CN111619374B - 一种电动汽车无线充电装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车无线充电装置及系统，属于电动汽车无线充电技术领域，包括：发射线圈，用于为待充电汽车提供电能；两个位置测量线圈，用于接收待充电汽车产生的感应磁场并激发感应电压，并将感应电压信号传输至控制模块；无线通讯模块，用于接收待充电汽车的车辆信息；控制模块，用于接收感应电压信号，并根据车辆信息计算出发射线圈与待充电汽车中接收线圈之间的位置关系，将移动指令发送至移动装置；移动装置，用于接收移动指令后驱使充电装置转向以使待充电汽车的接收线圈与充电装置的发射线圈对齐，还用于驱使充电装置向待充电汽车移动。本发明通过在无线充电装置安装两个位置测量辅助线圈，减小了装置的体积，简化了系统。

Description

一种电动汽车无线充电装置及系统
技术领域
本发明属于电动汽车无线充电技术领域，更具体地，涉及一种电动汽车无线充电装置及系统。
背景技术
近几年商用电动车的各项技术逐渐成熟，电池容量和续航能力进一步提升，这对于电动汽车的充电技术的功率和安全性提出了更高的要求。传统的传导式充电方式中，汽车的导电点暴露在外部，用户在操作过程中存在安全隐患。并且充电需要频繁的插拔充电接口，对于接口会造成磨损，影响接触的可靠性，可能会产生拉弧现象，对设备和用户都不安全。而无线充电由于其无接触的设计，在理论上可以做到完全绝缘，并且可以实现全程自动化充电，是未来电动汽车充电的趋势。
现在大部分电动汽车的无线充电属于静态无线充电，即电动汽车在停止状态下进行充电。无论是电磁感应式无线充电还是电磁共振式无线充电，其充电时的能量转换效率都十分依赖于功率发射线圈和功率接收线圈之间的相对位置关系，如果充电时，功率发射线圈和功率接收线圈存在偏移，会导致两者之间的互感减小，漏磁增多，从而使得充电效率下降，不仅延长了充电时间，也浪费了电能。为了实现无线充电时线圈的精确对准，目前配备的无线充电功能的电动汽车上一般都装有泊车引导系统，通过各种原理来判断线圈之间的相对位置，从而指引用户完成泊车操作，人工的实现功率发射线圈与功率接收线圈之间的对齐，这其中常见的原理有基于超声波或者激光测距、基于图像识别、基于磁阻传感器、基于射频信号测距、基于电磁耦合测距。这几种方法均需要安装多个传感器以及配套的信号转换和处理模块，增加了设备的成本和体积。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电动汽车无线充电装置及系统，由此解决现有线圈定位技术需要额外安装多个传感器从而导致系统结构复杂，体积较大的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电动汽车无线充电装置，包括：发射线圈、升降机构、位置测量装置、无线通讯模块、控制模块和移动装置；
发射线圈，设置于升降机构内，所述发射线圈用于为待充电汽车提供电能；
位置测量装置，包括两个位置测量线圈，所述位置测量线圈设置于所述升降机构内，所述位置测量线圈用于接收待充电汽车产生的感应磁场并激发感应电压，并将所述感应电压信号传输至控制模块；
无线通讯模块，设置于所述充电装置内，所述无线通讯模块用于接收待充电汽车的车辆信息，并将所述车辆信息输送至所述控制模块；
控制模块，设置于所述充电装置内，所述控制处理模块用于接收所述感应电压信号，并根据所述车辆信息计算出所述发射线圈与待充电汽车中接收线圈之间的位置关系，将移动指令发送至移动装置；
移动装置，设置于所述充电装置的底部，所述移动装置用于接收移动指令后驱使所述充电装置转向以使待充电汽车的接收线圈与所述充电装置的发射线圈对齐，所述移动装置还用于驱使所述充电装置向待充电汽车移动。
优选地，所述两个位置测量线圈分别设置于所述发射线圈一条直径的两端。
优选地，所述车辆信息包括车辆型号、底盘高度、id、脉冲峰值、频率和脉宽。
优选地，所述移动装置包括第一电机、第二电机、第一行进轮和第二行进轮；所述第一电机的输出端连接于所述第一行进轮；所述第二电机的输出端连接于所述第二行进轮；所述第一电机用于驱动所述第一行进轮的转动；所述第二电机用于驱动所述第二行进轮的转动。
