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基于阻抗特性的电动汽车无线充电系统异物检测技术及实现

Foreign Objects Detection Technology and its Implementation Based on Impedance Characteristics for EV Wireless Charging Systems

【作 者】徐正伟

【摘 要】

近几年国内外电动汽车发展迅速,使用的充电方式主要为有线充电。但是这种方式存在很多弊端,比如接触不可靠、接触电阻温度升高引起损坏、充电头笨重、插拔不方便等。为了解决这些问题,电动汽车无线充电技术应运而生。目前电动汽车无线充电系统普遍采用的是水平点对点耦合的方式,在充电过程中充电区域容易掉入金属异物,也可能进入生物体异物。金属异物进入以后会产生涡流进而可能引起火灾,也可能会改变耦合机构的参数导致系统偏离正常工作点,严重情况下会使系统完全无法工作。而充电区域的磁场可能会对生物体组织产生影响,引起组织受损。所以需要对金属异物和生物体异物进行检测,从而保证充电过程的安全性和系统的可靠性。基于这个要求,本文提出一种异物检测系统,实现对金属和生物体的检测,为系统充电提供保障。

论文以电动汽车无线充电系统为研究对象,结合系统运行过程中的应用需求,分析了异物检测的必要性,并对其在国内外的研究现状进行了概述分析。分析总结了目前这些方案的局限性和不足之处,引出本文课题研究的重要意义。

针对电动汽车无线充电系统,提出了一种基于阻抗特性的异物检测方案。该方案原理是金属和生物体进入磁场后会引起磁场参数的变化,而此变化又会引起测量线圈阻抗的改变。因此可以通过提取此特征对生物体和金属进行检测。基于此原理提出了系统的整体设计方案,给出了方案的验证测试数据,对方案机理进行了验证。分析了系统设计过程中存在的关键问题,并给出了解决方案。

设计了软件的处理流程,对特征提取算法进行了分析,同时搭建了系统硬件实验平台,对系统在不同条件下的异物检测功能进行了验证。实验结果显示,各项性能都达到了预期的实验效果,系统可以在不影响主电路传输功率和效率的前提下实现金属异物和生物体异物的检测,验证了方案的实际可行性。

【关键词】电动汽车,无线充电,阻抗特性,金属检测,活体检测

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