CN208630401U - 基于电动汽车的无线充电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种基于电动汽车的无线充电装置，属于新能源电动汽车无线充电应用领域。该无线充电装置包括车辆位置定位层和充电单元，该车辆位置定位层包括用于定位电动汽车停车位置的压力传感器阵列，该充电单元包括原边线圈、水平驱动机构和控制器，该控制器与该水平驱动机构控制连接，该控制器与该压力传感器阵列采样连接，该水平驱动机构用于带动该原边线圈在水平面内移动。本实用新型根据压力传感器阵列获知车辆的压力分布获知车辆的具体停放位置，再结合车辆档案获知车载副边线圈实际位置，然后控制器就控制水平驱动机构实现原副线圈快速准确的匹配对准。

Description

基于电动汽车的无线充电装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于电动汽车的无线充电装置，属于新能源电动汽车无线充电应用领域。
背景技术
无线充电技术是一种新兴充电技术，目前适合电动汽车大功率无线充电的是磁场耦合方式无线充电技术。磁场耦合式无线充电技术中，当原边线圈和副边线圈中心对准时，充电效率最高，如果原边线圈和副边线圈耦合偏离，则会出现严重漏磁，影响充电效率；另外当原边线圈和副边线圈工作气隙在200mm以内时，工作气隙对充电效率基本没有影响，但一旦工作气隙超过200mm，充电效率就与工作气隙成反比，工作气隙越大充电效率越低。
目前，市场上采用无线充电方式的电动汽车在进入无线充电站充电时，驾驶员一般根据车载电子指示系统的定位指令或充电站的定位标记来定位对准，但此种方式存在以下不足：1.为了满足不同车型的定位需求，充电站需要设置多种定位标记，定位标记驾驶员不易辨识且容易损坏；2.由于无线充电技术中原副线圈对准精度要求高，需要驾驶员反复移动车辆才能实现原副线圈对准，这个过程缓慢而低效。因此，如何确保无线充电装置原边线圈和安装于电动汽车上的副边线圈的准确快速匹配对准是电动汽车无线充电装置大规模商用亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于电动汽车的无线充电装置以解决目前无线充电装置无法准确快速完成原副线圈对准的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供一种基于电动汽车的无线充电装置，该无线充电装置包括车辆位置定位层和充电单元，该车辆位置定位层包括用于定位电动汽车停车位置的压力传感器阵列，该充电单元包括原边线圈、水平驱动机构和控制器，该控制器与该水平驱动机构控制连接，该控制器与该压力传感器阵列采样连接，该水平驱动机构用于带动该原边线圈在水平面内移动。
本方案中，车辆位置定位层可以根据压力传感器阵列信息获知其上车辆的压力分布，再结合车辆的档案信息(包括但并不限于副边线圈在车辆上的位置以及离地高度等)，从而获取车辆上的副边线圈相对于充电单元中原边线圈的精确位置，然后控制器就依据该精确位置控制水平驱动机构将原边线圈移动至副边线圈的正对位置，进而实现原副线圈快速准确的匹配对准。
另外，根据本实用新型上述的基于电动汽车的无线充电装置还可以具有如下附加的技术特征：
在本实用新型中，该充电单元位于该车辆位置定位层下方的设定空间内。
本方案将充电单元设置在停车位置的下方，方便实际使用中充电单元的布置。
在本实用新型中，该充电单元还包括用于带动该原边线圈沿竖直方向移动的举升驱动机构。
本方案中的举升驱动机构能够根据不同的充电车型调整无线充电时原副线圈之间的间距，以保证不同充电车型无线充电的效率。
在本实用新型中，该车辆位置定位层上并排设有至少两条带状区域，该压力传感器阵列位于该带状区域内。
本方案将压力传感器阵列设置在车辆位置定位层上的带状区域，可以提高压力传感器阵列的使用效率，降低整体成本。
在本实用新型中，该车辆位置定位层在带状区域之间设有上凸的凸出部，该凸出部用于提升该原边线圈的上升空间。
本方案中的车辆位置定位层设置了向上凸出的部分，为原边线圈向上移动留出了足够的空间，使原边线圈有能力更接近充电车辆的底盘，进而保证了对底盘较高的车辆(比如客车、卡车等)进行无线充电的充电效率。
在本实用新型中，该车辆位置定位层在带状区域之间设有设有镂空孔，该镂空孔用于提升该原边线圈的上升空间。
本方案中的车辆位置定位层设置了镂空孔，为原边线圈向上移动留出了的空间，使原边线圈有能力更接近充电车辆的底盘，进而保证了对底盘较高的车辆(比如客车、卡车等)进行无线充电的充电效率。
在本实用新型中，该无线充电装置还包括停车姿态监测单元，该停车姿态监测单元包括至少两个距离传感器，该控制器与该距离传感器采样连接。
本方案中设置了停车姿态监测单元，能够根据车辆和各个距离传感器之间的距离实时判断出停车期间车辆的姿态偏向，在具体实施时，可配合使用声光装置提醒驾驶员，以确保合适的停车姿态，以减少原副线圈对准的操作难度，提高对准效率。
