CN108767995A - 一种电动汽车移动式无线电能充电系统及其调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车移动式无线电能充电系统及其调控方法，其可提高电能无线传输效率、电能损耗小的磁耦合双模无线电能传输装置及其调控方法。本发明电动汽车移动式无线电能充电系统包括发射端和接收端，其结构要点发射端包括初级感应线圈、初级谐振线圈、初级谐振电容、初级开关、高频逆变电路、IGBT驱动电路、开关电源、外部电源接口、发射端控制单元、初级感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi‑Fi模块A，开关电源的电能输入端口与外部电源接口相连，开关电源的电能输出端口与高频逆变电路的电能输入端口相连。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车无线充电技术，尤其是一种电动汽车移动式无线电能充电系统及其调控方法。
背景技术
目前的电动自行车所使用的充电器，基本都是有线充电器，电源插头在插拔过程中会产生电火花，影响插头寿命，时间长了也会造成接触不良。在电动自行车充电这一技术领域，目前还未有成熟的无线充电技术方案。
无线充电目前存在的主要问题是，一是效率不高，主要原因是能量的控制比较困难，无法真正实现能量点对点的传送，在传输的过程中会散射等损耗一部分能量，能量转换器的效率不高也是影响整个系统效率的关键因素；二是电磁辐射安全问题，对人身安全和周围环境的影响需要解决。由于无线能量的传输既不像传统的供电方式那样可以在传输路径上得到很好的控制，也不像无线通讯那样传送微小的功率，高能量的能量密度势必会对人身安全带来影响。
磁耦合谐振式无线电能传输采用两个相同频率谐振电路，利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性，中等距离传输，传输效率较高。磁耦合谐振式无线电能传输中，电磁场随传输距离增加而迅速衰减，利用两个发生谐振耦合的电路来捕捉随距离衰减的电磁场，即当发射回路和接收回路发生谐振时，使大部分能量由发射回路传递到接收回路。
因此利用磁耦合谐振式无线电能传输技术实现无线充电器，是一种效率高，电磁辐射相对较小的技术方案。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种可提高电能无线传输效率、电能损耗小的电动汽车移动式无线电能充电系统及其调控方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明电动汽车移动式无线电能充电系统及其调控方法包括发射端和接收端，其结构要点发射端包括发射感应线圈、发射谐振线圈、发射谐振电容、发射开关、高频逆变电路、IGBT驱动电路、开关电源、外部电源接口、发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A，开关电源的电能输入端口与外部电源接口相连，开关电源的电能输出端口与高频逆变电路的电能输入端口相连，开关电源的控制信号输入端口与发射端控制单元的控制信号输出端口相连；高频逆变电路的电能输出端口与发射感应线圈相连，高频逆变电路的驱动信号输入端口与IGBT驱动电路的输出端口相连，IGBT驱动电路的输入端口与发射端控制单元的驱动控制信号输出端口相连，发射感应线圈电压采样模块通过ADC转换电路A与发射端控制单元的信号输入端口相连；Wi-Fi模块A的信号传输端口与发射端控制单元的信号传输端口相连；发射谐振线圈、发射谐振电容、发射开关串联组成回路。
所述接收端包括接受感应线圈、接受谐振线圈、接受谐振电容、接受开关、整流滤波电路、稳压电路、升降压电路、电源输出接口、接收端控制单元、ADC转换电路B、ADC转换电路C、接受感应线圈电压电流采样模块、输出电压电流采样模块、电子开关、Wi-Fi模块B，接受感应线圈与电子开关输入端相连，电子开关输出端与整流滤波电路的输入端相连，整流滤波电路的输出端分别与稳压电路的输入端、升降压电路的输入端相连，升降压电路的输出端与电源输出接口相连；接收端控制单元的接受感应线圈电压电流采样信号输入端口通过ADC转换电路B与接受感应线圈电压电流采样模块的输出端口相连，接收端控制单元的电子开关控制信号输出端口与电子开关的开关控制信号输入端口相连，接收端控制单元的电源端与稳压电路的输出端相连，接收端控制单元的输出电压电流采样信号输入端口依次通过ADC转换电路C、输出电压电流采样模块与升降压电路的电压电流采样信号输出端口相连，接收端控制单元的信号传输端口与Wi-Fi模块B的信号传输端口相连；接受谐振线圈、接受谐振电容、接受开关串联组成回路。
作为一种优选方案，本发明所述发射端还包括电力载波通讯模块，电力载波通讯模块的信号传输端口与发射端控制单元信号传输端口相连。
作为另一种优选方案，本发明所述发射谐振线圈和接受谐振线圈的固有谐振频率均为100kHz～200kHz。
