CN111750766B - 一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111750766B
CN111750766B CN202010467327.5A CN202010467327A CN111750766B CN 111750766 B CN111750766 B CN 111750766B CN 202010467327 A CN202010467327 A CN 202010467327A CN 111750766 B CN111750766 B CN 111750766B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor array
secondary side
detection
magnetic induction
induction intensity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010467327.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111750766A (zh
Inventor
宋凯
李忠港
张砚驰
魏睿智
陈仪松
杨丰硕
兰宇
周天
逯仁贵
朱春波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202010467327.5A priority Critical patent/CN111750766B/zh
Publication of CN111750766A publication Critical patent/CN111750766A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111750766B publication Critical patent/CN111750766B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明是一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法。本发明属于无线电能传输位置检测技术领域，所述装置包括：传感器阵列、信号调理电路、微处理器、电压源、无线通信装置和串口通信装置；通过传感器阵列对副边线圈的磁感应强度进行采集，得到8个磁感应强度差值ΔT1‑ΔT8；根据磁感应强度差值ΔT1‑ΔT8，与预存x和y方向上各位置的磁感应强度随偏移变化曲线拟合，进行副边检测，确定副边位置。本发明利用较少数量(4‑8个)的传感器完成特殊位置上的较高精度的检测。且检测方式简单，控制难度低。

Description

一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及 其检测方法
技术领域
本发明涉及无线电能传输位置检测技术领域，是一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法。
背景技术
随着环境问题与能源压力的突出，电动汽车的推广受到了世界各国的青睐。电动汽车无线充电技术相比传统插拔式充电技术有着更好的安全性和灵活性，应用前景十分广阔。其中，动态无线充电技术可有效的提升电动汽车的续航里程，并减少电池组数目，既降低了电动汽车的成本，又延长了其使用寿命，使得电能补给更加安全可靠。
耦合机构的位置检测作为无线电能传输系统辅助功能的研究重点之一，对于该领域的工程化和产业化具有重要意义。其具体表现在于为副边耦合机构提供了精准的相对位置信息，对副边加以引导从而实现耦合机构的正对。有了位置检测，耦合机构的抗偏移要求就会显著下降，降低了设计成本以及系统的复杂度。低功率激励(LPE,LowPowerExcitation)即在位置检测的过程中原边的输出功率远小于系统额定功率的来满足检测装置的检测范围以及保证系统的安全性。对于系统采用S-S等在安全性上具有劣势的拓扑时，LPE在耦合机构对正开始充电前尤为重要。
对于如图1-(a)所示的方形耦合机构来说，其原边表面的磁感应强度空间分布具有如图1-(b)一样的特征规律。当副边位置改变时，其磁场分布特征也会随之改变。由比奥萨法尔定律可知，导体中的电流可在空间激励产生磁场，且空间中某一点的磁场可以视作其周围导线中电流激励所产生磁场的矢量叠加，故电流传导的位置发生改变时，空间某一点的磁场会发生改变。利用这种特征可进行位置的识别。
目前采用传感器阵列的检测装置目前只能对于圆形线圈进行检测，且传感器数量多达12个，使用DAC采集卡采集信号，成本极高。对于其他结构稍复杂的线圈，该检测装置就不能很好的完成检测工作。
采用测量线圈的检测装置需要多个检测线圈铺覆盖待检测区域，且检测线圈的测量精度收到系统功率的影响，在LPE模式下检测精度下降较大。
采用测量线圈的检测装置需要集成在发射端或者接收端耦合机构上，除需要与主线圈进行解耦外造成控制难度大外，还难以进行拆卸、改造和升级，不利于工程化和产品化。
发明内容
本发明为利用较少数量的传感器完成特殊位置上的较高精度的检测，本发明提供了一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法，本发明提供了以下技术方案：
一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置，所述装置包括：传感器阵列、信号调理电路、微处理器、电压源、无线通信装置和串口通信装置；
