一种水下双向无线充电系统

技术领域

本发明涉及无线充电领域，更具体来说是一种水下双向无线充电系统。

背景技术

我国拥有三百万平方海里的领海面积，海洋资源十分丰富，但我国在海洋资源开发能力严重不足。其中一大制约就是目前的自主式水下航行器无法长时间、远距离、高深度的进行探测。而限制它的主要因素就是其能源问题，其能源主要来自于自身的蓄电池。但当其蓄电池电量不足时，就需要对其电能进行补给，传统的电能补给方式是通过导体接触式的湿插拔接口对蓄电池组进行充电，这种技术被国外垄断多年，且在海水这种复杂的环境中存在巨大安全隐患。而无线电能传输技术避免了传统的物理接触，没有电火花和漏电等现象，能够更加适应一下复杂恶劣环境下的电能传输，而目前的水下无线充电技术都为单向无线供电，且通常由水面母船引下电源线在水下为设备进行无线供电，或者从陆上引入电源母线，在水下建立用于无线电能供给的水下基站。这两种方式虽然能够解决前面所述一些问题，但其仍存在很多弊端，前者需要母船在水面长时间等待，耗费人力物力。后一种受限于电缆等成本因素，只能建立在近海区域，都有极大的限制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水下双向无线充电系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种水下双向无线充电系统，可用于水下自主巡航器等水下用电设备进行双向无线供电，所述水下双向无线充电方法及系统包括：两个设备建立无线通信后，根据两设备的用电需求优先级来确定各设备的工作模式，所述工作模式包括主模式和从模式。

作为优选，所述主模式即为充电模式，在此模式下先对剩余容量进行检查，如剩余容量高于阀值，则停止充电进程；如剩余容量大于阀值，则充电模块进行初始化并自检；如有异常，则停止进程，如无异常，则开始充电，并时刻监测电量的变化；如剩余容量小于阀值，则继续充电，如剩余容量高于阀值则进入已充满状态，并停止充电进程。

作为优选，所述从模式即为放电模式，在此模式下同样先对设备电池电量进行检查，如低于阀值，则表示无法进行供电，结束进程，如电量大于阀值，则对充电模块进行初始化并自检；如出现异常，则结束进程，如没有异常，则开始放电，为无线充电模块供电；同时检测该设备剩余电量，如低于阀值，则停止供电结束进程，如高于阀值，再判断从机是否达到已充满状态，如以达到，则停止充电，如没有达到，则继续充电，直至从机达到已充满状态或自身电量不足时，停止供电，结束充电进程。

作为优选，充电模块采用电磁感应式无线充电方案进行无线充电，尽管电磁感应式方案传输距离较短，但其在水下短距离无线电能传输时涡流损耗较小，效率较高。

作为优选，充电模块所采用电磁耦合器的结构为锥形电磁耦合器，其由线圈及PC40铁氧体组成，其结构对称，虽然水流的扰动会使得磁心相对旋转，但其一、二次侧均匀旋转而不影响传输效果。

作为优选，所述水下双向无线充电系统中谐振回路补偿方式采用串串结构进行补偿，即电容与电感采用串联方式进行连接，该补偿方式结构简单，杂散电阻小，且系统谐振频率受线圈之间的相对位置波动的影响较小，使得整个系统有较高的稳定性和传输效率。

作为优选，两设备通过超声波及磁吸辅助定位及对准，在双方通信成功建立之后，两设备发射超声波，实现双方精确定位使其能够快速准确的让充电线圈与接收线圈对位，磁吸模块用于对位后期及充电期，提高对位的精度及充电稳定性。

本发明和现有技术相比，具有以下有益效果：

1.与传统的通过导体接触式的湿插拔接口对蓄电池组进行充电相比，此方案不仅避免了接触火花及漏电，而且能够更加适应相对恶劣的环境。

2.与传统的水面母船引下电源母线为水下用电设备充电相比，此方案不需要母船在水面长时间等待，极大的减小了人力物力，而且能够在水深处进行电能交换。

3.与传统的陆上引入电源母线，在水下建立无线供电基站相比，此方案能够在远海、深海进行无线电能传输，具有更大的灵活性。

4.与传统的水下无线充电方案相比，此方案能够加快充电线圈的对准速度，并有效地提高线圈耦合程度，减小水流对线圈耦合的影响。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明电磁耦合器结构图。

