一种动态无线充电的系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种动态无线充电的系统及方法。

背景技术

近年来，我国大力发展高速公路建设，高速公路里程和道路服务水平不断提高，对高速公路电力系统的建设要求也越来越高，传统的高速公路电力系统，其供电大多采用铺设供电电缆的方式，这种供电方式存在着供电成本过高、里程跨度较长难以维护等弊端。太阳能光伏储能系统是一套稳定可靠的分布式清洁电源系统，可满足多样化的用电需求和各种复杂苛刻的用电环境，将太阳能光伏及储能组成小型的微网系统，应用到高速公路领域，除了其利用的资源是绿色的、可再生的以外，还具有安装简单、维护方便、性价比高等优点，是一种较为理想的供电选择。太阳能光伏发电不仅可以满足外场监控摄像机、路灯、可变信息标志等中小设备的用电需求，还具有价格优势，在政府各项政策的强力支持下，具有广阔的市场前景。

随着我国电动汽车的推广应用，完善电能补给配套设施是必须的，实现电动汽车在高速公路上的边走边充，对延长电动汽车的行驶里程、缓解电动汽车车主的里程焦虑具有重大的现实意义。然而，现有铺设在路面上的无线充电设施并不能有效地边走边充的充电方式，一方面，重型车辆的自身重力易对无线充电设施造成破坏，因而，现有公路的无线充电设施难以适用于重型车辆，其应用受限；另一方面，公路上复杂行驶工况的影响，现有铺设在路面上的无线充电设施容易受到损坏，极易丧失充电功能。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种动态无线充电的系统及方法，用以解决现有公路无线充电设施应用受限、易遭破坏的问题。

本发明提供一种动态无线充电的系统，包包括光伏输出单元、功率输出单元、功率接收单元、负载监控单元，其中：

所述光伏输出单元，用于向所述功率输出单元提供充电电能；

所述功率输出单元，采用侧向立式布置，充电时位于待充电汽车的侧方，用于向所述功率接收单元提供无线充电功率；

所述功率接收单元，设置于所述待充电汽车的侧向伸缩杆上，用于接收所述功率输出单元的所述无线充电功率，其中，所述侧向伸缩杆嵌入至所述待充电汽车的侧方底部，当获取到充电指令时侧向伸出，与所述功率输出单元充电连接；

所述负载监控单元，设置于所述待充电汽车的侧向伸缩杆上，用于感应障碍物，以对所述侧向伸缩杆进行自动伸缩控制。

进一步地，所述光伏输出单元包括光伏发电模块和光伏储能模块，其中：

所述光伏发电模块，用于获取太阳能，并将所述太阳能转换为充电电能；

所述光伏储能模块，用于存储所述充电电能，并向所述功率输出单元提供所述充电电能。

进一步地，所述光伏发电模块包括多个光伏发电板，所述光伏发电板的布局依据安装地点的环境因素进行设置，其中，所述环境因素包括地理位置、太阳光强度。

进一步地，所述功率输出单元包括系统总控模块和功率发射模块，其中：

所述系统总控模块，用于接收并转发所述待充电汽车的充电数据，并根据所述充电数据对所述功率发射模块进行供能控制；

所述功率发射模块，包括多组无线充电功率发射线圈和多组位置传感器，用于向所述系统总控模块传输所述位置传感器获取的线圈位置信息，在所述系统总控模块的供能控制下，向所述功率接收单元发送所述无线充电功率。

进一步地，所述系统总控模块包括系统监测模块和输出控制模块，其中：

所述系统监测模块，包括无线通信接收装置和数据处理装置，所述无线通信接收装置用于接收所述待充电汽车的所述充电数据，所述数据处理装置用于根据所述充电数据，确定所述功率发射模块中需要开启供电功能的所述无线充电功率发射线圈；

所述输出控制模块，用于对所述功率发射模块中需要开启供电功能的所述无线充电功率发射线圈进行输出控制。

进一步地，所述功率接收单元包括无线充电功率接收线圈、整流装置，其中：

所述无线充电功率接收线圈，安装于所述侧向伸缩杆的尾端，用于与所述无线充电功率发射线圈进行耦合；

所述整流装置，安装于所述待充电汽车的电池前端，用于整流所述无线充电功率接收线圈生成的耦合电流，以对所述待充电汽车的电池进行充电。

进一步地，所述负载监控单元包括感应摄像头、无线通信发射装置，其中：

所述感应摄像头，安装于所述侧向伸缩杆的中部，用于当充电时检测到所述障碍物，将障碍控制信号传输至所述侧向伸缩杆，以使所述侧向伸缩杆自动闭合，嵌入至所述待充电汽车的侧方底部；

