CN115508912A - 无线充电辅助校准测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电辅助校准测试装置及测试方法，包括：安装平台，所述安装平台的上方或者下方可放置待测试的发射端；标定线圈阵列，包括多个安装在安装平台上的标定线圈框，与所述发射端的被标定线圈框相对应；控制器，可以控制标定线圈阵列的每个标定线圈框依次导通。本发明所提出的测试装置以及测试方法，能够对无线充电系统的发射端的各个辅助功能进行校准测试，测试方法简单方便且效率高，确保无线充电系统的发射端正常工作。

Description

无线充电辅助校准测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车充电技术领域，特别是涉及一种无线充电辅助校准测试装置及测试方法。

背景技术

随着节能减排，以及控制大气污染的需求，新能源汽车(纯电动、混合动力汽车)正成为汽车行业的新主力军并高速发展，目前许多发达国家和所有著名的车企以及科研机构都在致力于推广和应用新能源汽车技术,作为新能源汽车发展产业链上的重要组成部分，相应的配对充电桩的需求也是井喷式的增长。

无线传输是指无线充电，目前国内外知名车企、研究院、高校都在大力投入研发，无线充电分为三个部分：桩端、发射端、接收端。桩端部分先将工频交流电整流成高压直流电，再经逆变转换成高频交流电，最后通过线缆传输给发射端，桩端类似于充电桩；发射端即地端实际是由线圈和磁芯组成，通过高频交流电产生磁场，通过磁耦合向车端传输能量；接收端即车端集成了接收装置和变流装置，接收装置实际是由线圈和磁芯组成，从发射端接收到的能量通过变流装置转换成高压直流电，给新能源汽车高压电池充电，类似于车载充电机。

在无线充电系统中必须具备辅助功能，包括金属异物检测(FOD)功能，防止充电过程中异物受磁场作用发热引发火灾等安全问题；对位引导功能，在停车过程中引导汽车与发射端精准定位，防止偏移引起的功率降低；活物检测(LOP)功能，防止充电过程中活体在周围受磁场辐射影响，因此，需要一种简单方便的装置及方法对辅助功能进行校准，确保功能正常工作。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中无法对无线充电系统进行辅助功能校准测试的技术问题，提出一种无线充电辅助校准测试装置及测试方法。

本发明采用的技术方案是：

本发明提出了一种无线充电辅助校准测试装置，包括：

安装平台，所述安装平台的上方或者下方可放置待测试的发射端；

标定线圈阵列，包括多个安装在安装平台上的标定线圈框，与所述发射端的被标定线圈框相对应；

控制器，控制每个标定线圈框单独导通。

本发明还包括活物测试组件，所述活物测试组件安装在安装平台的测试轨道上，并可沿测试轨道移动。

活物检测组件包括多个检测柱体，间隔设置在测试轨道上，所述测试轨道环绕所述标定线圈阵列设置。

优选地，标定线圈框的形状为圆形、正方形或者三角形。

本发明还包括：设置在安装平台上方和下方的多个连接件，所述连接件用于支撑或者固定所述发射端。

控制器包括：多个电容元件与开关模块，所述电容元件与所述标定线圈框相连形成谐振回路，所述开关模块用于选择导通所述标定线圈阵列的各个标定线圈框。

本发明还提出一种无线充电异物检测功能测试方法，使用权利要求2至8任一项所述的无线充电辅助校准测试装置，测试所述发射端的各个辅助功能。

具体的，测试所述发射端的辅助功能包括步骤：

下发定位校准指令，所述控制器按预设顺序发送特定频率的激励信号至所述标定线圈阵列，使每个所述标定线圈框依次导通，并将导通的标定线圈框的框号数据传递给所述发射端的控制器；

所述发射端的被标定线圈框导通时产生电压变化，所述发射端的控制器采集电压变化的参数，并将电压变化的参数按照预设规则转化为检测值，且每个检测值与被标定线圈框的框号对应；

