CN107942144A - 电动汽车无线充电电磁场测量***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车无线充电电磁场测量***及方法,所述电动汽车上设有副边线圈，地面上设有原边线圈，所述原边线圈与电源连接，包括车辆停泊平台、自动测量装置以及控制分析后台，且所述控制分析后台分别与车辆停泊平台和所述自动测量装置相连，所述电动汽车停泊在所述车辆停泊平台上，使所述原边线圈与所述副边线圈相对，所述自动测量装置对设置在电动汽车外部虚拟面上的测量点逐个进行电磁场的测量，通过所述控制分析后台对测量后的数据进行分析与处理。本发明可提供便捷、高效、可靠的电动汽车无线充电***电磁场测量的解决方案，实现了自动测量，节省人力和时间。

Description

电动汽车无线充电电磁场测量***及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电的技术领域，尤其是指一种电动汽车无线充电电磁场测量***及方法。

背景技术

车辆电动化、电网智能化是二十一世纪汽车和电网发展的趋势，电动汽车将成为电网不可分割的一部分。目前，电动汽车从电网中获取电能的途径主要包括慢充方式、快充方式和换电方式三种。从分布情况、适用场合、建设成本、用地成本、运行维护成本及响应调度能力等方面综合考虑，电动汽车仍旧存在环境适应性不强等缺点，从而影响了电动汽车使用过程中的便捷性和安全性。

为了克服上述问题，近年来出现无线充电技术，所谓无线充电技术指一种利用电磁场、电磁波在物理空间中的分布或传播特性，采取非导线直接接触的方式，实现电能由电源侧传递至负载侧的技术。目前，无线充电技术已成为在国内外学术界、工业界乃至民间都备受关注的热点技术。然而，电动汽车的承载对象包括人类及其他生物体，为了保证产品使用过程中的安全性，需要对电磁场的分布特性及其对生物体、植入器件等的影响进行深入细致研究，从而消除使用人员及公众对电动汽车无线充电电磁暴露的疑虑。目前，电动汽车无线充电***对生物体电磁安全评价及电磁场测试方法还在研究阶段，特别是缺少能够自动测量、三维成像显示的电磁场测量***，影响无线充电***电磁场测量效率及准确性。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无线充电***电磁场测量效率及准确性低的问题，从而提供一种电磁场测量效率及准确性高的电动汽车无线充电电磁场测量***及方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种电动汽车无线充电电磁场测量***，所述电动汽车上设有副边线圈，地面上设有原边线圈，所述原边线圈与电源连接，包括车辆停泊平台、自动测量装置以及控制分析后台，且所述控制分析后台分别与车辆停泊平台和所述自动测量装置相连，所述电动汽车停泊在所述车辆停泊平台上，使所述原边线圈与所述副边线圈相对，所述自动测量装置对设置在电动汽车外部虚拟面上的测量点逐个进行电磁场的测量，通过所述控制分析后台对测量后的数据进行分析与处理。

在本发明的一个实施例中，所述车辆停泊平台包括停泊所述电动汽车的车辆支撑装置、原边线圈支撑装置以及与所述控制分析后台相连的第一移动机构，其中所述原边线圈位于所述原边线圈支撑装置上，所述第一移动机构分别与所述车辆支撑装置以及所述原边线圈支撑装置相连。

在本发明的一个实施例中，所述自动测量装置包括探头、场强测量装置、温湿度环境测量装置、测距装置、拍摄装置以及与所述控制分析后台相连的第二移动机构，且所述第二移动机构分别与所述探头以及所述测距装置相连。

在本发明的一个实施例中，所述探头是低频场强探头，且位于探头支撑机构上。

在本发明的一个实施例中，所述控制分析后台包括前台控制模块、数据处理模块以及结果显示模块，其中所述前台控制模块分别与所述车辆停泊平台和所述自动测量装置连接，包括控制软件、程序控制装置及连接端口；所述数据处理模块与所述自动测量装置连接，包括连接端口、数据采集装置、数据分析软件、限值标准库；所述结果显示模块包括数据显示软件、显示器、报告自动生成装置。

