重载agv小车大功率无线能量传输系统及控制方法
技术领域
1.本发明涉及可移动设备的无线充电技术领域，尤其涉及重载agv小车大功率无线能量传输系统及控制方法。


背景技术：

2.agv是(automated guided vehicle)的缩写，意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。为取得最佳效用，必须保证agv的高利用率。agv采用充电电池供电，当充电电池电压偏低时将发出报警信号，agv自动驶离生产线导航到指定充电位置进行充电。随着大功率充电电池的发展，可以允许充电电池在几秒钟内进行快速充电，这一技术使得agv在生产中不用移出生产线就可以完成充电，大大提高了agv的工作效用，特别适用于重载agv小车。
3.然而目前已知的agv充电电池充电装置依旧采用插拔形式，当agv行驶到专门的充电位置后，需要由工人将agv上的插头解开拉出，插至充电位的插座上，充电完毕还需由工人将插头拔下收纳至agv上。整个充电过程需由人工干预，难以实现真正的自动化和智能化，在很大程度上影响了agv的普及和使用。


技术实现要素：

4.本发明提供重载agv小车大功率无线能量传输系统及控制方法，解决了的技术问题在于：如何采用无线耦合的电能传输方式，实现重载agv小车的自动充电。
5.为解决以上技术问题，本发明提供一种重载agv小车大功率无线能量传输系统，包括agv控制台、能量发射端及车载接收端；
6.所述能量发射端包括多个电控柜，以及与多个所述电控柜一一对应连接的多个无线能量发射线圈；
7.所述车载接收端包括设置于agv小车底部的无线能量拾取结构，包括导磁材料构成的线圈承载板，设置于线圈承载板上的无线能量拾取线圈，设置于无线能量拾取线圈上的磁芯，以及设置于磁芯上的电气盒，所述电气盒的盒体空间中设置有与所述无线能量拾取线圈连接的无线能量拾取电路；所述车载接收端还包括连接所述无线能量拾取电路的电池管理系统；
8.所述电控柜通信连接所述agv控制台及所述无线能量拾取电路，所述无线能量拾取电路通信连接所述agv控制台；
9.所述agv控制台用于在agv小车行驶至一充电站点时，向该充电站点对应的所述电控柜发送充电指令；该电控柜用于将所述充电指令转发至所述无线能量拾取电路；所述无线能量拾取电路用于在获取到所述充电指令后与所述电池管理系统进行通信，获取充电需求，并向该电控柜反馈该充电需求；所述无线能量拾取电路用于依据该充电需求接通无线能量拾取线圈至充电电池之间的传输线路，该电控柜依据该充电需求接通初始交流电源至
无线能量发射线圈之间的传输线路，以开启所述无线能量发射线圈与所述无线能量拾取线圈之间的无线能量传输线路。
10.优选的，所述无线能量拾取电路还用于在充电过程中实时向所述电控柜及所述agv控制台反馈所述电池管理系统监测的电池状态信息；所述电控柜用于根据该电池状态信息实时调整功率输出；所述电控柜还用于在充电过程中实时向所述agv控制台反馈自身的充电状态信息。
11.优选的，所述agv控制台用于根据电池状态信息进行充电完成判断及根据电池状态信息及充电状态信息进行异常监测，并在充电完成或出现异常时控制所述电控柜及所述无线能量拾取电路切断所述无线能量发射线圈与所述无线能量拾取线圈之间的无线能量传输线路。
12.优选的，所述电控柜包括顺序连接的三相交流源、三相滤波器、原边交流转直流电路、直流转交流电路、原边补偿电路，还包括连接所述交流转直流电路、所述直流转交流电路的原边控制电路；所述原边控制电路通信连接所述agv控制台及所述无线能量拾取电路。
13.优选的，所述无线能量拾取电路包括顺序连接的副边补偿电路、副边交流转直流电路、直流滤波器，以及连接所述直流滤波器的副边控制电路，所述副边控制电路通信连接所述agv控制台、所述原边控制电路及所述电池管理系统。
