UA151749U

UA151749U - A method of semi-automatic correction of the positioning error of a contactless charging station for electric vehicles

Info

Publication number: UA151749U
Application number: UAU202107790U
Authority: UA
Inventors: Георгій Сергійович Сєріков; Ірина Олексіївна Сєрікова
Original assignee: Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет; Георгій Сергійович Сєріков; Ірина Олексіївна Сєрікова
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-09-07

Abstract

A method of improving the efficiency of a contactless electric battery charging station, wherein the relative position of the receiver and the emitter of electromagnetic energy is determined by means of electronic scanning of the received power level. The operator uses the indicators of the system of longitudinal mutual positioning as defining features, and the transverse positioning is carried out automatically by the charging system, for which, according to the level of the received test signal, the system corrects the angle of propagation of the microwave beam of electromagnetic energy of the active phased antenna array, and thus, by using the test signal, the maximum energy transfer coefficient of the charging station is controlled.

Description

Корисна модель належить до електротехнічної галузі, зокрема до методів і засобів забезпечення гарантованого бездротового живлення та зарядки тягової батареї транспортних засобів з електроприводом і може знайти застосування в автомобільній та авіаційній галузях промисловості для заряджання електричних накопичувачів без безпосереднього фізичного контакту.The utility model belongs to the field of electrical engineering, in particular to methods and means of providing guaranteed wireless power and charging of a traction battery of electric vehicles and may find application in the automotive and aviation industries for charging electrical storage devices without direct physical contact.

Існують відомі способи та пристрої для безконтактного заряджання електричних накопичувачів в яких енергія передається за допомогою електромагнітного поля.There are known methods and devices for non-contact charging of electrical storage devices in which energy is transmitted using an electromagnetic field.

Відомий спосіб заряду батареї з балансуванням, описаний у винаході (патент РФ на корисну модель КИ 2 693 579 С1 "Способ обнаружения позиции катушки для системь! бесконтактной подачи мощности и система бесконтактной подачи мощности" // Маикава Кенго (Р), Дата публікації: 03.07.2019 Бюл. Мо 19, відповідно до якого, позиціонування автомобіля відносно передавача здійснюється водієм за допомогою контролю рівня тестового сигналу, що приймається антеною зарядного блока. Таким чином, для досягнення максимального коефіцієнта зв'язку потрібно переміщати транспортний засіб відносно передавача по двом координатам.The known method of charging the battery with balancing, described in the invention (patent of the RF utility model KI 2 693 579 C1 "Method of detecting the position of the coil for systems! contactless power supply and system of contactless power supply" // Maikawa Kengo (R), Publication date: 03.07 .2019 Bull. Mo 19, according to which the positioning of the vehicle relative to the transmitter is carried out by the driver by controlling the level of the test signal received by the antenna of the charging unit. Thus, to achieve the maximum communication coefficient, it is necessary to move the vehicle relative to the transmitter along two coordinates.

Недоліками даного способу є необхідність складного маневрування транспортного засобу (як повздовжнього так і поперечного) над випромінювачем для досягнення максимального коефіцієнта передачі енергії. Другим недоліком є підвищені вимоги до навичок водія, оскільки маневри необхідно здійснювати в стисненому просторі паркування. Звідки третім недоліком є значний час паркування, оскільки невеликі похибки позиціонування призводять до значних втрат енергії.The disadvantages of this method are the need for complex maneuvering of the vehicle (both longitudinally and transversely) over the emitter to achieve the maximum energy transfer coefficient. The second disadvantage is the increased requirements for the driver's skills, since maneuvers must be performed in a compressed parking space. Hence the third disadvantage is the significant parking time, as small positioning errors lead to significant energy losses.

Відомий також спосіб безконтактного заряджання електричних накопичувачів енергії (патентA method of non-contact charging of electric energy storage devices is also known (patent

РФ на корисну модель Ки 2 547 930 С2 "Бесконтактное зарядное устройство" // Кай Тосихиро (Р), Краисорн Тронгнумтяи (УР), Дата публікації: 10.04.2015 Бюл. Мо 101, відповідно до якого, позиціонування автомобіля відносно передавача здійснюється водієм за допомогою контролю рівня тестового сигналу, що приймається антеною зарядного блока. Рівень заряду електричної батареї контролюється за допомогою модулю припустимого діапазону заряджання.RF for a useful model Ky 2 547 930 C2 "Contactless charger" // Kai Tosihiro (R), Kraisorn Trongnumtyai (UR), Publication date: 04/10/2015 Byul. Mo 101, according to which, the positioning of the car relative to the transmitter is carried out by the driver by controlling the level of the test signal received by the antenna of the charging unit. The charge level of the electric battery is controlled using the module of the permissible range of charging.

Недоліком цього способу є необхідність застосування додаткового передавача та приймача, що здійснюють зв'язок для контролю за параметрами процесу заряджання.The disadvantage of this method is the need to use an additional transmitter and receiver that communicate to control the parameters of the charging process.

