CN110927486A - 电动汽车无线充电互操作性测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电动汽车无线充电互操作性测试系统及方法，包括测试设备、数据采集模块、数据存储模块和数据分析模块，测试设备，被配置为获取电动汽车无线充电互操作性测试数据；数据采集模块，被配置为获取测试设备的采集的参数；数据存储模块，被配置为存储采集的参数，以及数据分析模块的计算结果；数据分析模块，被配置为对实时采集的参数数据做分段筛选，获取有效数据，对有效数据采用图形化分析，得到计算结果，实现实时数据接入及动态化展现，将计算结果作为是否满足电动汽车无线充电互操作性的约束条件。

Description

电动汽车无线充电互操作性测试系统及其方法

技术领域

本公开属于电动汽车无线充电领域，具体涉及一种电动汽车无线充电互操作性测试系统及其方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

当今世界正面临全球性的能源危机与日益严峻的环境保护压力，世界各国均发布并实施了各自的电动汽车战略。我国也已经开始新能源汽车的推广和基础充电设施的建设进程。

电动汽车无线充电作为新型充电技术，具有方便、快捷优势。实现电动汽车无线充电系统间的互联互通，满足电动汽车无线充电系统互操作性是电动汽车无线充电技术普及应用的关键。

目前，电动汽车无线充电作为新型充电技术，具有方便、快捷优势，当前，世界各国都在加快无线充电技术发展，正处于产业化爆发的的前期。实现电动汽车无线充电系统间的互联互通，满足电动汽车无线充电系统互操作性是电动汽车无线充电技术普及应用的关键，而无线充电互操作性技术指标需要开展大量、严谨的测试和研究，才能确定无线充电的“标准接口”，从而实现无线充电系统之间的相互兼容和互联互通。因此，建立一个健全智能化的电动汽车无线充电互操作性测试系统是十分必要的。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种电动汽车无线充电互操作性测试系统及其方法，本发明提出了包含测试软硬件平台、测试标准源条件、测试指标条件三种测试条件的测试体系。确定了包含标准源装置，测试仪器和六轴调姿仪的测试环境，并在此基础上构建了适合22kW等级以内的无线充电系统测试的互操作性测试平台。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，包括测试设备、数据采集模块、数据存储模块和数据分析模块，其中：

所述测试设备，被配置为获取电动汽车无线充电互操作性测试数据；

所述数据采集模块，被配置为获取测试设备的采集的参数；

所述数据存储模块，被配置为存储采集的参数，以及数据分析模块的计算结果；

所述数据分析模块，被配置为对实时采集的参数数据做分段筛选，获取有效数据，对有效数据采用图形化分析，得到计算结果，实现实时数据接入及动态化展现，将计算结果作为是否满足电动汽车无线充电互操作性的约束条件。

作为可选择的实施方式，所述测试设备包括但不限于交流电源、直流负载、六轴调姿仪、示波器和功率分析仪，其中：

所述交流电源用于给电动汽车无线充电系统提供电能，直流负载则消耗无线充电系统输出的电能，模拟电动汽车动力电池特性；

所述六轴调姿仪用于调整原、副边设备之间的相对位置姿态；

所述示波器用于采集输入、输出侧的电压、电流信号，显示电压、电流信号动态波形，将时变的电压信号转换为时间域上的曲线，便于分析电气信号的时域性质；

所述功率分析仪用于测量电动汽车无线充电装置的功率转换装置的功率、效率参数；

所述标准负载装置采用回馈式方案，将无线充电部分设备中的电能回馈到电网，减小发热，提高整体测试系统的能量效率。

进一步的，通过对接功率分析仪、电源、负载、示波器等设备底层协议，接入设备运行数据，对设备协议进行指令化、组件化，实现了测试项目编排及实验任务定制功能。能够管理整个无线充电测试过程，同时对数据指标做了模板化的配置，支持对实验结果的图形化展现，辅助测试人员进行数据分析工作。

