CN105391145A - 一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***及方法，包括非接触式充电装置、非接触式充电定位装置及充电监控后台，所述充电监控后台分别与电动汽车及非接触式充电装置进行通信，所述非接触式充电装置包括车载电能接收装置及地面电能发射装置，地面电能发射装置进行充电电能发射并传输至车载电能接收装置，车载电能接收装置将接收的非接触式充电电能输送至电动汽车动力电池，所述非接触式充电定位装置上设置有地面电能发射装置；本发明根据车辆充电导引装置和视觉精确定位装置进行充电车辆的粗略定位和充电精准定位，为高效的非接触式充电提供基础。

Description

一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***及方法。
背景技术
在能源危机和大气污染双重因素影响下，全球都在大力提倡电动汽车的发展和普及，我国在新能源政策支持下，电动汽车需求量快速增长，充换电设施建设也得到快速发展，非接触充电装置不需要用电源插头、插座、电缆等将车辆与供电***连接，便可以直接对其进行快速充电。加之非接触快速充电能够布置在停车场、住宅、路边等多种场所，使电动汽车随时随地充电变为可能。但是非接触式充电装置也存在一定的局限性，包括电能传输距离较短、充电效率较低，充电效率尤其受传输距离和定位精度影响，如果充电感应距离过长或没有精确对准，则充电的效率将会大大下降。
非接触式充电设备在实际应用中的充电效率，相比实验室环境下，效率大幅下降，究其原因，目前缺少合理的电动汽车非接触式充电自动导引和充电控制方法，造成无法发挥非接触式充电装置的最大效率，既造成能源的巨大浪费，又影响充电时间。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***及方法，本发明通过非接触式充电定位导引和充电过程的控制和监视，调整非接触式充电装置的最佳工作状态，提高充电效率。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，包括非接触式充电装置、非接触式充电定位装置及充电监控后台，所述充电监控后台分别与电动汽车及非接触式充电装置进行通信，所述非接触式充电装置包括车载电能接收装置及地面电能发射装置，地面电能发射装置进行充电电能发射并传输至车载电能接收装置，车载电能接收装置将接收的非接触式充电电能输送至电动汽车动力电池，所述非接触式充电定位装置上设置有地面电能发射装置；
充电监控后台根据电动汽车的非接触式充电效率实时调整地面电能发射装置，对地面电能发射装置与车载电能接收装置进行定位调整非接触式充电效率。
所述地面电能发射装置包括功率传输电路、发射线圈及第一主控单元，所述主控单元与功率传输电路相连，所述功率传输电路将电网的交流电能进行转化后传送至发射线圈；
所述车载电能接收装置包括高频整流电路、接收线圈及第二主控单元，所述接收线圈接收发射线圈传送的电能信号并将该电能信号经过高频整流电路进行整流后传送至第二主控单元。
优选的，所述地面电能发射装置安置于地面，进行充电电能发射。
优选的，所述车载电能接收装置与电动汽车的车载电池相连，接收非接触式充电电能。
所述地面电能发射装置还包括第一保护电路及第一无线通讯单元，所述第一无线通讯单元与第一主控单元相连，所述第一保护电路设置在第一主控单元及功率传输电路之间。第一保护电路对第一主控单元及功率传输电路之间的信号传输起到保护的作用。第一无线通讯单元用于与非接触式充电的监控***进行通讯。
进一步的，所述功率传输电路包括依次连接的第一滤波电路、第一整流电路及高频逆变电路。功率传输电路将电网的电能进行依次进行滤波、整流及高频逆变处理，得到适宜于无线传输频段的交流电能。
所述车载电能接收装置还包括第二保护电路及第二无线通讯单元，所述第二无线通讯单元与第二主控单元相连，所述第二保护电路设置在第二主控单元及高频整流电路之间，第二保护电路对第二主控单元及高频整流电路之间的信号传输起到保护的作用。第二无线通讯单元也用于与非接触式充电的监控***进行通讯。
