本發(fā)明涉及電動汽車無線充電領(lǐng)域，具體涉及一種用于電動汽車無線充電的定位系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

我國大城市的大氣污染已不能忽視,燃油汽車排放是主要污染源之一,目前已有16個城市被列入全球大氣污染最嚴(yán)重的20個城市之中，我國現(xiàn)今汽車的擁有量是每1000人平均10輛汽車,但石油資源不足,每年需進(jìn)口幾千萬噸石油。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,假如中國汽車持有量達(dá)到現(xiàn)在全球每1000人有110輛汽車的水平,石油進(jìn)口就成為大問題.因此在我國研究發(fā)展電動汽車不是一個臨時的短期措施,而是意義重大的、長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。

電動汽車本身不排放污染大氣的有害氣體,廢氣排出比燃油汽車減少95%左右，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放,除硫和微粒外,其他污染物也顯著減少。由于電廠大多建在遠(yuǎn)離人口密集的城市,對人類傷害較少,而且電廠是固定不動的,集中的排放,清除各種有害排放物較容易,也已有了相關(guān)技術(shù)。同時電能可以從多種一次能源獲得,如煤、核能、水力等,可緩解人類對石油資源的依賴以及對其日見枯竭的擔(dān)心。

動力電池的電氣充電方法包括接觸式充電和無線充電[wirelesspowertransmission,wpt]。wpt便于實現(xiàn)無人自動充電和移動式充電，在保證所需行駛里程的前提下，可通過頻繁充電來大幅減少ev配備的動力電池容量，減輕車體重量，提高能量的有效利用率，推進(jìn)ev的市場化。

現(xiàn)有的電動汽車無線充電技術(shù)對于收發(fā)線圈的對準(zhǔn)問題常采用限位桿來解決，限位桿雖然能大致使發(fā)射端和接收端兩者對齊，但現(xiàn)有的無線充電技術(shù)的傳輸效率與位置的偏移量關(guān)系較大。再者，限位桿并不能為電動汽車的左右位置提供約束，而且不一樣型號的電動汽車的長短寬窄是不一樣的。所以，將電動汽車停在車位上發(fā)射電磁組件和接收電磁組件發(fā)生偏移的情況占大多數(shù)。采用限位桿對準(zhǔn)方式的精確度不夠，不能保持充電過程的高效率；某些采用接收端可移動式的設(shè)計，不僅會增加裝置的復(fù)雜程度而且車底空間有限，可調(diào)范圍極其有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對電動汽車無線充電在位置未對準(zhǔn)的情況下效率低下的問題，本發(fā)明提出了一種設(shè)計簡單、靈敏度高、使電動汽車無線充電裝置保持在高效率充電狀態(tài)的通過平衡線圈進(jìn)行汽車定位的電動汽車無線充電裝置。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種用于電動汽車無線充電的定位系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括安裝在汽車底盤的電能接收部分1，鋪設(shè)在地面的電能發(fā)射部分2，定位系統(tǒng)3，與電能發(fā)射部分2、定位系統(tǒng)3分別通過電纜4連接的控制器5；

所述電能接收部分包括電能接收控制器、接收線圈ls和大功率高頻整流電路；

所述定位系統(tǒng)位于電能接收部分1和電能發(fā)射部分2之間。

所述控制器5包括電能發(fā)射控制器、定位控制器，所述電能發(fā)射控制器接收來自定位控制器的信號，所述電能發(fā)射控制器包括整流濾波電路、大功率逆變電路、發(fā)射控制模塊；所述定位控制器包括電壓放大電路、峰值檢測電路、定位控制模塊；

所述電能發(fā)射部分的發(fā)射線圈2連接電能發(fā)射控制器，所述定位系統(tǒng)的平衡線圈3連接定位控制器，所述電能接收部分的接收線圈面積小于所述電能發(fā)射部分的發(fā)射線圈面積。

進(jìn)一步地，在電能發(fā)射控制器內(nèi)，所述整流濾波電路的輸入端與交流電源連接，整流濾波電路的輸出端通過調(diào)整工作電壓值的dc-dc升降壓斬波電路與大功率逆變電路的輸入端相連，在發(fā)射控制模塊構(gòu)成的電能發(fā)射控制器的調(diào)整下，將變換后的電能間斷送入發(fā)射線圈lp中使其產(chǎn)生交變磁場；

