阅读说明：本技术 一种电动汽车无线充放电与定位功能复用装置及其模式切换控制方法 (Electric vehicle wireless charging and discharging and positioning function multiplexing device and mode switching control method thereof ) 是由 王维 张存 许晨进 曾振炜 王劼忞 王�琦 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电动汽车无线充放电与定位功能复用装置及其模式切换控制方法,适用于电动汽车无线充电定位场景、充电场景以及电网调度场景,通过采集各路信号设置以改变开关触头的连接位置实现功能复用。本发明结构简单,逻辑清晰,通过极少的通信步骤和电子电路器件实现了多功能的复用,辅以监测系统可保证系统安全高效运行；在电动汽车无线V2G等应用场合,本发明实用性高、可实施性强,具有很好的经济性和社会意义。(The invention discloses a wireless charging and discharging and positioning function multiplexing device for an electric automobile and a mode switching control method thereof, which are suitable for wireless charging and positioning scenes, charging scenes and power grid dispatching scenes of the electric automobile, and realize function multiplexing by collecting signal settings of all paths to change the connection position of a switch contact. The invention has simple structure and clear logic, realizes multifunctional multiplexing through few communication steps and electronic circuit devices, and can ensure the safe and efficient operation of the system by being assisted with a monitoring system; in the application occasions of electric automobile wireless V2G and the like, the invention has high practicability and strong implementability and has good economic and social significance.)

一种电动汽车无线充放电与定位功能复用装置及其模式切换 控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其是一种电动汽车无线充放电与定位功能复用装置及其模式切换控制方法。

背景技术

随着智能化进程的不断推进，电动汽车无线充电技术也越来越多地进入了大众的视野中。电动汽车安全、清洁，在必要的时候还可作为接入源为电网调度提供一定的裕度。但是目前还未有一种可靠的开关控制策略完成各个功能之间的切换，因此需要针对于该问题进行控制策略的设计和选择。

电动汽车无线充电技术的定位系统属于独立系统，若能实现定位、充电、电网调度功能一体化将能大大提高系统的使用效率和功能，因此需要设计相应的逻辑功能和开关动作方式对上述功能进行统筹控制以实现装置的复用性。相对于普通的机械开关，数字信号电路安全可靠，因此常用来控制电子电路开关。如能有一种结合上述两种策略优点的开关电路出现，将会高效的实现既定功能，同时又降低了系统的复杂度以及系统功耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电动汽车无线充放电与定位功能复用装置及其模式切换控制方法，结构简单，逻辑清晰，通过极少的通信步骤和电子电路器件实现了多功能的复用，辅以监测系统可保证系统安全高效运行。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电动汽车无线充放电与定位功能复用装置，包括：六线圈，车载系统包括接收线圈和两对平衡线圈，地面端存在发射线圈；平衡线圈Bx₁,Bx_1’之间存在物理连接，平衡线圈Bx₂,Bx_2’之间也存在物理连接；每一线圈回路均包含调谐电容和限流电阻，其中两个平衡线圈回路各自设有整流装置，用以输出差分电流信号，车载端回路共用开关回路，地面端为单独开关回路。

优选的，接收线圈回路包括车载电池、高频逆变器、限流电阻R_L、调谐电容、接收线圈以及数字程控开关S₁，其中车载电池两端接高频逆变器输入端，限流电阻R_L串联在高频逆变器输出侧，再串联上调谐电容和接收线圈，最后接入数字程控开关S₁；四个平衡线圈回路包括采样电阻R_AC、调谐电容、平衡线圈以及数字程控开关S₃、S₄、S₅、S₆，其中每组平衡线圈回路中，采样电阻R_AC与调谐电容、对应的数字程控开关以及平衡线圈串联；地面端的发射线圈回路包括高频逆变器、发射线圈、调谐电容以及数字程控开关S₂，与电网输出端串联的高频逆变器，高频逆变器的输出端与调谐电容、发射线圈以及数字程控开关串联；初始待机状态为S₁端口打至d端口，S₂端口打至h端口，S₃、S₄、S₅、S₆打至j端口。