14.优选的，在所述电气盒上对应所述无线能量拾取电路还设置有散热机构；所述散热机构包括带散热翅片的散热面板，在所述散热面板上还设置有散热风机，所述散热风机的吹风口朝向所述散热翅片间的预留间隙；所述散热面板上还设置有防护罩，在所述防护罩的顶板对应所述散热风机开设有进风口，在所述防护罩的侧板上对应所述散热翅片间的预留间隙还开设有出风口。
15.优选的，在所述进风口上可拆卸式安装有防尘网；在所述电气盒的两侧相对设置有两个用于连接agv小车底盘的悬臂；在两个所述悬臂的端部共同设置有隔磁板。
16.本发明还提供一种重载agv小车大功率无线能量传输控制方法，应用于上述重载agv小车大功率无线能量传输系统，包括步骤：
17.s1、agv小车行驶至一充电站点时，agv控制台向该充电站点对应的电控柜发送充电指令；
18.s2、该电控柜将所述充电指令转发至agv小车上的车载接收端，车载接收端在获取到所述充电指令后与电池管理系统进行通信，获取充电需求；
19.s3、车载接收端向该电控柜反馈该充电需求；
20.s4、车载接收端依据该充电需求接通无线能量拾取线圈至充电电池之间的传输线路，电控柜依据该充电需求接通初始交流电源至无线能量发射线圈之间的传输线路，以开启所述无线能量发射线圈与所述无线能量拾取线圈之间的无线能量传输线路。
21.进一步地，在所述步骤s4后还包括步骤：
22.s5、在充电过程中，车载接收端实时向所述电控柜及所述agv控制台反馈电池管理系统监测的电池状态信息，电控柜实时向所述agv控制台反馈自身的充电状态信息；
23.s6、电控柜根据该电池状态信息实时调整功率输出；agv控制台根据该电池状态信息进行充电完成判断及根据电池状态信息及充电状态信息进行异常监测，并在充电完成或出现异常时控制所述电控柜及所述车载接收端切断所述无线能量发射线圈与所述无线能
量拾取线圈之间的无线能量传输线路。
24.进一步地，在所述步骤s1前还包括步骤：
25.s01、所有电控柜上电初始化，完成自检；
26.s02、所有电控柜建立能量发射端与agv控制台、车载接收端之间的udp通信线程，所有电控柜向agv控制台发送在线心跳。
27.本发明提供的重载agv小车大功率无线能量传输系统及控制方法，设置有agv控制台、能量发射端及车载接收端，能量发射端设置有电控柜(包括能量发射线路和原边控制电路)、无线能量发射线圈，车载接收端设置有无线能量拾取线圈、无线能量拾取电路(包括能量接收线路和副边控制电路)，agv控制台、原边控制电路和副边控制电路两两之间通信连接，以传输充电控制指令、断电控制指令等指令及电池状态信息、充电状态信息等信息，从而实现对能量发射线路、能量接收线路的通断电控制，实现agv控制台对电控柜、车载接收端的异常监测，以在出现异常时及时切断线路，避免情况恶化。
28.特别的，本能量传输系统在车载接收端设置有无线能量拾取结构，基于无线能量拾取线圈与无线能量发射线圈进行无线耦合的方式，设置线圈承载板并将无线能量拾取线圈设置于线圈承载板上，并在磁芯上设置电气盒，电气盒的盒体空间中设置无线能量拾取电路，该无线能量拾取结构布局紧凑，可模块化布置于agv小车底盘上，使得小车停驻在无线能量发射线圈上时，电能可从无线能量发射线圈无线传输至无线能量拾取线圈，再经由无线能量拾取线圈传递至无线能量拾取电路为agv小车充电电池充电，无需人工干预，有利于实现agv小车的自动充电，能够广泛应用于各种场景，灵活性更好。另外，该无线能量拾取结构还设置有散热机构以对无线能量拾取电路散热，在进行大功率充电作业时能够防止电路过载，从而在提高充电效率的同时降低安全隐患。