接收線圈ls進(jìn)入到發(fā)射線圈lp的交變磁場中，經(jīng)過連接大功率高頻整流電路之后，變成直流電連接至電池充電。

進(jìn)一步地，所述平衡線圈為兩個并行對稱設(shè)置的定位線圈，平衡線圈緊貼發(fā)射線圈安裝，通過檢測平衡線圈電勢差，確定電動汽車的最佳充電位置距離。

進(jìn)一步地，所述電能接收部分還包括設(shè)置在大功率高頻整流電路輸出端和電池輸入端之間的濾波電容、位于電池輸出端和電能發(fā)射控制器輸入端之間的電池電壓和充電電流檢測單元；所述電池為動力電池。

進(jìn)一步地，所述的大功率逆變電路采用全橋逆變電路，所述全橋逆變電路使用igbt作為開關(guān)管，所述igbt開關(guān)管的控制方式為雙極性pwm控制方法。

進(jìn)一步地，所述接收部分還包括不可控整流器，所述不可控整流器采用快恢復(fù)二極管的單相橋式整流器。

進(jìn)一步地，所述電池采用的是三段式充電模式。

本發(fā)明還提供一種用于電動汽車無線充電的定位方法，其特殊之處在于：采用本發(fā)明提供的定位系統(tǒng)對電動汽車進(jìn)行無線充電時的定位方法，具體步驟如下：

步驟1、在定位控制器內(nèi)設(shè)置平衡線圈電勢差的原始值、過壓保護(hù)值、定位閾值；

步驟2，電動汽車駛?cè)攵ㄎ幌到y(tǒng)上方，隨著發(fā)射線圈與接收線圈的靠近，手機(jī)app啟動充電功能通過云平臺自動獲得電動汽車的定位信息，若定位信息準(zhǔn)確則開始充電，若定位信息有誤則執(zhí)行步驟3；

步驟3、在電動汽車駛?cè)攵ㄎ幌到y(tǒng)后，進(jìn)行過壓保護(hù)測定，獲得電壓檢測值后，將電壓檢測值與過壓保護(hù)值進(jìn)行比較，如超出過壓保護(hù)值，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，報警并啟動斷電，待故障排除后，再次將重新測定的電壓檢測值與過壓保護(hù)值進(jìn)行比較；若電壓檢測值在過壓保護(hù)值的合理范圍內(nèi)，則執(zhí)行步驟4；

步驟4、根據(jù)發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場，兩個并行對稱設(shè)置的定位線圈感應(yīng)得到電勢差，并對電勢差進(jìn)行放大、整流、濾波、峰值檢測、a/d轉(zhuǎn)換后存儲在定位控制器內(nèi)；

步驟5、定位控制器將電勢差與原始值的差值和定位閾值之間進(jìn)行比較，若差值大于定位閾值，則用戶再次駕駛電動汽車定位，執(zhí)行步驟2；若差值小于定位閾值，則電動汽車?yán)^續(xù)在停留位置進(jìn)行充電，直至手機(jī)app顯示充電結(jié)束后，用戶駕駛離開定位系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有電動汽車無線充電裝置在定位和對準(zhǔn)的一些不足，本發(fā)明采用較大的發(fā)射線圈，顯著提高了接收線圈位置的水平自由度，同時使用平衡線圈的定位系統(tǒng)，可及時提醒車主線圈是否對準(zhǔn)。

2、本發(fā)明采用的是平衡線圈技術(shù)，在實現(xiàn)車輛定位的同時，對于收發(fā)線圈耦合區(qū)域混入的金屬異物也具有檢測的能力。由于收發(fā)線圈耦合區(qū)域存在高頻的磁場，混入耦合區(qū)域的金屬在渦流效應(yīng)的影響下會急劇地發(fā)熱，對人員和裝置的安全都會造成嚴(yán)重的威脅。本發(fā)明可在耦合區(qū)域混入金屬的情況下及時地發(fā)出警報并斷開電源，保護(hù)人員與設(shè)備的安全。

