CN103728533A - 一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，应用于电动汽车非接触充电系统，检测装置在开始充电前对系统主电路以及初级、次级线圈对中情况进行检测。电动汽车非接触充电功率较大，主电路上的电压、电流很大，因而主电路上元器件的断路、短路等故障很有可能引起其他元器件过压、过流，导致整个系统彻底瘫痪；另外，非接触充电系统中初级、次级线圈之间是否对中，对充电效率影响很大。所述发明通过接触组外接低压电源、测试电阻的测试方法，解决了以上两个问题，为电动汽车大功率非接触充电安全、高效的运行提高了有力保障。

Description

一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置

技术领域

本发明属于新能源汽车工程领域，涉及一种电路故障检测装置，具体涉及一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置。

背景技术

为保证电动汽车的续驶里程，一般电动汽车所载电池的容量较大，因此电动汽车充电的功率同样较大。大功率电动汽车非接触充电所带来的问题是，充电过程中主电路上的电压、电流很大，因而主电路上元器件的断路、短路等故障很有可能引起其他元器件过压、过流，导致整个系统彻底瘫痪。所以，电动汽车的非接触充电，在电动汽车停稳后，准备开始充电之前，在安全的情况下进行主电路的故障检测是非常必要的。

另外，电动汽车非接触充电对非接触充电部分的初级线圈和次级线圈的位置要求较高，未能对准的初级线圈和次级线圈会导致系统的效率处于一个比较低的状态。因此，检验初级线圈和次级线圈的对准情况，是保证电动汽车非接触充电高效率运行的一个必要条件。

目前，国内非接触充电领域常处于起步阶段，小功率的非接触产品已经较多的应用在手机等领域。大功率产品的应用处于研究阶段，作为配套设施，大功率非接触充电系统内部检测设备因为大功率产品未能普及，其研究处于相对空白状态。

发明内容

针对大功率非接触充电系统安全、稳定运行的需要，本发明提出了一种应用于电动汽车非接触充电系统的主电路故障检测设备。

一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，包括被检测对象和检测设备；

被检测对象为非接触充电主电路的组成部分，被检测对象包括：高压直流电源模块，高频逆变电路模块，谐振电容组C₁，谐振电容组C₂，初级、次级线圈，整流电路模块，降压电路模块和蓄电池；高压直流电源模块通过前端接触器组与高频逆变电路模块连接；谐振电容组C₁与初级线圈串联，连接在高频逆变电路模块后端；次级线圈与谐振电容组C₂串联，后端接入整流电路模块；整流电路模块通过后端接触器组与降压电路模块连接；降压电路模块后端与蓄电池相连接；

检测设备包括：低压直流电源、前端接触器组，后端接触器组，电压电流采样电路A，电压电流采样电路B，测试电阻R_L，控制器以及可触控显示终端；低压直流电源通过前端接触器组接入高频逆变电路模块；测试电阻R_L通过后端接触器组接入到整流电路模块后端；电压电流采样电路A采集高频逆变电路模块输入电压、电流，传递到控制器，电压电流采样电路B采集整流电路模块输出电压、电流，传递到控制器；前端接触器组用于切换高压直流电源模块或者低压直流电源与高频逆变电路模块连接，后端接触器组用于切换蓄电池或者测试电阻R_L与整流电路模块连接；控制器对采集到的电压、电流信号进行处理，判断是否存在故障信息，如果存在故障信息，发送至显示终端进行显示，并且禁止充电；否则，对采样信号进行效率计算，计算结果η_实际与控制器预存效率值η₀进行对比，当效率计算结果η_实际少于控制器预存效率值η₀超过a%，判定非接触充电系统的初级、次级线圈未能对中，控制器将故障信息发送到可触控显示终端，同时，控制器存储故障状态，禁止充电；当效率计算结果η_{实 际}少于控制器预存效率值η₀不超过a%，判定系统电路状态正常，且初级、次级线圈对中，控制器向可触控显示终端发送允许充电信息，可触控显示终端进行显示；用户通过触控显示终端进行充电操作，用户通过触控显示终端发出开始充电信号至控制器，控制器发出信号通过前端接触器组将高压直流电源模块接入电路，通过后端接触器组将降压电路模块及其后端蓄电池接入电路，系统开始进行充电。

本发明的优点在于：

1、本发明所提供的大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，可以在汽车停稳后、开始进行非接触充电之前，进行主电路的故障检测，保证后续充电过程中不会因为主电路断路、短路等故障造成元器件过压、过流，导致整个系统彻底瘫痪。

