一種電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動汽車領(lǐng)域，尤其涉及一種電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車(EV)的零排放和不依賴化石燃料的潛力，得到了世界各國政府的普遍重視，汽車開進(jìn)電動時代。除了政府的補(bǔ)貼和大力支持，相關(guān)的汽車生產(chǎn)廠家也紛紛開始關(guān)注電動車的未來發(fā)展，并且在電動汽車領(lǐng)域不斷投入資金和技術(shù)。據(jù)工業(yè)和信息化部電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告預(yù)測，到2030年全國電動汽車保有量將達(dá)到600萬輛。
[0003]現(xiàn)有電動汽車的充電方式主要包括:一種是有線充電，也叫接觸式充電；一種是無線充電，也叫無接觸式充電。有線充電功率較大，取電過程不靈活，需要反復(fù)拔插充電電纜，易產(chǎn)生機(jī)構(gòu)磨損，導(dǎo)致大電流載體不安全裸露，遇到雨雪天氣時，需進(jìn)行隔潮處理，無法實(shí)現(xiàn)露天充電，有線充電通過導(dǎo)線與電網(wǎng)連接進(jìn)行充電；同時充電粧、充電站的修建同傳統(tǒng)加油站類似，受建設(shè)場地制約，建設(shè)成本很大；傳統(tǒng)的無線充電系統(tǒng)有金屬混入磁場耦合區(qū)時，由于渦流效應(yīng)金屬會急劇升溫，存在巨大的安全隱患。
[0004]電動汽車的容量是電動汽車向前發(fā)展的關(guān)鍵影響因素，但容量過大時，電池的體積和重量會成為電動汽車發(fā)展的又一制約因素。無線充電可以在滿足車主行駛里程的前提下實(shí)現(xiàn)無人充電和移動式充電，通過頻繁充電來大幅降低EV本身的電池容量，降低EV購置成本。另外，無線充電使用方便、安全，無觸電現(xiàn)象，不存在線路老化、尖端放電等因素導(dǎo)致火花等問題。
[0005]盡管無線充電具傳統(tǒng)電源線供電技術(shù)所未有的獨(dú)特優(yōu)勢，實(shí)際上有很多問題亟待解決，其中有兩個比較關(guān)鍵的問題，分別是電動汽車無線充電時線圈對位問題以及充電過程有金屬異物混入磁場耦合區(qū)的安全問題。電動汽車充電前線圈對位不準(zhǔn)確會降低充電效率，偏移過大直接導(dǎo)致無法充電。在充電過程中混入金屬異物，由于渦流效應(yīng)導(dǎo)致金屬急劇升溫，存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)及其方法。該系統(tǒng)采用平衡線圈與信號調(diào)理模塊以及控制模塊配合，不僅能夠滿足電動汽車充電對位的同時實(shí)現(xiàn)金屬異物的檢測，占據(jù)空間小，結(jié)構(gòu)簡單，而且能夠有效地保證充電效率及充電安全。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]—種電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)，包括:
[0009]發(fā)射線圈，其與停車場地表的無線充電發(fā)射裝置的輸出端相連，用于產(chǎn)生固定頻率高頻諧振磁場；
[0010]接收線圈，其與電動汽車底盤的無線電能接收裝置的輸入端相連，所述接收線圈與發(fā)射線圈相互耦合，用于產(chǎn)生感生電壓信號；
[0011]探頭，其敷設(shè)在發(fā)射線圈表面，所述探頭與發(fā)射線圈和接收線圈均相互耦合；所述探頭為軸對稱結(jié)構(gòu)，由兩個大小、匝數(shù)相同且繞向相反的線圈構(gòu)成；所述探頭的邊界與發(fā)射線圈的邊界大小一致；
[0012]信號調(diào)理模塊，其與探頭相連，用于接收探頭的兩個輸出端輸出的電壓信號，并分別對探頭的兩個輸出端輸出的這兩路信號進(jìn)行放大、濾波和峰值保持處理；
[0013]控制模塊，其與信號調(diào)理模塊相連，用于將接收到的兩路電壓信號作差，并將獲得的電壓信號差值與預(yù)設(shè)的電壓閾值相比較，若前者不超過后者，則電動汽車無線充電對位成功且電動汽車無線充電系統(tǒng)中無金屬異物混入；否則，電動汽車無線充電對位失敗或有金屬異物混入。
[0014]所述發(fā)射線圈和接收線圈均為軸對稱結(jié)構(gòu)。
[0015]所述接收線圈的面積小于發(fā)射線圈的面積。
[0016]所述信號調(diào)理模塊包括依次串聯(lián)連接的信號放大電路、濾波整流電路和峰值保持電路。
[0017]所述信號放大電路采用四級放大電路，包括三級基本放大電路和一級變壓器放大電路；
[0018]信號放大電路的最后一級放大電路的輸出端串接一個二極管進(jìn)行整流，獲得信號的正半周期信號，并輸入至峰值保持電路；
[0019]所述峰值保持電路采用兩級電壓跟隨器，用于保持電壓峰值的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。
[0020]所述控制模塊包括A/D轉(zhuǎn)換電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路與控制器相連。
