1、异物检测系统摘要近年来国内外电动汽车进展迅速，采纳的充电方式主要是导电充电。然而，这种方式存在许多缺陷，例如接触不良，接触电阻温度升高引起的损坏，大量充电头和不舒服的插入和移除。为了解决这些问题，已经开发了用于电动车辆的无线充电技术。目前，用于电动车辆的无线充电系统通常采纳水平点对点方法。在充电过程中，充电区域可能落入外来金属物体中，并且在生物体内进入异物。外来金属物体在进入后会引起涡流，从而引起火灾。它还可以改变耦合机制的参数，使系统偏离正常工作点。在严峻的情况下，系统根本不起作用。充电区域中的磁场可能影响活组织并导致组织损伤。因此有必要检测外来物体和生物异物，从而确保装载过程的安全性和系统
2、的可靠性。在此要求的基础上，本文件提出了一种用于检测异物以检测金属和生物体并确保系统装载的系统。文章指出，研究的目的是为无线电动汽车充电系统，并结合系统运行过程中的应用需求，分析检测异物的需要，总结国内外研究的现状。该分析总结了这些当前打算的局限性和弱点，并强调了本文研究的重要性。鉴于用于电动车辆的无线充电系统，提出了一种基于阻抗特性的异物检测方案。该方案的原理是金属和生物体进入磁场并改变磁场参数，这又改变了测量管的阻抗。因此，可以通过隔离该功能来检测生物和金属。在此原理的基础上，提出了系统的总体设计方案，从方案验证测试中提供数据并验证方案机制。分析了系统设计过程中的关键问题，给出了解决方案。
3、设计了软件流程，分析了特征提取算法，建立了系统硬件试验平台，验证了不同条件下异物检测的功能。试验结果表明，所有结果都达到了预期的试验结果。该系统可以检测异物和异物，而不影响主电路的传输功率和性能，验证了系统的实际可行性。关键词：电动汽车，无线充电，阻抗特性，金属检测，活体检测Abstract: Electric vehicles have developed rapidly in recent years both domestically and abroad, and the charging methods used are mainly conductive charging. How
4、ever, there are many defects in this way, such as faulty contact, damage caused by the rising temperature of the contact resistance, a massive charging head and uncomfortable insertion and removal. To solve these problems, wireless charging technology has been developed for electric vehicles. Curren
5、tly the wireless charging system for electric vehicles generally adopts a horizontal point -to -point method During the charging process the charging area may fall into foreign metal objects, as well as enter foreign bodies in the living body. Alien metal objects can cause vortex currents after entr
6、y, which can cause fires. It can also change the parameters of the coupling mechanism to cause the system to deviate from the normal working point. In severe cases, the system will not work at all. The magnetic field in the charging area may affect living tissue and cause tissue damage. It is theref
7、ore necessary to detect alien bodies and biological alien bodies, thereby ensuring the safety of the loading process and the reliability of the system. On the basis of this requirement, this document proposes a system for detecting foreign bodies in order to detect metals and organisms and to ensure
8、 that the system is loaded.The article states that the purpose of the research is the charging system for wireless electric vehicles, and analyses the need to detect foreign objects in conjunction with the application requirements in the system operation process and summarises the state of the resea
9、rch in the country and abroad. The analysis summarises the limitations and weaknesses of these current programmes and highlights the importance of research in this article. With a view to the wireless charging system for electric vehicles, a scheme for the detection of foreign objects based on imped
10、ance characteristics was proposed. The principle of this scheme is that the metal and the organism enter the magnetic field and change the magnetic field parameter, which in turn changes the impedance of the measuring tube. Therefore, organisms and metals can be detected by isolating this function.