进一步的，所述高频整流电路包括依次连接第二整流电路、稳压电路及第二滤波电路，所述高频整流电路对接收的电能信号进行整流、稳压及滤波处理，处理后的电能输出至电池进行充电。
上述一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，进一步的，所述非接触式充电定位装置包括视觉精确定位装置及充电平台；所述视觉精确定位装置包括视觉定位装置、横向平移步进电机、纵向平移步进电机、升降步进电机及PLC控制器；
所述PLC控制器分别与横向平移步进电机、纵向平移步进电机、升降步进电机、视觉定位装置及充电监控后台相连；所述PLC控制器、横向平移步进电机、纵向平移步进电机、升降步进电机安装于充电平台，PLC接收到充电监控后台的充电定位指令后，驱动步进电机进行充电定位。
所述充电平台与地面电能发射装置通过滚珠连接，使地面电能发射装置可在充电平台上移动。
更进一步的，所述视觉定位装置包括视觉定位传感器及视觉定位传感器靶点，视觉定位传感器与地面电能发射装置相连，位于地面电能发射装置的中心；视觉定位传感器靶点与车载电能接收装置相连，位于车载电能接收装置的中心。
更进一步的，所述非接触式充电定位装置还包括车辆充电导引装置，车辆充电导引装置包括车轮V型槽及车辆导引橡胶块，安装于地面，用于车辆停靠的粗略定位，便于精准定位的成功率。
所述电动汽车动力电池与车载终端进行通信，车载终端用于实时监测电动汽车自身状态，并获取电池的状态数据，车载终端通过车载无线通讯模块将监测的数据传送至充电监控后台。
所述充电监控后台与地面电能发射装置连接，所述车载无线通讯模块与车载终端连接；充电监控后台通过无线通信方式与车载无线通讯模块通信，获取电动汽车及电力电池数据。
所述充电监控后台与车载无线通讯模块的无线通讯方式包括但不限于Wifi、蓝牙、ZigBee区域无线通讯方式。
基于上述一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***的方法，包括以下步骤：
步骤一：电动汽车根据非接触式充电导引装置，将车辆停靠在非接触式充电工位；
步骤二：电动汽车依据停靠的非接触式充电车位编号，建立电动汽车与非接触式充电装置以及与充电监控后台的无线通讯连接关系；
步骤三：充电监控后台向非接触式充电装置的地面电能发射装置发送充电定位指令，PLC控制器通过横向平移步进电机、纵向平移步进电机控制地面电能发射装置在充电平台上的横向和纵向移动，直至地面电能发射装置上的视觉定位传感器与车载电能接收装置上的视觉定位传感器靶点建立识别对应后，充电定位完成；
步骤四：充电监控后台通过无线通讯方式获取电动汽车的电池状态信息，启动非接触式充电；
步骤五：充电过程中充电监控后台实时检测非接触式充电装置、电动汽车车辆状态以及电动汽车动力电池的状态数据，通过地面电能发射装置的输入功率和车载电能接收装置的输出功率，计算非接触式充电效率，若充电效率大于设定的效率最低值，则继续充电，直至步骤七，否则，转入步骤六；
步骤六：重新进行定位传感器校准，并通过调节纵向平移步进电机进行地面电能发射装置上下移动调节，改变非接触式充电的效率直至充电效率大于设定的效率最低值；
步骤七：保持充电状态，直至充电完成。
步骤一中，车辆沿充电工位两侧的车辆导引橡胶块驶入充电工位，并将车轮落于车轮V型槽中，进行车辆停靠的粗略定位。
本发明的有益效果：
1.本发明根据车辆充电导引装置和视觉精确定位装置进行充电车辆的粗略定位和充电精准定位，为高效的非接触式充电提供基础。
2.本发明通过电动汽车、动力电池和非车载充电装置的运行状态，自动启停充电，并在充电过程中，依据充电效率的变化，进行非车载充电装置位置动态调整，实现了充电效率的自动优化，提高了充电效率。
3.本发明适用于底盘式非接触式充电模式，可广泛用于车位、立体车库、停车场等场合，应用范围广，对非接触式充电的推广起到促进作用。
附图说明
图1为本发明的***结构图；
图2为本发明的车辆充电停靠导引整体示意图；
