CN113910931B - 一种用于电动汽车的无线充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的无线充电系统及方法，无线充电系统包括地面供电装置和车载充电装置，地面供电装置包括原边监控线圈单元、原边动力线圈单元、第一微控制单元、功率传输控制器，第一微控制单元用于监测功率传输控制器的电路状态，在功率传输控制器的电路状态无异常时控制原边监控线圈单元输出无线功率；车载充电装置包括副边监控线圈单元、副边动力线圈单元、第二微控制单元、功率接收控制器，第二微控制单元通过副边监控线圈单元接收原边监控线圈单元输出的电能，从而通过功率接收控制器向电动汽车的车辆控制系统供电。本发明提供的无线充电系统及方法利用小功率无线充电装置以作为大功率无线充电装置的控制电路供电及安全保护。

Description

一种用于电动汽车的无线充电系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，特别涉及一种用于电动汽车的无线充电系统及方法。

背景技术

电动汽车作为加快能源转型、实现低碳经济的重要途径，引起了越来越多国家的重视，汽车的电气化是未来发展的必然趋势。然而，电动汽车充电问题一直是制约电动汽车发展的关键性问题之一。目前，电动汽车充电广泛采用的是有线充电模式。有线的充电方式易产生火花；雨雪天气容易产生漏电、短路；经过长年的磨损，充电导线容易暴露、弯折，在充电过程中接触不良。在电动汽车有线充电过程中，如果产生上述问题，会导致充电过程中断，影响充电效率，浪费车主额外的时间，具有一定的局限性。因此，电动汽车的无线充电就很有前景。在有线传导式充电方案中，充电接口中有12V直流电，用于连接状态检测及车载控制电路的供电。而在无线充电系统中，由于没有线路连接，12V直流电需要从其它途径供给，会增加了用户不少麻烦。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于电动汽车的无线充电系统及方法，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种用于电动汽车的无线充电系统，包括：

地面供电装置，其包括原边监控线圈单元、原边动力线圈单元、第一微控制单元、功率传输控制器，所述功率传输控制器的一端用于接入外部电网，另一端与所述原边动力线圈单元电连接，所述功率传输控制器用于调节所述原边动力线圈单元输出的无线功率，所述第一微控制单元的一端用于接入外部电网，其另一端与所述原边监控线圈单元电连接，所述第一微控制单元用于监测所述功率传输控制器的电路状态，并在所述功率传输控制器的电路状态无异常时控制所述原边监控线圈单元输出无线功率；

车载充电装置，其包括副边监控线圈单元、副边动力线圈单元、第二微控制单元、功率接收控制器，所述第二微控制单元一端与所述副边监控线圈单元电连接，另一端与所述功率接收控制器电连接，所述第二微控制单元通过所述副边监控线圈单元接收到所述原边监控线圈单元输出的电能，从而通过所述功率接收控制器向所述电动汽车的车辆控制系统供电，并能监测所述功率接收控制器的电路状态，所述功率接收控制器一端与所述副边动力线圈单元电连接，另一端用于连接所述电动汽车的电池，所述功率接收控制器在自身电路状态无异常的情况下能够通过所述副边动力线圈单元接收所述原边动力线圈单元输出的电能，并将所述电能存储至所述电池中。

进一步地，所述功率接收控制器与所述电池通过第一开关相连，所述电池与所述电动汽车的车载电气设备通过第二开关相连，所述第二微控制单元在所述功率接收控制器的电路状态无异常的情况下控制所述第一开关闭合以及第二开关断开，使得所述功率接收控制器能够向所述电池进行充电。

进一步地，所述地面供电装置还包括地面通信控制单元，所述地面通信控制单元与所述功率传输控制器通信连接，所述车载充电装置还包括车载通信控制单元，所述车载通信控制单元与所述地面通信控制单元通信连接，并与所述电动汽车的车辆控制系统通信连接。