2、本发明所提供的大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，在进行非接触充电之前可以通过计算得出非接触充电系统的初级、次级线圈是否良好对中，为电动汽车非接触充电系统高效率的运行提供强有力的保障。

附图说明

图1：本发明的整体电路示意图；

图2：本发明的测试流程图；

图中：

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供的一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，如图1所示，包括被检测对象和检测设备。

被检测对象为非接触充电主电路的组成部分，被检测对象包括：高压直流电源模块1，高频逆变电路模块4，谐振电容组C₁5，谐振电容组C₂6，初级、次级线圈7，整流电路模块8，降压电路模块10和蓄电池11；

如图1所示，高压直流电源模块1通过前端接触器组3与高频逆变电路模块4连接；谐振电容组C₁5与初级线圈串联，连接在高频逆变电路模块4后端；次级线圈与谐振电容组C₂6串联，后端接入整流电路模块8；整流电路模块8通过后端接触器组9与降压电路模块10连接；降压电路模块10后端与蓄电池11相连接。

检测设备包括：12V低压直流电源2、前端接触器组3，后端接触器组9，电压电流采样电路A14，电压电流采样电路B13，测试电阻R_L12，控制器15以及可触控显示终端16。

12V低压直流电源2通过前端接触器组3接入高频逆变电路模块4；测试电阻R_L12通过后端接触器组9接入到整流电路模块8后端。电压电流采样电路A14采集高频逆变电路模块4输入电压、电流，传递到控制器15，电压电流采样电路B13采集整流电路模块8输出电压、电流，传递到控制器15；控制器15与可触控显示终端16之间有信息交互。

12V低压直流电源2为12V蓄电池或12V电源。

前端接触器组3用于控制主电路所接电源，当电路工作在检测状态时，接触器将12V低压直流电源2接入电路，高压直流电源模块1不接入电路；当非接触充电系统工作在充电状态时，前端接触器组3将高压直流电源模块1接入电路，12V低压直流电源2不接入电路。

后端接触器组9用于控制主电路所接负载，当电路工作在在检测状态时，接触器将测试电阻R_L12接入电路，降压电路模块10及其后端蓄电池11不接入电路；当非接触充电系统工作在充电状态时，接触器将降压电路模块10及其后端蓄电池11接入电路，测试电阻R_L12不接入电路。

电压电流采样电路A14和电压电流采样电路B13的作用为，当非接触充电系统工作在检测状态时，电压电流采样电路A14对测试设备输入电压、输入电流进行采样，电压电流采样电路B13对测试设备输出电压、输出电流进行采样，电压电流采样电路A14和电压电流采样电路B13所采集到信号输入控制器15。

测试电阻R_L12的阻值为非接触充电系统效率最优状态下所需匹配的负载电阻值，其功率为10W。

控制器15对采集到的电压电流信号进行处理，通过可触控显示终端16显示检测结果；

可触控显示终端16可以输入“开始检测”、“允许充电”信号至控制器15，控制器15发送控制信号至前端接触器组3和后端接触器组9执行相应操作。

如图2所示为大功率非接触充电系统主电路故障检测装置的工作流程图，其工作流程如下：

步骤A.在可触控显示终端16上点击“开始检测”按键，可触控显示终端16发出开始测试信号至控制器15，控制器15发出信号通过前端接触器组3将12V低压直流电源2接入电路，通过后端接触器组9将测试电阻R_L12接入电路。

步骤B.12V低压直流电源2和测试电阻R_L12接入电路后，系统开始运行，通过电压电流采样电路A14和电压电流采样电路B13对电路中输入电压U₁、输入电流I₁、输出电压U₂、输出电流I₂进行采样，采样信号输入控制器15。

步骤C.控制器15对采样信号进行分析，判断电路状态是否正常。电路状态正常，继续执行步骤D；电路状态不正常，控制器15将故障信息（1）发送到可触控显示终端16，可触控显示终端16显示系统故障以及故障原因，同时，控制器15存储故障状态，禁止进行“开始充电”的相关操作，故障检测程序结束，故障信息（1）的四种判断方式及具体显示内容如表1所示，故障信息（1）对于不可能存在的电压电流状态不予考虑。