所述传感器阵列数据信号输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路数据信号输出端连接微处理器的数据信号输入端，所述微处理器的数据信号输出端分别连接无线通信装置和串口通信装置的数据信号输入端；
所述电压源分别为传感器阵列、信号调理电路和微处理器进行供电。
优选地，所述传感器阵列包括4至8个SS49E型霍尔线性传感器，所述传感器阵列成几何布局，当原副边线圈采用方形线圈时，所述传感器阵列呈方形阵列。
优选地，所述电压源采用5V电源，所述微处理器采用STM32F103RCT6，所述信号调理电路采用内部为12位ADC的信号调理电路。
一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测方法，包括以下步骤：
步骤1：当副边耦合机构运动到原边附近时，启动无线充电系统的LPE模式，通过传感器阵列对副边线圈当前所处位置下的磁感应强度进行采集，通过信号调理电路输入至微处理器中，得到8个传感器的副边线圈的磁感应强度T1-T8；
步骤2：将采集到的磁感应强度与检测装置中预存了副边线圈正对情况下传感器阵列处的磁感应强度值做差，得到8个磁感应强度差值ΔT1-ΔT8；
步骤3:根据磁感应强度差值ΔT1-ΔT8，与预存x和y方向上各位置的磁感应强度随偏移变化曲线拟合，进行副边线圈检测，确定副边位置；
步骤4：通过无线通信装置或串口通信装置将副边位置传送至原边控制器或副边控制器，通过原边或副边控制器确认偏移在可接受范围内后，开始大功率充电模式，否则重复步骤1至步骤4。
优选地，所述步骤3具体为：
步骤3.1：比较
Figure BDA0002513106540000021
和
Figure BDA0002513106540000022
当
Figure BDA0002513106540000023
大于
Figure BDA0002513106540000024
时，进行副边在x轴负向的分区检测，x负半轴检测区将
Figure BDA0002513106540000025
与预存曲线拟合，得到副边位置；
当
Figure BDA0002513106540000031
小于
Figure BDA0002513106540000032
时，进行副边在x轴正向的分区检测，x正半轴检测区将
Figure BDA0002513106540000033
与预存曲线拟合，得到副边位置；
步骤3.2：当
Figure BDA0002513106540000034
和
Figure BDA0002513106540000035
相接近时，比较
Figure BDA0002513106540000036
和
Figure BDA0002513106540000037
当
Figure BDA0002513106540000038
大于
Figure BDA0002513106540000039
时，进行副边在y轴正向的分区检测，y正半轴检测区将
Figure BDA00025131065400000310
与预存曲线拟合，得到副边位置；
当
Figure BDA00025131065400000311
小于
Figure BDA00025131065400000312
时，进行副边在y轴负向的分区检测，y正半轴检测区将
Figure BDA00025131065400000313
与预存曲线拟合，得到副边位置。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用较少数量(4-8个)的传感器完成特殊位置上的较高精度的检测，且检测方式简单，控制难度低。
本发明在LPE模式下仍然能达到一定的检测精度。若采用S-S拓扑，则在存在较大距离的偏移时会对安全性造成威胁，利用该装置可在减功率输出的情况下完成检测，既保证了一定的精度，又保证了在定位过程中系统的安全运行。
本发明装置采用PnP(即插即用)式设计，即信号采集、调理到输入ADC均在一块小的检测板上完成，且位置数据在本地计算完成并可采用WIFI发送至任意一边。并且当装置需要时，可安放到原边耦合机构的中心即可完成测量，不需要时将其取出即可，对系统不会造成不影响。
附图说明
图1为常见方形线圈结构及其表面磁感应强度大小分布图；
图2为基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置结构图；
图3为信号调理电路图；
图4为针对方形线圈的传感器几何布局图；
图5为副边不同位置下传感器附近的磁场变化图；
图6为磁感应强度随副边不同位置的变化图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图2至图3所示，本发明提供一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法，具体为：
一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置，所述装置包括：传感器阵列、信号调理电路、微处理器、电压源、无线通信装置和串口通信装置；
所述传感器阵列数据信号输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路数据信号输出端连接微处理器的数据信号输入端，所述微处理器的数据信号输出端分别连接无线通信装置和串口通信装置的数据信号输入端；