进一步地，若所述功率接收控制器的电路状态无异常，则所述车辆控制系统通过所述车载通信控制单元和地面通信控制单元控制所述功率传输控制器驱动所述原边动力线圈单元工作。

进一步地，所述原边监控线圈单元与所述副边监控线圈单元相应对准时，所述原边动力线圈单元与所述副边动力线圈单元也相应对准。

进一步地，所述原边监控线圈单元与所述副边监控线圈单元产生的充电功率小于所述原边动力线圈单元与所述副边动力线圈单元产生的充电功率。

另一方面，提供了一种用于电动汽车的无线充电方法，包括：

S1、将装有车载充电装置的电动汽车停到含有地面供电装置的指定区域内，将所述电动汽车关机；

S2、所述地面供电装置利用原边监控线圈单元输出无线功率；

S3、所述车载充电装置通过副边监控线圈单元接收到所述原边监控线圈单元输出的电能，并利用该电能启动所述电动汽车的车辆控制系统；

S4、所述电动汽车的车辆控制系统通过无线通信控制单元与所述地面供电装置建立通信联系，以控制所述地面供电装置的原边动力线圈单元输出无线功率；

S5、所述车载充电装置通过副边动力线圈单元接收到所述原边动力线圈单元输出的电能，并将电能存储至所述电动汽车的电池中。

进一步地，在步骤S2中，所述地面供电装置需要先自查内部的电路状态，若所述电路状态无异常，则利用所述原边监控线圈单元输出无线功率，若所述电路状态出现异常，则停止所述原边监控线圈单元输出。

进一步地，在步骤S4中，所述车载充电装置需要先自查内部的电路状态，若所述电路状态无异常，则控制所述原边动力线圈单元输出无线功率，若所述电路状态出现异常，则控制所述原边动力线圈单元停止输出无线功率，并发出警报信息。

进一步地，在步骤S4中，所述电动汽车的车辆控制系统根据充电时长调节所述原边动力线圈单元输出的无线功率。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.为大功率无线充电装置安全工作提供安全保护输入指标，提高了充电安全性；

b.无线充电快捷方便，节省了驾驶员插拔接头的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于电动汽车的无线充电系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的用于电动汽车的无线充电系统的开关切换位置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于电动汽车的无线充电系统，包括地面供电装置和车载充电装置。

参见图1，所述地面供电装置包括原边监控线圈单元、原边动力线圈单元、第一微控制单元(记作MCU-A)、功率传输控制器，所述功率传输控制器的一端用于接入外部电网，另一端与所述原边动力线圈单元电连接，所述功率传输控制器用于调节所述原边动力线圈单元的无线功率，所述第一微控制单元的一端用于接入外部电网，其另一端与所述原边监控线圈单元电连接，所述第一微控制单元用于监测所述功率传输控制器的电路状态，并在所述功率传输控制器的电路状态无异常时控制所述原边监控线圈单元输出无线功率。

所述车载充电装置包括副边监控线圈单元、副边动力线圈单元、第二微控制单元(记作MCU-B)、功率接收控制器，所述第二微控制单元一端与所述副边监控线圈单元电连接，另一端与所述功率接收控制器电连接，所述第二微控制单元通过所述副边监控线圈单元接收到所述原边监控线圈单元输出的电能，从而通过所述功率接收控制器向所述电动汽车的车辆控制系统供电，并能监测所述功率接收控制器的电路状态。所述功率接收控制器一端与所述副边动力线圈单元电连接，另一端用于连接所述电动汽车的电池，所述功率接收控制器在所述电动汽车电路电压监测自身电路状态无异常的情况下通过所述副边动力线圈单元能够接收所述原边动力线圈单元输出的电能，并将所述电能存储至所述电池中。需要说明的是，上述检测的电路状态包括但不限于电压、电流检测，相关检测值在预设的安全值以内，则属于无异常。