另外，本发明所述发射端控制单元和接收端控制单元均采用DSPIC微控制器；所述稳压电路采用+5V稳压电路；所述发射端设置在密封、绝缘的机壳A内，接收端设置在密封、绝缘的机壳B内。
本发明所述电动汽车移动式无线电能充电系统包括以下步骤。
1)在磁耦合谐振式无线电能传输模式，发射开关S1、接受开关S2闭合，处于低功耗休眠状态，发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A、IGBT驱动电路、高频逆变电路不连续工作，发射端控制单元发出试探脉冲经IGBT驱动电路、高频逆变电路，作用于初感应线圈，发射感应线圈与发射谐振线圈互感，发射谐振线圈感生电流；通过发射感应线圈电压采样模块，采样发射感应线圈电压幅值，通过ADC转换电路A，反馈给发射端控制单元捕捉接受谐振线圈谐振频率并做出是否有接受谐振线圈靠近的判断。
2)发射端控制单元根据捕捉到的谐振频率值，使用频率查表模糊控制法，寻找对应无线电能传输距离，判断出发射谐振线圈与接受谐振线圈之间的耦合状态，若处于过耦合状态，则切换到磁耦合感应式无线电能传输模式，即断开S1、S2，若处于临界耦合或欠耦合状态则维持磁耦合谐振式无线电能传输模式不变。
3)发射感应线圈的电能间接耦合到接受感应线圈后，接收端控制单元通过Wi-Fi模块B将已成功接收电能信息发送至Wi-Fi模块A，发射端控制单元根据此信息判断靠近物体确实为可匹配的负载侧，将发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A置于工作状态，发射端控制单元输出PWM信号频率为fm；若一定时间内发射端控制单元没接收到接收端控制单元发送的信息则判断接近物体为不可匹配物体或其他干扰，将发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A置于低功耗休眠状态。
4)接收端控制单元开始工作时，当用电设备连接到电源输出接口，接收端控制单元通过Wi-Fi模块B连接客户端，客户端设置所接用电设备的额定功率、额定电压、额定电流参数，或在出厂时即设定该磁耦合双模无线电能传输装置接收端专用用电设备的额定功率、额定电压、额定电流参数；接收端控制单元根据额定功率额定电压判断，升降压电路应该输出的电压值，调整接收端控制单元输出PWM占空比及频率，控制升降压电路的输出电压，使升降压电路输出符合用电器工作的电压值。
5)输出电压电流采样模块实时采样升降压电路的输出电压及电流，通过ADC转换电路C，反馈给接收端控制单元，调节PWM输出，以校正输出电压、输出电流满足额定值。
6)接受感应线圈电流电压采样模块，采样接受感应线圈电压电流值，经ADC转换电路B，反馈给接收端控制单元，接收端控制单元将接受感应线圈输出电压值与升降压电路输出电压值通过Wi-Fi模块B发送到发射端控制单元。若接受感应线圈电压高于升降压电路输出电压值超过0.5V，则发射端控制单元减少PWM 1％占空比，对高频逆变电路的输出进行校正减小发射感应线圈、接受感应线圈两侧电压值。
若接受感应线圈输出电压值低于升降压电路输出电压值，则发射端控制单元增加PWM 1％占空比，对高频逆变电路的输出进行校正增大发射感应线圈、接受感应线圈输出电压值，减少升降压电路调整范围。
若发射端控制单元未调整输出PWM占空比及频率时，接受感应线圈输出电压值自动下降，或调整PWM频率后接受感应线圈输出电压值发生严重下降时，则视为谐振频率偏移，接收端移动，在100kHz～300kHz重新捕捉接受谐振线圈谐振频率。
作为一种优选方案，本发明所述步骤1)发射端控制单元通过每1s发出一持续0.1s的试探脉冲经IGBT驱动电路、高频逆变电路，作用于初感应线圈；所述步骤3)一定时间为10ms。
作为另一种优选方案，本发明所述步骤1)的判断方式为：发射端控制单元连续3s检测采样发射感应线圈电压幅值变化超过3V时，发射端控制单元将发射端控制系统置于预工作状态，发射端控制单元、IGBT驱动电路、高频逆变电路连续工作10ms；令发射端控制单元在1ms内连续输出从100kHz开始每0.1ms增加10kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此1ms内发射感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率f1；发射端控制单元在1ms内连续输出从f1开始每0.1ms增加1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少1kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此2ms内发射感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率f2；发射端控制单元在1ms内连续输出从f2开始每0.1ms增加0.1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少0.1kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此2ms内发射感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率fm；在5ms内捕捉到接受谐振线圈的谐振频率，将其精确到0.1kHz。
