无线电能传输式智能充电系统在停车场的应用研究

符阳 张国忠

摘 要：本文介绍了一种基于谐振式无线电能传输技术的智能充电系统。包括其工作原理，硬件设计，软件设计及其在停车场的应用。

关键词：无线电能传输；充电技术；智能停车场

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

1 引言

近年来随着人们的环保意识日益增强，电动汽车逐渐普及，对电动车的充电技术有了更高的要求。如何提供高效便捷的充电方式，是电动车进一步发展普及的关键环节。

電动汽车常规的充电方式是采用充电桩进行充电，车主需要自行操作插拔充电，并且受停车场环境的影响，充电桩的维护与保养受到挑战。并且电缆容易短路、断路等，对人员和财产的安全有着巨大的隐患。本文要探讨一种更为安全和便捷的充电方式在智能停车场上的应用。

2 工作原理

谐振式无线电能传输工作原理如图1所示。它利用了电磁感应耦合的理论，通过参数完全相同的谐振线圈，产生磁耦合谐振作用，实现无线电能传输。即电能经变压器降压，通过整流滤波电路后，将交流电转化为直流电，经过谐振电路的作用在发射端电路中生成了高频率的交流电。高频交流电通过发射线圈时，由于电流、电压的变化产生了高频交变磁场，在交变磁场的作用下，接收线圈中产生感应电动势及电流，然后经接收端的整流滤波作用后，电路转化为直流电给负载充电。

3 硬件设计

本系统的结构图如图2所示。它由单片机、压力传感器、蓝牙通信模块、GSM通信模块、和谐振式无线电能传输模块五部分构成。单片机起控制器的作用，协调其余四个模块有条不紊地工作。压力传感器采集停车位的上的压力变化，产生一个脉冲信号并把信号发送给单片机，它的作用主要是检查是否有车停在车位上面。蓝牙通信模块的功能是将充电系统与待充电的汽车电脑建立近距离通信，获取该车的车型信息以及读取电池数据，当电池数据为满电的时候，单片机会关闭谐振式无线电能传输模块。系统中可以加入自适应阻抗匹配网络及自适应频率跟踪系统，设计合理的匹配算法，在负载及谐振频率变化时能自动完成阻抗匹配、调节工作频率以达到谐振状态，从而提高系统的传输效率及稳定性[1]。GSM通信模块，是为了与用户建立可靠的远距离无线通信，电量充满时将充电信息反馈给用户，用户也可以通过GSM模块通讯模块与停车场建立通信，查找汽车所在位置和充电信息等。通信模块可采用德国西门子公司西门子的TC35i，此模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能。谐振式无线电能传输模块，是本套充电系统的核心部件，将电能经过一系列的变换后，通过谐振线圈对待充电汽车进行充电。

4 软件设计

本系统的软件流程图如图3所示。当有汽车停在车位上，地面的压力传感器将压力信号送到单片机。单片机接受到压力传感器的脉冲信号，通过蓝牙模块与电动汽车建立通信，首先将所在车位的信息传送到单片机中，然后从行车电脑中的获取车辆的电池数据，如果当前的电池状态已充满，将不会进行后续操作。当电池的电量为未满电的状态时，蓝牙模块会从行车电脑中读取车型信息，然后传送给单片机，它从车型数据库中调取该车型的充电技术参数，启动对应发射线圈，通过磁场隔空为汽车电池充电。在此期间，单片机会周期性地扫描电池状态，当电池状态显示为电量已充满时，单片机会向充电设备发出指令停止充电，充电设备回到不供电状态，同时，单片机通过通信模块与用户通信，报告充电已完成的信息。此外单片机在车辆停上时和开始充电时，分别启动对应的计时器，将车辆停车时间和充电时间发送至后台服务器，它根据收费标准进行计费，并在车辆离开停车场时将账单发送至用户手机，通过第三方支付例如支付宝、微信等渠道进行收费。

5 结论

本系统经过反复实验室调试，各种环境的考验后，在5个停车场进行了长达近半年的试运行，运行结果表明：本系统安全可靠，充电快捷方便，人性化、智能化程度较高。

参考文献：

[1]王文涛，王慧中.电动汽车谐振式无线充电技术的研究[D].兰州：兰州理工大学，2016.

作者简介：符阳（1995-），男，河南信阳人，本科在读，研究方向：电气自动化控制技术。