参见图2，所述功率接收控制器与所述电池通过第一开关相连，所述电池与所述电动汽车的车载电气设备通过第二开关相连，所述第一开关与所述第二开关为互斥开关，所述第二微控制单元在所述功率接收控制器的电路状态电路电压监测无异常的情况下，所述第二微控制单元控制所述第一开关闭合以及第二开关断开，使得所述功率接收控制器能够向所述电池进行充电。

电动汽车停泊在充电位后，即拔出钥匙并关机，所述无线充电系统能够通过开启独立电路对电动汽车电池进行充电。在电动汽车处于行驶或者未充电的状态下，电动汽车主电路处于开启状态，电池在工作放电状态，无法进行充电，参见图2，此时第二开关闭合，第一开关断开；而在电动汽车处于充电状态时，所述电动汽车主电路处于断开状态，独立电路开启，此时第一开关闭合，第二开关断开，进入无线充电工作模式。

两个监控线圈的控制配合形成了小功率无线充电板，并通过功率接收控制器转换成12V的直流电供给独立电路，使车辆控制系统开启并进入无线工作模式，并进行电路检测。由于所述地面供电装置还包括地面通信控制单元，所述车载充电装置还包括车载通信控制单元，所述电动汽车的车辆控制系统、车载通信控制单元、所述地面通信控制单元和所述功率传输控制器依次通信连接，所述电动汽车的车辆控制系统还与所述功率接收控制器建立通信连接，所以电动汽车进入无线工作模式能够与地面供电装置建立通信，并能够根据电池实时的充电状况，比如当前的充电程度，来协调控制功率传输控制器与功率接收控制器的配合，比如调大或调小充电功率。

所述功率接收控制器一端与所述副边动力线圈单元电连接，另一端用于连接所述电动汽车的电池，若所述功率接收控制器电路状态监测无异常，车辆控制系统会控制功率传输控制器开始工作，所述功率接收控制器通过所述副边动力线圈单元接收所述原边动力线圈单元输出的电能，并将所述电能存储至所述电池中；若是电动汽车电路电压监测出现异常，则车辆控制系统会控制功率传输控制器停止工作，使其与功率接收控制器断开传输。具体地，两个动力线圈的控制配合形成了大功率无线充电板，并通过功率接收控制器向电池提供快速充电。

所述地面供电装置还可以接入区域内的无线充电控制管理系统，管理人员可以通过无线充电控制管理系统管理多个地面供电装置，所述地面供电装置实时将输出功率的情况通过地面通信控制单元传送给所述无线充电控制管理系统，以便所述无线充电控制管理系统整体监测整体区域内的用电情况，并进行相应的调度，如果某个地面供电装置出现电路问题，也会实时反馈至无线充电控制管理系统，便于管理人员的及时检修。而且，无线充电控制管理系统还可以利用上述两个通信控制单元与所述电动汽车的车辆控制系统进行进一步地交互，便于后续充电时长、时间点的设定以及充电费用的结算。用户可以通过手机连入所述无线充电控制管理系统，并获得该地面供电装置的部分管理权限。例如，由于夜间电价相对较低，用户停好车下车后，可以通过手机在无线充电控制管理系统设置该地面供电装置充电时间，比如充电充满的截止时间，用户在20点停好车，一般连续充电6小时可充满，可设置明早6点之前充电充满，无线充电控制管理系统根据用户的需求，预留好充电时长，结合整个区域的用电情况，具体调配充电时间和功率，错开用电高峰，用电高峰如果在20-23点，无线充电控制管理系统会自动安排23点至明早5点之间充电，以缓解整个区域的用电紧张，还能满足用户需求，节省用户的电费。