作为另一种优选方案，本发明所述步骤5)采样输出电压方法为导线接入升降压电路输出点，采样输出电流方法为串联0.1欧姆采样电阻进入升降压电路输出支路，采样0.1欧姆采样电阻两端电压值。
其次，本发明所述步骤6)在100kHz～300kHz重新捕捉接受谐振线圈谐振频率采用的方法为：发射端控制单元在1.5ms内连续输出从100kHz开始每0.1ms增加10kHz的PWM信号，接收端控制单元通过接受感应线圈电压采样模块采样此1.5ms内接受感应线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将接受感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，发射端控制单元选出电压值最大时对应频率f1；发射端控制单元在1ms内连续输出从f1开始每0.1ms增加1kHz的PWM信号，之后1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少1kHz的PWM信号，接收端控制单元通过接受感应线圈电压采样模块采样此2ms内发射谐振线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将接受感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，选出电压值最大时对应频率f2；发射端控制单元在1ms内连续输出从f2开始每0.1ms增加0.1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少0.1kHz的PWM信号，接收端控制单元通过接受感应线圈电压采样模块采样此2ms内接受感应线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将接受感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，选出电压值最大时对应频率fm。
另外，本发明还包括步骤7)发射端控制单元将系统工作状态信息传送至电力载波通讯模块，电力载波通讯模块对信号进行调制，通过电线传输信息，通过电力载波通讯模块解调其他装置传送的信息，并存储于发射端控制单元内，存储周期为5分钟，每隔5分钟清空一次数据；若客户端显示某一磁耦合双模无线电能传输装置发射端控制单元状态为工作状态、预工作状态、低功耗休眠状态，则磁耦合双模无线电能传输装置工作正常，若输出异常或无输出，则需要对相应的磁耦合双模无线电能传输装置进行检查维护。
本发明有益效果。
本发明发射端控制系统与接收端控制系统进行无线通讯可对接受谐振线圈谐振频率跟踪调节，可切换无线电能传输模式，根据使用状态调节工作状态降低功耗，具有节能环保的优点；对接受谐振线圈谐振频率跟踪调节，提高电能无线传输效率。
本发明发射端控制系统具有低功耗休眠状态、预工作状态、工作状态，并且可根据使用状态切换，节约电能。
本发明通过所述的Wi-Fi模块B连接客户端，客户端设置所接用电设备的额定功率、额定电压、额定电流，接收端控制单元根据额定功率额定电压判断所述的升降压电路应输出的电压值，控制所述的升降压电路电路的电压输出，通过Wi-Fi模块B，将接收端控制系统采样的电压值传送给所述的发射端控制系统，所述的发射端控制单元接收到的信息输出合适占空比的PWM，调节逆变电路的输出，减少电能损耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1电动汽车移动式无线电能充电系统的线圈等效结构拓扑图。
图2为电动汽车移动式无线电能充电系统的原理结构框图。
具体实施方式
实施例1：参照图1和2。一种电动汽车移动式无线电能充电系统，包括发射端和接收端，其结构要点发射端包括发射感应线圈、发射谐振线圈、发射谐振电容、发射开关、高频逆变电路、IGBT驱动电路、开关电源、外部电源接口、发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A，开关电源的电能输入端口与外部电源接口相连，开关电源的电能输出端口与高频逆变电路的电能输入端口相连，开关电源的控制信号输入端口与发射端控制单元的控制信号输出端口相连；高频逆变电路的电能输出端口与发射感应线圈相连，高频逆变电路的驱动信号输入端口与IGBT驱动电路的输出端口相连，IGBT驱动电路的输入端口与发射端控制单元的驱动控制信号输出端口相连，发射感应线圈电压采样模块通过ADC转换电路A与发射端控制单元的信号输入端口相连；Wi-Fi模块A的信号传输端口与发射端控制单元的信号传输端口相连；发射谐振线圈、发射谐振电容、发射开关串联组成回路。
