一种充电方法及系统与流程

本发明涉及充电技术领域，具体的说，涉及一种充电方法及系统。

背景技术：

随着电动车技术的不断进步，纯电动车或插电式车已经完成了从科研到市场的转变，进入了百姓人家。随着纯电动和插电式车辆的推广，车辆充电难的问题逐渐成为了车辆推广遇到的主要问题，其充电难的问题主要体现在车辆与充电机在空间上的限制。传统的充电方法是采用导线直接连接的方式进行充电机与车辆的能量传递，这种方式能量传输效率高，但是充电受空间影响较大。

由于车辆仅能在充电线束有限长度范围内进行充电，而车辆通常情况下在晚上进行充电，充满电的车辆在夜间往往不能被人及时移开，这就使得充电机有限长度的充电线无法连接后续待充电车辆，致使后续待充电车辆无法及时充电，导致充电站的充电机使用率极低，无法满足充电站的运营需求。然而若增加充电线束的长度则会增加充电导线破损的概率同时增加能量传输中的线损。

因此，亟需一种能够实现车辆充电不受空间限制影响，提高充电站充电机使用率的充电方法及系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种充电方法及系统，以解决的传统的充电方法和系统受到空间限制的影响较大，导致充电机使用率低的技术问题。

本发明提供一种充电方法，该方法包括：

通过在能量发送装置与能量接收装置之间进行无线通讯定位和激光扫描实现能量发送装置的激光发送光路与能量接收装置的激光接收光路的对准；

能量发送装置将电能转化为大功率激光并通过激光发送光路发送大功率激光；

能量接收装置通过激光接收光路接收所述大功率激光并将光能转化为电能 为用电设备充电。

在实现光路对准的步骤中包括：

通过在能量发送装置与能量接收装置之间进行无线通讯，定位能量接收装置位于第一范围内，定位能量发送装置位于第二范围内；

能量发送装置通过在第一范围内进行激光扫描获得能量接收装置的准确位置，能量接收装置通过在第二范围内进行激光扫描获得能量发送装置的准确位置，从而使激光发送光路与激光接收光路对准。

能量发送装置通过可转向的第一镜片单元发送大功率激光，能量接收装置通过可转向的第二镜片单元接收大功率激光，在实现光路对准的步骤中包括：

能量发送装置通过第一镜片单元发送第一扫描激光并通过第一镜片单元的转向实现对于第一范围的激光扫描，当能量接收装置接收到第一扫描激光后停止扫描；能量接收装置通过第二镜片单元发送第二扫描激光并通过第二镜片单元的转向实现对于第二范围的激光扫描，当能量发送装置接收到第二扫描激光后停止扫描，从而使第一镜片单元与第二镜片单元的光路对准。

