CN115320418A - 一种电动汽车无线充电方法及充电*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车无线充电方法及充电***，所述方法包括以下步骤：将发射线圈与车辆内接收线圈进行对位后移动发射线圈，使得发射线圈向车辆内接收线圈移动；当发射线圈移动至预设距离后，车辆开始充电；车辆充电完成后，发射线圈开始远离接收线圈，停止充电。本发明的***包括对位装置、充电装置和控制***。本发明的方法可实现对无线充电发射端的轻量化，在安全充电的同时保证高传输效率；本发明的***增加了发射线圈的使用寿命，便于充电装置维护，此外贴合式结构还直接排除了异物，不需要额外的异物检测装置，提高了电动汽车无线充电过程中的效率和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车无线充电方法及充电***，属于电动汽车无线充电技术领域。
背景技术
随着地球面临着越来越多的环境挑战和能源问题，近年来电动汽车应运而生并取得了快速发展，而充电技术的改进也与其相辅相成。充电方式可分为传统充电方式和新型充电方式，前者是用插座与插线相结合的方法对电池进行充电，即有线充电，而后者常称为无线充电，是一种基于无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)的新型充电技术技术。
与传统有线充电方式相比，具备电能传输安全性高、使用方便等诸多特点的无线电能传输技术是目前电气工程领域极为热门的研究方向之一，该技术也被称作为无线供电技术，主要利用磁场、电场等载体通过非接触的方式向用电设备供电，目前已经逐渐进入人们的日常生产生活中，开始被应用于电动汽车、井下作业、家居设备、体内医疗等多个领域中。
但与常用的家电项目中的无线充电装置不同，电动汽车无线充电装置需要满足充电功率大、充电磁场异物检测等需求。异物检测是指充电磁场区域附近可能会出现不属于无线电能传输***的异物，即不属于WPT***但会对***产生影响或受***电磁辐射影响的物体，诸如磁性材料、金属和生物体等。而金属异物一旦出现在耦合机构附近，一方面异物内部就可能产生涡流并迅速升温，产生安全隐患，而另一方面，部分金属还可能会与空间磁场耦合并被磁化，生成二次磁场干扰原***，导致***参数特性发生偏移，降低传输性能，极大程度的影响到***负载端电能的接收效率。电动汽车无线充电***的异物检测一直是一个重要的研究方向，但目前国内外对于异物检测的技术研究依旧不够完善，这也是电动汽车无线充电***亟需完善研究的难点。
目前电动汽车无线充电技术各个方面的研究都取得了一定的成果，但存在着的不足也很明显。例如与有线充电的形式相比，为了保证充电功率，无线充电装置的发射线圈和接收线圈较大，传输效率也较低，同时还必须对充电磁场中的金属及生物异物进行检测报警，存在着一定的安全隐患。
发明内容
本发明是提供一种电动汽车无线充电方法，可实现对无线充电发射端的轻量化，在安全充电的同时保证高传输效率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电动汽车无线充电方法，包括以下步骤：将发射线圈与车辆内接收线圈进行对位后移动发射线圈，使得发射线圈向车辆内接收线圈移动；当发射线圈移动至预设距离后，车辆开始充电；车辆充电完成后，发射线圈开始远离接收线圈，停止充电。
进一步地，所述将发射线圈与车辆内接收线圈进行对位具体包括以下步骤：采用传送带将车辆停泊至空闲充电区域；当车辆轮胎触碰到传送带预设位置的传感器时，传送带停止传送，车辆到达充电区域，所述充电区域内设置有发射线圈；所述发射线圈设置的位置，与车辆进入充电区域后处于停止状态时，车底盘内接收线圈的位置对应。
进一步地，所述预设距离≤1cm。
进一步地，停止充电后，采用传送带将充电完成的车辆移出充电区域；当传送带入口处压力传感器无信号时，则该充电区域为空闲充电区域。