3、本發(fā)明平衡線圈的檢測電路部分增加了電壓峰值檢測電路，能夠有效降低外界因素對裝置檢測穩(wěn)定性的影響，提高檢測的精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是電動汽車無線充電的電路示意圖。

圖3是本發(fā)明平衡線圈的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是平衡線圈實現(xiàn)汽車定位的流程圖。

圖5是本發(fā)明控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

標(biāo)記說明：1、電能接收部分，2、電能發(fā)射部分，3、定位系統(tǒng)，4、電纜，5、控制器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1-5對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供用于電動汽車無線充電的定位系統(tǒng)，主要包括地面部分和車載部分。其中地面部分包括電纜4、控制器5、設(shè)置有發(fā)射線圈的電能發(fā)射部分2，車載部分包括設(shè)置有接收線圈的電能接收部分1。還包括位于電能接收部分1和電能發(fā)射部分2之間的定位系統(tǒng)3，電能發(fā)射部分2、定位系統(tǒng)3分別通過電纜4連接的控制器5。

結(jié)合圖1-2，電能接收部分包括電能接收控制器、接收線圈ls和大功率高頻整流電路；其中電能接收控制器為接收端arm。

所述控制器5包括電能發(fā)射控制器、定位控制器，所述電能發(fā)射控制器接收來自定位控制器的信號，所述電能發(fā)射控制器包括整流濾波電路、大功率逆變電路、發(fā)射控制模塊；所述定位控制器包括電壓放大電路、峰值檢測電路、定位控制模塊。

所述電能發(fā)射部分的發(fā)射線圈2連接電能發(fā)射控制器，其中，電能發(fā)射控制器為發(fā)射端arm。所述定位系統(tǒng)的平衡線圈3連接定位控制器，所述的電能接收部分的接收線圈面積小于所述電能發(fā)射部分的發(fā)射線圈面積。

在電能發(fā)射控制器內(nèi)，所述整流濾波電路的輸入端與220v交流電源連接，整流濾波電路的輸出端通過dc-dc升降壓斬波電路調(diào)整到適合的工作電壓值后，與大功率逆變電路的輸入端相連，在發(fā)射控制模塊構(gòu)成的電能發(fā)射控制器的調(diào)整下，將變換后的電能間斷送入發(fā)射線圈lp中使其產(chǎn)生交變磁場；

接收線圈ls進(jìn)入到發(fā)射線圈lp的交變磁場中，，產(chǎn)生共振，繼而產(chǎn)生電流，經(jīng)過連接大功率高頻整流電路之后，變成直流電連接至電池充電。

所述電能接收部分還包括設(shè)置在大功率高頻整流電路輸出端和電池輸入端之間的濾波電容、位于電池輸出端和電能發(fā)射控制器輸入端之間的電池電壓和充電電流檢測單元；所述電池為動力電池。位于充電汽車上的電池電壓和充電電流檢測單元實時監(jiān)測接收端數(shù)值，調(diào)整變換后輸入接收端arm構(gòu)成的電能接收控制器；接收端arm控制著調(diào)整輸出電壓電流，以保證可靠的給電池充電；發(fā)射端arm與接收端arm通過藍(lán)牙或wifi進(jìn)行連接通訊。

所述的大功率逆變電路采用全橋逆變電路，所述全橋逆變電路使用igbt作為開關(guān)管，所述igbt開關(guān)管的控制方式為雙極性pwm控制方法。

所述的電能發(fā)射部分還包括通過諧振電容與高頻逆變器相連的升降壓斬波電路、通過功率因數(shù)補(bǔ)償電容與升降壓斬波電路相連的輸入220v交流電的不可控整流器、對升降壓斬波電路進(jìn)行pwm控制的arm芯片。所述不可控整流器采用快恢復(fù)二極管的單相橋式整流器。

