异物检测方法及装置、无线充电控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线电能传输领域，尤其涉及一种异物检测方法及装置、无线充电控 制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 日益增长的汽车数量，对以石油和天然气为主的能源提出了很高的需求，而石化 能源日益枯竭，长期来看油价将居于高位。同时，汽车尾气所带来的空气污染也越来越严 重。发展电动汽车（EV，Electric Vehicle)，是世界公认的缓解能源短缺和环境污染的有效 策略。
[0003] 电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。电动汽车由于其节能、环 保、噪音小等优势，其前景被广泛看好。然而，电动汽车的发展仍然面临着很多技术问题，动 力电池及其充电技术是发展电动汽车最重要的因素之一。
[0004] 电池充电技术分为有线充电（接触式充电）和无线充电。对于有线充电，运作模式 和现有的加油站类似，需要手动专人进行操作，这种方式的缺点是显而易见的，比如虽然与 严格的设计规范保证安全，但是充电口在高电压、大电流冲击下，容易打火，导致器件老化； 充电接口部件容易沾染灰尘、雨雾、油烟等，监测维护麻烦；从日常经验看，大功率插座的损 害率都非常高，而充电站的插座需要经常插拔，问题将更加严重。无线充电，也称为无线供 电（WPT，Wireless Power Transmission),是通过电磁感应等技术，在充电器和设备之间的 空气中传输电能，使得电流流动从而为电池充电的技术。这种无线充电方法有效地应用于 需要大容量电池充电手持通信装置、电动汽车等，而且由于连接点埋于地下，因此几乎没有 漏电等危险，能够防止有线充电方式中的连接不良的问题。无线充电能够做到无人值守，无 须动手，全自动操作，安全可靠；可以做到常用常充，提高电池寿命和长期使用后的整车价 值；中功率充电，对电网压力小，方便在停车场、车库普及安装充电装置。
[0005] 近年来，无线充电核心技术日益成熟，无线充电技术主要有三种：射频或微波 WPT，电磁感应式WPT，以及电磁共振式WPT。电磁感应式WPT是基于电磁感应原理，利用原、 副边分离的变压器，称为松耦合变压器，在较近距离条件下（如20cm)进行无线电能传输的 技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术，其无线充电端到端效率已经接近90 %，无 线充电功率可达30kw，甚至更高。
[0006] 电磁感应式WPT中由于无线充电系统的原副边分离，特别是在电动汽车无线充电 应用时，原副边之间存在较大的气隙，而且对于公共充电站，可能为露天环境，无线充电功 率发射线圈上方很可能会有石子，树叶，生活垃圾等杂物，以及硬币、钥匙链、铁片、金属包 装纸等金属物质。我们将这种在无线充电时存在于原副边之间的异常物体称之为异物。在 功率传输过程中气隙间具有很强的交变磁场，会在异物中感应出电动势。如果介质为绝缘 体或者电阻率较高的不良导体，感应电动势所产生的涡流不大，功率损耗较小；但如果介质 为金属导体，由于其电阻率较低，相同电动势会产生较大的涡流，从而产生了较大的功率损 耗，导致导体的温度上升，如果附近有易燃物品就存在火灾的隐患。
[0007] 根据有关仿真和试验，0.5W到IW功率损耗，就可以使一枚硬币的温度上升超过 80°C。而对于充电功率动辄几千瓦甚至几十千瓦的电动汽车无线充电系统，万分之几的功 率损耗就可以使异物升温到足够点燃附近树叶、纸片等的程度。而在无线充电系统中，由于 影响充电效率的因素非常多，有效检测千分之一的异常功率泄漏，还存在非常大的困难。
[0008] 因此，对于电动汽车等应用的高功率无线充电系统，目前仍然缺乏行之有效的异 物检测技术。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的主要技术问题是，提供一种异物检测方法及装置、无线充电控制 方法及装置，能够有效地检测无线充电系统的原副边之间是否有异物存在。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供一种异物检测方法，包括以下步骤：
[0011] 在利用无线充电系统的原副边进行无线充电的过程中检测无线充电系统当前的 第一开关频率；
[0012] 获取所述无线充电系统的原边与副边之间不存在异物的情况下所述无线充电系 统的第二开关频率；
[0013] 当所述第一开关频率与所述第二开关频率的差值在预设范围内时，判定所述无线 充电系统的原边与副边之间存在异物。
[0014] 进一步地，所述获取所述无线充电系统的原边与副边之间不存在异物的情况下所 述无线充电系统的第二开关频率的步骤包括：
[0015] 获取所述无线充电系统的原边与副边之间不存在异物的情况下所述无线充电系 统的耦合参数；
[0016] 获取所述无线充电系统的负载，所述无线充电系统的负载为所述无线充电系统的 当前负载与标称负载的比值；
[0017] 根据所述耦合参数和所述无线充电系统的负载计算出所述无线充电系统的第二 开关频率。