本发明还提供了一种电动汽车无线充电***，包括对位装置、充电装置和控制***；所述对位装置包括车辆位置传感器，所述车辆位置传感器用于获取车辆位置信息，并将所述车辆位置信息发送至对位模块；所述充电装置包括线圈保护罩，位于线圈保护罩内的发射线圈和发射线圈升降装置，所述发射线圈上设置有位移传感器，所述位移传感器用于获取发射线圈的位移信号并将所述位移信号发送至充电模块；所述控制***包括对位模块和充电控制模块；所述对位模块用于接收车辆位置传感器发送的车辆位置信息并判断车辆内接收线圈是否已到位，若接收线圈已到位则向线圈保护罩发送开启信号，并向发射线圈升降装置发送上升信号，升起发射线圈；所述充电控制模块用于接收位移传感器获取的发射线圈的位移信号并判断发射线圈是否移动至预设距离，若发射线圈已移动至预设距离，则向升降装置发送停止信号，同时发送充电信号，车辆开始充电；当车辆充电结束，充电控制模块向升降装置发送下降信号。
优选地，所述控制***还包括信息交互模块，用于与车辆BMS***进行信息交互。
优选地，所述对位装置还包括传送带，所述车辆位置传感器包括接近开关，所述接近开关位于传送带末端；所述控制***包括传送带控制模块；当车辆轮胎触碰到接近开关时，接近开关产生车辆位置信息并发送至对位模块，此时对位模块向传送带控制模块发送停止信号，车辆停止。
优选地，所述车辆位置传感器包括压力传感器，所述压力传感器位于传送带的入口处；当车辆位于充电区域时，压力传感器持续向传送带控制模块发送压力信号，当压力传感器的压力信号消失时，传送带控制模块判断该充电区域为空闲充电区域。
优选地，所述传送带设置有两条，分别位于两侧车轮处；所述传送带入口处均设置有喇叭状引导结构。
优选地，所述传送带末端设置有挡板，所述接近开关位于所述挡板上。
本发明的方法通过缩短发射线圈和接收线圈之间的距离，大大缩减了线圈尺寸，从而提高了充电过程中的功率密度，同时贴合式结构直接排除了关于无线充电***的异物检测问题，提高了充电效率和安全性。本发明通过贴合式的充电方式大大缩减了发射线圈和接收线圈之间的距离，增大了发射线圈和接收线圈间的耦合系数，从而使得线圈体积缩小，实现了无线充电发射端的轻量化。
本发明的充电***通过贴合式无线充电的方法对电动汽车进行无线电能传输，在大大提高了功率传输密度的同时减小了充电线圈的尺寸，该发明还增加了能开合线圈保护罩，增加了发射线圈的使用寿命，便于充电装置维护，此外贴合式结构还直接排除了异物，不需要额外的异物检测装置，提高了电动汽车无线充电过程中的效率和安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电方法的流程图。
图2为本发明实施例中充电区域的结构示意图；
图3为本发明的充电原理图；
图4为本发明实施例提供的一种电动汽车无线充电***的工作原理图。
其中，1-传送带，2-引导结构，3-线圈保护罩，4-挡板。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的阐述。
本发提供了一种电动汽车无线充电方法，包括以下步骤：
S1.将车辆停泊至充电区域，所述充电区域内设置有发射线圈。所述发射线圈位于地面的线圈保护罩内。
当充电区域处在空闲状态时，将车辆停泊在充电区域的传送带前，由传送带将电动汽车传送至该空闲充电区域。传送带入口处设置有压力传感器，若充电***持续收到压力传感器的信号，则说明该充电区域非空闲，则传送带不启动。
S2.将所述发射线圈与车底盘内接收线圈进行对位贴合。
充电***控制地面线圈保护罩打开，并驱动发射线圈上升，逐渐靠近电动汽车底盘，发射线圈与接收线圈之间的距离逐渐缩小，直至发射线圈上升至预设距离。所述预设距离为发射线圈与车载拾取模块底面之间的距离，所述预设距离≤1cm。
虽然不同车辆接收线圈的位置有所差距，但由于本发明采用了缩短发射线圈与接收线圈距离的方式对车辆进行充电，因此可选用尺寸较小的发射线圈。而发射线圈尺寸的大幅减小使得发射线圈与接收线圈之间对位的容错大大增加，由于步骤S1中固定了车辆位置，因此再根据电动汽车国标标准设置发射装置的位置，即能够保证发射线圈在符合电动汽车国标的接收线圈的范围内，从而实现高效率的无线充电。