所述标定线圈框依次导通完毕后，所述发射端的控制器计算所有检测值的平均值，并根据每个导通框检测值与所述平均值的比例关系计算校准系数。

具体的，测试所述发射端的辅助功能包括步骤：

下发异物检测功能测试指令，所述控制器按预设顺序发送激励信号至标定线圈阵列，使每个所述标定线圈框依次导通，并将导通的标定线圈框的框号数据传递给所述发射端的控制器；

在每个标定线圈框依次导通的过程中，若所述发射端的控制器上报异物存在于导通的所述标定线圈框对应被标定线圈框的覆盖区域，则判断此被标定线圈框的覆盖区域的异物检测功能正常，若未上报异物或上报异物不在此被标定线圈框的覆盖区域，则判断为异物检测功能不正常。

具体的，测试所述发射端的辅助功能包括步骤：

下发活物检测功能测试指令，使所述活物测试组件按预设沿测试轨道移动，若所述发射端的控制器上报存在活物，则判定活物检测功能正常。

与现有技术比较，本发明所提出的测试装置以及测试方法，能够对无线充电系统的发射端的各个辅助功能进行校准测试，测试方法简单方便且效率高，确保无线充电系统的发射端正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中的俯视图；

图3为本发明正方形的标定线圈阵列示意图；

图4为本发明圆形的标定线圈阵列示意图；

图5为本发明三角形的标定线圈阵列示意图；

图6为本发明另一实施例的标定线圈阵列示意图；

图7为本发明中控制器的部分结构框图；

图8为本发明中模拟开关的简图。

1、安装平台；2、标定线圈阵列；21、标定线圈框；3、测试轨道；4、检测柱体；5、支撑柱；6、发射端。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

在无线充电系统中必须具备辅助功能，其中包括金属异物检测(FOD)功能，防止充电过程中异物受磁场作用发热引发火灾等安全问题；对位引导功能，在停车过程中引导汽车与发射端精准定位，防止偏移引起的功率降低；活物检测(LOP)功能，防止充电过程中活体在周围受磁场辐射影响。同时，为了检测这些功能是否正常可用，需要测试装置来对对辅助功能进行测试校准，确保其正常工作。

如图1、2所示，本发明提出了一种无线辅助充电测试装置，包括：安装平台1、标定线圈阵列2和控制器，安装平台1的上方或者下方可以放置或安装待测试校准的无线充电系统的发射端6(发射端实际是由线圈和磁芯组成，即被标定线圈框，可以通过高频交流电产生磁场，通过磁耦合向车端传输能量)；标定线圈阵列2设置在安装平台1上，标定线圈阵列2具体包括多个安装在安装平台上可以单独控制开关的标定线圈框，标定线圈框与发射端6的被标定线圈框相对应，以便进行辅助功能校准测试；控制器连接标定线圈阵列2，可以控制标定线圈阵列2的标定线圈框按照预设顺序依次进行导通。具体的，进行充电对位功能校准时，控制器按预设顺序发送特定频率的激励信号至标定线圈阵列，该特定频率的激励信号与实际的汽车接收端定位线圈激励信号相同；进行充电异物检测功能测试时，控制器按预设顺序发送激励信号至标定线圈阵列，激励信号只需确保能够使异物检测功能正常的线圈框检到异物，所以无需是特定频率的激励信号。从而通过该装置可以测试发射端的充电对位功能和异物检测功能。

安装平台1上还设有环绕标定线圈阵列设置的测试轨道3，即环状轨道，装置还包括活物测试组件，具体为多个检测柱体4，多个检测柱体4间隔设置在测试轨道3上，并可沿测试轨道移动。

驱动检测柱体移动的方式有很多种，例如在安装平台上安装对应测试轨道的环状齿轮，以及驱动环状齿轮转动的电机，只要将检测柱体安装在环状齿轮上，环状齿轮通过电机带动时，可以带动检测柱体做圆周运动，从而实现多个检测柱体沿测试轨道移动，还可以采用其他方式来驱动检测柱体沿测试轨道移动，都在本发明的保护范围之内。

安装平台1的上方和下方设有多个连接件，连接件具体可以采用支撑柱5的形式，支撑柱设置在标定线圈阵列周围，用于固定无线充电系统的发射端，使发射端能够稳定的固定在安装平台的上方或者下方，模拟汽车充电中的实际位置关系。连接件还可以是其他固定件，具体的固定方式可以是通过螺钉固定，卡扣固定或者其他现有的比较方便的固定方式，都在本发明的保护范围之内。

