一种用于停车场的自适应配置无线充电系统及规划方法与流程

本发明属于无线电能传输领域，具体涉及一种用于停车场的自适应配置无线充电系统及规划方法。

背景技术：

电动汽车作为解决资源短缺、环境污染等问题的重要途径，近些年得到了快速发展。国内外均采取了一系列政策措施鼓励电动汽车产业。目前，由于电池容量及充电基础设施等条件的限制，充电问题成为电动汽车发展过程中而临的最主要的瓶颈问题。由于无线电能传输技术可以解决传统传导式充电面临的接口限制、安全问题等，逐渐发展成为电动汽车充电的主要方式。近些年在电动汽车无线充电耦合机构设计方面开展的工作主要集中在提高设备的传输功率、抗偏移性能、动态充电以及汽车电磁环境分析等方面，然而尚缺少对高兼容性原副边线圈自匹配机制以及停车场无线充电场景下电磁环境的评估与优化方法的研究，这是电动汽车无线充电规模化应用必须解决的兼容性问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电动汽车停车场的自适应配置无线充电系统及规划方法，解决现有的公共区域电动汽车停车充电以及停车场规模化的电磁兼容性问题。

实现本发明目的的技术方案：一种用于电动汽车停车场的自适应配置无线充电系统，该系统包括入场检测部分、充电车位部分、调度平台以及电磁公示部分；入场检测部分包括充电计划采集装置、车载线圈识别装置和车位引导系统；电动汽车充电车位部分包括线圈重构执行机构和充电参数采集器；调度平台包括线圈重构策略选择器、电磁环境模型构建模块和区域协同车位规划程序；电磁公示部分由巡检无人机、人体电磁曝露模型构建模块和电磁环境公示屏组成；

所述停车场的入场检测部分中，充电计划采集装置用于采集入场车辆的充电计划，包括待充电车辆尺寸、计划功率，并将数据上报调度平台；车载线圈识别装置设置多个分散的磁场探头，用于采集入场车辆的副边线圈的磁场特征，识别副边线圈类型，继而指导原边线圈重构；车位引导系统根据区域协调后分配出的最佳车位，在入口处引导待充电车辆进入指定车位；

所述电动汽车的充电车位部分中，线圈重构执行机构用于执行调度平台给出线圈重构指令，对原边线圈进行重构并开始充电任务；充电参数采集器用于实时获取充电过程中原副边线圈的电压、电流以及相位；

所述调度平台部分中，线圈重构策略选择器是线圈自匹配程序，用于根据副边线圈的类型，匹配与副边线圈兼容性最佳的原边线圈类型，并发送指令至执行机构；电磁环境模型构建模块用于进行电动汽车无线充电的实时电磁建模分析和电磁环境快速模拟预测，并根据磁场探头实测值与充电参数采集值，进行电磁模型的精确修正；区域协同车位规划程序需要根据停车场内当前电磁环境，结合剩余车位和待充车辆充电计划，进行场内电磁环境的快速预测，并评估出最佳的车位，给车位引导系统发送指令；

所述电磁公示部分中，巡检无人机用于实时跟踪和计算场内人员的空间三维坐标；人体电磁曝露模型构建模块使用仿真软件搭建人体精确模型，并依据电磁环境安全阈值评估生物体电磁曝露情况；电磁环境公示屏用于停车场内电磁环境与场内人员电磁曝露情况的实时公示。

作为优选，所述自适应配置无线充电系统适用于螺线管型、环形或者dd型副边线圈，待充电汽车进入停车场的入场检测部分后，车载电池对副边线圈进行瞬时反向放电，磁场探头进行磁场特征的捕捉，即捕捉近地端水平面磁场的幅值和方向，生成磁力线分布图，并根据磁力线密度自动识别副边线圈类型。

作为优选，所述原边线圈为环形线圈、螺线管线圈与dd线圈的组合，通过单独激励环形线圈为环形副边线圈充电，通过单独激励螺线管线圈为螺线管型副边线圈充电，通过单独激发dd线圈为dd型和ddq型衍生结构的副边线圈充电，通过同时激励螺线管线圈与dd线圈构成组合拓扑，用于补偿dd线圈接收功率不达标的情形。

作为优选，所述原边线圈的组合形式为在dd型线圈上纵向缠绕螺线管线圈。

作为优选，所述线圈重构策略选择器的实现是依据副边线圈类型匹配兼容性最高的原边线圈类型，当存在原副边线圈偏移较大的情况下依据耦合区域“磁场叠加增益”的原则，分析原副边线圈不同结构的兼容性，确定用于补偿的螺线管线圈投入的匝数，形成融合可重构原边线圈结构库与原副边组合方案，在识别出车载线圈的类型后即可进行方案的匹配和调用。