就目前电动汽车常用的电磁耦合机构来说，它是一个耦合系数较低、漏感较大的松散耦合变压器，在对电磁耦合机构原边线圈施加角频率为ω的正弦交流电压u1时，线圈电感和内阻就会对该电压产生阻抗作用，且互感M会同时在原边线圈和副边线圈中产生感应电动势。其电磁耦合机构互感模型的等效电路图如图2所示，Rp和Rs分别为原边线圈和副边线圈的等效串联电阻，up和us分别为原边线圈和副边线圈上的感应电压，Ip和Is分别为原边线圈和副边线圈中的电流值。
该电磁耦合机构的耦合系数κ由公式(1)计算得到：
其中，M为原边线圈和副边线圈之间的互感，Lp为原边线圈的自感，Ls分别副边线圈的自感。
该电磁耦合机构由原边到副边的功率Ps由公式(2)计算得到：
其中，Rr为反射电阻，Ip为原边线圈中的电流，RL为副边电路内阻，Rs为副边线圈内等效串联电阻。
由公式(1)和公式(2)可知，增加线圈间的互感值可以增大耦合机构的耦合系数，也可以提升***的功率传输能力，而互感值的大小取决于线圈的几何形状、相对位置、线圈匝数和周围磁导率等。在本发明中，发射线圈和接收线圈的贴合使得线圈间的距离大幅度减少，线圈互感大大增加，因此能够在保证功率不变的情况下适当缩小充电线圈的体积，实现电动汽车负载和充电装置的轻量化。
S3.发射线圈与接收线圈的距离达到预设位置后开始对车辆进行充电。充电过程与国标协议兼容，充电***通过与BMS***进行信息交互，实现整个充电过程的监控。
S4.充电完成，分离发射线圈与接收线圈。
充电完成后，充电***控制发射线圈下降并关闭地面保护罩。
S5.将充电完成车辆移出充电区域，结束该次充电。保护罩完全复位后，充电***控制传送带，将车辆移出充电区域。
本发明通过贴合式无线充电的方法对电动汽车进行无线电能传输，在大大提高了功率传输密度，同时贴合式结构直接排除了关于无线充电***的异物检测问题，提高了充电效率和安全性。本发明通过贴合式的充电方式大大缩减了发射线圈和接收线圈之间的距离，增大了发射线圈和接收线圈间的耦合系数，从而使得线圈体积缩小，实现了无线充电发射端的轻量化。
本发明还提供了一种电动汽车无线充电***，如图4所示，包括对位装置、充电装置和控制***，所述控制***包括对位模块和充电控制模块；所述对位装置包括车辆位置传感器，所述车辆位置传感器用于获取车辆位置信息，并将所述车辆位置信息发送至对位模块；所述充电装置包括线圈保护罩，位于线圈保护罩内的发射线圈和发射线圈升降装置，所述发射线圈上设置有位移传感器，所述位移传感器用于获取发射线圈的位移信号并将所述位移信号发送至充电模块；所述对位模块用于接收车辆位置传感器发送的车辆位置信息并判断车辆内接收线圈是否已到位，若接收线圈已到位则向线圈保护罩发送开启信号，并向发射线圈升降装置发送上升信号，升起发射线圈；所述充电控制模块用于接收位移传感器获取的发射线圈的位移信号并判断发射线圈是否移动至预设距离，若发射线圈已移动至预设距离，则向升降装置发送停止信号，同时发送充电信号，车辆开始充电；当车辆充电结束，充电控制模块向升降装置发送下降信号。
所述对位装置还包括传送带，所述车辆位置传感器包括接近开关，所述接近开关位于传送带末端的挡板上；所述控制***包括传送带控制模块；当车辆轮胎触碰到接近开关时，接近开关产生车辆位置信息并发送至对位模块，此时对位模块向传送带控制模块发送停止信号，车辆即到达适当的充电区域。在两侧车轮的传送带入口处，均设置有喇叭状引导结构，在车辆进入传送带前应将方向盘保持在回正状态，此时喇叭状引导结构将引导车辆按照预定的路线进入充电区域，防止车辆偏离，影响后续电圈的对位。
所述车辆位置传感器还包括压力传感器，所述压力传感器位于传送带的入口处；当车辆充电结束，充电控制模块向传送带控制模块发送启动信号，将车辆移出；当压力传感器的压力信号消失时，传送带控制模块则判断车辆已经移出，该充电区域为空闲充电区域。
所述控制***还包括信息交互模块，用于与车辆BMS***进行信息交互，实现整个充电过程的监控。