作为可选择的实施方式，所述数据存储模块包括关系数据库和实时数据库，所述关系数据库被配置为对关系数据的存储，所述实时数据库被配置为对数据采集模块采集的监测点实时数据的存储。

作为可选择的实施方式，所述数据分析模块与测试设备之间设置有设备交互模块，所述设备交互模块被配置为提供两者之间的数据传输、指令下达的交互操作，将这些信息按照相应的格式进行打包传输，对其进行智能化控制，并将信息反馈。

作为可选择的实施方式，所述测试设备还连接有实时监控模块，被配置为实时监控测试仪器的数值变化，与数据分析模块建立实时读取机制，实现测试试验结果波形实时监控，历史数据查询显示以及超限告警。

作为可选择的实施方式，所述互操作性约束条件，是从无线充电系统工作原理，以及磁耦合机构互操作需求而成立的工作环境约束条件、相对位置和偏转约束条件，以及输入和输出约束条件。

所述工作环境约束条件包括环境温度、相对湿度、大气压力、磁场底噪以及测试环境周边是否有金属异物等；所述相对位置和偏转位置是指原边设备与副边设备之间的相对位置及偏移距离及角度；所述输入/出约束条件包括系统效率、工作频率、功率等级、电压等级等。

基于上述测试系统的工作方法，包括以下步骤：

对测试设备进行校准，依据测试约束条件，调整测试仪器的属性值范围；

建立三维模型监听模拟六轴调姿仪运动轨迹，并通过操作三维模型对测试台进行反向控制；

采集测试设备运行数据；

建立测试任务；

实时监控测试设备的反馈数据；

根据采集的数据进行数据演算、数据筛选及分析。

作为可选择的实施方式，建立三维模型监听模拟六轴调姿仪运动轨迹，并通过操作三维模型对测试台进行反向控制的具体过程包括：

通过实物测量，使用3D Max工具进行无线充电场景建模，经过贴图后，达到三维仿真效果；

将模型与六轴调姿仪位置同步；

通过网络协议连接，保持高频度的读数信息轮询，实现与六轴调姿仪位置、待测物信息、设备读数的实时通讯；

通过对六轴调姿仪各关键组件独立建模，再组合的方式，整合设备通信接口，达到三维模型与六轴调姿仪各组件虚拟现实联动的效果，实现设备运动检测、远程控制。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本系统集三维模型互动、实验任务调试、图形分析于一体的可视化互操作测试平台，将现有的测试项目测试结果，高效率直观的展示出来，缩短了测试及分析周期。

2、本系统测试操作支持自动、手动两种模式，运行结果动态展示在调试界面，方便实验人员实时调试。

3、本测试系统提高了无线充电设备测试效率，优化了互操作性测试流程，为无线充电设备检测提供有力的支持。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本实施例的电动汽车无线充电互操作性测试系统结构图；

图2为本实施例的电动汽车无线充电互操作性测试系统工作流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，包括：

数据采集模块，被配置为采集各个测试仪器装置的数据；所述测试仪器包括但不限于交流电源、直流负载、六轴调姿仪、示波器、功率分析仪、标准负载装置，测试系统可以实现WPT1、WPT2，WPT3三个功率等级系统的互操作性测试。

标准负载装置采用多分支两级变换拓扑方案，由1个15KW AC/DC和1个15KW DC/DC以及控制单元、监控单元等组成，将无线充电部分设备中的电能回馈到电网，减小发热，提高整体测试系统的能量效率。

其中交流电源用于给电动汽车无线充电系统提供电能；直流电子负载则消耗无线充电系统输出的电能，模拟电动汽车动力电池特性；六轴调姿仪用于包括原、副边线圈相对位置、原、副边线圈在水平方向的初始偏移量等位置；示波器需要采集的数据包括电压、电流等信息；功率分析仪主要用于测量电机、变频器、变压器等功率转换装置的功率、效率等参数；标准负载装置具有稳压稳流，过压保护，过流保护，短路保护，过载保护，缺相保护，短路报警，急停等功能报警。

