提升无线充电异物检测系统灵敏度的高阶复合谐振拓扑

针对无线充电系统中金属异物的检测需要,提出一种提升异物检测系统检测灵敏度的高阶复合谐振拓扑,解决了传统检测线圈边缘区域检测灵敏度低及存在检测盲区等问题。首先建立金属异物与检测线圈的互感耦合模型,阐释谐振拓扑对检测线圈阻抗变化的放大作用;其次在合理设计参数下分析复合谐振拓扑对检测灵敏度提升的可行性;然后根据谐振拓扑对线圈阻抗变化的放大特性设计一种高阶复合谐振拓扑,并对该拓扑结构中各器件参数进行优化;最后对所提出的高阶复合谐振拓扑的检测灵敏度及其具体实现电路进行实验验证。实验结果表明,针对检测线圈边角位置处的金属异物和曲别针等小尺寸异物,系统检测灵敏度可达62.31%和119.23%。在金属异物对检测线圈阻抗影响的微小变化下,所提出的高阶复合谐振拓扑具有足够高的检测灵敏度并可以完全消除检测盲区。     

基于阻抗检测的多路自动调谐式无线充电金属检测系统

针对大功率磁感应式无线充电系统所产生的高频高强度电磁场能快速加热置于其中的金属异物以致发生危险的情况,提出一种金属检测系统,能快速准确地检测金属异物有无且不受功率磁场的干扰。首先,通过分析金属异物对线圈阻抗特性的影响,提出一种基于检测线圈阻抗变化的金属检测方法。提出并联谐振电路,将检测线圈阻抗变化放大映射到谐振电路输出电压变化,并通过理论计算获得检测电路的最优激励频率。接着,提出与无线充电线圈磁解耦的双极性检测线圈,能消除功率磁场的磁耦合干扰,同时其阻抗能较好反映金属介入情况。然后,提出多路自动调谐的控制方法,提高检测准确性和反应速度。最后,通过实验验证系统功能,结果表明该系统可检测到金属硬币的介入。     

含金属异物的无线充电系统场域等效建模分析

无线充电系统中,电能传输遵循发射线圈和接收线圈之间的磁耦合关系。当发射线圈和接收线圈之间存在金属异物时,异物的涡流或聚磁效应将会影响无线充电系统的传输性能与运行稳定性,严重时还会危害充电安全。为了厘清不同材质金属异物对无线充电系统性能的影响机理,有效分析异物的影响规律,迫切需要一种精确的金属异物建模方法,提高金属异物的检测精度。为此,文中计及金属的材质、位置、等效面积等关键因素,提出一种金属异物场域等效建模方法,通过构造金属异物影响下的无线充电系统耦合方程,对比得到异物引入前后发射线圈电流和接收线圈电流间的相位差表达式。在此基础上,进一步提出了铁磁性金属与非铁磁性金属的等效线圈模型及其参数配置方法,可精确得到金属异物介入条件下的电流相位差值。最终通过仿真与实验验证了建模方法的准确性与有效性,为无线充电系统中引入金属异物的特性分析与在线检测提供了一种新思路。     

基于阻抗变化的主动式无线充电系统金属异物检测方案

金属异物混入无线充电系统中时,不仅会影响系统的传输效率,严重时甚至会导致火灾等安全事故的发生。文中提出了一种基于阻抗变化的主动式金属异物检测方案,通过在无线电能传输系统发射线圈表面添加一层检测线圈阵列并给检测线圈施加激励源,解决了被动式检测方案无法实现掉电情况下检测的难题;对检测线圈的结构进行设计,与传统的检测线圈方案进行了对比,解决了传统检测方案的检测盲区问题;对检测线圈回路的谐振频率选取原则进行了探讨,选取偏离谐振点的频率,提高了检测灵敏度。通过搭建有限元仿真模型,研究了检测线圈方案对不同类型金属异物的检测效果。实验结果表明,不同类型金属异物混入无线电能传输系统中时,所设计的检测方案能有效地检测出金属异物的存在。     

