一种无线充电中的定位系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种无线充电中的定位系统及方法，涉及无线充电领域，用以解决采用现有的无线充电技术进行充电时，充电发射天线与充电接收天线的位置匹配不够精确，导致了无线充电效率较低的问题。系统包括：充电发射装置、充电发射天线、充电接收天线和充电接收装置，至少3个辅助发射定位天线和至少3个辅助接收定位天线。本发明可以使发射天线和接收天线更好的进行位置匹配，提高无线充电的效率。主要用在电动汽车无线充电领域，便于电动汽车的推广及普及。
【专利说明】一种无线充电中的定位系统及方法 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及无线充电领域，尤其是一种无线充电中的定位系统及方法。 【【背景技术】】
[0002] 无线供电技术（Contactless Power Supply, CPS)，也称为感应祸合电能传输技术 (InductiveCoupled Power Transmission, ICPT)，无接触供电是指输电线路和负载方在没 有电气连接和物理接触，甚至在它们之问还有相对运动的情况下，完成电能的传输。无接触 供电技术的理论依据是电磁感应原理，利用现代电力电了能量变换技术、磁场祸合技术，借 助于现代控制理论和微电了控制技术，实现能量从静止设备向可移动设备的传输。
[0003] 随着工业化进程的日益推进，电动的交通工具越来越多，电动车已经广泛的应用 在人们的生活中，电动汽车也逐步面向市场，电动汽车其动力普遍采用蓄电池供电方式，它 比传统的汽车排放量小很多，对环境的影响非常小，在全球一致呼吁加强环保的今天，电动 汽车一定因其无污染性和易扩展等优点而得到了迅猛发展和广泛应用。如果采用传统的供 电设备对车辆进行充电有很多不利的地方，包括过多导线的存在，危险性，还有户外有线充 电桩的侵害。在汽车内部就需要针对这种电动设备需要一种新的充电技术来替代现有的供 电方式。无线充电就能很好的解决这些问题，无线充电只要有停车位就可以对电动汽车进 行充电，甚至可以在汽车行驶过程中就对汽车进行充电，这些优点都非常利于电动汽车的 普及推广。
[0004] 但是采用现有的无线充电技术进行充电时，充电发射天线与充电接收天线的位置 匹配不够精确，导致了无线充电效率较低的问题。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明提供了一种无线充电中的定位系统及方法，用以解决采用现有的无线充电 技术进行充电时，充电发射天线与充电接收天线的位置匹配不够精确，导致了无线充电效 率较低的问题。
[0006] 本发明的一种无线充电中的定位系统，应用于电动车辆的无线充电，包括：充电发 射装置、充电发射天线、充电接收天线和充电接收装置，还包括：至少3个辅助发射定位天 线和至少3个辅助接收定位天线；其中，所述的至少3个辅助发射定位天线位于充电发射天 线四周且与充电发射天线的发射频率不相同；所述的至少3个辅助接收定位天线位于充电 接收天线四周且与充电接收天线的接收频率不相同；所述的充电接收装置通过各所述辅助 接收定位天线，获取各所述辅助发射定位天线发出的定位信号强度，根据所述的各定位信 号强度以及预设的各辅助发射定位天线与辅助接收定位天线之间的位置关系，调整电动车 辆的无线充电位置。
[0007] 其中，每一所述的辅助发射定位天线具备独立的辅助定位发射链路，以及每一所 述的辅助接收定位天线具备独立的辅助定位接收链路。
[0008] 其中，至少2个所述的辅助发射定位天线共用一个辅助定位发射链路，通过开关 切换各辅助发射定位天线在该辅助定位发射链路上发出定位信号；以及少2个所述的辅助 接收定位天线共用一个辅助定位接收链路，通过开关切换各辅助接收定位天线在该辅助定 位接收链路上接收定位信号。
[0009] 其中，所述的充电发射装置包括：充电控制模块，以及与所述充电控制模块分别相 连的充电发射模块和充电检测模块；充电控制模块控制充电的过程，并且与电力系统后台 控制系统连接，根据电力公司的后台系统的要求对车辆进行充电；充电检测模块用于反向 检测充电的效率和充电的频率；充电发射模块将电源信号转化成无线射频信号，并通过所 述的充电发射天线发射。