11、On the basis of this principle, a general design scheme of the system is proposed, providing data from the scheme verification test and verifying the scheme mechanism. Key problems in the system design process are analysed and solutions are given. The software flow is designed, a feature extraction
12、algorithm is analyzed and a platform of the systems hardware experiment is built, the function of detecting foreign objects under different conditions is verified. Experimental results show that all results achieved the expected experimental results The system can detect foreign metal bodies and for
13、eign bodies without affecting the transmission power and performance of the main circuit and verify the practical feasibility of the system.Keywords: electric vehicle, wireless charging, impedance characteristics, metal detection, live detection第一章绪论1.1研究背景近年来，生产汽车和大型汽车公司的最大国家已经就汽车电气化和推广方向达成了更广泛的共识。
14、荷兰和挪威等国家制定了更加激进的目标，表明到2025年和2030年将不再增加传统燃料汽车。通用汽车，梅赛德斯 - 奔驰，宝马，大众等大型汽车公司正在推动雷诺 - 日产之后的电动汽车，并宣布将在市场上推广约20种不同的电气和系列产品。中国政府还推出了几项拨款规章和激励措施，以促进电动汽车的进展。目前，几乎所有电动汽车的充电方法都采纳导电充电，但导电充电的进展存在一些问题。它可以直接物理接触，直接接触电线。接触电阻温度升高，造成损坏，充电头负担，插入和移除令人不愉快，并且对环境的适应性不好。已经使用无线能量传输技术来解决与无线充电相关的各种问题。它具有环保，环保，舒适，灵活，安全等动力传输接触的优
15、点。 WPT的本质是指一种以电绝缘的形式将电力从电源转移到电极的新模式，通过存在于物理空间中的传输介质来保证人类的舒适生活。常用的传输介质包括微波，激光，机械波，磁场和电场。其中最常用的是磁场耦合，其广泛用于各种领域，例如油井钻探，医疗设备，潜艇，电动车辆，非移动设备等。电动车辆的无线充电方法使用高频磁场将能量从电网传输到电动车辆，以便对电池进行无线充电。这意味着这两个实现，其中一个是在线无线充电，这意味着汽车正在无线充电，而在2013年世界经济论坛中驾驶是最好的它被公认为技术创新之一。第二个是无线停车场。它依赖于无线充电。目前，电动汽车的无线充电标准已经在海外公布，国际标准正在深入进展。 无
16、论加载模式如何，主管道都放置在地平面上，而次级管道则以充电车底盘的一部分的形式放置，在这种情况下，主管道和次级管道之间的磁场有联络。因此，在两种加载模式下的异物简单掉落或进入原始管的表面并且不会单独落下。进入充电区有两种类型：首先，在停放无线充电停止之前，或者在线充电车到达某个位置之前，在主线上已经有异物进入同时站在主管的表面上。进入的异物包括不影响负载功能的非金属异物，以及可能影响负载的外来金属体和人和动物等生物。因此，以下异物是指可能影响装载的异物和异物。在无线在线充电的情况下，无论异物如何进入，异物与初级侧和次级侧之间的连接时间短，并且其存在几乎不影响充电。少。但是，在停车费的情况下，装
