CN113746208A - 一种非接触供电系统状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触供电系统状态监测系统,涉及无线充电系统状态监测技术领域,包括:供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块、电压检测模块、信号处理模块,通过供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块实时获取状态判断的数据,后通过信号处理模块对供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块的数据进行处理得到无线充电系统的充电状态,通过非接触供电系统状态监测系统可反馈机器人本体及无线充电系统的运行参数,实现对于充电状态及异常信号的实时监测。
Description
技术领域
本发明属于非接触供电系统状态监测技术领域,尤其涉及一种非接触供电系统状态监测系统。
背景技术
国外很多科研单位相继展开了机器人自主充电的研究。世界第一台自主充电机器人名叫“Tortoises",它诞生于20世纪40年代末,它能够利用自身携带的感光传感器以及配合内部控制算法寻找附近的光源,因此我们只需要在电源附近放置光源,这样他就能够进入电源完成对接充电,但是这种方法只能够在实验室的特定环境下实现自主充电,对于复杂的室外环境它会找不到充电桩。1998年,日本筑波大学设计出一台能够在特定环境下实现自主充电的移动机器人,该机器人首先需要扫描周边环境并生成运行轨迹,在精确的导航系统的配合下,机器人可以找到能量源,并且实现机器人与能量源的有线连接,这种方法对机器人所处的充电环境具有较高要求,对于机器人“不熟悉”的环境会导致充电失败。2000年,加利福尼亚大学实现了本体为Nomad XR4000的移动机器人的自主充电,他利用机器人对颜色的辨别能力实现移动机器人与供电源的对接,因此我们只需要在能量源附近放置标记,这样他就能够通过对颜色的识别找到能量源进行充电。卡内基梅隆大学的机器人研究所开发了一种自助导游机器人Sage,本体采用改良的Nomad XR4000移动机器人,它是利用CCD和三维路标来引导机器人充电的,这种利用机器人视觉系统进行引导定位的方法容错度较低,很容易导致充电失败。2007年,由本田公司研发出一台名为“ASIMO”的机器人,当电池剩电量低于一定限度时,ASIMO可自动检测出与自己最近的空闲的充电站,站立着完成充电。2015年,特斯拉公布了一款蛇形充电机器人,这项技术可以让充电桩自动寻找需要被充电的车辆,并且在无人干预的前提下完成对车辆的充电。
目前,巡检机器人、无人机能够实现自主充电是实现无人值守变电站的重要基础,变电站巡检机器人在变电站运维检修中非常重要,然而巡检机器人、无人机的工作完成后通常是进行自行充电,良好的充电环境能够使巡检机器人、无人机具有高效充电,然而目前并没有对巡检机器人、无人机的非接触供电系统状态的监测系统,因此,需要一种非接触供电系统状态监测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触供电系统状态监测系统,从而克服了目前并没有对巡检机器人、无人机的非接触供电系统状态的监测系统的缺点。
为实现上述目的,本发明提供了一种非接触供电系统状态监测系统,非接触供电系统包括供电端和受电端,包括:
供电端无线通信模块,所述供电端无线通信模块设置在供电端;
受电端无线通信模块,所述受电端无线通信模块设置在受电端,所述受电端无线通信模块与供电端无线通信模块之间能够进行通信;
电压检测模块,所述电压检测模块用于对所述受电端的直流出去电压进行检测;以及
信号处理模块,所述信号处理模块分别与所述供电端无线通信模块、受电端无线通信模块以及电压检测模块连接,根据所述供电端无线通信模块、受电端无线通信模块以及电压检测模块的数据,对非接触供电系统进行状态监测,得到非接触供电系统的充电状态。
进一步的,所述非接触供电系统的充电状态包括:通信未连接、通信连接、待机以及正在充电。
进一步的,所述通信未连接为供电端无线通信模块和/受电端无线通信模块处于工作状态,但供电端无线通信模块和受电端无线通信模块之间未建立通信连接。
进一步的,所述通信连接为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块的物理层建立连接,并完成握手信息交互。
进一步的,所述待机为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块完成参数交互,并完成耦合度检测,具备充电条件。
进一步的,所述正在充电为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块接到开始充电指令,接收到充电请求报文并回复确认之后,开始能量传输。
进一步的,所述耦合度检测包括以下步骤:
所述受电端的负载断开;
所述供电端产生一个高频的交流电,并向供电端的发射线圈发射一个高频磁场,所述高频磁场的频率为所述非接触供电系统的谐振频率的两倍以上;
所述受电端的线圈接收到所述高频磁场并产生一个交流电,所述交流电通过整流与滤波产生一个直流电压,通过所述电压检测模块实时检测所述直流电压;
所述直流电压与耦合度为线性对应关系,根据所述线性对应关系,将检测到的所述直流电压转换为耦合度。
进一步的,所述受电端安装在巡检机器人、固定翼无人机上。