优选的，复用装置包含无线充电、无线放电、定位三种功能，其中，无线充电功能(G-V模式)实现所对应的开关动作稳态为：S₁打至b端口，S₂打至f端口，S₃、S₄、S₅、S₆打至j端口；无线放电功能(V-G模式)为：S₁打至c端口，S₂打至g端口，S₃、S₄、S₅、S₆打至j端口；定位功能为：S₁打至a端口，S₂打至e端口，S₃、S₄、S₅、S₆打至i端口。

优选的，接收线圈回路电压激励大小U_i、限流电阻大小R_L；平衡线圈回路采样电阻大小R_AC；平衡线圈空间位置的摆放设计以及各回路调谐电容C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆；系统由车载端开关驱动保护电路和地面端开关驱动保护电路组成；其中车载开关驱动保护电路由四路信号共同控制，分别是是车主控制的开启定位系统信号、定位系统工作过程中的定位系统信号、车载电池电量实时测量信号以及电网调度的通信信号；发射端有三路信号来源，分别是车主手动开启的充电站充电信号、定位系统工作过程中的定位系统信号以及电网调度的通信信号；信号通过相应的逻辑拓扑处理后进入数据选择器经总线进入多路分配器控制各功能开关。

相应的，一种电动汽车无线充放电与定位功能复用装置的模式切换控制方法，包括如下步骤：

(1)针对于待机模式、定位模式、G-V模式、V-G模式，需要对对应模式下的非关键信号参数进行屏蔽处理或将多个信号配合使用以实现相应的功能；

(2)针对于待机模式、定位模式、G-V模式以及V-G模式之间的切换需要实现车载端和地面端的实时对应变化处理，通过采集各端关键参数进行信号处理，控制车载端和地面端的开关实时配合使用，将功能信号设置为相应的数字信号，通过数据选择器输出相应数字信号，一条分支进入检测保护装置，一条分支进入多路分配器进行功能选择；

(3)针对待机模式、于定位模式、G-V模式以及V-G模式的需要，对开关的端子进行相应的设置。

优选的，步骤(3)中，定位模式的切换控制方法为：车载端车主触发定位功能，定位信号为高电平脉冲，经由车载端多路信号选择器输入为I₁端口，输出电平为高电平信号，信号经由数据选择器，输出二进制电平为0010，控制多路分配器开关打至开关a端子，开关端子a接入回路；同时地面端接收到定位信号，定位信号为高电平脉冲，经由地面端多路信号选择器输入为I₁端口，输出电平为高电平信号，经由数据选择器，输出二进制电平为0010，控制多路分配器开关打至开关e端子，开关端子e接入回路。

优选的，步骤(3)中，G-V模式的切换控制方法为：车载端车主发出充电请求，触发充电信号，充电信号为高电平脉冲，所述充电信号与电池电量信号作为“与非”门A的输入，输出经由车载端多路信号选择器输入为I₂端口，输出电平为高电平信号，输出二进制电平为0100，控制多路分配器开关打至开关b端子，开关端子b接入回路；地面端收到充电请求，触发充电信号，充电信号为高电平脉冲，经由地面端多路信号选择器输入为I₂端口，输出电平为高电平信号，经由数据选择器，输出二进制电平为0100，控制多路分配器开关打至开关f端子，开关端子f接入回路。

优选的，步骤(3)中，V-G模式的切换控制方法：电网发出调度指令，触发调度指令信号，调度指令信号为高电平脉冲，所述指令信号与电池电量信号作为“与”门B的输入，输出经由车载端多路信号选择器输入为I₃端口，输出电平为高电平信号，输出二进制电平为1000，控制多路分配器开关打至开关c端子，开关端子c接入回路；地面端收到电网调度指令，触发调度指令信号，调度指令信号为高电平脉冲，经由地面端多路信号选择器输入为I₃端口，输出电平为高电平信号，经由数据选择器，输出二进制电平为1000，控制多路分配器开关打至开关g端子，开关端子g接入回路。

