无线充电站的充电方法、无线充电站和待充电设备与流程

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及无线充电站的充电方法、无线充电站和待充电设备。

背景技术：

随着电动汽车迅速的发展，电动汽车无线充电技术也随之兴起，通过地端发射线圈和车端的接收线圈进行无线电能传输，已经实现。但想大规模的商用，还需要进一步的发展。

例如在停车场等场所，车位很多，如何能够让电动汽车找到合适的车位并能够进行无线充电，就面临很多挑战。如何选取能够进行无线充电的停车位？如何保证车辆和车位匹配？如何在多个停车位中与一个车位定位，并实现无线充电？这些都是亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供无线充电站的充电方法、无线充电站和待充电设备，实现待充电设备在充电站中，高效选取合适的充电位，进行无线充电。

本发明提供一种无线充电站的充电方法，包括：与待充电设备建立初步通信通道，接收待充电设备的充电需求；根据所述充电需求，筛选充电位，并将所述充电位信息发送给所述待充电设备；控制充电位发送验证广播，所述充电位接收到回复广播后，所述充电位与发送回复广播的待充电设备建立专用通信通道，使所述待充电设备和所述充电位实现一一对应关系；在充电开始前，进行校验通信，在校验通信成功后，开始无线充电。

优选的，所述充电需求至少包括：充电功率或工作气隙。

优选的，通过局域网建立所述初步通信通道。

优选的，所述验证广播包括：通用mac地址和专用mac地址；所述通用mac地址用于对所述待充电设备的访问；所述专用mac地址用于和所述待充电设备建立所述专用通信通道。

优选的，在建立专用通信通道后，所述待充电设备移动至所述充电位附近，所述充电位的发射线圈以小功率模式工作，输出电磁波，与所述待充电设备的接收线圈发生电磁感应；所述校验通信通过所述电磁感应进行。

优选的，所述校验通信通过所述专用通信通道进行。

优选的，所述校验通信包括：兼容性校验和位置校验中的至少一个。

本发明还提供一种无线充电站，具有多个充电位，所述充电站包括：第一通信设备，用于与待充电设备建立初步通信通道，接收待充电设备的充电需求，以及将所述充电位信息发送给所述待充电设备；第一处理设备，用于根据所述充电需求，筛选所述充电位；所述充电位包括：无线充电发射端，用于向待充电设备进行无线电力传输；路侧单元，用于发送验证广播、接收回复广播以及和待充电设备建立专用通信通道。

本发明还提供一种待充电设备，包括：第二通信设备，用于和无线充电站建立初步通信通道，发送充电需求，以及接收充电位信息；设备单元，用于接收验证广播、发送回复广播以及和充电位建立专用通信通道。

本发明的无线充电站的充电方法、无线充电站和待充电设备，能够满足充电设备选取充电位置的需求，尤其是电动汽车，能够使其在停车场等场所，方便快捷的找到可以使用的充电位。

附图说明

图1为本发明无线充电站的充电方法的流程图。

图2为本发明无线充电站的充电方法另一实施例的流程图

图3为无线充电站和待充电设备的示意图。

附图标记：

第一通信设备1；第一处理设备2；无线充电发射端3；路侧单元4；第二通信设备5；设备单元6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了更好的说明无线充电站的充电方法，先简单说明一下无线充电所包括的零部件等。

无线充电站首先其包括了多个充电位，用于待充电设备的停放，这些充电位具有无线充电功能——在充电位上具有无线充电设备，也就是无线充电的发射端。

无线充电设备具有发射线圈、工作电路、外壳，发射线圈安装在外壳内，工作电路与发射线圈联通，工作电路包括整流器(整流电路)、逆变器(逆变电路)、谐振网路等。具体的无线充电时的装置和原理不再赘述，本领域技术人员对于一般的无线充电(电动汽车的无线充电)的装置和原理是可以知晓的。