附图说明
29.图1是本发明实施例1提供的重载agv小车大功率无线能量传输系统的组成概图；
30.图2是本发明实施例1提供的重载agv小车大功率无线能量传输系统的模块化结构图；
31.图3是本发明实施例1提供的无线能量拾取结构在一种视角下的爆炸图；
32.图4是本发明实施例1提供的无线能量拾取结构在另一种视角下的爆炸图；
33.图5是本发明实施例1提供的无线能量拾取结构中散热机构的结构示意图；
34.图6是本发明实施例1提供的另一种无线能量拾取结构的立体图；
35.图7是本发明实施例1提供的图6的使用状态图；
36.图8是本发明实施例2提供的重载agv小车大功率无线能量传输控制方法的工作流程图。
37.附图标记包括：1-线圈承载板、2-无线能量拾取线圈、3-磁芯、4-电气盒、5-无线能量拾取电路、6-散热机构、7-绕线槽、8-隔热面板、9-磁屏蔽面板、10-散热翅片、11-散热风机、12-防护罩、13-进风口、14-出风口、15-防尘网、16-悬臂、17-散热面板、18-隔磁板、19-底盘。
具体实施方式
38.下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
39.实施例1
40.为了采用无线耦合的电能传输方式，实现重载agv小车的自动充电，本实施例提供一种重载agv小车大功率无线能量传输系统，如图1所示，包括agv控制台、能量发射端及车载接收端，能量发射端包括多个电控柜，以及与多个电控柜一一对应连接的多个无线能量发射线圈。车载接收端包括无线能量拾取线圈及与其连接的无线能量拾取电路。车载接收端还包括连接无线能量拾取电路的电池管理系统(bms)。
41.电控柜通信连接agv控制台及无线能量拾取电路，无线能量拾取电路通信连接agv控制台，这里的连接方式可根据具体场景、条件、需求而任意设置，但电控柜与无线能量拾取电路之间、无线能量拾取电路与agv控制台之间需采用无线通信方式比如5g-wifi。agv控制台用于在agv小车行驶至一充电站点时，向该充电站点对应的电控柜发送充电指令；该电控柜用于将充电指令转发至无线能量拾取电路；无线能量拾取电路用于在获取到充电指令后与电池管理系统进行通信，获取充电需求，并向该电控柜反馈该充电需求；无线能量拾取电路用于依据该充电需求接通无线能量拾取线圈至充电电池之间的传输线路，该电控柜依据该充电需求接通初始交流电源至无线能量发射线圈之间的传输线路，以开启无线能量发射线圈与无线能量拾取线圈之间的无线能量传输线路。
42.无线能量拾取电路还用于在充电过程中实时向电控柜及agv控制台反馈电池管理系统监测的电池状态信息；电控柜用于根据该电池状态信息实时调整功率输出；电控柜还用于在充电过程中实时向agv控制台反馈自身的充电状态信息。agv控制台用于根据电池状态信息进行充电完成判断及根据电池状态信息及充电状态信息进行异常监测，并在充电完成或出现异常时控制电控柜及无线能量拾取电路切断无线能量发射线圈与无线能量拾取线圈之间的无线能量传输线路。
43.如图2所示，电控柜包括顺序连接的三相交流源、三相滤波器、原边交流转直流(ac-dc)电路、直流转交流(dc-ac)电路、原边补偿电路(连接无线能量发射线圈)，还包括连接交流转直流电路、直流转交流电路的原边控制电路。其中三相交流源采用三相四线式电源，a、b、c为三相，n代表零线。在本领域中，无需特别说明，也可知能量发射线路(三相交流源、三相滤波器、原边交流转直流电路、直流转交流电路、原边补偿电路)的具体功能，可采用哪些电路结构，本例原边补偿电路采用lcc补偿网络。原边控制电路连接着原边交流转直流电路、直流转交流电路，对内可控制原边交流转直流电路、直流转交流电路的开启与关闭，还可检测原边交流转直流电路、直流转交流电路的充电状态信息。原边控制电路还通信连接agv控制台及无线能量拾取电路，对外发挥着电控柜的通信功能。在本例中，如图2所示，原边控制电路通过原边主控板和扩展板实现，24v电源为原边控制电路供电。