本发明的有益效果为：(1)功能复用，在尽量少使用车载端和地面端通信装置的前提下，仅通过一套装置系统便可实现电动汽车使用过程中的多项功能，促进了电动汽车在未来电网中的角色建立；(2)运行可靠，在车载端和地面端都安装有防误动作和防过流保护装置，保证了该系统安全高效地运行；(3)易于实施，本系统所包含的每个元件均为市面可购得的基础元器件，且转码算法简单，设计环节难度较低，因此易于实施；(4)用简单便捷可靠的方法即可实现多个功能，解决了一个电动汽车无线充电系统产业化推进所面临的关键问题，在无线充电技术迅猛发展的环境下，该创新性设计迎合了市场需要，前景广阔，组成结构与设计方法简单、可靠、定位精度高。

附图说明

图1为本发明的多功能复用系统电路示意图。

图2为本发明系统中开关端子对应的功能示意图。

图3为本发明针对于电量的功能流程示意图。

图4为本发明工作模式之间的切换流程示意图。

图5为本发明车载端多路信号选择器示意图。

图6为本发明地面端多路信号选择器示意图。

图7为本发明开关控制的时序图。

图8为本发明各功能下的接收线圈开关连通示意图。

图9为本发明各功能下的发射线圈开关连通示意图。

图10为本发明各功能下的平衡线圈开关连通示意图。

具体实施方式

如图1所示，车载定位系统包括接收线圈和四个两两对齐的平衡线圈。左右两侧线圈关于接收线圈严格对称，上下两侧线圈也关于接收线圈严格对称。当车载定位系统和充电位的发射线圈对齐时，两组平衡线圈的感应电流均为零。当车辆和发射线圈存在一定的偏移时，两个平衡线圈回路产生一定大小的差分电流，被检测装置检测到之后，对应偏移距离和查分距离大小的数据库，完成该精度下的线圈定位。车载接收端中接收线圈与平衡线圈回路共用数字程控开关，其中接收线圈回路数字程控开关触头分为a，b，c，d，分别对应定位模式，G-V模式，V-G模式以及待机模式，平衡线圈回路数字程控开关触头为h，i分别对应定位模式和待机模式；发射线圈回路数字程控开关触头分e，f，g分别对应待机模式，G-V模式，V-G模式。

如图2所示，展示了各个开关的触头对应的功能。

如图3所示，针对于该系统的电池电量，提出了理想状态下，各功能时间下的电量变化情况。在图上可以得出：

1.电动汽车电量不足，对驾驶员提出电量不足告警信号，并指引驾驶员至最近的充电站，此时车载端系统的开关处于d端口(待机模式)；

2.在进入充电站后，车主打开充电系统，车载系统开关打至a端口(定位模式)，平衡线圈系统开关打至h端口(定位模式)地宏伟系统上线进行定位，待定位结束后，车载系统开关自动打至b端口(G-V模式)，平衡线圈系统开关打至i端口(待机模式)；

3.待接收到车主在充电站中的充电指令后，发射线圈回路开关打至f端口(G-V模式)，车载信号检测到电流变化，接收线圈回路开关检测到电流信号，保持开关状态，系统整体进入G-V模式开始充电，电池电量上升；

4.待充电结束后，电池电量信号显示电池已充满，车载接收线圈回路开关打至d端口(待机状态)，发射线圈回路感应到电流变化，回路开关打至e端口(待机模式)；

5.若电网有需要，则发射电网调度信号至车载通信端和地面线圈通信端，开关回路分别打倒c端口(V-G模式)和e端口(V-G模式)，待传输结束后，电网发布调度信号，开关回路回归待机模式。

如图4所示，交代了各个模式之间的切换条件和适用场景。

如图5和图6所示，分别给出了接收线圈回路数字程控开关和发射线圈回路数字程控开关的逻辑拓扑，以及其信号处理和检测、开关控制电路。逻辑拓扑中的高低电平信号进入数据选择器中，输出的数字量，一分支进入监测单元进行异常情况监测，另一分支进入多路分配器进行开关控制。

如图7所示，给出了针对于车载端S₁和地面端S₂开关的信号时序控制图，根据该时序可控制完成本发明上述功能和转换。

如图8、图9和图10所示，分别给出了接收线圈回路，发射线圈回路以及平衡线圈回路数字程控开关各个端子对应的功能。