本发明还提供了一种电动汽车无线充电电磁场测量方法，利用上述任意一个电动汽车无线充电电磁场测量***对所述电动汽车无线充电的电磁场进行测量，步骤如下：步骤S1：停泊所述电动汽车，使位于所述电动汽车上的副边线圈与设置在地面上的原边线圈相对；步骤S2：在不同状态下的电动汽车外部设置多个虚拟面，根据所述虚拟面布置测量路径以及测量点；步骤S3：沿所述测量路径逐个测量所述测量点的电磁场，并对测量得到的电磁场的数据进行分析和处理。

在本发明的一个实施例中，所述不同状态包括所述电动汽车在不同载荷状态、所述原边线圈与所述副边线圈之间水平距离变化时的状态以及所述电动汽车无线充电***的不同充电功率、不同工作频率的状态。

在本发明的一个实施例中，所述电动汽车在无载荷情况下，所述原边线圈与所述副边线圈之间的机械气隙变化量的初始值为零，所述原边线圈与所述副边线圈的中心重合时，所述原边线圈与所述副边线圈之间偏移量的初始值也为零。

在本发明的一个实施例中，沿所述测量路径逐个测量所述测量点的电磁场后，将所述虚拟面上测得的电磁场最大值与限值作比较，判断电磁场是否超标及超标的位置、程度。

在本发明的一个实施例中，在所述电动汽车外部设置虚拟面的方法为：选取分别与所述原边线圈和所述副边线圈距离最近的位于所述电动汽车的两个侧面作为虚拟面，且所述虚拟面与所述电动汽车的车体表面之间的距离在设定范围内。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的电动汽车无线充电电磁场测量***及方法，为电动汽车无线充电***的电磁场测量提供便捷、高效、可靠的解决方案，不但实现了自动测量，而且节省人力和时间；同时通过机械控制，从而准确规范地确定测量点位置，不受人为失误影响；另外将测量后的数据与限值进行比较，以三维图像结果显示，从而更为直观地表示测量结果水平、超标程度及位置，便于对电磁场进行分析评价。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述电动汽车的俯视图；

图2是本发明所述车辆停泊平台上的部分示意图；

图3是本发明所述电动汽车无线充电电磁场测量***组成示意图；

图4是本发明所述电动汽车无线充电电磁场测量方法流程图。

具体实施方式

实施例一：

如图1和图2以及图3所示，本实施例提供一种电动汽车无线充电电磁场测量***，所述电动汽车10上设有副边线圈11，地面上设有原边线圈12，所述原边线圈12与电源连接，包括车辆停泊平台20、自动测量装置30以及控制分析后台40，且所述控制分析后台40分别与车辆停泊平台20和所述自动测量装置30相连，所述电动汽车停泊在所述车辆停泊平台20上，使所述原边线圈12与所述副边线圈11相对，所述自动测量装置30对设置在电动汽车外部虚拟面上的测量点逐个进行电磁场的测量，通过所述控制分析后台40对测量后的数据进行分析与处理。

本实施例所述电动汽车无线充电电磁场测量***，所述电动汽车10上设有副边线圈11，地面上设有原边线圈12，所述原边线圈12与电源连接，包括车辆停泊平台20、自动测量装置30以及控制分析后台40，且所述控制分析后台40分别与车辆停泊平台20和所述自动测量装置30相连。所述电动汽车10停泊在所述车辆停泊平台20上，从而有利于控制所述原边线圈12与所述副边线圈11之间的距离，使所述原边线圈12与所述副边线圈11相对，有利于磁场的正常传输。具体地，需要保证所述原边线圈12与所述副边线圈11之间的最大偏移在指定范围内，从而才能保证磁场的正常传输。所述自动测量装置30对设置在所述电动汽车10外部虚拟面上的测量点逐个进行电磁场的测量，避免了人为操作，不但节省人力和时间，而且能够准确规范地确定测量点位置，由于不受人为失误影响，通过所述控制分析后台40对测量后的数据进行分析与处理，不但便捷、高效、可靠，而且满足了电动汽车无线充电对生物体电磁安全评价的需要。