所述接收端包括接受感应线圈、接受谐振线圈、接受谐振电容、接受开关、整流滤波电路、稳压电路、升降压电路、电源输出接口、接收端控制单元、ADC转换电路B、ADC转换电路C、接受感应线圈电压电流采样模块、输出电压电流采样模块、电子开关、Wi-Fi模块B，接受感应线圈与电子开关输入端相连，电子开关输出端与整流滤波电路的输入端相连，整流滤波电路的输出端分别与稳压电路的输入端、升降压电路的输入端相连，升降压电路的输出端与电源输出接口相连；接收端控制单元的接受感应线圈电压电流采样信号输入端口通过ADC转换电路B与接受感应线圈电压电流采样模块的输出端口相连，接收端控制单元的电子开关控制信号输出端口与电子开关的开关控制信号输入端口相连，接收端控制单元的电源端与稳压电路的输出端相连，接收端控制单元的输出电压电流采样信号输入端口依次通过ADC转换电路C、输出电压电流采样模块与升降压电路的电压电流采样信号输出端口相连，接收端控制单元的信号传输端口与Wi-Fi模块B的信号传输端口相连；接受谐振线圈、接受谐振电容、接受开关串联组成回路。
所述开关电源采用输出适合所述的IGBT驱动电路的+15V、-15V电源，适合所述的发射端控制单元工作的+5V电源，及满足高频逆变要求的电压。
升降压电路向用电设备输出电能，且利用接收端控制单元控制升降压电路中升降压芯片的使能端EN，EN为高电平使能，利用接收端控制单元控制升降压电路是否向外输出电能，且保证发射端控制系统在选择工作状态时采样到的发射感应线圈电压幅值不受负载影响。
所述电子开关控制规则可设置为输入“0”开通，输入“1”关断。
所述发射端还包括电力载波通讯模块，电力载波通讯模块的信号传输端口与发射端控制单元信号传输端口相连。通过电力载波通讯模块可使磁耦合双模无线电能传输装置之间，磁耦合双模无线电能传输装置与Internet，磁耦合双模无线电能传输装置与客户端之间互联互通，维护人员可通过客户端检查装置工作状态；利用电力载波技术将网络信号引入磁耦合双模无线电能传输装置，经TCP/IP协议，通过磁耦合双模无线电能传输装置向周围设备提供Wi-Fi热点；并将发射感应线圈电压、电流采样结果与接受感应线圈电压、电流采样结果通过电力载波相互传输。
所述发射谐振线圈和接受谐振线圈的固有谐振频率均为100kHz～200kHz。
所述发射端控制单元和接收端控制单元均采用DSPIC微控制器；所述稳压电路采用+5V稳压电路；所述发射端设置在密封、绝缘的机壳A内，接收端设置在密封、绝缘的机壳B内。密封、绝缘的机壳不会因触碰而导致触电事故，防水、防尘。
在机壳A内，发射端控制系统(发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、电力载波通讯模块、Wi-Fi模块A)、发射感应线圈、开关电源之间可加屏蔽板，屏蔽发射感应线圈对发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、电力载波通讯模块、Wi-Fi模块A的电磁干扰。发射端控制单元、高频逆变电路、IGBT驱动电路可固定在屏蔽板上，其间隔一层绝缘橡胶皮。
机壳B可引出电源输出接口，给用电设备供电。接受谐振线圈、整流滤波电路、所述的接收端控制系统(接收端控制单元、ADC转换电路B、ADC转换电路C、接受感应线圈电压电流采样模块、输出电压电流采样模块、电子开关、Wi-Fi模块B)之间可加屏蔽板，屏蔽接受感应线圈对接收端控制系统的电磁干扰。接收端控制单元、整流滤波电路可固定于所述的屏蔽板上，其间隔一层绝缘橡胶皮。
屏蔽板可为铁氧体材料，具有良好屏蔽高频电磁场性能。
所述的机壳A、所述的机壳B材质可为ABS，ABS电绝缘性、耐高热性、阻燃性好。
图1中，A为发射感应线圈，B为发射谐振线圈，C为接受谐振线圈，D为接受感应线圈。发射谐振线圈串联开关S1，接受谐振线圈串联开关S2，当S1、S2闭合时，磁耦合双模无线电能传输装置工作于磁耦合谐振式无线电能传输模式，当S1、S2断开时，磁耦合双模无线电能传输装置工作于磁耦合感应式无线电能传输模式。当无线电能传输距离，即发射谐振线圈与接受谐振线圈之间距离小于双模临界传输距离时，磁耦合双模无线电能传输装置以磁耦合谐振式无线电能传输模式进行无线电能传输的电能传输效率大于磁耦合感应式无线电能传输模式，故将磁耦合双模无线电能传输装置调至磁耦合谐振式无线电能传输模式；当无线电能传输距离大于双模临界传输距离时，磁耦合双模无线电能传输装置以磁耦合谐振式无线电能传输模式进行无线电能传输的电能传输效率小于磁耦合感应式无线电能传输模式，将磁耦合双模无线电能传输装置调至磁耦合感应式无线电能传输模式。利用频率查表模糊控制法，根据发射端控制系统捕捉到的接受谐振线圈谐振频率fm确定无线电能传输距离，以判断无线电能传输距离与双模临界传输距离的关系，确定磁耦合感应式无线电能传输装置工作模式。
下面对电动汽车移动式无线电能充电系统的物理结构进行说明。