[0010] 本发明的一种无线充电中的定位方法，包括下列步骤：S1、辅助发射定位天线发出 定位信号；S2、辅助接收定位天线接收定位信号；S3、根据步骤S2中收到的各定位信号强度 以及预设的各辅助发射定位天线与辅助接收定位天线之间的位置关系，调整电动车辆的无 线充电位置；采用上述的无线充电中的定位系统实施。
[0011] 其中，步骤S1中还包括：每一所述的辅助发射定位天线具有唯一的ID号，并且在 发出的定位信号中携带有该ID号。
[0012] 其中，步骤S2中具体包括：每一所述的辅助接收定位天线持续接收各辅助发射定 位天线发出的定位信号；以及，步骤S3中具体包括：所述的充电接收装置提取各个所述定 位信号的强度信息，并根据每一辅助接收定位天线接收的各定位信号强度以及预设的各辅 助发射定位天线与辅助接收定位天线之间的位置关系，运用几何原理确定所述充电发射天 线与充电接收天线的位置关系和距离。
[0013] 本发明的一种充电发射系统，应用于电动车辆的无线充电，包括：充电发射装置、 充电发射天线，以及至少3个辅助发射定位天线，所述的至少3个辅助发射定位天线位于充 电发射天线四周且与充电发射天线的发射频率不相同；所述的充电发射装置通过充电发射 天线向外发射无线射频信号；所述的辅助发射定位天线向外发出定位信号。
[0014] 本发明的一种充电接收系统，应用于电动车辆的无线充电，充电接收天线、充电接 收装置，以及至少3个辅助接收定位天线，所述的至少3个辅助接收定位天线位于充电接收 天线四周且与充电接收天线的接收频率不相同；所述的充电接收装置通过充电接收天线接 收无线射频信号；所述的辅助接收定位天线接收定位信号，并由充电接收装置获取各定位 信号强度，根据所述的各定位信号强度以及预设的位置关系，调整电动车辆的无线充电位 置。
[0015] 本发明可以使发射天线和接收天线更好的进行位置匹配，提高无线充电的效率。 主要用在电动汽车无线充电领域，便于电动汽车的推广及普及。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0016] 图1是本发明实施例1中的无线充电定位系统的结构示意图；
[0017] 图2是本发明实施例1中的充电发射装置11的内部模块结构示意图；
[0018] 图3是本发明实施例1中的链路分配方式1的示意图；
[0019] 图4是本发明实施例1中的链路分配方式2的示意图；
[0020] 图5是本发明实施例1中的充电发射装置具体安装示意图；
[0021] 图6是本发明实施例2中的无线充电中的定位方法流程图；
[0022] 图7是本发明实施例3中的充电发射系统结构示意图；
[0023] 图8是本发明实施例4中的充电接收系统结构示意图。 【【具体实施方式】】
[0024] 经发明人研究发现，充电发射天线、充电接收天线主要是线圈形式的天线，无线充 电的能量传递主要依靠两个发射接收天线之间的耦合达到能量传递的效果。整个能量传递 的效率跟两个天线之间的耦合效果直接相关，当收发天线在位置上出现偏差时，充电发射 天线的磁通量就有一部分没进入充电接收天线，这样两个天线间的传递的能量就会降低， 因此研究两个天线之间的位置关系就非常必要了。发明人考虑到，如果通过在充电发射天 线周围添加其他频率的多个辅助定位天线，充电接收天线周围对应的多个辅助定位天线与 之配合，通过对应的辅助天线之间的通信进行位置的判定，从而使得无线充电的收发天线 在位置上匹配，进而达到提高传输效率，节约能量的目的。以下通过实施例进行详细说明。
[0025] 实施例1、本实施例的无线充电中的定位系统，主要应用于电动车辆的无线充电， 参见图1所示，包括：充电发射装置11、充电发射天线12、充电接收天线13和充电接收装置 14,还包括：至少3个辅助发射定位天线15,位于充电发射天线12四周且与充电发射天线 12的发射频率不相同；以及，至少3个辅助接收定位天线16 (辅助接收定位天线16需要对 接收信号进行信号处理，可采用FPGA或DSP芯片，便于信息的及时处理），位于充电接收天 线13四周且与充电接收天线13的接收频率不相同。充电接收装置14通过各辅助接收定 位天线16,获取各辅助发射定位天线15发出的定位信号强度，根据各定位信号强度以及预 设的各辅助发射定位天线15与辅助接收定位天线16之间的位置关系，调整电动车辆的无 线充电位置，即调整充电发射天线12与充电接收天线13的位置关系，进而使得位置相互匹 配，达到最佳耦合效果，提高无线充电效率。