所述车辆停泊平台20包括停泊所述电动汽车10轮胎的车辆支撑装置21、原边线圈支撑装置22以及与所述控制分析后台40相连的第一移动机构23，其中所述原边线圈12位于所述原边线圈支撑装置22上，所述第一移动机构23分别与所述车辆支撑装置21以及所述原边线圈支撑装置22相连，所述车辆支撑装置21为非金属材料，通过所述第一移动机构23可以控制所述车辆支撑装置21的间隔距离和高度，以适应不同车辆，本发明中，所述车辆支撑装置21可以是弹性元件，如弹簧；所述原边线圈支撑装置22为非金属材料，通过所述第一移动机构23可以控制所述原边线圈支撑装置22的水平偏移距离和高度；所述第一移动机构23与所述控制分析后台40相连，从而有利于通过所述控制分析后台40控制所述第一移动机构23的运动。

所述自动测量装置30包括探头31、场强测量装置32、温湿度环境测量装置33、测距装置34、拍摄装置35以及第二移动机构36。由于无线充电***的工作频率较低，因此所述探头31是低频场强探头，且位于探头支撑机构37上，所述探头31随所述探头支撑机构37移动，使所述探头沿着所述测量点路径进行逐点测量；所述场强测量装置32用于测量所述副边线圈11与所述原边线圈12之间产生的电磁场；由于温湿度对场强测量会有影响，因此通过所述温湿度环境测量装置33可以测量该环境下的温度以及湿度；所述测距装置34用于测量虚拟面至所述车辆外廓最突出部分之间的距离；所述拍摄装置35用于拍照和摄像，在测量过程中全程摄像，根据设置的节点自动拍照；所述第二移动机构36与所述控制分析后台40相连，通过所述控制分析后台40控制所述第二移动机构36的运动；所述第二移动机构36与所述探头31相连，通过所述第二移动机构36的运动控制所述探头31的移动，所述第二移动机构35与所述测距装置34相连，通过所述第二移动机构36的运动控制所述测距装置34的移动。

本发明中，所述探头31为三轴各向同性，直径不大于13cm。所述探头支撑机构37为非金属性材料，可依据所述测距装置32和测量点设置调整所述探头31的高度和与被测物的距离。所述探头31距离所述第二移动机构36至少1.5m。所述场强测量装置32覆盖无线充电***，其工作频率85kHz，频率分辨率不大于250Hz。

所述控制分析后台40包括前台控制模块41、数据处理模块42以及结果显示模块43，其中所述前台控制模块41可设置所述车辆支撑装置21的间隔距离和高度、所述原边线圈支撑装置22的水平偏移距离和高度，以及所述探头支撑机构37的探头高度和其与被测物的距离、所述场强测量装置32的测量频率以及所述拍摄装置35的拍照节点；通过所述前台控制模块41的软件程序，设置车辆内外部或非车载功率组件表面测量点布置位置、测量路径以及拍照节点；通过所述数据处理模块42可采集所述自动测量装置30传输来的场强测量数据、温湿度环境数据、拍摄数据。所述前台控制模块41分别与所述车辆停泊平台20和所述自动测量装置30连接，具体地，通过所述前台控制模块41与所述车辆停泊平台20的连接有利于控制所述车辆支撑装置21以及所述原边线圈支撑装置22的移动，通过所述前台控制模块41与所述自动测量装置30的连接实现数据之间的相互传输；所述前台控制模块41包括控制软件、程序控制装置及连接端口；所述数据处理模块42与所述自动测量装置30连接，所述数据处理模块42包括连接端口、数据采集装置、数据分析软件、限值标准库；所述结果显示模块43包括数据显示软件、显示器、报告自动生成装置。

实施例二：

如图4所示，本实施例提供一种电动汽车无线充电电磁场测量方法，利用实施例一所述电动汽车无线充电电磁场测量***对所述电动汽车无线充电的电磁场进行测量，步骤如下：步骤S1：停泊所述电动汽车10，使位于所述电动汽车10上的副边线圈11与设置在地面上的原边线圈12相对；步骤S2：在不同状态下的电动汽车10外部设置多个虚拟面，根据所述虚拟面布置测量路径以及测量点；步骤S3：沿所述测量路径逐个测量所述测量点的电磁场，并对测量得到的电磁场的数据进行分析和处理。

