無線電能傳輸式智能充電系統(tǒng)在停車場的應(yīng)用研究

符陽 張國忠

摘 要：本文介紹了一種基于諧振式無線電能傳輸技術(shù)的智能充電系統(tǒng)。包括其工作原理，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)及其在停車場的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無線電能傳輸；充電技術(shù)；智能停車場

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.131

1 引言

近年來隨著人們的環(huán)保意識日益增強(qiáng)，電動(dòng)汽車逐漸普及，對電動(dòng)車的充電技術(shù)有了更高的要求。如何提供高效便捷的充電方式，是電動(dòng)車進(jìn)一步發(fā)展普及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

電動(dòng)汽車常規(guī)的充電方式是采用充電樁進(jìn)行充電，車主需要自行操作插拔充電，并且受停車場環(huán)境的影響，充電樁的維護(hù)與保養(yǎng)受到挑戰(zhàn)。并且電纜容易短路、斷路等，對人員和財(cái)產(chǎn)的安全有著巨大的隱患。本文要探討一種更為安全和便捷的充電方式在智能停車場上的應(yīng)用。

2 工作原理

諧振式無線電能傳輸工作原理如圖1所示。它利用了電磁感應(yīng)耦合的理論，通過參數(shù)完全相同的諧振線圈，產(chǎn)生磁耦合諧振作用，實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸。即電能經(jīng)變壓器降壓，通過整流濾波電路后，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)過諧振電路的作用在發(fā)射端電路中生成了高頻率的交流電。高頻交流電通過發(fā)射線圈時(shí)，由于電流、電壓的變化產(chǎn)生了高頻交變磁場，在交變磁場的作用下，接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢及電流，然后經(jīng)接收端的整流濾波作用后，電路轉(zhuǎn)化為直流電給負(fù)載充電。

3 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。它由單片機(jī)、壓力傳感器、藍(lán)牙通信模塊、GSM通信模塊、和諧振式無線電能傳輸模塊五部分構(gòu)成。單片機(jī)起控制器的作用，協(xié)調(diào)其余四個(gè)模塊有條不紊地工作。壓力傳感器采集停車位的上的壓力變化，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號并把信號發(fā)送給單片機(jī)，它的作用主要是檢查是否有車停在車位上面。藍(lán)牙通信模塊的功能是將充電系統(tǒng)與待充電的汽車電腦建立近距離通信，獲取該車的車型信息以及讀取電池?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)電池?cái)?shù)據(jù)為滿電的時(shí)候，單片機(jī)會(huì)關(guān)閉諧振式無線電能傳輸模塊。系統(tǒng)中可以加入自適應(yīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)及自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的匹配算法，在負(fù)載及諧振頻率變化時(shí)能自動(dòng)完成阻抗匹配、調(diào)節(jié)工作頻率以達(dá)到諧振狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的傳輸效率及穩(wěn)定性[1]。GSM通信模塊，是為了與用戶建立可靠的遠(yuǎn)距離無線通信，電量充滿時(shí)將充電信息反饋給用戶，用戶也可以通過GSM模塊通訊模塊與停車場建立通信，查找汽車所在位置和充電信息等。通信模塊可采用德國西門子公司西門子的TC35i，此模塊具有發(fā)送SMS短信，語音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的所有基本功能。單片機(jī)通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能。諧振式無線電能傳輸模塊，是本套充電系統(tǒng)的核心部件，將電能經(jīng)過一系列的變換后，通過諧振線圈對待充電汽車進(jìn)行充電。

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3所示。當(dāng)有汽車停在車位上，地面的壓力傳感器將壓力信號送到單片機(jī)。單片機(jī)接受到壓力傳感器的脈沖信號，通過藍(lán)牙模塊與電動(dòng)汽車建立通信，首先將所在車位的信息傳送到單片機(jī)中，然后從行車電腦中的獲取車輛的電池?cái)?shù)據(jù)，如果當(dāng)前的電池狀態(tài)已充滿，將不會(huì)進(jìn)行后續(xù)操作。當(dāng)電池的電量為未滿電的狀態(tài)時(shí)，藍(lán)牙模塊會(huì)從行車電腦中讀取車型信息，然后傳送給單片機(jī)，它從車型數(shù)據(jù)庫中調(diào)取該車型的充電技術(shù)參數(shù)，啟動(dòng)對應(yīng)發(fā)射線圈，通過磁場隔空為汽車電池充電。在此期間，單片機(jī)會(huì)周期性地掃描電池狀態(tài)，當(dāng)電池狀態(tài)顯示為電量已充滿時(shí)，單片機(jī)會(huì)向充電設(shè)備發(fā)出指令停止充電，充電設(shè)備回到不供電狀態(tài)，同時(shí)，單片機(jī)通過通信模塊與用戶通信，報(bào)告充電已完成的信息。此外單片機(jī)在車輛停上時(shí)和開始充電時(shí)，分別啟動(dòng)對應(yīng)的計(jì)時(shí)器，將車輛停車時(shí)間和充電時(shí)間發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器，它根據(jù)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)費(fèi)，并在車輛離開停車場時(shí)將賬單發(fā)送至用戶手機(jī)，通過第三方支付例如支付寶、微信等渠道進(jìn)行收費(fèi)。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，各種環(huán)境的考驗(yàn)后，在5個(gè)停車場進(jìn)行了長達(dá)近半年的試運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明：本系統(tǒng)安全可靠，充電快捷方便，人性化、智能化程度較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文濤，王慧中.電動(dòng)汽車諧振式無線充電技術(shù)的研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2016.

作者簡介：符陽（1995-），男，河南信陽人，本科在讀，研究方向：電氣自動(dòng)化控制技術(shù)。