所述电压源分别为传感器阵列、信号调理电路和微处理器进行供电。
所述传感器阵列包括4至8个SS49E型霍尔线性传感器，所述传感器阵列成几何布局，当原副边线圈采用方形线圈时，所述传感器阵列呈方形阵列。
所述电压源采用5V电源，所述微处理器采用STM32F103RCT6，所述信号调理电路采用内部为12位ADC的信号调理电路。
在方形线圈的条件下，传感器也采用如图4所示的方形阵列，并且系统中应预存有正对情况下的各传感器输出值。在系统工作于LPE工况下时，对各传感器采集到的数值进行一次读取，并减去相应正对情况下的输出值通过某几个传感器的平均变化值可以先判断副边大致位置。当副边线圈中心在原边线圈某一侧时，靠近副边线圈的传感器变化就大，如图5，可以通过减去后的值判断出来。如，当副边线圈在原边线圈的右侧时有如下关系：
Figure BDA0002513106540000041
在其他位置时同理。判断大致位置后则根据预先设定好的磁感应强度随位置的变化曲线，如图6则可判定副边具体的位置。
采用方形耦合机构，将检测装置放于原边线圈中心处。原边给予小功率输出，开始进行位置检测。先读取一次传感器的数值，将该数值与预存的正对情况的值做差，判断耦合机构的大致位置。其次将传感器的读取值取平均，再将其与预存的数据进行比较，判断副边线圈的具体位置。
原副边采用方形耦合机构，采用如图4所示的传感器布局，并将检测装置置于原边线圈表面(与线圈大致平齐)中心处。检测装置中预存了正对情况下各传感器处的磁感应强度值，并且预存了x和y方向上各位置的磁感应强度随偏移变化曲线。当副边耦合机构运动到原边附近时，启动无线充电系统的LPE模式，可选择300-500W的输出功率作为基准功率。接下来启动位置检测功能，步骤如下：
一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测方法，包括以下步骤：
步骤1：当副边耦合机构运动到原边附近时，启动无线充电系统的LPE模式，通过传感器阵列对副边线圈的磁感应强度进行采集，通过信号调理电路输入至微处理器中，得到8个副边线圈的磁感应强度T1-T8；步骤2：将采集到的副边线圈的磁感应强度，与检测装置中预存了正对情况下传感器阵列处的磁感应强度值做差，得到8个磁感应强度差值ΔT1-ΔT8；
步骤3:根据磁感应强度差值ΔT1-ΔT8，与预存x和y方向上各位置的磁感应强度随偏移变化曲线拟合，进行副边检测，确定副边位置；
所述步骤3具体为：
步骤3.1：比较
Figure BDA0002513106540000051
和
Figure BDA0002513106540000052
当
Figure BDA0002513106540000053
大于
Figure BDA0002513106540000054
时，进行副边在x轴负向的分区检测，x负半轴检测区将
Figure BDA0002513106540000055
与预存曲线拟合，得到副边位置；
当
Figure BDA0002513106540000056
小于
Figure BDA0002513106540000057
时，进行副边在x轴正向的分区检测，x正半轴检测区将
Figure BDA0002513106540000058
与预存曲线拟合，得到副边位置；
步骤3.2：当
Figure BDA0002513106540000059
和
Figure BDA00025131065400000510
相接近时，比较
Figure BDA00025131065400000511
和
Figure BDA00025131065400000512
当
Figure BDA00025131065400000513
大于
Figure BDA00025131065400000514
时，进行副边在y轴正向的分区检测，y正半轴检测区将
Figure BDA00025131065400000515
与预存曲线拟合，得到副边位置；
当
Figure BDA00025131065400000516
小于
Figure BDA00025131065400000517
时，进行副边在y轴负向的分区检测，y正半轴检测区将
Figure BDA00025131065400000518
与预存曲线拟合，得到副边位置。
步骤4：通过无线通信装置或串口通信装置将副边位置传送至原边控制器或副边控制器，通过原边或副边控制器确认偏移在可接受范围内后，开始大功率充电模式，否则重复步骤1至步骤4。可接受范围为副边中心在原边外径附近。
以上所述仅是一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法的优选实施方式，一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测方法，所述方法基于一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置，所述装置包括：传感器阵列、信号调理电路、微处理器、电压源、无线通信装置和串口通信装置；
所述传感器阵列数据信号输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路数据信号输出端连接微处理器的数据信号输入端，所述微处理器的数据信号输出端分别连接无线通信装置和串口通信装置的数据信号输入端；