本实施例所述电动汽车无线充电电磁场测量方法，所述步骤S1中，停泊所述电动汽车10，从而有利于控制所述原边线圈12与所述副边线圈11之间的距离，使位于所述电动汽车10上的副边线圈11与设置在地面上的原边线圈12相对，有利于磁场的正常传输；所述步骤S2中，在不同状态下的电动汽车10外部设置多个虚拟面，根据所述虚拟面布置测量路径以及测量点，可以避免人为操作，不但节省人力和时间，而且能够准确规范地确定测量点位置；所述步骤S3中，沿所述测量路径逐个测量所述测量点的电磁场，并对测量得到的电磁场的数据进行分析和处理，由于不受人为失误影响，***自动对测量后的数据进行分析与处理，不但便捷、高效、可靠，而且满足了电动汽车无线充电对生物体电磁安全评价的需要。

所述步骤S1中，所述电动汽车10上的副边线圈11与设置在地面上的原边线圈12相对时，需要保证所述原边线圈12与所述副边线圈11之间的最大偏移在指定范围内，从而能保证磁场的正常传输。

所述步骤S2中，为了判断所述虚拟面上的电磁场是否超标，则需要对所述电动汽车10在不同状态下的所有虚拟面上的电磁场进行测量，包括所述电动汽车10在不同载荷状态下电磁场的测量、所述原边线圈12与所述副边线圈11之间水平距离变化时电磁场的测量以及所述电动汽车无线充电***的不同充电功率、不同工作频率的状态，其中不同载荷状态下电磁场的测量也就是机械气隙变化量下电磁场的测量，即对所述原边线圈12与所述副边线圈11之间垂直距离变化时电磁场的测量。

对不同状态下的电动汽车外部设置多个虚拟面上的测量点进行测量时，首先测量所述原边线圈12和所述副边线圈11的初始偏移量及机械气隙变化量均为零时，所述虚拟面上各个点的电磁场。具体地，所述电动汽车10在无载荷的情况，所述原边线圈12与所述副边线圈11之间的机械气隙变化量的初始值为零；所述原边线圈12与所述副边线圈11的中心重合时，所述原边线圈12与所述副边线圈11之间偏移量的初始值也为零，测量所述电动汽车在此状态下所述虚拟面上各个点的电磁场；然后调整所述原边线圈12与所述副边线圈11之间的偏移量以及机械气隙变化量，继续在所述车辆外部设置多个虚拟面，根据所述虚拟面布置测量路径以及测量点，沿所述测量路径逐个测量所述测量点的电磁场，最后将所述虚拟面上测得的电磁场最大值与限值作比较，判断电磁场是否超标及超标的位置、程度。

所述步骤S3中，在所述电动汽车外部设置虚拟面的方法为：选取分别与所述原边线圈12和所述副边线圈11距离最近的位于所述电动汽车10的两个侧面作为虚拟面，且所述虚拟面与所述电动汽车10的车体表面之间的距离在设定范围内。

下面举例对本发明作进一步详细的说明：

某电动汽车10，其中所述电动汽车10的车辆外廓尺寸为4m×1.5m×1.5m，其无线充电***额定功率为7kW，工作频率为85kHz，所述原边线圈12尺寸为：30cm×30cm×6cm，所述副边线圈11尺寸为：20cm×20cm×6cm，所述原边线圈12和所述副边线圈11之间的机械气隙为130±30mm，所述副边线圈11离所述车辆支撑装置21上表面的距离为17cm，其中偏移范围在行驶方向(X方向)为±75mm，在行驶方向的横向(Y方向)±100mm，所述副边线圈11安装在车辆后底部、与车辆左右侧距离相等、中心点距离车辆尾部20cm，带有非车载功率组件放置在地面。由于被测车辆轮胎左右间距为1.5m，通过所述前台控制模块41的软件程序，控制所述第一移动机构23的运动，使所述车辆支撑装置21的间隔设置为1.5m，考虑到所述原边线圈12下方35cm内不应存在金属，所述副边线圈11下表面离地高度至少为13+3+6+35＝57cm，而所述副边线圈11下表面离所述车辆支撑装置21的上表面为17cm，则所述车辆支撑装置21的高度至少为57-17＝40cm，设置为50cm。