与现有的技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明所提供的非接触供电系统状态监测系统,包括:供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块、电压检测模块、信号处理模块,通过供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块实时获取状态判断的数据,后通过信号处理模块对供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块的数据进行处理得到非接触供电系统的充电状态,通过非接触供电系统状态监测系统可反馈机器人本体及非接触供电系统的运行参数,实现对于充电状态及异常信号的实时监测;通过无线充电状态监测系统能实现对于充电状态及异常信号的实时监测,且能够应用在巡检机器人、固定翼无人机等非接触供电系统上,为巡检机器人、固定翼无人机在线监测高压线路后进行充电提供保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种非接触供电系统状态监测系统的结构示意图;
图2是本发明的充电状态监测示意图;
图3是本发明的耦合度检测试验测示意图
图4是本发明的耦合度检测试验测到的直流母线电流波形;
图5是本发明的耦合度检测试验测到的检测受电端直流输出电压波形;
图6是本发明的非接触供电系统的最大效率跟踪电路图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
巡检机器人非接触供电系统除了可以实现对机器人的充电功能外,还能实现近距离的通信信号无线传输,基于此技术可建立起针对机器人非接触供电系统的状态监测系统。该监测系统可反馈机器人本体及非接触供电系统的运行参数,实现对于充电状态及异常信号的实时监测。
具体的,非接触供电系统包括供电端和受电端。
图1示出了本发明所提供的其中一个实施例非接触供电系统状态监测系统,包括:供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块、电压检测模块、信号处理模块,
所述供电端无线通信模块设置在供电端;
所述受电端无线通信模块设置在受电端,所述受电端无线通信模块与供电端无线通信模块之间能够进行通信;
所述电流检测模块用于对所述供电端的直流母线电流进行检测;
所述电压检测模块用于对所述受电端的直流出去电压进行检测;以及
所述信号处理模块分别与所述供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块连接,根据所述供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块的数据,对非接触供电系统进行状态监测,得到非接触供电系统的充电状态。
上述的非接触供电系统状态监测系统,通过供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块实时获取状态判断的数据,后通过信号处理模块对供电端无线通信模块、受电端无线通信模块、电流检测模块以及电压检测模块的数据进行处理得到非接触供电系统的充电状态,通过非接触供电系统状态监测系统可反馈机器人本体及非接触供电系统的运行参数,实现对于充电状态及异常信号的实时监测。
其中一个实施例,所述电压检测模块采用高压取能装置。
其中一个实施例,图2示出了,非接触供电系统的充电状态包括:通信未连接、通信连接、待机以及正在充电。
具体的,所述通信未连接为供电端无线通信模块和/受电端无线通信模块处于工作状态,但供电端无线通信模块和受电端无线通信模块之间未建立通信连接。
所述通信连接均为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块的物理层建立连接,并完成握手信息交互。
所述待机为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块完成参数交互,并完成耦合度检测,具备充电条件。
所述正在充电为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块接到开始充电指令,接收到充电请求报文并回复确认之后,开始能量传输。
其中一个实施例,图3、图4示出了耦合度检测试验测到的直流母线电流,从图3中可知:磁耦合机构供电端直流母线电流与磁耦合机构互感值呈正相关,但是由于谐波存在和采样点的离散,无法得出准确的电流有效值。图5示出了耦合度检测试验测到的检测受电端直流输出电压:直流电压采样结果较为准确,磁耦合机构受电端感应电压与磁耦合机构互感值呈正相关,需结合通信技术实现判断,因此,所述耦合度检测包括以下步骤:
所述受电端的负载断开;
所述供电端产生一个高频的交流电,并向供电端的发射线圈发射一个高频磁场,所述高频磁场的频率为所述非接触供电系统的谐振频率的两倍以上;
所述受电端的线圈接收到所述高频磁场并产生一个交流电,所述交流电通过整流与滤波产生一个直流电压,通过所述电压检测模块实时检测所述直流电压;
所述直流电压与耦合度为线性对应关系,根据所述线性对应关系,将检测到的所述直流电压转换为耦合度。
其中一个实施例,所述通信未连接判断包括:通过信号处理模块根据激光雷达扫描模块扫描到的无人机或巡检机器人的位置不属于充电位置时,或通过充电位置底板的重量检测模块检测不到无人机或巡检机器人的体重时,电端无线通信模块和受电端无线通信模块之间未建立通信连接。