数据存储模块，被配置为存储采集的各测试仪器装置的数据，还用于存储测试系统分析计算的结果数据。包括关系数据库和实时数据库，所述关系数据库被配置为对关系数据的存储，所述实时数据库被配置为对数据采集模块采集的监测点实时数据的存储；

设备交互模块，被配置为系统与测试仪器、测试设备之间的数据传输、指令下达等交互操作。实现系统和仪器、设备之间的实时控制，并将这些信息按照相应的格式进行打包传输，对其进行智能化控制，并将信息反馈给测试系统；

实时监控模块，被配置为实时监控测试仪器的的数值变化，通过海量数据查询展示技术，与数据库和系统界面图标建立实时读取机制，实现测试试验结果波形实时监控，历史数据查询显示，超限告警截图等功能。

数据分析模块，被配置为根据采集的各测试仪器的数据进行数据演算、数据筛选及分析。数据演算用于对采集的数据进行计算，将计算结果作为是否满足电动汽车无线充电互操作性的约束条件。数据筛选用于对实时抓取的千条数据做分段筛选，将有效数据进行入库，大大减少了数据清洗的时间，提高了有效数据抓取效率，同时增加了系统实时性。数据分析采用图形化分析，利用ELK数据检索架构、E-Charts图形控件作为技术基础，最大程度实现实时数据接入及动态化展现。

作为进一步限定，所述互操作性约束条件，是从无线充电系统工作原理，以及磁耦合机构互操作需求而成立的工作环境约束条件、相对位置和偏转约束条件，以及输入和输出约束条件等。

通信模块，被配置为实现与测试仪器、测试设备之间数据交互通信。用于实现底层设备协议的对接，测试设备具有完备的底层通信协议，系统接入对应设备，除了要解析最底层的协议交互指令外，还需要对这些指令进行更上层次的封装，才能用于测试人员编写测试程序。

数据展示模块，被配置为展示测试仪器、测试设备的实时数据、图表数据以及测试结果报告等内容。

如图2所示，基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1、将待测试设备六轴调姿仪箱内，所述六轴调姿仪用于调整原、副边线圈之间的相对位置姿态，其主要由上、下支撑机构及其控制系统组成。

步骤2、测试前进行测试仪器校准，依据测试约束条件，调整测试仪器的属性值范围，以达到测试目的。

步骤3、三维建模用于监听模拟六轴测试台运动轨迹，并通过操作三维模型对测试台进行反向控制。

步骤31、通过实地测量，使用3D Max工具进行场景建模，经过贴图后，达到模型的三维仿真效果；

步骤32、六轴位置同步，在网络协议基础上，编写一系列控制指令，实现三维模型控制实物设备的功能。

步骤33、实时读数显示，通过Socket点对点网络协议连接，保持高频度的读数信息轮询，实现与测试台位置待测物信息仪器读数的实时通讯。

步骤34、通过对六轴设备各关键组件独立建模，再组合的方式，整合设备通信接口，达到三维模型与六轴测试台各组件虚拟现实联动的效果，实现设备运动检测、远程控制。

步骤4、通过对接功率分析仪、电源、负载、示波器等设备底层协议，接入设备运行数据，对设备协议进行指令化、组件化，实现了测试项目编排及实验任务定制功能。能够管理整个无线充电实验过程，同时对数据指标做了模板化的配置，支持对实验结果的图形化展现，辅助实验人员进行数据分析工作。

步骤5、启动互操作性自动测试软件

步骤51、建立测试任务，是对测试项目的组合功能，可对单项测试项目进行编排，定制可复制、可重复运行的实验任务，任务可进行文档化的报告导出，联动实验数据，实现自动化实验检测；

步骤52、运行/暂停、单步调试、断点调试、终止等操作，还可通过勾选测试项目、测试步骤进行跳步运行，调试部分支持自动、手动两种模式，运行结果动态展示在调试界面，方便实验人员实时调试。

