CN108448693A - 用于agv的无线电能传输***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于AGV的无线电能传输***及其控制方法，该***包括地面无线电能发射***和AGV无线电能接收***，本发明采用无线充电代替有线充电，提高AGV充电***的安全性；采用电磁谐振式无线电能传输方法，增加传输距离；采用快充和慢充相结合的充电策略，在保证电池使用寿命的同时，提高了AGV的工作效率，实现AGV全自动工作。
Description
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，具体地指涉及一种用于AGV的电磁谐振式无线电能传输***及方法。
背景技术
AGV是一种具有导引装置和微机控制***，能准确沿导引路径行驶的移动机器人。AGV的适应性强，工作效率高，可以实现24小时无人值守运行，已在机械加工、汽车装配、烟草业、物流储运、钢铁冶炼等多个领域发挥了重要作用。AGV一般是以充电蓄电池为其动力来源，运行时，蓄电池组电压会逐渐降低，电池储存的电能逐渐减小，因此，在循环运行过程中需要定时补充电能。
传统的AGV多采用滑触线、拖链供电，设备的灵活性不足，且有一定的供电安全隐患。随着充电次数的增加，充电器接头的故障率显著升高，增加了管理和运行成本。
因为蓄电池容量有限，AGV的持续工作时间、功率、行驶速度等都受到了影响，因而难以提高AGV的利用率和工作效率。
目前常用的两种无线充电技术：电磁感应耦合式以及电磁谐振耦合式。相对于感应耦合式无线充电技术，电磁谐振耦合式的显著特点为电路拓扑结构中具有调谐网络，能够实现漏感补偿和频率调谐，提高传输距离，且当充电路径中的障碍物离线圈距离较远时，不会对无线充电产生显著影响。
AGV在运行过程中停车点采用无线快速脉冲充电，在保证AGV连续工作的前提下，可适当减小蓄电池的储能容量，不需要占用另外的充电时间，提高了工作效率。
发明内容
本发明为解决现有技术中的问题，结合AGV自身特点提出一种AGV无线电能充电***，能够使AGV自动完成无线充电，利用间歇时间充电，提高物流效率。
实现本发明目的采用的技术方案是：一种用于AGV的无线电能传输***，该***包括地面无线电能发射***和AGV无线电能接收***；
所述地面无线电能发射***包括全桥整流模块、boost模块、逆变模块、无线电能发射模块、发射端控制器和地面无线通信模块；所述全桥整流模块输入端外接单相交流电，所述boost模块输入端与全桥整流模块输出端相连，所述逆变模块输入端与boost模块输出端相连，所述逆变模块输出端与无线电能发射模块输入端相连；所述无线电能发射模块包括发射端LCC补偿电路和无线发射线圈；所述地面无线通信模块和发射端控制器连接；
所述AGV无线电能接收***包括蓄电池电能检测模块、无线电能传输***接收装置、接收端控制器和AGV无线通信模块；所述无线电能传输***接收装置包括无线电能接收模块、全波整流模块和滤波电路；所述无线电能接收模块输出端与全波整流模块输入端相连，所述全波整流模块输出端与滤波电路输入端相连，所述滤波电路输出端为蓄电池充电；所述无线电能接收模块包括接收端LCC补偿电路和无线接收线圈；AGV无线通信模块和接收端控制器连接。
进一步地，所述发射端LCC补偿电路包括谐振电感Lf1，并联谐振电容Cf1和串联补偿电容Cp1；接收端LCC补偿电路包括谐振电感Lf2，并联谐振电容Cf2和串联补偿电容Cp2。
进一步地，所述逆变模块由MOSFET开关管和其反并联二极管组成，其作用是将直流电转换成高频交流电，通过合理的参数配置，使得其输出阻抗成感性，这样就使得谐振电流相位滞后于谐振电压相位从而保证了其的零电压开关的实现，从而减小功率损耗。
进一步地，所述滤波电路中的电容，采用多个电解电容并联以减小等效阻抗，提高工作效率；通过采用若干独石电容和陶瓷电容并联，提高滤波电路的高频特性。
进一步地，所述无线发射线圈平铺在路面下，无线接收线圈安装至AGV的底面。
进一步地，所述***在AGV导航路径上的物料装卸运输点设有充电停靠点，利用物料装卸的间隙根据蓄电池充电要求，给蓄电池补充电能。
所述***为AGV提供充电的休息区，当AGV检修或者电池严重亏电时，提供长时间充电。
此外，本发明还提供一种上述用于AGV的无线电能传输***的控制方法，所述AGV的无线电能传输***包括快充和慢充两种充电模式，当AGV处于日常工作状态时采用快充模式，当AGV处于初始状态或者检修状态时采用慢充模式；
所述***在日常工作状态时，AGV到达充电停靠点，蓄电池电能检测模块将AGV工作时蓄电池的工作电压，通过检测到的工作电压低于一定阈值，判断蓄电池需要充电并生成快充要求。同时，电能检测模块检测AGV充电时的蓄电池充电电压和充电电流传输给接收端控制器判断电池是否充满。电池充电完成时，接收端控制器生成结束充电请求；
