本實用新型涉及無線電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電動車電池?zé)o線充電的掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無線供電技術(shù)以非物理接觸的方式供電，隨著該技術(shù)的成熟，越來越受到人們的關(guān)注和社會的認可，大大方便了無線產(chǎn)品的使用。

諧振式無線電能傳輸由于接收端和發(fā)射端的垂直距離(車空載與負載)和水平位移發(fā)生變化后接收端阻抗反映到發(fā)射端后回路阻抗也就發(fā)生變化，如果主頻不變，回路阻抗參數(shù)諧振點與主頻必然不匹配，造成充電功率下降。

現(xiàn)有的解決措施是改變諧振電容的容量，然而，這樣的措施通過切換不同的諧振電容來配合主頻諧振，一是電路切換復(fù)雜，故障率高，安全性低。二是因為是有級調(diào)節(jié)，不能匹配在最佳點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本實用新型提供一種掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)，解決諧振式電動車無線電能傳輸因原副線圈之間的對準(zhǔn)、高度變化而無法達到最佳傳輸效率的問題。

本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)，包括：地面控制單元和車載控制單元，所述地面控制單元和所述車載控制單元之間無機械連接；其中，所述地面控制單元包括依次連接的第一藍牙模塊、地面控制模塊以及電能發(fā)射模塊，其中，所述地面控制模塊包括：單片機以及分別連接至所述單片機的藍牙通訊接口、輸出功率控制驅(qū)動電路模塊、功率輸出模塊；所述車載控制單元包括依次連接的電能接收模塊、功率檢測模塊、車載控制模塊以及第二藍牙模塊，其中，所述電能接收模塊與所述電能發(fā)射模塊相適配；所述車載控制模塊包括：用于電流采集的霍爾傳感器、電壓采樣電阻以及AD轉(zhuǎn)換器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實用新型還可以做如下改進。

進一步地，所述電能發(fā)射模塊是一只電感與一只電容并聯(lián)的諧振電路。

進一步地，所述電能接收模塊是一只電感與一只電容并聯(lián)的諧振電路。

進一步地，所述地面控制模塊的工作過程為：地面控制單片機，通過第一藍牙模塊與車載端第二藍牙模塊通訊，采集到相應(yīng)的信號之后發(fā)出PWM控制輸出量驅(qū)動輸出功率驅(qū)動模塊，從而驅(qū)動功率輸出模塊改變輸出功率；

進一步地，所述車載控制模塊的控制過程為：通過AD轉(zhuǎn)換器將霍爾傳感器和電壓采樣電阻的電流電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量信號傳輸?shù)杰囕d控制模塊中，車載控制模塊計算出相應(yīng)的功率，再將其通過第二藍牙模塊與第一藍牙模塊通訊發(fā)送到地面控制模塊；

進一步地，所述掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)的工作步驟為：

第一步：系統(tǒng)啟動；

第二步：初始化系統(tǒng)；

第三步：啟動低功率充電，啟動功率檢測模塊；

第四步：地面控制模塊接受傳輸功率數(shù)據(jù)，啟動掃頻模式；

第五步：設(shè)置當(dāng)傳輸功率最大時的頻率值為系統(tǒng)工作的主頻率，加大傳輸功率，開啟大功率充電模式；

第六步：時刻檢測車載端功率狀態(tài)；

第七步：判斷功率是否大幅下降；若“是”，則回到第三步；若“否”，則進行第八步；

第八步：完成充電；

第九步：系統(tǒng)關(guān)閉。

本實用新型的有益效果是：不需要從硬件上對設(shè)備進行變動，且響應(yīng)速度快，相對來說設(shè)備安全度高，配比出最佳傳輸效率更為準(zhǔn)確(無級調(diào)節(jié))。通過單片機無級調(diào)節(jié)，電路實現(xiàn)簡單經(jīng)濟，并能匹配到最佳功率輸出。與采用了機械升降機來移動車載線圈的位置和高度、從而使它系統(tǒng)地耦合系數(shù)和傳輸效率在一個最佳的理論范圍的方式相比，本實用新型響應(yīng)速度更快，且車載端機械結(jié)構(gòu)相對長期處于運動狀態(tài)，耐用度高，且能降低成本。

附圖說明

圖1為本實用新型的掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)的工作流程圖；

圖3為本實用新型的地面控制模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。

在附圖中，各標(biāo)號所表示的部件名稱列表如下：

100 地面控制單元

101 第一藍牙模塊

102 地面控制模塊

103 電能發(fā)射模塊

200 車載控制單元

201 電能接收模塊

202 功率檢測模塊

203 車載控制模塊

204 第二藍牙模塊

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。

請參照圖1所示，其為本實用新型的掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，本實用新型的掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)包括：地面控制單元100和車載控制單元200，所述地面控制單元100和所述車載控制單元200之間無機械連接，其中，

所述地面控制單元100包括依次連接的第一藍牙模塊101、地面控制模塊102以及電能發(fā)射模塊103，其中，

所述第一藍牙模塊101為市面常見的藍牙設(shè)備；

所述地面控制模塊102用于控制電能發(fā)射端的輸出功率，匹配最佳主頻率；其包括：單片機以及分別連接至所述單片機的藍牙通訊接口、輸出功率控制驅(qū)動電路模塊、功率輸出模塊，控制過程為：地面控制單片機，通過藍牙與車載端藍牙通訊，采集到相應(yīng)的信號之后發(fā)出PWM控制輸出量驅(qū)動輸出功率驅(qū)動模塊，從而驅(qū)動功率輸出模塊改變輸出功率；

