CN109808520B - 一种电动汽车无线充电异物与位置检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车无线充电异物与位置检测***及方法，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单元，电动汽车上设置有电动汽车接收单元；充电平台发射单元包括金属屏蔽外壳，电源模块，与电源模块依次连接的功率震荡模块、功率发射线圈，与所述功率震荡模块连接的功率控制电路、发射端通信模块，异物与位置检测模块；电动汽车接收单元包括依次连接的功率接收线圈、整流稳压模块、信息监测与信息调制模块、接收端通信模块、车载电池。该异物与位置检测***能够实现对金属异物的检测并实现坐标定位，以及确定接收线圈相对发射线圈的偏移程度，从而保证电动汽车无线充电***能够进行高效、稳定、安全的能量传输。

Description

一种电动汽车无线充电异物与位置检测方法

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电技术，具体涉及一种电动汽车无线充电异物与位置检测***及方法。

背景技术

近些年，电磁耦合谐振式无线能量传输技术作为一种新兴的无线能量传输技术迅速发展起来，可以实现较远距离、大功率的能量传输，十分适用于电动汽车无线充电，可以在满足车主行驶里程的前提下实现无人充电和移动式充电，通过频繁充电来大幅降低本身的电池容量，降低电动汽车购置成本。另外，无线充电使用方便、安全，无触电现象，不存在线路老化、尖端放电等因素导致火花等问题。未来电动汽车的充电方式将主要以无线充电为主。

尽管无线充电具有传统有线供电技术所未有的独特优势，但实际上有很多问题函待解决，其中有两个比较关键的问题，分别是电动汽车无线充电时线圈对位问题以及充电过程有金属异物混入磁场耦合区的安全问题。电动汽车充电前线圈对位不准确会降低充电效率，偏移过大直接导致无法充电。在充电过程中混入金属异物，由于涡流效应导致金属急剧升温，存在安全隐患。

现有的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，直接对磁场进行测量难度较大，且考虑到温度变化、发射端电流变化以及传输线圈的对齐程度对磁场强度的影响，由金属异物存在带来的影响可能远远小于这些因素对磁场造成的影响。因此，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不高。

发明内容

本发明为了解决上述问题，设计了一种应用于电动汽车无线充电异物与位置检测***，能够实现对金属异物的检测并实现坐标定位，以及确定接收线圈相对发射线圈的偏移程度，从而保证电动汽车无线充电***能够进行高效、稳定、安全的能量传输。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种电动汽车无线充电异物与位置检测***，其特征在于：包括充电平台以及设置在电动汽车上的电动汽车接收单元，充电平台上设置有充电平台发射单元；充电平台发射单元包括金属屏蔽外壳，设置在金属屏蔽外壳内的电源模块，与电源模块依次连接的功率震荡模块、功率发射线圈，与所述功率震荡模块连接的功率控制电路、发射端通信模块，异物与位置检测模块；电动汽车接收单元包括依次连接的功率接收线圈、整流稳压模块、信息监测与信息调制模块、接收端通信模块、车载电池；所述信息监测与信息调制模块用于检测车载电池的实时电量信息，并将信息通过接收端通信模块传递到发射端通信模块，电量不足时进行充电。

在上述的一种电动汽车无线充电异物与位置检测***，所述异物与位置检测模块位于发射线圈表面，包括：

谐振感应电路：采用多个弱耦合谐振线圈排列组合，用于测量耦合电路的谐振频率变化从而判断异物是否存在；

耦合电路：与谐振感应电路通过感性耦合或者容性耦合，用于减少感应电路谐振频率的波动；

检测电路：与电源模块相连接，当检测到磁场耦合区存在金属异物或者传输线圈对位不准时充电平台停止供电。

一种电动汽车无线充电异物与位置检测方法，其特征在于：所述***供电流程包括以下步骤：

步骤1、检测充电平台上是否有车辆存在；如果充电平台上没有车辆，则关闭充电平台；如果检测到有车辆则进行步骤二；

步骤2、向异物与位置检测模块中通入电流来检测外来异物，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设定阈值，则进行步骤三；如果所有线圈上的谐振频率都显示正常时，则进行步骤四；