Зо Найбільш близьким за своєю суттю до запропонованого є спосіб безконтактного заряджанняЗ The method of contactless charging is the closest in essence to the proposed one

ІПатент РФ на корисну модель Мо КИ 2 719 472 С2 Система беспроводной передачи знергии //IPatent of the Russian Federation for a utility model Mo KY 2 719 472 C2 Wireless energy transmission system //

Зейне Хатем И. (05), публікація патенту: 17.04.2020 Бюл. Мо 111.Zeine Khatem I. (05), patent publication: 04/17/2020 Bull. Mo 111.

Суть цього способу полягає в тому, що процес передачі електромагнітної енергії для безконтактного заряджання електричних акумуляторів здійснюється за допомогою мікрохвильового випромінювання, напрям якого формується за допомогою антенної решітки, що фазована.The essence of this method is that the process of transmitting electromagnetic energy for contactless charging of electric batteries is carried out using microwave radiation, the direction of which is formed using a phased antenna array.

Недоліком цього способу є необхідність використання багатоелементної антенної решітки, що розташована у двомірному просторі для можливості генерації мікрохвильового випромінювання по двох координатах.The disadvantage of this method is the need to use a multi-element antenna array located in two-dimensional space for the possibility of generating microwave radiation along two coordinates.

Загальним недоліком для зазначених способів є суттєва складність корекції похибки позиціонування станції безконтактного заряджання.A general disadvantage of the mentioned methods is the significant complexity of correcting the positioning error of the non-contact charging station.

З метою усунення цих недоліків запропоновано спосіб напівавтоматичної корекції похибки позиціонування станції безконтактного заряджання.In order to eliminate these shortcomings, a method of semi-automatic correction of the positioning error of the non-contact charging station is proposed.

В основу корисної моделі поставлена задача зменшення складності корекції похибки позиціонування станції безконтактного заряджання. Це досягається зменшенням елементів, що необхідно використовувати.The useful model is based on the task of reducing the complexity of correcting the positioning error of a contactless charging station. This is achieved by reducing the number of elements that need to be used.

Відомо, що ефективність передачі енергії при безконтактному заряджанні електричних акумуляторів суттєво знижується при зростанні неспіввісності між передаючою та приймальною котушкою. Технічна реалізація систем, що дозволяють здійснювати позиціонування між передаючою та приймальною котушками для досягнення припустимого рівня електромагнітного зв'язку між ними досить складна. Використання системи мікрохвильового випромінювання дозволяє змінювати напрям розповсюдження електромагнітної енергії в просторі електричним способом за допомогою фазованої антенної решітки.It is known that the efficiency of energy transfer during contactless charging of electric batteries is significantly reduced when the misalignment between the transmitting and receiving coil increases. The technical implementation of systems that allow positioning between the transmitting and receiving coils to achieve an acceptable level of electromagnetic communication between them is quite complex. The use of a microwave radiation system allows you to change the direction of propagation of electromagnetic energy in space electrically using a phased antenna array.

При реалізації запропонованого способу використовується одномірна фазована антенна решітка в якості передавача, що розташовують під автомобілем. Для підвищення вандалостійкості її вбудовують в матеріали з діелектричними властивостями.When implementing the proposed method, a one-dimensional phased antenna array is used as a transmitter, which is placed under the car. To increase vandal resistance, it is embedded in materials with dielectric properties.

Спосіб напівавтоматичної корекції похибки позиціонування станції безконтактного заряджання електромобілів складається з декількох етапів.The method of semi-automatic correction of the positioning error of the contactless charging station for electric vehicles consists of several stages.

По-перше електромобіль наїжджає на передаючий модуль зарядної станції. Точність бо повздовжнього розташування водій контролює за допомогою індикатора рівня сигналу, що отримується приймаючим блоком. В цей час передавач встановлюється в режим роботи мінімальної потужності з широкою діаграмою випромінювання по площині, що перпендикулярна повздовжньої осі електромобіля.First, the electric vehicle hits the charging station's transmitting module. The driver controls the accuracy of the longitudinal location using the signal level indicator received by the receiving unit. At this time, the transmitter is set to the minimum power mode with a wide radiation pattern in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the electric vehicle.

Другий етап починається після запинки транспортного засобу. Передаючій модуль зарядної станції встановлюється в режим роботи мінімальної потужності з вузькою діаграмою випромінювання. При цьому електронна система керування змінює кут нахилу отриманого променю. Таким чином здійснюється сканування місцезнаходження приймача в площині, що перпендикулярна повздовжньої осі електромобіля по максимальному рівню сигналу, що отримує приймач. В процеси сканування система керування зарядною станцією здійснює зворотний зв'язок з приймачем. Для передавання інформації використовується моделювання сигналу променю, що сканує. Таким чином позиціонування за запропонованим способом дозволяє позбавитися додаткових елементів прийому та передачі системи зворотного зв'язку.The second stage begins after the vehicle stops. The transmitter module of the charging station is set to the minimum power mode with a narrow radiation pattern. At the same time, the electronic control system changes the angle of inclination of the received beam. In this way, the location of the receiver is scanned in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the electric vehicle at the maximum level of the signal received by the receiver. During the scanning process, the charging station control system provides feedback to the receiver. The scanning beam signal simulation is used to transmit information. Thus, positioning according to the proposed method allows you to get rid of additional elements of reception and transmission of the feedback system.