所述电压源分别为传感器阵列、信号调理电路和微处理器进行供电，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：当副边耦合机构运动到原边附近时，启动无线充电系统的LPE模式，通过传感器阵列对副边线圈当前所处位置下的磁感应强度进行采集，通过信号调理电路输入至微处理器中，得到8个传感器的磁感应强度T1-T8；
步骤2：将采集到的磁感应强度与检测装置中预存了副边线圈正对情况下传感器阵列处的磁感应强度值做差，得到8个磁感应强度差值ΔT1-ΔT8；
步骤3:根据磁感应强度差值ΔT1-ΔT8，与预存x和y方向上各位置的磁感应强度随偏移变化曲线拟合，进行副边线圈检测，确定副边位置；
所述步骤3具体为：
步骤3.1：比较
Figure FDA0003422517480000011
和
Figure FDA0003422517480000012
当
Figure FDA0003422517480000013
大于
Figure FDA0003422517480000014
时，进行副边在x轴负向的分区检测，x负半轴检测区将
Figure FDA0003422517480000015
与预存曲线拟合，得到副边位置；
当
Figure FDA0003422517480000016
小于
Figure FDA0003422517480000017
时，进行副边在x轴正向的分区检测，x正半轴检测区将
Figure FDA0003422517480000018
与预存曲线拟合，得到副边位置；
步骤3.2：当
Figure FDA0003422517480000019
和
Figure FDA00034225174800000110
相接近时，比较
Figure FDA00034225174800000111
和
Figure FDA00034225174800000112
当
Figure FDA00034225174800000113
大于
Figure FDA00034225174800000114
时，进行副边在y轴正向的分区检测，y正半轴检测区将
Figure FDA00034225174800000115
与预存曲线拟合，得到副边位置；
当
Figure FDA00034225174800000116
小于
Figure FDA00034225174800000117
时，进行副边在y轴负向的分区检测，y正半轴检测区将
Figure FDA00034225174800000118
与预存曲线拟合，得到副边位置；
步骤4：通过无线通信装置或串口通信装置将副边位置传送至原边控制器或副边控制器，通过原边或副边控制器确认偏移在可接受范围内后，开始大功率充电模式，否则重复步骤1至步骤4。
2.根据权利要求1所述的一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测方法，其特征是：所述传感器阵列包括4至8个SS49E型霍尔线性传感器，所述传感器阵列呈几何布局，当原副边线圈采用方形线圈时，所述传感器阵列呈方形阵列。
3.根据权利要求1所述的一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测方法，其特征是：所述电压源采用5V电源，所述微处理器采用STM32F103RCT6，所述信号调理电路采用内部为12位ADC的信号调理电路。
CN202010467327.5A 2020-05-28 2020-05-28 一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法 Active CN111750766B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010467327.5A CN111750766B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010467327.5A CN111750766B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111750766A CN111750766A (zh) 2020-10-09
CN111750766B true CN111750766B (zh) 2022-04-22

Family

ID=72674162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010467327.5A Active CN111750766B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111750766B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856964A (zh) * 2012-10-10 2013-01-02 中国矿业大学 电动汽车三相无线充电系统及其充电方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10130799C1 (de) * 2001-06-22 2003-01-30 Siemens Ag Einrichtung zur Lagekennzeichnug einer Weichenzunge