步骤3、当异物与位置检测模块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设定阈值时，便可判定该检测线圈上存在金属异物，通过给谐振线圈阵列进行编号即可快速实现金属异物的精准定位，然后停止对当前异物与位置检测模块的供电，并向驱动程序发送异物位置消息，以移除充电平台上的异物；

步骤4、检查车载电池的电量状态是否百分之百；如果车载电池的电量状态为百分之百，则停止向充电平台供电；如果车载电池电量不够充足，则进行步骤五；

步骤5、向异物与位置检测模块中通入电流进行车载接收线圈位置检测，在不加入其他电路与元件的情况下，所述异物与位置检测模块通过将接收线圈作为异物检测***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，并通过给谐振线圈阵列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；最后，当电池充满电后，停止电动汽车充电过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、在电动汽车无线充电***进行充电之前实现异物检测，避免磁场耦合区混入金属异物时所造成的安全隐患，并且采用谐振线圈阵列能够实现对金属异物的精准定位；2、在不加入其他电路与元件的情况下，能够同时实现接收线圈位置检测，在耦合线圈完全对准后才开始通电，保证了无线电能传输的高效性。3、通过在充电平台上加一个耦合电路，测量耦合电路的谐振频率来判定是否存在金属异物，提前测量耦合电路的感抗值，从而避免在测量谐振频率时引线电感、电阻对检测的影响，提高了检测的精确度。

附图说明

图1是本发明的整体功能示意图。

图2是本发明的异物与位置检测整体结构示意图。

图3是本发明的弱耦合谐振线圈回路排列组合示意图。

图4是本发明的接收线圈位置偏移检测示意图。

图5是本发明的供电流程图。

具体实施方式

下面结合附图，具体介绍本发明的具体实施方案。

本发明为了解决电动汽车无线充电时线圈对位问题以及金属异物混入磁场耦合区的安全问题，设计了一种电动汽车无线充电异物与位置检测***，能够实现对金属异物的检测并实现坐标定位，以及确定接收线圈相对发射线圈的偏移程度，从而保证电动汽车无线充电***能够进行高效、稳定、安全的能量传输。

如图1所示，为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种电动汽车无线充电异物与位置检测***，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单元1，电动汽车上设置有电动汽车接收单元2；充电平台发射单元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16，与所述功率震荡模块12连接的功率控制电路13、发射端通信模块14，异物与位置检测模块15；电动汽车接收单元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。

所述电源模块11，为功率震荡模块12提供充电电压；所述功率震荡模块12，将从电源模块输入的功率震荡为高频震荡电路；所述功率控制电路13控制功率震荡模块的通断；所述发射端通信模块14实现与接收端通信模块24的通讯；所述功率发射线圈16，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；所述异物与位置检测模块15，用于检测传输通道内部的金属异物存在并实现精准定位，以及确定接收线圈与发射线圈间的偏移程度；所述金属屏蔽外壳采用铝制材料，厚约2mm，电磁屏蔽效果较好。

所述功率接收线圈21，接收功率发射线圈16所发射的能量，且线圈位于电动汽车底部；所述整流稳压模块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；所述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；所述接收端通信模块24，实现与发射端通信模块 14的信息交换；所述车载电池25储存电动汽车用电。

如图2所示，在上述的一种电动汽车无线充电异物与位置检测***中，所述异物与位置检测模块15位于发射线圈表面，由谐振感应电路、耦合电路和检测电路组成，其中谐振感应电路和耦合电路通过感性耦合或者容性耦合，耦合电路的作用是是减少感应电路谐振频率的波动，检测电路与电源模块相连接，当检测到磁场耦合区存在金属异物或者传输线圈对位不准时充电平台停止供电。谐振感应电路采用添加多个弱耦合谐振线圈排列组合，由于金属异物的存在会影响谐振线圈的感抗值，通过测量耦合电路的谐振频率变化即可判断异物存在。

