CN112406569A - 一种无线充电桩的控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种无线充电桩的控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及充电桩技术领域，尤其涉及一种无线充电桩的控制装置，包括：位置传感器分别设置于充电端模块和受电端模块，用于检测发射线圈和接收线圈的相对位置并形成一位置检测信号；受电端模块还包括：第一控制单元，连接位置传感器，用于接收位置传感器反馈的位置检测信号，并判断发射线圈和接收线圈的相对位置是否达到一预设范围；第一通信单元，与第一控制单元信号连接；充电端模块还包括：第二控制单元，连接一第二通信单元，第二通信单元与第一通信单元无线通信连接，用于使第一控制单元和第二控制单元通信。有益效果：实现电动汽车的受电端模块与无线充电桩自动进行对准、启动充电以及停止充电判断功能，提高充电效率、安全性。

Description

一种无线充电桩的控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及充电桩技术领域，尤其涉及一种无线充电桩的控制装置及其控制方法。
背景技术
随着无线充电技术的日渐成熟，其在电动汽车领域的应用也逐渐成为了大家关注的焦点，出现了QI等用于充电过程的通讯协议，但在自动导引车(Auto Guided Vehicle，简称AGV)领域，无线充电的应用与普通家电场景有所区别，例如，无线充电桩的功率大、自动化程度要求更高，充电电池的种类多样化，安全标准不同等。
无线充电技术在实际应用中依然存在着诸多问题，如充电效率不高、安全可靠性较差、干扰因素较多，还有无线充电桩自动化程度不够高，需要人为的判断受电端的接收线圈是否达到与充电桩的发射线圈相对应的预设位置上，也无法在充电故障或者充电完成时及时报警或停止充电。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种无线充电桩的控制装置及其控制方法。
具体技术方案如下：
本发明包括一种无线充电桩的控制装置，包括一充电端模块和一受电端模块，所述充电端模块包括一发射线圈，所述受电端模块包括一接收线圈；还包括：
一位置传感器，所述位置传感器分别设置于所述充电端模块和所述受电端模块，用于检测所述发射线圈和所述接收线圈的相对位置并形成一位置检测信号；
所述受电端模块还包括：
一第一控制单元，连接所述位置传感器，用于接收所述位置传感器反馈的所述位置检测信号，并判断所述发射线圈和所述接收线圈的相对位置是否达到一预设范围；
一第一通信单元，与所述第一控制单元信号连接；
所述充电端模块还包括：
一第二控制单元，连接一第二通信单元，所述第二通信单元与所述第一通信单元无线通信连接，用于使所述第一控制单元和所述第二控制单元通信。
优选的，所述第一控制单元具体包括：
一第一控制芯片；
一放大器，所述放大器的第一输入端和第二输入端分别连接所述接收线圈，所述放大器的输出端连接所述第一控制芯片的第一输入端，用于采集所述接收线圈的充电电流，并将所述充电电流进行放大后传输给所述第一控制芯片。
优选的，所述第一控制单元还包括：
一第一电阻和一第二电阻，所述第一控制芯片的第二输入端连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间，用于对所述接收线圈的充电电压进行采样；
一第一电容，连接于所述第一控制芯片的第二输入端和接地端之间，用于对所述第一控制芯片输入的电压信号进行滤波处理。
优选的，所述第一控制芯片的第三输入端连接所述位置传感器，所述位置传感器为霍尔传感器。
优选的，所述第一控制单元还包括多个不同色彩的指示灯，分别与所述第一控制芯片的多个输出端连接，用于指示所述受电端模块的充电状态。
优选的，所述第一控制单元还包括一重启按键，与所述第一控制芯片通信连接，用于控制所述第一控制芯片重启。
本发明包括一种无线充电桩的控制方法，应用于上述技术方案中任一所述的控制装置，包括：
步骤S1，于所述控制装置上电后，所述第一控制单元接收所述位置传感器反馈的所述位置检测信号，并根据所述位置检测信号判断所述发射线圈和所述接收线圈的相对位置是否达到所述预设范围内：
若是，则转向步骤S2；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S2，所述第一控制单元检测所述第一通信单元与所述第二通信单元是否建立通信连接：
若是，则转向步骤S3；
若否，则返回所述步骤S2；
步骤S3，所述第一控制单元采集所述接收线圈的感应电流，并判断所述接收线圈和所述发射线圈的耦合度是否达到一预设标准：
若是，则启动所述受电端模块的充电过程；
若否，则返回所述步骤S3。
优选的，所述充电过程包括小电流试充过程、恒流充电过程以及恒压充电过程。
优选的，于所述充电过程中，所述第一控制单元每隔一预设时间对所述受电端模块的电池电压进行检测，并再所述电池电压异常时停止充电。
优选的，所述预设时间为20ms。
