CN110568280A - 电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，包括：步骤1、针对谐振式无线充电系统，确定表征谐振电路原边电容与电感参数偏移故障的特征量：原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀，建立其分区间诊断的区间边界曲线；步骤2、实时检测待诊断系统谐振电路原边电流波形，提取故障特征量原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀；步骤3、基于区间边界曲线划分出不同的故障区间，根据提取的两个故障特征量，结合故障区间诊断判据，判断谐振电路原边电容与电感参数的偏移故障类型。与现有技术相比，本发明具有方法简单、易于实现和需检测量少等优点。

Description

电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法

技术领域

本发明涉及故障诊断以及无线充电技术领域，尤其是涉及一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法。

背景技术

随着经济的不断发展，世界汽车产业保持着高速增长态势，但与此同时，能源和环境问题成为制约现代社会发展的重要因素，也是当下全球范围内关注的热点问题。在这种大背景下，电动汽车以其低能耗、低污染等优点得到政府和企业越来越多的关注。

对于传统的电动汽车接触式充电，在汽车充电过程中，如果充电插座、充电枪或者电缆中的任何带电导体出现裸露，都容易发生接触不良和漏电问题，产生电火花，在千瓦级大功率充电环境中，会给充电用户带来极大的安全隐患，这是电动汽车拔插式充电所存在的最大问题。基于电动汽车接触式充电所存在的不足以及与电网互动所存在的种种限制，应用于电动汽车充电的无线充电技术应运而生。无线电能传输技术可通过空气等媒介，避开电缆线的直接物理连接实现能量的有效传递，传输功率可至几十千瓦，完全可满足电动汽车充放电功率和距离的需求，同时也具备了供电方式灵活，绿色环保、无接触电火花、充电过程中无人工插拔操作、无机构磨损等一系列优点。

对于电动汽车无线充电系统，已经有产品问世。在实际情况下，无线充电系统的原边线圈和副边线圈分别被置于地下以及车的底盘上，它们长期受到各种应力的共同作用，整个系统难免会出现各种故障，特别是系统的参数偏移会引起充电功率以及充电效率的大幅下降，甚至导致无法对负载进行有效充电，极端情况下可能还会造成事故，例如漏电、火灾等。所以针对无线充电系统的供电侧，主要是谐振补偿电路原边的电容与电感参数，及时获取参数的变化情况，诊断原边电容与电感的参数偏移故障，是一个很有研究价值也是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法。

一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，用于识别谐振式无线充电系统中谐振电路原边电容与电感参数的偏移类型，所述的方法包括以下步骤：

步骤1、针对谐振式无线充电系统，确定表征谐振电路原边电容与电感参数偏移故障的特征量：原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀，建立其分区间诊断的区间边界曲线；

步骤2、实时检测待诊断系统谐振电路原边电流波形，提取故障特征量原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀；

步骤3、基于区间边界曲线划分出不同的故障区间，根据提取的两个故障特征量，结合故障区间诊断判据，判断谐振电路原边电容与电感参数的偏移故障类型。

优选地，所述的步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、分别单独改变谐振电路中的电容与电感参数，获取多组单一电容或电感参数偏移时谐振电路的原边电流波形；

步骤1.2、对原边电流波形作稳态分析，提取其稳态电流有效值I₀；对电流暂态波形作傅里叶分析，获取傅里叶频谱中能量峰值对应的频率值，将此频率值称为能量峰值特征频率ω₀，所述的原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀作为故障特征量；

步骤1.3、对于获取的每组单一参数偏移故障电流波形，根据步骤1.2计算其故障特征量I₀、ω₀，在I₀-ω₀二维故障特征空间中，对故障特征数据进行曲线拟合得到两条曲线I₀＝F₁(ω₀)和I₀＝F₂(ω₀)，拟合曲线即为故障区间的边界分界曲线。

优选地，所述的步骤1.1中改变系统参数获取原边电流的方法为通过建立仿真电路模型，在仿真模型中改变系统参数并获取电流波形。

优选地，所述的步骤1.1中改变系统参数获取原边电流的方法为通过在实际电路中改变系统参数，实测电流波形。

优选地，所述的步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、根据拟合曲线划分出不同的特征区间，得到故障区间诊断判据如下：

所述的模态1～8对应的电容与电感参数偏移状态分别为：C1减小、L1增大，C1增大、L1减小，C1增大、L1增大，C1减小、L1减小，仅L1减小，仅L1增大，仅C1减小，仅C1增大；其中，C1、L1为谐振电路原边电容与电感值，ω_I为系统输入信号频率；

步骤3.2、从待诊断系统实时检测的原边电流波形，提取故障特征量ω₀与I₀，将ω₀代入计算F₁(ω₀)与F₂(ω₀)，根据故障区间诊断判据，判断原边电容与电感参数的偏移类型。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、方法简单，易于实现,需检测量少：仅需要检测谐振电路原边电流波形即可实现故障诊断。

2、所需要的故障数据少。

3、可实现系统故障在线诊断。

4、可为无线充电系统故障诊断、充电效率优化提供参考。

附图说明

图1为本发明实施流程图；

图2为谐振式无线充电系统典型结构图；

图3为本发明实施例的单一电容或电感参数偏移故障特征量数据图；

图4为本发明实施例的故障特征量数据拟合曲线。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明是一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，实施流程如图1所示，具体实施包括以下步骤：