所述***在初始状态或者检修状态时，AGV处在休息区，通过人为打开接收端控制器上的充电开始按钮，生成慢充充电要求。蓄电池电能检测模块将AGV充电时的蓄电池充电电压和充电电流传输给接收端控制器，判断电池是否充满。电池充电完成时，接收端控制器生成结束充电请求；
所述***的接收端控制器将生成的相应请求发送给AGV无线通信模块，通过AGV无线通信模块和地面无线通信模块的数据交换，将不同的充电请求发送给发射端控制器；
所述发射端控制器根据接收端控制器发射的充电要求，判断是否充电和采用不同的充电模式。
进一步地，所述发射端控制器采用boost双闭环控制回路，使***工作在不同的充电模式，Boost电路控制***通过改变boost电路的输出电压从而控制***的输出功率。
所述发射端控制器通过采样电路，检测boost输出电压V和boost输入电流I，控制外环为boost电路电感电流控制环路，其输出作为boost电路输入电压内环控制的给定。将控制内环的占空比输出经过PWM调制控制开关管从而控制***输出功率。
本发明的优点是：采用无线充电代替有线充电，提高AGV充电***的安全性；采用电磁谐振式无线电能传输方法，增加传输距离；采用快充和慢充相结合的充电策略，在保证电池使用寿命的同时，提高了AGV的工作效率，实现AGV全自动工作。
附图说明
图1为实施例用于AGV的无线电能传输***的拓扑结构图。
图2为实施例所用boost电路双闭环控制示意图。
图3为实施例中无线充电***发射端控制器工作流程图。
图4为实施例中无线充电***接收端控制器工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明用于AGV的无线电能传输***包括地面无线电能发射***和AGV无线电能接收***；
其中，地面无线电能发射***包括无线电能传输***发射装置。所述无线电能传输***发射装置，包括全桥整流模块、boost模块、逆变模块、无线电能发射模块和发射端控制器；全桥整流模块D1-D4输入端外接单相交流电Uin，boost模块输入端与全桥整流模块输出端相连，所述逆变模块S1-S4输入端与boost模块输出端相连，逆变模块输出端与无线电能发射模块输入端相连。无线电能发射模块包括发射端LCC补偿电路和无线发射线圈。发射端LCC补偿电路包括谐振电感Lf1，并联谐振电容Cf1和串联补偿电容Cp1；
AGV无线电能传输***包括无线电能接收模块、全波整流模块和滤波电路。所述无线电能接收模块输出端与全波整流模块输入端相连，全波整流模块输出端与滤波电路输入端相连，所述滤波电路输出端为蓄电池充电。所述无线电能接收模块包括接收端LCC补偿电路和无线接收线圈。所述接收端LCC补偿电路包括谐振电感Lf2，并联谐振电容Cf2和串联补偿电容Cp2。
所述LCC补偿电路需满足以下公式，
其中ω0为逆变器工作频率，L1和L2为发射线圈和接收线圈的感量，Cf1和Cf2分别为发射端和接收端并联谐振电容值，Cp1和Cp2分别为发射端和接收端串联补偿电容值，Lf1和Lf2为发射端和接收端谐振线圈的感量。
如图2，本发明充电***采用双闭环的PI控制器，外环控制boost输入电流大小，内环控制boost输出电压。使发射端控制器产生相应占空比的PWM，得到相应的boost输出电压，从而得到相应的充电功率。充电***充电功率为：
其中M为发射线圈和接收线圈之间的互感量，UAB为发射端LCC输入方波电压基波的有效值，Uab为接收端LCC输出方波电压基波的有效值。
本发明用于AGV的无线电能传输***的控制方法如图3和图4，***在日常工作状态时，AGV到达充电停靠点，接收端控制器通过蓄电池电能检测模块检测得到的数据，判断需要充电，接收端控制器生成充电请求并通过AGV无线通信模块发送给地面无线通信模块。发射控制器接收到通信模块的充电请求后选择快充控制算法，自动开启发射端逆变器，使***工作在快速充电模式。当电池充电完成时，接收端控制器给发射端控制器发送结束充电请求，此时，发射端控制器关闭发射端逆变器，停止充电，AGV驶向下一个物料装卸点。
***在初始状态或者检修状态时，AGV处在休息区，通过人为打开接收端控制器上的充电开始按钮，生成慢充充电要求。接收端控制器生成充电请求并通过AGV无线通信模块发送给地面无线通信模块。发射控制器接收到通信模块的充电请求后选择慢充控制算法，自动开启发射端逆变器，使***工作在慢充模式。蓄电池电能检测模块将AGV充电时的蓄电池充电电压和充电电流传输给接收端控制器，判断电池是否充满。电池充电完成时，接收端控制器生成结束充电请求。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于AGV的无线电能传输***，其特征在于：包括地面无线电能发射***和AGV无线电能接收***；
所述地面无线电能发射***包括全桥整流模块、boost模块、逆变模块、无线电能发射模块、发射端控制器和地面无线通信模块；所述全桥整流模块输入端外接单相交流电，所述boost模块输入端与全桥整流模块输出端相连，所述逆变模块输入端与boost模块输出端相连，所述逆变模块输出端与无线电能发射模块输入端相连；所述无线电能发射模块包括发射端LCC补偿电路和无线发射线圈；所述地面无线通信模块和发射端控制器连接；