电动汽车移动式无线电能充电系统的发射端被密封在机壳A内，机壳A可安装于墙面、地板、办公桌内，尤其适合室外或大型公共场，其防水、防尘特性保证其在户外恶劣天气情况下正常使用。接收端被密封在机壳B内，接收端可接在用电设备外部，通过电源输出接口向用电设备供电，也可内嵌在用电设备内部。
外部电源接口接入220V，50Hz市电电源，经开关电源输出适合IGBT驱动电路的+15V、-15V，供发射端控制单元工作的+5V电源。及满足高频逆变电路需求的电压。
发射感应线圈的电能耦合到发射谐振线圈，发射谐振线圈的电能耦合到接受谐振线圈，接受谐振线圈的电能耦合到接受感应线圈后，经整流滤波电路、升降压电路，输出用电设备需要的电压，通过电源输出接口输出到用电设备。下面结合图2对磁耦合双模无线电能传输传输装置的工作状态及调试方法进行说明。
初始条件下，磁耦合双模无线电能传输装置工作在磁耦合谐振式无线电能传输模式，即S1、S2闭合，并处于低功耗休眠状态，处于低功耗休眠状态时发射端控制系统、IGBT驱动电路、高频逆变电路不连续工作，即发射端控制单元通过DSPIC每1s发出一持续0.1s的试探脉冲经IGBT驱动电路、高频逆变电路，作用于初感应线圈，在发射感应线圈与发射谐振线圈互感作用下，发射谐振线圈感生电流；由于发射谐振线圈与发射感应线圈的距离、接受谐振线圈与接受感应线圈的距离相等且始终不变，故发射感应线圈与发射谐振线圈之间互感不变，接受级感应线圈与接受级谐振线圈之间，此时发射感应线圈的电压幅值主要和发射谐振线圈与接受谐振线圈之间耦合系数有关，即与无线电能传输距离有关；通过发射感应线圈电压采样模块，采样发射感应线圈电压幅值，通过ADC转换电路A，反馈给发射端控制单元捕捉接受谐振线圈谐振频率并做出是否有接受谐振线圈靠近的判断。
具体判断方式为：发射端控制单元连续3s检测采样发射感应线圈电压幅值发生剧烈变化时，发射端控制单元将发射端控制系统置于预工作状态，即发射端控制单元、IGBT驱动电路、高频逆变电路连续工作10ms。由于接受谐振线圈固有谐振频率为100kHz～200kHz，故令发射端控制单元在1ms内连续输出从100kHz开始每0.1ms增加10kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此1ms内发射感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率f1；发射端控制单元在1ms内连续输出从f1开始每0.1ms增加1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少1kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此2ms内发射感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率f2；发射端控制单元在1ms内连续输出从f2开始每0.1ms增加0.1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少0.1kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此2ms内发射感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率fm。如此发射端控制单元可在5ms内捕捉到接受谐振线圈的谐振频率，将其精确到0.1kHz。
发射端控制单元根据捕捉到的谐振频率值，使用频率查表模糊控制法，寻找对应无线电能传输距离，判断出发射谐振线圈与接受谐振线圈之间的耦合状态，若处于过耦合状态，则切换到磁耦合感应式无线电能传输模式，即断开S1、S2，若处于临界耦合或欠耦合状态则维持磁耦合谐振式无线电能传输模式不变。发射感应线圈的电能间接耦合到接受感应线圈后，接收端控制系统开始工作，通过接收端控制单元通过Wi-Fi模块B将已成功接收电能信息发送至Wi-Fi模块A，发射端控制单元根据此信息判断靠近物体确实为可匹配的负载侧，将发射端控制系统置于工作状态，处于工作状态时，发射端控制单元输出PWM信号频率为fm。若10ms内发射端控制单元没接收到接收端控制单元发送的信息则判断接近物体为不可匹配物体或其他干扰，将发射端控制系统置于低功耗休眠状态。
接收端控制单元开始工作时，当用电设备连接到电源输出接口，接收端控制单元通过Wi-Fi模块B连接客户端，客户端设置所接用电设备的额定功率、额定电压、额定电流等参数，或在出厂时即设定该磁耦合双模无线电能传输装置接收端专用用电设备的额定功率、额定电压、额定电流等参数。接收端控制单元根据额定功率额定电压判断，升降压电路应该输出的电压值，调整接收端控制单元输出PWM占空比及频率，控制升降压电路的输出电压，使升降压电路输出符合用电器工作的电压值。