在定位能量接收装置位于第一范围内，定位能量发送装置位于第二范围内的步骤中包括：

能量发送装置与能量接收装置通过全向天线进行通讯，定位能量接收装置位于第三范围内，定位能量发送装置位于第四范围内；

能量发送装置与能量接收装置分别对第三范围和第四范围通过定向天线进行通讯，定位能量接收装置位于第一范围内，定位能量发送装置位于第二范围内。

本发明提供的充电方法还包括：在激光发送光路与激光接收光路的对准后，能量发送装置与能量接收装置通过对准后的光路进行充电信息的激光通信。

本发明提供的充电方法还包括：在所述能量接收装置与用电设备连接后，能量接收装置向能量发送装置发送待充电指令；

能量发送装置根据所述待充电指令向能量接收装置发送识别信息；

能量接收装置在对所述识别信息进行验证后与能量发送装置进行无线通讯定位。

本发明还提供一种充电系统，该系统包括：

能量发送装置，其用于将电能转化为大功率激光并通过激光发送光路发送大功率激光；

能量接收装置，其用于通过激光接收光路接收所述大功率激光并将光能转化为电能为用电设备充电；

能量发送装置与能量接收装置之间通过进行无线通讯定位和激光扫描实现激光发送光路与激光接收光路的对准。

所述能量发送装置包括：

第一通信单元，其用于与所述能量接收装置进行无线通讯，定位能量接收装置位于第一范围内；

第一镜片单元，其用于通过转向调整所述能量发送装置射入和射出激光的角度；

电光转换单元，其用于在激光发送光路与激光接收光路对准后将电能转化为光能形成大功率激光并通过所述第一镜片单元发送所述大功率激光；

第一扫描单元，其用于通过所述第一镜片单元发送和接收扫描激光；

第一控制单元，其用于控制第一镜片单元的转向，实现对于第一范围的激光扫描，并在能量接收装置接收到扫描激光后停止转向。

所述能量接收装置包括：

第二通信单元，其用于与所述能量发送装置进行无线通讯，定位能量发送装置位于第二范围内；

第二镜片单元，其用于通过转向调整所述能量接收装置射入和射出激光的角度；

光电转换单元，其用于在激光发送光路与激光接收光路对准后通过所述第二镜片单元接收所述大功率激光并将光能转化为电能；

第二扫描单元，其用于通过所述第二镜片单元发送和接收扫描激光；

第二控制单元，其用于控制第二镜片单元的转向，实现对于第二范围的激光扫描，并在能量发送装置接收到扫描激光后停止转向。

第一通信单元和第二通信单元包括：天线组，其由全向天线和定向天线组成，第一通信单元和第二通信单元通过全向天线进行通讯，定位能量接收装置位于第三范围内，定位能量发送装置位于第四范围内，进而第一通信单元和第二通信单元分别对第三范围和第四范围通过定向天线进行通讯，定位能量接收装置位于第一范围内，定位能量发送装置位于第二范围内。

本发明实施例提供的充电方法和系统通过激光传输能量实现对于用电设备 的无线能量传输，并通过无线信号定位和激光扫描手段实现激光发射光路和激光接收光路的自动对准，并在通过大功率激光传输能量时使用激光通信手段进行能量传输双方的信息交互，避免了采用电磁波传输对于激光的电磁干扰。该充电系统适用于电动汽车的充电，为电动汽车充电站提供了无线充电解决方案，解决了传统充电方式中采用导线充电易收到空间限制影响的弊端。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明实施例提供的充电方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的充电方法的具体步骤流程图；

图3是本发明实施例提供的充电系统的示意图。

附图标记说明：

1、能量发送装置 2、能量接收装置 3、第一通信单元 4、第一镜片单元 5、电光转换单元 6、第一控制单元 7、第一激光定位器 8、第二通信单元 9、第二镜片单元 10、光电转换单元 11、第二控制单元 12、第二激光定位器 13、连接单元 14、第三激光定位器 15、第四激光定位器

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种充电方法，如图1所示，该方法包括：步骤101、步骤102以及步骤103。其中，在步骤101中，通过在能量发送装置与能量接收装置之间进行无线通讯定位和激光扫描实现能量发送装置的激光发送光路与能量接收装置的激光接收光路的对准。在步骤102中，能量发送装置将电能转化为大 功率激光并通过激光发送光路发送大功率激光。在步骤103中，能量接收装置通过激光接收光路接收大功率激光并将光能转化为电能为用电设备充电。

进一步的，在步骤101实现光路对准中具体包括：首先，通过无线通讯定位技术实现对于能量发送装置以及能量接收装置所在大致位置的粗定位，即通过在能量发送装置与能量接收装置之间进行无线通讯，定位能量接收装置位于第一范围内，定位能量发送装置位于第二范围内。

然后，在粗定位完成后，能量发送装置通过在第一范围内进行激光扫描获得能量接收装置的准确位置，能量接收装置通过在第二范围内进行激光扫描获得能量发送装置的准确位置，从而使激光发送光路与激光接收光路对准。

