低压大电流无线充电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低压大电流无线充电系统，包括直流电源、车载电池、无线能量发送装置、无线能量接收装置和DSP控制装置，无线能量发送装置与直流电源连接，无线能量接收装置与无线能量发送装置对应且与车载电池连接，DSP控制装置与无线能量发送装置、无线能量接收装置和车载电池连接。本发明专利技术的系统不仅可以使系统表现为恒流输出特性和单位功率因数输入的特性，而且其传输距离远、能量传输设备的相对位置具有一定的自由度、提高了能量的传输效率、前景广阔、使用方式更简捷、安全可靠。另外，本发明专利技术还公开了一种低压大电流无线充电方法。

Low voltage and high current wireless charging system and method

【技术实现步骤摘要】
低压大电流无线充电系统及方法
本专利技术涉及电动车无线充电领域，尤其涉及一种低压大电流无线充电系统及方法。
技术介绍
AGV电动车是一种具备导引装置和电机控制系统的移动机器人，可以精确地按照导引线路行驶。作为一种常见的物流电动车，AGV小车具有适应性强，工作效率高，导航路径设置容易，智能化程度高，调度分配方便等显著的优点，被广泛应用于自动化、智能化的物流管理系统，有着巨大的应用前景。AGV物流电动车以蓄电池为动力供电，目前主要有两种充电方式，传统插拔式充电和无线充电。插拔式充电方式的充电地点固定，随着插拔次数的增加，会出现安全隐患。无线充电方式方便快捷，充电方式灵活，具有良好的应用前景。目前，常用的无线充电技术是电磁感应式无线充电技术，在电磁感应式无线充电技术中，能量传输线圈由初级线圈和次级线圈组成，初级线圈接入交流电时可产生磁场，次级线圈由于有交变磁场的存在而感应出交变电流。然而，电磁感应式无线充电方式由于其能量传输距离较短、能量传递设备相对位置固定、充电效率较低且容易产生涡流，因而不适用于电动车无线充电系统。
技术实现思路
本专利技术为解决上述现有技术中的问题，提出一种低压大电流无线充电系统及方法，其不仅可以使系统表现为恒流输出特性和单位功率因数输入的特性，而且其传输距离远、能量传输设备的相对位置具有一定的自由度、提高了能量的传输效率，前景广阔、使用方式更简捷、安全可靠。为实现上述目的，本专利技术提供了一种低压大电流无线充电系统，包括直流电源、车载电池、无线能量发送装置、无线能量接收装置和DSP控制装置，无线能量发送装置与所述直流电源连接且用于提供电能，无线能量接收装置与所述无线能量发送装置对应且与所述车载电池连接，用于为接收电能并为所述车载电池提供电能，DSP控制装置与所述无线能量发送装置、所述无线能量接收装置和所述车载电池连接，用于根据接收到的所述车载电池的实时电量与设定电量值的比较结果选择充电模式和对应的调节参数、基于所述调节参数通过具有PID补偿的无源控制算法计算出所述无线能量发送装置中的DC/DC电路的目标占空比并根据所述目标占空比生成PWM信号驱动所述DC/DC电路工作，为所述车载电池充电。优选地，所述DSP控制装置还用于检测所述无线能量发送装置和所述无线能量接收装置是否异常和所述车载电池是否充满，并在所述无线能量发送装置和所述无线能量接收装置存在异常或所述车载电池充满时，结束充电过程。优选地，所述具有PID补偿的无源控制算法为：在式(a)中，d为所述DC/DC电路的目标占空比，v、Uin、r1、i分别为所述DC/DC电路的电容电压、输入电压、阻尼系数和电感电流，I*为电感电流的期望稳态值；在式(b)中，Kp、Ki、Kd分别为PID控制器的调节参数且Kp，Ki＞0、Kd≥0。优选地，所述无线能量发送装置包括依次连接的能量发射线圈、发送端谐振补偿电路、高频逆变电路和所述DC/DC电路，所述DC/DC电路与所述直流电源连接，所述能量发射线圈预先铺设在电动车行驶的道路上，所述无线能量接收装置包括依次连接的能量接收线圈、接收端谐振补偿电路和整流电路，所述能量接收线圈与所述能量发射线圈对应且安装在电动车的底盘上，所述整流电路与所述车载电池连接。优选地，所述DC/DC电路用于将基础直流电压转变为所需等级的直流电压，所述高频逆变电路用于将所述所需等级的直流电压逆变为高频交流电，所述发送端谐振补偿电路用于使所述低压大电流无线充电系统工作在谐振频率处并补偿所述能量发射线圈和所述能量接收线圈之间的漏感，所述能量发射线圈用于输出电能。