输出电压电流采样模块实时采样升降压电路的输出电压及电流，采样输出电压方法为导线接入升降压电路输出点，采样输出电流方法为串联0.1欧姆采样电阻进入升降压电路输出支路，采样0.1欧姆采样电阻两端电压值，通过ADC转换电路C，反馈给接收端控制单元，由单片机调节PWM输出，以校正输出电压、输出电流满足额定值。
接受感应线圈电流电压采样模块，采样接受感应线圈电压电流值，经ADC转换电路B，反馈给接收端控制单元，接收端控制单元将接受感应线圈输出电压值与升降压电路输出电压值，通过Wi-Fi模块B发送到发射端控制系统。
若接受感应线圈电压高于升降压电路输出电压值过多，则发射端控制单元微减PWM占空比，对高频逆变电路的输出进行校正减小发射感应线圈、接受感应线圈两侧电压值，避免电能浪费在升降压电路上，提高电能利用率。
若接受感应线圈输出电压值低于升降压电路输出电压值，则发射端控制单元微增PWM占空比，对高频逆变电路的输出进行校正增大发射感应线圈、接受感应线圈输出电压值，减少升降压电路调整范围。
若发射端控制单元未调整输出PWM占空比及频率时，接受感应线圈输出电压值自动下降，或调整PWM频率后接受感应线圈输出电压值发生严重下降时，则视为谐振频率偏移，可能由于接收端的移动造成，采用以下措施在100kHz～300kHz重新捕捉接受谐振线圈谐振频率。
发射端控制单元在1.5ms内连续输出从100kHz开始每0.1ms增加10kHz的PWM信号，接收端控制单元通过接受感应线圈电压采样模块采样此1.5ms内接受感应线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将接受感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，发射端控制单元选出电压值最大时对应频率f1；发射端控制单元在1ms内连续输出从f1开始每0.1ms增加1kHz的PWM信号，之后1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少1kHz的PWM信号，接收端控制单元通过接受感应线圈电压采样模块采样此2ms内发射谐振线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将接受感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，选出电压值最大时对应频率f2；发射端控制单元在1ms内连续输出从f2开始每0.1ms增加0.1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少0.1kHz的PWM信号，接收端控制单元通过接受感应线圈电压采样模块采样此2ms内接受感应线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将接受感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，选出电压值最大时对应频率fm。利用此方法实时跟踪接受谐振线圈谐振频率，提高无线电能传输效率。
发射端控制单元根据捕捉到的谐振频率值，使用频率查表模糊控制法，计算出无线电能传输距离，判断出发射谐振线圈与接受谐振线圈之间的耦合状态，若处于过耦合状态，则切换到磁耦合感应式无线电能传输模式，即断开S1、S2，若处于临界耦合或欠耦合状态则维持磁耦合谐振式无线电能传输模式不变。
利用电力载波技术将网络信号引入磁耦合双模无线电能传输装置内，通过电力载波通讯模块解调网络信号，TCP/IP串口转换器将网络信号转换成串口信号，发射端控制单元将串口信号通过Wi-Fi模块A向周围提供Wi-Fi热点。
一定区域内每个嵌入电力载波通讯模块的磁耦合双模无线电能传输装置，利用发射端控制单元将系统工作状态信息传送至电力载波通讯模块，电力载波通讯模块对信号进行调制，通过电线传输信息，磁耦合双模无线电能传输装置通过电力载波通讯模块解调其他装置传送的信息，并存储于发射端控制单元内，存储周期为5分钟，每隔5分钟清空一次数据，维修人员可从客户端获得一定区域所有磁耦合双模无线电能传输装置的工作情况。若客户端显示某一磁耦合双模无线电能传输装置发射端控制单元状态为工作状态、预工作状态、低功耗休眠状态，则磁耦合双模无线电能传输装置工作正常，若输出异常或无输出，则需要维修人员对相应的磁耦合双模无线电能传输装置进行检查维护。
需要理解到的是：本实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本发明的简单说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电动汽车移动式无线电能充电系统，包括发射端和接收端，其特征在于发射端包括发射感应线圈、发射谐振线圈、发射谐振电容、发射开关、高频逆变电路、IGBT驱动电路、开关电源、外部电源接口、发射端控制单元、发射感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A；
