CN114643882B - 无线充电匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线充电匹配方法，包括：充电管理系统与待充电车辆建立第一连接，通过所述第一连接交互第一充电信息；所述第一充电信息至少包括：充电需求信息和可用充电车位信息；地面通信控制单元与待充电车辆建立第二连接，通过所述第二连接交互第二充电信息，所述第二充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的验证信息；地面定位装置与待充电车辆建立第三连接，通过所述第三连接交互第三充电信息，所述第三充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的引导对齐信息。本申请中，通过三个连接的建立，完成待充电车辆从寻找充电车位到开始充电的全部流程，能够高效快捷的完成待充电车辆和充电车位之间的匹配。

Description

无线充电匹配方法

技术领域

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及无线充电匹配方法。

背景技术

电动汽车采用无线充电时，与供电电源之间不需要物理连接，因此无线充电由于其灵活性、便捷性和更高的安全性而具有非常良好的应用前景。在无线充电系统大量部署时，就形成了充电站——可以同时为多个电动汽车无线充电。由于无线充电在充电时不需要插入充电枪，电动汽车无线充电系统的车载设备和地面设备之间没有物理连接，为此需要为待充电车辆提供一种在充电站寻找并与适配充电车位的方法，在停车充电之前需要验证车载设备和地面设备匹配的正确性，从而保证无线充电的安全。

发明内容

本发明提供一种无线充电匹配方法，能够高效的匹配待充电车辆和充电车位。

该方法包括：充电管理系统与待充电车辆建立第一连接，通过所述第一连接交互第一充电信息；所述第一充电信息至少包括：充电需求信息和可用充电车位信息；地面通信控制单元与待充电车辆建立第二连接，通过所述第二连接交互第二充电信息，所述第二充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的验证信息；地面定位装置与待充电车辆建立第三连接，通过所述第三连接交互第三充电信息，所述第三充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的引导对齐信息。

优选的，所述充电管理系统通过第一通信模块与待充电车辆的车载第一通信模块建立所述第一连接；地面通信控制单元通过地面第一通信模块与待充电车辆的车载第一通信模块建立所述第二连接；地面定位装置通过辅助接收线圈与待充电车辆的辅助发射线圈建立所述第三连接。

优选的，在建立所述第一连接后，还进行兼容性预检；通过识别地面通信控制单元发出的服务集标识，与对应的待充电车辆建立第二连接。

优选的，所述第二充电信息和第三充电信息还包括：用于充电车位与待充电车辆的匹配验证信息。

优选的，所述匹配验证信息为识别码；匹配验证方法为：在建立第二连接后，地面通信控制单元将生成一个与地面设备关联的唯一的识别码；所述唯一的识别码通过第二连接发送给待充电车辆；在建立第三连接后，待充电车辆将接收到的所述唯一的识别码通过所述第三连接回送给地面通信控制单元；地面通信控制单元验证两次所述唯一的识别码的一致性。

优选的，所述唯一的识别码按照曼彻斯特编码模式，将每个数据位编码，每个编码位分成两个相等的间隔，在编码周期的1/2 位处，根据编码数据位的值，调整对应的波形。

优选的，所述地面通信控制单元包括地面通信控制器；所述地面通信控制器配置为包括：二个控制核和一个监控核，两个控制核分为一个主内核和一个副内核，在运行时所述主内核和所述副内核运行同样的程序，将结果输入到所述监控核中，所述监控核周期性比较所述主内核和所述副内核的输出结果。

优选的，在所述输出结果一致时，由所述监控核产生中断，将所述主内核和所述副内核当前状态以检查点文件的形式保存到存储器上；在所述输出结果不一致时，由所述监控核产生中断，调取所述主内核和所述副内核最近一次保存的检查点文件实施回卷以恢复系统。

本申请中，通过三个连接的建立，完成待充电车辆从寻找充电车位到开始充电的全部流程，能够高效快捷的完成待充电车辆和充电车位之间的匹配。

在一些实施例中，通过使用控制核和监控核的方式，起到了充电功能安全的作用，保证无线充电整体流程的安全可靠。

附图说明

图1为实现本无线充电匹配方法所需的结构示意图；

图2为本无线充电匹配方法概述图；

图3为本无线充电匹配方法流程框图。

附图标记：

供电电源0；充电管理系统1；地面线圈21；地面功率变换装置22；地面通信控制单元23；地面第一通信模块231；地面第二通信模块232；地面通信控制器233；地面定位装置24；辅助接收线圈25；车载线圈31；车载功率变换装置32；车载通信控制单元33；车载第一通信模块331；车载第二通信模块332；车载通信控制器333；车载定位装置34、辅助发射线圈35、负载36；整车控制器37。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

先参照图1说明实现无线充电时，发射端和接收端双侧的结构，以及实现的方式。为了方便理解，下文以电动汽车无线充电为例。

按照结构设置的位置，区分出地面设备和车载设备两部分，发射端即属于地面设备，接收端属于车载设备。

地面设备包括：充电管理系统1（简称WCCMS，WirelessChargingControlManagementSystem）、地面线圈21（也称发射线圈）、地面功率变换装置22、地面通信控制单元23（简称CSU，Communication service unit）、地面定位装置24、辅助接收线圈25。需要注意的是，在一个无线充电车位上，应当至少具有：地面线圈21、地面功率变换装置22、地面通信控制单元23、地面定位装置24、辅助接收线圈25。充电管理系统1则可以是多个无线充电车位共用的，这些车位受到充电管理系统1管理和分配。该充电管理系统1可以设置在无线充电车位上，也可以设置在其他位置，例如中控室等等。

