CN205178538U - 一种电动车辆移动无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线充电领域，尤其涉及一种电动车辆移动无线充电系统。本实用新型应用于通过终端设备控制飞行器的无线充电，系统包括：地面车载控制模块，设置于终端设备中，用于产生控制指令，以控制飞行器的无线充电并将输出信号输出；机载控制模块，与地面车载控制模块连接，设置于飞行器中，根据地面车载控制模块的控制指令，控制飞行器的无线充电；无线充电模块，与地面车载控制模块连接，根据输出信号调节地面车载控制模块产生的控制指令；云计算服务器，分别与地面车载控制模块、机载控制模块连接，根据地面车载控制模块产生的控制指令对机载控制模块生成充电控制策略，并根据充电控制策略优化无线充电。

Description

一种电动车辆移动无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及无线充电领域，尤其涉及一种电动车辆移动无线充电系统。

背景技术

虽然近年来电动汽车得到了长足的发展，但其续航能力一直成为限制其发展的瓶颈，特别是在行驶路上电动汽车电力不足，需要拖车处理时给电动汽车的推广应用造成一些阻力。及时地对路面电动汽车进行监测，让电动汽车的司机了解自己周围充电设施，对采取及时充电提高续航能力和预防电力不足造成的不便具有重要意义。而普通的充电技术需要电动汽车到达指定充电桩进行充电，不仅造成了土地等空间资源的浪费，也给续航不足的电动汽车带来不便，而固定的无线充电技术，存在充电距离限制。

现有的电动车充电技术一般由多个充电节点、电动汽车节点组成的自组织网络，但其充电方式虽为无线，但其仍然需要电动汽车驶入充电站进行充电，通信方式采用电力载波方式需要对车身进行改造，需在车上安装电力线载波调制解调模块，而且并不能采用车间无线充电的方式进行应急充电。

实用新型内容

针对现有技术的电动车辆移动无线充电系统存在的诸多缺陷，本实用新型提供了一种电动车辆移动无线充电系统，其提高了充电效率，拓宽了充电距离。

本实用新型采用如下技术方案：

一种电动车辆移动无线充电系统，应用于通过终端设备控制飞行器的无线充电，所述系统包括：

地面车载控制模块，设置于所述终端设备中，用于产生控制指令，以控制所述飞行器的无线充电并将输出信号输出；

机载控制模块，与所述地面车载控制模块连接，设置于所述飞行器中，根据所述地面车载控制模块的控制指令，控制所述飞行器的无线充电；

无线充电模块，与所述地面车载控制模块连接，根据所述输出信号调节所述地面车载控制模块产生的控制指令；

云计算服务器，分别与所述地面车载控制模块、所述机载控制模块连接，根据所述地面车载控制模块产生的控制指令对所述机载控制模块生成充电控制策略，并根据所述充电控制策略优化无线充电。