17、载时间很长，因此异物侵入的潜在危险很大。异物的引入会影响负载性能，并可能影响系统的输出功率。除无线充电系统外，外来金属物体和外来生物物体具有某些优点。露天金属的流入可能会导致火灾和设备因涡流而损坏等事故，并且还会改变耦合机构的参数，导致系统偏离其正常工作点，在严峻的情况下，系统可能无法正常运行。人类和动物等生物体具有电阻，但当它们进入磁场时会破坏活组织。今天，低功率移动电话和其他产品增加了对异物的检测，而不是提到无线充电。在电动汽车领域，电力线通常是几千瓦，甚至磁场中的小金属也是非常危险的。它们都限制了无线能量传输技术的推广。此时，显示了异物检测的重要性。这里，异物的检测是指检测能够在磁场中产
18、生热量的金属部件和金属装置，以及体内检测诸如人和动物的生物体。通过检测异物来警告进入充电环境的异物，并准时停止充电以防止火灾和对身体的损害。1.2国内外研究现状近年来，电动汽车的无线充电进展非常迅速。重庆大学，南京航空航天大学，哈尔滨工业大学，东南大学，中兴通讯等等一下！在中国，目前没有统一的无线充电标准，2016年8月在深圳制定统一标准。举办了电动汽车无线充电技术研究与标准化研讨会。电动汽车无线充电的一个重要因素是外来物体的发觉是显而易见的。下面描述中国提出的特定外来检测方法的分类。有三个主要类别需要商议：如何添加电子线圈，如何测量环境参数以及如何添加外部电路或设备。分析了每种方法的代表性结
19、果。添加线圈的方法主要是添加线圈。通过将两个线圈放置在无线电力传输系统的主传输线圈的表面上以检测左右金属平衡来执行异物的检测，并且是否存在两个金属线圈和定位的金属检测电路？当你形成一个循环来检测是否。缺点是当停车场发生转移时，该方法可能产生错误警报。在主线圈和辅助线圈之间添加一些线圈，如下所示。线圈子是第一根线圈子，第二根线圈子依次排列，两根线圈子串联连接，占据主线圈表面的相同区域，主线圈子被驱动当由两个线圈产生的磁场由第二个线圈和预设的校准电压差引起时，使用根据第一个线圈引起的电压的控制在方向上相反五个用于计算异物检测的差异。并且是否与异物检测的差异大于预定差值有关，是否在原始线圈中存在异物
20、。该方法的局限性不是停车量大，异物量少，检测不充分的情况。电压检测法通过测试由于性能改变引起的性能改变。识别外部材料的存在的方法主要是改变电极的参数。当在没有实时收集的具有开关频率的外来物体的情况下比较开关频率时，确定异物是否在电荷的磁场中。缺点是当异物的体积小时检测到的开关频率基本上没有改变，并且功率的改变也会引起误报警。通过由无线充电器的发送端接收的功率与发送器的端部之间的差来计算发送功率，确定外金属体是否处于磁场中。缺点是异物量太小而无法检测到损失，因此不可能检测到具有高功率的小型外国人。在无线充电过程中，搜索在检测信号功率和管位移速率之间的相关表中的次级侧信号的功率或次级侧和初级侧之间
21、的通信信号的功率或次级通信信号的功率。第二步是找出电力和损失对比表系统的固有损失。第三步是电传输和电损失最终是根据管的位移系数和自然系统的损失来计算电传导损失的值;有。通过检测放射无线能量的效率来检测外国人的身体。但是，如果异物体积很小，性能不会发生显着改变而且不会被检测到。通过检测谐振电路的Q值来检测异物。已经提出了一种异物检测系统，通过监视天线的特征参数来检测异物。但是，这种方法还可以检测不会引起磁场改变的外来物体的报警，如果导致天线参数发生改变，也可以发出警报信号。为了。充电装置主要配置分别连接到控制器和放射天线的信号转换模块，以用作放射信号。状态，电压和相位差信息用于确定金属物体是否已