在下文中，会以电动汽车无线充电作为优选的例子进行说明，充电位可以是具有无线充电功能的车位。以电动汽车为例，能够方便进行说明。

继续对充电站进行说明，除了充电位，还包括第一通信设备1和第一处理设备2，这二者可以是集成在一起的，也可以是分体的。第一通信设备1用于与待充电设备建立初步通信通道，接收待充电设备的充电需求，以及将充电位信息发送给待充电设备；第一处理设备2，用于根据充电需求，筛选充电位。也就在待充电设备需要充电时，通过第一通信设备通信，发送充电需求，第一处理设备根据充电需求分配充电位，并将分配的充电位的信息通过第一通信设备发送给待充电设备。

充电位包括：上述无线充电发射端3(无线充电发射端3具有发射线圈)，用于向待充电设备进行无线电力传输；还包括路侧单元4，用于发送验证广播、接收回复广播以及和待充电设备建立专用通信通道。路侧单元简称rsu(roadsideunit)。与之对应的是安装在待充电设备上的设备单元6，如果是电动汽车，也叫车载单元，简称obu(onboardunit)。对应的，待充电设备还有无线充电接收端，包括了接收线圈，与发射线圈配合，实现无线电能传输。

一个充电站具有多个充电位，第一通信设备1和第一处理设备2可以是整个充电站共用一个，甚至多个充电站共用一个。而无线充电发射端(也就是上述的无线充电设备)，以及路侧单元4，是每个充电位都具有的。

下面结合充电站的结构，说明充电方法。

结合图1和图2，充电站的充电方法包括，步骤s1：与待充电设备建立初步通信通道，与待充电设备进行信息的交互，能够用于接收充电设备的充电需求，以及能够像待充电设备反馈信息，反馈的信息包括后面会说到的“充电位信息”。初步通信通道可以是通过局域网建立的。当然，本申请并不排除其他能够建立初步通信通道的方式。

接着，步骤s2：根据充电需求，筛选充电位，并将筛选后的充电位信息发给待充电设备。充电需求可以包括充电功率或工作气隙中的一个。但是本申请并不仅限这两个充电需求，例如工作频率、电路的拓扑结构、通信协议等，都可以是充电需求所包括的内容。上述的工作气隙可以理解为发射线圈和待充电设备上的接收线圈之间的距离。以电动汽车为例，因为不同车型的地盘高度不同，因此就会造成其接收线圈距离地面高度不同，接收线圈和发射线圈之间的距离，直接影响无线充电效率，甚至影响无线充电是否可进行以及充电的安全。因此充电需求可能会包括工作气隙的要求。

充电位和待充电设备满足以下条件时，为可互操作的：

a)功率等级符合；

b)工作气隙相匹配；

c)相同的标称工作频率；

d)电路拓扑结构相兼容；

e)调谐(可选)；

f)合理的系统效率及功率因数；

g)符合相应的规则或标准，例如；

-emc(电磁兼容，electromagneticcompatibility)及emf(electromagneticfields，电磁场，)要求；

-地方法规和标准；

-防护要求；

-输电过程使用兼容的通信方式。上述条件中c-g如果符合国家标准的话，一般是一致的。

充电站中具有多种充电位，以电动汽车无线充电为例，充电位可能分为3kw和6kw等多种功率模式，电动汽车的充电需求是6kw，那么就需要从多个充电位中优选筛选出6kw的，同时，还要考虑对应的充电位是否已经被车辆使用。如不能提供6kw，电动汽车是否接受3kw小功率充电，或有更大功率如11kw的充电位空闲，将该充电位降功率输出为电动汽车充电。最终将筛选出可供车辆使用的充电位。

上述“充电位信息”可以是一个可用的充电位的信息，也可以是多个可用的充电位的信息，具体使用哪个，可以供待充电设备选择，待充电设备的选择，可以通过上述的初步通信通道交互。

无论是提供一个还是多个充电位信息，都可以等待待充电设备的回应，用于确定该待充电设备是否要使用该充电位进行无线充电。

在提供多个充电位信息时，称为“选择式”，由待充电设备选择使用哪个。

在只提供一个时，称为“指定式”，指定待充电设备使用某个充电位，待充电设备决定是否接受。

需要注意，在“选择式”中，如果可用的充电位只有一个，那么此时只能提供一个充电位信息，对于这种情况，划分为那个方式均可。“选择式”一般是指，在具有多个可用的充电位时，依旧提供一个给待充电设备。另外，无论使用上述那种形式，不影响本申请整体的充电方法。

