CN112363231A - 一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，包括：谐振感应模块和检测模块；谐振感应模块设置于充电平台发射装置的发射线圈的表面；谐振感应模块包括：平行交错设置的第一谐振感应单元和第二谐振感应单元；检测电路分别与第一谐振感应单元和第二谐振感应单元连接，分别获取第一谐振感应单元和第二谐振感应单元的实际谐振频率，在实际谐振频率与预设谐振频率的差值超过预设值时向充电平台发射装置的电源模块发送停止充电信号。通过采用两个平行交错设置的谐振感应单元来对异物检测，克服了仅采用一个耦合线圈阵列时存在检测盲区的问题，提高了电动汽车充电时异物检测的精度，保证电动汽车无线充电系统的安全性与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电控制技术领域，特别涉及一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置。
背景技术
近些年，电磁耦合谐振式无线能量传输技术以电磁感应原理，无需充电线材与充电设备接触，方便快捷实现较远距离、大功率的能量传输，十分适用于电动汽车无线充电。
无线充电系统的无线充电方式的性能取决于能量传送速率、操作频率、发射线圈与接收线圈耦合结构的大小和设计以及磁性结构之间的距离。某些位置气隙中的通量密度可超过0.5毫特斯拉甚至能达到几毫特斯拉，若将包含良好导电材料(例如，金属)的物体插入到发射线圈与接收线圈之间的空间中，那么此物体中会产生涡电流，导致电力耗散及后续加热效应。若无线充电区内包含外来物体包含实质上非传导但展现明显磁滞效应的铁磁性材料，也将产生磁滞损耗及涡电流损耗造成温度升高。
出于个人及设备安全原因，电动汽车进行无线充电时要求具有能够检测出位于预先充电区域中的有害外来物体(例如金属物体、生物体等)的异物检测能力，同时判断异物位置，并与发现并提前干预，避免外来异物意外进入此充电区域或被有意安放在充电区域所带来的风险。
目前现有电动汽车无线充电系统异物与位置检测方法是通过测量检测线圈内磁场强度的变化来判定是否有异物的存在，但是受温度、对位技术以及磁场测量技术的影响，所以通过测量磁场强度变化从而检测金属异物存在的方法准确度及实用性并不高。因此本发明提出一种新的电动汽车无线充电系统异物、位置与活物检测方案，让其能够在不影响系统功率和效率的前提下，精确可靠地检测出混入充电磁场的外来异物与车载线圈位置，保证电动汽车无线充电系统的安全性与稳定性。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，通过采用两个平行交错设置的谐振感应单元来对电动汽车无线充电系统中发射线圈的表面进行异物检测，克服了仅采用一个耦合线圈阵列时存在检测盲区的问题，提高了电动汽车充电时异物检测的精度，保证了电动汽车进行无线充电时的安全性和稳定性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，电动汽车无线充电系统包括充电平台发射装置和电动汽车接收装置，包括：谐振感应模块和检测模块，
所述谐振感应模块设置于所述充电平台发射装置的发射线圈的表面；
所述谐振感应模块包括：第一谐振感应单元和第二谐振感应单元，所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元平行交错设置，二者间隔预设距离；
所述检测电路分别与所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元连接，获取所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元的实际谐振频率，在所述实际谐振频率与预设谐振频率的差值超过预设值时向所述充电平台发射装置的电源模块发送停止充电信号。
进一步地，所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元均包括多个弱耦合谐振线圈阵列；
所述检测模块分别与所述多个弱耦合谐振线圈连接。
进一步地，所述多个弱耦合谐振线圈阵列为矩阵排列。
进一步地，所述第一谐振感应单元的所述若干个弱耦合谐振线圈阵列为N×N排列；
所述第二谐振感应单元的所述若干个弱耦合谐振线圈阵列为(N-1)×(N-1)排列。
进一步地，还包括：耦合模块，
所述耦合模块与所述谐振感应模块连接，以减少所述谐振感应电路谐振频率的波动。
进一步地，所述耦合电路与所述谐振感应模块感性耦合或容性耦合。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过采用两个平行交错设置的谐振感应单元来对电动汽车无线充电系统中发射线圈的表面进行异物检测，克服了仅采用一个耦合线圈阵列时存在检测盲区的问题，提高了电动汽车充电时异物检测的精度，在不影响系统功率和效率的前提下，精确可靠地检测出混入充电磁场的外来异物，保证电动汽车无线充电系统的安全性与稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电动汽车无线充电模块示意图；
