異物檢測方法及裝置、無線充電控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種異物檢測方法及裝置、無線充電控 制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 日益增長的汽車數(shù)量，對以石油和天然氣為主的能源提出了很高的需求，而石化 能源日益枯竭，長期來看油價將居于高位。同時，汽車尾氣所帶來的空氣污染也越來越嚴(yán) 重。發(fā)展電動汽車（EV，Electric Vehicle)，是世界公認(rèn)的緩解能源短缺和環(huán)境污染的有效 策略。
[0003] 電動汽車是以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛。電動汽車由于其節(jié)能、環(huán) 保、噪音小等優(yōu)勢，其前景被廣泛看好。然而，電動汽車的發(fā)展仍然面臨著很多技術(shù)問題，動 力電池及其充電技術(shù)是發(fā)展電動汽車最重要的因素之一。
[0004] 電池充電技術(shù)分為有線充電（接觸式充電）和無線充電。對于有線充電，運(yùn)作模式 和現(xiàn)有的加油站類似，需要手動專人進(jìn)行操作，這種方式的缺點(diǎn)是顯而易見的，比如雖然與 嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)范保證安全，但是充電口在高電壓、大電流沖擊下，容易打火，導(dǎo)致器件老化； 充電接口部件容易沾染灰塵、雨霧、油煙等，監(jiān)測維護(hù)麻煩；從日常經(jīng)驗(yàn)看，大功率插座的損 害率都非常高，而充電站的插座需要經(jīng)常插拔，問題將更加嚴(yán)重。無線充電，也稱為無線供 電（WPT，Wireless Power Transmission),是通過電磁感應(yīng)等技術(shù)，在充電器和設(shè)備之間的 空氣中傳輸電能，使得電流流動從而為電池充電的技術(shù)。這種無線充電方法有效地應(yīng)用于 需要大容量電池充電手持通信裝置、電動汽車等，而且由于連接點(diǎn)埋于地下，因此幾乎沒有 漏電等危險(xiǎn)，能夠防止有線充電方式中的連接不良的問題。無線充電能夠做到無人值守，無 須動手，全自動操作，安全可靠；可以做到常用常充，提高電池壽命和長期使用后的整車價 值；中功率充電，對電網(wǎng)壓力小，方便在停車場、車庫普及安裝充電裝置。
[0005] 近年來，無線充電核心技術(shù)日益成熟，無線充電技術(shù)主要有三種：射頻或微波 WPT，電磁感應(yīng)式WPT，以及電磁共振式WPT。電磁感應(yīng)式WPT是基于電磁感應(yīng)原理，利用原、 副邊分離的變壓器，稱為松耦合變壓器，在較近距離條件下（如20cm)進(jìn)行無線電能傳輸?shù)?技術(shù)。目前較成熟的無線供電方式均采用該技術(shù)，其無線充電端到端效率已經(jīng)接近90 %，無 線充電功率可達(dá)30kw，甚至更高。
[0006] 電磁感應(yīng)式WPT中由于無線充電系統(tǒng)的原副邊分離，特別是在電動汽車無線充電 應(yīng)用時，原副邊之間存在較大的氣隙，而且對于公共充電站，可能為露天環(huán)境，無線充電功 率發(fā)射線圈上方很可能會有石子，樹葉，生活垃圾等雜物，以及硬幣、鑰匙鏈、鐵片、金屬包 裝紙等金屬物質(zhì)。我們將這種在無線充電時存在于原副邊之間的異常物體稱之為異物。在 功率傳輸過程中氣隙間具有很強(qiáng)的交變磁場，會在異物中感應(yīng)出電動勢。如果介質(zhì)為絕緣 體或者電阻率較高的不良導(dǎo)體，感應(yīng)電動勢所產(chǎn)生的渦流不大，功率損耗較?。坏绻橘|(zhì) 為金屬導(dǎo)體，由于其電阻率較低，相同電動勢會產(chǎn)生較大的渦流，從而產(chǎn)生了較大的功率損 耗，導(dǎo)致導(dǎo)體的溫度上升，如果附近有易燃物品就存在火災(zāi)的隱患。
[0007] 根據(jù)有關(guān)仿真和試驗(yàn)，0.5W到IW功率損耗，就可以使一枚硬幣的溫度上升超過 80°C。而對于充電功率動輒幾千瓦甚至幾十千瓦的電動汽車無線充電系統(tǒng)，萬分之幾的功 率損耗就可以使異物升溫到足夠點(diǎn)燃附近樹葉、紙片等的程度。而在無線充電系統(tǒng)中，由于 影響充電效率的因素非常多，有效檢測千分之一的異常功率泄漏，還存在非常大的困難。
[0008] 因此，對于電動汽車等應(yīng)用的高功率無線充電系統(tǒng)，目前仍然缺乏行之有效的異 物檢測技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題是，提供一種異物檢測方法及裝置、無線充電控制 方法及裝置，能夠有效地檢測無線充電系統(tǒng)的原副邊之間是否有異物存在。
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種異物檢測方法，包括以下步驟：
[0011] 在利用無線充電系統(tǒng)的原副邊進(jìn)行無線充電的過程中檢測無線充電系統(tǒng)當(dāng)前的 第一開關(guān)頻率；
