energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2021-64-3-219-227energy-2071Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGСистема обнаружения с беспроводной зарядкой на основе катушки с крестовидной перемычкой и активной системой управления аккумуляторомA Detection System with Spider Web Coil-Based Wireless Charging and an Active Battery Management SystemПокорныйЙ.PokornyJ.

г. Брно

Brno

МарконП.MarconP.

Адрес для переписки: Maркон Петр – Технологический университет Брно, ул. Техническая, 3082/12, 61600, г. Брно, Чешская Республика.  Тел.: +420 541-146-281 marcon@vutbr.cz

Address for correspondence: Marcon Petr  – Brno University of Technology, 3082/12, Technicka str., 61600, Brno, Czech Republic.  Tel.: +420 541-146-281 marcon@vutbr.cz

marcon@vutbr.czКризТ.KrizT.

г. Брно

Brno

ЯноусекЙ.JanousekJ.

г. Брно

Brno

Технологический университет БрноЧехияBrno University of TechnologyCzech Republic202104062021643219227Copyright © Покорный Й., Маркон П., Криз Т., Яноусек Й., 20212021Покорный Й., Маркон П., Криз Т., Яноусек Й.Pokorny J., Marcon P., Kriz T., Janousek J.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2071

В статье представлена система обнаружения с беспроводной зарядкой на основе катушки с крестообразной перемычкой. Обычно доступные металлоискатели продаются в виде переносных систем, которые позволяют осуществлять только постепенный, длительный и трудоемкий поиск. Важно отметить, что часть исследуемой зоны, таким образом, может быть легко пропущена, и вероятность того, что металлический объект не будет найден, существенно возрастает. Эта проблема устраняется с помощью автоматического режима отслеживания местоположения, встроенного в решение, полученное в результате наших исследований. Предлагаемая система облегчает одновременное использование катушки с крестообразной перемычкой для беспроводной зарядки и обнаружения металла с помощью импульсной индукции. Топология детектора может излучать переменную длину импульсов, что позволяет устройству обнаруживать больше типов металлов и адаптироваться к проницаемости почвы. Катушка имеет ответвление в соответствующей части обмотки, чтобы уменьшить нежелательные электромагнитные помехи во время зарядки. На передающей стороне топологии включено согласование импеданса для поддержания максимальной изменчивости пространственного зазора. При изменении положения приемной стороны изменяется выходное напряжение, поэтому используется высокоэффективный преобразователь постоянного тока в постоянный. Отдельные элементы батареи демонстрируют различные внутренние сопротивления, что требует применения нового метода для балансировки напряжения элементов. Система может быть использована на самонаводящихся транспортных средствах или беспилотных летательных аппаратах; GPS, успешно отправляющие координаты на многоканальное радио, обеспечивают точное позиционирование. При наличии многоканальной топологии возможно потенциальное сотрудничество между разнообразными системами. В установке используется одна и та же катушка для беспроводной передачи и обнаружения энергии.

The article presents a detection system with spider web coil-based wireless charging. Commonly available metal detectors are sold as handheld systems, which enable only progressive, lengthy, time-consuming search. Importantly, a part of the investigated area can thus be easily missed, and the probability that a metal object will not be found increases substantially. This problem, however, is eliminable via the automatic position tracking mode embedded in the solution obtained through our research. The proposed system facilitates using the spider web coil simultaneously for wireless charging and metal detection by pulse induction. The topology of the detector can emit variable pulse lengths, thus allowing the device to detect more types of metal and to adapt itself to the permeability of the soil. The coil has a branch in a relevant part of the winding to reduce undesirable electromagnetic interference during the charging. On the transmitting side of the topology, impedance matching is included to maintain the maximum spatial gap variability. By changing the position of the receiving side, the output voltage changes; therefore, a high efficiency DC/DC converter is employed. The individual battery cells demonstrate different internal resistances, requiring us to apply a new method to balance the cells voltage. The system can be utilized on self-guided vehicles or drones; advantageously, a GPS resending the coordinates to a mesh radio allows for accurate positioning. With the mesh topology, potential cooperation between the multiple systems is possible. The setup utilizes the same coil for wireless power transfer and detection.