所述AGV无线电能接收***包括蓄电池电能检测模块、无线电能传输***接收装置、接收端控制器和AGV无线通信模块；所述无线电能传输***接收装置包括无线电能接收模块、全波整流模块和滤波电路；所述无线电能接收模块输出端与全波整流模块输入端相连，所述全波整流模块输出端与滤波电路输入端相连，所述滤波电路输出端为蓄电池充电；所述无线电能接收模块包括接收端LCC补偿电路和无线接收线圈；AGV无线通信模块和接收端控制器连接。
2.根据权利要求1所述用于AGV的无线电能传输***，其特征在于：所述发射端LCC补偿电路包括谐振电感Lf1，并联谐振电容Cf1和串联补偿电容Cp1；接收端LCC补偿电路包括谐振电感Lf2，并联谐振电容Cf2和串联补偿电容Cp2。
3.根据权利要求1所述用于AGV的无线电能传输***，其特征在于：所述逆变模块由MOSFET开关管和其反并联二极管组成。
4.根据权利要求1所述用于AGV的无线电能传输***，其特征在于：所述滤波电路中的电容，采用多个电解电容并联以减小等效阻抗，提高工作效率；通过采用若干独石电容和陶瓷电容并联，提高滤波电路的高频特性。
5.根据权利要求1所述用于AGV的无线电能传输***，其特征在于：所述无线发射线圈平铺在路面下，无线接收线圈安装至AGV的底面。
6.根据权利要求1所述用于AGV的无线电能传输***，其特征在于：所述***在AGV导航路径上的物料装卸运输点设有充电停靠点，利用物料装卸的间隙根据蓄电池充电要求，给蓄电池补充电能。
所述***为AGV提供充电的休息区，当AGV检修或者电池严重亏电时，提供长时间充电。
7.一种用于权利要求1所述用于AGV的无线电能传输***的控制方法，其特征在于：所述AGV的无线电能传输***包括快充和慢充两种充电模式，当AGV处于日常工作状态时采用快充模式，当AGV处于初始状态或者检修状态时采用慢充模式；
所述***在日常工作状态时，AGV到达充电停靠点，蓄电池电能检测模块将AGV工作时蓄电池的工作电压，通过检测到的工作电压低于一定阈值，判断蓄电池需要充电并生成快充要求；同时，电能检测模块检测AGV充电时的蓄电池充电电压和充电电流传输给接收端控制器判断电池是否充满。电池充电完成时，接收端控制器生成结束充电请求；
所述***在初始状态或者检修状态时，AGV处在休息区，通过人为打开接收端控制器上的充电开始按钮，生成慢充充电要求。蓄电池电能检测模块将AGV充电时的蓄电池充电电压和充电电流传输给接收端控制器，判断电池是否充满；电池充电完成时，接收端控制器生成结束充电请求；
所述***的接收端控制器将生成的相应请求发送给AGV无线通信模块，通过AGV无线通信模块和地面无线通信模块的数据交换，将不同的充电请求发送给发射端控制器；
所述发射端控制器根据接收端控制器发射的充电要求，判断是否充电和采用不同的充电模式。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述发射端控制器采用boost双闭环控制回路，使***工作在不同的充电模式，Boost电路控制***通过改变boost电路的输出电压从而控制***的输出功率；
所述发射端控制器通过采样电路，检测boost输出电压V和boost输入电流I。控制外环为boost电路电感电流控制环路，其输出作为boost电路输入电压内环控制的给定。将控制内环的占空比输出经过PWM调制控制开关管从而控制***输出功率。
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Inventor after: Zhang Liyan Inventor after: Chen Wenjie Inventor after: Liu Jia Inventor after: Chen Qihong Inventor after: Quan Shuhai Inventor after: Xie Changjun Inventor after: Shi Ying Inventor after: Huang Liang Inventor after: Deng Jian Inventor before: Zhang Liyan Inventor before: Liu Jia Inventor before: Chen Qihong Inventor before: Quan Shuhai Inventor before: Xie Changjun Inventor before: Shi Ying Inventor before: Huang Liang Inventor before: Deng Jian |
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