图3为本发明的精确定位示意图；
图4为本发明的电动汽车非接触式充电自动导引与控制方法流程图；
其中，100.非接触式充电装置，101.电动汽车，102.车载终端，103.车载电能接收装置，104.地面电能发射装置，105.视觉精确定位装置，106.充电平台，107.车辆充电导引装置，108.充电监控后台，109.车载无线通讯模块，200.非接触式充电定位装置，201.PLC控制器，202.横向平移步进电机，203.纵向平移步进电机，204.升降步进电机，205.视觉定位传感器，206.视觉定位传感器靶点，302.V型槽，301车辆导引橡胶块。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1-3所示，一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***包括：非接触式充电装置100、非接触式充电定位装置200、充电监控后台108、车载终端102、车载无线通讯模块109。
所述非接触式充电装置100包括车载电能接收装置103、地面电能发射装置104。所述车载电能接收装置103，与电动汽车101动力电池相连，可接收非接触式充电电能；所述地面电能发射装置104，安置于地面，进行充电电能发射。
所述非接触式充电定位装置200，包括车辆充电导引装置107、视觉精确定位装置105、充电平台106。所述车辆充电导引装置107，包括车轮V型槽302、车辆导引橡胶块301。所述视觉精确定位装置105，包括视觉定位传感器205、视觉定位传感器靶点206、横向平移步进电机202、纵向平移步进电机203、升降步进电机204、PLC控制器201。所述视觉定位传感器205与地面电能发射装置104相连，位于地面电能发射装置104的中心；视觉定位传感器靶点206与车载电能接收装置103相连，位于车载电能接收装置103的中心。所述PLC控制器201分别与横向平移步进电机202、纵向平移步进电机203、升降步进电机204、视觉定位传感器205相连。所述充电平台106与地面电能发射装置104通过滚珠连接，使地面电能发射装置104可在充电平台106上移动。
地面电能发射装置104及车载电能接收装置103，所述地面电能发射装置104包括功率传输电路、发射线圈及第一主控单元，所述主控单元与功率传输电路相连，所述功率传输电路将电网的交流电能进行转化后传送至发射线圈；
车载电能接收装置103包括高频整流电路、接收线圈及第二主控单元，所述接收线圈接收发射线圈传送的电能信号并将该电能信号经过高频整流电路进行整流后传送至第二主控单元。
优选的，地面电能发射装置104安置于地面，进行充电电能发射。地面电能发射装置104也可以根据电动汽车的实际充电需求安装在设定的位置。
优选的，所述车载电能接收装置103与电动汽车的车载电池相连，接收非接触式充电电能。
地面电能发射装置104还包括第一保护电路及第一无线通讯单元，所述第一无线通讯单元与第一主控单元相连，所述第一保护电路设置在第一主控单元及功率传输电路之间。第一保护电路对第一主控单元及功率传输电路之间的信号传输起到保护的作用。第一无线通讯单元用于与非接触式充电的监控***进行通讯。
进一步的，所述功率传输电路包括依次连接的第一滤波电路、第一整流电路及高频逆变电路。功率传输电路将电网的电能进行依次进行滤波、整流及高频逆变处理，得到适宜于无线传输频段的交流电能。
所述车载电能接收装置103还包括第二保护电路及第二无线通讯单元，所述第二无线通讯单元与第二主控单元相连，所述第二保护电路设置在第二主控单元及高频整流电路之间，第二保护电路对第二主控单元及高频整流电路之间的信号传输起到保护的作用。第二无线通讯单元也用于与非接触式充电的监控***进行通讯。
进一步的，所述高频整流电路包括依次连接第二整流电路、稳压电路及第二滤波电路，所述高频整流电路对接收的电能信号进行整流、稳压及滤波处理，处理后的电能输出至电池进行充电。