беспроводная передача питанияметаллоискательподача питанияактивная система управления аккумуляторомимпульсная индукцияwireless power transfermetal detectorpower deliveryactive battery management systempulse inductionReferencesValtchev S., Valtchev S. (2019) Control for the Contactless Series Resonant Energy Converter. Emerging Capabilities and Applications of Wireless Power Transfer, 102–140. https://doi.org/ 10.4018/978-1-5225-5870-5.ch005.Valtchev S., Valtchev S. (2019) Control for the Contactless Series Resonant Energy Converter. Emerging Capabilities and Applications of Wireless Power Transfer, 102–140. https://doi.org/ 10.4018/978-1-5225-5870-5.ch005.Valtchev S., Medeiros R., Valtchev S., Klaassens B. (2011) An Instantaneous Regulation for the Wired and Wireless Super-Resonant Converters. IEEE 33rd International Telecommunications Energy Conference (INTELEC), 1–8. https://doi.org/10.1109/intlec.2011.6099875.Valtchev S., Medeiros R., Valtchev S., Klaassens B. (2011) An Instantaneous Regulation for the Wired and Wireless Super-Resonant Converters. IEEE 33rd International Telecommunications Energy Conference (INTELEC), 1–8. https://doi.org/10.1109/intlec.2011.6099875.Gigov G., Krusteva A., Valtchev S. (2016) Experimental Study of Wireless Inductive System for Electric Vehicles Batteries Charging. IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 290. https://doi.org/10.1109/epepemc.2016.7752012.Gigov G., Krusteva A., Valtchev S. (2016) Experimental Study of Wireless Inductive System for Electric Vehicles Batteries Charging. IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 290. https://doi.org/10.1109/epepemc.2016.7752012.Electronics World (1920). New York: Ziff-Davis Publishing Company. 998.Electronics World (1920). New York: Ziff-Davis Publishing Company. 998.Mahmood M. F., Mohammed S. L., Gharghan S. K., Al-Naji A., Chahl J. (2020) Hybrid Coils-Based Wireless Power Transfer for Intelligent Sensors. Sensors, 20 (9), 2549. https://doi.org/ 10.3390/s20092549.Mahmood M. F., Mohammed S. L., Gharghan S. K., Al-Naji A., Chahl J. (2020) Hybrid Coils-Based Wireless Power Transfer for Intelligent Sensors. Sensors, 20 (9), 2549. https://doi.org/ 10.3390/s20092549.Gabrlik P., Jelinek A., Janata P. (2016) Precise Multi-Sensor Georeferencing System for Micro UAVs. IFAC-PapersOnLine, 49 (25), 170–175. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.12.029.Gabrlik P., Jelinek A., Janata P. (2016) Precise Multi-Sensor Georeferencing System for Micro UAVs. IFAC-PapersOnLine, 49 (25), 170–175. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.12.029.Gabrlik P. (2015) The Use of Direct Georeferencing in Aerial Photogrammetry with Micro UAV. IFAC-PapersOnLine, 48 (4), 380–385. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.07.064.Gabrlik P. (2015) The Use of Direct Georeferencing in Aerial Photogrammetry with Micro UAV. IFAC-PapersOnLine, 48 (4), 380–385. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.07.064.Janousek J., Marcon P., Pokorny J., Mikulka J. (2019) Detection and Tracking of Moving UAVs. Photonics & Electromagnetics Research Symposium – Spring (PIERS-Spring), 2759–2763. https://doi.org/10.1109/piers-spring46901.2019.9017351.Janousek J., Marcon P., Pokorny J., Mikulka J. (2019) Detection and Tracking of Moving UAVs. Photonics & Electromagnetics Research Symposium – Spring (PIERS-Spring), 2759–2763. https://doi.org/10.1109/piers-spring46901.2019.9017351.Pokorny J., Marcon P., Janousek J., Kriz T., Dohnal P. (2019) A Wireless Charging Station for Multipurpose Electronic Systems. Photonics & Electromagnetics Research Symposium – Spring (PIERS-Spring), 2093–2097. https://doi.org/10.1109/piers-spring46901.2019.9017278.Pokorny J., Marcon P., Janousek J., Kriz T., Dohnal P. (2019) A Wireless Charging Station for Multipurpose Electronic Systems. Photonics & Electromagnetics Research Symposium – Spring (PIERS-Spring), 2093–2097. https://doi.org/10.1109/piers-spring46901.2019.9017278.Grechikhin L. I., Saharuk D. A., Sivashko A. B., Tsanava A. A. (2010) Energy of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Windmill (Theory, Streamlined Airflow). Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (4), 59–68 (in Russian).Grechikhin L. I., Saharuk D. A., Sivashko A. B., Tsanava A. A. (2010) Energy of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Windmill (Theory, Streamlined Airflow). Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (4), 59–68 (in Russian).Lukovnikov V. I., Rudchenko Y. A., Samovendyuk N. V. (2011) Determination of Small Parameter of Auto-Oscillating “Single-Phase Asynchronous Motor – Linear Elastic Element System”. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (3), 5–9 (in Russian).Lukovnikov V. I., Rudchenko Y. A., Samovendyuk N. V. (2011) Determination of Small Parameter of Auto-Oscillating “Single-Phase Asynchronous Motor – Linear Elastic Element System”. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (3), 5–9 (in Russian).Dedek J., Golembiovsky M., Slanina Z. (2017) Sensoric System for Navigation of Swarm Robotics Platform. 18th International Carpathian Control Conference (ICCC), 429–433. https://doi.org/10.1109/carpathiancc.2017.7970438.Dedek J., Golembiovsky M., Slanina Z. (2017) Sensoric System for Navigation of Swarm Robotics Platform. 18th International Carpathian Control Conference (ICCC), 429–433. https://doi.org/10.1109/carpathiancc.2017.7970438.EZ-PD™ CCG3, USB Type-C Port Controller. Available at: https://www.cypress.com/file/222281/download.EZ-PD™ CCG3, USB Type-C Port Controller. Available at: https://www.cypress.com/file/222281/download.Digi XBEE SX 868 Modul. Available at: https://www.digi.com/products/embedded-systems/ digi-xbee/rf-modules/sub-1-ghz-rf-modules/digi-xbee-sx-868.Digi XBEE SX 868 Modul. Available at: https://www.digi.com/products/embedded-systems/ digi-xbee/rf-modules/sub-1-ghz-rf-modules/digi-xbee-sx-868.High-Speed ±100V 2.5A Two-or-Three-Level Ultrasound Pulsers. Available at: http://ww1. microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005570A.pdf.High-Speed ±100V 2.5A Two-or-Three-Level Ultrasound Pulsers. Available at: http://ww1. microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005570A.pdf.Ultralow Noise VGAs with Preamplifier and Programmable RIN. Available at: https://ma nualzz.com/doc/7930643/ultralow-noise-vgas-with-preamplifier-and-programmable-r---.Ultralow Noise VGAs with Preamplifier and Programmable RIN. Available at: https://ma nualzz.com/doc/7930643/ultralow-noise-vgas-with-preamplifier-and-programmable-r---.Complete 10-Bit, 20 MSPS, 80 mW CMOS A/D Converter. Available at: https://manualzz. com/doc/13384652/a-complete-10-bit--20-msps--80-mw-cmos-a-d-converter-ad9200.Complete 10-Bit, 20 MSPS, 80 mW CMOS A/D Converter. Available at: https://manualzz. com/doc/13384652/a-complete-10-bit--20-msps--80-mw-cmos-a-d-converter-ad9200.DC to 6 GHz Envelope and TruPwr RMS Detector. Available at: https://www.analog.com/ media/en/technical-documentation/data-sheets/ADL5511.pdf.DC to 6 GHz Envelope and TruPwr RMS Detector. Available at: https://www.analog.com/ media/en/technical-documentation/data-sheets/ADL5511.pdf.Line Mathematics. Britannica. Available at: https://www.britannica.com/science/line-mathematics.Line Mathematics. Britannica. Available at: https://www.britannica.com/science/line-mathematics.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.