CN111835100A - 电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统及对准方法 - Google Patents

Abstract

电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统及对准方法，涉及电动车无线充电技术领域。包括处理器、多个电涡流传感器，电涡流传感器包括谐振线圈模块以及前置器，谐振线圈模块间隔布置安装在受电线圈模块的底部，电涡流传感器的输出端分别通过切换开关与处理器连接，切换开关的控制端与处理器连接；在受电线圈模块和充电线圈模块处于对准状态时，谐振线圈模块分别与充电线圈的金属圈的上下位置相重叠。本发明可以在无线充电前，对受电线圈模块与充电线圈模块的对准情况进行检测，便于在对准情况不良时进行对准调节，从而提高无线充电效率。

Description

电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统及对准方法

技术领域

本发明涉及电动车无线充电技术领域，具体为一种电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统及对准方法。

背景技术

电动汽车领域方兴未艾，作为电动汽车使用中的重要环节，电动汽车充电桩的技术影响着电动汽车的推广与使用，而无线充电技术的电动汽车充电桩是未来发展的方向，现有有线式电动汽车充电桩存在诸多不便。

现有无线充电系统包括安装在汽车底部的受电线圈模块和安装在地面的充电线圈模块，充电时，若受电线圈模块与充电线圈模块位置相差时，电能传输效率会有较大的损耗，而现有技术中未公开有对准检测措施。

发明内容

本发明的其中一个目的是提供一种电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，可以有效解决背景技术中的技术问题。

实现上述目的的技术方案是：电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，用于安装在汽车底部的受电线圈模块和安装在地面的充电线圈模块的对准检测，受电线圈模块包括受电线圈以及封装在受电线圈外的第一绝缘壳体，充电线圈模块包括充电线圈以及封装在充电线圈外的第二绝缘壳体，其特征在于：所述对准系统包括处理器、多个电涡流传感器，电涡流传感器包括谐振线圈模块以及前置器，谐振线圈模块间隔布置安装在受电线圈模块的底部，电涡流传感器的输出端分别通过切换开关与处理器连接，切换开关的控制端与处理器连接；

在受电线圈模块和充电线圈模块处于对准状态时，谐振线圈模块分别与充电线圈的金属圈的上下位置相重叠。

进一步地，充电线圈和受电线圈均呈螺旋形，谐振线圈模块呈螺旋形布置在受电线圈模块的底部、并且圈数与充电线圈的金属圈圈数相同，在受电线圈模块和充电线圈模块处于对准状态时，各圈谐振线圈模块分别与充电线圈的各金属圈的上下位置相重叠。

进一步地，所述谐振线圈模块包括谐振线圈以及封装在谐振线圈外的第三绝缘壳体。

进一步地，所述谐振线圈为PCB线圈、并为平面圆螺旋形，谐振线圈的最大外径为10~20mm。

进一步地，所述电涡流传感器包括电源模块V1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R21、R22、R23、谐振线圈L1、可调电阻R20、电容C1、C2、C4、C5、C10、C11、三极管Q4、二极管D1、运算放大器U2A，所述电源模块V1的负极端接地、正极端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电容C4的一端、三极管Q4的B极、电阻R23的一端，三极管Q4的E极串接电阻R8后接地，电容C4、电阻R23的另一端并接后连接电容C2、C11的一端，电容C2的另一端连接电容C1的一端，电容C11的另一端连接谐振线圈的一端，谐振线圈的另一端与电容C1的另一端并接后分别连接三极管Q4的C极和电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接电源模块V1的正极；

所述电阻R21、电容C5的一端相互并接并与三极管Q4的C极连接，电阻R21、电容C5的另一端相互并接后与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极分别连接电容C6和电阻R7的一端，电容C6的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接电阻R6的一端和运算放大器U2A的同向输入端，电阻R6的另一端接地，运算放大器U2A的电源端连接电源模块V1，运算放大器U2A的反向输入端分别连接电阻R3、电容C10的一端，电阻R3的另一端串接可调电阻R20后接地，电容C10的另一端串接电阻R5后连接运算放大器U2A的输出端，电阻R4并联在电容C10的两端，运算放大器U2A的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端作串接切换开关后连接处理器。

本发明的另一个目的是提供一种电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统的对准方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）充电汽车的受电线圈模块初步定位至充电线圈模块的上方，并使谐振线圈模块与充电线圈模块之间的间距在电涡流传感器的感应距离范围之内；

2）MCU处理器单独控制电涡流传感器输出端的切换开关逐一接通，再获取每个电涡流传感器输出端的电压值V，设电涡流传感器的数量为N，N为整数，设个电涡流传感器输出的电压值分别为V₁、V₂、V₃……V_n；

3）计算每个电涡流传感器输出电压值与其它任意一个电涡流传感器输出电压值的差值的绝对值，再判断每个差值的绝对值是否在允许误差范围内，若差值的绝对值均在允许的误差范围，则充电线圈模块和受电线圈模块处于对准状态，若任意一个或多个差值的绝对值超出允许误差范围，则充电线圈模块和受电线圈模块处于未对准状态。

