者的车载射频发射模块发出的信号可能会干扰到对方车道的射频接收模块的判断。因此本发明对上述天线进一步进行优化，在其外部增设一个喇叭形天线罩，天线罩材质为铝箔金属材质，厚度为1.60mm。其中喇叭形圆锥底部为密封，圆锥顶部接一个矩形信号出口，其尺寸为33.63mm*16.80mm。通过天线罩对射频信号的反射作用，横向信号会束缚在喇叭口中，最后延z轴方向，即矩形出口的方向传播出去，从而极大程度上的对信号的传播方向进行了限制。通过仿真可以看出，在不影响总增益的情况下，很大程度上对横向信号的散射进行了限制，效果良好。
具体实施例二：
图1和图2是所设计的定向板载天线仿真正面图及背面图。板载天线正面由三根引向振子、反射振子、激励馈线及GND接地层组成，背面由反射振子、天线巴伦及GND接地层组成。在实际工程中，GND接地层与电动汽车的机壳相连接起到屏蔽天线后端信号的作用，即天线信号只在z轴正方向的空间里传播。设置反射振子长度为44.96mm、宽度为3.05mm，引向振子长度为34.29mm、宽度为3.81mm，设置各引向振子间距为15.49mm，反射振子与GND接地层之间距离为16.00mm，设置天线工作频点为2.4GHz，通过仿真得到天线的辐射方向图如图3所示。可以看出所设计天线具有较好的定向性，最高增益可以达到6.94dBi。
图4是加装喇叭形天线罩后的定向PCB板载天线仿真模型图。如图所示，喇叭形天线罩的圆锥体底部圆平面封闭，顶部矩形处为喇叭开口，开口尺寸为33.63mm*16.80mm，天线罩材质为铝箔复合材料，厚度1.60mm。天线罩实物模型可通过3D打印得到，将PCB板载天线放入天线罩并进行固定。加装所设计天线罩后，可在不损耗原天线总增益的前提下，对信号的传输范围进行约束，减少了信号的散射程度，通过仿真得到天线的辐射方向图如图5所示。
图6是射频发射和接收模块天线位置示意图。射频发射模块位于地面上方的移动车辆中，按照一定的速度在无线充电导轨上行驶。射频接收模块按照19.2m间隔进行分段分布，按照每段导轨前端0.4m处放置一个来控制行驶方向后端的导轨工作以及前端的导轨断电休眠。由于在板载天线装设了金属天线罩，天线罩开口极小，且射频发射与接收模块之间的垂直距离很近，约为20cm(即松耦合机构气隙间距)。通过仿真可以看出，仅在0.3m的辐射范围内，射频接收模块可以收到信号，且在两个喇叭口对齐时为最可靠触发位置。通过计算射频发射和接收电路的数据传输波特率及接收灵敏度，计算得出在正常行驶车速(不超过80km/h)时，能够对射频接收模块进行可靠触发。
图7是定向PCB板载天线的工程实物图。图8是天线以及位置检测模块在电动汽车中的安装位置示意图，其中射频模块与射频模块天线相连，构成位置检测系统的发射端，由主控制器统一调控(车载系统包含如图所示各部分，其中数传电台用以与外部进行联络，ZigBee模块与磁场检测器相连，随时检测车内磁场强度以判断是否有磁场泄露从而产生对人体的危害等)。设计时要求天线安装于电动汽车前端且要严格避免天线出口有金属异物遮挡，来防止影响信号的发出与接收效果。
图9是分段式电动汽车动态无线充电的控制策略示意图。图中小车前端的射频模块即为射频发射端，地面的位置检测模块即为射频接收端，二者通过2.4G频段的射频信号进行通讯。本图主要说明位置检测模块在整个无线充电系统中的作用及如何通过检测车辆位置从而实现导轨的精确控制。控制方案采用单源恒压控制多并联LCC结构，对逆变源(DC/AC)采用电压闭环控制，控制直流母线电压使得各分段阵列的输入电压维持恒定，原边谐振电路连接切换开关组件S1～Sn。采用电流检测接力切换控制策略，利用本专利所述的位置检测方法检测车辆的驶来情况，并开启第一段导轨P1后，可以利用各LCC阵列的输入电流作为阈值判定以控制与当前阵列相邻的线圈的切换控制。因此并不是每个阵列都需要位置检测装置，而仅仅是一个逆变源需要一组(首尾)位置检测装置。该方案中的开启阈值的设定与具体耦合机构尺寸和速度适应场合以及硬件动作时间有关，需依据具体情况整定。由于在功率开关进行闭环或断开的过程中，开关组件的输入侧的电源均处于零电压零电流的输出状态，从而使功率开关工作的动作将不会产生任何电压电流的过程，在保证系统特性更加稳定的前提下，也能有效延长功率开关的使用寿命。
以上所述仅是基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置的优选实施方式，基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：包括定向PCB板载天线、射频发射模块、射频接收模块、能量变换器、整车控制器、触控器、车载监控板、数据传输模块、ZigBee模块和磁场检测器，所述射频发射模块和射频接收模块均与定向PCB板载天线连接；
所述整车控制器连接控制射频发射模块，所述射频发射模块数据信号输出端连接车载监控板数据信号输入端，所述整车控制器输出端连接车载监控板输入端；所述整车控制器控制连接能量变换器，所述能量变化器输出端连接车载监控板，所述车载监控板输出端连接数据传输模块输入端；所述触控器数据信号输出端连接车载监控板数据信号输入端，整车控制器控制连接所述触控器；