电动汽车移动无线充电系统研究与应用

为了解决电动汽车充电难和充电安全的问题,提出了一种电动汽车路段式移动无线充电系统.介绍了该系统的组成、工作原理及其充电过程.在充电路段地下埋设间隔设置的能量发射线圈,能量发射线圈连接地面供电电 路,地面供电电路连接一个地面控制单元.通过在至少两个能量发射线圈间设置一个车体检测装置,在车辆底盘布置磁道钉的方式,当电动汽车行驶至车体检测装置上面的路面时,地面控制单元控制车辆行驶过的一个能量发射线圈与 地面供电电路之间的连接断开,有效避免充电线圈空载的现象,提高了充电效率,避免了能源浪费.此无线充电系统 已在实际工程铺设的百米路段中得以验证,实现了电动汽车在运营线路上的在线补电.     

两线圈串联电动汽车动态无线充电系统研究

从经济和空间角度考虑,电动汽车EV（electric vehicle）同时装设匹配静态和动态无线充电方式的接收单元是不理想的。为此,参考EV静态无线充电标准,设计了两发射线圈同向串联EV动态无线充电系统,使其接收单元能同时满足动态和静态无线充电需求。首先,分析了收发线圈的水平偏移特性和互感电路模型,并根据分析结果确定了单发射线圈组切换以及两发射线圈串联的方式,根据两发射线圈串联的三维磁通图确定了两个发射子线圈的通电方向为同向通电;然后,对单发射线圈组切换系统以及两发射线圈串联系统进行了有限元仿真,验证了两个发射线圈串联的互补作用以及同向通电方式的优越性;最后,参考EV静态无线充电标准搭建了实验平台,并完成了静态和动态的无线充电实验。     

互操作电动汽车无线充电系统设计方法

电动汽车无线充电的互操作性是指同一发射端可以匹配不同离地间隙、不同充电功率等级的电动汽车接收端进行安全高效的无线充电。国家标准对电动汽车无线充电的互操作性给出了解释和示范,但如何在不同间隙级别、不同功率等级和不同偏移位置下均实现最优的功率传输效率,是互操作设计的一个难题。针对双边LCC电动汽车无线充电系统,以电动汽车无线充电系统标准GB/T38755.1为参考,提出一个满足工程应用需求的互操作无线充电系统优化设计方法。在满足电感量要求下,优化发射线圈表面磁场辐射的均匀度,以效率为目标优化不同间隙与不同功率等级的接收线圈及其补偿参数。制作了一个满足互操作性的11 kW发射线圈与9个不同充电气隙和功率等级的接收线圈,对设计方法进行了实验验证。     

基于阻抗特性的电动汽车无线充电系统异物检测方法

针对无线充电系统中金属及生物体异物的检测问题,本文围绕线圈阻抗的变化特性进行分析,利用在高频下金属物体对线圈磁场分布的影响以及生物体对线圈杂散参数的影响,提出了一种基于阻抗特性的异物检测方法。本文详细分析了不同类型异物引起的检测线圈阻抗变化特性,并通过大量实验数据进行了验证,在此基础上总结了不同类型和尺寸的异物对应的线圈阻抗变化规律。本文所提的异物检测方法能够区分异物的类型和尺寸,使无线充电系统能够采取更优化的处理异物的措施,具有成本低、效果好、稳定可靠等优点。     

谐振式无线电能传输系统中检测电路的设计

针对磁耦合谐振式无线电能传输(WPT)系统中初、次级线圈之间位置和距离的改变,或者线圈区域内存在金属异物等情况,分析了系统参数的变化会造成谐振频率的偏移、损耗功率变大、发射线圈温度上升等影响,设计了初级设备的交变信号、发射电路电压、电流及发射线圈的温度等检测电路,并通过发送一组脉冲信号对负载进行判断,混入不同的硬币作为金属异物测试.实验结果表明,微控制器单元(MCU)能实时检测交变信号、发射电流、电压及发射线圈温度的变化,优化和改善WPT的工作参数,使系统工作在最优状态.     