[0026] 更为具体的，充电发射装置11的内部模块结构可参见图2所示，包括：充电控制 模块111，以及与充电控制模块111分别相连的充电发射模块112和充电检测模块113。其 中，充电控制模块111控制着充电的整个过程，并且与电力系统后台控制系统连接，根据电 力公司的后台系统的要求对车辆进行充电。充电检测模块113接收反馈信号，用于检测充 电的效率、充电的频率及通信信号，检测充电装置上方是否是被充电设备。充电发射模块 112将电源信号转化成无线射频信号，通过天线12发射出去。
[0027] 由于存在多个辅助发射定位天线15和对应数量的辅助接收定位天线16,因此需 要解决链路分配的问题，本实施例中提出2种分配方式。
[0028] 分配方式1可参见图3所示，每一辅助发射定位天线15具备独立的辅助定位发射 链路，在充电控制模块111中的发射控制电路的控制下，各个辅助发射定位天线15通过自 己的辅助定位发射链路发送定位信号。同理，每一辅助接收定位天线16也具备独立的辅助 定位接收链路，在充电接收装置14的控制下，各个辅助接收定位天线16通过自己的辅助定 位接收链路接收定位信号。
[0029] 分配方式2可参见图4所示，至少2个辅助发射定位天线15共用一个辅助定位发 射链路，在充电控制模块111中的发射控制电路的控制下，通过开关114切换各辅助发射定 位天线在该辅助定位发射链路上发出定位信号；同理，至少2个辅助接收定位天线16共用 一个辅助定位接收链路，在充电接收装置14的控制下，通过开关144切换各辅助接收定位 天线16在该辅助定位接收链路上接收定位信号。
[0030] 在具体实现中，充电发射装置11安装在停车位的前端，地面充电装置借用现有的 电力公司网络，由电力公司供电线缆供电，对停车位进行改造，安装无线充电设备使其具有 无线充电的功能。参见图5所示，充电发射装置11和充电发射天线12通过线缆连接，发射 线圈和寄生线圈之间通过空间耦合进行能量传递。充电发射装置11的表壳采用硬质的非 金属材质制成（面向汽车的一面），便于电磁波的投射，方便无线充电。电路部分制作在壳 体之内，保护电路不受外部破坏，并且防水防腐蚀。充电发射天线12采用外置的天线，围绕 在充电发射装置11外围，充电发射天线12采用直径较粗的铜管的方式，铜管表面涂有三防 漆，围成3维线圈的方式，可用于长期室外工程。充电发射天线12和电路部分再使用外壳 包装起来安装在充电发射装置11的表面下方，使之一体化。辅助发射定位天线15采用的 频率与充电发射天线12不同，辅助发射定位天线15及电路也和充电发射天线12安装在一 起，辅助发射定位天线15与充电发射天线12的相对位置关系提前规定好，辅助发射定位天 线15分布于充电发射天线12的周围，辅助发射定位天线15采用PCB天线的方式，便于安 装。
[0031] 实施例2、本实施例的无线充电中的定位方法，可采用上述实施例1的系统实施， 参见图6所示，包括下列主要步骤：
[0032] S21、辅助发射定位天线发出定位信号。
[0033] S22、辅助接收定位天线接收定位信号。
[0034] S23、根据步骤S22中收到的各定位信号强度以及预设的各辅助发射定位天线与 辅助接收定位天线之间的位置关系，调整电动车辆的无线充电位置。