地面电能发射装置104与电网相连，通过功率传输电路将电网的50Hz交流电能转化为适宜于无线传输频段的交流电能,发射线圈将高频交流电能转换成为电磁能；车载电能接收装置103的接收线圈把电磁能转化成电能，通过高频整流电路整流滤波后输出至电池进行充电。充电过程中通过第一无线通信单元及第二无线通信单元与非接触式充电的充电监控后台进行通讯。
所述车载终端102与电动汽车101动力电池连接，用于实时监测电动汽车101自身状态，并获取电池的状态数据；
所述充电监控后台108用于监控非接触式充电过程，为高效非接触式充电提供策略；所述充电监控后台108与地面电能发射装置104连接，所述车载无线通讯模块109与车载终端102连接；充电监控后台108通过无线通信方式与车载无线通讯模块109通信，获取电动汽车101及电力电池数据。所述充电监控后台108与车载无线通讯模块109的无线通讯方式包括但不限于Wifi、蓝牙、ZigBee区域无线通讯方式。
电动汽车非接触式充电自动导引与控制工作流程如图4所示，包括以下内容：
车辆驾驶人员根据非接触式充电导引装置107将电动汽车101停在非接触式充电工位上，电动汽车101依据非接触式充电工位编号，将车载无线通讯模块109与充电监控后台108及非接触式充电装置100建立连接，连接为一一对应模式；
充电监控后台108向非接触式充电装置100的地面电能发射装置104发送充电定位指令，PLC控制器201通过横向平移步进电机202、纵向平移步进电机203控制地面电能发射装置104在充电平台106上的横向和纵向移动，直至地面电能发射装置104上的视觉定位传感器205与车载电能接收装置103上的视觉定位传感器靶点206建立识别对应后，充电定位完成；
充电监控后台108通过无线通讯方式获取电动汽车101的电池状态信息，启动非接触式充电；
充电过程中充电监控后台108实时检测非接触式充电装置100、电动汽车101车辆状态以及电动汽车动力电池的状态数据，通过地面电能发射装置104的输入功率和车载电能接收装置103的输出功率，计算非接触式充电效率，若充电效率大于设定的效率最低值，则继续充电，否则重新进行定位传感器校准，并进行地面电能发射装置104上下移动调节，改变非接触式充电的效率，直至达到充电效率的最优，继续保持充电状态，直至充电完成。
充电过程中，如果充电监控后台108与电动汽车101通讯连接断开，则电动汽车101中的车载无线通讯模块109进行重连操作，若在设定时间内恢复连接则继续充电，否则，充电控制后台108切断供电电路。
充电过程中，充电监控后台实时采集充电过程中的所有状态数据，并对异常数据进行报警。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，包括非接触式充电装置、非接触式充电定位装置及充电监控后台，所述充电监控后台分别与电动汽车及非接触式充电装置进行通信，所述非接触式充电装置包括车载电能接收装置及地面电能发射装置，地面电能发射装置进行充电电能发射并传输至车载电能接收装置，车载电能接收装置将接收的非接触式充电电能输送至电动汽车动力电池，所述非接触式充电定位装置上设置有地面电能发射装置；
充电监控后台根据电动汽车的非接触式充电效率实时调整地面电能发射装置，对地面电能发射装置与车载电能接收装置进行定位调整非接触式充电效率。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述地面电能发射装置包括功率传输电路、发射线圈及第一主控单元，所述主控单元与功率传输电路相连，所述功率传输电路将电网的交流电能进行转化后传送至发射线圈；
所述车载电能接收装置包括高频整流电路、接收线圈及第二主控单元，所述接收线圈接收发射线圈传送的电能信号并将该电能信号经过高频整流电路进行整流后传送至第二主控单元。
3.如权利要求2所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述地面电能发射装置还包括第一保护电路及第一无线通讯单元，所述第一无线通讯单元与第一主控单元相连，所述第一保护电路设置在第一主控单元及功率传输电路之间。
