无线传输系统接收端状态检测方法、系统和电子设备

技术领域

本申请涉及无线充电技术领域，特别是涉及无线传输系统接收端状态检测方法、系统和电子设备。

背景技术

无线电能传输技术(Wireless Power Transmission，WPT)通过高频交变电磁场可以实现非接触式能量传递，因其卓越的密封性、灵活性与便捷性越发受到青睐。但是，这也同样为发射端和接收端的信息传递带来困难，导致功率控制、系统状态监测的难度增加。

引入额外的无线通讯环节是原理最为简单的调控手段，但是该类方案需要额外非接触式信息传递模块(如无线蓝牙通讯模块)，复杂程度高且原副边电压/电流的相位关系仍然会因为信息调制的时间延时无法被精确描述，但如果不加入检测和反馈电路，仅靠发射端的幅度和相位检测，不能够有效的识别当前接收端的负载状态。利用发射端或接收端的关键数据直接对互感与负载进行精确估计则可以取消无线通讯环节，并实现对接收端信息进行更加全面的估计。

但是，现有的方案多需要借助额外的辅助线圈或机器视觉系统获取更多的接收端特征数据，体积与成本不具优势。也有技术方案基于神经网络等人工智能算法进行估计，以借助丰富的历史数据在无需电路模型的前提下构建发射端电流、互感与负载之间的关系网络，但其缺陷在于，需要大量精确历史数据对神经网络进行训练，数据采集过程繁琐且当系统参数发生变化时需要进行二次采集，通用性较差。

发明内容

本申请实施例提供了一种无线传输系统接收端状态检测方法、系统、电子设备，以至少实现无需辅助电路及繁琐的数据采集过程，即可对接收端负载进行检测。

第一方面，本申请实施例提供了一种无线传输系统接收端状态检测方法，应用于SS型磁耦合无线传输系统，所述无线传输系统的发射端包括依次串接的输入电源、发射端谐振电容、发射线圈及其寄生电阻，接收端包括依次串接的接收线圈及其寄生电阻、接收端谐振电容、接收端负载，基于前述的无线传输系统，本申请的状态检测方法包括：

系统模型建立步骤，构建所述无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流的计算值i

检测模型建立步骤，基于采集得到的所述无线传输系统发射端谐振电流i

寻优估计检测步骤，基于粒子群优化算法以求得代价函数最小值为目标，对所述代价函数进行迭代后，基于迭代结果计算得到接收端负载估计值R

在其中一些实施例中，所述代价函数基于如下计算模型计算得到：

Er＝abs(θ

在其中一些实施例中，所述接收端还包括串接的整流电路，所述整流电路电性连接所述接收端谐振电容，所述方法还包括：

最优接收端负载矫正步骤，基于所述接收端负载估计值R

在其中一些实施例中，所述矫正后的接收端负载R

其中，

在其中一些实施例中，所述孪生数字模型的发射端谐振电流i

其中，V

在其中一些实施例中，所述等效阻抗Z

其中，L

在其中一些实施例中，所述寻优估计检测步骤进一步包括：

种群初始化步骤，设定所述互感M与所述接收端负载R

基于如上步骤，本申请实施例模型参数的更新围绕代价函数进行，使发射端电流i

在其中一些实施例中，本申请实施例经过试验发现，当接收端工作在完全谐振状态时，等效阻抗将只有实部，此时存在多组R

第二方面，本申请实施例提供了一种无线传输系统接收端状态检测系统，用于实现如上第一方面所述的无线传输系统接收端状态检测方法，该系统包括：

系统模型建立模块，配置为构建所述无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流i

检测模型建立模块，配置为基于所述发射端电流i

寻优估计检测模块，配置为基于粒子群优化算法以求得代价函数最小值为目标，对所述代价函数进行迭代后，基于迭代结果计算得到所述接收端负载R

在其中一些实施例中，所述寻优估计检测模块进一步包括：

种群初始化模块，配置为设定所述互感M与所述接收端负载R

循环迭代更新模块，配置为将单次迭代得到的所述代价函数值Er

在其中一些实施例中，该系统还包括：

最优接收端负载矫正模块，配置为基于所述接收端负载估计值R

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的无线传输系统接收端状态检测方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的无线传输系统接收端状态检测方法。

相比于相关技术，本申请实施例提供的无线传输系统接收端状态检测方法、系统和电子设备，与现有技术相比，本申请既无需设置额外非接触式信息传递模块、辅助线圈、摄像头等设备，也无需大量的历史数据，降低实施成本及系统整体体积，只需通过发射端电压、电流即可实现对接收端参数的检测，提高系统通用性。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的优选串联型无线传输系统电路结构示意图；

图2是根据图1所示的无线传输系统等效电路图；

图3给出了本申请优选实施例的无线传输系统的电路原理图；

图4是根据本申请实施例的无线传输系统接收端状态检测方法的流程图；

图5是根据本申请实施例的无线传输系统接收端状态检测方法的另一流程图；

图6是根据本申请实施例的无线传输系统接收端状态检测系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

粒子群优化算法PSO(Particle Swarm Optimization)，是通过模拟鸟群觅食行为而发展起来的一种基于群体协作的随机搜索算法。其工作原理在于：假设族群有多个个体，随机分布在任意坐标，以和目标的距离误差作为代价函数，则所有个体都将随着信息的交流向着目标靠拢并最终实现收敛。