[0012] 獲取所述無線充電系統(tǒng)的原邊與副邊之間不存在異物的情況下所述無線充電系 統(tǒng)的第二開關(guān)頻率；
[0013] 當(dāng)所述第一開關(guān)頻率與所述第二開關(guān)頻率的差值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，判定所述無線 充電系統(tǒng)的原邊與副邊之間存在異物。
[0014] 進(jìn)一步地，所述獲取所述無線充電系統(tǒng)的原邊與副邊之間不存在異物的情況下所 述無線充電系統(tǒng)的第二開關(guān)頻率的步驟包括：
[0015] 獲取所述無線充電系統(tǒng)的原邊與副邊之間不存在異物的情況下所述無線充電系 統(tǒng)的耦合參數(shù)；
[0016] 獲取所述無線充電系統(tǒng)的負(fù)載，所述無線充電系統(tǒng)的負(fù)載為所述無線充電系統(tǒng)的 當(dāng)前負(fù)載與標(biāo)稱負(fù)載的比值；
[0017] 根據(jù)所述耦合參數(shù)和所述無線充電系統(tǒng)的負(fù)載計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的第二 開關(guān)頻率。
[0018] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述耦合參數(shù)和所述無線充電系統(tǒng)的負(fù)載計(jì)算出所述無線充 電系統(tǒng)的第二開關(guān)頻率的步驟包括：
[0019] 根據(jù)所述耦合參數(shù)從數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)耦合參數(shù)中選取至少一個用于計(jì)算的耦合參 數(shù)；
[0020] 根據(jù)所述無線充電系統(tǒng)的負(fù)載從數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)負(fù)載中選取至少一個用于計(jì)算的無 線充電系統(tǒng)的負(fù)載；
[0021] 根據(jù)所述至少一個用于計(jì)算的耦合參數(shù)和至少一個用于計(jì)算的無線充電系統(tǒng)的 負(fù)載計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的第二開關(guān)頻率。
[0022] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述耦合參數(shù)獲取至少一個用于計(jì)算的耦合參數(shù)的步驟包 括：
[0023] 根據(jù)所述耦合參數(shù)在所述預(yù)設(shè)耦合參數(shù)中選取兩個耦合參數(shù)分別作為所述耦合 參數(shù)的范圍中最大耦合參數(shù)和最小耦合參數(shù)；
[0024] 所述根據(jù)所述無線充電系統(tǒng)的負(fù)載獲取至少一個用于計(jì)算的無線充電系統(tǒng)的負(fù) 載的步驟包括：
[0025] 根據(jù)所述無線充電系統(tǒng)的負(fù)載在預(yù)設(shè)負(fù)載中選取兩個負(fù)載分別作為所述無線充 電系統(tǒng)的負(fù)載的范圍中最大無線充電系統(tǒng)的負(fù)載和最小無線充電系統(tǒng)的負(fù)載；
[0026] 所述根據(jù)所述至少一個用于計(jì)算的耦合參數(shù)和至少一個用于計(jì)算的無線充電系 統(tǒng)的負(fù)載計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的第二開關(guān)頻率的步驟包括：
[0027] 根據(jù)所述最大耦合參數(shù)、所述最小耦合參數(shù)、所述最大無線充電系統(tǒng)的負(fù)載和所 述最小無線充電系統(tǒng)的負(fù)載計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的第二開關(guān)頻率。
[0028] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述最大耦合參數(shù)、所述最小耦合參數(shù)、所述最大無線充電系 統(tǒng)的負(fù)載和所述最小無線充電系統(tǒng)的負(fù)載計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的第二開關(guān)頻率的步 驟包括：
[0029] 根據(jù)所述最大耦合參數(shù)Kl和最大無線充電系統(tǒng)的負(fù)載Ll在數(shù)據(jù)庫中查表得出對 應(yīng)的開關(guān)頻率f 11 ;
[0030] 根據(jù)所述最大耦合參數(shù)Kl和最小無線充電系統(tǒng)的負(fù)載L2在數(shù)據(jù)庫中查表得出對 應(yīng)的開關(guān)頻率f 12 ;