支撑柱5长度等受实际测试效果，测试场地条件等要求可以进行调整，所述支撑柱的长度在20mm～300mm之间，且形状无特定要求。

安装平台1整体可以安装在一个带有底部导轮的推车上，方便移动调整位置。

如图3至5所示，标定线圈阵列中线圈框具体排布为m*n个标定线圈框，m与n可以不同，也可以相同，具体可以根据需要来确定。同时，标定线圈阵列中线圈框的形状包括但不限于为圆形，方形，三角形等，该形状与发射端上的被标定线圈的线圈框形状一致。

为适应实际条件，其标定线圈框阵列也可以作出更改，如图6所示，以方形线圈为例，增大每个线圈框面积，使其同时覆盖发射端6的4个被标定线圈框(具体可以参考图3与图6)，且实际覆盖的线圈框个数可以调整，通常在1～8个之间。由于标定线圈阵列含有数十个线圈框，在校准测试过程中，必须选择性导通标定线圈框，通常预设一个特定顺序与导通时间，进一步的，可以修改同时导通框的数量来加快测试时间。

控制器具体包括：多个电容元件与开关模块，电容元件分别与标定线圈阵列各独立线圈相连形成谐振回路，通过控制开关模块的开关可以选择导通线圈阵列上各个标定线圈框，从而实现按照预设顺序导通标定线圈阵列上各个标定线圈框。

如图7、8所示，开关模块具体包括：FPGA芯片(或者是MCU芯片)、数模转换模块DAC、模拟多路开关、地址线、模数转换模块ADC、滤波器。

FPGA芯片由电源供电，主要实现对数模转换模块ADC回传数据的处理与条件判断以及激励信号(每个线圈框特定频率大小)的发送，通过地址线控制模拟多路开关的导通，视具体使用场景不同，可以使用MCU芯片替换。

数模转换模块DAC将FPGA芯片的激励信号转化为模拟量，通过模拟多路开关给到线圈阵列，分别与各路开关相连。

如图8所示，模拟多路开关为一集成器件，内部由多个开关组成，每一开关分别连向各自对应的线圈框，同一时间只有一路开关导通，由地址线与使能信号控制，以此图所示共16个开关，对应16个线圈框S1A-S16A，地址由0000到1111变化。

线圈阵列由多个线圈框绕制而成，并与谐振电容(即上述的电容元件)相连，由于金属异物会引起线圈感量变化的原理，导致谐振频率变化，进而导致其上电压电流变化，每个单独线圈框分别与模拟多路开关每路相连。

激励信号通过各线圈框后,汇集到一起,此时变为连续信号(线圈框上为断续)通过滤波器对其上一定频率的信号进行滤波,减少传输路径上的干扰。

模数转换模块ADC将模拟信号转化为数字信号,与FPGA芯片相连。

需要说明的是，标定线圈阵列与被标定线圈阵列可以使用同样的控制器来控制导通，即发射端上的控制器也可以采用上述的模块组成，地址线顺序不变，由0000至1111，区别在于线圈阵列导通情况不同，具体如下：

1.标定线圈阵列的导通时间较被标定线圈阵列更长(单个框通常为数秒，被标定线圈阵列单个框通常为数十毫秒)。

2.标定线圈阵列导通期间，使能信号以一定频率在高低电平间切换(通常为数Khz，保持与实际定位线圈开关速度相同，以便更好地模拟接收端定位线圈)。

3.标定线圈阵列上无激励信号，被标定线圈阵列各线圈框分别导通数十毫秒，不停循环，在数十毫秒内，该线圈框一直保持导通在标定线圈阵列上，各线圈框分别导通数秒，不停循环，在数秒内，还通过使能信号控制该线圈框不停导通关闭(即处于开关态)，被标定线圈阵列处于开关态原因(与实际接收端定位线圈状态一致)。由于检测的是变化量，如果只变化一次，由于时间的衰减，很快将认为没有变化，而引导定位需要长时间检测，不停导通关闭相当于异物不断进入与离开，即变化量一直存在。