DE102011090048A1 (de) * 2011-12-28 2013-07-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Kolbens in einem Kolbendruckspeicher durch Widerstandsmessung sowie geeignet ausgebildeter Kolbendruckspeicher
CN103300860B (zh) * 2013-07-02 2015-04-22 富勇 手持式磁感应测量仪
CN106568376A (zh) * 2016-04-20 2017-04-19 中兴新能源汽车有限责任公司 充电线圈位置检测装置、线圈偏移检测方法、装置及基建端和车载端
CN106160260A (zh) * 2016-08-16 2016-11-23 中惠创智无线供电技术有限公司 一种采用磁场原理进行对位的无线充电装置及方法
CN109515219A (zh) * 2018-12-03 2019-03-26 安徽蓝鹏微电科技股份有限公司 电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈设计与控制
CN110103739B (zh) * 2019-04-18 2021-03-26 南京航空航天大学 弱磁场激励三线圈检测装置
CN110645883B (zh) * 2019-09-27 2020-12-29 东南大学 一种用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法
CN211579711U (zh) * 2020-02-13 2020-09-25 薛静云 一种基于磁阻传感器的无线充电线圈位置检测装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102856964A (zh) * 2012-10-10 2013-01-02 中国矿业大学 电动汽车三相无线充电系统及其充电方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111750766A (zh) 2020-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108778821B (zh) 用于定位车辆的方法和装置
US8248027B2 (en) Non-contact power transmission apparatus
Tan et al. Mesh-based accurate positioning strategy of EV wireless charging coil with detection coils
CN108695985B (zh) 无线充电系统及其线圈偏移检测方法和装置
CN105515224A (zh) 为电动车充电的移动充电装置及其充电系统
JP6330637B2 (ja) 受電装置
KR20170142065A (ko) 코일 정렬 방법 및 이를 이용하는 전기차 무선 전력 전송 장치
CN102971939A (zh) 电压检测器、异常检测装置、非接触输电装置、非接触受电装置以及车辆
EP3357743B1 (en) Vehicle
CN106568376A (zh) 充电线圈位置检测装置、线圈偏移检测方法、装置及基建端和车载端
US20160023558A1 (en) Noncontact charging system
CN109682292A (zh) 一种偏移检测方法、装置及无线充电系统
Zhang et al. Coil positioning based on DC pre-excitation and magnetic sensing for wireless electric vehicle charging
CN111750766B (zh) 一种基于传感器阵列的PnP式无线电能传输位置检测装置及其检测方法
WO2011098884A2 (en) Electric power receiving apparatus and vehicle provided with same
Li et al. Adaptive position alignment for wireless charging system with mutual inductance estimation and P&O algorithms employ only primary‐side electrical parameters
EP3598650A1 (en) Vehicle radio interference sensor device
CN110673055A (zh) 一种dc/dc变换器的测试装置和一种电源测试系统
CN111335738A (zh) 一种基于耦合感应自主识别智能锁具的无线充钥匙
KR20110085713A (ko) 홀센서를 이용한 전류측정장치
CN112213795B (zh) 电动汽车无线充电关键功能测试方法及系统
KR101680297B1 (ko) 자동차 고전압 배터리의 전류 측정 장치
CN212321738U (zh) 一种传感器磁场抗扰度的检测装置
CN108270300A (zh) 异物检测设备和异物检测方法
CN114498960A (zh) 一种异物检测装置、方法及无线电能传输系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant