一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置及金属探测方法

1.本发明具体涉及一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置及金属探测方法属于无线电能传输技术领域。


背景技术：

2.月球车是能够在月球表面行驶并完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务的专用车辆，是进行月球表面探测的重要工具之一，其技术研究进展的快慢、功能的完善程度与性能的优劣，将直接关系到整个月球探测的进程。
3.目前的月球车基本采用太阳能电池板与充电电池协同工作，在月球的白天依靠太阳能电池进行工作，夜晚直接进入休眠，依靠放射性同位素对内部电路进行保温，等待白天继续工作。因此，在月球建立储能基地，在夜晚通过无人化的无线充电方式保障夜晚月球车的电能供应，可以大大增加月球车的工作时间，加快探月进程。
4.在月球车非充电期间，其车载充电器可以作为磁场发生装置，用于辅助金属探测。因此，本发明的目的是提出一种用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置与技术，扩展无线充电设备功能，增加月球车的整体系统集成度。


技术实现要素：

5.本发明提供一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置及金属探测方法，用于在非充电工况下将月球车的车载无线充电器作为金属探测器。
6.本发明通过以下技术方案实现：
7.一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置，所述共用装置包括车载电池、可控整流器、接收端补偿网络、接收线圈、数据采集单元与数据分析处理单元，
8.所述车载电池与可控整流器相连接，所述可控整流器与接收端补偿网络相连接，所述接收端补偿网络分别与供给接收线圈与数据采集单元相连接；
9.所述数据采集单元与数据分析处理单元相连接，输出探测结果。
10.进一步的，所述车载电池与可控整流器之间可加入双向dc变换器。
11.进一步的，在充电工况下，可控整流器正常工作在整流模式，将接收端补偿网络传递的高频交流输入转换成直流输出为电池进行充电。
12.进一步的，在金属探测工况下，以车载电池作为电源，可控整流器反向产生高频激励，借助接收线圈的主动激励磁场完成金属探测工作。
13.一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置的金属探测方法，
14.步骤1：将系统切换至金属探测模式，将传能补偿拓扑切换为金属探测拓扑；
15.步骤2：全桥可控整流控制启动，输入高频激励信号；
16.步骤3：系统持续在补偿网络端口进行电压电流采样并处理，提取幅度相位信息，求解阻抗。
17.步骤4：通过处理器内部的分类算法，分析金属有无，输出结果。
18.进一步的，所述装置通过测量接收端补偿网络的端口阻抗来完成金属探测，即在接收线圈产生磁场，而当有金属物质出现时，金属物质会对线圈磁场产生影响，从而影响线圈的阻抗；因此，在此条件下测量补偿网络中的阻抗可以探测到是否有金属物质存在；
19.所提装置采用电压电流传感器来测量被测端口的电压电流信号，并通过信号处理手段对得到被测信号的幅值和相位，进而推导出端口阻抗；利用端口阻抗的实部、虚部及相位信息共同完成金属物质存在判别。
20.进一步的，可控整流可为全桥整流器，接收端补偿网络选择lcl型补偿，并在金属探测时切换为并联补偿。
21.本发明的有益效果是：
22.本发明用于在非充电工况下将月球车的车载无线充电器作为金属探测器。
23.本发明基于副边侧带有可控整流器的无线充电设备实现，在需要金属探测的工况下由车载电池进行供电，可控整流器反向产生高频激励，在接收线圈产生高频磁场，然后在接收端补偿网络端口选取测试点，检测电压电流，再经数据处理分析完成金属探测。
附图说明
24.图1是本发明的结构示意图。
25.图2是本发明的系统结构组成示意图。
26.图3是本发明的基于补偿网络端口阻抗的金属探测方法图
27.图4是本发明的具体电路图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置，所述共用装置包括车载电池、可控整流器、接收端补偿网络、接收线圈、数据采集单元与数据分析处理单元，
30.所述车载电池与可控整流器相连接，所述可控整流器与接收端补偿网络相连接，所述接收端补偿网络分别与供给接收线圈与数据采集单元相连接；
31.所述数据采集单元与数据分析处理单元相连接，输出探测结果。
32.所述数据采集单元将采集来的电压与电流输送到数据分析处理单元进行阻抗分析输出探测结果。
33.基于副边侧带有可控整流器的无线充电设备实现，在需要金属探测的工况下由车载电池进行供电，可控整流器反向产生高频激励，在接收线圈产生高频磁场，然后在接收端补偿网络端口选取测试点，检测电压电流，再经数据处理分析完成金属探测。
34.进一步的，所述车载电池与可控整流器之间可加入双向dc变换器。如充电系统接收端使用dc变换器应为双向dc变换器，保障无线充电接收侧可以提供反向激励。
35.进一步的，在充电工况下，可控整流器正常工作在整流模式，将接收端补偿网络传
递的高频交流输入转换成直流输出为电池进行充电。
36.充电状态
37.当月球车处在进行无线充电时，所提装置进入充电工作状态，由发射端激发高频磁场，所提装置通过接收线圈接收来自发射端的能量，经补偿网络完成无功补偿，再经由可控整流器，dc变换器完成功率变换，最终给电池进行充电。
38.进一步的，在金属探测工况下，以车载电池作为电源，可控整流器反向产生高频激励，借助接收线圈的主动激励磁场完成金属探测工作。
39.金属探测状态
40.当月球车未在充电过程且需要进行金属探测的工况下，所提装置进入金属探测状态，由电池进行反向供电，可控整流调整为逆变器进行工作，产生反向高频激励信号，再通过补偿网络的阻抗测量分析，判断金属的存在与否。
41.以上两种工作状态不能共存，所提装置根据月球车的功能需要进行状态切换。
42.一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置的金属探测方法，
43.步骤1：将系统切换至金属探测模式，开关s1闭合，补偿拓扑切换为并联拓扑，以防止磁集成的补偿电感可能造成的磁场干扰；
44.步骤2：全桥可控整流控制启动，输入高频激励信号；
45.步骤3：系统持续在补偿网络端口进行电压电流采样，对采样序列进行快速傅利叶变换，提取幅度相位信息，求解阻抗。
46.步骤4：通过fpga内部的分类算法，分析金属有无，输出结果。
47.进一步的，所述装置通过测量接收端补偿网络的端口阻抗来完成金属探测，即在接收线圈产生磁场，而当有金属物质出现时，金属物质会对线圈磁场产生影响，从而影响线圈的阻抗；因此，在此条件下测量补偿网络中的阻抗可以探测到是否有金属物质存在；
48.所提装置采用电压电流传感器来测量被测端口的电压电流信号，并通过信号处理手段对得到被测信号的幅值和相位，进而推导出端口阻抗；利用端口阻抗的实部、虚部及相位信息共同完成金属物质存在判别，可以借助智能分类算法完成。
49.进一步的，可控整流为全桥整流器，接收端补偿网络选择lcl型补偿，采用高压差分电压传感器与电流互感器进行电压电流数据采样，采用fpga作为数据分析处理单元。

