基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及电动汽车无线充电技术领域，具体公开了一种基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法及系统，其在拾取线圈上正交缠绕辅助线圈X、Y，通过测量辅助线圈X、Y的电压幅值，并对该电压幅值进行分析确定拾取线圈的X、Y轴偏移量，以及通过测量辅助线圈X、Y和拾取线圈的相位，并进行处理和分析，确定拾取线圈所处象限，从而根据拾取线圈的X、Y轴偏移量和所处象限唯一确定拾取线圈与发射线圈的相对位置关系，以便调整电车汽车的位置，保证较高的传输效率。本发明专利技术通过相位、电压有效值确定车辆位置，从根本上抑制了非线性因素对系统精准度的影响，提高了定位精度，一定程度上提升了系统的充电效率，且整体成本低。且整体成本低。且整体成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法及系统


[0001]本专利技术涉及电动汽车无线充电
，尤其涉及一种基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法及一种基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力电子技术的发展以及WPT的深入研究，人们将WPT技术应用在电动汽车上，在地面铺设有发射线圈，车辆底部装有接收线圈或称为拾取线圈，采用WPT技术对电动汽车进行供电，当车辆停靠在特定的充电区域即可进行充电。无线充电操作简便、安全性高，摆脱了传统有线充电方式操作复杂，且常有触电、自燃等危险。对于磁耦合式的无线电能传输，发射线圈和拾取线圈的相对位置偏移直接影响传输功率和效率。因此，在电动汽车无线充电的应用中，线圈对准功能对保障充电效率十分重要。
[0003]国内外关于定位的方法包括：传感器、摄像头图形定位技术、激光定位技术、磁耦合位置检测技术等。基于光学、摄像头等定位方法虽然检测精度高，但受环境影响较大；NFC方法检测距离较近，不适用于电动汽车无线充电系统；基于GPS的定位方法成本高。目前，电动汽车无线充电系统定位方法主要集中在磁定位和无线电定位。无线电校准工具是一个独立系统，它增加了额外的工作频率和复杂的检测硬件，这可能会产生频率干扰，增加系统复杂性，提高总成本等问题。而磁定位可以与充电系统共享大多数硬件和软件平台，方法简单。
[0004]在电动汽车无线充电系统中，大多使用圆盘型耦合机构，其磁通密度是轴对称分布的。发射端与拾取端尺寸相同。拾取端对称地放置辅助线圈，通过测量辅助线圈的感应电压值来估计磁通的变化，如图1所示。通过感应电压值的正负确定车辆所处方向，根据幅值确定位置。由于幅值与位移是非线性关系，非线性得的引入会降低系统精度，进而影响充电效率。
[0005]为实现二维平面上的定位，目前有方案在拾取端的前、后、左、右分别放置1个辅助线圈。在此基础上，为降低成本将辅助线圈的个数减小到3个，并按照等边三角形放置在线圈上。三个辅助线圈采用不同的工作频率，预先充电的电容器通过拾取线圈放电，震荡电流流过测量电路。对合成电流进行快速傅里叶变换计算出系统的等效阻抗，阻抗的虚部有三个峰值，对应三个谐振频率。借助峰值的变化确定车辆位置情况，峰值相同则代表完全对准。为进一步定向、定量地确定车辆位置又引入2个错位因子。这种方法外围硬件电路及其控制方法设计复杂，成本较高。
[0006]上述这些方法，非线性因素的引入导致误差过大，影响电动汽车的充电效率，或是外围硬件电路及其控制方法设计复杂，成本较高。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法及系统，解决的技术问题在于：如何以一种较为简单且低成本的方式实现电动汽车的高精度充电定位，以
保证较高的无线充电效率。
[0008]为解决以上技术问题，本专利技术首先提供一种基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法，包括步骤：
[0009]S1、在电动汽车的拾取线圈上安置正交辅助线圈；
[0010]其中，所述拾取线圈与发射端的发射线圈采用结构相同的矩形线圈；所述正交辅助线圈包括分别沿所述拾取线圈的横向中心线和纵向中心线缠绕在所述拾取线圈上的辅助线圈X和辅助线圈Y；
[0011]S2、当所述电动汽车驶进充电区域时，测量所述辅助线圈X的感应电压幅值V
X
和感应电压相位所述辅助线圈Y的感应电压幅值V
Y
和感应电压相位以及所述拾取线圈的感应电压相位
[0012]S3、判断感应电压幅值V
X
和V
Y
是否同时为0，若是为所述电动汽车进行无线充电，若否则进入下一步；
[0013]S4、分别根据感应电压幅值V
X
、V
Y
确定拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|和Y轴坐标的绝对值|Y
S
|，以及根据感应电压相位和确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
，这里建立的平面直角坐标系是以所述发射线圈的横向中心线和纵向中心线分别为X轴、Y轴，以该两条中心线的交点为坐标原点O；
[0014]S5、根据拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|、Y轴坐标的绝对值|Y
S
|及所在的象限L
n
确定拾取线圈中心点的位置坐标(X
S
,Y
S
)；
[0015]S6、所述电动汽车根据拾取线圈中心点的位置坐标(X
S
,Y
S
)调整电动汽车的位置。
[0016]进一步地，在所述步骤S4中，根据感应电压幅值V
X
确定所述拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|，具体包括步骤：
[0017]S4A1、在M个预设的不重叠不交叉的电压区间V
X1
,V
X2
…
V
XM
中确定感应电压幅值V
X
所对应的电压区间V
Xm
，m＝1,2
…
M；
[0018]S4A2、在M个预设的X轴坐标的绝对值|X
S1
|,|X
S2
|
…
|X
SM
|中确定电压区间V
Xm
所对应的绝对值|X
Sm
|，以此作为所述拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|，其中绝对值|X
S1
|,|X
S2
|
…
|X
SM
|与电压区间V
X1
,V
X2
…
V
XM