即非接触供电系统状态监测系统还包括激光雷达扫描模块和重量检测模块,激光雷达扫描模块和重量检测模块分别于所述信号处理模块连接。
其中一个实施例,所述受电端安装在巡检机器人、固定翼无人机上。
其中一个实施例,非接触供电系统状态监测系统还包括显示模块,所述显示模块与信号处理模块连接,对信号处理模块提供过的数据与图进行显示。
其中一个实施例,非接触供电系统状态监测系统还包括声音模块,所述声音模块与所述信号处理模块连接,用于将检测到的非接触供电系统的充电状态进行提醒。
具体的,所述声音模块为喇叭。
其中一个实施例,非接触供电系统状态监测系统还包括显示模块,所述显示模块与所述信号处理模块连接,用于对监测的数据以及处理的结果进行显示。
其中一个实施例,所述供电端无线通信模块、受电端无线通信模块均采用4G模块。
其中一个实施例,非接触供电系统状态监测系统还包括LED灯,LED灯与信号处理模块连接,通过LED灯的闪烁方式或亮灯颜色对非接触供电系统的充电状态进行显示。
其中一个实施例,非接触供电系统状态监测系统还包括电源模块,所述电源模块与所述信号处理模块连接。
通过独立的电源模块,为非接触供电系统状态检测系统的运行提供电源,临时停电也能进行监测。
其中一个实施例,非接触供电系统状态监测系统还包括摄影模块,所述摄影模块与所述信号处理模块连接,所述摄影模块用于对无人机充电平台实时或定时进行拍摄或录影。
具体的,当摄影模块实时或定时监测时,则当信号处理模块根据摄影模块监测的数据识别出鸟时,发出驱鸟信号,驱鸟模块根据驱鸟信号进行工作,进行驱鸟,驱鸟模块与信号处理模块连接。
其中一个实施例,非接触供电系统状态监测系统还包括:太阳能电池板、太阳能控制模块以及蓄电池,
所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能;
所述太阳能控制模块分别与所述太阳能电池板和信号处理模块连接,对太阳能传输的电能进行转换;
所述蓄电池与所述太阳能控制模块连接,通过太阳能控制模块传送的电能进行蓄电。
其中一个实施例,非接触供电系统的发射线圈和接收线圈的相对位置发生变化或负载发生变化时,耦合系数及反射阻抗等参数的变化特性。非接触供电系统的效率公式可以表示为:
对应的,非接触供电系统的最大效率跟踪电路如图6所示,耦合系数自适应最大效率跟踪的控制机制,从而可以根据图6计算得到耦合系数。
通过太阳能电池板为蓄电池和信号处理模块供电,使得在特殊情况下,也能通过非接触供电系统状态监测系统进行监测非接触供电系统的状态,为非接触供电系统的维护提供数据支撑、为户外维护工作人员提供电能等。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或变型,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种非接触供电系统状态监测系统,非接触供电系统包括供电端和受电端,其特征在于,包括:
供电端无线通信模块,所述供电端无线通信模块设置在供电端;
受电端无线通信模块,所述受电端无线通信模块设置在受电端,所述受电端无线通信模块与供电端无线通信模块之间能够进行通信;
电压检测模块,所述电压检测模块用于对所述受电端的直流出去电压进行检测;以及
信号处理模块,所述信号处理模块分别与所述供电端无线通信模块、受电端无线通信模块以及电压检测模块连接,根据所述供电端无线通信模块、受电端无线通信模块以及电压检测模块的数据,对非接触供电系统进行状态监测,得到非接触供电系统的充电状态。
2.根据权利要求1所述的非接触供电系统状态监测系统,其特征在于,所述非接触供电系统的充电状态包括:通信未连接、通信连接、待机以及正在充电。
3.根据权利要求2所述的非接触供电系统状态监测系统,其特征在于,所述通信未连接为供电端无线通信模块和/受电端无线通信模块处于工作状态,但供电端无线通信模块和受电端无线通信模块之间未建立通信连接。
4.根据权利要求2所述的非接触供电系统状态监测系统,其特征在于,所述通信连接为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块的物理层建立连接,并完成握手信息交互。
5.根据权利要求1所述的非接触供电系统状态监测系统,其特征在于,所述待机为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块完成参数交互,并完成耦合度检测,具备充电条件。
6.根据权利要求1所述的非接触供电系统状态监测系统,其特征在于,所述正在充电为所述供电端无线通信模块和受电端无线通信模块接到开始充电指令,接收到充电请求报文并回复确认之后,开始能量传输。
7.根据权利要求5所述的非接触供电系统状态监测系统,其特征在于,所述耦合度检测包括以下步骤:
所述受电端的负载断开;
所述供电端产生一个高频的交流电,并向供电端的发射线圈发射一个高频磁场,所述高频磁场的频率为所述非接触供电系统的谐振频率的两倍以上;
所述受电端的线圈接收到所述高频磁场并产生一个交流电,所述交流电通过整流与滤波产生一个直流电压,通过所述电压检测模块实时检测所述直流电压;
所述直流电压与耦合度为线性对应关系,根据所述线性对应关系,将检测到的所述直流电压转换为耦合度。
8.根据权利要求1所述的非接触供电系统状态监测系统,其特征在于,所述受电端安装在巡检机器人、固定翼无人机上。
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