一种用于电动汽车的无线充电装置及其控制系统的制作方法

本发明属于本发明涉电动汽车充电领域，具体涉及一种用于电动汽车的无线充电装置及控制系统。

背景技术：

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

无线充电技术(Wireless charging technology；Wireless charge technology)，源于无线电能传输技术，是以耦合的电磁场为媒介实现电能传递。小功率无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。对于电动车用无线充电，多通过布置在地面的供电线圈及车辆底部的受电线圈，通过线圈间产生的磁共振取代传统输电线为车辆充电。这种充电方式对于供、受电线圈的间距要求较高。对电动汽车无线充电技术的巨大需求使得相关技术研发应用相当活跃。无线充电主要有3种方法，第一种是电磁感应式无线充电,该技术目前已商业化，广泛应用于消费类电子产品及大功率无线供电系统。缺点有传输距离较短，如果有异物，将会产生涡流导致发热，安全性差。第二种是电磁共振式无线充电，该技术安全性高，实现了磁场的高效率耦合和中等距离能量的高效传递，是当前的研究热点。第三种是无线电波式无线充电，该技术不适合于大功率、中等传输距离的电动车充电。在中等距离场合，电磁感应式无线充电和电磁共振式无线充电的传输效率较高，更适合于电动车充电。目前国内外大功率无线充电系统针对乘用车研究的较多，其接受线圈都置于汽车底部，发射线圈埋于地下，尤其在室外作业时，因各种天气原因，如遇到雨雪天气、发射线圈与接收线圈之间有尘土或金属件等杂物，或在工作时，有行人进入工作区域；此种结构的充电方式在工作过程中不仅会降低充电效率，而且对充电设备和人员都造型一定的安全隐患。

技术实现要素：

为解决现有无线充电结构在充电过程中会存在充电效率低，以及在工作过程中存在的安全隐患的技术问题，本发明提供一种用于电动汽车的无线充电装置及控制系统。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，用于电动汽车的无线充电装置，包括电动汽车，设置于电动车底部的接收线圈，用于给电动车提供充电电源的充电桩，所述充电桩由调节机构，以及设置于调节机构上的发射线圈组成；所述电动车的尾部还设置有与发射线圈相匹配的接收线圈。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，发射线圈与接收线圈中的线圈布置方式为环形或环形阵列。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，发射线圈与接收线圈为环形阵列时，线圈内部结构为圆形或方形排布。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，环形线圈为空气芯或实体芯。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，环形线圈为铁氧体芯。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，发射线圈的外部安装有防护挡板。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，防护挡板为手动或自动式防护挡板。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，充电桩的两侧设置有闸道门。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电装置一个优选的实施例中，充电桩上设置有人体感应传感器和距离传感器。

在根据本发明的用于电动汽车的无线充电系统一个优选的实施例中，无线充电控制系统包括供电系统和受电系统，供电系统包括与电源ECU连接的通信模块，在停车区域内安装的充电桩；受电系统包括受电模块，与受电模块链接的滤波电路，与滤波电路连接的蓄电池，与蓄电池连接的动力生成装置，与滤波电路、蓄电池以及动力生成装置连接的车辆ECU，与车辆ECU连接的人机交互界面。

本发明具有以下优点：

通过将无线充电发射装置设置于地面上，实现上下和水平位置的自动调节，可以实现发射线圈与接收线圈自动对准，接收线圈与发射线圈同一水平线上完全吻合后，从而在工作过程中实现高效充电。

由于大功率无线充电设备目前最大充电距离仅30厘米，为实现有效充电，确保车辆上安装的接收线圈与发射线圈之间的距离在，在发射装置或接收装置上设置距离传感器，具体采用短距离传感器，如：磁性位移传感器、滑差电阻位移传感器、激光位移传感器、超声波测距传感器、视觉位移传感器等，短距离传感器将检测到的数据，通过设置在充电站上的无线发射模块将数据发送到车辆上的接收模块，再将数据传递给车辆ECU，再通过显示器进行显示，由驾驶员在驾驶室内进行作业。在不移动充电站发射线圈位置的情况下，在地面安装限位凸块，倒车时，车后轮接触到限位凸块时，车辆停车，确保车辆尾部接收线圈与发射线圈之间的距离在10-30厘米，不仅节约成本，使用也较为方便，当距离传感器出现故障时，可采用此种方式备用。