所述电动汽车的轮胎停泊在所述车辆支撑装置21上后，通过所述前台控制模块41的软件程序，控制所述第一移动机构23运动，将所述车辆支撑装置21设置至适当宽度和足够高度，使车辆停泊在所述车辆支撑装置21上，将所述原边线圈支撑装置22设置至所述原边线圈12和所述副边线圈11的初始偏移量及机械气隙变化量，即将所述原边线圈12和所述副边线圈11的偏移量及机械气隙变化量均设置为0，高度设置为机械气隙的标准值13cm，此时所述原边线圈12下表面离地高度为50+17-13-6＝48cm。无线充电***正常工作在额定功率，其他无关电器关闭，启动所述温湿度测量装置33及所述拍摄装置35，通过所述温湿度测量装置33测得环境温度为25℃，相对湿度为60％，大气压为101kPa。

选取距离所述原边线圈12和所述副边线圈11最近的车辆左侧和车辆后侧分别作为虚拟面，其中所述原边线圈12中心点坐标为(0,0)，X轴为车头方向，Y轴在水平面上与X轴垂直，Z轴垂直于水平面，通过所述测距装置34测量所述虚拟面至所述车体表面的距离，使其为20cm，通过所述前台控制模块41的软件程序，根据所述虚拟面设置测量路径以及测量点。对于车辆左侧虚拟面，X轴和Z轴方向上布置测量点，每个方向上的测量步长均为2cm，X轴范围为+30cm至-30cm，Z轴范围为-20cm至70cm。对于车辆后侧虚拟面，Y轴和Z轴方向上布置测量点，每个方向上的测量步长均为2cm，Y轴范围为+30cm至-30cm，Z轴范围为-20cm至70cm。通过所述前台控制模块41的软件程序，控制所述第二移动机构36运动，带动所述探头支撑机构37的运动，使得所述探头31沿着测量点路径进行逐点测量，且对每一虚拟面，扫描测量的路径沿着每一测量点，按照先垂直后水平的顺序进行自动测量，将测量得到的电磁场数据从所述自动测量装置30传送到所述数据采集装置。

继续通过所述前台控制模块41的软件程序，控制所述第一移动机构23，将所述原边线圈支撑装置21设置至所述原边线圈12和所述副边线圈11的其它偏移量及机械气隙变化量(本实施例中，对于不同偏移量和机械气隙变化量，所述虚拟面不变)，然后利用上述同样的方法对所述虚拟面上的测量点进行测量，其中所述偏移量及机械气隙变化量组合至少包括：