车载设备包括：车载线圈31（也称接收线圈）、车载功率变换装置32、车载通信控制单元33（IVU，In-Vehicle Unit）、车载定位装置34、辅助发射线圈35、负载36。车辆上具有整车控制器37，该整车控制器37统筹控制车辆上多个部件，也可以参与无线充电的工作，因此整车控制器37也可以算作车载设备的一部分。

地面线圈21通过地面功率变换装置22连接到外部的供电电源0。除地面功率变换装置22外，在供电电源0和地面线圈21还可能具有其他必要零部件，这里必要零部件是指，完成无线充电工作时，发射端所需的零部件，包括但不限于检测模块、通信模块。

车载线圈31通过车载功率变换装置32连接到电动汽车的负载36，负载36可以是动力电池组。类似于发射端，车载线圈31和负载36之间，除车载功率变换装置32外，可以具有其他必要零部件，即完成无线充电工作时，接收端所需的零部件，包括但不限于检测模块、通信模块。

车载通信控制单元33、地面通信控制单元23和充电管理系统1各自都包含至少一个控制器，以及各自包括两个通信模块。具体的，车载通信控制单元33具有车载第一通信模块331和车载第二通信模块332，以及用于管理的车载通信控制器333；地面通信控制单元23具有地面第一通信模块231和地面第二通信模块232，和用于管理的地面通信控制器233；充电管理系统1具有管理第一通信模块11和管理第二通信模块12，还包括管理系统控制器。

在需要工作时，车载第一通信模块331与管理第一通信模块11之间可以无线连通（通信），它们之间可以交互信息；同样的，车载第一通信模块331与地面第一通信模块231之间可以无线连通（通信），它们之间可以交互信息。

车载通信控制单元33和充电管理系统1之间，以及车载通信控制单元33和地面通信控制单元23之间使用的通信标准和协议可以是超宽带（UWB）、ZigBee、Wi-Fi，或任何其它适合的通信标准和协议的一种或多种，优选使用的通信协议为Wi-Fi，其通信物理层应符合IEEE Std 802.11的规定。为了方便说明，本专利的以使用Wi-Fi为例进行说明。

管理第二通信模块12和地面第二通信模块232之间可以是有线连接也可以是无线连接，用于充电管理系统1与地面通信控制单元23之间交互信息。

车载第二通信模块332与整车控制器37之间连接，有线无线均可，一般采用有线连接，用于车载通信控制单元33与整车之间交互信息。

以停车场（或充电站）为例，具有多个充电车位，和至少一个充电管理系统1。结合图2和图3，待充电车辆进入充电站，到达第一位置（如图3所示的步骤S10），我们将能够满足车载第一通信模块331与管理第一通信模块11建立连接的位置称为第一位置。一般而言管理第一通信模块11是固定在停车场中的，因此该第一位置也是一个范围，即待充电车辆进入该范围，也就是到达第一位置时，至少满足二者连接在距离上的要求，或者说车载通信控制单元33（车载第一通信模块331）处于充电管理系统1（管理第一通信模块11）的信号覆盖的范围内。

在该第一位置，车载通信控制单元33与充电管理系统1之间建立的通信连接，简称WI连接或者第一连接（如图3所示步骤S11）。建立WI连接后，车载通信控制单元33与充电管理系统1之间交互第一充电信息，该第一充电信息包至少包括：充电需求信息和可用充电车位信息。对于待充电车辆而言，可以获取为其提供无线充电的充电车位（以下简称可用充电车位）。需要注意的是，下文提到通过WI连接或者第一连接交互的信息都称为第一充电信息，例如兼容性检测使用的信息等。

待充电车辆获取可用充电车位，并选择充电车位（图3中步骤S13）.获取可用充电车位的方法一般有三种方式，包括预约、分配或自由选择。充电站一般会采用三种方式之一或其组合。

其中“预约”方式是指待充电车辆提前与充电管理系统1或与其更上一层的运营管理平台联系，获得与车载设备兼容的充电车位并由充电管理系统1作预留，当待充电车辆在预约时间内到达充电站，车载通信控制单元33向充电管理系统1发起注册并确认到达，充电管理系统1向车载通信控制单元33反馈所预留的充电车位的位置、状态等信息。

当待充电车辆未预约或充电站没有提供“预约”的方式时，车载通信控制单元33与充电管理系统1先通过WI连接建立信息交互完成注册鉴权、兼容性检测等过程，所述注册鉴权是指车载通信控制单元33向充电管理系统1发起注册请求，充电管理系统1对车载通信控制单元33的接入合法性进行授权。

当充电站采用“分配”的方式时，充电管理系统1在经过兼容性检查后为待充电车辆指定的一个可用充电车位，并向车载通信控制单元33反馈所分配的充电车位位置信息，由电动汽车根据位置信息驶向指定的充电车位。采用“分配”的方式比较适合搭载了自动驾驶或自动泊车系统的电动汽车，驾驶系统（自动驾驶系统）可以直接根据充电管理系统1“分配”的充电车位位置信息，操纵汽车驶向充电车位。

本申请以“自由选择”的方式作为实施例予以说明，所述“自由选择”是指待充电车辆的驾驶人员或自动驾驶系统自行选择充电车位。当充电站采用的是自由选择的方式时，充电管理系统1反馈可用充电车位信息，反馈方式包括状态标识和/或数据传送两种形式。