接着，在待充电设备选择或者接受充电位后，就尝试与充电位建立通信。具体的，步骤s3：控制充电位发送验证广播，一般可以是第一处理设备发出的指令，也可以是充电站上可能使用的其他处理器发出的指令，通过指令控制发送上述验证广播。该验证广播一般是在待充电设备决定使用充电位时，对应充电位才开始发送验证广播。不过不排除在一些实施例中，充电位一直在进行验证广播的发送。

待充电设备接收到验证广播，会回复相应的回复广播，充电位接收到回复广播后，进行步骤s4：充电位与发送回复广播的待充电设备建立专用通信通道，从而二者实现一一对应的关系。

建立专用通道的期间，或者之后，待充电设备可以逐渐的向对应的充电位移动，以保证位置对准，能够进行无线充电工作。在停放到对应的位置附近后，也是充电开始前，会进行步骤s5：校验通信，在校验通信成功后，进行步骤s6：开始无线充电。需要注意，这里提到的“停放到对应的位置附近”是说，停放的位置能够满足建立校验通信的距离即可。具体内容，说明书下文会进行说明。以上是步骤s1到步骤s6是基础的步骤过程。需要注意，这并不限制器过程一定按照顺序进行，根据不同的需求，各个步骤之间可以进行适当的顺序调整。

在一些实施例中，每个充电位都有对应的编号，该编号可以是以无线方式传输的模拟信号编号，也可以是涂印在充电位上的编号(例如通过油漆刷图出的数字等)。模拟信号方便和待充电设备进行匹配(即上述建立专用通信通道)，涂印的编号方便人员辨认。

优选的，充电站或者充电位还可以给带充电设备发送平面图，并在平面图上标记出充电位的位置，以方便寻找。也可以是其他形式的导航信息，目的是为了示出充电位的位置。以电动汽车充电为例时，通过该平面图，或者其他形式的导航信息，驾驶员或者车辆的自动驾驶系统，就可以将车辆移动到对应的充电位附近。平面图或者导航信息可以和导航地图软件结合，也可以由充电站或者充电位发送充电位的位置坐标，由卫星导航系统或超宽带(ultrawideband，uwb)等高精度定位系统引导到目标充电位。

在一些实施方式中，验证广播可以分为两部分，第一部分用于和待充电设备之间形成访问，第二部分用于和待充电设备建立专用通信通道。优选的，这两部分为通用mac地址和专用mac地址。通用mac地址用于对待充电设备的访问；专用mac地址用于和待充电设备建立专用通信通道。

当然，以上使用通用mac地址和使用专用mac地址是优选的实施方式，可以使用其他能够建立专用通信的方式。同时，上述验证广播分为两部分也是优选的实施方式，采用其他能够建立专用通道的方式一样可以用于本申请。例如验证广播可以只有一部分，待充电设备通过人工选择，直接选择对应充电位的验证广播进行连接。无论哪种形式的验证广播都是为了实现待充电设备和充电位建立专用通信通道，因此，上述两种方式仅作为例举的实施方式，并不用于限制本申请。

结合上述，充电位包括有路侧单元(以下简称rsu)，待充电设备上具有设备单元(以下简称obu)。以电动汽车作为待充电设备为例，rsu安装在地面侧(充电位)，obu安装在车辆(待充电设备)侧。电动汽车进入充电位所在的区域时，这些充电位的rsu向区域广播发送mac地址(物理地址)，包括通用mac地址和专用mac地址。通用mac地址用于充电位的rsu对充电站区域(或者充电位附近)内所有obu的访问，专用mac地址用于rsu和特定obu的点对点通信。该点对点通信一般是短距离的。

短距离点对点通信一般有一定的作用距离，和rsu发射的信号强度有关，可以在obu侧对接收到的信号进行测量，如利用obu接收信号的强度大小来确定信号源的距离；也可以利用obu接收同一信号的相位差来确定是在远离和靠近信号源,通过对信号的测量可以确定充电位的位置，并在电动汽车的操作界面上显示充电位的远近，作为汽车驾驶人员或驾驶系统选定车位的参考信息。一些实施例中也可以将接收信号强度满足一定强度作为选定条件，自动判断为选定车位。