所述无线通信发射装置，用于采集所述待充电汽车的充电数据，并将所述待充电汽车的充电数据传输至所述系统总控模块，以使所述系统总控模块进行相应的供能控制。

进一步地，所述侧向伸缩杆逆时针旋转伸出，顺时针旋转闭合，并在逆时针旋转伸出固定后，分别与所述待充电汽车的车体、所述功率输出单元垂直连接。

本发明还提供一种动态无线充电的方法，基于如上所述的动态无线充电的系统，包括：

当待充电汽车获取充电指令时，控制侧向伸缩杆侧向伸出，与功率输出单元充电连接；

当待充电汽车获取充电指令时，控制侧向伸缩杆侧向伸出，与功率输出单元充电连接；

功率输出单元获取待充电汽车的充电数据，确定需要开启供电功能的无线充电功率发射线圈，向功率接收单元提供无线充电功率；

所述功率接收单元中的无线充电功率接收线圈与所述需要开启供电功能的无线充电功率发射线圈进行耦合，以对所述待充电汽车的电池进行充电。

进一步地，还包括：

当负载监控单元中的感应摄像头在充电时检测到障碍物，将障碍控制信号传输至侧向伸缩杆；

所述侧向伸缩杆自动闭合，嵌入至所述待充电汽车的侧方底部。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：利用侧向伸缩杆，采取侧向布置的方式，使车辆外接伸缩杆接收侧向立式的功率输出单元的无线充电功率，不需要在地面铺设传统电力系统，实现了成本节约；同时，利用侧向立布的功率输出单元，有效防止无线充电装置被损坏，加大充电效率，有效延长电动汽车的行驶里程、缓解电动汽车车主的里程焦虑，不需要考虑车辆重量对无线充电装置的影响，对重型商用车的电动化存在着积极的推动效益，且大大减少了因车辆重压所导致的系统零部件损坏，并且便于维护与保养。

附图说明

图1为本发明提供的动态无线充电的系统的结构示意图；

图2为本发明提供的动态无线充电的方法的流程示意图。

附图标记：

1-光伏输出单元，101-光伏发电模块，1011-光伏发电板，102-光伏储能模块，2-功率输出单元，201-系统总控模块，2011-系统监控模块，2012-输出控制模块，202-功率发射模块，2021-无线充电功率发射线圈，2022-位置传感器，3-功率接收单元，301-无线充电功率接收线圈，302-整流装置，4-负载监控单元，401-感应摄像头，402-无线通信发射装置，5-侧向伸缩杆。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种动态无线充电的系统，结合图1来看，图1为本发明提供的动态无线充电的系统的结构示意图，包括光伏输出单元1、功率输出单元2、功率接收单元3、负载监控单元4，其中：

光伏输出单元1，用于向功率输出单元2提供充电电能；

功率输出单元2，采用侧向立式布置，充电时位于待充电汽车的侧方，用于向功率接收单元3提供无线充电功率；

功率接收单元3，设置于待充电汽车的侧向伸缩杆5上，用于接收功率输出单元2的无线充电功率，其中，侧向伸缩杆5嵌入至待充电汽车的侧方底部，当获取到充电指令时侧向伸出，与功率输出单元2充电连接；

负载监控单元4，设置于待充电汽车的侧向伸缩杆5上，用于感应障碍物，以对侧向伸缩杆5进行自动伸缩控制。

本发明实施例提供的动态无线充电的系统，通过设置光伏输出单元1，以向功率输出单元2提供充电电能；通过设置侧向立式布置的功率输出单元2，方便待充电汽车的侧向充电，避免将充电设备安置于地面，有利于重型车辆的使用，且节约了维修成本；通过设置功率接收单元3，有效地接收转换的充电电能，给待充电汽车的电池进行有效地充电；通过设置负载监控单元4，防止充电时突然出现的障碍物对侧向伸缩杆5的损害，保证整个系统的安全性。

优选地，光伏输出单元1单元包括光伏发电模块101和光伏储能模块102，其中：

光伏发电模块101，用于获取太阳能，并将太阳能转换为充电电能；

光伏储能模块102，用于存储充电电能，并向功率输出单元2提供充电电能。

由此，通过设置光伏发电模块101以完成太阳能至充电电能的转换，通过设置光伏储能模块102以对充电电能进行有效的存储，以便后续对待充电汽车进行充电。

优选地，光伏发电模块101包括多个光伏发电板1011，光伏发电板1011的布局依据安装地点的环境因素进行设置，其中，环境因素包括地理位置、太阳光强度。由此，通过设置光伏发电模块101中的光伏发电板1011，对太阳能进行有效的收集。