表1故障信息（1）判定方法及显示内容

注：在控制器15内设定各输入、输出电压电流初始值，输入电压初始值U₁₀、输入电流初始值I₁₀、输出电压初始值U₂₀、输出电流初始值I₂₀，以输入电压为例，判断电压、电流过大、正常、过小、为0的方法为：当U₁/U₁₀>2时，判断输入电压过大；当0.5<U₁/U₁₀<2时，判断输入电压正常；当0.05<U₁/U₁₀<0.5时，判断输入电压过小;当U₁/U₁₀<0.05，判断输入电压为0。

步骤D.控制器15对采样信号进行效率计算，计算结果η_实际与控制器15预存效率值η₀进行对比。当效率计算结果η_实际少于控制器15预存效率值η₀超过5%，可以判定非接触充电系统的初级、次级线圈7未能对中，控制器15将故障信息（2）发送到可触控显示终端16发送信息，可触控显示终端16显示“警告：不允许充电。可能原因：系统初级线圈与次级线圈未能对中”，同时，控制器15存储故障状态，禁止进行“开始充电”的相关操作，程序故障检测结束。当效率计算结果η_实际少于控制器15预存效率值η₀不超过5%，可以判定系统电路状态正常，且初级、次级线圈7对中良好，控制器15向可触控显示终端16发送允许充电信息，可触控显示终端16显示“检测完毕，可以开始充电”，程序故障检测结束。

触控显示终端16显示“检测完毕，可以开始充电”时，可以进行充电，点击触控显示终端16上“开始充电”按键，可触控显示终端16发出开始充电信号至控制器15，控制器15发出信号通过前端接触器组3将高压直流电源模块1接入电路，通过后端接触器组9将降压电路模块10及其后端蓄电池11接入电路，系统开始进行充电。触控显示终端16显示“警告：不允许充电”，点击“开始充电”按键，控制器15不会发送信号将高压直流电源模块1、降压电路模块10及其后端蓄电池11接入电路，充电将无法进行。直至将故障排除，重新运行检测程序，检测出系统可以进行充电为止。

Claims (3)

1.一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，包括被检测对象和检测设备；

被检测对象为非接触充电主电路的组成部分，被检测对象包括：高压直流电源模块，高频逆变电路模块，谐振电容组C₁，谐振电容组C₂，初级、次级线圈，整流电路模块，降压电路模块和蓄电池；高压直流电源模块通过前端接触器组与高频逆变电路模块连接；谐振电容组C₁与初级线圈串联，连接在高频逆变电路模块后端；次级线圈与谐振电容组C₂串联，后端接入整流电路模块；整流电路模块通过后端接触器组与降压电路模块连接；降压电路模块后端与蓄电池相连接；

检测设备包括：低压直流电源、前端接触器组，后端接触器组，电压电流采样电路A，电压电流采样电路B，测试电阻R_L，控制器以及可触控显示终端；低压直流电源通过前端接触器组接入高频逆变电路模块；测试电阻R_L通过后端接触器组接入到整流电路模块后端；电压电流采样电路A采集高频逆变电路模块输入电压、电流，传递到控制器，电压电流采样电路B采集整流电路模块输出电压、电流，传递到控制器；前端接触器组用于切换高压直流电源模块或者低压直流电源与高频逆变电路模块连接，后端接触器组用于切换蓄电池或者测试电阻R_L与整流电路模块连接；控制器对采集到的电压、电流信号进行处理，判断是否存在故障信息，如果存在故障信息，发送至显示终端进行显示，并且禁止充电；否则，对采样信号进行效率计算，计算结果η_实际与控制器预存效率值η₀进行对比，当效率计算结果η_实际少于控制器预存效率值η₀超过a%，判定非接触充电系统的初级、次级线圈未能对中，控制器将故障信息发送到可触控显示终端，同时，控制器存储故障状态，禁止充电；当效率计算结果η_{实 际}少于控制器预存效率值η₀不超过a%，判定系统电路状态正常，且初级、次级线圈对中，控制器向可触控显示终端发送允许充电信息，可触控显示终端进行显示；用户通过触控显示终端进行充电操作，用户通过触控显示终端发出开始充电信号至控制器，控制器发出信号通过前端接触器组将高压直流电源模块接入电路，通过后端接触器组将降压电路模块及其后端蓄电池接入电路，系统开始进行充电。

2.根据权利要求1所述的一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，所述的低压直流电源为12V蓄电池或12V电源。

3.根据权利要求1所述的一种大功率非接触充电系统主电路故障检测装置，所述的a=5。

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