采用状态标识的形式时，充电管理系统1通过能以视觉或听觉分辨出的形式标识出可用的充电车位，举例来说，充电管理系统1可以控制点亮、闪烁指示灯作为可用充电车位的标识，或以指示牌、显示屏等形式指示可用的充电车位，供驾驶人员自由选择。这种形式比较适合充电站的地面设备型号比较单一，只有一种或几种，通过指示灯颜色的不同或闪烁次数的变化就可指示可正常工作的且没有被预约的可用充电车位。

数据传送则是直接将相关内容推送到车载通信控制单元33。本申请再建立第一连接后，第一充电信息就可以采用数据传送的形式。可以包括充电管理系统1向车载通信控制单元33传送代表可用充电车位的数据，比如以数字、字母或其组合表示的可用充电车位的车位号，而每个充电车位上都被以明显的标识显示了这些车位号，驾驶人员可以方便地根据车位号标识识别可用充电车位。数据传送的反馈信息也可包括充电车位的位置图或充电站的实时导航地图，并在中控台或手机等移动终端显示，而充电车位的位置图或实时导航地图上都被标识出了可用的充电车位及其车位号，供驾驶人员自由选择，也就是图3中步骤S13选择充电车位。

当然，在选择充电车位之前，需要对车位与待充电车辆的兼容性进行检测的。无论上述三种方式采用哪一种，都需要进行兼容性检测，因为在一些实施例中，兼容检测的次数不止一次，为了区分说明，此处将兼容性检测，称为兼容性预检（图3中步骤S12）。

所述兼容性检测或兼容性预检，是指车载通信控制单元33向充电管理系统1上传车载设备的产品信息，车载通信控制单元33需要上传的产品信息包括输出功率等级、输出电压和电流范围、离地气隙、工作频率、线圈类型、谐振网络拓扑等，充电管理系统1根据上传信息，即根据地面设备与车载设备的兼容性以及地面设备的状态查询可用的充电车位。在完成上述过程后充电管理系统1向车载通信控制单元33反馈可用的充电车位信息。如有必要，充电管理系统1和车载通信控制单元33之间可以进行其它必要的信息交互，如支付方式的确认等。

当驾驶人员确定好目标充电车位，操纵电动汽车接近目标充电车位时，车载通信控制单元33到达第二位置（图3中步骤S20），车载通信控制单元33与目标充电车位的地面通信控制单元23（以下称目标CSU）建立连接，即车载第一通信模块331与地面第一通信模块231之间进行通信连接，以下简称CI连接或第二连接（图3中步骤S22）。通过CI连接或第二连接交互第二充电信息，第二充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的验证信息。当然第二充电信息还会包括其他内容，例如下文提到的“用于充电车位与待充电车辆的匹配验证信息”，只要通过CI连接或第二连接交互的信息都是第二充电信息。

上述第二位置是指车载通信控制单元33进入到地面通信控制单元23的信号覆盖范围内，或者说是车载第一通信模块331与地面第一通信模块231处于可连接的范围内。第二位置是一个范围，在该范围内，能够满足上述二者的连接在距离上的要求，能够建立上述的CI连接。

地面通信控制单元23的地面第一通信模块231的工作模式被配置为无线接入点（AP，Access Point），车载通信控制单元33的车载第一通信模块331被配置为终端站点（STA，Station），在充电管理系统1向车载通信控制单元33传送反馈信息的同时，控制可用充电车位的地面通信控制单元23处于发现模式，并允许车载通信控制单元33与可用充电车位的地面通信控制单元23建立无线连接。

地面通信控制单元23处于发现模式时，以采用Wi-Fi通信为例，每个地面通信控制单元23通过其地面第一通信模块231广播其服务集标识（SSID，Service Set Identifier），广播地面通信控制单元23的无线连接可用。当驾驶人员到达目标充电车位，充电车位相邻及附近有多个可用充电车位时，一般可以发现多个充电车位的地面通信控制单元23发出的SSID，需要从这些SSID中识别出所选择的目标地面通信控制单元23的SSID（图3中步骤S21），并与之发起关联。需要注意这里SSID的发送和接收，是还未建立第二连接时，因此该内容没有算入第二充电信息。当然，如果认为地面通信控制单元23通过其地面第一通信模块231只要发生信息的交互，都算作建立第二连接，那么该SSID也可以视为第二充电信息。

识别目标地面通信控制单元23的SSID的方式有多种，其中一种实施例是通过人工选择——地面通信控制单元23的SSID经配置预先设定编码规则，并分别在各地面通信控制单元23的地面第一通信模块231中完成设置。所述SSID编码规则将SSID分为若干子段，其中一个子段与充电车位的车位号相关联，举例来说，地面通信控制单元23的SSID被分为2个子段，其中前一个子段为“WPT-”，后一个子段为车位号或与车位号相关联的唯一代码，两个子段组合形成SSID。比如某个充电车位的车位号是B11，则其地面通信控制单元23广播的SSID为WPT-B11。假设B11相邻的充电车位的车位号分别是B10和B12，则这些地面通信控制单元23广播的SSID分别为WPT-B10和WPT-B12，当待充电车辆驶近并选择充电车位B11时，驾驶人员根据充电车位所标识的车位号，选择SSID为WPT-B11的地面通信控制单元23接入。

