CN210380394U - 基于非接触式能量传输系统的信息交互装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,用以解决现有技术中非接触式能量传输系统位置偏移及由此引起的待机损耗大、电能传输效率低的问题。所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,包括采集与处理模块、通信模块和控制模块,通过采集与处理模块采集信息,通过通信模块传输信息,通过控制模块对所采集的信息生成控制信息并输出对应的驱动信号。本实用新型有效地减小了非接触式能量传输系统的待机损耗,节省了充电时间,同时实现了充电电池过压过流保护,可以避免非接触能量传输系统在能量发送端和能量接收端发生较大偏移时仍进行低效率电能传输的工作状态,实现系统高效能量传输。
Description
技术领域
本实用新型属于电能传输领域,具体涉及一种基于非接触式能量传输系统的信息交互装置。
背景技术
非接触式电能传输,是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量 (如电磁场能、激光、微波及机械波等),隔空传输一段距离后,再通过接收器将中继能量转换为电能,实现无线电能传输。目前,借助高频电磁场实现电能发射端向负载端无线供电的感应电能传输技术因其便利性已成功应用于电动汽车、有轨电车以及无人搬运车等无线充电等场合。
现有技术中,基于高频电磁场的非接触式电能传输,通过安装于地面的电能传输端与安装于各种移动交通工具或设备底盘的接收端来进行。但是,无论是对于有固定运行轨迹的有轨电车还是运行灵活的电动汽车以及无人搬运小车,都存在安装于车体底部的电能接收线圈与安装于地面电能传输侧线圈位置偏移问题,进而导致磁场耦合效果以及电能传输效率下降。
实用新型内容
为了提高非接触式电能传输的效率,克服传输线圈位置偏移导致磁场耦合效果不好的问题,本实用新型提供了一种基于非接触式能量传输系统的信息交互装置及方法,有效地减少非接触式能量传输系统的待机损耗,提高能量传输效率的同时,节省充电时间。考虑到实际应用中可能存在的干扰和安全问题,采用红外和WIFI相结合的方式,提高了系统的冗余程度和能量传输的稳定性。
为了实现上述目的,本实用新型采取了如下技术方案。
本实用新型提供了一种基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,所述非接触式能量传输系统包括能量接收电路、能量发射电路,所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置包括:采集与处理模块、通信模块、以及控制模块;
所述采集与处理模块,与所述能量接收电路和所述通信模块相连,用于采集能量接收电路中指定位置处采集数据,并对采集数据进行处理得到控制信号,发送给通信模块;
所述通信模块,还与所述控制模块相连,用于将所述采集数据和控制信号传输到控制模块;
所述控制模块,还与所述能量发射电路相连,用于对所述采集数据和控制信号进行运算处理,生成驱动信号并开始充电,完成能量接收电路与能量发射电路的信息交互。
上述方案中,所述装置还包括:电源模块;所述电源模块用于给所述信息交互装置供电。
上述方案中,所述通信模块包括车载子模块和地面子模块;
所述车载子模块与所述采集与处理模块相连,用于接收采集数据与控制信号;所述地面子模块与所述控制模块相连,用于将采集数据与控制信号发送给所述控制模块;
当车辆驶向充电线圈时,所述车载子模块与所述地面子模块通过红外和 WIFI完成信息传输,同时在信息传输的过程中完成车载线圈与充电线圈的精准定位。
上述方案中,所述采集与处理模块进一步用于采集输出电压的第一模拟信号、输出电流的第二模拟信号并转换为对应的第一数字信号和第二数字信号作为采集数据,并用于对所述第一数字信号和第二数字信号进行数据处理得到控制信号,并将所述采集数据和控制信号发送给所述通信模块。
上述方案中,所述控制模块进一步用于根据所述采集数据与控制信号生成并输出驱动信号,驱动能量发射电路向所述接收模块传输能量。
上述方案中,所述控制模块还用于根据所述采集数据和控制信号控制功率因数校正电路和逆变输出等效电压。
由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出,本实用新型实施例的基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,包括采集与处理模块、通信模块和控制模块,通过采集与处理模块采集信息,通过通信模块传输信息,通过控制模块对所采集的信息生成控制信息并输出对应的驱动信号。本实用新型有效地减小了非接触式能量传输系统的待机损耗,节省了充电时间,同时实现了充电电池过压过流保护,可以避免非接触能量传输系统在能量发送端和能量接收端发生较大偏移时仍进行低效率电能传输的工作状态,实现系统高效能量传输。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,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实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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为本实用新型实施例基于非接触式能量传输系统的信息交互装置结构示意图;