需要说明的是，根据安装地点地理位置以及太阳光强度等环境因素，选择合适的光伏发电板1011安装布局，可在公路护坡、山坡两侧或在公路侧向功率发射层外端安装与面积相适应的光伏板，尽可能利用太阳能资源，提高发电量。

优选地，功率输出单元2包括系统总控模块201和功率发射模块202，其中：

系统总控模块201，用于接收并转发待充电汽车的充电数据，并根据充电数据对功率发射模块202进行供能控制；

功率发射模块202，包括多组无线充电功率发射线圈2021和多组位置传感器2022，用于在系统总控模块201的供能控制下，根据位置传感器2022获取的线圈位置信息，向功率接收单元3发送无线充电功率。

由此，通过设置系统总控模块201接收待充电汽车的充电数据，即根据待充电汽车的充电状态，进行高效的供能控制，其对待充电汽车的充电数据进行接收转发，以及对无线充电功率发射线圈2021的供能控制,能够满足对数据和控制实时性的要求；同时，通过设置功率发射模块202，根据线圈位置信息，向功率接收单元3中需要充电的无线充电功率接收线圈301准确发送无线充电功率，保证充电的准确性和高效性。

优选地，系统总控模块201包括系统监测模块2011和输出控制模块2012，其中：

系统监测模块2011，包括无线通信接收装置(图1中未标出)和数据处理装置(图1中未标出)，无线通信接收装置用于接收待充电汽车的充电数据，数据处理装置用于根据充电数据，确定功率发射模块202中需要开启供电功能的无线充电功率发射线圈2021；

输出控制模块2012，用于对功率发射模块202中需要开启供电功能的无线充电功率发射线圈2021进行输出控制。

由此，通过在系统总控模块201中设置系统监测模块2011，有效地接收充电数据，以识别充电状态，同时设置数据处理装置，对充电数据进行有效地处理，以确定需要开启的无线充电功率发射线圈2021。另一方面，设置输出控制模块2012，开启相应的无线充电功率发射线圈2021，以保证无线充电功率输出的有效性。

具体地，上述充电数据包括来自负载监控单元4传输的功率需求位置信息、车辆动力电池荷电状态(State of Charge，SOC)值信息以及来自功率发射模块202中的位置传感器2022传输的无线充电功率发射线圈2021的供能位置信息。系统监测模块2011中的无线通信接收装置，用于接收功率需求位置信息、车辆动力电池荷电状态值信息、无线充电功率发射线圈2021供能位置信息，根据所接收的充电数据，得到下一阶段应供能的发射线圈位置信息，并传输至输出控制模块2012，输出控制模块2012接收来自系统监测模块2011的下一阶段应供能的发射线圈位置信息，并进行控制开启相应的无线充电功率发射线圈2021的输出功能，从而完成对功率接收单元3的无线充电功率的输出。

需要说明的是，由于汽车在动态行驶中，对长达几十公里甚至上百公里的无线充电发射线圈全部供能，会造成资源的浪费，因而需要通过设置系统监测模块2011和输出控制模块2012，以对待充电汽车的状态进行监控，开启相应位置的无线充电功率发射线圈2021，对相应的无线充电功率接收线圈301充电即可，避免资源的浪费。

在本发明一个具体的实施例中，功率输出单元2采用侧向立式布置，安装在高速公路的右侧。由此，不仅起到防护栅栏作用，同时有效输出无线充电功率。

优选地，功率接收单元3包括无线充电功率接收线圈301、整流装置302，其中：

无线充电功率接收线圈301，安装于侧向伸缩杆5的尾端，用于与无线充电功率发射线圈2021进行耦合；

整流装置302，安装于待充电汽车的电池前端，用于整流无线充电功率接收线圈301生成的耦合电流，以对待充电汽车的电池进行充电。

由此，在功率输出单元2设置无线充电功率接收线圈301，以进行有效地耦合，产生耦合电流，同时设置整流装置302对耦合电流进行整流，保证直流电的输出，以便对电池进行有效地充电。