在本实用新型中，该距离传感器为红外距离传感器、超声波距离传感器、激光距离传感器和/或雷达距离传感器。
附图说明
图1为本实用新型的一种基于电动汽车的无线充电装置实施例的示意图；
图2为本实用新型的一种车辆位置定位层实施例的示意图；
图3为本实用新型的一种包含凸出部的车辆位置定位层实施例的示意图；
图4为本实用新型的一种包含镂空孔的车辆位置定位层实施例的示意图；
其中1为电动汽车，2为车载通信单元，3为停车姿态监测单元，3-1、3-2和3-3为红外距离传感器，3-4为指示灯，4为车辆位置定位层，4-1为第一压力传感器阵列，4-2为第二压力传感器阵列，4-3为凸出部，4-4为镂空孔，5-1为车载副边线圈，5-2为原边线圈，6为水平方向驱动机构，6-1为水平导杆安装支架，6-2为水平X轴方向驱动电机，6-3为水平Y轴方向驱动电机，7为竖直方向驱动机构，7-1为竖直方向驱动导杆，7-2为竖直方向驱动电机，8为控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。
实施例一
如图1所示为本实用新型的一种基于电动汽车的无线充电装置实施例的示意图，该无线充电装置包括位于停车充电区域下方的车辆位置定位层(4)，然后在车辆位置定位层(4)下方设有用于安置充电单元的空间。该充电单元包括有一个三维移动装置，用于带动原边线圈(5-2)(也称为无线充电发射装置)在空间内移动。该三维移动装置包括有水平方向驱动机构(6)和竖直方向驱动机构(7)。该水平方向驱动机构(6)具体包括水平导杆安装支架(6-1)、水平X轴方向驱动电机(6-2)和水平Y轴方向驱动电机(6-3)，其中水平X轴方向设为电动汽车停车入库方向或电动汽车头尾延伸方向，水平Y轴方向在水平面内与水平X轴方向正交。该竖直方向驱动机构(7)具体包括竖直方向驱动导杆(7-1)和竖直方向驱动电机(7-2)。该无线充电装置还包括有停车姿态监测单元(3)和控制器(8)。该停车姿态监测单元(3)包括有三个处于同一水平高度的间隔设定距离放置的红外距离传感器(3-1、3-2和3-3)和一个指示灯(3-4)，这三个距离传感器固定于设定停车姿态后方位置(后方是相对于充电车辆出库方向而言的)，其中传感器(3-2)位于设定停车姿态中车辆的正后方，而传感器(3-1)和传感器(3-3)分别位于传感器(3-2)两侧设定距离处。该控制器(8)可以通过与车辆位置定位层(4)上的压力传感器阵列通信获知车辆具体位置，然后控制三维移动装置中的电机将原边线圈移动至合适的充电发射位置(一般为正对副边线圈位置，且原副线圈之间的工作气隙不超过200mm)。
下面以具体充电使用过程来说明本实用新型无线充电装置各部分的功能。
首先，驾驶员驾驶待充电的电动汽车(1)进入停车充电区域，该电动汽车(1)包括有车载通信单元(2)和车载副边线圈(5-1)(也称为无线充电接收装置)，该车载通信单元(2)可以在停车的过程中与控制器(8)握手通信，使控制器(8)根据事先存储的相关车辆信息匹配出当前车辆的型号，获知当前车辆的副边线圈在车辆上的具体位置以及距地高度，而车载副边线圈(5-1)用于接收来自充电单元的原边线圈(5-2)发射来的磁场信号并将其转化为电能为电动汽车进行充电；
其次，驾驶员在停车姿态监测单元(3)指示灯的提示下将车辆快速停至合适的停车区域内，该停车区域内下设有车辆位置定位层；
这里给出一种具体的车辆姿态监测方法：首先设定充电区域的长度为D30，红外距离传感器(3-1)、红外距离传感器(3-2)和红外距离传感器(3-3)各自的实时测量距离分别为D31、D32和D33，那么根据车辆的不同姿态，将存在以下状态：
状态1：(D31＝D32＝D33)>D30，则说明充电区域没有车辆驶入；
状态2：D32<D30、D31＝D33，则说明电动汽车驶入充电区域姿态正常；
状态3：(D31＝D32)<D30、D33>D30，则说明电动汽车驶入充电区域姿态偏向传感器3-1侧；
状态4：(D33＝D32)<D30、D31>D30，则说明电动汽车驶入充电区域姿态偏向传感器3-3侧。
然后指示灯可以配合上述状态对驾驶员予以指示(具体可使用不同颜色的光、闪烁常量或不同颜色交替闪烁等方式)，另外，指示灯还可以在平时指示出该无线充电装置的当前状态(比如可以使用、正在被其他车辆使用、已被预约、当前故障等)，在具体实施时也可更换为其他具有类似提醒功能的装置(例如声音发生器、声光装置等)，或者直接将当前姿态信息发送至车辆内部的处理器，再配合车载可视化装置和/或发声装置给予驾驶员以提醒。
