一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器及其控制方法，包括发射板以及外壳，所述发射板与所述外壳之间设有可调节发射板与外壳距离的升降机构。本发明专利技术通过调节发射线圈与接收线圈的间距，进而调节电池充电电流的大小，提高系统的传输效率，丝杠以及位移引导机构确保发射板的位移稳定性，采用伺服电机，保证了位移的迅速以及位移距离的精确。

A wireless charger of electric vehicle and its control method

The invention discloses an electric vehicle wireless charger which can automatically adjust the coil spacing and a control method thereof, including a transmitting plate and a shell, between the transmitting plate and the shell is provided with a lifting mechanism which can adjust the distance between the transmitting plate and the shell. By adjusting the distance between the transmitting coil and the receiving coil, the invention further adjusts the charging current of the battery, improves the transmission efficiency of the system, ensures the displacement stability of the transmitting plate by the lead screw and the displacement guiding mechanism, and adopts the servo motor to ensure the rapid displacement and the accuracy of the displacement distance.

【技术实现步骤摘要】
一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器及其控制方法
本专利技术涉及一种无线充电方法，尤其是涉及一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器及其控制方法。
技术介绍
随着无线充电技术的发展，无线充电的电动汽车正在走向商业化，电动汽车无线充电器已经成为研究的热点。目前电动汽车的动力电池大多采用锂电池，而锂电池对充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。锂电池的充电过程可以分为四个阶段：涓流充电(低压预充)、恒流充电、恒压充电以及充电终止。在涓流充电和恒流充电阶段，充电电流均是恒定的；而在恒压充电阶段，要求充电电压不变，充电电流逐渐减小，一般认为充电电流下降至0.01C时充电结束。针对采用发射端和接收端均采用补偿电容与电感串联的补偿结构的无线充电器，其接收端电池的充电电流与发射端的输入电压、发射线圈与接收线圈的互感值以及系统谐振频率有关，具体可通过下式表示其中，U1是只考虑一次谐波时发射端的输入电压；I2是只考虑一次谐波时电池的充电电流；M是发射线圈与接收线圈的互感值；ω是系统谐振频率。目前的电动汽车无线充电器为了满足锂电池对充电器的基本要求，在恒流充电阶段，只要保持参数U1、M和ω不变，充电电流I2即不变；而在进入恒压充电阶段时，一般通过无线充电器的控制模块减小发射端的输入电压来降低充电电流。但是，减小发射端输入电压将会在一定程度上降低系统的能量传输效率，导致过多的能量损耗。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术调节发射端输入电压导致无线充电系统的传输效率降低的问题，提供一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器及其控制方法，提高系统的传输效率。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，包括发射板、接收板、升降机构、距离传感器、电压传感器、电流传感器、无线通信模块、外壳和控制器，所述接收板安装在电动汽车底盘下方并与电动汽车电池包充电端连接，所述外壳上表面设有用于容纳所述升降机构的腔，所述升降机构安装在所述腔内，所述发射板安装在升降机构上，所述距离传感器安装在发射板上，所述距离传感器检测发射板与其上方物体的距离，所述电压传感器、电流传感器以及无线通信模块均安装在接收板上，所述电压传感器检测电动汽车电池包两端的电压，所述电流传感器检测接收板内的接收线圈的输出电流，所述无线通信模块与控制器建立通信连接，所述升降机构以及距离传感器均与控制器连接。作为优选，所述升降机构包括驱动电机、减速齿轮箱、丝杠、位移引导机构和支撑板，所述驱动电机以及位移引导机构与外壳固定连接，所述驱动电机通过减速齿轮箱与所述丝杠传动连接，所述支撑板与位移引导机构滑动连接，所述丝杠第二端与外壳转动连接，所述丝杠第一端与支撑板螺纹连接。丝杠用于将驱动电机的转动转换为支撑板的移动，位移引导机构对支撑板起约束作用，避免支撑板在移动的同时，随着丝杠旋转。嵌入腔能够在无线充电器不工作时，将支撑板以及发射板收入其中。同时嵌入腔整体凹陷在外壳端面，相对于支撑板而言，嵌入腔的底端面为其位移极点，凹陷设计使得支撑板在移动过程中不需要过多的伸出外壳，保护了升降机构。作为优选，所述支撑板设有至少两个用于固定所述发射板的卡爪，两个所述卡爪位于发射板的两侧。卡爪相对设置在发射板的两侧，两侧为发射板的拆装通道，使用卡爪设计，可以在保证发射板与支撑板连接牢固的同时，方便两者之间的拆装。作为优选，所述驱动电机通过固定支架与外壳连接。固定支架配合驱动电机的尺寸通过紧固螺栓与外壳固定连接，保证了驱动电机的稳固性，同时方便拆装。作为优选，所述位移引导机构包括滑轨和滑块，所述滑轨设置在嵌入腔的内壁，所述滑轨延伸方向与丝杆的轴心平行，所述支撑板上固定安装设有与所述滑轨卡接的滑块。滑轨与丝杠平行，主要对支撑板起约束作用，支撑板的滑块与嵌入腔内壁的滑轨配合，使得支撑板在平移过程中不会随丝杠旋转。同时支撑板在嵌入腔内移动过程中，支撑板与嵌入腔内壁会产生摩擦或者配合间隙的晃动，影响升降机构的稳定性，现使用滑轨消除了两者之间的摩擦与配合间隙，改善了工作效果。作为优选，所述位移引导机构为滑杆和滑套，所述滑杆与所述支撑板固定连接，所述滑套与外壳固定连接，所述滑杆延伸方向与丝杆的轴心平行，所述滑杆与滑套滑动连接。滑杆主要对支撑板起约束作用，滑杆与滑套的配合，使得支撑板在平移过程中不会随丝杠旋转。作为优选，所述驱动电机为伺服电机。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。作为优选，所述升降机构包括弹簧和可控开关，所述弹簧安装在外壳和发射板之间，所述弹簧两端分别与外壳和发射板固定连接，所述弹簧收缩时使发射板上升，所述弹簧第一端通过可控开关与发射板的供电电源第一端连接，所述弹簧第二端与发射板的供电电源第二端连接。弹簧通电后收缩，带动发射板靠近接收板，使用弹簧作为动力件，避免使用价格昂贵、结构复杂且需要润滑及维护的电动机，能够极大的简化装置，降低制造成本。作为优选，所述升降机构还包括柱塞、气缸和电磁阀，所述柱塞与发射板底部固定连接，所述气缸固定安装在外壳的腔的底部且开口向上，所述柱塞插入所述气缸并形成气密连接，所述电磁阀与气缸连通，所述可控开关以及电磁阀的控制端均与控制器连接。当弹簧通电带动发射板上升时，电磁阀打开，空气进入气缸，而后电磁阀关闭，弹簧断电，此时柱塞挤压气缸内的空气，使发射板保持一定的高度，但由于空气的可压缩性，弹簧带动发射板上升时应有一定的补偿量，补偿空气被压缩导致的下降量。一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器的控制方法，适用于如前述的一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，包括以下步骤：步骤一、电动汽车停泊在充电区域，并使接收板基本位于发射板正上方，此时，升降机构不工作，发射板位于外壳腔内，控制器控制发射板以预设的发射线圈电压以及谐振频率工作，进行恒流充电；步骤二、当电动汽车电池包两端的电压达到设定阈值时，控制器周期性读取电流传感器的检测电流值，若检测电流值大于预设的第一阈值，则控制器控制升降机构带动发射板靠近接收板，直到电流传感器的检测电流值小于预设的第二阈值或者发射板达到与接收板的最近距离，所述第二阈值略小于第一阈值，若发射板已达到与接收板的最近距离且检测电流值大于预设的第一阈值，则减小发射板的发射线圈两端的电压，直到检测电流值小于预设的第二阈值；步骤三、若电流小于或等于预设的第三阈值，则停止充电，控制器控制升降机构带动发射板复位，完成充电。目前的研究表明，对于采用发射端和接收端均采用补偿电容与电感串联的补偿结构的无线充电器，电池的充电电流与发射线圈和接收线圈的互感值近似成反比，而且发射线圈与接收线圈的互感值随着发射线圈与接收线圈的间距减小而增大。因此，减小发射线圈与接收线圈的间距便可以减小电池的充电电流，满足电池对恒压充电阶段的充电电流的要求。当电动汽车需要充电时，电动汽车带动无线充电器接收板向无线充电器发射板靠近。为保证较高的充电效率，应尽可能使无线充电器接收板与发射板平行且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，其特征是，包括发射板、接收板、升降机构、距离传感器、电压传感器、电流传感器、无线通信模块、外壳和控制器，所述接收板安装在电动汽车底盘下方并与电动汽车电池包充电端连接，所述外壳上表面设有用于容纳所述升降机构的腔，所述升降机构安装在所述腔内，所述发射板安装在升降机构上，所述距离传感器安装在发射板上，所述距离传感器检测发射板与其上方物体的距离，所述电压传感器、电流传感器以及无线通信模块均安装在接收板上，所述电压传感器检测电动汽车电池包两端的电压，所述电流传感器检测电池端的输入电流，所述无线通信模块与控制器建立通信连接，所述升降机构以及距离传感器均与控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，其特征是，包括发射板、接收板、升降机构、距离传感器、电压传感器、电流传感器、无线通信模块、外壳和控制器，所述接收板安装在电动汽车底盘下方并与电动汽车电池包充电端连接，所述外壳上表面设有用于容纳所述升降机构的腔，所述升降机构安装在所述腔内，所述发射板安装在升降机构上，所述距离传感器安装在发射板上，所述距离传感器检测发射板与其上方物体的距离，所述电压传感器、电流传感器以及无线通信模块均安装在接收板上，所述电压传感器检测电动汽车电池包两端的电压，所述电流传感器检测电池端的输入电流，所述无线通信模块与控制器建立通信连接，所述升降机构以及距离传感器均与控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，其特征是，所述升降机构包括驱动电机、减速齿轮箱、丝杠、位移引导机构和支撑板，所述驱动电机以及位移引导机构与外壳固定连接，所述驱动电机通过减速齿轮箱与所述丝杠传动连接，所述支撑板与位移引导机构滑动连接，所述丝杠第二端与外壳转动连接，所述丝杠第一端与支撑板螺纹连接。3.根据权利要求1所述的一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，其特征是，所述支撑板设有至少两个用于固定所述发射板的卡爪，两个所述卡爪位于发射板的两侧。4.根据权利要求2所述的一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，其特征是，所述驱动电机通过固定支架与外壳连接。5.根据权利要求2所述的一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，其特征是，所述位移引导机构包括滑轨和滑块，所述滑轨设置在嵌入腔的内壁，所述滑轨延伸方向与丝杆的轴心平行，所述支撑板上固定安装设有与所述滑轨卡接的滑块。6.根据权利要求2所述的一种可自动调节线圈间距的电动汽车无线充电器，其特征是，所述位移引导机构包括滑杆和滑套，所述滑杆与所述支撑板固定连接，所述滑套与外壳固定连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维汉，武慎春，尹安东，时辉，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34