图2是本发明实施例提供的电动汽车无线充电系统异物检测示意图；
图3是本发明实施例提供的谐振线圈回路排列组合示意图；
图4是本发明实施例提供的谐振感应阵列原理图；
图5是本发明实施例提供的电动汽车无线充电系统异物无盲区检测原理图；
图6是本发明实施例提供的异物检测原理示意图。
附图标记：
1、充电平台发射装置，11、电源模块，12、功率振荡模块，13、功率控制电路，14、发射端通信模块，15、功率发射线圈，2、电动汽车接收装置，21、功率接收线圈，22、信号检测与调制模块，23、整流稳压模块，24、接收端通信模块，25、车载电池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明实施例提供的电动汽车无线充电模块示意图。
电动汽车无线充电系统包括充电平台和电动汽车，充电平台上设置有充电平台发射装置1，电动汽车上设置有电动汽车接收装置2；充电平台发射装置1包括金属屏蔽外壳，电源模块11，与电源模块11依次连接的功率震荡模块12、功率发射线圈15，与功率震荡模块12连接的功率控制电路13、发射端通信模块14；电动汽车接收装置2包括依次连接的功率接收线圈21、信息监测与信息调制模块22、整流稳压模块23、接收端通信模块24、车载电池25。
电源模块11，为功率震荡模块12提供充电电压；功率震荡模块12，将从电源模块输入的功率震荡为高频震荡电路；功率控制电路13控制功率震荡模块的通断；发射端通信模块14实现与接收端通信模块24的通讯；功率发射线圈15，发射功率震荡模块震荡出的高频震荡电路，采用组合型线圈阵列，阵列内每一线圈采用同心双线圈结构，产生均匀高频交流磁场；金属屏蔽外壳采用铝制材料，厚约2mm，电磁屏蔽效果较好。
功率接收线圈21，接收功率发射线圈15所发射的能量，且线圈位于电动汽车底部；整流稳压模块23，用于将接收线圈接收到的高频交流经过整流稳压从而传输到车载电池25；信息监测与信息调制模块22用于检测车载电池25的实时电量信息，并将信息通过接收端通信模块24传递到发射端通信模块14，电量不足时进行充电；接收端通信模块24，实现与发射端通信模块14的信息交换；车载电池25储存电动汽车用电。
图2是本发明实施例提供的电动汽车无线充电系统异物检测示意图。
图3是本发明实施例提供的谐振线圈回路排列组合示意图。
图4是本发明实施例提供的谐振感应阵列原理图。
图5是本发明实施例提供的电动汽车无线充电系统异物无盲区检测原理图。
图6是本发明实施例提供的异物检测原理示意图。
请参照图2、图3、图4,、图5和图6，本发明实施例提供一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，电动汽车无线充电系统包括充电平台发射装置和电动汽车接收装置，包括：谐振感应模块和检测模块。谐振感应模块设置于充电平台发射装置的发射线圈的表面；谐振感应模块包括：第一谐振感应单元和第二谐振感应单元，第一谐振感应单元和第二谐振感应单元平行交错设置，二者间隔预设距离；检测电路分别与第一谐振感应单元和第二谐振感应单元连接，获取第一谐振感应单元和第二谐振感应单元的实际谐振频率，在实际谐振频率与预设谐振频率的差值超过预设值时向充电平台发射装置的电源模块发送停止充电信号。
上述技术方案通过采用两个平行交错设置的谐振感应单元来对电动汽车无线充电系统中发射线圈的表面进行异物检测，克服了仅采用一个耦合线圈阵列时存在检测盲区的问题，提高了电动汽车充电时异物检测的精度，保证了电动汽车进行无线充电时的安全性和稳定性。
具体的，第一谐振感应单元和第二谐振感应单元均包括多个弱耦合谐振线圈阵列；检测模块分别与多个弱耦合谐振线圈连接。
第一谐振感应单元和第二谐振感应单元均采用谐振线圈阵列的形式而非单独一个较大的检测线圈使得异物检测系统在面临极小的金属物体(比如钥匙环、金属片等等)时，也能有较高的准确度，此外谐振线圈阵列可精确检测异物位置坐标。当异物检测电路检测到某个线圈上的谐振频率与理想的谐振频率存在差距并超过一定阈值时，便可判定该线圈上存在金属异物，并通过给谐振线圈进行编号即可快速确定金属异物的坐标。
可选的，多个弱耦合谐振线圈阵列为矩阵排列。
如图3所示，采用谐振线圈阵列的形式而非单独一个较大的检测线圈使得异物检测系统在面临极小的金属物体(比如钥匙环等等)时，也能有较高的准确度，此外谐振线圈阵列可精确检测异物位置坐标。当异物检测电路检测到某个线圈上的谐振频率与理想的谐振频率存在差距并超过一定阈值时，便可判定该线圈上存在金属异物，并通过给谐振线圈进行编号即可快速确定金属异物的坐标。
优选的，第一谐振感应单元的若干个弱耦合谐振线圈阵列为N×N排列；第二谐振感应单元的若干个弱耦合谐振线圈阵列为(N-1)×(N-1)排列。
如图4所示，对于金属异物检测盲区的避免，首先需要计算金属异物检测盲区的产生原因，图4中的无检测线圈覆盖位置即为检测盲区。当金属异物(如M5螺丝)位于图中检测盲区时，其他检测线圈都无法检测到金属异物的存在。这种状况下，金属异物检测功能已经失去功能，如果不对该方案做出改进，那么便有可能导致事故的发生。通过设置两个平行交错设置的谐振感应单元来对电动汽车无线充电系统中发射线圈的表面进行异物检测，克服了仅采用一个耦合线圈阵列时存在检测盲区的问题。