具体的，车载通信控制单元33通过WI连接与充电管理系统1联系，查询SSID为WPT-B11的地面通信控制单元23的接入密码，车载通信控制单元33向地面通信控制单元23的地面第一通信模块231发送关联请求，身份认证通过对应的地面第一通信模块231向STA（也就是车载第一通信模块331）返回关联响应（此时该对应的第一通信模块231被视为AP），车载通信控制单元33与地面通信控制单元23之间进而建立了CI连接。

在前述数据传送的反馈信息所包括充电车位的位置图或充电站的实时导航地图中，也可以同时标注各个充电车位的地面通信控制单元23的SSID，在驾驶人员选择目标充电车位后可以根据标注的SSID直接选择相应的地面通信控制单元23接入。

上述实施例中其过程存在人工干预的操作，无法发挥使用无线充电时无感化充电的用户体验，也不适合自动泊车等需要自动连接的应用场合。另一种实施例中，通过自动的方式实现识别目标地面通信控制单元23的SSID。充电车位和/或待充电车辆配置了用于识别的部件，如射频识别（RFID）、光学识别等识别部件。举例来说，在充电车位上设置条形码、二维码、射频标签等机器可读代码，安装在该充电车位地面设备的信息也保存在这些可读代码内，或者可以通过与充电管理系统1进行信息交互查询得到。当搭载识别部件的待充电车辆驶入到第二位置时，可以发现并感应或扫描这些可读代码，车载通信控制单元33识别可读代码后获得充电车位的SSID，与目标地面通信控制单元23发起关联，当地面通信控制单元23确认车载通信控制单元33接入的合法性后与之建立CI连接。

上述实施例需要在充电车位或待充电车辆另行配置硬件，系统实现也有一定的复杂性。为克服上述问题，本申请提出一种实施例，其中车载通信控制单元33被配置为具备接收信号强度(简称RSSI，Received Signal Strength Indicator)的检测功能，车载通信控制单元33比较各个接收信号的RSSI值，一般来说RSSI值越强，则距离越近，在第二位置接收的目标充电车位的地面通信控制单元23的RSSI值应比其它的地面通信控制单元23更强，由此车载通信控制单元33根据最大信号强度算法优先选择接收到的RSSI最大的地面通信控制单元23接入。进一步的，为避免在第二位置可能因为多个RSSI值差异较小导致无法识别，或因为目标地面通信控制单元23发射的功率强度较低等状况而导致识别错误的情况，车载通信控制单元33分别与这几个地面通信控制单元23连接，测量一个信号从地面通信控制单元23发送至车载通信控制单元33的时间差，或者一个信号往返于车载通信控制单元33与地面通信控制单元23之间的时间，并根据通信速率（光速）计算出车载通信控制单元33和地面通信控制单元23之间的距离，再根据计算距离结合RSSI值的差异确定需要接入的地面通信控制单元23。一般来说，Wi-Fi通信模块的信号的常规作用距离为几百米，其发射信号覆盖很多的车位，因此在本实施例中地面通信控制单元23的第一通信模块231被配置为以允许的最低发射功率工作，在这个最低发射功率下，其信号能覆盖整个充电车位，且能被进入充电车位即第二位置的车载通信控制单元33接收到，这样可以最大程度降低各个Wi-Fi通信模块之间的交叉影响。在一些实施例中，Wi-Fi通信模块的发射天线通过安装位置和/或天线形式被设置为具有方向性，比如发射天线是定向天线，其发射的电磁波面向正面进入充电车位的电动汽车进入的位置强度较强，其它方向则较弱，或为零。当待充电车辆正面进入充电车位时，接收到该充电车位的RSSI值应该为最大的，接收到的其它Wi-Fi的RSSI为零或相对很小，可以被非常容易地被分辨。当车载通信控制单元33识别目标充电车位的地面通信控制单元23时，车载通信控制单元33向充电管理系统1查询该充电车位的SSID及密码，然后车载通信控制单元33自动与目标充电车位的地面通信控制单元23之间建立CI连接。

建立CI连接后，在一些实施例中，在此阶段需要重新进行兼容性检查和鉴权认证，比如在进行引导对齐之前，或完成引导对齐之后，及开始充电之前。兼容性检查根据所在阶段的不同而对检测的内容有所差异，如在建立WI连接后的兼容性检查作为兼容性预检（步骤S12），在建立CI连接后的是兼容性最终检查（步骤S23），通常来说最终检查的参数项要比在兼容性预检更加全面。有些实施例中建立CI连接后不再重新进行兼容性检查；而在另一些实施例中，在建立WI连接时，并不进行鉴权认证或兼容性检查，而在建立CI连接后进行鉴权认证和兼容性检查。附图3中，作为示例，示出了建立WI连接后进行兼容性预检，以及在建立CI连接后进行兼容性最终检查。

在兼容性最终检查后，进入引导对齐阶段（步骤S24）。电动汽车无线充电时需要地面线圈21和车载线圈31之间尽量对齐，以保证两者之间的耦合能够满足功率传输及系统效率要求。为了方便驾驶人员或者车辆自动泊车系统正确停泊在充电车位内，无线充电系统一般会配置具有引导对齐功能的定位装置。具体的就是上述的地面定位装置24以及与之配合的辅助接收线圈25，该辅助接收线圈25具有一个或多个。