优选地，所述能量接收线圈用于接收电能，所述接收端谐振补偿电路用于使所述低压大电流无线充电系统工作在谐振频率处并补偿所述能量接收线圈和所述能量发射线圈之间的漏感，所述整流电路用于将交流电能转换为直流电能。优选地，所述DSP控制装置包括：采样单元，用于检测所述DC/DC电路的输出电压和电感电流；温度检测单元，用于检测所述能量发射线圈、所述能量接收线圈、所述DC/DC电路和所述高频逆变电路的温度；PWM单元，与所述DC/DC电路连接和所述高频逆变电路连接，用于产生高频逆变驱动信号驱动所述高频逆变电路工作，并根据所述DC/DC电路的目标占空比，产生PWM信号驱动所述DC/DC电路工作，为所述车载电池充电；CAN通信单元，通过CAN-wifi通信模块与所述车载电池连接，用于实时传输所述车载电池的电量信息；控制器单元，与所述采样单元、所述温度检测单元、所述PWM单元和所述CAN通信单元连接，用于控制PWM单元产生高频逆变驱动信号，并将从所述CAN通信单元接收到的实时传输的所述车载电池的电量信息与设定电量值进行比较，根据比较结果选择充电模式和对应的所述调节参数，基于所述调节参数通过具有PID补偿的无源控制算法计算出所述DC/DC电路的目标占空比并控制所述PWM单元产生PWM信号，且用于根据所述采样单元检测的所述DC/DC电路的输出电压和电感电流、所述温度检测单元检测的所述能量发射线圈、所述能量接收线圈、所述DC/DC电路和所述高频逆变电路的温度以及所述CAN通信单元传输的所述车载电池的电量信息，判断所述DC/DC电路、所述能量发射线圈、所述能量接收线圈和所述高频逆变电路是否异常或者所述车载电池是否充满，并在所述无线能量发送装置和所述无线能量接收装置存在异常或所述车载电池充满时，结束充电过程。优选地，所述低压大电流无线充电系统的充电功率为：在式(c)中，P为充电功率，M为所述能量发射线圈和所述能量接收线圈之间的互感量，ω0为所述高频逆变电路的工作频率，Lf1为所述发射端谐振补偿电路的电感量，Lf2为所述发射端谐振补偿电路的电感量，UAB为所述发射端谐振补偿电路的输入方波电压的基波有效值，Uab为所述接收端谐振补偿电路的输出方波电压的基波有效值。另外，本专利技术还提供了一种低压大电流无线充电方法，包括如下步骤：将接收到的车载电池的实时电量与设定电量值进行比较，并根据比较结果选择充电模式和对应的调节参数；根据选择的所述充电模式及其对应的调节参数，采用具有PID补偿的无源控制算法计算出DC/DC电路的目标占空比；根据所述DC/DC电路的目标占空比生成PWM信号，驱动所述DC/DC电路工作，为所述车载电池充电。优选地，所述方法还包括如下步骤：检测为所述车载电池充电的低压大电流无线充电是否异常和所述车载电池是否充满，并在所述系统出现异常或所述车载电池充满时，结束充电过程。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：由于采用双边LCC谐振网络及电磁耦合方式，本专利技术可以使系统表现为恒流输出特性和单位功率因数输入特性，而且其能量传输设备的相对位置具有一定的自由度，耦合距离更远，能量的传输效率更高，同时线圈中间非磁性障碍物不会影响到系统的正常工作，是一种应用前景更广阔、使用方式更简捷、安全可靠的新型无线能量传输技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压大电流无线充电系统，包括直流电源和车载电池，其特征在于，还包括：/n无线能量发送装置，与所述直流电源连接，用于提供电能；/n无线能量接收装置，与所述无线能量发送装置对应且与所述车载电池连接，用于为接收电能并为所述车载电池提供电能；/nDSP控制装置，与所述无线能量发送装置、所述无线能量接收装置和所述车载电池连接，用于根据接收到的所述车载电池的实时电量与设定电量值的比较结果选择充电模式和对应的调节参数、基于所述调节参数通过具有PID补偿的无源控制算法计算出所述无线能量发送装置中的DC/DC电路的目标占空比并根据所述目标占空比生成PWM信号驱动所述DC/DC电路工作，为所述车载电池充电。/n