44.如图2所示，无线能量拾取电路包括顺序连接的副边补偿电路(同样采用lcc补偿网络)、副边交流转直流(ac-dc)电路、直流滤波器(连接充电电池)，以及连接直流滤波器的副边控制电路(副边主控板)，副边控制电路通信连接agv控制台、原边控制电路及电池管理系统。同样无需特别说明，也可知晓能量接收线路(副边补偿电路、副边交流转直流电路、直
流滤波器)的具体功能，可采用哪些电路结构。而副边控制电路发挥着无线能量拾取电路的通信作用，以及控制无线能量拾取线圈至充电电池之间的传输线路通断的作用。
45.综上，本例提供的重载agv小车大功率无线能量传输系统，设置有agv控制台、能量发射端及车载接收端，能量发射端设置有电控柜(包括能量发射线路和原边控制电路)、无线能量发射线圈，车载接收端设置有无线能量拾取线圈、无线能量拾取电路(包括能量接收线路和副边控制电路)，agv控制台、原边控制电路和副边控制电路两两之间通信连接，以传输充电控制指令、断电控制指令等指令及电池状态信息、充电状态信息等信息，从而实现对能量发射线路、能量接收线路的通断电控制，实现agv控制台对电控柜、车载接收端的异常监测，以在出现异常时及时切断线路，避免情况恶化。
46.如图3、4、7所示，本例在车载接收端设置有无线能量拾取结构，该结构可直接模块化布置于agv小车底盘19上，具体包括导磁材料构成的线圈承载板1，设置于线圈承载板1上的无线能量拾取线圈2，设置于无线能量拾取线圈2上的磁芯3，以及设置于磁芯3上的电气盒4，电气盒4的盒体空间中设置有与无线能量拾取线圈2电性连接的无线能量拾取电路5，在电气盒4上对应无线能量拾取电路5还设置有散热机构6。
47.如图3所示，具体实施时，为了方便操作人员绕制线圈，同时限制线圈形状，无线能量拾取线圈2为平面线圈，在线圈承载板1的板面上还开设有用于绕制该平面线圈的绕线槽7。
48.从图4可以看出，为了提高无线传输效率并控制能量场方向，磁芯3为多块矩形磁片拼接组成的板状结构。为了阻断无线能量拾取线圈2与无线能量拾取电路5之间的热传导，在磁芯3与电气盒4之间还设置隔热面板8。为了减少能量场对无线能量拾取电路5的干涉，电气盒4的盒底设有磁屏蔽面板9。
49.如图5所示，为了避免无线能量拾取电路5过载，降低安全隐患，散热机构6包括带散热翅片10的散热面板17，在散热面板17上还设置有散热风机11，散热风机11的吹风口朝向散热翅片10间的预留间隙。作为优选，为了更好的引导散热风机11吹出的气流，所有散热翅片10呈长条状均匀排列，每一条散热翅片10靠近散热风机11的端面共同位于一段内凹的弧面上，且散热风机11沿着该弧面卧式设置有多个，每个散热风机11的出风口的高度低于散热翅片10的高度。
50.请参阅图3、4，散热面板17上还设置有防护罩12，在防护罩12的顶板对应散热风机11开设有进风口13，在防护罩12的侧板上对应散热翅片10间的预留间隙还开设有出风口14。在进风口13上可拆卸式安装有防尘网15。产品使用一段时间后，进风口13积累大量的灰尘，导致进风口13堵塞，降低产品的散热性能，此时仅仅需要将防尘网15拆卸下来，在清理防尘网15上的灰尘后再将防尘网15装配在进风口13即可。