具体的，在通过无线通讯定位的步骤中收发双方先用全向天线确定大概位置，再用定向天线进一步的确定更精细的位置。能量发送装置与能量接收装置首先通过全向天线进行通讯，定位能量接收装置位于第三范围内，定位能量发送装置位于第四范围内，第三范围即能量发送装置获得的能量接收装置的大概位置，第四范围即能量接收装置获得的能量发送装置的大概位置，利用全向天线定位是通过全向天线的信号强度差或驻波现象实现的。进而能量发送装置与能量接收装置分别对第三范围和第四范围通过定向天线进行通讯，能量发送装置定位能量接收装置位于第一范围内，能量接收装置定位能量发送装置位于第二范围内，定向天线定位实现是用定向天线仅能接受到对向定向天线发送的信号特性实现的。

进一步的，能量发送装置通过可转向的第一镜片单元发送大功率激光，能量接收装置通过可转向的第二镜片单元接收大功率激光。能量发送装置通过第一镜片单元发送第一扫描激光并通过第一镜片单元的转向实现对于第一范围的激光扫描，当能量接收装置接收到第一扫描激光后停止扫描，此时第一镜片单元对准了能量接收装置，及激光发送光路对准了能量接收装置。

能量接收装置通过第二镜片单元发送第二扫描激光并通过第二镜片单元的转向实现对于第二范围的激光扫描，当能量发送装置接收到第二扫描激光后停止扫描，此时第一镜片单元与第二镜片单元对准，从而使第一镜片单元与第二镜片单元的光路对准，使大功率激光激光发送光路与激光接收光路对准。

在本发明实施例中，激光扫描发射一方的扫描激光发射位置与扫描激光接收方的扫描激光接收位置相对应，即能量发送装置发射的扫描激光在能量接收装置上相对应的位置被接收时且能量接收装置发射的扫描激光在能量发送装置上相 对应的位置被接收时，第一镜片单元与第二镜片单元的光路对准。

并且，根据实际需求能量发送装置和能量接收装置的扫描激光可以设置为多个，相应的被扫描一方的扫描激光接收位置也相应设置多个，多个扫描激光同时被相应位置接收到时，第一镜片单元与第二镜片单元的光路对准，从而保证能量发送装置与能量接收装置的大功率激光光路相通。

本发明实施例提供的充电方法具体步骤如图2所示，包括如下步骤S201至S210。

在步骤201中，在能量接收装置与用电设备连接后，能量接收装置向能量发送装置发送待充电指令，若能量发送装置接收到待充电指令后进入下一步，若未收到此信号则保持当前状态。

在步骤202中，当能量发送装置接收到待充电命令后，能量发送装置根据待充电指令向能量接收装置发送识别信息，即反馈带有识别码的确认信号。能量接收装置收到此反馈识别信息并经过识别验证后进入下一步与能量发送装置进行无线通讯定位，若未收到确认信号或为经过验证则保持当前状态。

在步骤203中，能量接收装置与能量发送装置通过全向天线通讯进行定位，双方彼此计算出对方的大概位置(即第三范围和第四范围)后进入下一步，若未能定位则保持当前状态。

在步骤204中，在计算出的大概位置上能量接收装置与能量发送装置通过定向天线通讯进行定位，计算出彼此的更精细的位置(即第一范围和第二范围)后进入下一步，若未能定位则保持当前状态。

在步骤205中，能量发送装置将第一镜片单元转向能量接收装置所在范围(即第一范围)，能量接收装置将第二镜片单元转向能量发送装置所在范围(即第二范围)。

在步骤206中，经过初步定位后，能量发送装置通过第一镜片单元扫描定位区域，当能量接收装置在相应位置接收到能量发送装置的扫描激光时停止扫描。

在步骤207中，能量接收装置通过第二镜片单元扫描定位区域，当能量发送装置在相应位置接收到能量接收装置的扫描激光时停止扫描。收发双方都对对方进行激光扫描，以确保收发装置双方轴心正对，从而避免可能在充电过程中需要折射实现能量传递会增加收发装置发热量。