图2本实用新型实施例基于非接触式能量传输系统的信息交互装置中采集与处理模块结构示意图;
图3为本实用新型实施例基于非接触式能量传输系统的信息交互装置中通信模块结构示意图;
图4为本实用新型实施例基于非接触式能量传输系统的信息交互装置中控制模块结构示意图;
图5为本实用新型实施例基于非接触式能量传输系统的信息交互装置使用状态示意图;
图6为本实用新型实施例基于非接触式能量传输系统的信息交互方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能解释为对本实用新型的限制。
本技术领域技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和 /或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也可以存在中间元件。此外,这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一模块和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本实用新型实施例的理解,下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明,且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
本实用新型提供了一种基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,用以有效的减少非接触式能量传输系统的能量损耗和充电时间,所述装置包括采集与处理模块、通信模块以及控制模块;采集与处理模块与能量接收电路和通信模块的发送子模块电连接;控制模块与能量发射电路和通信模块的接收子模块电连接;其中,采集与处理模块将能量接收电路的指定位置处电压电流进行采集与处理,输出采集数据和控制指令信息给发送子模块,发送子模块将信息通过无线通信发送给接收子模块,接收子模块将信息传递给控制模块,控制模块对信息进行运算处理,输出驱动信号控制能量发射电路,从而有效地减小能量传输系统待机损耗,节省充电时间和损耗,实现充电电池过压过流保护。
下面通过具体的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
第一实施例
本实施例提供了一种基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,图1所示为本实施例所述信息交互装置的结构示意图。如图1所示,所述非接触式能量传输系统包括能量接收电路106、能量发射电路105,所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置包括:采集与处理模块101、通信模块102、以及控制模块103。
这里需要说明的是,所述非接触式能量传输系统中,所述能量发射电路105 为地面的能量发射部分,包括:功率因数校正电路、全桥逆变电路;所述功率因数校正电路和驱动电路电连接,所述全桥逆变电路和驱动电路电连接;所述能量接收电路106为车载能量接收部分,如车载电池,其中的被测信息包括车载电池的电压和电流。
所述采集与处理模块101,与所述能量接收电路106和所述通信模块102 相连,用于采集能量接收电路106中指定位置处输出电压的第一模拟信号、输出电流的第二模拟信号并转换为对应的第一数字信号和第二数字信号作为采集数据,并用于对所述第一数字信号和第二数字信号进行数据处理得到控制信号,并将所述采集数据和控制信号发送给所述通信模块102;
所述通信模块102,还与所述控制模块103相连,用于将所述采集数据和控制信号传输到控制模块103;
所述控制模块103,还与所述发射模块105相连,用于对所述采集数据和控制信号进行运算处理,输出驱动信号来驱动发射模块105向所述接收模块传输能量,完成能量接收电路106与能量发射电路105的信息交互。
进一步地,所述装置还包括:电源模块104;所述电源模块104用于给所述信息交互装置供电。
图2所示为所述采集与处理模块101内部结构示意图。优选地,所述采集与处理模块安装于车上。如图2所示,所述采集与处理模块101包括:电压电流传感器1011、调理电路1012、第一数字信号处理器1013。所述电压电流传感器1011与所述调理电路1012电连接;所述调理电路1012与所述第一数字信号处理器1013电连接;所述第一数字信号处理器1013与所述通信模块102 电连接。
其中,所述电压电流传感器1011用于采集所述能量接收电路104的输出电压第一模拟信号和输出电流第二模拟信号,并发送给所述调理电路1012;所述调理电路1012用于调节所述输出电压的第一模拟信号和输出电流的第二模拟信号,并将调节后的模拟信号发送给所述数字信号处理器1013,便于所述数字信号处理器1013处理;所述第一数字信号处理器1013用于对输入的所述第一模拟信号和第二模拟信号进行采样并分别转化为第一数字信号和第二数字信号,并根据所述第一数字信号和第二数字信号生成控制信号,发送给所述通信模块。优选地,本步骤中所述控制信号,为充电指令;所述发送给通信模块 102,通过通用异步收发协议进行传输。