基于BP神经网络的线圈定位技术研究

随着人类社会电动汽车普及化程度的提高,电动汽车无线充电作为一种更为方便快捷的充电方式也逐渐投入使用。电动汽车无线充电过程中发射线圈与接收线圈的对准与否直接关系着充电功率与充电效率,本文提出了一种基于BP神经网络的接收线圈定位技术,通过建立以探测线圈感应电压为输入层、接收线圈二维坐标为输出层的神经网络实现定位功能,并通过仿真和实验验证了所提出的定位方法。该技术有助于指引驾驶员或自动驾驶系统驾驶车辆对准发射线圈,对电动汽车无线充电技术的发展与推广应用具有积极意义。     

电动汽车无线充电系统研究综述

电动汽车在未来有着良好的应用前景,而电动汽车无线充电技术可以有效解决传统有线充电带来的不方便、不灵活、易漏电等不足,已经有了较大发展并逐渐开始应用。目前对于电动汽车无线充电技术的研究主要集中在电路-磁路设计、最优功率传输、效率优化等方面,同时在磁路互操作性分析、异物检测、电磁屏蔽、电能与信号同步传输、动态无线充电路径导引等方面也取得了较大进展。文章主要就目前国内外在电动汽车无线充电系统的电路-磁路设计领域进行分析与总结。在电路设计和应用上,首先介绍了几种常用高频逆变器电路拓扑,并对其进行对比;其次就目前几种较为常用的谐振补偿拓扑的补偿方式及特性进行了总结;在磁路设计和应用上,对国内外提出的一些典型磁路进行总结与对比,最后对电动汽车无线充电未来的发展前景进行展望。     

基于三参数表征电动汽车无线充电系统互操作性评价方法研究

针对电动汽车无线充电系统多方面差异,导致不同地面发射端与车辆接收端之间难以实现互联互通、汽车充电效率低下、严重时存在安全隐患等问题,该文提出一种基于三参数判别电动汽车无线充电系统互操作性的方法。利用车辆端回路失谐因子ξ、互操作性特征阻抗δ、地面端阻抗实部Re(ZGA)表征不同补偿网络及耦合线圈的参数变化对系统互操作性的影响,通过判断系统是否满足三参数的判别条件,对电动汽车无线充电系统的互操作性进行评价,并通过仿真及实验验证理论的正确性。该方法对电动汽车无线充电互操作性评价具有指导作用。     

金属异物对电动汽车无线充电系统影响分析

针对电动汽车在无线充电过程中可能混入金属异物的情况,本文分析了金属异物置于无线充电系统能量传输区域时对无线充电系统参数及效率的影响情况。研究中使用有限元仿真软件建立了电动汽车无线充电系统平面盘式螺旋线圈3D电磁场仿真模型,通过理论分析和有限元仿真结合的方式研究了不同尺寸、不同材质的金属异物对无线能量传输系统的电磁场参数以及效率的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,两种金属混入系统会产生涡流效应和磁效应,磁效应和涡流效应会对无线充电系统参数产生不同的影响,降低系统效率;其影响大小与金属的尺寸和位置密切相关;此外,金属的涡流效应会产生涡流损耗并导致温升,对充电系统是极大的安全隐患。     

基于双边LCC拓扑结构的无线充电系统集成线圈设计研究

双边LCC拓扑结构为电动汽车无线充电提供了一种高效的补偿方法,然而两个补偿线圈占据了很大的体积。为了解决电动汽车无线充电系统体积增大问题以及提高系统传输效率,文中提出了一种新型集成线圈的方法,将双极性补偿线圈集成到单极性主线圈中,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,通过优化补偿线圈的长宽比来消除系统中的多余耦合系数,从而提高系统的传输效率。通过实验结果表明,采用该集成线圈方法的无线充电系统受两侧线圈的水平或垂直方向偏移的影响较小,此时系统传输效率较高。     