如图3所示，所述异物与位置检测模块15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***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设定阈值时，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。

如图4所示，所述异物与位置检测模块15通过将接收线圈作为异物检测***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。

如图5所示，一种电动汽车无线充电异物与位置检测***供电流程，包括以下步骤：

步骤一、检测充电平台上是否有车辆存在。如果充电平台上没有车辆，则关闭充电平台；如果检测到有车辆则进行步骤二；

步骤二、向异物与位置检测模块15中通入电流来检测外来异物，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设定阈值，则进行步骤三；如果所有线圈上的谐振频率都显示正常时，则进行步骤四；

步骤三、判定该检测线圈上存在金属异物，通过给谐振线圈阵列进行编号即可快速实现金属异物的精准定位，然后停止对当前异物与位置检测模块15的供电，并向驱动程序发送异物位置消息，以移除充电平台上的异物；

步骤四、检查车载电池25的电量状态是否百分之百。如果车载电池的电量状态为百分之百，则停止向充电平台供电；如果车载电池电量不够充足，则进行步骤五；

步骤五、向异物与位置检测模块15中通入电流进行车载接收线圈位置检测，当功率接收线圈21与功率发射线圈16完全重合时，检测电路向充电平台电源模块 11发送信号开始通电，并进行电动汽车无线充电。最后，当电池充满电后，停止电动汽车充电过程。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种电动汽车无线充电异物与位置检测方法，其特征在于：基于一种电动汽车无线充电异物与位置检测***，包括充电平台以及设置在电动汽车上的电动汽车接收单元，充电平台上设置有充电平台发射单元；充电平台发射单元包括金属屏蔽外壳，设置在金属屏蔽外壳内的电源模块，与电源模块依次连接的功率震荡模块、功率发射线圈，与所述功率震荡模块连接的功率控制电路、发射端通信模块，异物与位置检测模块；电动汽车接收单元包括依次连接的功率接收线圈、整流稳压模块、信息监测与信息调制模块、接收端通信模块、车载电池；所述信息监测与信息调制模块用于检测车载电池的实时电量信息，并将信息通过接收端通信模块传递到发射端通信模块，电量不足时进行充电；

所述***供电流程包括以下步骤：

步骤1、检测充电平台上是否有车辆存在；如果充电平台上没有车辆，则关闭充电平台；如果检测到有车辆则进行步骤二；

步骤2、向异物与位置检测模块中通入电流来检测外来异物，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设定阈值，则进行步骤三；如果所有线圈上的谐振频率都显示正常时，则进行步骤四；

步骤3、当异物与位置检测模块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设定阈值时，便可判定该线圈上存在金属异物，通过给谐振线圈阵列进行编号即可快速实现金属异物的精准定位，然后停止对当前异物与位置检测模块的供电，并向驱动程序发送异物位置消息，以移除充电平台上的异物；

步骤4、检查车载电池的电量状态是否百分之百；如果车载电池的电量状态为百分之百，则停止向充电平台供电；如果车载电池电量不够充足，则进行步骤五；

步骤5、向异物与位置检测模块中通入电流进行车载接收线圈位置检测，在不加入其他电路与元件的情况下，所述异物与位置检测模块通过将接收线圈作为异物检测***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，并通过给谐振线圈阵列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；最后，当电池充满电后，停止电动汽车充电过程。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车无线充电异物与位置检测方法，其特征在于：所述异物与位置检测模块位于发射线圈表面，包括：

谐振感应电路：采用多个弱耦合谐振线圈排列组合，用于测量耦合电路的谐振频率变化从而判断异物是否存在；

耦合电路：与谐振感应电路通过感性耦合或者容性耦合，用于减少感应电路谐振频率的波动；

检测电路：与电源模块相连接，当检测到磁场耦合区存在金属异物或者传输线圈对位不准时充电平台停止供电。

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