本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种无线充电桩的控制装置及其控制方法，实现电动汽车的受电端模块与无线充电桩自动进行对准、启动充电以及停止充电判断功能，实现受电端模块与无线充电桩之间的通讯功能，以便于用户及时的了解实时充电状态，进一步提高充电效率以及充电过程的安全性。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例中的控制装置的原理框图；
图2为本发明实施例中的第一控制单元的电路结构图；
图3为本发明实施例中的控制方法的步骤流程图；
图4为本发明实施例中的第一控制单元从接近无线充电桩到离开无线充电桩的状态路径图；
图5为本发明实施例中的控制装置的充电收发双系统交互图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种无线充电桩的控制装置，如图1所示，包括一充电端模块1和一受电端模块2，充电端模块1包括一发射线圈101，受电端模块2包括一接收线圈201；还包括：
一位置传感器(图中未显示出)，位置传感器分别设置于充电端模块1和受电端模块2，用于检测发射线圈101和接收线圈201的相对位置并形成一位置检测信号；
受电端模块2还包括：
一第一控制单元202，连接位置传感器，用于接收位置传感器反馈的位置检测信号，并判断发射线圈和接收线圈的相对位置是否达到一预设范围；
一第一通信单元203，与第一控制单元202信号连接；
充电端模块1还包括：
一第二控制单元102，连接一第二通信单元103，第二通信单元103与第一通信单元203无线通信连接，用于使第一控制单元202和第二控制单元102通信。
具体地，在本实施例中，位置传感器优选为霍尔传感器，霍尔传感器的灵敏度较高且体积很小，有利于提升检测位置的准确度。控制装置启动后，受电端模块的第一控制单元通过霍尔传感器反馈的位置检测信号可以准确地判断接收线圈是否达到预设的位置，并在达到预设的位置后才可启动充电，有助于提升充电效率及安全性。充电端模块的输入端设有PFC(Power Factor Correction”，功率因数校正)模块3，用于连接交流电网。本实施例中的第一通信单元和第二通信单元可以采用蓝牙技术无线连接，以实现充电端模块和受电端模块的无线通讯功能，以便于用户更好地了解充电状态，提升用户的体验。
在一种较优的实施例中，如图2所示，第一控制单元具体包括：
一第一控制芯片U1；
一放大器U4，放大器U4的第一输入端和第二输入端分别连接接收线圈，放大器的输出端连接第一控制芯片U1的第一输入端RA3，用于采集接收线圈的充电电流，并将充电电流进行放大后传输给第一控制芯片U1；
一第一电阻R2和一第二电阻R3，第一控制芯片U1的第二输入端RA2连接于第一电阻R2和第二电阻R3之间，用于对接收线圈的充电电压进行采样；
一第一电容C1，连接于第一控制芯片U1的第二输入端RA2和接地端之间，用于对第一控制芯片U1输入的电压信号进行滤波处理；
第一控制芯片U1的第三输入端RA5连接霍尔传感器，用于接收霍尔传感器反馈的位置检测信号。
具体地，在本实施例中，第一控制芯片U1采用型号为PIC16F25K80的芯片。以放大器U4为核心组成的电流采样电路还包括电阻R4、R5、电容C2连接于放大器U4的第一输入端，电阻R7、R12、电容C4、C5连接于放大器U4的第二输入端，电阻R6、电容C3以及二极管D1连接于放大器U4的输出端。电阻R2、R3以及电容C1组成的分压稳压电路对直流电压进行采样滤波，并送到芯片U1的RA2管脚。通过上述技术方案，可以对受电端模块的充电状态进行实时监控，并在充电电流或充电电压异常时，及时停止充电，并进行报警，以提示用户及时排除故障，以提升充电过程的安全性。
在一种较优的实施例中，如图2所示，第一控制单元还包括多个不同色彩的指示灯，分别与第一控制芯片U1的多个输出端连接，用于指示受电端模块的充电状态。本实施例中包括4个指示灯，分别连接芯片U1的引脚RB1、RB2、RB3、RB5，芯片U1控制4个LED指示灯对充电过程进行指示。
在一种较优的实施例中，如图2所示，第一控制单元还包括一重启按键RELAY，与第一控制芯片U1通信连接，用于控制第一控制芯片重启，芯片U1的RC3引脚用于重启按键信号输入检测。
本发明还提供一种无线充电桩的控制方法，应用于上述技术方案中的控制装置，如图3所示，包括：
步骤S1，于控制装置上电后，第一控制单元接收位置传感器反馈的位置检测信号，并根据位置检测信号判断发射线圈和接收线圈的相对位置是否达到预设范围内：
若是，则转向步骤S2；
若否，则返回步骤S1；
步骤S2，第一控制单元检测第一通信单元与第二通信单元是否建立通信连接：
若是，则转向步骤S3；
若否，则返回步骤S2；
步骤S3，第一控制单元采集接收线圈的感应电流，并判断接收线圈和发射线圈的耦合度是否达到一预设标准：
若是，则启动受电端模块的充电过程；
若否，则返回步骤S3。
具体地，在本实施例的控制方法中，启动充电的条件包括两个，一是受电端模块的接收线圈的位置达标，二是接收线圈的耦合度达标，耦合度是基于接收线圈的感应电流得到，位置是否达标是基于位置传感器给出的信号进行识别。只有在两个条件同时满足后，控制装置才会启动充电模式，若不满足启动充电条件时，则不进行通讯以减少功耗。
在一种较优的实施例中，无线充电桩的充电过程包括小电流试充过程、恒流充电过程以及恒压充电过程，如图4所示，在每个充电过程中，都实时对电池状态进行检测，一旦电池状态异常则立即停止充电，此外，本实施例通过对充电过程进行分段，有利于提升充电效率，以及电池的寿命。