本发明的有益效果：

本发明可以在无线充电前，对受电线圈模块与充电线圈模块的对准情况进行检测，便于在对准情况不良时进行对准调节，从而提高无线充电效率。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为配置有电涡流传感器的无线充电线圈的结构图；

图3为在对准状态时，谐振线圈模块与充电线圈的位置关系示意图；

图4为谐振线圈的结构示意图；

图5为电涡流传感器的电路图。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明公开了一种电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，用于安装在汽车底部的受电线圈模块1和安装在地面的充电线圈模块2的对准检测，受电线圈模块1包括受电线圈以及封装在受电线圈（图中未示出）外的第一绝缘壳体（图中未示出），充电线圈模块2包括充电线圈2.1以及封装在充电线圈外的第二绝缘壳体。

作为本实施例的进一步说明，充电线圈2.1和受电线圈为本领域技术人员常用的方形平面螺旋或圆形平面螺旋。

对准系统包括MCU处理器3、多个相同的电涡流传感器4，电涡流传感器4包括谐振线圈模块5以及前置器6，谐振线圈模块5呈螺旋形布置在受电线圈模块1的底部、并且螺旋圈数与充电线圈2.1的金属圈圈数相同，电涡流传感器4的输出端分别通过切换开关K1与MCU处理器3连接，切换开关K1的控制端与MCU处理器3连接，切换开关K1可以但不限于采用继电器。

谐振线圈模块5在受电线圈模块1和充电线圈模块2处于对准状态时，各圈谐振线圈模块5分别与充电线圈2.1的对应金属圈的上下位置相重叠，谐振线圈模块5包括谐振线圈L1以及封装在谐振线圈L1外的第三绝缘壳体5.2，谐振线圈L1为PCB线圈、并为平面圆螺旋形，谐振线圈L1的最大外径为a，a=10~20mm。

作为本实施例中的电涡流传感器4可以采用现有公开产品，也可以采用如下电路结构，具体的：

电涡流传感器4包括电源模块V1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R21、R22、R23、谐振线圈L1、可调电阻R20、电容C1、C2、C4、C5、C10、C11、三极管Q4、二极管D1、运算放大器U2A，所述电源模块V1的负极端接地、正极端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电容C4的一端、三极管Q4的B极、电阻R23的一端，三极管Q4的E极串接电阻R8后接地，电容C4、电阻R23的另一端并接后连接电容C2、C11的一端，电容C2的另一端连接电容C1的一端，电容C11的另一端连接谐振线圈L1的一端，谐振线圈L1的另一端与电容C1的另一端并接后分别连接三极管Q4的C极和电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接电源模块V1的正极；

所述电阻R21、电容C5的一端相互并接并与三极管Q4的C极连接，电阻R21、电容C5的另一端相互并接后与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极分别连接电容C6和电阻R7的一端，电容C6的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接电阻R6的一端和运算放大器U2A的同向输入端，电阻R6的另一端接地，运算放大器U2A的电源端连接电源模块V1，运算放大器U2A的反向输入端分别连接电阻R3、电容C10的一端，电阻R3的另一端串接可调电阻R20后接地，电容C10的另一端串接电阻R5后连接运算放大器U2A的输出端，电阻R4并联在电容C10的两端，运算放大器U2A的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端作串接切换开关K1后连接MCU处理器3。

作为本实施例的进一步说明，电源模块 V1采用汽车电源供电。

电涡流传感器4利用谐振线圈与充电线圈之间间距变化产生不同电压值的特性实现对准检测，具体原理为：

电涡流传感器4工作时，电源模块 V1 输出电压通过由谐振线圈 L1、电容 C1、C2、C11构成的振荡电路产生具有一定幅值的振荡电压信号，产生的振荡电压信号由直流偏置电阻R1、R22调节电压信号的静态工作点，再通过由电阻R23和电容C4 构成补偿正反馈电路对振荡电压信号的幅值进行补偿，之后由电阻R21、电容C5、二极管D1、电容C6构成的交流检波电路对电压信号进行整流、滤波，再通过电阻R6、R7分压后输入运算放大器U2A，最后经限流电阻R2输送至MCU处理器3，其中可调电阻R20为可调增益运放电阻，电阻R3、R4、R5构成增益放大倍数电路。

本发明工作时，谐振线圈L1工作时产生一个高频电磁场，当充电线圈2.1接近该高频电磁场时，充电线圈2.1内将产生涡流，涡流吸收高频电磁场以及由线圈 L1、电容 C1、C2、C11 构成的振荡电路的能量，充电线圈2.1产生的涡流能量被吸收而导致衰减，电涡流传感器4的电压幅值随电涡流大小变化，当谐振线圈L1对齐到目标位置，此时谐振线圈L1的电涡流损耗一致，电涡流传感器4输出的电压幅值都相同或误差值在允许的范围内。

具体对准检测步骤为：

1）充电汽车的受电线圈模块1初步定位至充电线圈模块2的上方，并使谐振线圈模块5与充电线圈模块2之间的间距在电涡流传感器4的感应距离范围之内；

2）MCU处理器3单独控制电涡流传感器4输出端的切换开关K1逐一接通，再获取每个电涡流传感器4输出端的电压值V，设电涡流传感器4的数量为N，N为整数，设N个电涡流传感器4输出的电压值分别为V₁、V₂、V₃……V_n；

