[发明专利]基于齿条形差分检测线圈组的无线充电系统金属异物检测与定位的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于齿条形差分检测线圈组的无线充电系统金属异物检测与定位的装置及方法，其中，该装置包括：双层检测线圈组包括两个上下正交叠放的单层齿条形差分检测线圈组，重合叠放在发射线圈任意四分之一处，用于当存在金属异物时，与其产生互感；异物信号调理电路用于采集每个检测线圈组与金属异物感应的互感电压值；数字信号处理及比较电路用于分别将每个互感电压值转换为数字变化量，并进行处理确定金属异物所在通道编号；上位机用于确定所在通道编号的矩阵数据以绘制二维平面云图。该装置采用齿条形线圈提高了部分区域内检测线圈与异物的互感值，增加了对小尺寸异物的检测概率，避免造成检测线圈组对小尺寸金属异物的大面积漏检。

技术领域

本发明涉及电动汽车无线电能传输系统金属异物检测技术领域，特别涉及一种基于齿条形差分检测线圈组的无线充电系统金属异物检测与定位的装置及方法。

背景技术

为提高充电功率和效率，满足各型车辆底盘离地高度要求，电动汽车无线充电系统通常采用磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT，Magnetically-coupled ResonantWireless Power Transfer)方式。由于耦合机构间存在强磁场，混入的金属异物受磁场作用后将产生涡流效应和磁效应，进而改变无线电能传输系统原边线圈与副边线圈之间的自感、互感、品质因数等参数，以及耦合磁场的强度分布和平衡关系，影响无线电能传输系统的谐振频率、传输功率和传输效率。此外，金属异物的涡流效应也会使金属本体快速升温，易引发火灾和安全事故。因此，有效可靠的金属异物检测功能是确保电动汽车充电安全的重要保证。

目前相关技术提出了多种检测线圈来解决上述提及的问题，例如，2011年，美国Witricity团队设计了一种呈“8”字型的大尺寸单匝圆形差分线圈用于金属异物检测；2015年，刘逊、罗浩勤、陈永光等人在其申请的专利中，提出了一种单匝圆形检测线圈阵列，各子线圈紧密排列，实现对无线电能传输系统发射线圈的全覆盖；2019年，韩国GIST和三星电子团队设计了一种单层间隔对称的矩形线圈组，各子线圈横向间隔排列，且左右对称的两个子线圈构成一个差分线圈对；2019年，广东省光电子器件与系统重点实验室和深圳大学设计了一种双层间隔对称矩形检测线圈组，上下两线圈组采用正交方式叠放；2019年，韩国KAIST和GIST团队设计了一种变匝数对称矩形线圈组，更好地抵消了由不相等的发射线圈磁场引起的差分线圈感应电压问题。

但相关技术中，还是存在以下几个问题：

(1)单层圆形线圈阵列会在相邻子线圈之间的区域内产生检测盲区；

(2)矩形线圈结构简单且便于设计和加工，与金属异物之间的互感沿横向分布较为均匀，但在检测小尺寸金属异物时，由于互感幅度整体水平较低，易造成对小尺寸金属异物的大面积漏检。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于齿条形差分检测线圈组的无线充电系统金属异物检测与定位的装置。

本发明的另一个目的在于提出一种基于齿条形差分检测线圈组的无线充电系统金属异物检测与定位的方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了基于齿条形差分检测线圈组的无线充电系统金属异物检测与定位的装置，包括：双层检测线圈组、异物信号调理电路、数字信号处理及比较电路和上位机，其中，所述双层检测线圈组包括两个上下正交叠放的单层齿条形差分检测线圈组，所述双层检测线圈组重合叠放在发射线圈的任意四分之一处，且相对静止，用于当存在金属异物时，与金属异物产生互感；所述异物信号调理电路与所述双层检测线圈组连接，用于采集每个单层齿条形差分检测线圈组与所述金属异物感应的互感电压值；所述数字信号处理及比较电路与所述异物信号调理电路连接，用于分别将每个互感电压值转换为数字变化量，并对所述数字变化量进行处理，确定所述金属异物在每个单层齿条形差分检测线圈组中所在通道编号；所述上位机与所述数字信号处理及比较电路连接，用于对所述所在通道编号进行处理，得到矩阵数据以绘制二维平面云图。