对应的在车端上具上述车载定位装置34，以及与之连接的辅助发射线圈35，该辅助发射线圈同样可以是一个或多个。辅助发射线圈35激励一定频率的电磁波或电磁场，辅助接收线圈25接收电磁波或电磁场，通过测量所接收的电磁波或电磁场的电磁场强度、磁矢量、感应电压或电流等参数，获得辅助发射线圈35与辅助接收线圈25之间的相对位置，据此可以计算出车载线圈31和地面线圈21之间的相对位置（例如中国专利2020106812766记载了如何计算二者的相对位置，本申请不做赘述）。下文为了方便说明，辅助发射线圈35与辅助接收线圈25会统称为辅助线圈。

当然在一些实施例中，辅助发射线圈35与辅助接收线圈25的位置可以互换，即辅助发射线圈35包括在地面设备中，相应的，辅助接收线圈25包括在车载设备中。简单而言，完成上述辅助功能，具体是在地面发射电磁波或电磁场，还是在车载端发射，都是可以用于本申请的。

在一些实施例中，还可以不设置独立的辅助发射线圈，而将地面线圈21或者车载线圈31作为辅助发射线圈使用。

在附图中，以辅助发射线圈35设置在车载设备，辅助接收线圈25设置在地面设备为示例说明。当辅助接收线圈25感应或接收到辅助发射线圈35的电磁波或电磁场，这两个辅助线圈之间也相当于建立一种无线连接。具体来说，待充电车辆到达第三位置（步骤S30），在此位置建立连接，以下简称为CI辅连接或第三连接（步骤S31）。同上述的第一位置、第二位置类似，第三位置同样可以是一个范围，该范围至少保证辅助接收线圈25和辅助发射线圈35建立CI辅连接的距离要求。

通过第三连接交互第三充电信息，所述第三充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的引导对齐信息。其他通过第三连接传递的信息都属于第三充电信息，例如“用于充电车位与待充电车辆的匹配验证信息”。

辅助发射线圈35发射的电磁场或电磁波的强度受到国家或政府对电磁发射限值的约束，采用上述定位的方式其作用距离受到限制，一般来说，其作用距离在2m至5m以内，因此第三位置可以处于充电车位的范围内。引导对齐阶段在建立CI连接后但还未建立CI辅连接时，即在第二位置和第三位置之间，可以采用待充电车辆的智能驾驶系统的传感器进行远距离引导。

为实现自动驾驶或自动、半自动泊车，现代汽车一般会配置如毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、环视摄像等传感器，这些传感器可以在较远距离的作用，且一般具有相对较高的精度，在引导对齐阶段可以集成这些传感器的功能，以地面线圈21为目标完成远距离的引导。而在一些实施例中，并不是借助支持远距离引导的传感器，而是借助光学摄像头、辅助线或驾驶人员的视觉判断到达第二位置。上述远距离的引导在建立CI辅连接建立之前完成，本申请中所提到的引导对齐都默认包括了远距离引导的过程，其具体实现属于现有技术，在本专利中不再引述。简单来说，上述引导对齐包括了远距离引导，和精细引导，远距离引导并不一定依赖CI辅连接完成，其可以直接通过驾驶员自行判断位置。而CI辅连接的建立则是为了完成精细引导。

在引导对齐阶段中，车载通信控制单元33和地面通信控制单元23之间通过CI连接交互位置信息，使驾驶人员或泊车系统操纵汽车正确的对准，在完成引导对齐阶段后，要对电动汽车是否停泊在正确的充电车位以及CI连接是否正确进行验证。

无论是自由、分配和预约的模式，都有可能因为如识别失败等原因出现CI连接出错的情况，即车载通信控制单元33错误地连接到目标充电车位以外的其它充电车位的Wi-Fi模块，使电动汽车所停的充电车位和进行CI连接的充电车位不一致。此时如果地面定位装置24和/或车载定位装置34也出现失效的情况，例如有多辆电动汽车同时处于引导对齐阶段，地面定位装置所接收到的信号被干扰，如CI连接的充电车位所接收到的是其它电动汽车的车载定位装置所发出的电磁场或电磁波，进而通过CI连接向停泊在目标充电车位上的车载通信控制单元33反馈引导对齐完成（步骤S32）。

此时车载通信控制单元33向CI连接的充电车位（即：与车载第一通信模块331进行CI连接的地面第一通信模块231所在的充电车位）请求地面设备发射大功率进行无线传输，会引起危险，即会导致非预期的功率传送。在一些极端的情况下，CI连接的充电车位上没有电动汽车，或停放着其它车辆，甚至是燃油车辆，或者充电车位上有人员活动，所造成的潜在安全风险更大。

为避免出现上述问题，以及出现非预期功率传送的问题，在第三连接位置经由CI辅连接使车载通信控制单元33与充电车位中的地面通信控制单元23通过唯一的识别码（下文简称ID，Identifier）进行匹配验证，以确认待充电车辆停泊在正确的停车位上。作为一个实施例，下面将匹配验证过程予以说明。

第一步，在建立CI连接之后，地面通信控制单元23将生成一个与地面设备关联的唯一的ID；第二步，地面通信控制单元23通过CI连接向车载通信控制单元33发送ID（步骤S41）。ID被转换为二进制数据，进而按编码模式转换为一个编码位序列。当待充电车辆到达第三位置，待充电车辆停泊在充电车位上时，进行第三步，通过建立CI辅连接，车载通信控制单元33向地面通信控制单元23回送ID（步骤S42），以验证目标充电车位和CI连接的一致性。