当汽车的obu收到通用mac地址时，并确认准备在一个充电位上充电时，obu发送包括回复mac地址的信息到该充电位的rsu申请建立专用通信通道，rsu确认收到信息后，登记obu的回复mac地址，并以该回复mac地址和自身的mac(专用mac)地址与obu通信，obu收到rsu发送的带有obu的回复mac地址的通信信号时，专用通道建立成功。

下面对校验通信进行说明，校验通信是在开始无线充电前进行的，目的就是要在进行确认，以保证充电能正常进行。校验通信验证的信息可以包括待充电设备型号、充电需求、充电位置是否对准等等。可以将需要校验的信息分为两类，一类是兼容性校验的步骤如图2中的步骤s51，另一类是位置校验，如图2中的步骤s52。例如上述的待充电设备型号、充电需求就属于兼容性校验，去主要校验充电位是否可以实现对待充电设备的充电工作，位置校验是验证待充电设备的接收线圈与充电位的发射线圈是否达到满足充电工作位置要求。兼容性校验和位置校验至少进行一个，优选的实施方式中两个校验都会进行。其中，兼容性校验还可以多次进行，在充电开始前，进行的校验通信中，可以包括兼容性校验，这并不限制只能在该步骤去进行兼容性校验。例如在建立专用通信通道后就可以进行兼容性校验。或者，在充电过程中，定时的对兼容性进行校验。可以参见图2，示出了两次兼容性校验。并且需要注意，兼容性校验和位置校验属于校验通信中的校验分类，他们可以多次在不同的位置进行。图1中示出的校验通信是表达，至少在步骤s6前进行了校验通信s5，并不和图2中多次进行兼容性校验矛盾。

对于位置校验，可能还需要其他设备配合完成，例如可以使用接近传感器，来判断车辆位置。还可以是使用位置校验线圈，例如在充电位设置3个位置校验线圈，待充电设备上至少1个位置校验线圈，通过充电位校验线圈与待充电设备上校验线圈发生电磁感应的信号强度来判断位置是否对齐。

实现校验通信的方法也可以有多种，例如可以直接使用专用通信通道进行校验通信；还可以使用另外的信号收发设备，实现验证，例如在充电位上设置专门供校验通信使用的验证线圈，该验证线圈输出电磁波，与待充电设备上的线圈发生电磁感应，通过该电磁感应实现校验通信。当然还可以不使用专门的验证线圈，可以直接使用充电围上的发射线圈，例如使发射线圈以小功率模式工作，输出电磁波，与待充电设备的接收线圈发生电磁感应，以实现校验通信。这里提到的“小功率”是指低于无线充电正常工作时的功率，因为要进行的是验证工作，一旦验证不通过就可以阻止无线充电，因此，先使用小功率，以保证安全。

在步骤s4建立了专用通信通道后，待充电设备(下面还是以电动汽车为例)和充电位之间通过专用通信通道开始通信，rsu和obu通过专用通信通道交互信息。建立该专用通信通道后，可以先进行步骤s51的兼容性校验，这里的兼容性检验可以是对初步通信通道中传递信息的再次确认。如初步通信通道中，根据充电需求进行了充电位的筛选，此处以进行再次确认，以保证待充电设备和该充电位可以配合完成充电。待兼容性校验通过后，可以进行步骤s7：引导待充电设备调整位置。可以并通过无线充电的引导定位系统引导汽车驶向发射线圈所在的位置，或者在没有配置引导对位系统的情况下，由人工驾驶汽车驶向发射线圈的位置。这里可以配合步骤s52进行位置校验。

为了保证充电位发射线圈和待充电设备的接收线圈对齐和保证二者可以配对工作，还需要进行步骤s53：无线充电发射端3和无线充电接收端的配对校验——rsu发送充电位的发射线圈的坐标信息和配对码，以及按照配对码进行配对检查。其中配对码可以通过专用通信通道发送到待充电设备，配对码可以是一组二进制的编码，并可以由功率传输通过小功率发送配对码，如当有功率传输为二进制的1，无功率传输为0，当一个周期内接收到的二进制配对码与通信获取的配对码一致时可以判断配对成功，汽车停泊在正确的充电位上。

