[发明专利]一种基于铅酸电池的高效率无线充电系统

说明书

技术领域

本发明属于无线充电领域，具体涉及一种基于铅酸电池的智能的高效率无线充电系统。

背景技术

20世纪60年代中期，美国科学家提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电电流曲线，如果在整个充电过程中能够使实际的充电电流始终等于或者接近于蓄电池可接受的充电电流，不仅提高充电效率而且可以很好的保护电池。马斯同时指出：通过瞬时大电流放电，可以使铅酸电池的可接受充电电流曲线不断右移，从而大大提高充电速度和效率。然而目前对于铅酸电池的无线充电一般采用传统的三段式恒流——恒压——涓流的方式或者更简单的采用恒流——恒压限流的方式，其电流不能根据蓄电池的充电状态动态地选择可接受电流，从而导致充电效率不高，充电时间长。此外，由于无法智能控制充电过程，经常会出现充电不足或过度充电，过度充电会导致大量气体析出而腐蚀电池极板，长时间充电不足也会减少电池寿命。铅酸电池在充电过程中具有强非线性、时变性以及不确定性等特点，采用常规的PID控制方式不能满足铅酸电池充电系统的需求。加之无线充电相对于有线充电，增加了充电线圈和接收线圈的感应耦合过程，这个过程也是非线性的和不确定性的。这些问题都导致铅酸电池的无线充电速度慢且电池寿命短等问题。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种基于铅酸电池的高效率无线充电系统，该系统可实现智能控制充电过程，避免出现充电不足导致电池寿命短或过度充电导致大量气体析出而腐蚀电池极板，减少电池寿命等。且采用本发明的技术方案，可以保证铅酸电池在充电过程中，其充电电流动态地逼近蓄电池可接受的充电电流曲线，使整个充电过程始终在最佳状态下进行，有效提高充电效率、节省充电时间，解决了铅酸电池的无线充电速度慢、效率低等问题.

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于铅酸电池的高效率无线充电系统，包括无线充电发射装置和无线充电接收装置。所述无线充电发射装置包括第一整流滤波电路、高频逆变电路、升压电路、发射线圈、模糊PID控制单元和蓝牙通信模块，第一整流滤波电路的输出端接于高频逆变电路的输入端，高频逆变电路的输出端接于升压电路的输入端，升压电路的输出端接于发射线圈的输入端，高频逆变电路的输入输出端和蓝牙通信模块的输入输出端接于模糊PID控制单元的输入输出端；所述无线充电接收装置包括接收线圈、第二整流滤波电路、DC-DC电路、检测电路、铅酸电池、模糊神经网络预测单元和蓝牙通信单元，接收线圈、第二整流滤波电路、DC-DC电路、铅酸电池、检测电路和模糊神经网络预测单元顺次连接，模糊神经网络预测单元与蓝牙通信单元双向通信。

上述无线充电系统的充电过程如下：检测电路检测铅酸电池的荷电状态、端电压和电池电解液的温度等信号，并将上述信号发送至模糊神经网络预测单元，模糊神经网络预测单元根据接收的信号绘制并且实时修正铅酸电池的可接受电流曲线，并预测充电电流给定值；模糊神经网络预测单元将预测的充电电流给定值和实际值经蓝牙通信单元和蓝牙通信模块反馈给模糊PID控制单元；模糊PID控制单元通过模糊化、逻辑推理、去模糊化三个过程控制电路的PWM波的输出，通过改变PWM波的频率和占空比调节发射线圈的电流，进而调节铅酸电池的充电电压和充电电流，从而实现对无线充电发射装置和无线充电接收装置的电磁感应过程进行模糊化处理。

其中，模糊PID控制单元是采用一种结合模糊控制与PID控制的新型算法，通过模糊化、逻辑推理、去模糊化三个过程控制PWM波的输出，通过改变PWM波的频率和占空比调节发射线圈的电流，进而调节铅酸电池的充电电压和充电电流。蓝牙通信模块接收蓝牙通信单元发送过来的信号，并将信号反馈给模糊PID控制单元。具体的，模糊PID控制单元将整个充电过程中分为电流控制和电压控制两个充电阶段，充电阶段是无线充电发射装置根据无线充电接收装置发送的电池荷电状态的百分比决定的，其具体过程如下：首先预设电池荷电状态的经验值（例如经验值设为电池荷电状态为90%），将电池荷电状态小于该经验值的时候记为电流控制充电阶段，大于等于该经验值的时候记为电压控制充电阶段；在电流控制充电阶段中，采用电流控制充电，模糊PID控制单元通过调节发射线圈的电流进而调节铅酸电池的充电电流；在电压控制充电阶段中，也即当电池荷电状态大于上述经验值的时候，采取电压控制充电，模糊PID控制单元调节发射线圈的电流，进而调节电池端的充电电压。