在步骤208中，在光路互通后，能量发送和接收装置将通信方式切换为采用 光电通信方式，以避免后续充电过程中的电磁干扰。

在步骤209和步骤210中，双发双方进行充电通信握手，当握手完成后能量发送装置开始与能量接收装置进行能量传递实现远距离无线充电。

本发明实施例还提供一种充电系统，如图3所示，该充电系统包括：能量发送装置1和能量接收装置2。其中，能量发送装置1用于将电能转化为大功率激光并通过激光发送光路发送大功率激光，能量接收装置2用于通过激光接收光路接收大功率激光并将光能转化为电能为用电设备充电，能量发送装置1与能量接收装置2之间通过进行无线信号通信和激光扫描实现能量发送装置1的激光发送光路与能量接收装置2的激光接收光路的对准。本发明实施例提供的充电系统适用于电动汽车充电系统，将能量发送装置1设置于电动汽车充电站充电机上，在每个待充电的电动汽车上设置能量接收装置2，在能量发送装置1的激光发射距离内，只要没有物体阻挡，能量接收装置2和能量发送装置1即可通过相互之间的无线信号通信以及激光扫描来确认彼此的位置，实现激光发射光路和激光接收光路的对准，进而实现通过激光对电动汽车的充电，解决了传统充电方式中采用导线充电易收到空间限制影响的弊端。

具体的，能量发送装置1由第一通信单元3、第一镜片单元4、电光转换单元5、第一控制单元6以及第一扫描单元组成。能量接收装置2由第二通信单元8、第二镜片单元9、光电转换单元10、第二控制单元11以及第二扫描单元组成。

其中，第一通信单元用于与能量接收装置进行无线通讯，定位能量接收装置位于第一范围内。第一镜片单元用于通过转向调整能量发送装置射入和射出的激光的角度。电光转换单元用于在激光发送光路与激光接收光路对准后将电能转化为光能形成大功率激光并通过第一镜片单元发送大功率激光，电光转换单元可以由大功率激光器组成。第一扫描单元用于通过第一镜片单元发送和接收扫描激光从而确定能量接收装置的准确位置。第一控制单元用于控制第一镜片单元的转向，实现对于第一范围的激光扫描，并在能量接收装置接收到扫描激光后停止转向。第一镜片单元作为能量发送装置的发送端，第一扫描单元发出的扫描激光和电光转换单元发出的用于传输能量进行充电的充电激光都通过第一镜片单元向外发射，因此控制第一镜片单元的转向即可控制扫描激光和充电激光的发射角度，在扫描激光与能量接收装置对准后，第一镜片单元的发射角度就固定了，此时大功率充电激光通过第一镜片单元即可射入能量接收装置进行充电。第一镜片 单元的转向由第一控制单元来控制，在确定能量接收装置的大致位置即第一范围后，第一扫描单元发射扫描激光，第一控制单元控制第一镜片单元转向该大致方位，并在该方位微调第一镜片单元的发射角度，使得扫描激光在该方位区域进行横向和/或纵向的扫描，直至扫描激光射入能量接收装置的扫描激光接收位置即第二扫描单元，然后固定该发射角度。在本发明实施例中，第一镜片单元为多维转向反射棱镜。

第二通信单元功能与第一通信单元类似，其用于与能量发送装置进行无线通讯，定位能量发送装置位于第二范围内。第二镜片单元用于调整能量接收装置射入和射出的激光的角度。光电转换单元用于通过第二镜片单元接收激光并将光能转化为电能，并且具有控制转化的电压和电流的功能。第二扫描单元用于通过第二镜片单元发送和接收扫描激光。第二控制单元用于控制第二镜片单元的转向，实现对于第二范围的激光扫描，并在能量发送装置接收到扫描激光后停止转向。

