隨著國家對新能源汽車的宣傳推廣與政策扶持,電動汽車已經(jīng)成為汽車市場的主力軍。電動汽車無線充電技術近年來發(fā)展迅速,具有方便、靈活等特點,實現(xiàn)了充電過程的智能化與自動化。然而無線充電過程易受外來金屬異物的影響,導致充電效率下降,金屬異物因渦流效應發(fā)熱的現(xiàn)象會引發(fā)一系列安全性問題。因此,金屬異物自動檢測技術已經(jīng)成為電動汽車無線充電領域的亟需解決的關鍵問題。本文提出了基于“金屬異物會引起由檢測線圈構成的諧振電路失諧”原理的有源金屬異物檢測方法,分析了利用線圈等效阻抗變化進行金屬異物檢測的工作機理,給出了電動汽車無線充電金屬異物自動檢測系統(tǒng)的總體方案。本文分析了影響檢測線圈性能的各因素,使用有限元電磁場仿真工具驗證了所提金屬異物檢測方法的原理可行性,并分析了線圈參數(shù)對檢測線圈電磁特性的影響規(guī)律;給出了適用于電動汽車無線充電區(qū)域大范圍內(nèi)對小型金屬異物進行檢測的線圈設計方案。本文分析了充電磁場電壓噪聲的頻率分布,并給出了檢測磁場與充電磁場解耦的檢測線圈激勵頻率選擇方法;論述了檢測線圈高頻分時驅(qū)動與諧振電路的設計方法,給出了分時復用信號處理電路的設計方案,并提出了對檢測線圈所感應到的噪聲信號進行濾波的... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單一D-Q線圈對示意圖[10]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-電壓值，通過感應電壓值的變化判斷金屬異物的進入。韓國高等科學技術院的JeongSY等人于2017年提出了一種無源金屬異物檢測方法[9]。該方法在無線充電發(fā)射線圈上方布置兩層檢測線圈，每層線圈由若干組相同的長條形線圈對排列組成，上、下層線圈的排列方向呈正交關系。每個線圈對由D線圈與Q線圈互補構成，如圖1-1所示。在無異物情況下，D-Q線圈對的感應電壓差理論為0；當異物進入時，D-Q線圈對產(chǎn)生感應電壓差。雙層D-Q線圈正交布置的設計使得該方法不僅能判斷異物進入，還可以判斷出異物所在的位置。圖1-1單一D-Q線圈對示意圖[10]香港大學的LiuXY等人于2018年提出了一種基于磁通分布的金屬異物檢測方法[11]。該方法使用一種TMR（TunnelingMagnetoresistive）傳感器，該傳感器采用電橋結(jié)構，通過檢測橋臂兩端微小的壓差信號來反映該位置磁通的大小[12]。在檢測系統(tǒng)中，若干個TMR傳感器以矩陣形式安裝于汽車接收線圈下方，如圖1-2所示；當金屬異物進入時，異物因渦流效應產(chǎn)生的磁場會抵消原磁場，通過各傳感器檢測到的磁通變化情況即可判斷異物進入。該檢測方法還使用可視化軟件繪制了磁通變化量云圖，實現(xiàn)了異物落入位置的可視化功能。圖1-2TMR傳感器布置示意圖[11]由于大功率無線充電裝置的額定功率可達數(shù)千瓦，置于充電磁場中的檢測

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-4-線圈感應到信號的幅值較大，不利于信號的采集與處理。美國WiTricity公司的RoyAM等人提出了一種基于差分線圈的檢測方法[13]，該方法主要提出了多種差分線圈結(jié)構與線圈排布方式（如圖1-3所示），能夠有效地降低輸出端信號的幅值。采集到的信號與基準值相比較即可判斷異物是否存在及存在的位置。類似地，國內(nèi)相關學者也提出了差分線圈檢測方案，并給出相應的仿真與實驗結(jié)果[14]。圖1-3多種差分線圈結(jié)構示意圖[13]中興公司范杰等人提出了一種基于平衡線圈結(jié)構的檢測方法[15]。在該方法中，一個或多個檢測線圈對被置于充電磁場中的對稱位置，在無異物情況下充電磁場分布對稱，檢測線圈對中兩線圈感應電壓差值理論為0；當異物進入某一線圈上方時，兩線圈電壓差值因充電磁場分布不再對稱而不為零，通過對電壓差值進行檢測即可判斷異物是否進入。北京交通大學的劉志遠也提出了類似的檢測方法，并給出了線圈設計方案與異物檢測流程[16]。針對平衡檢測線圈結(jié)構，其他學者也有相應的研究成果。山東大學的劉志珍等人提出了一種無線充電系統(tǒng)對位與異物檢測研究方法[17]。該方法給出一種改進平衡線圈結(jié)構（如圖1-4所示），能夠有效降低安裝的難度。針對因?qū)ξ黄茖е碌某潆姶艌龇菍ΨQ時線圈電壓值遠大于異物進入時電壓值的情況，山東大學的周博提出一種新的異物檢測方法，該方法將金屬異物檢測分為事前和事后檢測兩部分，提高了金屬異物的檢測準確性[18]。圖1-4改進平衡線圈結(jié)構示意圖[18]

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]淺析電動汽車無線充電技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 未倩倩,趙凌霄,黃炘,李津.  汽車電器. 2019(06)
[4]基于ADS1256和STM32的數(shù)據(jù)采集裝置設計[J]. 郭玉霞,李志杰.  無線電工程. 2019(01)
[5]電動汽車無線充電系統(tǒng)研究綜述[J]. 夏晨陽,趙書澤,楊穎,向付源.  廣東電力. 2018(11)
[6]基于阻抗特性的電動汽車無線充電系統(tǒng)異物檢測方法[J]. 唐春森,鐘良亮,吳新剛,蘇炳柯,鐘明祥.  電氣技術. 2018(06)
[7]基于MAX291的無限增益多路反饋帶通濾波器[J]. 于小龍.  機械工程與自動化. 2017(04)
[8]金屬異物對電動汽車無線充電系統(tǒng)影響分析[J]. 馬中原,廖承林,王麗芳.  電工電能新技術. 2017(02)
[9]平衡線圈金屬檢測技術在無線電能傳輸中應用[J]. 曲曉東,楊勇,劉志珍,侯延進.  電力電子技術. 2014(10)
[10]無限增益多路反饋帶通濾波器的研究[J]. 熊俊俏,戴璐平,劉海英.  電氣電子教學學報. 2013(03)

碩士論文
[1]基于四線圈電壓實時監(jiān)測的電動汽車無線充電系統(tǒng)異物檢測方法[D]. 劉志遠.北京交通大學 2019
[2]無線充電系統(tǒng)對位及異物檢測研究[D]. 周博.山東大學 2018
[3]基于阻抗特性的電動汽車無線充電系統(tǒng)異物檢測技術及實現(xiàn)[D]. 徐正偉.重慶大學 2017
[4]基于磁耦合諧振的電動汽車無線充電系統(tǒng)研究[D]. 曲曉東.山東大學 2016
[5]感應式無線充電技術的研究[D]. 朱美杰.南京信息工程大學 2012
[6]電動汽車發(fā)展對能源與環(huán)境影響研究[D]. 王成.吉林大學 2007



本文編號：3463932