Третій етап починається, коли система обчислила необхідний кут випромінювання. При цьому передаючій модуль зарядної станції встановлюється в режим роботи максимальної потужності з вузькою діаграмою випромінювання. В цьому режим здійснюється процес заряджання електричних акумуляторів електромобіля. Параметри процесу заряджання система отримує за допомогою інформації, що поступає по мікрохвильовому променю в модульованому вигляді.The third stage begins when the system has calculated the required radiation angle. At the same time, the transmitting module of the charging station is set to the maximum power mode with a narrow radiation pattern. In this mode, the process of charging the electric batteries of the electric car is carried out. The system receives the parameters of the charging process with the help of information received via a microwave beam in a modulated form.

Четвертий етап закінчує процес заряджання при цьому передаючій модуль зарядної станції встановлюється в режим роботи мінімальної потужності з вузькою діаграмою випромінювання.The fourth stage completes the charging process, while the transmitter module of the charging station is set to the minimum power mode with a narrow radiation pattern.

В цьому режимі здійснюється лише інформаційний обмін, що дозволяє синхронізувати роботу приймаючого та передаючого модулів.In this mode, only information exchange is carried out, which allows you to synchronize the work of the receiving and transmitting modules.

Загальними суттєвими ознаками найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками пропонованого способу, є бездротова система сканування місцезнаходження модулю приймача по рівню отриманого сигналу та використання зворотного зв'язку для визначення максимального коефіцієнту передавання енергії.The general essential features of the closest analogue, which coincide with the essential features of the proposed method, are a wireless system for scanning the location of the receiver module according to the level of the received signal and using feedback to determine the maximum energy transfer coefficient.

Відмітними ознаками пропонованого способу від відомого, прийнятого за найближчий аналог, є наступні: - використання запропонованого способу дозволяє застосовувати одномірну антеннуDistinctive features of the proposed method from the known, accepted as the closest analogue are the following: - the use of the proposed method allows the use of a one-dimensional antenna

Зо решітку замість двомірної; - запропонований спосіб дозволяє значно спростити систему керування за рахунок зменшення випромінюючих елементів антенної решітки; - запропонований спосіб використовує систему електронного сканування по однієї координаті; як реперний сигнал використовується широкополосне випромінювання антенної решітки, що дозволяє позиціонувати електромобіль відносно перпендикулярної площини випромінювання.From a lattice instead of a two-dimensional one; - the proposed method makes it possible to significantly simplify the control system by reducing the radiating elements of the antenna array; - the proposed method uses a single-coordinate electronic scanning system; the broadband radiation of the antenna array is used as a reference signal, which allows positioning the electric vehicle relative to the perpendicular plane of radiation.

Фізична реалізація запропонованого способу дозволяє визначити технічний стан та остаточний ресурс електричної батареї і як результат - суттєво підвищити надійність експлуатації та рівень технічного обслуговування.The physical implementation of the proposed method allows you to determine the technical condition and final resource of the electric battery and as a result - to significantly increase the reliability of operation and the level of maintenance.

Запропонований спосіб дозволяє реалізацію пристрою без застосування складних і дорогих компонентів та технологій.The proposed method allows the implementation of the device without the use of complex and expensive components and technologies.

Технічний результат - створення портативного й компактного пристрою, приймальний модуль якого інтегрується в загальну енергосистему електромобіля, а передаючий в підлогу з діелектричними властивостями.The technical result is the creation of a portable and compact device, the receiving module of which is integrated into the general power system of the electric vehicle, and the transmitting module is embedded in the floor with dielectric properties.

Корисна модель, що заявляється, може забезпечити ефективність роботи, близьку до оптимальної. Інші рішення, які мали б такі ж якості, авторам невідомі з патентної та технічної літератури. Рішення є актуальним, технічно завершеним та промислово придатним.The proposed utility model can provide near-optimal performance. Other solutions that would have the same qualities are unknown to the authors from the patent and technical literature. The solution is up-to-date, technically complete and commercially viable.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

The method of increasing the efficiency of the non-contact electric battery charging station, in which the mutual location of the receiver and emitter of electromagnetic energy is determined by means of electronic scanning of the received power level, which is distinguished by the fact that the operator uses the indicators of the longitudinal mutual location system as defining features, and the charging system performs transverse positioning automatically, for which, according to the level of the received test signal, the system adjusts the angle of propagation of the microwave beam of electromagnetic energy of the active phased antenna array, and thus, using the test signal, the maximum of the energy transfer coefficient of the charging station is controlled.