[0031] 根據(jù)所述最小耦合參數(shù)K2和最小無線充電系統(tǒng)的負(fù)載L2在數(shù)據(jù)庫中查表得出對 應(yīng)的開關(guān)頻率f22 ;
[0032] 根據(jù)所述最小耦合參數(shù)K2和最大無線充電系統(tǒng)的負(fù)載Ll在數(shù)據(jù)庫中查表得出對 應(yīng)的開關(guān)頻率f 21 ;
[0033] 利用以下公式計(jì)算出所述第二開關(guān)頻率?? :
[0034] f〇 = g[hfn+(l-h)f12] + (l-g) [hf21+(l-h)f22]
[0035] 其中，
β
[0036] 進(jìn)一步地，所述獲取所述無線充電系統(tǒng)的原邊與副邊之間不存在異物的情況下所 述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)的步驟包括：
[0037] 檢測所述副邊與所述原邊之間的位置偏移量以及所述氣隙偏移量，所述氣隙偏移 量為所述原邊與副邊當(dāng)前的氣隙與標(biāo)稱氣隙的差值；
[0038] 根據(jù)所述位置偏移量和所述氣隙偏移量計(jì)算所述無線充電系統(tǒng)的原邊與副邊之 間不存在異物的情況下所述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)。
[0039] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述位置偏移量和所述氣隙偏移量計(jì)算所述無線充電系統(tǒng)的 原邊與副邊之間不存在異物的情況下所述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)的步驟包括：
[0040] 根據(jù)所述位置偏移量在數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)位置偏移量中選取至少一個用于計(jì)算的位置 偏移量；
[0041] 根據(jù)所述氣隙偏移量在數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)氣隙偏移量中選取至少一個用于計(jì)算的氣隙 偏移量；
[0042] 根據(jù)所述至少一個用于計(jì)算的位置偏移量和所述至少一個用于計(jì)算的氣隙偏移 量計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)。
[0043] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述位置偏移量在數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)位置偏移量中選取至少一個用 于計(jì)算的位置偏移量的步驟包括：
[0044] 根據(jù)所述位置偏移量在預(yù)設(shè)位置偏移量中選取兩個位置偏移量作為所述位置偏 移量的范圍中最大位置偏移量和最小位置偏移量；
[0045] 所述根據(jù)所述氣隙偏移量在數(shù)據(jù)庫預(yù)設(shè)氣隙偏移量中選取至少一個用于計(jì)算的 氣隙偏移量的步驟包括：
[0046] 根據(jù)所述氣隙偏移量在預(yù)設(shè)氣隙偏移量中選取兩個氣隙偏移量作為所述氣隙偏 移量的范圍中最大氣隙偏移量和最小氣隙偏移量；
[0047] 所述根據(jù)所述至少一個用于計(jì)算的位置偏移量和所述至少一個用于計(jì)算的氣隙 偏移量計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)的步驟包括：
[0048] 根據(jù)所述最大位置偏移量、所述最小位置偏移量、所述最大氣隙偏移量和所述最 小氣隙偏移量計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)。
[0049] 進(jìn)一步地，所述獲取所述無線充電系統(tǒng)的原邊與副邊之間不存在異物的情況下所 述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)的步驟還包括：在所述原邊上建立直角坐標(biāo)系0ΧΥΖ，在所述副 邊上建立與所述直角坐標(biāo)系OXYZ對應(yīng)的直角坐標(biāo)系0' X' Y' Z' ；
[0050] 所述位置偏移包括：在X軸上的偏移量和在Y軸上的偏移量；所述原邊與副邊當(dāng) 前的實(shí)際氣隙為當(dāng)前直角坐標(biāo)系OXYZ與當(dāng)前直角坐標(biāo)系0' X' Y' Z'之間的間距00';所述 最大位置偏移量包括：在X軸上的最大偏移量X2和在Y軸上的最大偏移量Y2,所述最小位 置偏移量包括：在X軸上的最小偏移量Xl和在Y軸上的最小偏移量Y2 ;
[0051] 所述根據(jù)所述最大位置偏移量、所述最小位置偏移量、所述最大氣隙偏移量和所 述最小氣隙偏移量計(jì)算出所述無線充電系統(tǒng)的耦合參數(shù)的步驟包括：
[0052] 根據(jù)XI、Y1、G1、X2、Y2、G2在數(shù)據(jù)庫中查表得到耦合參數(shù)K的組合，該組合包括： KgiiXIi