作为优选，所述区域协同车位规划程序需要结合剩余车位、充电计划和电磁环境三者分步执行；

首先程序要筛选出停车场内所有的剩余车位和车位的位置分布；

然后程序依据预采集的车辆充电计划，在所有的剩余车位中再次筛选出与充电计划相匹配的车位，需同时满足两个条件为：1)sp(车位面积)＞1.5sc(车辆占地面积)；2)pp(车位充电功率)＞pc(车辆实际功率)；

最后程序将所有匹配到的车位进行电磁环境快速预测，仿真模拟车辆充电时车位周围的电磁环境，选定预测中的电磁环境最小的车位作为车辆的最优充电车位。

一种用于电动汽车停车场的自适应配置无线充电系统的规划方法，包括如下步骤：

(1)通过充电计划采集装置获取驶入停车场的车辆的尺寸和功率等参数，上传调度平台；

(2)车载线圈识别装置对车辆的线圈类型进行区分，并上报调度平台；

(3)线圈重构策略选择器匹配系统中与车载线圈兼容程度最高的原边线圈类型；

(4)调度平台建立电磁环境模型执行实时电磁分析和电磁环境快速预测，并且可根据测量数据进行修正；

(5)区域协同车位规划程序结合电磁环境预测值、剩余车位和车辆充电计划，预测场内电磁环境最优的车位，并发送重构策略至指定车位；

(6)车位引导系统指引待充车辆驶入目标车位，并执行重构后开始充电；

(7)充电参数采集器测量实际充电电压和电流，上传至调度平台修正电磁环境模型；

(8)巡检无人机追踪场内人员的空间三维坐标，反馈给平台，通过人体电磁模型计算生物体电磁曝露情况；

(9)电磁环境公示屏实时公示场内电磁环境与人员的电磁曝露数据。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：基于融合可重构线圈和线圈识别原理，结合相关的检测和控制技术，为各种类型停车场提供区域协同式无线充电网，满足各种品牌、车型电动车辆规模化无线充电需求，并结合相关的电磁评估手段，解决了现有的公共区域电动汽车停车充电以及停车场规模化的电磁兼容性问题，消除了公众对无线充电的顾虑。

附图说明

图1是电动汽车停车场的自适应配置无线充电系统整体流程图。

图2是自适应配置无线充电系统的车载(副边)线圈识别原理图。

图3是自适应配置无线充电系统的融合可重构原边线圈拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明方案作进一步说明。

如图1所示，一种用于电动汽车规模化的自适应配置无线充电系统，主要包括四个部分：入场检测部分、充电车位部分、调度平台以及电磁公示部分。停车场的入场检测部分由充电计划采集装置、车载线圈识别装置和车位引导系统组成，主要完成车辆的信息采集和导航任务；电动汽车的充电车位部分由线圈重构执行机构和充电参数采集器组成；调度平台由线圈重构策略选择器、电磁环境模型和区域协同车位规划程序组成，主要完成远程控制和电磁分析的任务；电磁公示部分由巡检无人机、人体电磁曝露模型和电磁环境公示屏组成。下面就各部分组成加以详细说明。

停车场的入场检测部分：充电计划采集装置用于采集入场车辆的充电计划，包括待充电车辆尺寸、计划功率等信息，并将数据上报调度平台；车载线圈识别装置主要由多个分散的磁场探头组成，可根据磁场特征对入场车辆的副边线圈的磁场特征(幅值和方向)进行自动识别，确定副边线圈类型，继而指导原边线圈重构；车位引导系统根据区域协调后分配出的最佳车位，在入口处引导待充电车辆进入指定车位。

电动汽车的充电车位部分：线圈重构执行机构用于执行调度平台给出线圈重构指令，对原边线圈进行重构并开始充电任务；充电参数采集器用于实时获取充电过程中原副边线圈的电压、电流以及相位等参数。

调度平台部分：线圈重构策略选择器主要是线圈自匹配程序，可根据车载(副边)线圈的类型，匹配到与副边线圈兼容性最佳的原边线圈类型，并发送指令至执行机构；电磁环境模型构建模块主要进行电动汽车无线充电的实时电磁建模分析和电磁环境快速模拟预测，并且可根据磁场探头实测值与充电参数采集值，进行电磁模型的精确修正；区域协同车位规划程序需要根据停车场内当前电磁环境，结合剩余车位和待充车辆充电计划，进行场内电磁环境的快速预测，并评估出最佳的车位，给车位引导系统发送指令。

电磁公示部分：巡检无人机用于实时跟踪和计算场内人员的空间三维坐标；人体电磁曝露模型构建模块使用仿真软件搭建人体精确模型，并依据电磁环境安全阈值评估生物体电磁曝露情况；电磁环境公示屏用于停车场内电磁环境与场内人员电磁曝露情况的实时公示。