在本发明的一个实施例中，所述原边监控线圈单元与所述副边监控线圈单元相应对准能够传输电能时，表示所述原边动力线圈单元与所述副边动力线圈单元两者的位置也相应对准，具备无线传输电能的条件。所述原边监控线圈单元与所述副边监控线圈单元产生的充电功率小于所述原边动力线圈单元与所述副边动力线圈单元产生的充电功率。用于充电的独立电路所需功率较小，以适配用监控线圈进行无线充电，而上述电池需要快速充电，需要较大的功率，所以其适配用到动力线圈充电。所述功率接收控制器向所述电池的充电电压可调整，以避免电池充电的高电压损耗到车上的其他电气设备。在电池充电的全过程中，电压先增大逐渐到额定电压；电流由小增大到额定电流，持续充电，后快速减小至零，结束充电。需要注意的是，所述功率接收控制器能够将交流电网的能量被转换为直流电以对电池充电。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于电动汽车的无线充电方法，其特征在于，包括

S1、将装有车载充电装置的电动汽车停到含有地面供电装置的指定区域内，将所述电动汽车关机；

S2、所述地面供电装置利用原边监控线圈单元输出无线功率；

其中，所述地面供电装置需要先自查内部的电路状态，若所述电路状态无异常，则利用所述原边监控线圈单元输出无线功率，若所述电路状态出现异常，则停止所述原边监控线圈单元输出。

S3、所述车载充电装置通过副边监控线圈单元接收到所述原边监控线圈单元输出的电能，并利用该电能启动所述电动汽车的车辆控制系统；

S4、所述电动汽车的车辆控制系统通过无线通信控制单元与所述地面供电装置建立通信联系，以控制所述地面供电装置的原边动力线圈单元输出无线功率；

其中，所述车载充电装置需要先自查内部的电路状态，若所述电路状态无异常，则控制所述原边动力线圈单元输出无线功率，具体地，所述电动汽车的车辆控制系统根据充电时长或者电池的充电量调节所述原边动力线圈单元输出的无线功率，充电功率先慢慢增大至最大额定功率后，持续稳定高速充电，在快要充满时在减小至较低功率，直至充满。若所述电路状态出现异常，则控制所述原边动力线圈单元停止输出无线功率，并发出警报信息。

S5、所述车载充电装置通过副边动力线圈单元接收到所述原边动力线圈单元输出的电能，并将电能存储至所述电动汽车的电池中。

具体地，所述无线充电方法使用时主要由以下两种情况：

(1)地面供电装置对应的充电位置无车辆时

地面供电装置中的第一微控制单元监测原端电路状态，正常时则持续发出无线功率；异常时则停止发出功率。此时，由于车未在规定区域，车载充电装置中的第二微控制单元未接收到无线电能，电动汽车处于未充电状态或传导式工作模式。

(2)地面供电装置对应的充电位置有电动汽车时

地面供电装置中的第一微控制单元监测原端电路状态，正常时则持续发出无线功率；异常时则停止发出功率，同时原边动力线圈停止工作。此时，由于车停在了规定区域，车载充电装置中的第二微控制单元接收到无线电能，控制电路复位开机，切换到无线工作模式，所述电动汽车开始电路的电压检测，若电压正常则按流程充电；若电压异常则发出告警提示信息及其它保护动作。需要注意的是，电动汽车处于无线工作模式下，能够通过通信控制单元与所述地面供电装置建立通信联系。

本发明提供的用于电动汽车的无线充电系统及方法通过安装额外的小功率无线充电装置，为无线充电控制电路提供稳定电源，使之建立有效的充电通信过程，直至充电过程结束。小功率无线供电板长时间提供电能，以此为随时到来的车辆提供无线充电控制电路的供电问题。以小功率无线装置的正常工作与否，作为大功率无线装置的安全保护输入。这样的方案解决了无线充电方案中，在通信建立之前，为车载无线充电控制电路供电的问题，为大功率无线充电装置安全工作提供安全保护输入指标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于电动汽车的无线充电系统，其特征在于，包括：

地面供电装置，其包括原边监控线圈单元、原边动力线圈单元、第一微控制单元、功率传输控制器，所述功率传输控制器的一端用于接入外部电网，另一端与所述原边动力线圈单元电连接，所述功率传输控制器用于调节所述原边动力线圈单元输出的无线功率，所述第一微控制单元的一端用于接入外部电网，其另一端与所述原边监控线圈单元电连接，所述第一微控制单元用于监测所述功率传输控制器的电路状态，并在所述功率传输控制器的电路状态无异常时控制所述原边监控线圈单元输出无线功率；