步骤53、对底层设备指令的组合，可对设备指令进行参数设定，定制可重复运行的测试项目，测试项目可复制，便于操作。

步骤6、实时监控，通过以Elasticsearch为首的海量数据查询展示技术，与数据库和Echart图表插件建立联系，实现试验结果波形实时监控，历史数据查询显示，超限告警截图等功能。

步骤7、根据采集的各测试仪器的数据进行数据演算、数据筛选及分析。数据演算用于对采集的数据进行计算，将计算结果作为是否满足电动汽车无线充电互操作性的约束条件。数据筛选用于对实时抓取的千条数据做分段筛选，将有效数据进行入库，大大减少了数据清洗的时间，提高了有效数据抓取效率，同时增加了系统实时性。数据分析采用图形化分析，利用ELK数据检索架构、E-Charts图形控件作为技术基础，最大程度实现实时数据接入及动态化展现。

步骤8、数据结果反馈及打印。

测试例子如下：

电动汽车无线充电互操作性测试系统包括无线充电设备、测试仪器以及互操作性测试系统。

1、建立测试任务，在互操作性测试系统中定制测试任务。

2、搭建测试环境，首先将无线充电设备的原边设备、副边设备部署到六轴调姿仪中。将其他测试仪器(包括交流电源、直流负载、示波器和功率分析仪)安装完毕。

六轴调姿仪主要由上、下支撑机构及其控制系统组成。所述上支撑机构用于放置原边设备，所述下支撑机构用于放置副边设备，为了不影响原、副边线圈之间的磁场分布，上、下支撑机构均采用亚格力材料板。

原边设备为能量的发射端，与副边设备耦合，将电能转化成交变电磁场并发射出去的装置；所述副边设备为能量的接收端，与原边设备耦合，接收交变电磁场并转化成电能的装置。

3、三维建模，通过实物测量，使用3D Max工具进行无线充电(原边设备与副边设备)场景建模，模型组件中包括原边设备、副边设备、六轴调姿仪等，经过贴图后，达到模型的三维仿真效果；

4、六轴位置同步，通过读取实物中原边设备、副边设备、六轴调姿仪的位置数据，实现三维模型中位置状态与实物一致，提高脉冲频率，降低模型运行速度，实时校准实现同步。所述位置数据包括X、Y、Z三个坐标上的偏移角度及偏移距离。

5、测试运行，通过互操作性测试系统实现运行/暂停、单步调试、断点调试、终止等操作任务，还可通过勾选测试项目、测试步骤进行跳步运行，调试部分支持自动、手动两种模式，运行结果动态展示在调试界面，方便实验人员实时调试。

6、调整姿态，六轴调姿仪台架的的偏移和旋转范围应能满足SAE J2954对线圈偏移和旋转的要求，即沿X轴方向的偏移范围处于±75mm以内，沿Y轴方向的偏移范围处于±100mm以内。同时，在电动汽车无线充电系统运行状况下，为防止线圈位置变化过程中，系统输出端出现过压、过流现象，测试台架应能以足够小的移动/旋转速度调整原边/副边设备线圈的姿态。

7、实时读数显示，通过对六轴调姿仪设备各关键组件独立建模，再组合的方式，整合设备通信接口，达到三维模型与六轴调姿仪各组件虚拟现实联动的效果，实现设备运动检测、远程控制。系统通过网络协议连接，保持高频度的实时读数信息轮询，实现与测试台位置待测物信息仪器读数的实时通讯。

8、六轴反控，利用互操作性测试系统实现三维模型的位置状态与实物一致，实现三维模型反向控制实物设备的功能。

9、实时数据监控，系统根据海量数据查询展示技术，与数据库和Echart图表插件建立联系，实现测试结果波形实时监控，历史数据查询显示，超限告警截图等功能。其中每2ms读取一次数据，保证波形的实时性。