所述電能發(fā)射模塊103是一只電感與一只電容并聯(lián)的諧振電路；

所述車載控制單元200包括依次連接的電能接收模塊201、功率檢測模塊202、車載控制模塊203以及第二藍牙模塊204，其中，

所述電能接收模塊201是一只電感與一只電容并聯(lián)的諧振電路，與所述電能發(fā)射模塊103相適配；

所述功率檢測模塊202為現(xiàn)有的、可測量功率大小的模塊；

所述車載控制模塊203用于檢測電能接收端的輸入功率，其包括：用于電流采集的霍爾傳感器、電壓采樣電阻以及AD轉(zhuǎn)換器，控制過程為：通過AD轉(zhuǎn)換器將霍爾傳感器和采樣電阻的電流電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量信號傳輸?shù)杰囕d控制模塊203中，車載控制模塊計算出相應(yīng)的功率，在將其通過藍牙發(fā)送到地面控制模塊102；

所述第二藍牙模塊204為市面常見的藍牙設(shè)備，所述第一藍牙模塊101和所述第二藍牙模塊204用于地面控制單元與車載控制單元之間的信息傳輸。

本實用新型的掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)的輸出功率由地面控制單元來控制，輸出功率檢測由車載控制單元來控制，車載控制單元與地面控制單元由藍牙模塊來進行通訊，由于藍牙模塊用于短距離傳輸，傳輸速度非?？?，實時性強且穩(wěn)定性也好。

請參照圖2所示，其為本實用新型的掃頻式電能無線傳輸系統(tǒng)的工作流程圖；所述工作流程包括以下步驟：

S101：系統(tǒng)啟動；

S102：初始化系統(tǒng)；

S103：啟動低功率充電，啟動功率檢測模塊；

S104：地面控制模塊接受傳輸功率數(shù)據(jù)，啟動掃頻模式；

掃頻模式由軟件實現(xiàn)，主要通過單片機的輸出占空比(PWM)控制電源電路的DC/DC部分的VD_WHI腳的導(dǎo)通時間輸出從而達到目的，即剛開始的掃頻模式下占空比給定值非常小，不輸出大的功率，改變頻率再在車載端檢測接受功率。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

S105：設(shè)置當(dāng)傳輸功率最大時的頻率值為系統(tǒng)工作的主頻率，加大傳輸功率，開啟大功率充電模式；

大功率充電模式也是軟件控制的，控制方式與掃頻模式一致，通過改變DC/DC輸出占空比(PWM)，大功率模式下占空比調(diào)節(jié)到接近滿占空比的狀態(tài)，實現(xiàn)的電路結(jié)構(gòu)亦如圖3所示。

S106：時刻檢測車載端功率狀態(tài)；

S107：判斷功率是否大幅下降；若“是”，則回到S103；若“否”，則進行S108；

S108：完成充電；

S109：系統(tǒng)關(guān)閉。

由此，當(dāng)系統(tǒng)啟動后地面控制單元啟動功率發(fā)送，逐漸增大功率，在功率增加到一個相對較小的值的時候停止增加，通過藍牙向車載控制端發(fā)送啟動頻率掃描功能信號，車載端開始輸入功率檢測并將采集車載端輸入功率的數(shù)據(jù)實時發(fā)送回地面控制單元，地面控制單元通過改變單片機定時器時鐘周期T控制PWM的定時器的時鐘周期從而改變逆變電路的頻率使得系統(tǒng)的主頻率從設(shè)定的比最佳頻率±2K之間依次增加，每次增幅為100Hz，并將每次增加后的頻率值和對應(yīng)的接收端的功率值存儲在數(shù)組(單片機的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；數(shù)字設(shè)置在單片機程序中，通過車載端采集，地面控制端處理存儲。)中。頻率掃描后選出接收端功率最大的一組的頻率值設(shè)定為系統(tǒng)的主頻率并在此頻率值上將傳輸功率加到最大值并開始充電。

頻率改變是通過改變單片機定時器的時鐘周期，從而改變單片機PWM的時鐘頻率從而使得功率開關(guān)期間的開關(guān)頻率發(fā)生改變而改變的。具體實現(xiàn)方式如下：單片機的時鐘周期時間為T，頻率為f＝1/T改變單片機的時間周期T則它的頻率f將隨之發(fā)生改變，從而改變PWM的輸出周期改變功率開關(guān)的開關(guān)頻率。

頻模式掃頻：是在設(shè)備剛啟動的前30S內(nèi)通過調(diào)整T的大小，使頻率在諧振中心頻率的+1K到-K以100為變化步長從小加到大，將這個過程中功率輸出的最大值對應(yīng)的頻率值記錄下來，作為最終輸出頻率。

與現(xiàn)有的無線充電技術(shù)中改變諧振電容的方式來改變相應(yīng)的傳輸效率相比，本實用新型不需要從硬件上對設(shè)備進行變動，且響應(yīng)速度快，相對來說設(shè)備安全度高，配比出最佳傳輸效率更為準(zhǔn)確(無級調(diào)節(jié))。通過單片機無級調(diào)節(jié)，電路實現(xiàn)簡單經(jīng)濟，并能匹配到最佳功率輸出。與采用了機械升降機來移動車載線圈的位置和高度、從而使它系統(tǒng)地耦合系數(shù)和傳輸效率在一個最佳的理論范圍的方式相比，本實用新型響應(yīng)速度更快，且車載端機械結(jié)構(gòu)相對長期處于運動狀態(tài)，耐用度高，且能降低成本。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。