需要注意步骤S41、步骤S42是接续在步骤S22和步骤S32之后的，他们是用于匹配验证的，因此在需要上有所区别。实际应用中，上述流程可以依序进行，也可以跳过匹配验证的次序。也就是说步骤S41、步骤S42并非一定按照上述接续进行，只要在最终充电前进行匹配验证即可。

本申请说明中，使用第二连接和第三连接完成工作（即完成上述步骤S41、步骤S42），也就是上文提到的“用于充电车位与待充电车辆的匹配验证信息”。

回送验证的具体方式是：车载定位装置34通过调制将ID的编码位序列加载到辅助发射线圈35发出的电磁波或电磁场的变化波形上，即辅助发射线圈35激励的电磁波或电磁场的变化波形按ID的编码位序列而变化。优选的，编码模式使用曼彻斯特编码。按照曼彻斯特编码模式，将每个数据位编码，每个编码位分成两个相等的间隔，在编码周期的1/2 位处， 若被编码数据位为“1”，则波形由高峰值负跳变为低峰值；反之，若被编码数据位为“0”，则波形由低峰值正跳变为高峰值。辅助接收线圈25接收辅助发射线圈35发出的电磁波或电磁场，由地面通信控制单元23将编码位序列按照编码模式进行解码转换出ID，并与第一步中的ID比较验证。

接下来进入步骤S50，通过比较验证的结果判断匹配验证是否成功，如果接收到的ID一致，则匹配验证成功，地面通信控制单元23通过CI连接向车载通信控制单元33反馈匹配验证成功的信息，并可以进行后续的流程，例如对位检测（步骤S61）、互感值检测（步骤S62）、频率检测及锁定（步骤S63）、异物活物检测（步骤S64）等等。

如果收到的ID不一致，或者经过多次尝试，辅助接收线圈25无法接收到辅助发射线圈35发出的电磁波或电磁场，则可判断为匹配验证失败，地面通信控制单元23向车载通信控制单元33反馈匹配验证失败的信息。并且可以返回到第二连接之前，例如可以返回到步骤S13选择充电车位，从新进行第二连接。

匹配验证过程在建立CI辅连接后进行，在一些实施例中，匹配验证过程只执行一次，匹配验证过程可以发生在CI连接建立之后，或者在完成引导对齐阶段之后。这里所述的只执行一次，不是指只发送一次匹配验证ID，而是指匹配验证成功后则不再发送ID。

在另一些实施例中，匹配验证过程在CI辅连接建立后持续进行，此时辅助发射线圈35激励的用于定位的电磁波和电磁场持续按编码位序列而变化，在引导对位的过程中同时一直进行ID匹配验证码的比较，以保证引导对齐过程中，车载通信控制单元33和目标地面通信控制单元23始终处于正确的连接状态。

在引导对齐开始后，车载通信控制单元33通过CI连接请求获得地面线圈21的位置信息，在引导对齐过程中，通过CI连接交互待充电车辆和地面线圈21之间的位置信息，驾驶人员或泊车系统在充电车位内对车辆进行操纵，使待充电车辆停车完成后车辆位置在无线充电系统定义的允许偏移范围内。

在引导对齐和匹配验证过程完成后，无线充电系统在启动充电之前将进行线圈对位检测（步骤S61），以确认地面线圈21和车载线圈31之间的位置偏差处于对准容忍区域之内，一般来说，对位检测也是通过地面定位装置24和车载定位装置34完成的。进一步的，在一些实施例中，启动充电之前，一般还包括互感值检测（步骤S62）和频率检测及锁定（步骤S63）过程，所述互感值检测是指通过检测地面线圈21和车载线圈31之间的互感值满足功率传输的要求，所述频率检测及锁定是指车载设备检测出地面设备的工作频率，车载设备能够使其工作频率在误差允许范围内与检测工作频率一致。上述过程可以进一步的确保地面线圈21和车载线圈31处于对准状态和处于可工作的状态，而在开始充电之前，一般还包括异物和活物检测的过程，所述异物检测，是指检测在地面线圈和车载线圈之间的传输空间是否有异常进入的金属物体，防止出现无线充电的电磁场加热金属异物的情况。所述活物检测，是指检测在地面线圈和车载线圈之间的传输空间是否有异常进入的生物体，防止出现无线充电的电磁场对生物体可能造成的伤害。

在上述过程中，在充电前需要改变充电车位，或者出现匹配验证、兼容性检查未通过等情况时，可断开CI连接，重新选择充电车位；如果一直无法完成充电车位的匹配，则可联系充电站进行故障处理。

当上述过程完成后，车载通信控制单元33可以通过CI连接向地面通信控制单元23发起充电请求（步骤S71），进入充电传输阶段（步骤S72）。充电传输阶段开始后，供电电源输出工频交流电，经地面功率变换装置转换为高频交流电后加载在地面线圈上，将电能转化为磁场，其可通过空气传播，车载线圈耦合到磁场后，由于电磁感应而在车载线圈内产生电流，进而经车载功率变换装置转换为直流电为汽车动力电池充电，从而实现电能从供电电源到动力电池的无线传输。

在充电传输阶段过程中，CI连接也是作为无线充电车载设备和地面设备交互通信的通道，进行如充电需求、控制数据、异常报警等信息交互。在一些实施例中，CI辅连接在充电传输阶段中继续保持连接，重复匹配验证过程，作为无线充电系统运行状态的一个保活信号；在一些实施例中，辅助发射线圈持续激励用于定位的电磁波和电磁场，由地面通信控制单元23检测电动汽车是否在充电过程中是否出现异常移动的情况。