[0035] 在具体实现中，通过在发射天线周围添加其他频率的多个辅助发射定位天线，定 位天线至少为3个。发射端和接收端的辅助定位天线的位置关系是事先规定好的。每个小 的辅助定位天线都有自己的ID号，几个辅助定位天线快速分时发射包含了自身ID信息的 信号。接收天线周围也有多个小的辅助接收定位天线，每个接收辅助定位天线不断的接收 发射辅助定位天线发来的信号，并进行信号大小的提取，每个接收辅助定位天线通过比较 接收到不同发射辅助定位天线发射信号的大小的不同，运用基本的几何原理确定位置和距 离，从而可以进行初步位置的判定。多个接收定位天线之间再进行二重的分析，从而得出明 确的位置信息，提高精度。根据位置信息，无线充电的收发天线再进行位置的调整，使得无 线充电的收发天线在位置上匹配，从而达到提高传输效率，节约能量的目的。更为具体的， 发射端的多个辅助发射定位天线受到发射控制电路的统一控制，可以分时发射，并通过控 制电路给每个发射链路的信息中包含了天线的ID信号，每个发射定位天线可以自身有一 条发射链路（可参见图3)，也可以多个发射定位天线公用一个发射链路（可参见图4)，通 过开关切换控制天线的发射。并在发射信息时包含了该天线的ID信息，便于接收辅助定位 天线的接收。接收辅助定位天线接收到的信号，通过判断对应的ID信息，从而得知是哪个 发射定位天线发射的信息，并将接收的信号的能量存储在接收控制芯片中，当得到多个接 收信号时，依据规定好的发射和接收端辅助定位天线的位置关系，根据接收到信号的大小 的不同，通过几何原理得到对应的位置信息。从而达到定位的目的。
[0036] 实施例3、本实施例的一种充电发射系统，可以是上述实施例1中的充电发射装置 11、充电发射天线12和辅助发射定位天线15的组合。参见图7所示，具体包括：充电发射 装置31、充电发射天线32,以及至少3个辅助发射定位天线33,所述的至少3个辅助发射定 位天线33位于充电发射天线32四周且与充电发射天线32的发射频率不相同；充电发射装 置31通过充电发射天线32向外发射无线射频信号；辅助发射定位天线33向外发出定位信 号。
[0037] 实施例4、一种充电接收系统，可以是上述实施例1中的充电接收天线13、充电接 收装置14和辅助接收定位天线16组合。参见图8所示，具体包括：充电接收天线41、充电 接收装置42,以及至少3个辅助接收定位天线43,所述的至少3个辅助接收定位天线43需 要对接收信号进行信号处理，可采用FPGA或DSP芯片，便于信息的及时处理，其位于充电接 收天线41四周且与充电接收天线41的接收频率不相同；充电接收装置42通过充电接收天 线41接收无线射频信号；辅助接收定位天线43接收定位信号，并由充电接收装置42获取 各定位信号强度，根据所述的各定位信号强度以及预设的位置关系，调整电动车辆的无线 充电位置。
[0038] 综上所述，本发明的优点如下：
[0039] 1、采用了无线充电装置的方式，借用现有的电力网络线路，安装在停车位的前方， 工程改造比较小，经济实惠，便于无线充电的推广普及。
[0040] 2、当普通的金属放置在充电天线上时，它对充电天线电压的影响和线圈天线的影 响是不同的，我们通过反向检测这些反馈影响的不同从而判断是否是充电线圈天线，检测 车辆停放位置是否合适。
[0041] 3、针对不同的被充设备，我们通过检测电压的变化，从而通过通信控制模块控制 充电电压，进而调整发射功率。
[0042] 4、通过电压转化模块的控制，我们可以调整线圈天线的谐振频率，进而可以和车 载部分的充电天线形成共振匹配，利于提高无线充电的效率。并且多线圈中的每个线圈都 存在可调的电容，可以调整对应的频率。
[0043] 5、每个接收辅助定位天线不断的接收发射辅助定位天线发来的信号，并进行信号 大小的提取，每个接收辅助定位天线通过比较接收到不同发射辅助定位天线发射信号的大 小的不同，运用基本的几何原理确定位置和距离，从而可以进行初略位置的判定
[0044] 6、多个接收定位天线之间再进行二重的分析，从而得出明确的位置信息，提高精 度。
[0045] 7、根据位置信息，无线充电的收发天线再进行位置的调整，使得无线充电的收发 天线在位置上匹配，从而达到提高传输效率，节约能量的目的。
[0046] 这里本发明的描述和应用都只是说明性和示意性的，并非是想要将本发明的范围 限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是完全可能的，对于那些本领域 的普通技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件均是公知的。本领域技术人员还应 该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、 布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现，以及在不脱离本发明范围和精神的情况 下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