技术特征：
1.一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置，其特征在于，所述共用装置包括车载电池、可控整流器、接收端补偿网络、接收线圈、数据采集单元与数据分析处理单元，所述车载电池与可控整流器相连接，所述可控整流器与接收端补偿网络相连接，所述接收端补偿网络分别与供给接收线圈与数据采集单元相连接；所述数据采集单元与数据分析处理单元相连接，输出探测结果。2.根据权利要求1所述一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置，其特征在于，所述车载电池与可控整流器之间可加入双向dc变换器。3.根据权利要求1所述一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置，其特征在于，在充电工况下，可控整流器正常工作在整流模式，将接收端补偿网络传递的高频交流输入转换成直流输出为电池进行充电。4.根据权利要求1所述一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置，其特征在于，在金属探测工况下，以车载电池作为电源，可控整流器反向产生高频激励，借助接收线圈的主动激励磁场完成金属探测工作。5.根据权利要求1-4任一所述一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置的金属探测方法，其特征在于，步骤1：将系统切换至金属探测模式，将传能补偿拓扑切换为金属探测拓扑；步骤2：全桥可控整流控制启动，输入高频激励信号；步骤3：系统持续在补偿网络端口进行电压电流采样并处理，提取幅度相位信息，求解阻抗。步骤4：通过处理器内部的分类算法，分析金属有无，输出结果。6.根据权利要求5所述一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置的金属探测方法，其特征在于，所述装置通过测量接收端补偿网络的端口阻抗来完成金属探测，即在接收线圈产生磁场，而当有金属物质出现时，金属物质会对线圈磁场产生影响，从而影响线圈的阻抗；因此，在此条件下测量补偿网络中的阻抗可以探测到是否有金属物质存在；所提装置采用电压电流传感器来测量被测端口的电压电流信号，并通过信号处理手段对得到被测信号的幅值和相位，进而推导出端口阻抗；利用端口阻抗的实部、虚部及相位信息共同完成金属物质存在判别。7.根据权利要求5所述一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置的金属探测方法，其特征在于，可控整流可为全桥整流器，接收端补偿网络选择lcl型补偿，并在金属探测时切换为并联补偿。

技术总结
本发明提供一种适用于月球车的车载无线充电系统与金属探测共用装置及金属探测方法，基于副边侧带有可控整流器的无线充电设备实现，在需要金属探测的工况下由车载电池进行供电，可控整流器反向产生高频激励，在接收线圈产生高频磁场，然后在接收端补偿网络端口选取测试点，检测电压电流，再经数据处理分析完成金属探测。本发明用于在非充电工况下将月球车的车载无线充电器作为金属探测器。的车载无线充电器作为金属探测器。的车载无线充电器作为金属探测器。


技术研发人员：宋凯 兰宇 姜金海 孙传禹 孙瀛 费腾 李书颀 潘文特
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/25