51.在实际的应用场景下，为了方便操作人员将产品装配于agv小车上，在电气盒4的两侧相对设置有两个用于连接agv小车底盘19的悬臂16，如图6、7所示。图6和图7示出了无线能量拾取结构的第二种实施方式，其区别在于，在两个悬臂16的端部共同设置有隔磁板18。隔磁板18主要功能为隔绝充电过程中发射线圈发出的磁能，防止磁能对重载agv小车的四周裙边结构加热。在提高传输效率的同时，防止加热的裙边钢板烫伤人体。以及，在电气盒4的侧壁上还设置有四个与无线能量拾取电路5电性连接的接口，分别为备用电源接口、电源输出接口、程序烧录接口以及网络接口。其中：备用电源接口用于在重载agv的电池电
能完全消耗完毕时，其电能不能支持无线能量拾取电路5的基本耗能，此时通过外接备用电源激活无线能量拾取电路5，从而发起充电信号对电池进行强制充电；电源输出接口作为与重载agv的电池的连接通道；程序烧录接口用于在需要对电路的充电模式、通信模式等控制程序进行变更时，通过此接口进行操作。网络接口用于连接网线，拾取结构通过网线与能量传输系统的机柜进行通信，发起充电信号、停止信号等等。
52.图3～7所示无线能量拾取结构，可布置于agv小车底盘19上，基于无线能量拾取线圈2与无线能量发射线圈进行无线耦合的方式，设置线圈承载板1并将无线能量拾取线圈2设置于线圈承载板1上，并在磁芯3上设置电气盒4，电气盒4的盒体空间中设置无线能量拾取电路5，该无线能量拾取结构布局紧凑，使得小车停驻在无线能量发射线圈上时，电能可从无线能量发射线圈无线传输至无线能量拾取线圈2，再经由无线能量拾取线圈2传递至无线能量拾取电路5为agv小车蓄电池充电，无需人工干预，有利于实现agv小车的自动充电，能够广泛应用于各种场景，灵活性更好。另外，该无线能量拾取结构利用散热机构6对无线能量拾取电路5散热，在进行大功率充电作业时能够防止电路过载，从而在提高充电效率的同时降低安全隐患。
53.实施例2
54.与实施例1所示大功率无线能量传输系统对应的是，本发明实施例提供一种重载agv小车大功率无线能量传输控制方法，如图8所示，具体包括步骤：
55.s01、所有电控柜上电初始化，完成自检；
56.s02、所有电控柜建立能量发射端与agv控制台、车载接收端之间的udp通信线程，所有电控柜向agv控制台发送在线心跳；
57.s1、agv小车行驶至一充电站点时，agv控制台向该充电站点对应的电控柜发送充电指令；
58.s2、该电控柜将充电指令转发至agv小车上的车载接收端，车载接收端在获取到充电指令后与电池管理系统进行通信，获取充电需求；
59.s3、车载接收端向该电控柜反馈该充电需求；
60.s4、车载接收端依据该充电需求接通无线能量拾取线圈至充电电池之间的传输线路，电控柜依据该充电需求接通初始交流电源至无线能量发射线圈之间的传输线路，以开启无线能量发射线圈与无线能量拾取线圈之间的无线能量传输线路；
61.s5、在充电过程中，车载接收端实时向电控柜及agv控制台反馈电池管理系统监测的电池状态信息，电控柜实时向agv控制台反馈自身的充电状态信息；
62.s6、电控柜根据该电池状态信息实时调整功率输出；agv控制台根据该电池状态信息进行充电完成判断及根据电池状态信息及充电状态信息进行异常监测，并在充电完成或出现异常时控制电控柜及车载接收端切断无线能量发射线圈与无线能量拾取线圈之间的无线能量传输线路；
63.s7、充电结束，电控柜向agv控制台发送在线心跳。
64.通过本实施例提供的重载agv小车大功率无线能量传输控制方法，可实现对重载agv小车的无线充电控制及充电异常检测，整个充电过程无需人工干预，实现了真正的自动化和智能化，大大提高了agv的工作效用。
65.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的
限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。