除了上述方案外，本申请还提供一种先建立CI辅连接再建立CI连接的方案，该方案适用于所有充电车位和待充电车辆都能够完全匹配，且不需要定位引导的情形。该方案中，当搭载辅助发射线圈35的待充电车辆进入到充电车位时，辅助发射线圈35发出的电磁波或电磁场按前述的编码方式加载了特定信息，该特定信息可以是预先在充电管理系统1中注册的车载通信控制单元33的信息。

辅助接收线圈25感应接收到辅助发射线圈35激励的电磁波或电磁场，即建立了CI辅连接时，地面通信控制单元23识别到有待充电车辆进入了充电车位且进入了第三连接位置，地面通信控制单元23开始广播其连接可用，地面通信控制单元23解码接收到的电磁波或电磁场上加载的特定信息，再将识别的特定信息（除了包括车载通信控制单元33信息外，还可以包括SSID及密码在内的接入信息），发送给车载通信控制单元33，由车载通信控制单元33发起与地面通信控制单元23的关联，建立CI连接，而该位置同时也作为第二连接位置。一般来说，第三连接位置所覆盖的范围要小于第二位置所覆盖的范围，而在这个实施例中，第三连接位置和第二连接位置是重合的，这个实施例比较适合不需要远距离引导或在远距离引导时不需要CI连接的场景。

下面对功能安全进行说明。无线充电的充电车位确定过程中，如果发生所述非预期功率传送会涉及到安全风险。在汽车领域为了保证避免不可接受的系统性失效和随机硬件失效风险，提出了依据功能安全标准ISO 262262的可行性的要求和功能安全开发流程，按照该标准需要预先对功能安全风险等级进行评估，以确定系统的汽车安全完整性等级，然后为每一个风险分配一个安全目标，并将降低风险的机制作为系统功能的一部分预先植入系统中。

在ISO 262262标准中提出了汽车完整性等级(ASIL)的概念，成为评价汽车电子功能安全的重要指标。ASIL分为从A到D共4个等级，其中D等级最高，A等级最低。ASIL 所对应的等级越高，对系统功能安全的要求也越高。ASIL等级根据每一个危害事件发生的概率、以及发生后的严重程度和驾驶员可操控性三个因子来确定，并根据特定的计算规则得出结果。

举例来说，对于电动汽车无线充电而言，在充电过程中出现非预期功率传送是一种危害事件，具体的又可以被分解为多种功能故障和失效影响，如在非目标充电车辆停泊情况下出现非预期功率传送，会导致汽车底盘被加热的情况；在有人员活动情况下出现非预期功率传送，会导致人身健康的危险。相应的，通过对危害事件本身进行系统性的评估确定不同的功能安全目标所对应的ASIL等级，如对于功能安全目标为在有车辆时避免非预期功率传送，ASIL等级将被确定B；功能安全目标为在无车辆时避免非预期功率传送，ASIL等级将被确定D，而无线充电系统将要求满足其中最高的功能安全等级ASIL D。

无线充电系统的功能安全性主要决定于产品设计和开发阶段，ISO 26262通过硬件架构指标来评估系统的硬件功能安全设计，分别对设备中每个与功能安全相关的电路模块进行失效分析和计算。在具体计算中，需要给每一个元器件的失效模式和失效影响进行分析，通过标准中提供的计算公式，计算出设备中的硬件架构指标，判断出是否满足安全目标中定义的功能安全等级。

在导致的功能安全风险的失效模式中，系统性失效是指人为设计或制造过程中的行为影响了安全相关的因素，导致产品出现非期望的失效，此类失效形式可确定原因并通过修改设计进行排除；硬件随机失效是指由于系统中某一个或几个元器件的随机故障导致的失效，通常难以预测和排除，是功能安全风险的一个主要来源。为使无线充电系统满足预设的功能安全ASIL等级，降低硬件随机失效风险。

在本申请中，作为一种硬件架构的安全机制，在地面通信控制单元23和车载通信控制单元33中，涉及充电功能安全目标相关的部件中，至少一个部件设置冗余部件。为了方便说明，下文将涉及充电功能安全目标相关的部件称为原部件。

当系统运行时所述的原部件和冗余部件同时处于工作状态，通过配置，地面通信控制单元23和车载通信控制单元33具有充电安全目标定义的最高功能安全等级所要求的硬件架构指标。

以地面通信控制单元23的硬件架构作为一个例子来说明，地面通信控制单元23包括地面通信控制器233、地面第一通信模块231和地面第二通信模块232，一般还包括电源管理模块、信号输入和处理模块、安全相关电路模块等。其中地面通信控制器233配置为包括：二个控制核和一个监控核，两个控制核分为一个主内核和一个副内核，在运行时两个控制核运行同样的程序，将结果输入到监控核中，监控核周期性比较两个核的输出结果，检测运行偏差，并负责决策和执行。如果相同，则继续运行；否则，则需要采取一定的措施。如果在一段时间后错误还是存在，系统会重启或者重新检查。类似的，车载通信控制器333也具有相应的配置。

具体的，在输出结果一致的情况下，由监控核产生中断，将两个控制核当前状态以检查点文件的形式保存到存储器上。在输出结果不一致的情况下，由监控核产生中断，两个控制核调取最近一次保存的检查点文件实施回卷以恢复系统。