10、数据分析，数据分析模块主要为数据筛选后采用图形化分析，采用ELT数据检索架构、E-Charts图形控件作为技术基础，最大程度实现实时数据接入及动态化展现，能够直观评估数据态势、测试结果。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：包括测试设备、数据采集模块、数据存储模块和数据分析模块，其中：

所述测试设备，被配置为获取电动汽车无线充电互操作性测试数据；

所述数据采集模块，被配置为获取测试设备的采集的参数；

所述数据存储模块，被配置为存储采集的参数，以及数据分析模块的计算结果；

所述数据分析模块，被配置为对实时采集的参数数据做分段筛选，获取有效数据，对有效数据采用图形化分析，得到计算结果，实现实时数据接入及动态化展现，将计算结果作为是否满足电动汽车无线充电互操作性的约束条件。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：所述测试设备包括但不限于交流电源、直流负载、六轴调姿仪、示波器和功率分析仪，其中：

所述交流电源用于给电动汽车无线充电系统提供电能，直流负载则消耗无线充电系统输出的电能，模拟电动汽车动力电池特性；

所述六轴调姿仪用于调整原、副边设备之间的相对位置姿态；

所述示波器用于采集输入、输出侧的电压、电流信号，显示电压、电流信号动态波形，将时变的电压信号转换为时间域上的曲线，便于分析电气信号的时域性质；

所述功率分析仪用于测量电动汽车无线充电装置的功率转换装置的功率、效率参数；

所述标准负载装置采用回馈式方案，将无线充电部分设备中的电能回馈到电网。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：所述数据存储模块包括关系数据库和实时数据库，所述关系数据库被配置为对关系数据的存储，所述实时数据库被配置为对数据采集模块采集的监测点实时数据的存储。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：所述数据分析模块与测试设备之间设置有设备交互模块，所述设备交互模块被配置为提供两者之间的数据传输、指令下达的交互操作，将这些信息按照相应的格式进行打包传输，对其进行智能化控制，并将信息反馈。

5.如权利要求1所述的一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：所述测试设备还连接有实时监控模块，被配置为实时监控测试仪器的数值变化，与数据分析模块建立实时读取机制，实现测试试验结果波形实时监控，历史数据查询显示以及超限告警。

6.如权利要求1所述的一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：所述互操作性约束条件，是从无线充电系统工作原理，以及磁耦合机构互操作需求而成立的工作环境约束条件、相对位置和偏转约束条件，以及输入和输出约束条件。

7.如权利要求6所述的一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：所述工作环境约束条件包括环境温度、相对湿度、大气压力、磁场底噪以及测试环境周边是否有金属异物。

8.如权利要求6所述的一种电动汽车无线充电互操作性测试系统，其特征是：所述相对位置和偏转位置是指原边设备与副边设备之间的相对位置及偏移距离及角度；所述输入/出约束条件包括系统效率、工作频率、功率等级、电压等级等。

9.基于权利要求1-8中任一项所述的测试系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

对测试设备进行校准，依据测试约束条件，调整测试仪器的属性值范围；

建立三维模型监听模拟六轴调姿仪运动轨迹，并通过操作三维模型对测试台进行反向控制；

采集测试设备运行数据；

建立测试任务；

实时监控测试设备的反馈数据；

根据采集的数据进行数据演算、数据筛选及分析。

10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是：建立三维模型监听模拟六轴调姿仪运动轨迹，并通过操作三维模型对测试台进行反向控制的具体过程包括：

通过实物测量，使用3D Max工具进行无线充电场景建模，经过贴图后，达到三维仿真效果；

将模型与六轴调姿仪位置同步；

通过网络协议连接，保持高频度的读数信息轮询，实现与六轴调姿仪位置、待测物信息、设备读数的实时通讯；

通过对六轴调姿仪各关键组件独立建模，再组合的方式，整合设备通信接口，达到三维模型与六轴调姿仪各组件虚拟现实联动的效果，实现设备运动检测、远程控制。

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