优选地，负载监控单元4包括感应摄像头401、无线通信发射装置402，其中：

感应摄像头401，安装于侧向伸缩杆5的中部，用于当充电时检测到障碍物，将障碍控制信号传输至侧向伸缩杆5，以使侧向伸缩杆5自动闭合，嵌入至待充电汽车的侧方底部；

无线通信发射装置402，用于采集待充电汽车的充电数据，并将待充电汽车的充电数据传输至系统总控模块201，以使系统总控模块201进行相应的供能控制。

由此，通过在负载监控单元4设置感应摄像头401，以便检测充电时突然出现的障碍物，及时避免障碍物对侧向伸缩杆5的损害。同时设置无线通信发射装置402，采集相应的充电数据传输至系统总控模块201，以便系统总控模块201进行相应的功能控制。

优选地，侧向伸缩杆5逆时针旋转伸出，顺时针旋转闭合，并在逆时针旋转伸出固定后，与待充电汽车的车体呈90度直角，并与功率输出单元2垂直连接。由此，设置侧向伸缩杆5的自动伸缩方式，保证其顺利地伸出或嵌入，且在充电状态下，设置其与车体和功率输出单元2的连接方式，保证其充电状态下的稳固性。

需要说明的是，侧向伸缩杆5的尾端安装无线充电功率接收线圈301，在车主请求充电时，自动展开，无线充电功率接收线圈301进而接收无线充电功率，为待充电汽车的电池充电；而感应摄像头401，安装在侧向伸缩杆5的中部，车辆行驶在右侧车道，展开侧向伸缩杆5进行无线充电时，监测车辆前方有无障碍物，若发现有障碍物，传递控制信号至侧向伸缩杆5，侧向伸缩杆5接收信号并自动闭合，防止发生碰撞；而无线通信发射装置402，采集待充电汽车的功率需求位置信息、车辆动力电池SOC值信息等(即充电数据)，并传输至系统总控模块201的系统监测单元，进行功率输出匹配和无线充电控制。

实施例2

本发明实施例提供了一种动态无线充电的方法，基于如上的动态无线充电的系统，结合图2来看，图2为本发明提供的动态无线充电的方法的流程示意图，包括步骤S1至步骤S4，其中：

在步骤S1中，当待充电汽车获取充电指令时，控制侧向伸缩杆5侧向伸出，与功率输出单元2充电连接；

在步骤S2中，功率输出单元2获取待充电汽车的充电数据，确定需要开启供电功能的无线充电功率发射线圈2021，向功率接收单元3提供无线充电功率；

在步骤S3中，功率接收单元3中的无线充电功率接收线圈301与需要开启供电功能的无线充电功率发射线圈2021进行耦合，以对待充电汽车的电池进行充电。

本发明实施例提供的动态无线充电的方法，首先，利用侧向伸缩杆5进行充电时的侧向连接，方便待充电汽车的侧向充电，避免充电设施安装于地面而承受重压；再通过功率输出单元2接收充电数据，确定需要开启供电功能的无线充电功率发射线圈2021，进行有效地无线充电，同时避免了资源的浪费；最后，过设置负载监控单元4，防止充电时突然出现的障碍物对侧向伸缩杆5的损害，保证整个系统的安全性。

优先地，上述动态无线充电的方法还包括：

当负载监控单元4中的感应摄像头401在充电时检测到障碍物，将障碍控制信号传输至侧向伸缩杆5；

侧向伸缩杆5自动闭合，重新嵌入至待充电汽车的侧方底部。

由此，充分利用负载监控单元4的监控作用，保证检测到障碍物时，及时地收起侧向杆，以此加强整个充电系统的安全性。

实施例3

本发明实施例提供了一种动态无线充电的装置，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上述实施例2的动态无线充电的方法。

实施例4

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机该程序被处理器执行时，实现如上述实施例2的动态无线充电的方法。

本发明公开了一种动态无线充电的系统及方法，通过设置光伏输出单元，以向功率输出单元提供充电电能；通过设置侧向立式布置的功率输出单元，方便待充电汽车的侧向充电，避免将充电设备安置于地面，有利于重型车辆的使用，且节约了维修成本；通过设置功率接收单元，有效地接收转换的充电电能，给待充电汽车的电池进行有效地充电；通过设置负载监控单元，防止充电时突然出现的障碍物对侧向伸缩杆的损害，保证整个系统的安全性。

本发明技术方案，使车辆外接伸缩杆接收侧向立式的功率输出单元的无线充电功率，不需要在地面铺设传统电力系统，实现了成本节约；同时，利用侧向立布的功率输出单元，有效防止无线充电装置被损坏，加大充电效率，有效延长电动汽车的行驶里程、缓解电动汽车车主的里程焦虑，不需要考虑车辆重量对无线充电装置的影响，对重型商用车的电动化存在着积极的推动效益，且大大减少了因车辆重压所导致的系统零部件损坏，并且便于维护与保养。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。