本发明还提出一种无线充电异物检测功能测试方法，使用上述的无线充电辅助校准测试装置，测试和校准发射端的各个辅助功能。

校准发射端的对位引导功能具体包括步骤：

下发定位校准指令，控制器按预设顺序发送特定频率的激励信号至标定线圈阵列，使标定线圈阵列的标定线圈框依次导通，并将导通的标定线圈框的框号数据传递给发射端的控制器；

标定线圈框导通时，发射端上对应标定线圈框的被标定线圈框产生电压变化，发射端的控制器采集电压变化的具体参数，并将电压变化的具体参数按照预设规则转化为检测值，且每个检测值与导通的被标定线圈框的框号对应；

所有标定线圈框轮流导通完毕后，发射端的控制器计算所有检测值的平均值，并根据每个导通的标定线圈框的检测值与平均值的比例关系计算校准系数。

检测值为M1、M2、M3、M4、M5...Mn，平均值为(M_ave)，校准系数为K_n，理想情况下，通过代入校准系数对每个位于发射端的被标定线圈框进行校准，校准后每个被标定线圈框的检测值与平均值都十分接近。之所以要进行校准，是因为发射端的被标注线圈框电感和电容元件出厂时就会有一定的偏差，如果不通过修正系数进行校准，发射端的各个线圈框变化参数是不一致的，在辅助汽车的接收端进行对位引导时，会产生较大偏差。而通过修正系数进行校准后，能够保证发射端的各个被标定线圈框导通时电压变化量都接近平均值。

检测值具体可以是电压变化的幅值参数，或者是其他能够代表或者体现电压变化的具体参数值。

在无线充电对位引导系统中，由于汽车接收端上定位线圈所处位置不同，其引起的电参数(电压、电流、相位)改变的线圈框不同，理想情况下，当接收端线圈位于发射端不同线圈框物理中心正上方时，其电参数改变量应相同，然而由于器件偏差，外界环境等影响，造成接收端线圈位于发射端不同线圈框物理中心正上方时，其电参数改变量存在差异，导致坐标计算不准确，因此需要进行系数修正。

现对发射端与接收端具体的对位引导过程进行简述：在无线充电过程中，汽车上接收端需保持在地面发射端上方一定范围内，才能保证高效率充电，接收端置于发射端上方，发射端的阵列线圈框与接收端的对位线圈框相对，发射端的阵列线圈框发送特定频率的激励信号至其上的阵列线圈框，通过检测其上电压等电参数变化来检测金属异物及定位坐标，定位开启时，接收端上的对位线圈框以一特定频率导通(该特定频率用以与金属异物区别)，由于接收端与发射端的线圈框谐振频率相同(距离远需要谐振增加电压变化量)，由于耦合原理，在发射端上的阵列线圈框上会出现电压变化，发射端获取其各个线圈框的电压变化量，每个线圈框对应一个坐标，根据电压变化量进行加权计算(即电压变化大的，其坐标占比大)然后汽车再根据反馈进行位置调整，直至汽车接收端位于充电的合适范围内。

另外，使用本装置中标定线圈框对被标定线圈框进行定位系数修正时，需要尽可能使标定线圈框对被标定线圈框电参数的改变量与汽车接收端定位线圈相同。因此，标定线圈上谐振电容参数可以根据实际情况调整，所述标定线圈的频率可以通过控制器进行扫频得到谐振频率，即发送幅值相同频率不同的PWM波，检测输出电压最大值时为谐振频率。

异物检测功能测试具体包括步骤：

下发异物检测功能测试指令，控制器按预设顺序发送激励信号至标定线圈阵列，使独立的标定线圈框依次导通，并将导通的标定线圈框的框号数据传递给发射端的控制器；

在每个标定线圈框依次导通的过程中，若发射端的控制器上报异物存在于此导通框覆盖区域，则判断此标定线圈框对应的被标定线圈框的异物检测功能正常，若未上报异物或上报异物不在此标定线圈框，则判断为异物检测功能不正常。

