CN104467989A - 一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，仅适用于磁耦合谐振式无线电能传输系统，结合该系统的具体参数特性，针对接收端的接入对发射端线圈的电流与电压之间的影响关系，给出一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，解决接收端自识别的接入问题；不需要额外的增加通信装置，不需要关断发射端总电源，误动作小、具有很高的可靠性，同时降低了设计的成本，增加了系统的智能化控制程度。当无接收端接入时系统处于低功耗的待机状态，当检测到接收端接入时系统时可自启动正常工作，并且工作完成时也可自动切断进入待机状态。

Description

一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法

技术领域

本发明涉及一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，尤其涉及适用于磁耦合谐振式无线电能传输系统的接收端检测方法。

背景技术

无线电能传输系统由于其能量的发射端与接收端具有物理分离的特点，所以能量的接收端具有很高的移动性能。因此被广泛应用在植入式医疗设备、家电、移动设备、电动汽车的无线充供电中。正是由于系统接收端具有很高的移动性能，所以在系统工作之前需要检测接收端是否在发射端的能量发射范围内，以确保系统能量能够有效的从发射端传递到接收端。

通常系统在完成无线充电或供电工作时，需要人为的关掉发射端的总电源，但该种方法当接收端因故障突然断开连接时，可能会造成来不及关断总电源而造成系统故障。

迄今为止，磁耦合谐振式无线电能传输系统中在负载端接入的自检测上尚未有一套完善的解决方案。目前采用的在发射端增加通信联络装置的方式实现，即发射端与接收端增加无线通讯，通过无线信息将接收端接入系统的情况反馈到发射端，进一步确定是否正常开机。该方法的不足之处在于通信装置增加了系统的复杂性，增加了系统的成本，并且在系统工作时所产生的强磁场，会对该通信装置产生影响，造成系统误动作。而且无线模块需要额外的电池供应，当电池出现故障时或供电不足时，该方式就不能正常工作。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，使得系统在正常的待机状态下能够自动识别接收端的接入，并可以自动启动或关断系统。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，在磁耦合谐振式无线电能传输系统中添加检测与控制模块，所述检测与控制模块设置在发射端中，检测与控制模块检测发射线圈的输入电压U₁、发射端电流I₁以及所述输入电压U₁与发射端电流I₁的相位差Δω，来自识别负载的无线电能传输系统接收端；并且根据磁耦合谐振式无线电能传输系统可知系统中接收端的负载处于短路或开路情况下的发射端电流大小分别为I_1min、I_1max；具体包括以下步骤：

1)所述检测与控制模块控制发射电源产生脉冲电压；在脉冲电压的激励下，所述检测与控制模块检测发射线圈的输入电压U₁与发射端电流I₁的相位差Δω；其中，控制所述脉冲电压为磁耦合谐振式无线电能传输系统正常工作时的电压的1/30～1/20；

2)若相位差Δω≠0，此时控制磁耦合谐振式无线电能传输系统保持待机状态，并重复步骤1)；当所述相位差Δω＝0时，若I_1min＜I₁＜I_1max，则所述检测与控制模块控制所述发射电源停止发射脉冲电压并产生正常工作电压进行激励；若I₁≤I_1min或I₁≥I_1max，重复步骤1)；

3)当I_1min＜I₁＜I_1max时，设定磁耦合谐振式无线电能传输系统的切断电流为I_A；若I₁＞I_A时，控制磁耦合谐振式无线电能传输系统进入待机状态，并进入步骤1)进行循环检测。

进一步的，步骤3)中，假设接入正常工作的额定工作电流为I₀，磁耦合谐振式无线电能传输系统的切断电流I_A设定为2I₀～3I₀。

有益效果：本发明提供的一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，结合磁耦合谐振式无线电能传输系统的具体参数特性，针对接收端的接入对发射端线圈的电流与电压之间的影响关系，给出一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，解决接收端自识别的接入问题。

本发明的特点是磁耦合谐振式无线电能传输系统的自检测识别仅与接收端的参数紧紧相关，不需要额外的增加通信装置，误动作小、具有很高的可靠性，同时降低了设计的成本，增加了系统的智能化控制程度。本发明仅适用于磁耦合谐振式无线电能传输系统，即发射线圈与接收端线圈回路在谐振频率的驱动下均能达到各自的自谐振。本发明可实现系统不用关断发射端总电源，当无接收端接入时系统处于低功耗的待机状态，当检测到接收端接入时系统时可自启动正常工作，并且工作完成时也可自动切断进入待机状态。

附图说明

图1为磁耦合谐振式无线电能传输系统的自识别检测框图；

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。图1为磁耦合谐振式无线电能传输系统的自识别检测框图，所示的自识别检测装置包括检测与控制模块、发射端和接收端。检测与控制模块主要用于检测发射端的电压和电流以及两者之间的相位，以对发射电源进行控制。发射端包含发射电压U₁、谐振线圈L₁、补偿电容C₁、发射端线圈等效电阻R₁。接收端包含接收线圈L₂、补偿电容C₂、接收端线圈等效电阻R₂、负载R_L。如图所示，检测与控制模块设置在发射端，具体为：所述检测与控制模块连接发射电源的两端以及连接发射端线圈等效电阻R₁的两端；发射端与接收端通过线圈L₁与线圈L₂之间的互感M进行耦合。在满足磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振工作的情况下发射端的电流I₁为：