通过在发射线圈外部增加防护罩，通过机械控制或自动控制实现对防护罩的开启，机械结构可以实现手动开启模式，通过内部设置为复位弹簧，只需手动按防护罩实现其开启，结构简单，使用方便。自动控制模式通过电动按钮或者通过驾驶员在车内通过远程控制实现防尘罩的开启与关闭，此种模式方便驾驶员操作。若为多台车时，可以实现远程控制作业。该挡板材料选用塑料或玻璃钢结构。

方便，实际上无需驾驶员干涉及操纵即可自动执行充电；可靠，可没有暴露的电触点且没有机械磨损。安全，可不需要操纵电缆及连接器，且可没有可暴露于户外环境中的湿气及水的电缆、插头或插座。防止破坏行为，插座、电缆及插头可看不到，或者碰不到。可用性，如果BEV将被用作分布式储存装置以使电网稳定。通过实现车辆到电网(V2G)能力的方便的对接到电网解决方案可以增加可用性。美观且无妨碍，可没有可妨碍车辆及/或行人的柱负载及电缆。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1为本发明中车辆接收线圈安装示意图；

图2为本发明中无线充电桩第一种结构示意图；

图3为本发明中无线充电桩第二种结构示意图；

图4为本发明中无线充电桩带防尘结构的示意图；

图5为本发明中无线充电桩增加闸道门的主视图；

图6为本发明中无线充电桩增加闸道门的俯视图；

图7为本发明中无线充电桩增加防护门的主视图；

图8为本发明中无线充电系统原理图。

具体实施方式

希望下文结合附图阐述的详细描述作为对本发明的示范性实施例的描述，且并不希望表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”表示“充当实例、例子或说明”，且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的而包括特定细节。所属领域的技术人员将明白，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以框图形式来展示众所周知的结构及装置，以避免使本文中呈现的示范性实施例的新颖性模糊不清。

以无线方式传递功率可指代在不使用物理电导体的情况下(例如，功率可经由自由空间传递)将与电场、磁场、电磁场或其它相关联的任何形式的能量从发射器传递到接收器。输出到无线场(例如，磁场)的功率可由“接收线圈”接收、俘获或耦合以实现功率传递。本文使用电动车辆来描述无线充电控制系统及方法，其实例为包含从可充电能量储存装置(例如，一或多个可再充电电化学电池或其它类型的电池)导出的电功率作为其位置移动能力的一部分的车辆。作为非限制性实例，本申请中的电动车辆可为混合式电动车辆，纯电动车辆，其除电动马达外还包含传统内燃机用于直接位置移动或为车辆的电池充电。其它电动车辆可从电功率汲取全部位置移动能力。电动车辆不限于乘用车、电动大巴、物流车、旅游观光车、巡逻车、混动拖拉机等，且可包含摩托车、电动自行车、手推车、滑板车等。借助实例而非限制，本文描述电动车辆(EV)的形式的无线充电控制系统、方法及装置。

图1为本发明中车辆接收线圈安装示意图，本发明以电动汽车摆渡车为例子实施方案进行详细说明，无线充电接收线圈10可以安装于电动汽车1的底部和尾部，为了实现充电和安装方便，安全可靠的目的，本发明中的无线充电接收线圈10安装于摆渡车的尾部，当无线充电接收线圈10位于电动车1(摆渡车)尾部时，无线充电桩往往垂直于地面，并且可以使无线充电桩上的发射线圈实现高度和水平方向的调节，以确保发射线圈与接受线圈对准，实现高效率充电。无线充电接收线圈10安装在电动车1尾部，实际上无需驾驶员干涉及操纵即可自动执行充电，提高了充电系统的便利性；没有暴露的电触点且没有机械磨损，提高了无线充电系统的可靠性高。整个充电系统不需要操纵电缆及连接器，且可没有可暴露于户外环境中的湿气及水的电缆、插头或插座，也可防止在雨雪天气时发射线圈内进水，或受潮影响系统正常工作，从而提高了无线充电系统的安全性；为防止破坏行为，插座、电缆及插头看不到也碰不到。无线充电桩整体结构简洁，成本低廉，方便使用。无线充电桩的结构及具体调节方法在图2中详细说明。

