无线充电系统对位及异物检测研究

摘要

作为一种新兴的充电方式，无线充电技术越来越受到人们的青睐。借助于空间磁场耦合将供电端的电能传送给用电设备的电池，避免了充电线的频繁插拔，真正做到随用随充、智能设备根据自身情况自动充放电，极大改善了用户体验。然而，新的问题也产生了:一方面，无线电能传输功率和传输效率受到对位准确度的影响。另一方面，当无线电能充电系统的能量传输区中混入金属异物时，由于金属的涡流效应，部分电能消耗在金属上，以至于充电时间变大。更为严重的是金属因涡流效应产生大量热量，急剧升高的温度极易导致严重的安全事故，这将会给人们的生命财产造成极大危害。因此，无线充电系统的对位和异物检测问题亟待解决。
　　本文首先讲述了对位偏差和异物对无线充电的影响，以及放置在能量传输区中的金属异物发生的变化。在理论推导分析对位偏移、金属异物对充电影响的基础上，通过Maxwell软件仿真对位及金属异物引起传输磁场变化、异物导致无线充电发射端线圈参数变化。
　　在分析了传统金属检测方法的缺点后，结合无线充电自身的实际情况，提出一种可以兼顾对位检测和金属异物检测的改进型平衡线圈结构。在介绍了平衡线圈检测方法原理后，建立了平衡线圈电路模型、仿真对位偏移和金属异物引起平衡线圈端电压的变化。
　　最后搭建了实验平台，介绍了带有对位、异物检测功能的无线充电系统各部分硬件组成。对于对位和异物检测存在的难题，提出了整套检测方法，完整的解决了对位检测、充电前和充电过程中金属异物的检测问题。给出软件算法设计，包括充电各个过程中的检测算法，以及完整的检测流程图。此种改进型平衡线圈检测方法，经实验验证切实可行、准确性高。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 无线充电对位检测研究现状

1．2．2 无线充电异物检测研究现状

1．2．3 传统金属检测技术研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 对位偏移对无线充电的影响

2．1 无线充电简介

2．2 无线充电传输功率、效率与线圈耦合系数的关系

2．3 充电线圈耦合系数与对位偏差的关系

2．4 对位偏移对传输磁场的影响

2．5 本章小结

3．1 异物的介绍

3．2 置于能量传输区的金属异物温升情况

3．3 金属磁效应和涡流效应

3．3．1 铁磁性材料的磁效应

3．3．2 金属的涡流效应

3．4 金属异物对发射线圈影响的仿真

3．5 金属异物对能量传输磁场影响的仿真

3．5．1 充电开始前的影响仿真

3．5．2 正常充电过程中的影响仿真

3．6 本章小结

第4章 基于改进型平衡线圈的对位及金属异物检测方法

4．1 改进型平衡线圈结构

4．2 平衡线圈检测系统介绍

4．3 平衡线圈的等效电路模型

4．4 平衡线圈检测方法的仿真

4．4．1 对位偏移检测仿真

4．4．2 金属异物检测仿真

4．5 本章小结

第5章 对位及金属异物检测实验

5．1 实验平台及硬件电路

5．2 检测算法

5．2．1 对位检测

5．2．2 金属异物检测

5．2．3 综合实验流程

5．3 实验结果

5．3．1 对位检测实验

5．3．2 金属异物检测实验

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文