[0018] 进一步地，所述根据所述耦合参数和所述无线充电系统的负载计算出所述无线充 电系统的第二开关频率的步骤包括：
[0019] 根据所述耦合参数从数据库预设耦合参数中选取至少一个用于计算的耦合参 数；
[0020] 根据所述无线充电系统的负载从数据库预设负载中选取至少一个用于计算的无 线充电系统的负载；
[0021] 根据所述至少一个用于计算的耦合参数和至少一个用于计算的无线充电系统的 负载计算出所述无线充电系统的第二开关频率。
[0022] 进一步地，所述根据所述耦合参数获取至少一个用于计算的耦合参数的步骤包 括：
[0023] 根据所述耦合参数在所述预设耦合参数中选取两个耦合参数分别作为所述耦合 参数的范围中最大耦合参数和最小耦合参数；
[0024] 所述根据所述无线充电系统的负载获取至少一个用于计算的无线充电系统的负 载的步骤包括：
[0025] 根据所述无线充电系统的负载在预设负载中选取两个负载分别作为所述无线充 电系统的负载的范围中最大无线充电系统的负载和最小无线充电系统的负载；
[0026] 所述根据所述至少一个用于计算的耦合参数和至少一个用于计算的无线充电系 统的负载计算出所述无线充电系统的第二开关频率的步骤包括：
[0027] 根据所述最大耦合参数、所述最小耦合参数、所述最大无线充电系统的负载和所 述最小无线充电系统的负载计算出所述无线充电系统的第二开关频率。
[0028] 进一步地，所述根据所述最大耦合参数、所述最小耦合参数、所述最大无线充电系 统的负载和所述最小无线充电系统的负载计算出所述无线充电系统的第二开关频率的步 骤包括：
[0029] 根据所述最大耦合参数Kl和最大无线充电系统的负载Ll在数据库中查表得出对 应的开关频率f 11 ;
[0030] 根据所述最大耦合参数Kl和最小无线充电系统的负载L2在数据库中查表得出对 应的开关频率f 12 ;
[0031] 根据所述最小耦合参数K2和最小无线充电系统的负载L2在数据库中查表得出对 应的开关频率f22 ;
[0032] 根据所述最小耦合参数K2和最大无线充电系统的负载Ll在数据库中查表得出对 应的开关频率f 21 ;
[0033] 利用以下公式计算出所述第二开关频率?? :
[0034] f〇 = g[hfn+(l-h)f12] + (l-g) [hf21+(l-h)f22]
[0035] 其中，
β
[0036] 进一步地，所述获取所述无线充电系统的原边与副边之间不存在异物的情况下所 述无线充电系统的耦合参数的步骤包括：
[0037] 检测所述副边与所述原边之间的位置偏移量以及所述气隙偏移量，所述气隙偏移 量为所述原边与副边当前的气隙与标称气隙的差值；
[0038] 根据所述位置偏移量和所述气隙偏移量计算所述无线充电系统的原边与副边之 间不存在异物的情况下所述无线充电系统的耦合参数。
[0039] 进一步地，所述根据所述位置偏移量和所述气隙偏移量计算所述无线充电系统的 原边与副边之间不存在异物的情况下所述无线充电系统的耦合参数的步骤包括：
[0040] 根据所述位置偏移量在数据库预设位置偏移量中选取至少一个用于计算的位置 偏移量；
[0041] 根据所述气隙偏移量在数据库预设气隙偏移量中选取至少一个用于计算的气隙 偏移量；
[0042] 根据所述至少一个用于计算的位置偏移量和所述至少一个用于计算的气隙偏移 量计算出所述无线充电系统的耦合参数。
[0043] 进一步地，所述根据所述位置偏移量在数据库预设位置偏移量中选取至少一个用 于计算的位置偏移量的步骤包括：
[0044] 根据所述位置偏移量在预设位置偏移量中选取两个位置偏移量作为所述位置偏 移量的范围中最大位置偏移量和最小位置偏移量；
[0045] 所述根据所述气隙偏移量在数据库预设气隙偏移量中选取至少一个用于计算的 气隙偏移量的步骤包括：
[0046] 根据所述气隙偏移量在预设气隙偏移量中选取两个气隙偏移量作为所述气隙偏 移量的范围中最大气隙偏移量和最小气隙偏移量；
[0047] 所述根据所述至少一个用于计算的位置偏移量和所述至少一个用于计算的气隙 偏移量计算出所述无线充电系统的耦合参数的步骤包括：
[0048] 根据所述最大位置偏移量、所述最小位置偏移量、所述最大气隙偏移量和所述最 小气隙偏移量计算出所述无线充电系统的耦合参数。
[0049] 进一步地，所述获取所述无线充电系统的原边与副边之间不存在异物的情况下所 述无线充电系统的耦合参数的步骤还包括：在所述原边上建立直角坐标系0ΧΥΖ，在所述副 边上建立与所述直角坐标系OXYZ对应的直角坐标系0' X' Y' Z' ；
[0050] 所述位置偏移包括：在X轴上的偏移量和在Y轴上的偏移量；所述原边与副边当 前的实际气隙为当前直角坐标系OXYZ与当前直角坐标系0' X' Y' Z'之间的间距00';所述 最大位置偏移量包括：在X轴上的最大偏移量X2和在Y轴上的最大偏移量Y2,所述最小位 置偏移量包括：在X轴上的最小偏移量Xl和在Y轴上的最小偏移量Y2 ;
[0051] 所述根据所述最大位置偏移量、所述最小位置偏移量、所述最大气隙偏移量和所 述最小气隙偏移量计算出所述无线充电系统的耦合参数的步骤包括：
[0052] 根据XI、Y1、G1、X2、Y2、G2在数据库中查表得到耦合参数K的组合，该组合包括： KgiiXIi