图3所示为所述通信模块102内部结构示意图。如图3所示,所述通信模块102分为车载子模块和地面子模块。本实施例中,所述车载子模块为发送子模块1021,所述地面子模块为接收子模块1022。其中,所述发送子模块1021 与所述采集与处理模块101电连接,用于接收所述采集与处理模块101发送的采集数据和控制信号并对所述采集数据和控制信号进行发送;所述接收子模块 1022与所述控制模块103电连接,用于接收所述发送子模块1021所发送的采集数据和控制信号,并将所接收的采集数据和控制信号传输给所述控制模块103。进一步地,所述接收子模块1022包括红外感应器10221和WIFI 10222;所述发送子模块1021包括红外感应器10211和WIFI 10212,所述发送子模块中的红外感应器与所述接收子模块中的红外感应器相配对,用于完成控制信号在接收模块106与地面发射模块105间的无线传输;所述发送子模块中的WIFI 与所述接收子模块中的WIFI相配对,用于完成采集数据在接收模块106与地面发射模块105间的无线传输。本实施例中,通过红外和WIFI的匹配和结合,实现来车位置的精确定位,解决电能传输线圈位置偏移的问题,提高磁场耦合效果,从而提高能量传输效率,提高了系统的冗余程度和能量传输的稳定性。
图4所示为所述控制模块103的内部结构示意图。如图3所示,所述控制模块103包括:第二数字信号处理器1031和驱动电路1032。所述第二数字信号处理器1031与通信模块102的接收子模块1022电连接,同时与所述驱动电路1032电连接。所述第二数字信号处理器1031用于对输入的所述接收子模块 1022传输的采集数据和控制信号进行运算处理,并输出驱动信号;所述的驱动电路1032用于根据所述驱动信号驱动能量发射电路105向所述接收模块106 传输能量。
所述发射模块105包括功率因素矫正模块和逆变模块,所述控制模块103 与所述发射模块105的功率因素矫正模块和逆变模块电连接。
图5所示为本实施例所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置的使用状态示意图。如图5所示,当使用本实施例所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置时:所述采集与处理模块安装于车上,与车上的能量接收模块相连,如与电池相连,所述通信模块车载子模块安装于车上,地面子模块安装于地面侧的能量发射模块上,所述控制模块也安装于地面侧的能量发射模块上。
当检测到车载侧电压过低时,车辆需要充电,驶向充电线圈。当所述非接触式能量传输系统的车载能量接收线圈位置偏移,未处于充电线圈上方时,逆变电路停止工作,功率因素矫正电路处于空载状态,接收线圈中的红外模块等待信息传入,非接触式能量传输系统发射侧处于低功耗状态。
使用本实施例所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,采集与处理模块采集车载侧电池电路中指定位置处输出电压的第一模拟信号、输出电流的第二模拟信号并转换为对应的第一数字信号和第二数字信号作为采集数据,并对第一数字信号和第二数字信号进行数据处理得到控制信号,再将所述采集数据和控制信号发送给所述通信模块车载子模块。
所述通信模块车载子模块将所述采集数据和控制信号通过无线传输的方式,传输给通信模块地面子模块。当检测到车载侧电压过低时,所述控制信号为充电指令,车辆驶向充电线圈上方,传输的同时完成车载充电线圈与地面充电线圈的精准定位。当检测到车载侧电压满足行驶需求而非饱和时,所述控制信号为空;当检测到车载侧电压为饱和时,所述控制信号为已充满指令,车辆驶离充电线圈上方。
当检测到车载侧电压过低,控制信号为充电指令,车辆驶向充电线圈上方时,所述通信模块的车载子模块向地面子模块传输采集数据与控制信号即充电指令,传输的同时完成车载充电线圈与地面充电线圈的精准定位,地面子模块接收到车载子模块传输的采集数据和控制信号后,将所述采集数据和控制信号发送给控制模块。
所述控制模块对采集数据和控制信号进行运算处理,生成驱动信号,驱动地面能量发射模块通过充电线圈向车载电池的充电线圈发射能量,开始给车载电池充电。
车载电池充电完成,采集与处理模块检测到车载侧电压为饱和时,所述控制信号为已充满指令,车辆驶离充电线圈上方到车驶出地面线圈。
由以上技术方案可以看出,本实施例的所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,通过采集与处理模块采集信息,通过通信模块传输信息,通过控制模块对所采集的信息生成控制信息并输出对应的驱动信号,有效地减小了非接触式能量传输系统的待机损耗,节省了充电时间,同时实现了充电电池过压过流保护,可以避免非接触能量传输系统在能量发送端和能量接收端发生较大偏移时仍进行低效率电能传输的工作状态,实现系统高效能量传输。
第二实施例
本实施例提供了一种基于非接触式能量传输系统的信息交互方法,图6所示为所述信息交互方法的流程示意图。如图6所示,所述信息交互方法包括如下步骤:
步骤S201,采集与处理模块采集能量接收模块指定位置处电压和电流数据作为采集数据,并对采集数据进行处理得到控制信号,发送给通信模块。
进一步地,本步骤进一步包括:
步骤S2011,采集与处理模块采集车载侧电池电路中指定位置处输出电压的第一模拟信号、输出电流的第二模拟信号并转换为对应的第一数字信号和第二数字信号作为采集数据,并对第一数字信号和第二数字信号进行数据处理得到控制信号,再将所述采集数据和控制信号发送给所述通信模块车载子模块;