$I_1\≈\frac{U_1}{R_1+\frac{{\left(\mathrm{\ωM}\right)}^2}{R_2+R_L}}$

根据上式所示的关系，可知磁耦合谐振式无线电能传输系统接收端的接入对发射端的电流会产生影响。根据不同状态下电流的大小和特性，可实现磁耦合谐振式无线电能传输系统的接收端的自识别接入控制。例如当接收端正常接入时，发射线圈中的电压与电流为同相位，且电流大小满足系统谐振工作时的电流表达式，当接收端非正常接入或者其他物体接入系统时，可能会造成发射线圈中的电压与电流产生相位差，利用这些特性可实现负载的自识别。

一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，在磁耦合谐振式无线电能传输系统中添加检测与控制模块，所述检测与控制模块设置在发射端中，检测与控制模块检测发射线圈的输入电压U₁、发射端电流I₁以及所述输入电压U₁与发射端电流I₁的相位差Δω，来自识别负载的无线电能传输系统接收端；并且根据磁耦合谐振式无线电能传输系统可知系统中接收端的负载处于短路或开路情况下的发射端电流大小分别为I_1min、I_1max；

$I_{1\max }\≈\frac{U_1}{R_1}$

$I_{1\min }\≈\frac{U_1}{R_1+\frac{{\left(\mathrm{\ωM}\right)}^2}{R_2}}$

所述方法具体包括以下步骤：

1)所述检测与控制模块控制发射电源间断性的产生脉冲电压；在脉冲电压的激励下，所述检测与控制模块检测发射线圈的输入电压U₁与发射端电流I₁的相位差Δω；其中，控制所述脉冲电压为磁耦合谐振式无线电能传输系统正常工作时的电压的1/30～1/20，以便尽可能的减少待机损耗；

2)若相位差Δω≠0，表明与发射线圈相耦合的是非谐振物体，此时控制磁耦合谐振式无线电能传输系统保持待机状态，并重复步骤1)；当所述相位差Δω＝0时，说明与发射线圈相耦合的是具有与发射线圈的固有频率相同的谐振器；也可能是其他原因导致的效果，例如非谐振物体接入也会不改变发射线圈中的电压与电流相位；故需要排除系统的非正常情况下启动；即若I_1min＜I₁＜I_1max，表明与发射线圈相耦合的为接收线圈且接收端的负载接入正常，检测与控制模块控制磁耦合谐振式无线电能传输系统从待机状态下启动运行，具体表现为停止发射脉冲电压，检测与控制模块控制发射电源产生正常工作电压进行激励并进入步骤3)；若I₁≤I_1min或I₁≥I_1max，则表明与发射线圈相耦合的只是频率相同的物体，并不是有效负载，重复步骤1)；

3)当I_1min＜I₁＜I_1max时，磁耦合谐振式无线电能传输系统正常运行；假设正常运行的电压为U，电源输入的额定工作电流为I₀，由于当磁耦合谐振式无线电能传输系统完成供电操作，即接收端线圈退出磁耦合谐振式无线电能传输系统时，发射端在正常工作电压U的作用下，其发射端的电流会远大于I₀，故需要设定磁耦合谐振式无线电能传输系统的切断电流2I₀～3I₀；正常工作时的发射端电流I₁大于切断电流时，控制磁耦合谐振式无线电能传输系统则进入待机状态，并进入步骤1)进行循环检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，其特征在于：在磁耦合谐振式无线电能传输系统中添加检测与控制模块，所述检测与控制模块设置在发射端中，利用检测与控制模块检测发射线圈的输入电压U₁、发射端电流I₁以及所述输入电压U₁与发射端电流I₁的相位差Δω，来自识别负载的无线电能传输系统接收端；并且根据磁耦合谐振式无线电能传输系统可知系统中接收端的负载处于短路或开路情况下的发射端电流大小分别为I_1min、I_1max；具体包括以下步骤：

1)所述检测与控制模块控制发射电源产生脉冲电压；在脉冲电压的激励下，所述检测与控制模块检测发射线圈的输入电压U₁与发射端电流I₁的相位差Δω；其中，控制所述脉冲电压为磁耦合谐振式无线电能传输系统正常工作电压的1/30～1/20；

2)若相位差Δω≠0，此时控制磁耦合谐振式无线电能传输系统保持待机状态，并重复步骤1)；当所述相位差Δω＝0时，若I_1min＜I₁＜I_1max，则所述检测与控制模块控制所述发射电源停止发射脉冲电压并产生正常工作电压进行激励；若I₁≤I_1min或I₁≥I_1max，重复步骤1)；

3)当I_1min＜I₁＜I_1max时，设定磁耦合谐振式无线电能传输系统的切断电流为I_A；若I₁＞I_A时，控制磁耦合谐振式无线电能传输系统进入待机状态，并进入步骤1)进行循环检测。

2.根据权利要求1所述的一种自识别负载的无线电能传输系统接收端检测方法，其特征在于：步骤3)中，假设接入正常工作的额定工作电流为I₀，磁耦合谐振式无线电能传输系统的切断电流I_A设定为2I₀～3I₀。