图2-图3所示，为本发明中无线充电桩第一种和第二种结构示意图；充电桩2进一步包括用于提供用于能量发射的装置的发射线圈21和调节机构22，发射线圈21与接收线圈10相匹配；根据实际应用和将与其相关联的装置来确定发射线圈21和接收线圈10的大小。通过将发射线圈21的近场中的能量的大部分耦合到接收线圈10而非以电磁波形式将大多数能量传播到远场来进行有效能量传递。当在此近场中时，可在发射线圈21与接收线圈10之间形成耦合模式。在发射线圈21与接收线圈10周围的可发生此近场耦合的区域在本文中被称作耦合模式区。具体地，本发明的实施例中所使用的发射线圈21和接收线圈10可经配置为“环形”或“环形阵列”，其中环形阵列可以为圆形(图3所示)或方形排布。其在本文中还可被称作“磁性”线圈。环形线圈可经配置以包括空气芯或实体芯，具体选用铁氧体芯。空气芯环形发射线圈可放置于充电桩2上的实体装置内(图中为标出)。此外，空气芯环形线圈允许其它元件放置于芯区域内另外，空气芯环形可更易于将接收线圈10放置于发射线圈21的平面内，在所述平面内，发射线圈21的耦合模式区可更强大。发射线圈21和接收线圈10之间的谐振匹配或近似匹配期间，发射线圈21和接收线圈10之间的有效能量传递。然而,即使当发射线圈21和接收线圈10之间的谐振不匹配时，还可在较低效率下传递能量。通过将来发射线圈21的近场的能量耦合到驻留于形成了此近场的邻域中的接收天线而非将能量从发射线圈21传播到自由空间中来进行能量传递。

图4为本发明中无线充电桩带防尘结构的示意图；为防止发射线圈21在不工作时有杂物落入，或者雨雪天被淋雨从而影响系统正常工作，在发射线圈21的外部安装有防护挡板3，为加工方便，该挡板选用通过在发射线圈外部增防护罩，通过机械控制或自动控制实现对防尘罩的开启，机械结构可以实现手动开启模式，通过内部设置为复位弹簧，只需手动按防尘罩实现其开启，结构简单，使用方便。自动控制模式通过电动按钮或者通过驾驶员在车内通过远程控制实现防尘罩的开启与关闭，此种模式方便驾驶员操作。该挡板材料选用塑料或玻璃钢结构。

图5-图7为本发明中无线充电桩增加闸道门的主视图；在充电过程中防止人员靠近充电桩2，在充电桩2的两边设置有闸道门4，在充电过程中闸道门4处于关闭状态，除工作人员外，其他人禁止进入，以确保人身安全。该闸道门可以为传统结构或智能控制(如：人体感应、指纹识别、人脸识别、刷卡识别等)。如图6所示，闸道门4通过安装在闸道门4上的控制系统包括电子锁401，用于控制电子锁401的控制器402，以及与控制器402连接的读卡器404，以及与读卡器404连接的电源403组成。也可以不设置闸道门，通过设置人体感应传感器和距离传感器对进入正在充电区域的移动物体进行探测，当人体感应传感器感应到有人或移动物体靠近时，并且距离小于1米，安装在充电桩2上的报警器进行报警，以提醒行人禁止靠近，确保人员安全。参见图7所示，若为多台车时，可以实现远程控制作业，通过远程控制系统5对闸道门4进行远程控制。

参见图8所示，本发明提供的无线充电控制系统包括供电系统7和受电系统6。供电系统7包括与电源ECU连接的通信模块706，在停车区域内安装的充电桩2，如图7所示，停车区域可以使多个，本系统对多台车进行充电，同时实现检测，车驶入该区域后，车辆受电模块601与供电系统7中的送电模块703对准，并且在30厘米内和安全环境下进行充电作业。受电系统6还包括受电模块601，与受电模块601链接的滤波电路602，与滤波电路602连接的蓄电池603，与蓄电池603连接的动力生成装置604；与滤波电路602、蓄电池603以及动力生成装置604连接的车辆ECU606，与车辆ECU606连接的人机交互界面607。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。