如图2所示，为自适应配置无线充电系统的基于磁场特征的副边线圈识别原理图。图中给出了三种基本结构副边线圈的识别流程，当待充电汽车进入充电位时，车载电池对副边线圈进行瞬时反向放电，磁场探头进行磁场特征的捕捉，即捕捉近地端水平面磁场的幅值和方向，生成磁力线分布图。由图2可知环形线圈正下方磁力线最为密集，其磁场特征与其余两种特征区别明显，而螺线管型和dd型线圈磁场特征较为接近，但磁力线分布也有所不同。故充电位中心磁场探头的测量数据与周边磁场探头的测量均值差值最大的线圈类型为环形线圈，其次为螺线圈型线圈，差值最小的为dd型线圈。为实现原副边线圈类型的完全匹配以提升互操作性，可以捕捉更多的磁场特征进行副边线圈类型的区分。基于上述三种基本结构副边线圈的识别过程，也可以研究高精度、高可靠的其他各种类型副边线圈的识别方法，实现原副边线圈的高效自匹配。

如图3所示，为电动汽车停车场的自适应配置无线充电系统的融合可重构原边线圈拓扑图。该融合可重构原边线圈拓扑主要包括环形线圈、螺线管线圈、dd线圈等基本结构的有机结合体以及用于保持线圈参数变化时高传输性能的自适应补偿网络。通过在原dd型线圈上纵向缠绕螺线管线圈而得到，激励单侧的dd线圈可获得环形线圈。此原边线圈的基本组成部分可单独使用，也可配合使用，激励单个线圈(环形线圈或螺线管线圈)可对相同结构的副边线圈充电，激励dd型线圈可以对dd型、ddq型等衍生结构的副边线圈充电，同时每匝螺线管线圈可单独激励与dd线圈配合构成组合拓扑，用于补偿环形线圈、dd线圈等由于系统参数不匹配、位置不对准等各种原因造成的接收功率不达标的情形。在设计时为节省线圈整体尺寸，螺线管线圈可以缠绕在铁氧体板上并镶嵌在环形线圈或dd线圈的线匝之间。此组合拓扑可根据不同的原副边线圈匹配程度或偏移程度进行原边发射线圈与相关电路的重构，保障在各种情况下无线充电的效率均不低于92％，在6.6kw系统发生12cm横向偏移情况时理论耦合效率达99.16％。线圈重构策略选择器的实现是依据副边线圈类型匹配兼容性最高的原边线圈类型，当存在原副边线圈偏移较大的情况下主要是依据耦合区域“磁场叠加增益”的原则，分析原副边线圈不同结构的兼容性，确定用于补偿的螺线管线圈投入的匝数，形成融合可重构原边线圈结构库与原副边组合方案，在识别出车载线圈的类型后即可进行方案的匹配和调用。

结合图1，可知本发明电动汽车停车场无线充电网的规划方法的流程，此规划方法包括以下步骤：

(1)通过充电计划采集装置获取驶入停车场的车辆的尺寸和功率等参数，上传调度平台；

(2)车载线圈识别装置对车辆的线圈类型进行区分，并上报调度平台；

(3)线圈重构策略选择器匹配系统中与车载线圈兼容程度最高的原边线圈类型；

(4)调度平台建立电磁环境模型执行实时电磁分析和电磁环境快速预测，并且可根据测量数据进行修正；

(5)区域协同车位规划程序结合电磁环境预测值、剩余车位和车辆充电计划，预测场内电磁环境最优的车位，并发送重构策略至指定车位；

(6)车位引导系统指引待充车辆驶入目标车位，并执行重构后开始充电；

(7)充电参数采集器测量实际充电电压和电流，上传至调度平台修正电磁环境模型；

(8)巡检无人机追踪场内人员的空间三维坐标，反馈给平台，通过人体电磁模型计算生物体电磁曝露情况；

(9)电磁环境公示屏实时公示场内电磁环境与人员的电磁曝露数据。

其中，区域协同车位规划程序需要结合剩余车位、充电计划和电磁环境三者分步执行。首先程序要筛选出停车场内所有的剩余车位和车位的位置分布。然后程序依据预采集的车辆充电计划，在所有的剩余车位中再次筛选出与充电计划相匹配的车位，需同时满足两个条件为：1)sp(车位面积)＞1.5sc(车辆占地面积)；2)pp(车位充电功率)＞pc(车辆实际功率)。最后程序将所有匹配到的车位进行电磁环境快速预测，仿真模拟车辆充电时车位周围的电磁环境，选定预测中的电磁环境最小的车位作为车辆的最优充电车位。

由此本发明实现了为各种类型停车场提供区域协同式无线充电网，解决了现有的公共区域电动汽车停车充电以及停车场规模化的电磁兼容性问题，消除了公众对无线充电的顾虑。