此外，电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置还包括：耦合模块；耦合模块与谐振感应模块连接，以减少谐振感应电路谐振频率的波动。
具体的，耦合电路与谐振感应模块感性耦合或容性耦合。
此外，如图6所示，电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置通过将接收线圈作为异物检测系统的“异物”考虑，接收线圈的位置同样会影响谐振线圈的感抗值，进而导致测量耦合电路的谐振频率变化，并通过给谐振线圈进行编号即可确定功率接收线圈的位置偏移程度从而实现接收线圈位置检测。当功率接收线圈与功率发射线圈完全重合时，检测电路向充电平台电源模块发送信号开始通电，并进行电动汽车无线充电。
一种电动汽车无线充电异物与位置检测系统供电流程，包括以下步骤：首先，在停车区检查车辆。如果发射线圈上没有车辆，则关闭发射线圈。一方面，向发射线圈通入电流来检测检测异物，通过测量耦合电路的谐振频率变化判断异物是否存在。如果某个线圈上的谐振频率与理想的谐振频率存在差距并超过一定阈值，那可以由反复试验决定，然后停止对当前发射线圈的供电，并向驱动程序发送一条通知消息，以移除发射线圈上的异物；另一方面，如果所有线圈上的谐振频率都显示正常时，那就检查一下车载电池的电量状态是否百分之百。如果没有，将电流导入发射线圈进行车载接收线圈位置检测，当线圈完全对准时进行电动汽车无线充电。最后，当车载电池充满电后，停止电动汽车充电过程。
本发明实施例旨在保护一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，电动汽车无线充电系统包括充电平台发射装置和电动汽车接收装置，包括：谐振感应模块和检测模块，谐振感应模块设置于充电平台发射装置的发射线圈的表面；谐振感应模块包括：第一谐振感应单元和第二谐振感应单元，第一谐振感应单元和第二谐振感应单元平行交错设置，二者间隔预设距离；检测电路分别与第一谐振感应单元和第二谐振感应单元连接，获取第一谐振感应单元和第二谐振感应单元的实际谐振频率，在实际谐振频率与预设谐振频率的差值超过预设值时向充电平台发射装置的电源模块发送停止充电信号。上述技术方案具备如下效果：
通过采用两个平行交错设置的谐振感应单元来对电动汽车无线充电系统中发射线圈的表面进行异物检测，克服了仅采用一个耦合线圈阵列时存在检测盲区的问题，提高了电动汽车充电时异物检测的精度，在不影响系统功率和效率的前提下，精确可靠地检测出混入充电磁场的外来异物，保证电动汽车无线充电系统的安全性与稳定性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，电动汽车无线充电系统包括充电平台发射装置和电动汽车接收装置，其特征在于，包括：谐振感应模块和检测模块；
所述谐振感应模块设置于所述充电平台发射装置的发射线圈的表面；
所述谐振感应模块包括：第一谐振感应单元和第二谐振感应单元，所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元平行交错设置，二者间隔预设距离；
所述检测电路分别与所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元连接，获取所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元的实际谐振频率，在所述实际谐振频率与预设谐振频率的差值超过预设值时向所述充电平台发射装置的电源模块发送停止充电信号。
2.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，其特征在于，
所述第一谐振感应单元和所述第二谐振感应单元均包括多个弱耦合谐振线圈阵列；
所述检测模块分别与所述多个弱耦合谐振线圈连接。
3.根据权利要求2所述的电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，其特征在于，
所述多个弱耦合谐振线圈阵列为矩阵排列。
4.根据权利要求3所述的电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，其特征在于，
所述第一谐振感应单元的所述若干个弱耦合谐振线圈阵列为N×N排列；
所述第二谐振感应单元的所述若干个弱耦合谐振线圈阵列为(N-1)×(N-1)排列。
5.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，其特征在于，还包括：耦合模块，
所述耦合模块与所述谐振感应模块连接，以减少所述谐振感应电路谐振频率的波动。
6.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电系统异物无盲区检测装置，其特征在于，
所述耦合电路与所述谐振感应模块感性耦合或容性耦合。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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