之间的一一对应关系根据标定而得；
[0019]在所述步骤S4中，基于与所述步骤S4A1至步骤S4A2相同的原理，根据感应电压幅值V
Y
确定所述拾取线圈中心点的Y轴坐标的绝对值|Y
S
|。
[0020]进一步地，在所述步骤S4中，根据感应电压相位和确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
，具体包括步骤：
[0021]S4B1、分别对感应电压相位和进行半波整流后再进行方波转化，得到对应的第一方波w
X
、第二方波w
Y
和第三方波w；
[0022]S4B2、将所述第一方波w
X
、所述第二方波w
Y
分别与所述第三方波w进行逻辑异或，得到对应的第一异或值E
X
和第二异或值E
Y
；
[0023]S4B3、根据所述第一异或值E
X
和第二异或值E
Y
的值组合与四个象限的对应关系确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
。
[0024]进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法，其特征在于，包括步骤：S1、在电动汽车的拾取线圈上安置正交辅助线圈；其中，所述拾取线圈与发射端的发射线圈采用结构相同的矩形线圈；所述正交辅助线圈包括分别沿所述拾取线圈的横向中心线和纵向中心线缠绕在所述拾取线圈上的辅助线圈X和辅助线圈Y；S2、当所述电动汽车驶进充电区域时，测量所述辅助线圈X的感应电压幅值V
X
和感应电压相位所述辅助线圈Y的感应电压幅值V
Y
和感应电压相位以及所述拾取线圈的感应电压相位S3、判断感应电压幅值V
X
和V
Y
是否同时为0，若是为所述电动汽车进行无线充电，若否则进入下一步；S4、分别根据感应电压幅值V
X
、V
Y
确定拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|和Y轴坐标的绝对值|Y
S
|，以及根据感应电压相位和确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
，这里建立的平面直角坐标系是以所述发射线圈的横向中心线和纵向中心线分别为X轴、Y轴，以该两条中心线的交点为坐标原点O；S5、根据拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|、Y轴坐标的绝对值|Y
S
|及所在的象限L
n
确定拾取线圈中心点的位置坐标(X
S
,Y
S
)；S6、所述电动汽车根据拾取线圈中心点的位置坐标(X
S
,Y
S
)调整电动汽车的位置。2.根据权利要求1所述的基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据感应电压幅值V
X
确定所述拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|，具体包括步骤：S4A1、在M个预设的不重叠不交叉的电压区间V
X1
,V
X2
…
V
XM
中确定感应电压幅值V
X
所对应的电压区间V
Xm
，m＝1,2
…
M；S4A2、在M个预设的X轴坐标的绝对值|X
S1
|,|X
S2
|
…
|X
SM
|中确定电压区间V
Xm
所对应的绝对值|X
Sm
|，以此作为所述拾取线圈中心点的X轴坐标的绝对值|X
S
|，其中绝对值|X
S1
|,|X
S2
|
…
|X
SM
|与电压区间V
X1
,V
X2
…
V
XM
之间的一一对应关系根据标定而得；在所述步骤S4中，基于与所述步骤S4A1至步骤S4A2相同的原理，根据感应电压幅值V
Y
确定所述拾取线圈中心点的Y轴坐标的绝对值|Y
S
|。3.根据权利要求2所述的基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据感应电压相位和确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
，具体包括步骤：S4B1、分别对感应电压相位和进行半波整流后再进行方波转化，得到对应的第一方波w
X
、第二方波w
Y
和第三方波w；S4B2、将所述第一方波w
X
、所述第二方波w
Y
分别与所述第三方波w进行逻辑异或，得到对应的第一异或值E
X
和第二异或值E
Y
；S4B3、根据所述第一异或值E
X
和第二异或值E
Y
的值组合与四个象限的对应关系确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
。4.根据权利要求2所述的基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法，其特征在于，所述步骤S4B3具体为：
当所述第一异或值E
X
为0且所述第二异或值E
Y
为1，确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
为第一象限L1；当所述第一异或值E
X
为1且所述第二异或值E
Y
为1，确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
为第二象限L2；当所述第一异或值E
X
为1且所述第二异或值E
Y
为0，确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
为第三象限L3；当所述第一异或值E
X
为0且所述第二异或值E
Y
为0，确定拾取线圈中心点所在的象限L
n
为第四象限L4。5.根据权利要求1～4任一项所述的基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准方法，其特征在于：所述发射线圈的下方安设有发射端磁芯；所述发射端磁芯包括4条L型磁芯，每条L型磁芯包括与所述发射线圈平行的水平矩形磁芯和竖直设置在所述水平矩形磁芯上的竖直矩形磁芯，所述发射线圈的四条边分别放置在4个所述水平矩形磁芯上。6.基于正交辅助线圈的电动汽车充电位置对准系统，其特征在于，包括安置在电动汽车的拾取线圈上的正交辅助线圈，以及安装于电动汽车上的感应电压幅值采样模块、感应电压相位采样模块、相位处理模块、位置决策模块和位置调整模块；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智慧，陈秋睿，胡宏晟，唐春森，左志平，李小飞，钱俊华，刘琪铨，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：