图3为本发明耦合器1内部框图。

图4为本发明耦合器2内部框图。

附图标记：1、线圈与铁氧体；2、磁吸模块；003、第一整流控制模块；004、第一主控模块；005、第一磁吸控制模块；006、信号输入输出模块；007、第一电能输入输出模块；103、第二磁吸控制模块；104、第二主控模块；105、信号输入输出模块；106、第二整流控制模块；107、第二电能输入输出模块。

具体实施方式

以下结合附图1-4，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

在本实施例中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“端部”、“前方”、“背面”、“中部”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

另，在本具体实施方式中如未特别说明部件之间的连接或固定方式，其连接或固定方式均可为通过现有技术中常用的螺栓固定或钉销固定，或销轴连接等方式，因此，在本实施例中不在详述。

如图1所示，一种水下双向无线充电系统，可用于水下自主巡航器等水下用电设备进行双向无线供电，水下双向无线充电系统包括：两个水下巡航器或巡航器与水下充电桩达到通信范围之后(在本实施例中两个设备为巡航器与水下充电桩)，建立双向无线通信，并根据自身需要设置为主模式或者从模式。当确定为主模式时，该设备进入充电模式，并再次对剩余容量与下限阀值进行比较，如剩余容量大于阀值，则电量足够无需充电，结束进程，如剩余容量小于阀值，则对充电模块进行初始化并自检，如出现异常，结束进程，如无异常，则正式开始进行充电。与此同时对自身容量进行监控，当剩余容量达到上限阀值时，达到已充满状态并结束充电。当为从模式时，该设备进入放电模式，也再次对自身电池容量进行检查，如剩余容量小于阀值时，表示电量不够，无法为其他设备供电，结束充电过程。如大于阀值，则对无线充电模块进行初始化并自检，如有异常，则结束进程，如无异常，则开始正常放电，为其他设备进行无线供电。同时时刻监测该设备电池剩余容量，如剩余容量低于阀值，则表示电量不足，停止供电。如剩余容量高于阀值，则判断充电设备是否达到已充满状态，如已充满则停止供电，如没有充满则继续供电，直至从机达到已充满状态或自身电量不足时，停止供电，结束充电进程。

如图2-4所示，一种水下双向无线充电系统，包括第一电磁耦合头和第二电磁耦合头。第一电磁耦合头外部主体结构由充电线圈1和磁吸模块2组成。当该设备置为主模式时，设备通过信号输入输出模块006将信号传递给第一主控模块004，第一主控模块004发送开启磁吸信号给第一磁吸控制模块005，开启磁吸辅助耦合器对准。当设备初始化并检测无异常进入充电状态后，设备将发送信号给第一主控模块004，第一主控模块004发送信号给第一整流控制模块003，准备接收来自线圈1的电流，并将其整流后传递给第一电能输入输出模块007，最后将其输出给设备的充电电路进行充电。

当上述设备为主模式时，另一设备将置为从模式，其第二耦合头外部主体结构同样由充电线圈1和磁吸模块2组成，设备通过信号输入输出模块105将信号传递给第二主控模块104，第二主控模块104控制第二磁吸控制模块103开启磁吸。待设备初始化检测无问题后，发送供电信号给第二主控模块104，第二主控模块104发送信号给第二整流控制模块106，其将来自第二电能输入输出模块107的电流传递给线圈(1)，通过电磁转换将电能传递给接收端。

本发明技术效果主要体现在以下方面：

1.与传统的通过导体接触式的湿插拔接口对蓄电池组进行充电相比，此方案不仅避免了接触火花及漏电，而且能够更加适应相对恶劣的环境。

2.与传统的水面母船引下电源母线为水下用电设备充电相比，此方案不需要母船在水面长时间等待，极大的减小了人力物力，而且能够在水深处进行电能交换。

3.与传统的陆上引入电源母线，在水下建立无线供电基站相比，此方案能够在远海、深海进行无线电能传输，具有更大的灵活性。

4.与传统的水下无线充电方案相比，此方案能够加快充电线圈的对准速度，并有效地提高线圈耦合程度，减小水流对线圈耦合的影响。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。