在一种较优的实施例中，于无线充电桩的充电过程中，第一控制单元每隔一预设时间对受电端模块的电池电压进行检测，并再电池电压异常时停止充电。本实施例中的预设时间为20ms，即每隔20ms检测一次，若无响应，则停止充电。
具体地，在本实施例中，如图5所示，在无线充电桩的过程中，第一控制单元控制多个指示灯以指示充电状态。当第一控制芯片U1的TX引脚上电后，红色指示灯亮，在自检通过后，进入待机状态，红色指示灯慢闪；在接入充电端模块(接收器)后，蓝色指示灯常亮，芯片U1的RX引脚上电，并在自检通过后接受上位机的充电控制指令，在进入充电状态后，蓝色指示灯进入快闪模式，并根据接收器的反馈调节，若充电状态异常，则红色指示灯和蓝色指示灯同时亮。通过控制指示灯的方式，有助于用户更好地了解当前的充电状态，以便于做出及时调整。
本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种无线充电桩的控制装置及其控制方法，实现电动汽车的受电端模块与无线充电桩自动进行对准、启动充电以及停止充电判断功能，实现受电端模块与无线充电桩之间的通讯功能，以便于用户及时的了解实时充电状态，进一步提高充电效率以及充电过程的安全性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线充电桩的控制装置，包括一充电端模块和一受电端模块，所述充电端模块包括一发射线圈，所述受电端模块包括一接收线圈；其特征在于，还包括：
一位置传感器，所述位置传感器分别设置于所述充电端模块和所述受电端模块，用于检测所述发射线圈和所述接收线圈的相对位置并形成一位置检测信号；
所述受电端模块还包括：
一第一控制单元，连接所述位置传感器，用于接收所述位置传感器反馈的所述位置检测信号，并判断所述发射线圈和所述接收线圈的相对位置是否达到一预设范围；
一第一通信单元，与所述第一控制单元信号连接；
所述充电端模块还包括：
一第二控制单元，连接一第二通信单元，所述第二通信单元与所述第一通信单元无线通信连接，用于使所述第一控制单元和所述第二控制单元通信。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元具体包括：
一第一控制芯片；
一放大器，所述放大器的第一输入端和第二输入端分别连接所述接收线圈，所述放大器的输出端连接所述第一控制芯片的第一输入端，用于采集所述接收线圈的充电电流，并将所述充电电流进行放大后传输给所述第一控制芯片。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元还包括：
一第一电阻和一第二电阻，所述第一控制芯片的第二输入端连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间，用于对所述接收线圈的充电电压进行采样；
一第一电容，连接于所述第一控制芯片的第二输入端和接地端之间，用于对所述第一控制芯片输入的电压信号进行滤波处理。
4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制芯片的第三输入端连接所述位置传感器，所述位置传感器为霍尔传感器。
5.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元还包括多个不同色彩的指示灯，分别与所述第一控制芯片的多个输出端连接，用于指示所述受电端模块的充电状态。
6.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元还包括一重启按键，与所述第一控制芯片通信连接，用于控制所述第一控制芯片重启。
7.一种无线充电桩的控制方法，其特征在于应用于如权利要求1-6中任一所述的控制装置，包括：
步骤S1，于所述控制装置上电后，所述第一控制单元接收所述位置传感器反馈的所述位置检测信号，并根据所述位置检测信号判断所述发射线圈和所述接收线圈的相对位置是否达到所述预设范围内：
若是，则转向步骤S2；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S2，所述第一控制单元检测所述第一通信单元与所述第二通信单元是否建立通信连接：
若是，则转向步骤S3；
若否，则返回所述步骤S2；
步骤S3，所述第一控制单元采集所述接收线圈的感应电流，并判断所述接收线圈和所述发射线圈的耦合度是否达到一预设标准：
若是，则启动所述受电端模块的充电过程；
若否，则返回所述步骤S3。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述充电过程包括小电流试充过程、恒流充电过程以及恒压充电过程。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，于所述充电过程中，所述第一控制单元每隔一预设时间对所述受电端模块的电池电压进行检测，并再所述电池电压异常时停止充电。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述预设时间为20ms。
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