所述電池采用的是三段式充電模式。

如圖3所示，所述平衡線圈為兩個并行對稱設(shè)置的定位線圈，平衡線圈緊貼發(fā)射線圈安裝，通過檢測平衡線圈電勢差，確定電動汽車的最佳充電位置距離。

平衡線圈的工作原理為：發(fā)射線圈中通入高頻交變電壓，從而產(chǎn)生高頻交變磁場，在兩個差動連接的接收線圈中產(chǎn)生兩個反相、同頻、等幅的電動勢，正常情況下能夠相互抵消。當(dāng)由于收發(fā)線圈沒有對準(zhǔn)時，兩個差動連接的接收線圈處的磁場強(qiáng)度不同，感應(yīng)出的電動勢的幅值不一樣，平衡被打破，產(chǎn)生一個電勢差，被平衡線圈電動勢檢測電路檢測到，并進(jìn)行放大，整形等變換操作后，進(jìn)入發(fā)射端arm進(jìn)行處理運(yùn)算。運(yùn)算后的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙返回至接收端arm，通過顯示單元顯示出來，供駕駛員調(diào)整車身，繼續(xù)對齊接收線圈與發(fā)射線圈的相對位置。

由于傳統(tǒng)的平衡線圈占據(jù)空間體積較大，在能量傳輸空間較小的無線電能傳輸系統(tǒng)中很難應(yīng)用，所以基于傳統(tǒng)原理提出改進(jìn)的平衡線圈，結(jié)構(gòu)如圖3所示平衡線圈不再安裝在發(fā)射線圈兩側(cè)，而是采用兩個并行對稱的半圓形接收線圈，緊貼發(fā)射線圈安裝，簡化了安裝流程，繼承了傳統(tǒng)平衡線圈的高檢測精度和靈敏度以及優(yōu)越的抗干擾性能等優(yōu)點，同時具有更好的適用性。

利用平衡線圈進(jìn)行汽車定位的流程圖如圖4所示，由于設(shè)備溫度漂移以及外界震動等因素的影響，每次上電檢測之前檢測電壓差都會有細(xì)微變化，這對精確位置檢測具有較大影響。故在系統(tǒng)上電前記錄一次電壓差，接著系統(tǒng)上電，過壓保護(hù)電路保證系統(tǒng)不過壓，將此時檢測的電壓差減去上電前的電壓差后得到的電壓進(jìn)行放大和整流濾波，通過峰值檢測和ad轉(zhuǎn)換后將信號送入arm芯片中。arm芯片比對輸入信號與設(shè)定值的大小，得出車輛是否偏離的信息，進(jìn)而可以提醒車主目前的位置情況。

根據(jù)本發(fā)明提供發(fā)用于電動汽車無線充電的定位系統(tǒng)，具體定位方法采用如下步驟。

步驟1、在定位控制器內(nèi)設(shè)置平衡線圈電勢差的原始值、過壓保護(hù)值、定位閾值。

步驟2，電動汽車駛?cè)攵ㄎ幌到y(tǒng)上方，隨著發(fā)射線圈與接收線圈的靠近，手機(jī)app啟動充電功能通過云平臺自動獲得電動汽車的定位信息，若定位信息準(zhǔn)確則開始充電，若定位信息有誤則執(zhí)行步驟3。

步驟3、在電動汽車駛?cè)攵ㄎ幌到y(tǒng)后，進(jìn)行過壓保護(hù)測定，獲得電壓檢測值后，將電壓檢測值與過壓保護(hù)值進(jìn)行比較，如超出過壓保護(hù)值，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，報警并啟動斷電，待故障排除后，再次將重新測定的電壓檢測值與過壓保護(hù)值進(jìn)行比較；若電壓檢測值在過壓保護(hù)值的合理范圍內(nèi)，則執(zhí)行步驟4。

步驟4、根據(jù)發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場，兩個并行對稱設(shè)置的定位線圈感應(yīng)得到電勢差，并對電勢差進(jìn)行放大、整流、濾波、峰值檢測、a/d轉(zhuǎn)換后存儲在定位控制器內(nèi)。

步驟5、定位控制器將電勢差與原始值的差值和定位閾值之間進(jìn)行比較，若差值大于定位閾值，則用戶再次駕駛電動汽車定位，執(zhí)行步驟2；若差值小于定位閾值，則電動汽車?yán)^續(xù)在停留位置進(jìn)行充電，直至手機(jī)app顯示充電結(jié)束后，用戶駕駛離開定位系統(tǒng)。