优选地，所述移动装置还包括万向轮，所述万向轮设置于所述第一进行轮和所述第二行进轮之间，所述万向轮用于辅助所述充电装置的转向。
优选地，所述控制模块还用于驱动升降电机以使所述升降机构的高度与待充电汽车高度匹配。
按照本发明的另一方面，提供了一种电动汽车无线充电系统，包括上文所述的电动汽车无线充电装置，还包括：
接收线圈，所述接收线圈用于接收所述发射线圈提供的电能，并将所述电能储存于汽车电池内；
电源管理模块，所述电源管理模块用于使汽车电池通过全控整流单元向所述接收线圈中通入重复的脉冲电流，以使脉冲电流产生的磁场在所述位置测量装置中激发感应电压；
无线通信模块，所述无线通信模块用于向所述无线通讯模块发起配对，并将待充电汽车的车辆信息发送至所述无线通讯模块。。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明通过设置两个位置测量线圈，避免额外安装多个传感装置，减小了充电装置的体积，简化了充电装置的结构；
2、本发明通过两个位置测量线圈，可以将充电装置与待充电汽车精准定位，保证发射线圈与接收线圈的相对位置关系不会存在偏移，提高了充电效率；
3、本发明通过电机独立驱动每个行进轮，实现了自由转向，方便充电装置与待充电汽车的对齐。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构图；
图2是本发明的一个实施例的系统结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的工作原理示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：发射线圈1；位置测量线圈2；位置测量线圈3；升降机构4；万向轮5；主板6；第一电机7；第二电机8；第一行进轮9；第二行进轮10。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的一个实施例中提出了一种电动汽车无线充电装置，包括：发射线圈1、位置测量线圈2、位置测量线圈3、升降机构4、万向轮5、第一电机7、第二电机8、第一行进轮9、第二行进轮10和主板6；所述无线通讯模块和所述控制模块均设置于所述主板6上，所述发射线圈1设置于所述升降机构4，所述位置测量线圈2和所述位置测量线圈3分别设置于所述发射线圈1的一条直径的两端；所述升降机构4可以根据待充电车辆的高度进行任意调节，保证发射线圈1和电动汽车端的接收线圈的相对位置保持固定，提高了充电效率。
所述第一电机7和所述第二电机8分别与所述主板11连接，所述第一电机7和所述第二电机8的输出轴伸缩用于控制所述第一行进轮9和第二行进轮10的转向，所述第一电机7和所述第二电机8的输出轴的旋转用于控制所述第一行进轮9和所述第二行进轮10的前进或者后退。在所述充电装置的底端还设有所述万向轮5，所述万向轮5用于给所述充电装置转向或行进过程中提供助力，并且可以有效支撑所述充电装置。
如图2所示，本发明的另一个实施例中提出了一种电动汽车无线充电系统，在电动汽车端还包括接收线圈、电源管理模块、无线通信模块、电池和全控整流单元；所述接收线圈通过全控整流单元与所述电池相连，本实施例中所述全控整流单元为逆变器，所述全控整流单元受所述电源管理模块的控制，所述电源管理模块将充电和放电时的母线电压信息传输给所述无线通信模块。
更进一步的说明，本发明的工作原理如图3所示，待充电的汽车停入车位后，车辆中的所述电源管理模块控制所述全控整流单元使其工作在逆变器模式，所述电池向接收线圈中通入重复的脉冲电流，脉冲电流产生的磁场会在两个所述位置测量线圈中激发感应电压。同时，所述无线通信模块向对应车位的无线充电装置的所述无线通讯模块发起通信实现配对，车辆信息包括车辆的型号、底盘高度、id、脉冲峰值、频率、脉宽等。所述无线通讯模块接收到车辆信息后，所述控制模块开始对两个位置测量线圈中的感应电压进行处理，结合接收到的车辆底盘高度信息和脉冲信号峰值信息计算出互感大小，从而计算出两个位置测量线圈的轴心分别相距待充电汽车的接收线圈的轴心的水平距离d1和d2。根据d1和d2以及两个位置测量线圈的轴心间距d3可以计算出待充电汽车端的接收线圈轴心相对于所述发射线圈轴心的距离L以及相对于充电装置前进方向的夹角θ，此时所述控制模块控制两个行进轮的电机向两个不同的方向旋转来实现充电装置的原地转向，使行进方向正对于待充电汽车的接收线圈，即令θ＝0。