第二扫描单元用于接收第一扫描激光，当第二扫描单元接收到第一扫描激光时，能量接收装置向能量发送装置发送相应的信号使第一扫描单元停止扫描，第一扫描单元用于接收第二扫描激光，当第一扫描单元接收到第二扫描激光时，能量发送装置向能量接收装置发送相应的信号使第一扫描单元停止扫描，此时收发双方固定镜片单元的角度，使得大功率激光的发射和接收光路对准。

其中，第一通信单元和第二通信单元中包括有天线组，天线组由全向天线和定向天线组成。在本发明实施例中，第一通信单元包括一个天线组，第二通信单元包括两个天线组，采用多组天线组的目的在于更方便的利用通讯定位算法来定位，第一通信单元和第二通信单元的天线组数量可以结合实际需求来选择，在天线组中不对全向天线和定向天线的数量做限制，其可以根据实际需求选用多个全向天线和多个定向天线。

第一通信单元和第二通信单元通过全向天线进行通讯，双方通过多组全向天线的信号强度差或驻波现象定位彼此的大概位置，能量接收装置位于第三范围内，定位能量发送装置位于第四范围内，进而第一通信单元和第二通信单元分别对第三范围和第四范围通过多组定向天线进行通讯，双方利用定向天线的通讯特性定位彼此的更精细的位置，能量接收装置位于第一范围内，定位能量发送装置位于第二范围内。

进一步的，第一扫描单元由第一激光定位器7和第二激光定位器12组成， 第二扫描单元由第三激光定位器14和第四激光定位器15组成，收发装置双发的两个激光定位器位置向对应，激光定位器向对方发射扫描激光并接收对方对应位置发来的扫描激光，在收发双方的两个激光定位器都对准后，大功率激光的发送和接收光路对准。在本发明实施例中也可以根据实际的需求在收发双方只设置一个激光定位器或设置更多的激光定位器。

在本发明的一个实施方式中，第一扫描单元与第二扫描单元的光路互通后，第一扫描单元与第二扫描单元还用于相互进行充电信息的激光通信。也就是说第一激光定位器、第二激光定位、第三激光定位器和第四激光定位器是具有光电通讯功能的设备，由可接收同一光路的激光器、感光器和镜片组成，在第一扫描单元与第二扫描单元完成扫描定位任务并光路互通后，能量发送装置与能量接收装置之间将开启大功率激光的能量传输充电过程，为了避免在激光传输能量时无线信号的通信对其产生电磁干扰，在能量传输过程中采用第一扫描单元和第二扫描单元进行激光通信来实现充电信息的交互，该交互通信过程包括当用电设备充电完成后，能量接收装置将告知能量发送装置从而使能量发送装置停止发送大功率充电激光等等。

能量接收装置2还包括连接单元13，连接单元13用于与用电设备进行可插拔式电连接，将光电转换单元转化的电能传输给用电设备。连接单元可以为充电插头等可插拔的传输电能的连接件。

在本发明的一个实施方式中，第二通信单元在连接单元与用电设备连接后，即当充电插头插入车辆充电口后，向能量发送装置发送待充电指令。第一通信单元通过全向天线接收待充电指令，并根据该指令向能量发送装置发送识别信息。第二通信单元接收识别信息并在对该识别信息进行验证后与第一通信单元进行无线通讯定位。即在定位之前，能量接收装置会根据插头的连接状况反应是否需要充电的信息，在插头连接后发送待充电命令，能量发送装置接收到该命令后反馈带有唯一识别码的确认信号，待能量接收装置对该确认信号进行验证成功后即开启后于的定位和充电过程。

本发明实施例提供的充电方法和系统通过激光传输能量实现对于用电设备的无线能量传输，并通过无线信号定位和激光扫描手段实现激光发射光路和激光接收光路的自动对准，并在通过大功率激光传输能量时使用激光通信手段进行能量传输双方的信息交互，避免了采用电磁波传输对于激光的电磁干扰。该充电系 统适用于电动汽车的充电，为电动汽车充电站提供了无线充电解决方案，解决了传统充电方式中采用导线充电易收到空间限制影响的弊端。

然本发明所公开的实施方式如上，但的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。