【技术特征摘要】
1.一种低压大电流无线充电系统，包括直流电源和车载电池，其特征在于，还包括：
无线能量发送装置，与所述直流电源连接，用于提供电能；
无线能量接收装置，与所述无线能量发送装置对应且与所述车载电池连接，用于为接收电能并为所述车载电池提供电能；
DSP控制装置，与所述无线能量发送装置、所述无线能量接收装置和所述车载电池连接，用于根据接收到的所述车载电池的实时电量与设定电量值的比较结果选择充电模式和对应的调节参数、基于所述调节参数通过具有PID补偿的无源控制算法计算出所述无线能量发送装置中的DC/DC电路的目标占空比并根据所述目标占空比生成PWM信号驱动所述DC/DC电路工作，为所述车载电池充电。


2.如权利要求1所述的低压大电流无线充电系统，其特征在于，所述DSP控制装置还用于检测所述无线能量发送装置和所述无线能量接收装置是否异常和所述车载电池是否充满，并在所述无线能量发送装置和所述无线能量接收装置存在异常或所述车载电池充满时，结束充电过程。


3.如权利要求2所述的低压大电流无线充电系统，其特征在于，所述具有PID补偿的无源控制算法为：






在式(a)中，d为所述DC/DC电路的目标占空比，v、Uin、r1、i分别为所述DC/DC电路的电容电压、输入电压、阻尼系数和电感电流，I*为电感电流的期望稳态值；在式(b)中，Kp、Ki、Kd分别为PID控制器的调节参数且Kp，Ki＞0、Kd≥0。


4.如权利要求3所述的低压大电流无线充电系统，其特征在于，所述无线能量发送装置包括依次连接的能量发射线圈、发送端谐振补偿电路、高频逆变电路和所述DC/DC电路，所述DC/DC电路与所述直流电源连接，所述能量发射线圈预先铺设在电动车行驶的道路上，所述无线能量接收装置包括依次连接的能量接收线圈、接收端谐振补偿电路和整流电路，所述能量接收线圈与所述能量发射线圈对应且安装在电动车的底盘上，所述整流电路与所述车载电池连接。


5.如权利要求4所述的低压大电流无线充电系统，其特征在于，所述DC/DC电路用于将基础直流电压转变为所需等级的直流电压，所述高频逆变电路用于将所述所需等级的直流电压逆变为高频交流电，所述发送端谐振补偿电路用于使所述低压大电流无线充电系统工作在谐振频率处并补偿所述能量发射线圈和所述能量接收线圈之间的漏感，所述能量发射线圈用于输出电能。


6.如权利要求4所述的低压大电流无线充电系统，其特征在于，所述能量接收线圈用于接收电能，所述接收端谐振补偿电路用于使所述低压大电流无线充电系统工作在谐振频率处并补偿所述能量接收线圈和所述能量发射线圈之间的漏感，所述整流电路用于将交流电能转换为直流电能。


7.如权利要求4所述的低压大电流无线充电系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立炎，陈文杰，章子祎，陈启宏，周克亮，肖朋，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42