摘要：为了解决电动汽车无线充电的充电不便、不安全、效率低等问题，本文在电磁感应式充电技术基础上设计了一种能够自主调节发射互感线圈位置进行无线充电的装置。当汽车驶入停车位时，该装置开始工作，检测电动汽车无线充电接收线圈的位置，根据检测结果自动调节发射互感线圈的位置，使发射互感线圈与接收线圈相对偏移量降到最少，从而实现充电效率最大化。
关键词：立体车库；电动汽车；无线充电设施；研究
引言
随着全球能源的危机和环境污染问题日益严重，对传统燃油车的改造升级及替代问题摆到了首要位置。由于新能源汽车能够缓解能源危机和汽车排放问题，在世界范围内得到很大关注。电动汽车作为新能源汽车的一种，在实现零排放的同时，能够较好地解决能源短缺问题。但现阶段电动汽车充电设备明显不足，再加上充电时间长、充电效率低等问题，严重制约了电动汽车的发展。因此促进电动汽车的发展急需一种安全、快捷、方便、高效的充电设备。本文在电磁感应式无线充电技术基础上，提出一种电动汽车无线充电自动定位调节装置。该装置通过定位电动汽车无线充电接收线圈的位置，利用通讯装置将位置信息传递给控制器，从而实现对发射互感线圈位置的自动调节。该装置能够提高汽车无线充电的充电效率，减少充电时间，对电动汽车的发展及普及有一定的助推作用。
1智能立体车库的发展现状
汽车是一个国家人民生活水平最具标志性的日常工具，停车难已经成为各个国家亟待解决的普遍问题。近年来，我国政策上对各类自主品牌的重视和鼓励，使汽车行业迅猛发展，汽车保有量逐年增加。随之而来的是停车供求关系的失衡，随意占道、随意停车、城区交通拥堵状况严重，因此，解决停车难的问题刻不容缓。立体车库是用来存放车辆的机械系统。相对于传统的停车库，立体车库由于占地空间小、存储量大、稳定可靠的优点，既缓解了交通压力又美化了城市环境，是处理停车难的有效方法。随着技术的进步，立体车库的设计朝着更加智能化方向发展，有效地保障了人、车安全，具有广阔的应用前景。
2充电技术及存在问题
目前电动汽车充电方式有两种：一是充电桩充电，这需要在停车位日益紧缺的同时建立特定的充电停车位，而且为了避免雨天充电不安全，不能设置露天的充电停车位，这给充电停车位的建设带来了诸多的不便。同时由于充电电压较高，不熟悉操作的充电人员工作时具有较大的危险性；二是电动汽车无线充电技术，由于避免了与充电电源直接接触，充电设备也没有暴露在外界环境中，因此适用更多的环境条件。只需驾驶员把车辆停在特定的充电停车位里，再将车辆的接收线圈与停车位的发射互感线圈对准，便可以进行充电，电动汽车无线充电技术已经引起了普遍的关注。但由于不同品牌的电动汽车无线充电接收线圈布置位置存在差异性，因此不同的车型可能需要使用适合该车型的特定无线充电车位才可进行正常充电，否则会出现充电效率降低的情况，甚至不能进行充电。据资料显示，宝马530eiPerformance电动汽车可以实现无线充电，其搭载容量为9.2千瓦时的电池，最高充电效率为85%，需要3.5小时左右充满，但是当接收线圈与发射互感线圈的相对偏移量增加时，其充电效率降至62%左右，充电时常延长至4.8小时左右。因此接收线圈与发射互感线圈的相对偏移量增加时，对充电效率有极大的影响。现有的电动汽车无线充电装置不能在保证充电效率的同时，适用于绝大多数电动汽车，这也降低了无线充电停车位的利用率，使电动汽车的发展受到了一定的阻碍。
3装置的结构与原理