配对成功后，进行最终的兼容性校验，除再次确认校验通信中的兼容性校验信息外，无线充电发射端3和待充电设备的无线充电接收端将匹配汽车动力电池充电参数，系统输出电压、电流、控制方式等实施无线充电所需的信息。可以知晓，兼容性校验在不同位置，其校验的内容可能不同。

如图2开始无限充电之前的步骤s52：位置校验；步骤s53：发射端和接收端的配对校验；以及步骤s51的兼容新校验，这三个步骤的顺序可以改变，或者说，他们三个步骤可以是同步进行的。

最终的兼容性校验(图2中最后一个兼容性校验步骤)符合充电条件，则开始无线充电功率传输。在充电过程中，专用通信通道也时作为obu和rsu通信的通道，进行如充电需求、控制数据、异常报警等信息交互。当汽车充电完成，或在充电前需要改变充电位，或者出现配对、兼容性校验未通过等情况时，可申请专用通信通道撤销。

一些案例中短距离点对点通信的接口和无线局域网通信接口可以为一个，如都采用短距离点对点通信，即待充电设备和充电站的初步通信通道也是通过短距离点对点通信。

也可以都采用无线局域网，即rsu和obu的信息交互都通过wi-fi通信，但这种方式时通过wi-fi通信在判断充电位的位置时的精度一般要比短距离点对点通信差。

在图3中，以字母a示出了充电设备和充电站之间建立的初步通信通道，以字母b示出了待充电设备和充电位之间建立的专用通信通道。图中所示出的两个通信通道是分别基于两套设备进行的，初步通信通道是第一通信设备1和第二通信设备5之间建立的，专用通信通道是路侧单元4和设备单元6建立的。当然，这是优选的方式，其他能够实现这两个通道建立的方式同样可以用于本申请。比如，他们可以都使用第一通信设备1和第二通信设备5建立，因为第一处理设备可以信号连通每个充电位。

etc(electronictollcollection，不停车电子收费系统)是一种基于中国dsrc(dedicatedshortrangecommunication，专用短程通信)标准的接口，如汽车配置了etc的obu单元，也可以在充电位上使用相应的rsu单元，即使用etc的通信接口作为短距离点对点通信的通道。

本发明还公开一种无线充电站，在无线充电站中，具有多个上述的充电位。充电站包括第一通信设备1、第一处理设备2。第一通信设备1用于和待充电设备建立初步通信通道，接收待充电设备的充电需求，以及将充电位信息发送给待充电设备。该第一通信设备被包括在充电站内，其具体设置位置并不限定，例如直接设置在某一个充电位上也是可以的。

第一处理设备2用于根据充电需求，筛选充电位。第一处理设备1和第一通信设备2是信号连通的，二者也可以是一体设备，同时具有通信和处理的功能，二者之间也信号连通，以实现信息的传递，二者联动实现和待充电设备的交互过程。

在充电位上包括无线充电发射端3，用于向待充电设备进行无线电力传输；路侧单元4，用于发送验证广播、接收回复广播以及和待充电设备建立专用通信通道。当然，充电位上还可以具有和第一通信设备进行信号连通的设备，以使充电站的第一处理设备能够在筛选充电位时，知晓每个充电位的状态。该用于信号连通的设备可以和路侧单元的一部分。

该无线充电站可以是停车场的一部分，停车场中，具有多个车位，将其中能够提供无线充电功能的车位，定义为充电站，将这些充电位交由无线充电站统一调度。

本发明还公开一种待充电设备，其包括第二通信设备5，用于和无线充电站建立初步通信通道，发送充电需求，以及接收充电位信息；设备单元6，用于接收验证广播、发送回复广播以及和充电位建立专用通信通道。当然，待充电设备显然还要具有进行无线充电的设备，例如接收线圈、整流器、补偿网络(补偿器)等等。待充电设备优选的为电动汽车。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。