所述定向PCB板载天线包括PCB板、三个引向振子、二个反射振子、GND接地层、天线巴伦、激励馈线和喇叭形天线罩；
所述三个引向振子平行排列印刷在PCB板正面，一个反射振子与引向振子平行印刷在PCB板正面，另一个发射振子印刷在PCB板的背面，二个反射振子沿PCB板的中轴线对称分布，所述天线巴伦印刷在PCB板背面，印刷在PCB板背面的反射振子通过所述天线巴伦连接GND接地层，印刷在PCB板正面的反射振子通过激励馈线连接GND接地层，所述GND接地层位于PCB板的下方的；
所述GND接地层与电动汽车的机壳连接，所述反射振子的长度为0.52λ，引向振子长度取0.4λ，λ为波长；
所述三个平行排列的引向振子的间距为15.49mm，所述引向振子长为34.29mm，宽为3.81mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：在所述PCB板外设有一喇叭形天线罩，所述喇叭形天线罩的圆锥底部为密封状态，底部设有开关所述喇叭形天线罩的圆锥顶部设有一矩形信号出口，所述矩形信号出口尺寸为长33.63mm，宽16.8mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：所述喇叭形天线罩采用铝箔复合材料，厚度为1.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：所述数据传输模块采用数传电台和数据电台天线，通过数据电台天线与外部进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：所述射频接收模块设置于地下，射频模块按照19.2m的间隔进行分段式分布。
6.根据权利要求1所述的一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：采用ZigBee模块与磁场检测器连接，检测车内磁场强度是否存在泄漏。
7.根据权利要求1所述的一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：所述射频发射模块与射频接收模块均通过2.4G频段的射频信号进行通讯。
8.根据权利要求2所述的一种基于定向PCB板载天线动态无线充电电动汽车的位置检测装置，其特征是：所述矩形信号出口处避免有金属异物遮挡，防止信号发出和接收异常。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111987413B (zh) * 2020-07-03 2022-11-25 惠州市德赛西威智能交通技术研究院有限公司 一种车载天线装置及其检测方法
CN112829609A (zh) * 2020-12-31 2021-05-25 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 一种车辆无线充电系统、车辆以及道路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106025530A (zh) * 2016-07-06 2016-10-12 五邑大学 一种s波段光控相控阵单元天线
CN106848546A (zh) * 2017-01-24 2017-06-13 哈尔滨工业大学（威海） 一种宽带双极化天线阵列装置及高分辨测向方法
CN109823222A (zh) * 2019-04-04 2019-05-31 哈尔滨工业大学 利用射频位置检测系统控制动态无线供电分段式导轨切换系统及其方法
CN109888513A (zh) * 2017-12-06 2019-06-14 华为技术有限公司 天线阵列及无线通信设备

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI677160B (zh) * 2018-01-18 2019-11-11 義守大學 無線電力傳輸系統

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106025530A (zh) * 2016-07-06 2016-10-12 五邑大学 一种s波段光控相控阵单元天线
CN106848546A (zh) * 2017-01-24 2017-06-13 哈尔滨工业大学（威海） 一种宽带双极化天线阵列装置及高分辨测向方法
CN109888513A (zh) * 2017-12-06 2019-06-14 华为技术有限公司 天线阵列及无线通信设备
CN109823222A (zh) * 2019-04-04 2019-05-31 哈尔滨工业大学 利用射频位置检测系统控制动态无线供电分段式导轨切换系统及其方法

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