步骤S2012,所述通信模块车载子模块将所述采集数据和控制信号通过无线传输的方式,传输给通信模块地面子模块。
进一步地,本步骤中,当检测到车载侧电压过低时,所述控制信号为充电指令,车辆驶向充电线圈上方,传输的同时完成车载充电线圈与地面充电线圈的精准定位。当检测到车载侧电压满足行驶需求而非饱和时,所述控制信号为空;当检测到车载侧电压为饱和时,所述控制信号为已充满指令,车辆驶离充电线圈上方。
步骤S202,当检测到车载侧电压过低,控制信号为充电指令,车辆驶向充电线圈上方时,所述通信模块将所接收到的采集数据与充电指令发送给控制模块,传输的同时通过红外和WIFI完成车载充电线圈与地面充电线圈的精准定位。
本步骤中,所述通信模块的车载子模块向地面子模块通过红外和WIFI传输采集数据与充电指令,地面子模块接收到车载子模块传输的采集数据和控制信号后,将所述采集数据和控制信号发送给控制模块,传输的同时完成车载充电线圈与地面充电线圈的精准定位。
步骤S203,所述控制模块对采集数据和控制信号进行运算处理,生成驱动信号,开始充电,并控制功率因数校正电路和逆变输出等效电压。
本步骤中,所述控制模块生成驱动信号后,驱动地面能量发射模块通过充电线圈向车载电池的充电线圈发射能量,开始给车载电池充电;同时根据采集数据和控制信号控制功率因数校正电路和逆变输出等效电压,实现电压调节和保护。
步骤S204,充电完成,采集与处理模块检测到车载侧电压为饱和时,所述控制信号为已充满指令,车辆驶离充电线圈上方,完成信息交互。
本实施例所述基于非接触式能量传输系统的信息交互方法,是通过第一实施例的所述非接触式能量传输系统的信息交互装置实现的,对所述信息交互装置的描述,同样适用于本实施例的所述信息交互方法,在此不再赘述。
由以上技术方案可以看出,本实施例的所述有效地减小充电系统待机损耗,节省充电时间和损耗,实现了充电电池过压过流保护。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请提供的实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释,此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置或系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中,也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件,也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,所述非接触式能量传输系统包括能量接收电路、能量发射电路,其特征在于,所述基于非接触式能量传输系统的信息交互装置包括:采集与处理模块、通信模块、以及控制模块;
所述采集与处理模块,与所述能量接收电路和所述通信模块相连,用于采集能量接收电路中指定位置处采集数据,并对采集数据进行处理得到控制信号,发送给通信模块;
所述通信模块,还与所述控制模块相连,用于将所述采集数据和控制信号传输到控制模块;
所述控制模块,还与所述能量发射电路相连,用于对所述采集数据和控制信号进行运算处理,生成驱动信号并开始充电,完成能量接收电路与能量发射电路的信息交互。
2.根据权利要求1所述的基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,其特征在于,所述装置还包括:电源模块;所述电源模块用于给所述信息交互装置供电。
3.根据权利要求1所述的基于非接触式能量传输系统的信息交互装置,其特征在于,所述通信模块包括车载子模块和地面子模块;
所述车载子模块与所述采集与处理模块相连,用于接收采集数据与控制信号;所述地面子模块与所述控制模块相连,用于将采集数据与控制信号发送给所述控制模块;
当车辆驶向充电线圈时,所述车载子模块与所述地面子模块通过红外和WIFI完成信息传输,同时在信息传输的过程中完成车载线圈与充电线圈的精准定位。
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CN201921475321.1U CN210380394U (zh) | 2019-09-05 | 2019-09-05 | 基于非接触式能量传输系统的信息交互装置 |
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CN (1) | CN210380394U (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110518717A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-29 | 北京交通大学 | 基于非接触式电能传输系统的信息交互装置及方法 |
CN110518717B (zh) * | 2019-09-05 | 2024-09-27 | 北京交通大学 | 基于非接触式电能传输系统的信息交互装置及方法 |
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- 2019-09-05 CN CN201921475321.1U patent/CN210380394U/zh active Active
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