优选的，所述机载控制模块包括：

姿态测量单元，与所述地面车载控制模块连接，用于产生姿态数据并发送所述姿态数据；

应用测量单元，与所述地面车载控制模块连接，用于产生应用数据并发送所述应用数据；

机载微控制器，分别与所述姿态测量单元、应用测量单元连接，用于接收所述姿态数据与所述应用数据，并根据姿态数据与所述应用数据进行内部计算。

优选的，所述姿态测量单元包括：

三轴陀螺仪，与所述机载微控制器连接，将所述姿态数据传回至所述机载微控制器中；

磁阻和三轴加速度传感器，与所述机载微控制器连接，检测三个维度的受力并将检测数据传回至所述机载微控制器中。

优选的，所述应用测量单元包括：数字摄像头、气压计、超声波传感器。

优选的，所述无线充电模块包括：

单相桥式整流电路，与所述地面车载控制模块连接，将交流电整流滤波变为直流电；

高频逆变电路，与所述单相桥式整流电路连接，将所述单相桥式整流电路得到的直流电逆变为方波的交流信号；

发射线圈电路，与所述高频逆变电路连接，将所述交流信号变为正弦波信号并进行无线发射；

接收线圈电路，与所述发射线圈电路连接，接收所述发射线圈电路发射的信号，利用谐振使得回路中产生正弦波电压，实现远距离电能传输；

高频整流电路，与所述接收线圈电路连接，将传输的正弦波交流电压信号转化为直流信号；

升压电路，与所述高频整流电路连接，将由所述高频整流电路转化所得的直流信号进行升压；

地面车载微控制器电路，分别与所述升压电路中充电电压检测部分的输出端、所述机载控制模块连接，根据检测值与所述机载微控制器无线通信，以及

所述机载微控制器输出的控制信号控制所述高频逆变电路的开通与关断。

优选的，所述单相桥式整流电路采用二极管整流电路。

优选的，所述的高频逆变电路采用半桥式逆变电路。

优选的，所述高频整流电路采用高频二极管桥式整流电路。

优选的，所述升压电路采用BOOST电路。

优选的，所述飞行器为四轴飞行器。

一种电动车辆移动无线充电方法，所述方法包括：

步骤S1：电动汽车车载智能手机通过蓝牙与车辆电量、运行状态信息进行交互，并通过所述智能手机GSM网络将所述车辆电量、运行状态信息上传给云计算机服务器；

所述云计算机服务器接收到所述智能手机的电动汽车请求充电命令，所述云计算服务器给机载微控制器发送起飞命令和充电任务命令。

步骤S2：第一飞行器到达目标空域时，满电第一飞行器通过第一无线射频通信单元和第二无线射频通信单元进行通信和精准定位后，启动无线充电模块进行充电。

步骤S3：所述云计算服务器未收到所述智能手机的电动汽车请求充电命令或收到电动汽车终止充电命令时，所述云计算服务器给所述第一飞行器发送充电任务完成并返回基地命令；

否则，判断所述第一飞行器是否给所述云计算服务器发送自身电量不足信息。

步骤S4：当所述云计算服务器接收到所述第一飞行器发送的自身电量不足信息时，所述云计算服务器给附近基站第二飞行器发送起飞命令和充电任务命令，所述第二飞行器等待与所述第一飞行器进行任务交接。

步骤S5：所述第二飞行器与所述第一飞行器通过所述第一无线射频通信单元和所述第二无线射频通信单元进行通信完成交接任务后，所述云计算服务器给所述第一飞行器发送充电任务完成并返回基地命令，所述第二飞行器进行充电任务执行。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用飞行稳定、可控性好的四轴飞行器搭载摄像头、GSM通信模块和无线充电模块，能够扩大充电范围，在低空根据车载无线充电模块高度、电动汽车不同手机定位的位置信息进行精准定位进行无线输能并把充电数据传回云计算服务器，具有及时、安全、便捷的特点；同时，可以接受云计算服务器的中央控制，自动定位最近的充电基地的飞行器，实现无线充电飞行器最短路径规划充电，更佳高效、便捷。

本实用新型为一种基于车联网技术的电动车辆移动无线充电系统利用车联网技术，即车辆与云计算服务器、车辆与无线充电飞行器等网络互通互联的信息交互技术来解决现有电动汽车续航能力不足问题，建立完备的充电服务系统。克服了由多个充电节点、电动汽车节点组成的自组织网络，充电方式虽为无线，但其仍然需要电动汽车驶入充电站进行充电，通信方式采用电力载波方式需要对车身进行改造，需在车上安装电力线载波调制解调模块的缺点，只需利用通用的智能手机便能完成定位与数据传输。本实用新型克服了普通的充电技术需要电动汽车到达指定充电桩进行充电，不仅造成了土地等空间资源的浪费，也给续航不足的电动汽车带来不便，而固定的无线充电技术，存在充电距离限制，充电效率有限，而本实用新型一定程度上提高了充电效率，拓宽了充电距离，即可以采用一个飞行器给电动车辆进行充电也可采用多个飞行器同时给一个电动车辆进行充电，缩短充电时间，具有体积小、重量轻、成本低、方便。快捷对飞行空域要求不高的特点，具有良好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1为本实用新型一种电动车辆移动无线充电系统实施例的结构示意图；

图2-图3为本实用新型中四轴飞行器实施例的结构示意图；

图4为本实用新型电动车辆应急移动无线充电系统实施例的原理框图；

图5为本实用新型基于车联网技术的电动车辆移动无线充电系统云计算服务器的调度流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明：