之后，车辆位置定位层上分布的压力传感器阵列获知车辆准确的停车位置。如图2所示为本实用新型一种车辆位置定位层实施例的示意图，车辆位置定位层上并排设有两条带状区域，两个压力传感器阵列位于该带状区域，第一压力传感器阵列(4-1)和第二压力传感器阵列(4-2)均由多个压力传感器组成，每个压力传感器都有唯一编号，对应一个实际位置值，当车辆在充电区域停车后，控制器根据压力传感器的反馈信号，计算出车辆的车轮对应的实际位置值，然后再根据车辆相关档案信息，准确计算出副边线圈的实际位置。
最后，控制器根据副边线圈的实际位置，控制三维移动装置带动原边线圈完成与副边线圈对准的工作。
实际应用中，该竖直方向驱动机构主要包括原边线圈托盘、行程导杆及安装固定架和驱动电机，控制器(8)控制驱动电机驱动原边线圈托盘升级，实现原边线圈在竖直方向的精确移动。该水平方向驱动机构主要包括原边线圈、滑动支架、水平X轴方向驱动导杆、水平Y轴方向驱动导杆、导杆安装支架、水平X轴方向驱动电机和水平Y轴方向驱动电机，水平方向驱动机构放置在竖直方向驱动机构的托盘上，控制器(8)控制水平X轴方向驱动电机驱动水平驱动机构在水平X轴方向滑动，控制器(8)控制水平Y轴方向驱动电机驱动水平驱动机构在水平Y轴方向滑动，实现原边线在水平方向的精确移动。
实施例二
本实施例与实施例一的区别仅在于，带状区域之间设有上凸的凸出部，该凸出部用于提升该原边线圈的上升空间。凸出部具体的形状可以根据实际情况自行设计。
实施例三
本实施例与实施例一的区别仅在于，带状区域之间设有设有镂空孔，该镂空孔用于提升该原边线圈的上升空间。镂空孔具体的形状可以根据实际情况自行设计。
在上述停车姿态监测单元实施例中，具体使用了三个红外距离传感器，但在实际应用中根据充电区域宽度和适应车型的寡众确定距离传感器的数量，而不同数量的距离传感器在对停车姿态进行判断的方法可参照上述实施例获知，在此不予赘述，另外距离传感器的类型还可选用不限于超声波、激光、雷达等其他距离传感器，上述方案应当仍落入本实用新型的保护范围内。
在上述实施例中，车辆位置定位层被设定在停车区域的下方，但根据实际需要，也可将车辆位置定位层置于停车区域地面上，上述方案应当仍落入本实用新型的保护范围内。
在上述实施例中，控制器通过车载通信单元获知了车辆的相关信息，实际中控制器还可以通过压力传感器的数据分析结果获知当前停放车辆的车轮数量、轮间距以及车身质量等信息，然后根据事先存储的车辆信息匹配出当前车辆型号从而判断出当前车辆的相关信息，而无需与车载通信单元进行通信。上述方案应当仍落入本实用新型的保护范围内。
在上述实施例中给出了一种三维移动装置，在实际应用中，还可根据实际需要只使用二维的水平驱动机构用以带动原边线圈移动，上述方案应当仍落入本实用新型的保护范围内。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，该无线充电装置包括车辆位置定位层和充电单元，所述车辆位置定位层包括用于定位电动汽车停车位置的压力传感器阵列，所述充电单元包括原边线圈、水平驱动机构和控制器，所述控制器与所述水平驱动机构控制连接，所述控制器与所述压力传感器阵列采样连接，所述水平驱动机构用于带动所述原边线圈在水平面内移动。
2.根据权利要求1所述的基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，所述充电单元位于所述车辆位置定位层下方的设定空间内。
3.根据权利要求2所述的基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，所述充电单元还包括用于带动所述原边线圈沿竖直方向移动的举升驱动机构。
4.根据权利要求3所述的基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，所述车辆位置定位层上并排设有至少两条带状区域，所述压力传感器阵列位于所述带状区域内。
5.根据权利要求4所述的基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，所述车辆位置定位层在所述带状区域之间设有上凸的凸出部，所述凸出部用于提升所述原边线圈的上升空间。
6.根据权利要求4所述的基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，所述车辆位置定位层在所述带状区域之间设有设有镂空孔，所述镂空孔用于提升所述原边线圈的上升空间。
7.根据权利要求1所述的基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，所述无线充电装置还包括停车姿态监测单元，所述停车姿态监测单元包括至少两个距离传感器，所述控制器与所述距离传感器采样连接。
8.根据权利要求7所述的基于电动汽车的无线充电装置，其特征在于，所述距离传感器为红外距离传感器、超声波距离传感器、激光距离传感器和/或雷达距离传感器。
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