开关电源的电能输入端口与外部电源接口相连，开关电源的电能输出端口与高频逆变电路的电能输入端口相连，开关电源的控制信号输入端口与发射端控制单元的控制信号输出端口相连；
高频逆变电路的电能输出端口与发射感应线圈相连，高频逆变电路的驱动信号输入端口与IGBT驱动电路的输出端口相连，IGBT驱动电路的输入端口与发射端控制单元的驱动控制信号输出端口相连，发射感应线圈电压采样模块通过ADC转换电路A与发射端控制单元的信号输入端口相连；
Wi-Fi模块A的信号传输端口与发射端控制单元的信号传输端口相连；发射谐振线圈、发射谐振电容、发射开关串联组成回路；
所述接收端包括接受感应线圈、接受谐振线圈、接受谐振电容、接受开关、整流滤波电路、稳压电路、升降压电路、电源输出接口、接收端控制单元、ADC转换电路B、ADC转换电路C、接受感应线圈、电压电流采样模块、输出电压电流采样模块、电子开关、Wi-Fi模块B，接受感应线圈与电子开关输入端相连，电子开关输出端与整流滤波电路的输入端相连，整流滤波电路的输出端分别与稳压电路的输入端、升降压电路的输入端相连，升降压电路的输出端与电源输出接口相连；接收端控制单元的接受感应线圈电压电流采样信号输入端口通过ADC转换电路B与接受感应线圈电压电流采样模块的输出端口相连，接收端控制单元的电子开关控制信号输出端口与电子开关的开关控制信号输入端口相连，接收端控制单元的电源端与稳压电路的输出端相连，接收端控制单元的输出电压电流采样信号输入端口依次通过ADC转换电路C、输出电压电流采样模块与升降压电路的电压电流采样信号输出端口相连，接收端控制单元的信号传输端口与Wi-Fi模块B的信号传输端口相连；接受谐振线圈、接受谐振电容、接受开关串联组成回路。
2.根据权利要求1所述的电动汽车移动式无线电能充电系统，其特征是：所述发射端还包括电力载波通讯模块，电力载波通讯模块的信号传输端口与发射端控制单元信号传输端口相连。
3.根据权利要求1所述的电动汽车移动式无线电能充电系统，其特征是：所述发射谐振线圈和接受谐振线圈的固有谐振频率均为100kHz～200kHz。
4.根据权利要求1所述的电动汽车移动式无线电能充电系统，其特征是：其特征在于所述发射端控制单元和接收端控制单元均采用DSPIC微控制器；所述稳压电路采用+5V稳压电路；所述发射端设置在密封、绝缘的机壳A内，接收端设置在密封、绝缘的机壳B内。
5.根据权利要求1所述的电动汽车移动式无线电能充电系统调控方法，其特征是：
1)在磁耦合谐振式无线电能传输模式，初级开关S1、次级开关S2闭合，处于低功耗休眠状态，发射端控制单元、初级感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A、IGBT驱动电路、高频逆变电路不连续工作，发射端控制单元发出试探脉冲经IGBT驱动电路、高频逆变电路，作用于初感应线圈，初级感应线圈与初级谐振线圈互感，初级谐振线圈感生电流；通过初级感应线圈电压采样模块，采样初级感应线圈电压幅值，通过ADC转换电路A，反馈给发射端控制单元捕捉次级谐振线圈谐振频率并做出是否有次级谐振线圈靠近的判断；
2)发射端控制单元根据捕捉到的谐振频率值，使用频率查表模糊控制法，寻找对应无线电能传输距离，判断出初级谐振线圈与次级谐振线圈之间的耦合状态，若处于过耦合状态，则切换到磁耦合感应式无线电能传输模式，即断开S1、S2，若处于临界耦合或欠耦合状态则维持磁耦合谐振式无线电能传输模式不变；
3)初级感应线圈的电能间接耦合到次级感应线圈后，接收端控制单元通过Wi-Fi模块B将已成功接收电能信息发送至Wi-Fi模块A，发射端控制单元根据此信息判断靠近物体确实为可匹配的负载侧，将发射端控制单元、初级感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A置于工作状态，发射端控制单元输出PWM信号频率为fm；若一定时间内发射端控制单元没接收到接收端控制单元发送的信息则判断接近物体为不可匹配物体或其他干扰，将发射端控制单元、初级感应线圈电压采样模块、ADC转换电路A、Wi-Fi模块A置于低功耗休眠状态；
4)接收端控制单元开始工作时，当用电设备连接到电源输出接口，接收端控制单元通过Wi-Fi模块B连接客户端，客户端设置所接用电设备的额定功率、额定电压、额定电流参数，或在出厂时即设定该磁耦合双模无线电能传输装置接收端专用用电设备的额定功率、额定电压、额定电流参数；接收端控制单元根据额定功率额定电压判断，升降压电路应该输出的电压值，调整接收端控制单元输出PWM占空比及频率，控制升降压电路的输出电压，使升降压电路输出符合用电器工作的电压值；
5)输出电压电流采样模块实时采样升降压电路的输出电压及电流，通过ADC转换电路C，反馈给接收端控制单元，调节PWM输出，以校正输出电压、输出电流满足额定值；
6)次级感应线圈电流电压采样模块，采样次级感应线圈电压电流值，经ADC转换电路B，反馈给接收端控制单元，接收端控制单元将次级感应线圈输出电压值与升降压电路输出电压值通过Wi-Fi模块B发送到发射端控制单元；若次级感应线圈输出电压值低于升降压电路输出电压值，则发射端控制单元增加PWM 1％占空比，对高频逆变电路的输出进行校正增大初级感应线圈、次级感应线圈输出电压值，减少升降压电路调整范围；