图1为本实用新型一种电动车辆移动无线充电系统实施例的结构示意图；如图1所示，本实施例的系统包括：地面车载控制模块、无线充电模块、云计算服务器、四轴飞行器和机载控制模块，其中四轴飞行器的结构如图2、图3所示，四轴飞行器包括成十字交叉的四个机械臂3，交叉角度为90°，机械臂3的交叉点设有主机体5，连接并固定于四个机械臂3，主机体5上方设有安放固定平台1，主机体5内部设有机体腔10，四个机械臂3的末端分别固定设有电机6，电机6上安装有螺旋桨4，并且所在一条直线上的两个螺旋桨4互为正反螺旋桨，机械臂3上固定设有螺旋桨罩2，脚架7通过脚架固定头8固定安装在主机体5的下方，脚架7的一侧安装有摄像头云台11，脚架7的下方设有电池9。

图4为本实用新型电动车辆应急移动无线充电系统实施例的原理框图；如图4所示，机载控制模块包括姿态测量单元、应用测量单元、机载微控制器17，均固定设置在机体腔10内。其中，机载微控制器17采用STM32F103RBT6；姿态测量单元包括三轴陀螺仪12，采用MPU6050芯片，MPU6050的数据线SDA和时钟线SCL连接到机载微控制器17的IIC对应的SDA和SCL上，把数据传回机载微控制器17并通过其内部计算，把角速度积分转换成角度，磁阻14采用HMC5883L芯片，三轴加速度传感器13和磁阻14的数据线SDA和时钟线SCL连接机载微控制器17的IIC的对应SDA和SCL上，把检测三个维度的受力传回机载微控制器17，通过四元数与欧拉角的转换得到飞行器姿态角PITCH、ROLL、YAW，机载微控制器17通过Kalman滤波算法对原始数据进行滤波处理，在通过融合算法对两种方式的姿态角进行融合处理得到飞行器的当前姿态，并通过PID算法调节输出的4路PWM脉宽的变换来控制电动机转速实现姿态修正。

机体腔10内还设有第二GSM通信单元22、GPS传感器单元15、电机驱动电路20，第二GSM通信单元22与机载微控制器17互交，第二GSM通信单元22通过GSM网络与云计算服务器36进行通信连接，机载微控制器17的输入端与GPS传感器单元15的输出端电连接，GPS传感器单元15的天线设置在安放固定平台1上，机载微控制器17与电机驱动电路20电连接受其控制，电机驱动电路20连接并驱动电机6。

姿态测量单元包括三轴陀螺仪12、三轴加速度传感器13和磁阻14，分别通过其数据线SDA和时钟线SCL连接至机载微控制器17的IIC对应的SDA和SCL引脚。

应用测量单元包括数字摄像头16、气压计18、超声波传感器19，数字摄像头16搭载在摄像头云台11上，并与机载微控制器17电连接，气压计18和超声波传感器19分别通过其数据线SDA和时钟线SCL连接到机载微控制器17的IIC对应的数据SDA和时钟SCL引脚，机载微控制器17把数据进行融合，计算出飞行器所在高度信息，辅助定位定高。

云计算服务器36是该基于车联网技术的电动车辆移动无线充电系统的调度和处理中心，云计算服务器36根据地面车载微控制器25发来的电量位置等信息对机载微控制器17生成充电控制策略，并能实时根据机载微控制器17发来的信息调整和调度附近基站飞行器进而优化和完成对该电动车辆的移动无线充电。

地面车载控制系统包括遥控器37、地面车载微控制器25、车载显示屏26和机载接收机21，机载接收机21设置在机体腔10内，与机载微控制器17相连接，遥控器37与机载接收机21通过无线连接方式进行通信。遥控器37遥控控制的优先级高于自动飞行。地面车载微控制器25与车载显示屏26电连接，并通过第一无线射频通信单元23和第二无线射频通信单元24与机载微控制器17进行无线通信，控制飞行器的飞行任务和无线充电任务。