所述线圈保护罩位于地面，所述发射线圈上设置有位移传感器，所述位移传感器与车辆底盘的车载拾取模块配合，用于测量发射线圈与接收线圈之间的距离。线圈保护罩具有防腐蚀性和抗压性，从而实现对其内发射线圈的保护，其中线圈保护罩的抗压性至少能够承载来自一辆电动汽车的压力。
本发明的充电***通过贴合式无线充电的方法对电动汽车进行无线电能传输，在大大提高了功率传输密度的同时减小了充电线圈的尺寸，该发明还增加了能开合线圈保护罩，增加了发射线圈的使用寿命，便于充电装置维护，此外贴合式结构还直接排除了异物，不需要额外的异物检测装置，提高了电动汽车无线充电过程中的效率和安全性。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种电动汽车无线充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
将发射线圈与车辆内接收线圈进行对位后移动发射线圈，使得发射线圈向车辆内接收线圈移动；
当发射线圈移动至预设距离后，车辆开始充电；
车辆充电完成后，发射线圈开始远离接收线圈，停止充电。
2.根据权利要求1所述电动汽车无线充电方法，其特征在于，所述将发射线圈与车辆内接收线圈进行对位具体包括以下步骤：
采用传送带将车辆停泊至空闲充电区域；
当车辆轮胎触碰到传送带预设位置的传感器时，传送带停止传送，车辆到达充电区域，所述发射线圈位于所述充电区域内；所述发射线圈设置的位置，与车辆进入充电区域后处于停止状态时，车底盘内接收线圈的位置对应。
3.根据权利要求1所述电动汽车无线充电方法，其特征在于：所述预设距离≤1cm。
4.根据权利要求1所述电动汽车无线充电方法，其特征在于：停止充电后，采用传送带将充电完成的车辆移出充电区域；
当传送带入口处压力传感器无信号时，则判定车辆已经完全移出该充电区域，并将该充电区域标记为空闲充电区域。
5.一种电动汽车无线充电***，其特征在于：包括对位装置、充电装置和控制***，所述控制***包括对位模块和充电控制模块；所述对位装置包括车辆位置传感器，所述车辆位置传感器用于获取车辆位置信息，并将所述车辆位置信息发送至对位模块；所述充电装置包括线圈保护罩，位于线圈保护罩内的发射线圈和发射线圈升降装置，所述发射线圈上设置有位移传感器，所述位移传感器用于获取发射线圈的位移信号并将所述位移信号发送至充电模块；
所述对位模块用于接收车辆位置传感器发送的车辆位置信息并判断车辆内接收线圈是否已到位，若接收线圈已到位则向线圈保护罩发送开启信号，并向发射线圈升降装置发送上升信号，升起发射线圈；
所述充电控制模块用于接收位移传感器获取的发射线圈的位移信号并判断发射线圈是否移动至预设距离；若发射线圈已移动至预设距离，则向升降装置发送停止信号，同时发送充电信号，车辆开始充电；当车辆充电结束，充电控制模块向升降装置发送下降信号。
6.根据权利要求5所述电动汽车无线充电***，其特征在于：所述控制***还包括信息交互模块，用于与车辆BMS***进行信息交互。
7.根据权利要求5所述电动汽车无线充电***，其特征在于：所述对位装置还包括传送带，所述车辆位置传感器包括接近开关，所述接近开关位于传送带末端；所述控制***包括传送带控制模块；当车辆轮胎触碰到接近开关时，接近开关产生车辆位置信息并发送至对位模块，此时对位模块向传送带控制模块发送停止信号，车辆停止。
8.根据权利要求7所述电动汽车无线充电***，其特征在于：所述车辆位置传感器包括压力传感器，所述压力传感器位于传送带的入口处；当车辆充电结束，充电控制模块向传送带控制模块发送启动信号，将车辆移出；当压力传感器的压力信号消失时，传送带控制模块则判断车辆已经移出，该充电区域为空闲充电区域。
9.根据权利要求7所述电动汽车无线充电***，其特征在于：所述传送带设置有两条，分别位于两侧车轮处；所述传送带入口处均设置有喇叭状引导结构。
10.根据权利要求7所述电动汽车无线充电***，其特征在于：所述传送带末端设置有挡板，所述接近开关位于所述挡板上。
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