[發明專利]一種機器人無線充電功率匹配及開路保護的方法及系統

有效

• 申請號: 202010211382.8
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111371192B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 劉志珍;侯延進;魏小釗
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種機器人無線充電功率匹配及開路保護的方法及系統，包括：充電開始前，能量發射端接收能量接收端測量的空載輸出電壓信號，當所述空載輸出電壓達到設定值后開始充電，且在充電過程中一直穩定其電壓，實現能量發射端與能量發射端的耦合系數自適應。本發明有益效果：通過調節空載輸出電壓Voc實現耦合系數自適應，有助于穩定系統的品質因數Q值，獲得較高的傳輸效率和傳輸功率；保證在滿足輸出功率的前提下提供最小的發射電流。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，尤其涉及一種機器人無線充電功率匹配及開路保護的方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

目前主流機器人電池大多以24V-48V鋰電池居多，其充電電流在10A-30A之間。由于機器人電池電壓低、充電電流大、等效負載小、接收端體積及重量要求嚴格等特性，市場上為機器人配套的無線充電器多采用串-串結構以降低接收線圈的電流量，通過調節發射端頻率從而使發射端等效負載變化以控制發射電流以達到功率調節的目的。接收端輔助電源從接收線圈上引出一路電源來進行穩壓。

發明人發現，這種方案有結構簡單，控制方便等優點，然而也存在許多致命的缺陷。例如：系統無功損耗大導致效率低下；接收線圈電流與充電電流相等，導致線圈線徑過大，增加了重量且在限制的空間無法提高互感量；當負荷突然斷載的情況下，接收端輸出電壓會達到空載電壓，一般為90V-110V，而輔助電源允許的最高輸入電壓一般不超過70V，這樣會導致輔助電源損壞的嚴重后果。

目前許多研究都在致力于避免此種情況的發生，但都沒有一個比較完善的方案；現有技術采用控制開關管投入電阻的辦法，這種方式需要電阻功率大體積大，且會導致系統Q值變大形成正反饋，并不符合實際應用情況；充電調節是靠調節發射端的頻率，調節周期100ms，導致充電紋波系數過大且不能及時響應負載的突變。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種機器人無線充電功率匹配及開路保護的方法及系統，在發射端采用LCC結構，接收端采用S結構，能夠通過調節空載輸出電壓Voc實現耦合系數自適應，保證在滿足輸出功率的前提下提供最小的發射電流。

在一些實施方式中，采用如下技術方案：

一種機器人無線充電功率匹配及開路保護的方法，包括：

充電開始前，能量發射端接收能量接收端測量的空載輸出電壓信號，當所述空載輸出電壓達到設定值后開始充電，且在充電過程中一直穩定其電壓，實現能量發射端與能量發射端的耦合系數自適應。

本發明實施方式通過調節空載輸出電壓Voc實現耦合系數自適應，有助于穩定系統的品質因數Q值，獲得較高的傳輸效率和傳輸功率；保證在滿足輸出功率的前提下提供最小的發射電流。

在另一些實施方式中，采用如下技術方案：

一種機器人無線充電功率匹配及開路保護的系統，包括能量發射端和能量接收端，所述能量接收端包括：

由L1和C1組成的接收線圈，所述接收線圈依次連接相位檢測模塊、移相控制互補輸出模塊、整流器以及穩壓電容后，連接至充電負載。

還包括：能量接收端控制器，所述能量接收端的控制器采集空載輸出電壓Voc并反饋至能量發射端；能量接收端的控制器采集當前電池電壓及充電電流來控制移相角度以實現電池恒壓恒流充電。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明通過調節空載輸出電壓Voc實現耦合系數自適應，有助于穩定系統的品質因數Q值，獲得較高的傳輸效率和傳輸功率；保證在滿足輸出功率的前提下提供最小的發射電流。