机载微控制器17的外围电路中STM32F103RBT6芯片引脚8、9、10、11、24为AD输入端口，连接遥控器接收机P3的输出信号CH1-CH5的PWM_IN1-PWM_IN5，引脚34、35、58、59定时器的输出端口，输出的4路PWM信号接电机电调组P2的电调信号入口，GPS传感器单元15的数据收发引脚2和3分别加到MCU的数据发收引脚17和16。姿态传测量单元电路中三轴陀螺仪12选用MPU6050芯片，时钟总线SCL和数据总线SDA分别连接图3中机载微控制器17的IIC的时钟和数据总线引脚PB6和PB7，内置有电子指南针HMC5883L的时钟总线SCL和数据总线SDA连接图3中机载微控制器17的IIC的时钟和数据总线引脚PB6和PB7。无线射频通信路中微处理器19可通过以下引脚配置nRF24L01：CSN引脚2，SCK引脚3，MOSI引脚4，MISO引脚5。引脚12和13连接电感构成天线，引脚16为参考电流输入端口。电机执行单元中输入端为机载微控制器17控制输出的PWM信号，UPE接受PWM信号，同时把12V直流电转换成三相交流电驱动，并控制电机转动或停止。

图4中的无线充电模块，包括整流单相桥式整流电路27、高频逆变电路28、发射线圈电路29、机载微控制器17、接收线圈电路30、高频整流电路31以及升压电路32，地面车载微控制器25。单相桥式整流电路27的输出端与高频逆变电路28的输入端相连接，高频逆变电路28的输出端与发射线圈电路29的输入端相连接，机载微控制器17的输出端与高频逆变电路28的输入端相连接；升压电路32中充电电压检测部分的输出端与地面车载微控制器25输入端相连接。

机载微控制器17采用微控制器STM32F030。高频逆变电路的全控型开关管MOSFET型号为IRFR3708，IRFR3708的驱动芯片采用IR2130，IR2130能同时驱动半桥式开关管，还能同时驱动接收部分中的升压电路的开关管。

电能发射线圈与接收线圈均采用串联型LC电路，MOSFET在驱动芯片IR2130的驱动信号的作用下将直流电压逆变为近似方波信号，在经过LC电路变成正弦波信号。在开关频率接近谐振频率时会使得发射线圈与电容产生谐振，同时接收端线圈回路中产生正弦波电压，达到远距离高效电能传输的目的。高频桥式整流电路仍采用二极管整流，二极管选择快速恢复二极管。

升压电路为单象限升压型电路，由储能电感、MOS管、二极管D6、输出滤波电容C12组成；L3电感量为10mH、MOS管型号为IRFR3708、二极管型号为RF307、电容容值为47uF且电容耐压值为25V；电压检测部分采用分压式。

升压电路的开关管IRFR3708由IR2130驱动，这样就能实现整流后直流电压的升压；升压电路32的充电电压检测部分的输出端与微控制器的模数转换器ADC端口PC4相连接。微控制器根据检测的电压，调整在端口PB0输出的方波信号的占空比，构成闭环控制系统，从而达到充电电压调整的目的。

图5为本实用新型基于车联网技术的电动车辆移动无线充电系统云计算服务器的调度流程图，如图5所示，一种基于车联网技术的电动车辆移动无线充电系统的实现方法，具体步骤为：

步骤一：系统初始化，云计算机服务器36、机载微控制器17、地面车载微控制器25、智能手机34等初始化就位。

步骤二：电动汽车车载智能手机34通过蓝牙33与车辆电量、运行状态信息进行交互，并通过智能手机34GSM网络将信息上传给云计算机服务器36，当云计算机服务器36接收到手机端34电动汽车请求充电命令时，云计算服务器36给附近基站满电第一飞行器即机载微控制器17发送起飞命令和充电任务命令。

步骤三：附近基站满电第一飞行器通过云计算服务器36发送的位置信息、高度信息到达目标空域执行充电任务，当到达目标空域时，满电第一飞行器通过第一无线射频通信单元23和第二无线射频通信单元24进行通信和精准定位，定位完成后，启动无线充电模块进行充电。