车载充电装置，其包括副边监控线圈单元、副边动力线圈单元、第二微控制单元、功率接收控制器，所述第二微控制单元一端与所述副边监控线圈单元电连接，另一端与所述功率接收控制器电连接，所述第二微控制单元通过所述副边监控线圈单元接收到所述原边监控线圈单元输出的电能，从而通过所述功率接收控制器向所述电动汽车的车辆控制系统供电，并能监测所述功率接收控制器的电路状态，所述功率接收控制器一端与所述副边动力线圈单元电连接，另一端用于连接所述电动汽车的电池，所述功率接收控制器在自身电路状态无异常的情况下能够通过所述副边动力线圈单元接收所述原边动力线圈单元输出的电能，并将所述电能存储至所述电池中。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述功率接收控制器与所述电池通过第一开关相连，所述电池与所述电动汽车的车载电气设备通过第二开关相连，所述第二微控制单元在所述功率接收控制器的电路状态无异常的情况下控制所述第一开关闭合以及第二开关断开，使得所述功率接收控制器能够向所述电池进行充电。

3.根据权利要求1所述的用于电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述地面供电装置还包括地面通信控制单元，所述地面通信控制单元与所述功率传输控制器通信连接，所述车载充电装置还包括车载通信控制单元，所述车载通信控制单元与所述地面通信控制单元通信连接，并与所述电动汽车的车辆控制系统通信连接。

4.根据权利要求3所述的用于电动汽车的无线充电系统，其特征在于，若所述功率接收控制器的电路状态无异常，则所述车辆控制系统通过所述车载通信控制单元和地面通信控制单元控制所述功率传输控制器驱动所述原边动力线圈单元工作。

5.根据权利要求1所述的用于电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述原边监控线圈单元与所述副边监控线圈单元相应对准时，所述原边动力线圈单元与所述副边动力线圈单元也相应对准。

6.根据权利要求1所述的用于电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述原边监控线圈单元与所述副边监控线圈单元产生的充电功率小于所述原边动力线圈单元与所述副边动力线圈单元产生的充电功率。

7.一种用于电动汽车的无线充电方法，利用如权利要求1所述的用于电动汽车的无线充电系统，其特征在于，包括：

S1、将装有车载充电装置的电动汽车停到含有地面供电装置的指定区域内，将所述电动汽车关机；

S2、所述地面供电装置利用原边监控线圈单元输出无线功率；

S3、所述车载充电装置通过副边监控线圈单元接收到所述原边监控线圈单元输出的电能，并利用该电能启动所述电动汽车的车辆控制系统；

S4、所述电动汽车的车辆控制系统通过无线通信控制单元与所述地面供电装置建立通信联系，以控制所述地面供电装置的原边动力线圈单元输出无线功率；其中，所述电动汽车的车辆控制系统根据充电时长调节所述原边动力线圈单元输出的无线功率；

S5、所述车载充电装置通过副边动力线圈单元接收到所述原边动力线圈单元输出的电能，并将电能存储至所述电动汽车的电池中。

8.根据权利要求7所述用于电动汽车的无线充电方法，其特征在于，在步骤S2中，所述地面供电装置需要先自查内部的电路状态，若所述电路状态无异常，则利用所述原边监控线圈单元输出无线功率，若所述电路状态出现异常，则停止所述原边监控线圈单元输出。

9.根据权利要求7所述用于电动汽车的无线充电方法，其特征在于，在步骤S4中，所述车载充电装置需要先自查内部的电路状态，若所述电路状态无异常，则控制所述原边动力线圈单元输出无线功率，若所述电路状态出现异常，则控制所述原边动力线圈单元停止输出无线功率，并发出警报信息。