無線電能傳輸式智能充電系統在停車場的應用研究

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的智能充電系統。包括其工作原理，硬件設計，軟件設計及其在停車場的應用。

關鍵詞：無線電能傳輸；充電技術；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保意識日益增強，電動汽車逐漸普及，對電動車的充電技術有了更高的要求。如何提供高效便捷的充電方式，是電動車進一步發展普及的關鍵環節。

電動汽車常規的充電方式是采用充電樁進行充電，車主需要自行操作插拔充電，并且受停車場環境的影響，充電樁的維護與保養受到挑戰。并且電纜容易短路、斷路等，對人員和財產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。它利用了電磁感應耦合的理論，通過參數完全相同的諧振線圈，產生磁耦合諧振作用，實現無線電能傳輸。即電能經變壓器降壓，通過整流濾波電路后，將交流電轉化為直流電，經過諧振電路的作用在發射端電路中生成了高頻率的交流電。高頻交流電通過發射線圈時，由于電流、電壓的變化產生了高頻交變磁場，在交變磁場的作用下，接收線圈中產生感應電動勢及電流，然后經接收端的整流濾波作用后，電路轉化為直流電給負載充電。

3 硬件設計

本系統的結構圖如圖2所示。它由單片機、壓力傳感器、藍牙通信模塊、GSM通信模塊、和諧振式無線電能傳輸模塊五部分構成。單片機起控制器的作用，協調其余四個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，產生一個脈沖信號并把信號發送給單片機，它的作用主要是檢查是否有車停在車位上面。藍牙通信模塊的功能是將充電系統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數據，當電池數據為滿電的時候，單片機會關閉諧振式無線電能傳輸模塊。系統中可以加入自適應阻抗匹配網絡及自適應頻率跟蹤系統，設計合理的匹配算法，在負載及諧振頻率變化時能自動完成阻抗匹配、調節工作頻率以達到諧振狀態，從而提高系統的傳輸效率及穩定性[1]。GSM通信模塊，是為了與用戶建立可靠的遠距離無線通信，電量充滿時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，此模塊具有發送SMS短信，語音通話，GPRS數據傳輸等基于GSM網絡進行通信的所有基本功能。單片機通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標準的AT命令來控制GSM模塊實現各種無線通信功能。諧振式無線電能傳輸模塊，是本套充電系統的核心部件，將電能經過一系列的變換后，通過諧振線圈對待充電汽車進行充電。

4 軟件設計

本系統的軟件流程圖如圖3所示。當有汽車停在車位上，地面的壓力傳感器將壓力信號送到單片機。單片機接受到壓力傳感器的脈沖信號，通過藍牙模塊與電動汽車建立通信，首先將所在車位的信息傳送到單片機中，然后從行車電腦中的獲取車輛的電池數據，如果當前的電池狀態已充滿，將不會進行后續操作。當電池的電量為未滿電的狀態時，藍牙模塊會從行車電腦中讀取車型信息，然后傳送給單片機，它從車型數據庫中調取該車型的充電技術參數，啟動對應發射線圈，通過磁場隔空為汽車電池充電。在此期間，單片機會周期性地掃描電池狀態，當電池狀態顯示為電量已充滿時，單片機會向充電設備發出指令停止充電，充電設備回到不供電狀態，同時，單片機通過通信模塊與用戶通信，報告充電已完成的信息。此外單片機在車輛停上時和開始充電時，分別啟動對應的計時器，將車輛停車時間和充電時間發送至后臺服務器，它根據收費標準進行計費，并在車輛離開停車場時將賬單發送至用戶手機，通過第三方支付例如支付寶、微信等渠道進行收費。

5 結論

本系統經過反復實驗室調試，各種環境的考驗后，在5個停車場進行了長達近半年的試運行，運行結果表明：本系統安全可靠，充電快捷方便，人性化、智能化程度較高。

參考文獻：

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

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