本申请旨在通过数字孪生技术利用少量的发射端数据，可以在数字环境中构建出与实际电路具有相似特性的虚拟模型，进而构建代价函数，在此基础上利用粒子群算法的择优策略搭建非通讯式数字孪生框架以同时对互感与接收端总负载进行高精度估计。

本申请实施例提供了一种无线传输系统接收端状态检测方法，应用于SS型磁耦合无线传输系统，图1是根据本申请实施例的优选串联型无线传输系统电路结构示意图，图2是根据图1所示的无线传输系统等效电路图，如图1-2所示，所述无线传输系统的发射端包括依次串接的输入电源v

系统模型建立步骤S1，构建所述无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流的计算值i

ω＝2πf ， (1)

则接收端的总阻抗Z

根据等效电路，图2中，接收端在发射端的等效阻抗Z

基于公式(3)-(4)计算得到无线传输系统的总输入阻抗Z

基于该总输入阻抗Z

其中，V

检测模型建立步骤S2，基于采集得到的所述无线传输系统发射端谐振电流i

Er＝abs(θ

其中，abs()用于表示绝对值函数。

寻优估计检测步骤S3，基于粒子群优化算法PSO以求得代价函数最小值为目标，对所述代价函数进行迭代后，基于迭代结果计算得到接收端负载估计值R

该寻优估计检测步骤S3进一步包括：

种群初始化步骤S301，设定所述互感M与所述接收端负载R

可选的，互感的数值范围可以是30μH以内，接收端负载的数值范围可以是30Ω以内；所述初始坐标记为：

其中，Rand(0,1)用于表示0至1之间的随机数。

循环迭代更新步骤S302，将单次迭代得到的所述代价函数值Er

其中，M

本申请实施例中，互感和接收端负载的更新过程基于二者的迭代扰动量，该扰动量表示为下式：

其中，v’

若更新过程中v’

基于如上扰动量，本申请的互感和接收端负载的更新过程为下式：

基于如上给定的互感和接收端负载的数值范围，本申请实施例对互感和接收端负载设有如下限定：

基于如上步骤，本申请实施例不断将新的参数代入公式(6)再进行下次迭代，模型参数的更新围绕代价函数进行，使发射端电流i

需要说明的是，本申请实施例经过试验发现，当接收端工作在完全谐振状态时，等效阻抗Z

本申请实施例通过对特征量(θ、I

在其中一些实施例中，本申请还考虑到整流电路中二极管压降也会产生等效电阻R

基于图3示出的无线传输系统，图5示出了本申请优选实施例的检测方法流程图，参考图5所示，本申请优选实施例的检测方法还包括：

最优接收端负载矫正步骤S4，基于所述接收端负载估计值R

将接收端负载估计值R

进而，求得i

其中，Im()用于表示i

然后，基于所述估计值I

由于整流电路中单只二极管的正向压降V

其中，I

进而，图3示出的无线传输系统，负载估计值R

接收端负载R

结合公式(15)及公式(22)可求解得到矫正后的接收端负载R

基于如上步骤，本申请实施例实现了对估计参数的矫正及对接收端电流、输出功率以及整流电路等效电阻进行了精确估计，实现了接收端状态进行了全方位高精度描述。与现有方案相比，本文无需特殊结构，仅使用固定频率下的发射端电压/电流，原理简单且对接收端的监测更为全面。

本申请实施例还提供了一种无线传输系统接收端状态检测系统，用于实现如上实施例所述的无线传输系统接收端状态检测方法。图6是根据本申请实施例的无线传输系统接收端状态检测系统的结构框图，如图6所示，该系统包括：

系统模型建立模块1，配置为构建所述无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流i

检测模型建立模块2，配置为基于所述发射端电流i

寻优估计检测模块3，配置为基于粒子群优化算法以求得代价函数最小值为目标，对所述代价函数进行迭代后，基于迭代结果计算得到所述接收端负载R

在其中一些实施例中，所述寻优估计检测模块3进一步包括：

种群初始化模块301，配置为设定所述互感M与所述接收端负载R

循环迭代更新模块302，配置为将单次迭代得到的所述代价函数值Er

在其中一些实施例中，本申请实施例的状态检测系统还包括：

最优接收端负载矫正模块4，配置为基于所述接收端负载估计值R

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

另外，结合图1-4描述的本申请实施例无线传输系统接收端状态检测方法可以由电子设备来实现该电子设备可以包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器。

具体地，上述处理器可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(SolidState Drive，简称为SSD)、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal SerialBus，简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。存储器可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器所执行的可能的计算机程序指令。处理器通过读取并执行存储器中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种无线传输系统接收端状态检测方法。

该电子设备可以基于获取到的计算机程序指令，执行本申请实施例中的无线传输系统接收端状态检测方法，从而实现结合上述实施例描述的无线传输系统接收端状态检测方法。

另外，结合上述实施例中的无线传输系统接收端状态检测方法，本申请实施例可提供一种电子设备可读存储介质来实现。该电子设备可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种无线传输系统接收端状态检测方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。