22、进入充电磁场。缺点是在高功率下不能检测到小的异物。通过检测负载平面的重力值并确定重力值是否与参考值相比是不精确的，确定是否存在异物。但是，这种方法不易实现且不易安装。同时，电路放置在主管中，电子元件也被阻挡。尽管在上述文献中描述了大量文献，但实际上存在不同的缺点，在实际使用中出现不同的问题，并且有用价值低。在不影响主电路的负载功率和性能的情况下进行有效检测是不好的。1.3课题研究目的、意义及主要内容1.3.1课题目的针对电动汽车无线充电系统的异物检测问题，通过对进入磁场区域的金属异物和生物体异物进行分析研究，找出金属异物和生物体异物进入磁场引起的对检测装置某些参数的改变特性。寻觅一种能够在基本
23、不影响电能传输效率的基础上，实现对进入磁场范围的生物体和金属进行有效检测的方法，促进电动汽车无线充电的推广。1.3.2课题意义本文研究的电动汽车无线充电系统异物检测技术能够使电动汽车在非常安全的条件下进行无线充电，减少意外的发生，极大地保证了充电系统的安全性，推动电动汽车无线充电技术的进步，进一步推进系统产业化的应用。1.3.3主要研究内容本说明书的目的是设计一种用于通过基于电动车辆的无线充电系统以及进入充电场而不影响系统的功率和性能的金属和生物来检测异物的方法。金属检测，可以检测化学异物，然后测试生物体。本研究在系统配置，滤波方法，特征提取算法，系统强化滤波等方面，研究了异物进入管道引起的阻
24、抗改变特征，即幅度和相位改变。研究的主要内容分析了无线电动汽车充电系统中现有的几种异物检测方法，总结了它们的特点和不足。在电动汽车的无线充电系统中，提出了一种新的异物检测方法来传输传输功率和主电路的效率。分析了该方案提出的检测方法的原理，包括电磁场产生原理，异物检测原理，测量距离与灵敏度的关系，以及生物检测原理。该方案的可行性是通过在不同的实际环境中进行测试来确定的，并且该检测方法的机制确认了在不同环境中是否可以检测到金属或生物异物。提出了系统和分析系统体系结构的重要问题，并对高频和干扰问题等一些重要问题进行了深入的研究和分析。设计了系统的硬件试验平台，提出了系统结构和关键问题，并根据初始电路
25、输入参数设计了整个电路的具体参数。描述并设计了系统的软件算法，分析了系统提取的特征。最终，通过试验验证了该方案的实际功能。1.4本章小结本章阐述了无线电能传输技术的本质、意义以及进展前景，提出充电过程中会遇到的异物检测问题。介绍了电动汽车无线充电系统异物检测国内外的研究现状，分析总结了目前无线电能传输异物检测方法的缺陷和不足。最终，引出金属异物和生物体异物检测的重要性、价值及意义。第二章 基于阻抗特性的异物检测原理为了更好地理解无线电动车辆充电系统对异物的检测，本发明基于以下理论：改变的电场产生可变磁场，改变磁场和改变电场是相互依赖的。 在本说明书中，基于阻抗特性，电磁管的磁场分布，异物检测原
26、理，异物类型和异物检测原理的异物检测方法，提出了基于阻抗特性的异物检测。 我们解释了铁磁金属等支持技术。 幅度和相位特性：为了验证阻抗检测机制的精度，测量管的阻抗改变由桥测量。 我们为本文提出的系统提供理论支持。2.1 电磁线圈磁场分布特性根据麦克斯韦的位移电流假说和漩涡电场假说，通电的线圈必定会在线圈周围激发一个磁场，在这个磁场中如果进入了金属异物或者生物体异物，将会引起线圈磁场的改变。所以，在给一个矩形线圈输入一个交变电流以后，会在矩形线圈周围的空间内产生一个交变的磁场。假设有一段载流直导线在空间点的磁场分布如图所示坐标为（x,q,0）的电流单元 Idx 在点 Q 产生磁场 dHy，dHz
27、。同理可得 dHy ,dHz 的表达式如下：这些方程是微分方程，在正常过程中解决起来比较复杂，因此您可以使用适当的计算机支持软件来解决它们。 对于矩形像素的一个计算点，首先，将矩形像素分成若干段，并且使用通过计算计算点处的分段电流来计算每个磁场的计算的磁场力的方法。 计算三个x，y，z轴上计算的总磁场浓度，收集z和z坐标轴上的等效x重量，最终计算所有计算的磁场重量，计算出的磁场和点的方向 获得力量 所有计算点都按照固定的规章排列，并且可以按排列顺序移动，以获得矩形管的磁场分布的所有图。 麦克斯韦方形线圈的磁场模拟如下所示。矩形线圈磁力线分布图矩形线圈磁场分布图2.2 金属异物检测原理在交变的磁