【权利要求】
1. 一种无线充电中的定位系统，应用于电动车辆的无线充电，包括：充电发射装置、充 电发射天线、充电接收天线和充电接收装置，其特征在于，还包括：至少3个辅助发射定位 天线和至少3个辅助接收定位天线； 其中，所述的至少3个辅助发射定位天线位于充电发射天线四周且与充电发射天线的 发射频率不相同； 所述的至少3个辅助接收定位天线位于充电接收天线四周且与充电接收天线的接收 频率不相同； 所述的充电接收装置通过各所述辅助接收定位天线，获取各所述辅助发射定位天线发 出的定位信号强度，根据所述的各定位信号强度以及预设的各辅助发射定位天线与辅助接 收定位天线之间的位置关系，调整电动车辆的无线充电位置。
2. 如权利要求1所述的无线充电中的定位系统，其特征在于，每一所述的辅助发射定 位天线具备独立的辅助定位发射链路，以及每一所述的辅助接收定位天线具备独立的辅助 定位接收链路。
3. 如权利要求1所述的无线充电中的定位系统，其特征在于，至少2个所述的辅助发 射定位天线共用一个辅助定位发射链路，通过开关切换各辅助发射定位天线在该辅助定位 发射链路上发出定位信号；以及少2个所述的辅助接收定位天线共用一个辅助定位接收链 路，通过开关切换各辅助接收定位天线在该辅助定位接收链路上接收定位信号。
4. 如权利要求1所述的无线充电中的定位系统，其特征在于，所述的充电发射装置包 括：充电控制模块，以及与所述充电控制模块分别相连的充电发射模块和充电检测模块； 其中，充电控制模块控制充电的过程，并且与电力系统后台控制系统连接，根据电力公 司的后台系统的要求对车辆进行充电； 充电检测模块用于反向检测充电的效率和充电的频率； 充电发射模块将电源信号转化成无线射频信号，并通过所述的充电发射天线发射。
5. -种无线充电中的定位方法，其特征在于，包括下列步骤： 51、 辅助发射定位天线发出定位信号； 52、 辅助接收定位天线接收定位信号； 53、 根据步骤S2中收到的各定位信号强度以及预设的各辅助发射定位天线与辅助接 收定位天线之间的位置关系，调整电动车辆的无线充电位置； 上述步骤采用权利要求1至4任一项所述的无线充电中的定位系统实施。
6. 如权利要求5所述的无线充电中的定位方法，其特征在于，步骤S1中还包括：每一 所述的辅助发射定位天线具有唯一的ID号，并且在发出的定位信号中携带有该ID号。
7. 如权利要求5所述的无线充电中的定位方法，其特征在于，步骤S2中具体包括：每 一所述的辅助接收定位天线持续接收各辅助发射定位天线发出的定位信号； 以及，步骤S3中具体包括：所述的充电接收装置提取各个所述定位信号的强度信息， 并根据每一辅助接收定位天线接收的各定位信号强度以及预设的各辅助发射定位天线与 辅助接收定位天线之间的位置关系，运用几何原理确定所述充电发射天线与充电接收天线 的位置关系和距离。
8. -种充电发射系统，应用于电动车辆的无线充电，其特征在于，包括：充电发射装 置、充电发射天线，以及至少3个辅助发射定位天线，所述的至少3个辅助发射定位天线位 于充电发射天线四周且与充电发射天线的发射频率不相同； 所述的充电发射装置通过充电发射天线向外发射无线射频信号； 所述的辅助发射定位天线向外发出定位信号。
9. 一种充电接收系统，应用于电动车辆的无线充电，其特征在于，充电接收天线、充电 接收装置，以及至少3个辅助接收定位天线，所述的至少3个辅助接收定位天线位于充电接 收天线四周且与充电接收天线的接收频率不相同； 所述的充电接收装置通过充电接收天线接收无线射频信号； 所述的辅助接收定位天线接收定位信号，并由充电接收装置获取各定位信号强度，根 据所述的各定位信号强度以及预设的位置关系，调整电动车辆的无线充电位置。
【文档编号】H02J17/00GK104218636SQ201410401036
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】陈业军 申请人:陈业军