通过上述配置，在充电车位选择和匹配至开始充电，很多步骤都与可能发生非预期功率传送的可能性相关，包括引导对齐过程的控制、对位检测、ID的生成、地面通信控制单元23向车载通信控制单元33发送ID、车载通信控制单元33向地面通信控制单元23回送ID等，上述步骤都由满足功能安全目标所对应等级的地面通信控制单元23和车载通信控制单元33来执行，可以进一步的保证无线充电的安全性。

上述实施例中，冗余的控制核集成在一个控制器内，在一些实施例中，地面通信控制单元23有二个独立的控制器，其中一个作为主控制器，另一个作为辅控制器，辅控制器持续监控主控制器的运行，当主控制器运行不正常或主控模块存在硬件故障时，辅助控制器代替主控器工作，保持最基本的功能继续运行。

在地面通信控制单元23的硬件架构中，除控制器外，其它部件如电源模块、时钟模块、通信模块等部件都存在着硬件失效的概率，相应的这些部件也可以通过冗余设置使地面通信控制单元23进一步地降低硬件随机失效率，从而使地面通信控制单元23硬件架构指标在整体上满足功能安全目标所定义的最高ASIL等级。

本申请说明书中提到的停车场、充电站，是指具有多个无线充电车位的场所，说明书记载的方案能够帮助待充电车辆在停车场、充电站中选取合适的充电车位进行无线充电。

基于本申请的建立的三个连接，可以更高效的完成匹配流程。对于停车场、充电站而言，其具有很高的车流量，如果仅依靠单一的通信，例如只建立待充电车辆和充电管理系统1的连接，所有充电流程所交互的信息都基于该连接，必然会给充电管理系统1带来极高的负荷，一旦出现故障，会影响全部的无线充电工作。本申请中，通过三个连接，将整个无线充电流程的通信拆分，减小系统负荷。尤其是在建立第二连接后，充电管理系统1就可以与对应的待充电车辆解除连接、或者使二者处于低数据交互状态，以减少负荷。

允许待充电车辆同所在充电车位上的地面通信控制单元23、地面定位装置24分别交互，处理不同的信息，即不互相干扰，提高处理速度，又能满足各部分交互的安全需求。同时，第二连接和第三连接之间又承载了交互唯一识别码的功能，以解决非预期功率传送的问题，确保了无线充电的安全进行，进一步，也是对待充电车辆和充电车位之间的对应关系的验证。

综上，上述三个连接所承载的功能之间，即有独立的部分，又有相互依托的部分，相对于现有技术单一的通信方案，本申请效率更高，安全性能更好。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种无线充电匹配方法，其特征在于，包括：

充电管理系统（1）与待充电车辆建立第一连接，通过所述第一连接交互第一充电信息；所述第一充电信息至少包括：充电需求信息和可用充电车位信息；

地面通信控制单元（23）与待充电车辆建立第二连接，通过所述第二连接交互第二充电信息，所述第二充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的验证信息；

地面定位装置（24）与待充电车辆建立第三连接，通过所述第三连接交互第三充电信息，所述第三充电信息至少包括：充电车位与待充电车辆的引导对齐信息；

所述第二充电信息和第三充电信息还包括：用于充电车位与待充电车辆的匹配验证信息；

所述匹配验证信息为识别码；

匹配验证方法为：

在建立第二连接后，地面通信控制单元（23）将生成一个与地面设备关联的唯一的识别码；

所述唯一的识别码通过第二连接发送给待充电车辆；

在建立第三连接后，待充电车辆将接收到的所述唯一的识别码通过所述第三连接回送给地面通信控制单元（23）；

地面通信控制单元（23）验证两次所述唯一的识别码的一致性；

所述充电管理系统（1）通过第一通信模块（11）与待充电车辆的车载第一通信模块（331）建立所述第一连接；

地面通信控制单元（23）通过地面第一通信模块（231）与待充电车辆的车载第一通信模块（331）建立所述第二连接；

地面定位装置（24）通过辅助接收线圈（25）与待充电车辆的辅助发射线圈（35）建立所述第三连接。

2.根据权利要求1所述的无线充电匹配方法，其特征在于，

在建立所述第一连接后，还进行兼容性预检；

通过识别地面通信控制单元（23）发出的服务集标识，与对应的待充电车辆建立第二连接。

3.根据权利要求1所述的无线充电匹配方法，其特征在于，

所述唯一的识别码按照曼彻斯特编码模式，将每个数据位编码，每个编码位分成两个相等的间隔，在编码周期的1/2 位处，根据编码数据位的值，调整对应的波形。

4.根据权利要求1所述的无线充电匹配方法，其特征在于，

所述地面通信控制单元（23）包括地面通信控制器（233）；

所述地面通信控制器（233）配置为包括：二个控制核和一个监控核，两个控制核分为一个主内核和一个副内核，在运行时所述主内核和所述副内核运行同样的程序，将结果输入到所述监控核中，所述监控核周期性比较所述主内核和所述副内核的输出结果。

5.根据权利要求4所述的无线充电匹配方法，其特征在于，

在所述输出结果一致时，由所述监控核产生中断，将所述主内核和所述副内核当前状态以检查点文件的形式保存到存储器上；

在所述输出结果不一致时，由所述监控核产生中断，调取所述主内核和所述副内核最近一次保存的检查点文件实施回卷以恢复系统。

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