28、场中，金属进入磁场会引起磁效应或者涡流效应，磁效应或者涡流效应将会产生一个附加磁场，而这个附加磁场会破坏交变磁场的磁力线分布，所以也可以把这个产生的附加磁场称为二次场。其中涡流效应原理如图所示。涡流效应原理图测量管相位的矢量表示和感应电位的大小等于测量管，反映了上述金属导体和测量管之间的关系。当可变正弦电流I1被引入测量管时，在测量管周围产生可变磁场H1。感应I 2在内部产生并且电流在导体处闭合并且具有称为涡电流的螺旋形状。该旋转电流在与测量管的磁场H1的方向相反的方向上产生可变磁场H2，并且可变磁场H2的反应改变有效测量管的阻抗。测量线圈阻抗的改变不仅和电涡流效应有关系，还和进入磁场的金属导
29、体的几何形状、磁导率 、电导率 、测量线圈的几何参数、激励电流、金属导体和线圈之间的距离等参数有关系。假定金属导体内部是均匀的，它的性能是线性的、各向同性的，那么金属导体和测量线圈的物理性质基本就能够由下边几个参数来进行描述：尺寸因子 r、电导率 、距离 d、磁导率 、频率 f、激励电流强度 I。那么测量线圈的阻抗 Z 就可以使用下边的函数来进行表示：如果在某些特定条件下，控制式中的某些参数为一个不变的定值，只去改变所有参数中间的某个参数，那么测量线圈的阻抗就成为了这个改变参数的单值函数。2.3 阻抗检测法机理试验测试根据前文的分析，设计一个阻抗特性的检测方案，对前文提出的阻抗特性检测机理进行
30、试验论证。检测方案如图所示。根据如上所述构造的矩形线圈的磁场布置和模拟，可以观察到圆线圈和方线圈在相同参数下的磁场分布和强度差异很小。在该图中，试验平台的侧线圈的主要形状是方形的。为了更好地检测原始线圈的所有角，选择方形线圈作为该方法的测量线圈的设计。在下面的图中，并联的一部分是检测线圈。不同的情况会增加线圈的数量和足迹的密度，线圈迹密度越高，检测小异物的灵敏度越高。在本设计中仔细考虑后，测量线圈为20 cm20 cm方线圈，迹线密度为6 mm。通过桥测量测量线圈的阻抗改变。桥的原理如下图所示。电桥测量示意图图中，R1、R2、R3、R4 为四个电阻，即四个桥臂，b、c 端输入一个不同频率的激励
31、信号源，a、d 端接外部要测试的电路。正常情况下，四个桥臂处于平衡状态，a、d 两端的电压为 0。进行测量时，Uad 发生改变，为了使电路重新达到平衡，就会调节电阻参数，通过公式 R1R4=R2R3 就能得到未知参数量，再通过内部计算就能得到电感、电容、阻抗等的参数值。本节通过电桥的此种特性对测量线圈的电感、电容和阻抗进行测量。因为对测量线圈施加了一个激励信号，所以测量线圈表面产生了交变磁场，异物进入以后能够引起线圈阻抗的改变。在实际测试中发觉，不论是金属异物还是生物体异物在进入测量线圈的测量范围后，都能够引起线圈相位和幅值的改变，即阻抗的改变。由前面对阻抗测量原理的描述，异物进入感应线圈板时
32、对线圈阻抗的影响主要是其虚部感抗X1=2fL和容抗Xc=1/2fC。第三章 系统软硬件设计在本章中，根据前一章的分析，为了准时，有效地检测外来金属物体和异物进入磁耦合区域，而不影响主电路的功率和效率 设计硬件电路和软件算法。 根据前一章的重要研究问题和第二章的结构，提出了一种适用于设计高频感应电路，运算滤波电路等参数的方法，并提出了具体的检测电路。 提出了一种设计软件流程和值提取算法，在到达磁场耦合区域后提取自身值。3.1 系统硬件电路设计在设计该系统时，阻抗检测方法用于检测系统中的异物，如上所述，但阻抗的改变在高频时更明显，10 MHz信号是高频唤醒它被选为信号。我们设计了一个高频唤醒电路，可以产生10,7MHz的正弦波信号。由于阻抗测量管放置在磁场中并与无线充电系统的放射管紧密连接，因此高感应电压和频繁切换的主电路开关会干扰高频探测器系统的小信号对存在的陌生人。为了获得更清洁的检测信号，过滤传感器信号并设计上路径放大电路。最终，阻抗检测电路设计用于获得阻抗相关参数。选择这些电路中的一些用于项目分析。3.1.1 功放电路设计本文的第三章涉及过去信号负载的能力。 传统的功率放大电路对输出信号有影响，因为它们具有交叉失真。 选择消除交叉失真的OLC电路。 为了消除功率放大器电路的交叉失真，一定设置适当的静态工作点