若发射端控制单元未调整输出PWM占空比及频率时，次级感应线圈输出电压值自动下降，或调整PWM频率后次级感应线圈输出电压值发生严重下降时，则视为谐振频率偏移，接收端移动，在100kHz～300kHz重新捕捉次级谐振线圈谐振频率。
6.根据权利要求5所述磁耦合双模无线电能传输调控方法，其特征在于所述步骤1)发射端控制单元通过每1s发出一持续0.1s的试探脉冲经IGBT驱动电路、高频逆变电路，作用于初感应线圈；所述步骤3)一定时间为10ms。
7.根据权利要求5所述电动汽车移动式无线电能充电系统调控方法，其特征在于所述步骤1)的判断方式为：发射端控制单元连续3s检测采样初级感应线圈电压幅值变化超过3V时，发射端控制单元将发射端控制系统置于预工作状态，发射端控制单元、IGBT驱动电路、高频逆变电路连续工作10ms；令发射端控制单元在1ms内连续输出从100kHz开始每0.1ms增加10kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此1ms内初级感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率f1；发射端控制单元在1ms内连续输出从f1开始每0.1ms增加1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少1kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此2ms内初级感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率f2；发射端控制单元在1ms内连续输出从f2开始每0.1ms增加0.1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少0.1kHz的PWM信号，发射端控制单元通过采样此2ms内初级感应线圈电压幅值，选出电压值最大时对应频率fm；在5ms内捕捉到次级谐振线圈的谐振频率，将其精确到0.1kHz。
8.根据权利要求5所述电动汽车移动式无线电能充电系统调控方法，其特征在于所述步骤5)采样输出电压方法为导线接入升降压电路输出点，采样输出电流方法为串联0.1欧姆采样电阻进入升降压电路输出支路，采样0.1欧姆采样电阻两端电压值。
9.根据权利要求5所述电动汽车移动式无线电能充电系统调控方法，其特征在于所述步骤6)在100kHz～300kHz重新捕捉次级谐振线圈谐振频率采用的方法为：发射端控制单元在1.5ms内连续输出从100kHz开始每0.1ms增加10kHz的PWM信号，接收端控制单元通过次级感应线圈电压采样模块采样此1.5ms内次级感应线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将次级感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，发射端控制单元选出电压值最大时对应频率f1；发射端控制单元在1ms内连续输出从f1开始每0.1ms增加1kHz的PWM信号，之后1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少1kHz的PWM信号，接收端控制单元通过次级感应线圈电压采样模块采样此2ms内初级谐振线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将次级感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，选出电压值最大时对应频率f2；发射端控制单元在1ms内连续输出从f2开始每0.1ms增加0.1kHz的PWM信号，下1ms内连续输出从f1开始每0.1ms减少0.1kHz的PWM信号，接收端控制单元通过次级感应线圈电压采样模块采样此2ms内次级感应线圈电压幅值，通过Wi-Fi模块B与Wi-Fi模块A通讯，将次级感应线圈电压幅值传送给发射端控制单元，选出电压值最大时对应频率fm。
10.根据权利要求5所述电动汽车移动式无线电能充电系统调控方法，其特征在于还包括步骤7)发射端控制单元将系统工作状态信息传送至电力载波通讯模块，电力载波通讯模块对信号进行调制，通过电线传输信息，通过电力载波通讯模块解调其他装置传送的信息，并存储于发射端控制单元内，存储周期为5分钟，每隔5分钟清空一次数据；若客户端显示某一磁耦合双模无线电能传输装置发射端控制单元状态为工作状态、预工作状态、低功耗休眠状态，则磁耦合双模无线电能传输装置工作正常，若输出异常或无输出，则需要对相应的磁耦合双模无线电能传输装置进行检查维护。
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