电动汽车无线充电系统辐射及屏蔽问题研究

电动汽车无线充电技术因为具有便捷、智能等优势越来越受到关注,但其辐射过高等安全性问题仍有待解决。为研究电动汽车无线充电系统工作时辐射的分布及屏蔽问题,首先推导了串串型无线充电系统输出功率表达式,以及发射线圈和接收线圈电流的表达式,并通过MATLAB编程计算了在特定功率下发射线圈和接收线圈电流值。其次通过MATLAB/Simulink搭建上述无线充电系统模型,并得到发射线圈和接收线圈的电流仿真值,验证理论结果的正确性;以上述电流值修正结果为激励,搭建ANSYS Maxwell模型并仿真有无底盘屏蔽层存在时系统的参数差异,总结了底盘屏蔽层对系统的影响;最后,设计了新型屏蔽层,并通过仿真验证了新型屏蔽层的屏蔽效果。     

结合高光谱和机器学习的无线充电金属异物检测

金属异物侵入会造成无线充电系统效率和稳定性降低,并且可能引发安全事故,因此必须进行金属异物检测。 针对现 有技术存在检测盲区以及无法检测微小异物的问题,提出一种深度学习目标分割与机器学习目标分类相结合的金属异物检测 方法。 首先采用 YOLO v3 网络对充电区域 RGB 图像进行异物目标分割,然后通过支持向量机对各个目标区域对应的高光谱图 像进行分类,最后搭建实验平台验证方法的有效性。 结果表明,该方法不仅能够检测螺母和回形针等微小金属异物,而且具有 检测包裹金属异物的潜能;与仅采用支持向量机进行逐像素检测相比,该方法的检测速度提升了约 38. 9%。     

电动汽车动态无线充电多接收线圈耦合功率波动性的研究

本文作者以电动汽车动态无线充电系统为研究对象,对功率的波动现象作了深入的研究。首先根据电路理论建立并分析电动汽车动态无线充电系统的不同数学模型,进而探究利用多接收线圈减小功率的波动。其次对多接收线圈动态耦合模型进行有限元仿真,探究动态无线充电过程中的耦合系数以及相关电参数的变化规律。最后根据仿真分析结果搭建电动汽车动态无线充电系统试验平台,分析该模型在动态无线充电过程中的传输功率波动情况。     

动态无线充电的软开关及控制策略研究

电动汽车动态无线充电技术,即在行驶路面间隔铺设一系列能量发射线圈,在电动汽车上安装能量接收线圈,对行驶中的汽车持续充电,从而增加电动汽车的续航里程。逆变器的软开关技术能够很大程度上减小系统损耗,对于动态无线充电系统而言,耦合系数的动态变化和次级后级DC/DC变换器均会对逆变器开关管的工作状态造成影响。分析了系统工作原理和逆变器软开关的实现条件。通过在次级后级DC/DC变换器采用双闭环控制策略,在提高动态无线充电系统输出功率和传输效率的基础上,保证初级逆变器工作于软开关状态。搭建了动态无线充电系统实物平台,验证了动态无线充电系统中的软开关及高输出功率和传输效率的特性。     

基于毫米波雷达的电动汽车无线充电运动异物检测与跟踪

电动汽车无线充电系统的一次线圈和二次线圈之间存在大空间气隙以及高强度磁场，可能对进入充电区域的生物体造成电磁伤害。因此，系统需要配备可靠、灵敏的生物体检测装置，以便在生物体侵入保护区域时及时降低或关闭充电功率。该文研究一种基于77GHz毫米波雷达并结合卡尔曼滤波和数据关联算法的运动异物检测方法，首先通过调频连续波雷达测量运动异物的速度、距离和角度；其次融合卡尔曼滤波、目标聚类和数据关联算法实现多目标运动异物的轨迹跟踪。仿真和实验结果表明，该方法能够高精度地测量运动异物的位置和速度，并具备相邻多目标检测和跟踪能力。     

一种电动汽车动态无线充电的负载检测方法及导轨切换策略

为实现分段导轨模式的电动汽车移动无线充电过程中,系统对于负载接入的有效检测并适时在低功率待机模式与功率输出模式之间的转换,提出一种基于原副边均为LCC补偿结构的负载检测方法以及导轨功率输出控制策略。基于分段导轨模式电动汽车动态无线充电过程以及双LCC补偿结构的数学模型,得到电动汽车在一段导轨上行驶位移与原边逆变电流之间数学关系,通过检测和分析原边逆变电流判断导轨是否进行功率发射,仿真和实验验证了该方法的有效性。