3）计算每个电涡流传感器4输出电压值与其它任意一个电涡流传感器4输出电压值的差值的绝对值，再判断每个差值的绝对值是否在允许误差范围内，若差值的绝对值均在允许的误差范围，则充电线圈模块2和受电线圈模块1处于对准状态，若任意一个或多个差值的绝对值超出允许误差范围，则充电线圈模块2和受电线圈模块1处于未对准状态。

电涡流传感器4之间输出电压的差值的绝对值的允许误差范围是在产品出厂前，将配置有本实施例公开的对准系统的充电线圈模块2和受电线圈模块1调节至设定间距、并处于对准状态，再由MCU获取电涡流电路输出电压差值的绝对值、并经多次校验计算平均值得到。

进一步地，电涡流传感器4之间输出电压的差值的绝对值在计算时，可以将其中一个电涡流传感器4输出电压与其它电涡流传感器4输出电压相减，例如|V₁-V₂|、|V₁-V₃|、|V₁-V₄|……|V₁-V_n|；也可以将相邻的电涡流传感器4输出电压相减得到，例如|V₁-V₂|、|V₂-V₃|、|V₃-V₄|……|V_n-1-V_n|。

Claims (6)

1.电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，用于安装在汽车底部的受电线圈模块和安装在地面的充电线圈模块的对准检测，受电线圈模块包括受电线圈以及封装在受电线圈外的第一绝缘壳体，充电线圈模块包括充电线圈以及封装在充电线圈外的第二绝缘壳体，其特征在于：所述对准系统包括处理器、多个电涡流传感器，电涡流传感器包括谐振线圈模块以及前置器，谐振线圈模块间隔布置安装在受电线圈模块的底部，电涡流传感器的输出端分别通过切换开关与处理器连接，切换开关的控制端与处理器连接；

在受电线圈模块和充电线圈模块处于对准状态时，谐振线圈模块分别与充电线圈的金属圈的上下位置相重叠。

2.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，其特征在于：充电线圈和受电线圈均呈螺旋形，谐振线圈模块呈螺旋形布置在受电线圈模块的底部、并且圈数与充电线圈的金属圈圈数相同，在受电线圈模块和充电线圈模块处于对准状态时，各圈谐振线圈模块分别与充电线圈的各金属圈的上下位置相重叠。

3.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，其特征在于：所述谐振线圈模块包括谐振线圈以及封装在谐振线圈外的第三绝缘壳体。

4.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，其特征在于：所述谐振线圈为PCB线圈、并为平面圆螺旋形，谐振线圈的最大外径为10~20mm。

5.根据权利要求3所述的电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统，其特征在于：所述电涡流传感器包括电源模块V1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R21、R22、R23、谐振线圈L1、可调电阻R20、电容C1、C2、C4、C5、C10、C11、三极管Q4、二极管D1、运算放大器U2A，所述电源模块V1的负极端接地、正极端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电容C4的一端、三极管Q4的B极、电阻R23的一端，三极管Q4的E极串接电阻R8后接地，电容C4、电阻R23的另一端并接后连接电容C2、C11的一端，电容C2的另一端连接电容C1的一端，电容C11的另一端连接谐振线圈L1的一端，谐振线圈L1的另一端与电容C1的另一端并接后分别连接三极管Q4的C极和电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接电源模块V1的正极；

所述电阻R21、电容C5的一端相互并接并与三极管Q4的C极连接，电阻R21、电容C5的另一端相互并接后与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极分别连接电容C6和电阻R7的一端，电容C6的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接电阻R6的一端和运算放大器U2A的同向输入端，电阻R6的另一端接地，运算放大器U2A的电源端连接电源模块V1，运算放大器U2A的反向输入端分别连接电阻R3、电容C10的一端，电阻R3的另一端串接可调电阻R20后接地，电容C10的另一端串接电阻R5后连接运算放大器U2A的输出端，电阻R4并联在电容C10的两端，运算放大器U2A的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端作串接切换开关后连接处理器。

6.根据任一项权利要求1-5所述的电动汽车无线充电线圈的精确位置对准系统的对准方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）充电汽车的受电线圈模块初步定位至充电线圈模块的上方，并使谐振线圈模块与充电线圈模块之间的间距在电涡流传感器的感应距离范围之内；

2）MCU处理器单独控制电涡流传感器输出端的切换开关逐一接通，再获取每个电涡流传感器输出端的电压值V，设电涡流传感器的数量为N，N为整数，设个电涡流传感器输出的电压值分别为V₁、V₂、V₃……V_n；

3）计算每个电涡流传感器输出电压值与其它任意一个电涡流传感器输出电压值的差值的绝对值，再判断每个差值的绝对值是否在允许误差范围内，若差值的绝对值均在允许的误差范围，则充电线圈模块和受电线圈模块处于对准状态，若任意一个或多个差值的绝对值超出允许误差范围，则充电线圈模块和受电线圈模块处于未对准状态。

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