随后所述充电装置向前行进，向待充电汽车的接收线圈靠近，线圈耦合程度随着距离缩小逐渐升高，两个所述位置测量线圈接收到的信号也随之升高，行进过程中不断判断两个位置测量线圈的感应电压大小，以实现方向修正，当所述接收线圈与发射线圈完全重合时，两个位置测量线圈的感应电压幅值均达到最大值。需要说明的是，如果前行距离过多，则超过了对准位置，此时感应电压的值会减小，需要驱动电机反向旋转，使充电装置后退，直到两个所述位置测量线圈的感应电压幅值均达到最大值，从而实现了接收线圈和发射线圈的对齐功能。
更进一步的说明，当接收线圈和发射线圈对齐之后，所述升降机构上升，当所述升降机构顶部的距离传感器检测到距离车底盘达到设定距离时，所述升降机构立刻停止上升，此时接收线圈和发射线圈之间的距离达到最短，充电效率达到最高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动汽车无线充电装置，其特征在于，包括：发射线圈、升降机构、位置测量装置、无线通讯模块、控制模块和移动装置；
发射线圈，设置于升降机构内，所述发射线圈用于为待充电汽车提供电能；
位置测量装置，包括两个位置测量线圈，所述位置测量线圈设置于所述升降机构内；所述两个位置测量线圈分别设置于所述发射线圈一条直径的两端；所述位置测量线圈用于接收待充电汽车产生的感应磁场并激发感应电压，并将感应电压信号传输至控制模块；
无线通讯模块，设置于所述充电装置内，所述无线通讯模块用于接收待充电汽车的车辆信息，并将所述车辆信息输送至所述控制模块；
控制模块，设置于所述充电装置内，所述控制模块用于接收所述感应电压信号，并根据所述车辆信息计算出两个位置测量线圈的轴心分别相距待充电汽车的接收线圈的轴心的水平距离d1和d2，根据d1和d2以及两个位置测量线圈的轴心间距d3可以计算出待充电汽车端的接收线圈轴心相对于所述发射线圈轴心的距离L以及所述接收线圈轴心与所述发射线圈轴心之间的连线相对于充电装置行进方向的夹角θ，此时所述控制模块控制两个行进轮的电机向两个不同的方向旋转来实现充电装置的原地转向，使行进方向正对于待充电汽车的接收线圈，将移动指令发送至移动装置；
移动装置，设置于所述充电装置的底部，所述移动装置用于接收移动指令后驱使所述充电装置转向以使待充电汽车的接收线圈与所述充电装置的发射线圈对齐，所述移动装置还用于驱使所述充电装置向待充电汽车移动；
所述移动装置包括第一电机、第二电机、第一行进轮和第二行进轮；所述第一电机的输出端连接于所述第一行进轮；所述第二电机的输出端连接于所述第二行进轮；所述第一电机用于驱动所述第一行进轮的转动；所述第二电机用于驱动所述第二行进轮的转动。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电装置，其特征在于：所述车辆信息包括车辆型号、底盘高度、id、脉冲峰值、频率和脉宽。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电装置，其特征在于：所述移动装置还包括万向轮，所述万向轮设置于所述第一进行轮和所述第二行进轮之间，所述万向轮用于辅助所述充电装置的转向。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电装置，其特征在于：所述控制模块还用于驱动升降电机以使所述升降机构的高度与待充电汽车高度匹配。
5.一种电动汽车无线充电系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的电动汽车无线充电装置，还包括：
接收线圈，所述接收线圈用于接收所述发射线圈提供的电能，并将所述电能储存于汽车电池内；
电源管理模块，所述电源管理模块用于使汽车电池通过全控整流单元向所述接收线圈中通入重复的脉冲电流，以使脉冲电流产生的磁场在所述位置测量装置中激发感应电压；
无线通信模块，所述无线通信模块用于向所述无线通讯模块发起配对，并将待充电汽车的车辆信息发送至所述无线通讯模块。
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