活物检测功能测试具体包括步骤：

下发活物检测功能测试指令，使所述活物测试组件按预设沿测试轨道移动，若所述发射端的控制器上报存在活物，则判定活物检测功能正常。

无线充电发射端和接收端为无线充电系统的一部分，无线充电发射端具体包括:逆变模块，发射线圈，辅助功能模块，逆变模块包括PFC电路和逆变电路，PFC电路将电网交流电转为直流电，逆变电路将直流电逆变为交流电，所述发射线圈将能量以交变磁场形式发射。无线充电接收端包括接收线圈和整流电路,接收线圈在交变磁场中感应出交流电,所述整流电路将交流电转化为直流电输出，本发明所提出的测试装置是模拟无线充电接收端，用来测试和校准发射端的各种辅助功能。

需要注意的是，上述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申请的示例性实施方式。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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

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

Claims (10)

1.一种无线充电辅助校准测试装置，其特征在于，包括：

安装平台，所述安装平台的上方或者下方可放置待测试的发射端；

标定线圈阵列，包括多个安装在安装平台上的标定线圈框，与所述发射端的被标定线圈框相对应；

控制器，控制每个标定线圈框单独导通。

2.如权利要求1所述的无线充电辅助校准测试装置，其特征在于，还包括活物测试组件，所述活物测试组件安装在安装平台的测试轨道上，并可沿测试轨道移动。

3.如权利要求2所述的无线充电辅助校准测试装置，其特征在于，所述活物检测组件包括多个检测柱体，间隔设置在测试轨道上，所述测试轨道环绕所述标定线圈阵列设置。

4.如权利要求1所述的无线充电辅助校准测试装置，其特征在于，所述标定线圈框的形状为圆形、正方形或者三角形。

5.如权利要求1所述的无线充电辅助校准测试装置，其特征在于，还包括：设置在安装平台上方和下方的多个连接件，所述连接件用于支撑或者固定所述发射端。

6.如权利要求1所述的无线充电辅助校准测试装置，其特征在于，所述控制器包括：多个电容元件与开关模块，所述电容元件与所述标定线圈框相连形成谐振回路，所述开关模块用于选择导通所述标定线圈阵列的各个标定线圈框。

7.一种无线充电异物检测功能测试方法，其特征在于，使用权利要求2至6任一项所述的无线充电辅助校准测试装置，测试所述发射端的各个辅助功能。

8.如权利要求7所述的无线充电异物检测功能测试方法，其特征在于，测试所述发射端的辅助功能包括步骤：

下发定位校准指令，所述控制器按预设顺序发送特定频率的激励信号至所述标定线圈阵列，使每个所述标定线圈框依次导通，并将导通的标定线圈框的框号数据传递给所述发射端的控制器；

所述发射端的被标定线圈框导通时产生电压变化，所述发射端的控制器采集电压变化的参数，并将电压变化的参数按照预设规则转化为检测值，且每个检测值与被标定线圈框的框号对应；

所述标定线圈框依次导通完毕后，所述发射端的控制器计算所有检测值的平均值，并根据每个导通框检测值与所述平均值的比例关系计算校准系数。

9.如权利要求7所述的无线充电异物检测功能测试方法，其特征在于，测试所述发射端的辅助功能包括步骤：

下发异物检测功能测试指令，所述控制器按预设顺序发送激励信号至标定线圈阵列，使每个所述标定线圈框依次导通，并将导通的标定线圈框的框号数据传递给所述发射端的控制器；

在每个标定线圈框依次导通的过程中，若所述发射端的控制器上报异物存在于导通的所述标定线圈框对应被标定线圈框的覆盖区域，则判断此被标定线圈框的覆盖区域的异物检测功能正常，若未上报异物或上报异物不在此被标定线圈框的覆盖区域，则判断为异物检测功能不正常。

10.如权利要求7所述的无线充电异物检测功能测试方法，其特征在于，测试所述发射端的辅助功能包括步骤：

下发活物检测功能测试指令，使所述活物测试组件按预设沿测试轨道移动，若所述发射端的控制器上报存在活物，则判定活物检测功能正常。

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