[0021]所述控制模塊還與報(bào)警模塊相連。
[0022]—種電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括:
[0023]步驟(I):連接電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)電路，并預(yù)設(shè)控制模塊中的電壓閾值；
[0024]步驟(2):獲取探頭的兩個輸出端輸出的電壓信號差值，并與預(yù)設(shè)的電壓閾值相比較:若前者不超過后者，則電動汽車無線充電對位成功且電動汽車無線充電系統(tǒng)中無金屬異物混入；否則，電動汽車無線充電對位失敗或有金屬異物混入。
[0025]在步驟(2)中，當(dāng)探頭的兩個輸出端輸出的電壓信號差值超過預(yù)設(shè)的電壓閾值時，首先查看是否有金屬異物混入電動汽車無線充電系統(tǒng)中，若有，則去除金屬異物；否則，調(diào)整接收線圈與發(fā)射線圈的位置，直至電動汽車無線充電對位成功。
[0026]所述檢測方法還包括，當(dāng)電動汽車無線充電對位成功后且處于充電過程中，若探頭的兩個輸出端輸出的電壓信號差值超過預(yù)設(shè)的電壓閾值，則有金屬異物混入電動汽車無線充電系統(tǒng)。
[0027]本發(fā)明的有益效果為:
[0028](I)本發(fā)明的探頭采用軸對稱結(jié)構(gòu)且與發(fā)射線圈的邊界大小一致，并且根據(jù)探頭兩端輸出的電壓差與預(yù)設(shè)電壓閾值相比較，進(jìn)行檢測接收線圈與發(fā)射線圈的位置，進(jìn)而判斷出電動汽車充電前駛?cè)胫付ǔ潆娢恢茫约霸诔潆娺^程中是否有金屬異物混入，使得該系統(tǒng)整體占據(jù)空間小，結(jié)構(gòu)簡單，檢測方法便捷且易于實(shí)施，能夠有效地保證充電效率及充電安全；
[0029](2)本發(fā)明的發(fā)射線圈面積大于接收線圈面積，這樣使得車輛在一個較大的水平自由度范圍內(nèi)都能達(dá)到能量高效傳輸，大大降低了對停車位置準(zhǔn)確性的要求，使充電方式更加便捷；
[0030](3)本發(fā)明探頭、發(fā)射線圈和接收線圈均采用軸對稱結(jié)構(gòu)，這樣克服了傳統(tǒng)平衡線圈占據(jù)空間大、檢測面積小的問題，能夠更好的適應(yīng)無線充電系統(tǒng)對于金屬異物檢測的要求。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明的本發(fā)明的電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)的檢測方法實(shí)施例；
[0033]圖3是本發(fā)明的電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)檢測原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的電動汽車無線充電對位及金屬異物檢測系統(tǒng)，包括:
[0036]發(fā)射線圈，其與停車場地表的無線充電發(fā)射裝置的輸出端相連，用于產(chǎn)生固定頻率高頻諧振磁場；
[0037]接收線圈，其與電動汽車底盤的無線電能接收裝置的輸入端相連，所述接收線圈與發(fā)射線圈相互耦合，用于產(chǎn)生感生電壓信號；
[0038]探頭，其敷設(shè)在發(fā)射線圈表面，所述探頭與發(fā)射線圈和接收線圈均相互耦合；所述探頭為軸對稱結(jié)構(gòu)，由兩個大小、匝數(shù)相同且繞向相反的線圈構(gòu)成；所述探頭的邊界與發(fā)射線圈的邊界大小一致；
[0039]信號調(diào)理模塊，其與探頭相連，用于接收探頭的兩個輸出端輸出的電壓信號，并分別對探頭的兩個輸出端輸出的這兩路信號進(jìn)行放大、濾波和峰值保持處理；
[0040]控制模塊，其與信號調(diào)理模塊相連，用于將接收到的兩路電壓信號作差，并將獲得的電壓信號差值與預(yù)設(shè)的電壓閾值相比較，若前者不超過后者，則電動汽車無線充電對位成功且電動汽車無線充電系統(tǒng)中無金屬異物混入；否則，電動汽車無線充電對位失敗或有金屬異物混入。
[0041]在圖1中，信號調(diào)理模塊和控制模塊構(gòu)成了檢測電路。其中，探頭呈8字形繞法，探頭由兩個大小、匝數(shù)相同且繞向相反的線圈構(gòu)成，這樣能減少寄生電容的雜散電流。
[0042]進(jìn)一步地，發(fā)射線圈和接收線圈均為軸對稱結(jié)構(gòu)。
[0043]進(jìn)一步地，接收線圈的面積小于發(fā)射線圈的面積。
[0044]進(jìn)一步地，信號調(diào)理模塊包括依次串聯(lián)連接的信號放大電路、濾波整流電路和峰值保持電路。
[0045]更進(jìn)一步地，信號放大電路采用四級放大電路，包括三級基本放大電路和一級變壓器放大電路；
[0046]信號放大電路的最后一級放大電路的輸出端串接一個二極管進(jìn)行整流，獲得信號的正半周期信號，并輸入至峰值保持電路；
[0047]峰值保持電路采用兩級電壓跟隨器，用于保持電壓峰值的準(zhǔn)確