4.如权利要求2所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述功率传输电路包括依次连接的第一滤波电路、第一整流电路及高频逆变电路，功率传输电路将电网的电能进行依次进行滤波、整流及高频逆变处理，得到适宜于无线传输频段的交流电能。
5.如权利要求2所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述车载电能接收装置还包括第二保护电路及第二无线通讯单元，所述第二无线通讯单元与第二主控单元相连，所述第二保护电路设置在第二主控单元及高频整流电路之间，第二保护电路对第二主控单元及高频整流电路之间的信号传输起到保护的作用，第二无线通讯单元也用于与非接触式充电的监控***进行通讯。
6.如权利要求5所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述高频整流电路包括依次连接第二整流电路、稳压电路及第二滤波电路，所述高频整流电路对接收的电能信号进行整流、稳压及滤波处理，处理后的电能输出至电池进行充电。
7.如权利要求1所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述非接触式充电定位装置包括视觉精确定位装置及充电平台；所述视觉精确定位装置包括视觉定位装置、横向平移步进电机、纵向平移步进电机、升降步进电机及PLC控制器；
所述PLC控制器分别与横向平移步进电机、纵向平移步进电机、升降步进电机、视觉定位装置及充电监控后台相连；所述PLC控制器、横向平移步进电机、纵向平移步进电机、升降步进电机安装于充电平台，PLC接收到充电监控后台的充电定位指令后，驱动步进电机进行充电定位；
所述充电平台与地面电能发射装置通过滚珠连接，使地面电能发射装置可在充电平台上移动。
8.如权利要求7所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述视觉定位装置包括视觉定位传感器及视觉定位传感器靶点，视觉定位传感器与地面电能发射装置相连，位于地面电能发射装置的中心；视觉定位传感器靶点与车载电能接收装置相连，位于车载电能接收装置的中心。
9.如权利要求7所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***，其特征是，所述非接触式充电定位装置还包括车辆充电导引装置，车辆充电导引装置包括车轮V型槽及车辆导引橡胶块。
10.基于上述权利要求1所述的一种电动汽车非接触式充电自动导引与控制***的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：电动汽车根据非接触式充电导引装置，将车辆停靠在非接触式充电工位；
步骤二：电动汽车依据停靠的非接触式充电车位编号，建立电动汽车与非接触式充电装置以及与充电监控后台的无线通讯连接关系；
步骤三：充电监控后台向非接触式充电装置的地面电能发射装置发送充电定位指令，PLC控制器通过横向平移步进电机、纵向平移步进电机控制地面电能发射装置在充电平台上的横向和纵向移动，直至地面电能发射装置上的视觉定位传感器与车载电能接收装置上的视觉定位传感器靶点建立识别对应后，充电定位完成；
步骤四：充电监控后台通过无线通讯方式获取电动汽车的电池状态信息，启动非接触式充电；
步骤五：充电过程中充电监控后台实时检测非接触式充电装置、电动汽车车辆状态以及电动汽车动力电池的状态数据，通过地面电能发射装置的输入功率和车载电能接收装置的输出功率，计算非接触式充电效率，若充电效率大于设定的效率最低值，则继续充电，直至步骤七，否则，转入步骤六；
步骤六：重新进行定位传感器校准，并通过调节纵向平移步进电机进行地面电能发射装置上下移动调节，改变非接触式充电的效率直至充电效率大于设定的效率最低值；
步骤七：保持充电状态，直至充电完成。
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