步骤1、针对电动汽车串联-串联谐振式无线充电系统，如图2所示，确定表征谐振电路原边电容与电感参数偏移故障的特征量：原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀，建立其分区间诊断的区间边界曲线。具体步骤为：

步骤1.1、分别单独改变谐振电路中的电容与电感参数，获取多组单一电容或电感参数偏移时谐振电路的原边电流波形。改变系统参数获取原边电流的方法包括：(1)通过建立仿真电路模型，在仿真模型中改变系统参数并获取电流波形；(2)通过在实际电路中改变系统参数，实测电流波形。

步骤1.2、对原边电流波形作稳态分析，提取其稳态电流有效值I₀；对电流暂态波形作傅里叶分析，获取傅里叶频谱中能量峰值对应的频率值，将此频率值称为能量峰值特征频率ω₀，上述两参量作为故障特征量。

步骤1.3、对于获取的每组单一参数偏移故障电流波形，根据步骤1.2计算其故障特征量I₀、ω₀，本实施例中获取的特征量数据如图3所示。在I₀-ω₀二维故障特征空间中，对故障特征数据进行曲线拟合得到两条曲线I₀＝F₁(ω₀)和I₀＝F₂(ω₀)，拟合曲线即为故障区间的边界分界曲线，本实施例中边界分界曲线如图4所示。

步骤2、实时检测待诊断系统谐振电路原边电流波形，提取故障特征量原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀。

步骤3、基于区间边界曲线划分出不同的故障区间，根据提取的两个故障特征量，结合故障区间诊断判据，判断谐振电路原边电容与电感参数的偏移故障类型。具体步骤如下：

步骤3.1、根据拟合曲线划分出不同的特征区间，得到故障区间诊断判据如下：

各个不同的模态对应不同的电容与电感参数偏移状态。偏移状态共有八种，分别为：模态1(C1减小、L1增大)、模态2(C1增大、L1减小)、模态3(C1增大、L1增大)、模态4(C1减小、L1减小)、模态5(仅L1减小)、模态6(仅L1增大)、模态7(仅C1减小)、模态8(仅C1增大)。其中，C1、L1为谐振电路原边电容与电感值，ω_I为系统输入信号频率，本实施例中的系统输入信号频率为85KHz。

所以本实施例中故障区间诊断判据为：

步骤3.2、从待诊断系统实时检测的原边电流波形，提取故障特征量ω₀与I₀，将ω₀代入计算F₁(ω₀)与F₂(ω₀)，根据故障区间诊断判据，判断原边电容与电感参数的偏移类型。

至此，从步骤1到步骤3完成了对于无线充电系统原边主要器件电容与电感参数偏移故障的分区间诊断。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，用于识别谐振式无线充电系统中谐振电路原边电容与电感参数的偏移类型，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

步骤1、针对谐振式无线充电系统，确定表征谐振电路原边电容与电感参数偏移故障的特征量：原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀，建立其分区间诊断的区间边界曲线；

步骤2、实时检测待诊断系统谐振电路原边电流波形，提取故障特征量原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀；

步骤3、基于区间边界曲线划分出不同的故障区间，根据提取的两个故障特征量，结合故障区间诊断判据，判断谐振电路原边电容与电感参数的偏移故障类型。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、分别单独改变谐振电路中的电容与电感参数，获取多组单一电容或电感参数偏移时谐振电路的原边电流波形；

步骤1.2、对原边电流波形作稳态分析，提取其稳态电流有效值I₀；对电流暂态波形作傅里叶分析，获取傅里叶频谱中能量峰值对应的频率值，将此频率值称为能量峰值特征频率ω₀，所述的原边稳态电流有效值I₀和能量峰值特征频率ω₀作为故障特征量；

步骤1.3、对于获取的每组单一参数偏移故障电流波形，根据步骤1.2计算其故障特征量I₀、ω₀，在I₀-ω₀二维故障特征空间中，对故障特征数据进行曲线拟合得到两条曲线I₀＝F₁(ω₀)和I₀＝F₂(ω₀)，拟合曲线即为故障区间的边界分界曲线。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，其特征在于，所述的步骤1.1中改变系统参数获取原边电流的方法为通过建立仿真电路模型，在仿真模型中改变系统参数并获取电流波形。

4.根据权利要求2所述的一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，其特征在于，所述的步骤1.1中改变系统参数获取原边电流的方法为通过在实际电路中改变系统参数，实测电流波形。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电系统原边器件参数偏移故障的诊断方法，其特征在于，所述的步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、根据拟合曲线划分出不同的特征区间，得到故障区间诊断判据如下：

所述的模态1～8对应的电容与电感参数偏移状态分别为：C1减小、L1增大，C1增大、L1减小，C1增大、L1增大，C1减小、L1减小，仅L1减小，仅L1增大，仅C1减小，仅C1增大；其中，C1、L1为谐振电路原边电容与电感值，ω_I为系统输入信号频率；

步骤3.2、从待诊断系统实时检测的原边电流波形，提取故障特征量ω₀与I₀，将ω₀代入计算F₁(ω₀)与F₂(ω₀)，根据故障区间诊断判据，判断原边电容与电感参数的偏移类型。