步骤四：云计算服务器36未收到手机端1(智能手机)电动汽车请求充电命令或收到电动汽车终止充电命令时，云计算服务器36给第一飞行器发送充电任务完成并返回基地命令，否则，进行判断第一飞行器是否给云计算服务器36发送自身电量不足信息。

步骤五：云计算服务器36接收到第一飞行器发送的自身电量不足信息，则云计算服务器36给附近基站第二飞行器发送起飞命令和充电任务命令，等待与第一飞行器进行任务交接。

步骤六：第二飞行器与第一飞行器通过第一无线射频通信单元23和第二无线射频通信单元24进行通信完成交接任务。交接任务完成后，云计算服务器36给第一飞行器发送充电任务完成并返回基地命令，第二飞行器进行充电任务执行。

基于车联网技术的电动车辆移动无线充电系统云计算服务器可以同时调度一架飞行器给电动车辆充电也可同时调度多架飞行器给电动车辆充电，其具体情况根据第一GSM通信单元35返回的数据与请求综合判断决策。同时不同基站之间也可进行GSM网通通信，决策飞行器的调度，更加方便和及时地完成充电。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本实用新型精神，还可作其他的转换。尽管上述实用新型提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，应用于通过终端设备控制飞行器的无线充电，所述无线充电系统包括：

地面车载控制模块，设置于所述终端设备中，产生控制指令，以控制所述飞行器的无线充电并将输出信号输出；

机载控制模块，与所述地面车载控制模块连接，设置于所述飞行器中，根据所述地面车载控制模块的控制指令，控制所述飞行器的无线充电；

无线充电模块，与所述地面车载控制模块连接，根据所述输出信号调节所述地面车载控制模块产生的控制指令；

云计算服务器，分别与所述地面车载控制模块、所述机载控制模块连接，根据所述地面车载控制模块产生的控制指令对所述机载控制模块生成充电控制策略，并根据所述充电控制策略优化无线充电。

2.根据权利要求1所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述机载控制模块包括：

姿态测量单元，与所述地面车载控制模块连接，产生姿态数据并发送所述姿态数据；

应用测量单元，与所述地面车载控制模块连接，产生应用数据并发送所述应用数据；

机载微控制器，分别与所述姿态测量单元、应用测量单元连接，用于接收所述姿态数据与所述应用数据，并根据姿态数据与所述应用数据进行内部计算。

3.根据权利要求2所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述姿态测量单元包括：

三轴陀螺仪，与所述机载微控制器连接，将所述姿态数据传回至所述机载微控制器中；

磁阻和三轴加速度传感器，与所述机载微控制器连接，检测三个维度的受力并将检测数据传回至所述机载微控制器中。

4.根据权利要求2所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述应用测量单元包括：数字摄像头、气压计、超声波传感器。

5.根据权利要求2所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述无线充电模块包括：

单相桥式整流电路，与所述地面车载控制模块连接，将交流电整流滤波变为直流电；

高频逆变电路，与所述单相桥式整流电路连接，将所述单相桥式整流电路得到的直流电逆变为方波的交流信号；

发射线圈电路，与所述高频逆变电路连接，将所述交流信号变为正弦波信号并进行无线发射；

接收线圈电路，与所述发射线圈电路连接，接收所述发射线圈电路发射的信号，利用谐振使得回路中产生正弦波电压，实现远距离电能传输；

高频整流电路，与所述接收线圈电路连接，将传输的正弦波交流电压信号转化为直流信号；

升压电路，与所述高频整流电路连接，将由所述高频整流电路转化所得的直流信号进行升压；

地面车载微控制器电路，分别与所述升压电路中充电电压检测部分的输出端、所述机载控制模块连接，根据检测值与所述机载微控制器无线通信，以及

所述机载微控制器输出的控制信号控制所述高频逆变电路的开通与关断。

6.根据权利要求5所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述单相桥式整流电路采用二极管整流电路。

7.根据权利要求5所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述的高频逆变电路采用半桥式逆变电路。

8.根据权利要求5所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述高频整流电路采用高频二极管桥式整流电路。

9.根据权利要求5所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述升压电路采用BOOST电路。

10.根据权利要求5所述的电动车辆移动无线充电系统，其特征在于，所述飞行器为四轴飞行器。