一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，尤其涉及一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)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(guó)政府的普遍重視，汽車開(kāi)進(jìn)電動(dòng)時(shí)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(kāi)始關(guān)注電動(dòng)車的未來(lái)發(fā)展，并且在電動(dòng)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(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告預(yù)測(cè)，到2030年全國(guó)電動(dòng)汽車保有量將達(dá)到600萬(wàn)輛。
[0003]現(xiàn)有電動(dòng)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(wú)線充電，也叫無(wú)接觸式充電。有線充電功率較大，取電過(guò)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(shí)，需進(jìn)行隔潮處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)露天充電，有線充電通過(guò)導(dǎo)線與電網(wǎng)連接進(jìn)行充電；同時(shí)充電粧、充電站的修建同傳統(tǒng)加油站類似，受建設(shè)場(chǎng)地制約，建設(shè)成本很大；傳統(tǒng)的無(wú)線充電系統(tǒng)有金屬混入磁場(chǎng)耦合區(qū)時(shí)，由于渦流效應(yīng)金屬會(huì)急劇升溫，存在巨大的安全隱患。
[0004]電動(dòng)汽車的容量是電動(dòng)汽車向前發(fā)展的關(guān)鍵影響因素，但容量過(guò)大時(shí)，電池的體積和重量會(huì)成為電動(dòng)汽車發(fā)展的又一制約因素。無(wú)線充電可以在滿足車主行駛里程的前提下實(shí)現(xiàn)無(wú)人充電和移動(dòng)式充電，通過(guò)頻繁充電來(lái)大幅降低EV本身的電池容量，降低EV購(gòu)置成本。另外，無(wú)線充電使用方便、安全，無(wú)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(wèn)題。
[0005]盡管無(wú)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(shì)，實(shí)際上有很多問(wèn)題亟待解決，其中有兩個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題，分別是電動(dòng)汽車無(wú)線充電時(shí)線圈對(duì)位問(wèn)題以及充電過(guò)程有金屬異物混入磁場(chǎng)耦合區(qū)的安全問(wèn)題。電動(dòng)汽車充電前線圈對(duì)位不準(zhǔn)確會(huì)降低充電效率，偏移過(guò)大直接導(dǎo)致無(wú)法充電。在充電過(guò)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(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)及其方法。該系統(tǒng)采用平衡線圈與信號(hào)調(diào)理模塊以及控制模塊配合，不僅能夠滿足電動(dòng)汽車充電對(duì)位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)金屬異物的檢測(cè)，占據(jù)空間小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0009]發(fā)射線圈，其與停車場(chǎng)地表的無(wú)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(chǎng)；
[0010]接收線圈，其與電動(dòng)汽車底盤的無(wú)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(hào)；
[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(duì)稱結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)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(hào)調(diào)理模塊，其與探頭相連，用于接收探頭的兩個(gè)輸出端輸出的電壓信號(hào)，并分別對(duì)探頭的兩個(gè)輸出端輸出的這兩路信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和峰值保持處理；
[0013]控制模塊，其與信號(hào)調(diào)理模塊相連，用于將接收到的兩路電壓信號(hào)作差，并將獲得的電壓信號(hào)差值與預(yù)設(shè)的電壓閾值相比較，若前者不超過(guò)后者，則電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位成功且電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)中無(wú)金屬異物混入；否則，電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)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(duì)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(hào)調(diào)理模塊包括依次串聯(lián)連接的信號(hào)放大電路、濾波整流電路和峰值保持電路。
[0017]所述信號(hào)放大電路采用四級(jí)放大電路，包括三級(jí)基本放大電路和一級(jí)變壓器放大電路；
[0018]信號(hào)放大電路的最后一級(jí)放大電路的輸出端串接一個(gè)二極管進(jìn)行整流，獲得信號(hào)的正半周期信號(hào)，并輸入至峰值保持電路；
[0019]所述峰值保持電路采用兩級(jí)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(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括:
[0023]步驟(I):連接電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)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(gè)輸出端輸出的電壓信號(hào)差值，并與預(yù)設(shè)的電壓閾值相比較:若前者不超過(guò)后者，則電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位成功且電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)中無(wú)金屬異物混入；否則，電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位失敗或有金屬異物混入。
[0025]在步驟(2)中，當(dāng)探頭的兩個(gè)輸出端輸出的電壓信號(hào)差值超過(guò)預(yù)設(shè)的電壓閾值時(shí)，首先查看是否有金屬異物混入電動(dòng)汽車無(wú)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(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位成功。
[0026]所述檢測(cè)方法還包括，當(dāng)電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位成功后且處于充電過(guò)程中，若探頭的兩個(gè)輸出端輸出的電壓信號(hào)差值超過(guò)預(yù)設(shè)的電壓閾值，則有金屬異物混入電動(dòng)汽車無(wú)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(duì)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(cè)接收線圈與發(fā)射線圈的位置，進(jìn)而判斷出電動(dòng)汽車充電前駛?cè)胫付ǔ潆娢恢?，以及在充電過(guò)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(jiǎn)單，檢測(cè)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(gè)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(duì)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(duì)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(cè)面積小的問(wèn)題，能夠更好的適應(yīng)無(wú)線充電系統(tǒng)對(duì)于金屬異物檢測(cè)的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明的電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)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(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法實(shí)施例；
[0033]圖3是本發(fā)明的電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)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(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位及金屬異物檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0036]發(fā)射線圈，其與停車場(chǎng)地表的無(wú)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(chǎng)；
[0037]接收線圈，其與電動(dòng)汽車底盤的無(wú)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(hào)；
[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(duì)稱結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)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(hào)調(diào)理模塊，其與探頭相連，用于接收探頭的兩個(gè)輸出端輸出的電壓信號(hào)，并分別對(duì)探頭的兩個(gè)輸出端輸出的這兩路信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和峰值保持處理；
[0040]控制模塊，其與信號(hào)調(diào)理模塊相連，用于將接收到的兩路電壓信號(hào)作差，并將獲得的電壓信號(hào)差值與預(yù)設(shè)的電壓閾值相比較，若前者不超過(guò)后者，則電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位成功且電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)中無(wú)金屬異物混入；否則，電動(dòng)汽車無(wú)線充電對(duì)位失敗或有金屬異物混入。
[0041]在圖1中，信號(hào)調(diào)理模塊和控制模塊構(gòu)成了檢測(cè)電路。其中，探頭呈8字形繞法，探頭由兩個(gè)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(duì)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(hào)調(diào)理模塊包括依次串聯(lián)連接的信號(hào)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(hào)放大電路采用四級(jí)放大電路，包括三級(jí)基本放大電路和一級(jí)變壓器放大電路；
[0046]信號(hào)放大電路的最后一級(jí)放大電路的輸出端串接一個(gè)二極管進(jìn)行整流，獲得信號(hào)的正半周期信號(hào)，并輸入至峰值保持電路；
[0047]峰值保持電路采用兩級(jí)電壓跟隨器，用于保持電壓峰值的準(zhǔn)確