针对充电时接收与发射线圈有相对大的偏移量问题，本文设计了电动汽车无线充电自动定位调节装置，其主要构成有测距收发装置（包括第一、第二、第三、第四无线测距收发装置）、通讯装置、控制器、执行机构电动机、检测元件等，如图1所示。其定位原理是当汽车驶入停车位时，测距收发装置开始检测相应的数据，通过系统计算得到的接收线圈的二维平面位置坐标，再由通讯装置将得到的接收线圈的位置坐标传递给控制器，控制器控制驱动电机，使发射互感线圈自动移动到指定位置，测距收发装置再次检测、系统计算得到接收线圈的二维平面位置坐标，若再次检测得到的接收线圈二维平面位置坐标为（0，0），则认为移动到目标位置；若再次检测得到的接收线圈二维平面位置坐标不是（0，0），通讯装置再次将得到的接收线圈二维平面位置坐标传递给控制器，控制器控制驱动电机，重复进行操作，直至检测出接收线圈二位平面位置坐标为（0，0）时，发射互感线圈停止移动，开始充电。此时发射互感线圈与接收线圈相对偏移量最少，从而实现最大的充电效率。
4一种立体车库电动汽车自动充电的实现方案
4.1系统构成
该系统主要由立体车库、地面停车位、小拖车、充电头、充电头存取装置以及埋入式充电桩等组成。小拖车的结构如图1所示，小拖车前端设计有充电头夹持装置，用于夹持充电头。
图1 小拖车
1.小拖车2.充电头夹持装置
充电头的结构如图2所示，充电头上设有夹持柄，夹持柄与图1中的充电头夹持装置配合使用。充电头上设计了滑轮，滑轮安装在两块挡板之间，电触点安装在挡板外侧的中间位置，夹持柄的位置设计在挡板的上侧。地面停车位上设有埋入式充电头存取装置，具体结构如图3所示。埋入式充电头的存取装置安装有电机，沿电机侧面圆周设计了支撑杆，内部为“凸”字形通道的滑轨安装在支撑杆上，在滑轨的后端，放置了与滑轨内通道连通的线缆收纳盒，线缆收纳盒上面设计了带自锁装置的罩盖。
图2 充电头
滑轮2.充电头3.夹持柄4.凹槽5.线缆6.挡板7.触电点
图3 埋入式充电头存取装置
1.充电头存取装置2.电机3.支撑杆4.罩盖5.收纳盒6.滑轮
在立体车库的停车位上，设计了埋入式充电桩，具体位置如图4所示。埋入式充电桩的具体结构如图5所示。埋入式充电头存取装置和埋入式充电桩，都能与充电头进行配合使用。为了实现充电头的稳定充电，并且方便充电头的插入与取出，埋入式充电桩上侧设有矩形凹槽，在矩形凹槽的侧面设有“凸”字形的充电轨道，在充电轨道两侧安装有导电片。
图4 埋入式充电桩的位置示意图
1.立体车库2.埋入式充电桩
图5 埋入式充电桩
1.矩形凹槽2.导电片3.埋入式充电桩4.充电轨道
为了能够快速准确地将充电头从埋入式充电头存取装置中取出，并稳固夹持，移动至立体车库，将其放置到埋入式充电桩中进行充电，充电头夹持装置设计了升降机构，在升降机构的下方安装有旋转气缸和T形机械臂，具体结构如图6所示。
图6 充电头夹持装置
1.机械臂2.旋转气缸3.升降机构4.充电头夹持装置5.凸起
结语
随着电动汽车行业的快速发展，解决电动汽车充电问题也越发的重要，电动汽车无线充电也逐渐成为发展的趋势，而无线充电停车位的建设对电动汽车的推广也起着至关重要的作用。本文基于电磁感应式无线充电技术，提出一种新型的停车位无线充电自动定位调节装置，该装置适用于绝大多数接收线圈位置不同的电动汽车进行无线充电，不需要针对不同款式的电动汽车进行单独设计；另外驾驶员只需要把车停在停车位的范围内，该装置就能自动检测接收线圈的位置，并利用本文中的算法进行自动定位，自动调节发射互感线圈位置，从而最多可提高原有充电效率的37%；整套装置布置在地面以下，避免了人直接与电源接触，更加安全可靠。
参考文献：
[1]段少伟，陈永当.基于立体车库电动汽车无线充电设施的研究[J].2019（2）.
[2]李晓芳，彭岚峰，谭菊华.磁场共振式电动汽车无线充电系统设计[J].2019（1）.
论文作者:王庆虎,安阳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
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