dx＝0mm，dy＝0mm，dz＝0mm；

dx＝+75mm，dy＝0mm，dz＝0mm；

dx＝-75mm，dy＝0mm，dz＝0mm；

dx＝0mm，dy＝+100mm，dz＝0mm；

dx＝0mm，dy＝-100mm，dz＝0mm；

dx＝-75mm，dy＝-100mm，dz＝+30mm；

dx＝-75mm，dy＝-100mm，dz＝-30mm。

测量完成后，将测量得到的电磁场数据从所述自动测量装置30传送到所述数据采集装置，通过所述数据分析软件进行筛选，得到车辆外部电磁场水平分布以及电磁场最大值。在所述控制分析后台40中，从限值标准库选取ICNIRP导则(2010)国际标准，频率为85kHz时，磁场限值为21A/m，电场限值为83V/m。最终得到测量的结果为：在车辆后侧虚拟面上的电磁场水平最高；车辆支撑装置上表面以上7.5cm高度处，所述原边线圈12与所述副边线圈11对齐时，磁场最大值为3.07A/m，电场最大值为2.37V/m，最大偏移量时，磁场最大值为4.87A/m，电场最大值为3.64V/m。通过所述数据分析软件，将所有虚拟面上测得的电磁场最大值与限值进行比较，电磁场最大值均低于所述ICNIRP导则(2010)中的相应限值，表明电磁场水平没有超标；最后通过所述结果显示软件，在显示器上展示表格、三维图像等形式的数据结果，并结合环境条件、现场照片、测量点布置等信息，自动生成测量结果报告。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电动汽车无线充电电磁场测量***，所述电动汽车上设有副边线圈，地面上设有原边线圈，所述原边线圈与电源连接，其特征在于：包括车辆停泊平台、自动测量装置以及控制分析后台，且所述控制分析后台分别与车辆停泊平台和所述自动测量装置相连，所述电动汽车停泊在所述车辆停泊平台上，使所述原边线圈与所述副边线圈相对，所述自动测量装置对设置在电动汽车外部虚拟面上的测量点逐个进行电磁场的测量，通过所述控制分析后台对测量后的数据进行分析与处理。

2.根据权利要求1所述电动汽车无线充电电磁场测量***，其特征在于：所述车辆停泊平台包括停泊所述电动汽车的车辆支撑装置、原边线圈支撑装置以及与所述控制分析后台相连的第一移动机构，其中所述原边线圈位于所述原边线圈支撑装置上，所述第一移动机构分别与所述车辆支撑装置以及所述原边线圈支撑装置相连。

3.根据权利要求1所述电动汽车无线充电电磁场测量***，其特征在于：所述自动测量装置包括探头、场强测量装置、温湿度环境测量装置、测距装置、拍摄装置以及与所述控制分析后台相连的第二移动机构，且所述第二移动机构分别与所述探头以及所述测距装置相连。

4.根据权利要求3所述电动汽车无线充电电磁场测量***，其特征在于：所述探头是低频场强探头，且位于探头支撑机构上。

5.根据权利要求1所述电动汽车无线充电电磁场测量***，其特征在于：所述控制分析后台包括前台控制模块、数据处理模块以及结果显示模块，其中所述前台控制模块分别与所述车辆停泊平台和所述自动测量装置连接，包括控制软件、程序控制装置及连接端口；所述数据处理模块与所述自动测量装置连接，包括连接端口、数据采集装置、数据分析软件、限值标准库；所述结果显示模块包括数据显示软件、显示器、报告自动生成装置。

6.一种电动汽车无线充电电磁场测量方法，利用所述权利要求1-5中任意一个电动汽车无线充电电磁场测量***对所述电动汽车无线充电的电磁场进行测量，其特征在于，步骤如下：

步骤S1：停泊所述电动汽车，使位于所述电动汽车上的副边线圈与设置在地面上的原边线圈相对；

步骤S2：在不同状态下的电动汽车外部设置多个虚拟面，根据所述虚拟面布置测量路径以及测量点；

步骤S3：沿所述测量路径逐个测量所述测量点的电磁场，并对测量得到的电磁场的数据进行分析和处理。

7.根据权利要求6所述电动汽车无线充电电磁场测量方法，其特征在于：所述不同状态包括所述电动汽车在不同载荷状态、所述原边线圈与所述副边线圈之间水平距离变化时的状态以及所述电动汽车无线充电***的不同充电功率、不同工作频率的状态。

8.根据权利要求7所述电动汽车无线充电电磁场测量方法，其特征在于：所述电动汽车在无载荷情况下，所述原边线圈与所述副边线圈之间的机械气隙变化量的初始值为零，所述原边线圈与所述副边线圈的中心重合时，所述原边线圈与所述副边线圈之间偏移量的初始值也为零。

9.根据权利要求6所述电动汽车无线充电电磁场测量方法，其特征在于：沿所述测量路径逐个测量所述测量点的电磁场后，将所述虚拟面上测得的电磁场最大值与限值作比较，判断电磁场是否超标及超标的位置、程度。

10.根据权利要求6所述电动汽车无线充电电磁场测量方法，其特征在于：在所述电动汽车外部设置虚拟面的方法为：选取分别与所述原边线圈和所述副边线圈距离最近的位于所述电动汽车的两个侧面作为虚拟面，且所述虚拟面与所述电动汽车的车体表面之间的距离在设定范围内。