CN108390422A - 一种具有金属异物检测的无线充电系统 - Google Patents

一种具有金属异物检测的无线充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有金属异物检测的无线充电系统，包括原边线圈、副边线圈以及检测线圈，检测线圈是分别设置在原边线圈的发射端和/或副边线圈的接收端上；检测线圈包括若干基础单元，基础单元包括由同一根导体绕制一个正向线圈、一个反向线圈，所述导体绕制完正向线圈后与上一基础单元绕制完反向线圈的导体相互串联，串联若干基础单元后制成检测线圈。本发明所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其结构合理，具有结构简单、使用方便、可靠性强、精度高等优点，有效解决无线充电对金属异物检测的可靠性和精准度不高、系统复杂的问题。

Description

一种具有金属异物检测的无线充电系统
技术领域
本发明涉及电动车的无线充电领域，尤其是涉及一种具有金属异物检测的无线充电系统。
背景技术
在电动车的无线充电领域，充电设备与电动汽车之间通过松耦合的、无物理连接的原副边线圈传输电能，原副边线圈之间在充电过程中充斥着交变的磁场。对于无线充电系统来说，原边线圈、副边线圈上由于环境暴露有可能会掉落或附着铁片、易拉罐、硬币等金属异物。由于充电过程中原副边之间具有交变磁场，这些金属异物会形成感应电流和感应电动势。随着充电过程的进行，金属异物温度不断升高，当温度超过一定范围时，容易引起火灾等危险，存在安全隐患。
所以有必要发明一种具有金属异物检测的无线充电系统，它具有有效的检测线圈单元，以此检测线圈单元为基础提高金属异物检测装置的检测精度，并减少检测端口数量，有利于工程实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服上述中存在的问题，提供了一种具有金属异物检测的无线充电系统，其结构合理，具有结构简单、使用方便、可靠性强、精度高等优点，有效解决无线充电对金属异物检测的可靠性和精准度不高、系统复杂的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有金属异物检测的无线充电系统，包括原边线圈、副边线圈以及检测线圈，所述的原边线圈与外部电源连接，所述的副边线圈与待充电设备连接，原边线圈的发射端和副边线圈的接收端相互对正或偏移一定距离、倾斜一定角度设置；
所述的检测线圈是分别设置在原边线圈的发射端和副边线圈的接收端上，检测线圈还可以是单独设置在原边线圈的发射端或者副边线圈接收端上；
所述的检测线圈包括若干基础单元，基础单元包括由同一根导体绕制一个正向绕绕制的正向线圈、一个反向绕制的反向线圈，所述导体绕制完正向线圈后与上一基础单元绕制完反向线圈的导体相互电连接，以此将若干基础单元串联制成检测线圈；
所述的检测线圈是由具有绝缘层的导线绕制或者由PCB板刻蚀制成，导线或者PCB板上设有电阻和采样单元，且检测线圈是与采样/控制系统相互连接。
进一步地，所述的检测线圈是紧贴固定设置在原边线圈发射端和/或副边线圈接收端的壳体上。
进一步地，所述的导体为导线时，还可以在原边线圈发射端和/或副边线圈接收端的壳体上设置线槽或者绕线柱，导线通过嵌入线槽或者缠绕在绕线柱上组成检测线圈。
进一步地，所述的导体为导线时，导线是整体的一根或者由若干彼此绝缘的小导线缠绕制成。
进一步地，所述的检测线圈是沿同一方向平行等距排列设置若干个。
进一步地，所述的检测线圈在沿某一方向平行等距排列设置若干个的基础上，还可沿另一方向平行且等距排列设置若干个。
进一步地，所述沿同一方向平行等距排列设置的检测线圈两端与其他的检测线圈相连，构建成一个整体串接的检测线圈。
进一步地，所述沿同一方向平行等距排列设置的若干个检测线圈两端与其他位置的检测线圈相连，构建成若干个串接的大检测线圈。
本发明的有益效果是：一种具有金属异物检测的无线充电系统，包括原边线圈、副边线圈以及检测线圈，在原边线圈和/或副边线圈上设置若干检测线圈，通过测量、监控检测线圈上的电流电压变化判断原边线圈和/或副边线圈上是否存在金属异物；检测线圈在原边线圈和/或副边线圈上布置成阵列，通过不同阵列单元上检测到的不同数据，加上阵列单元所在的位置综合分析，可检测出金属异物的大小和位置；其结构合理，具有结构简单、使用方便、可靠性强、精度高等优点，有效解决无线充电对金属异物检测的可靠性和精准度不高、系统复杂的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的若干个基础单元组成的检测线圈；
图2是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的构成检测线圈的基础单元；
图3是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的构成检测线圈的矩形状基础单元；
图4是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的构成检测线圈正反绕向面积不一致的基础单元；
图5是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的构成检测线圈不规则形状的基础单元；
图6是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的检测线圈分布在一种方向上的检测方式；
图7是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的检测线圈分布在多个方向上的检测方式；
图8是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的系统所有检测线圈串接的检测方式；
图9是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的若干检测线圈串接的检测方式；
图10是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的原副边线圈分别布置金属异物检测装置的无线充电系统示意图；
图11是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的原边线圈布置金属异物检测装置的无线充电系统示意图；
图12是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统副边线圈布置金属异物检测装置的无线充电系统示意图；
图13是本发明所述一种具有金属异物检测的无线充电系统的金属异物检测程序处理流程图。
附图中标记分述如下：
1、原边线圈，2、副边线圈，3、检测线圈，31、基础单元，311、正向线圈，312、反向线圈，32、导体，701至708是一种实施例中检测线圈的检测端口。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示的一种具有金属异物检测的无线充电系统，包括原边线圈1、副边线圈2以及检测线圈3；所述的原边线圈1与外部电源连接，所述的副边线圈2与待充电设备连接，原边线圈1的发射端和副边线圈2的接收端相互对正设置或偏移一定距离、倾斜一定角度设置；
所述的检测线圈3是分别设置在原边线圈1的发射端和副边线圈2的接收端上，检测线圈3还可以是单独设置在原边线圈1的发射端或者副边线圈2接收端上；
所述的检测线圈3包括若干基础单元31，基础单元31包括由同一根导体32绕制一个正向绕制的正向线圈311、一个反向绕制的反向线圈312，所述导体32绕制完正向线圈311后与上一基础单元31绕制完反向线圈312的导体32相互电连接，以此将若干基础单元31串联制成检测线圈3；
所述的检测线圈3是由具有绝缘层的导线绕制或者由PCB板刻蚀制成，导线或者PCB板上设有电阻和采样单元，且检测线圈3是与采样或控制系统相互连接。
在如图3所示的一种实施例中，检测线圈由若干个基础单元31串联组成，当检测线圈3处于交变磁场的时候，若每个基础单元31的两个线圈所围的面积一致，磁场基本一致(均匀分布)，则两个线圈产生的电动势相互抵消，检测线圈3上的电动势总和为零，若干个检测线圈3组合累加依然为零。当有金属异物接近时，与金属异物临近的检测线圈3附近磁场与金属异物产生的磁场相互叠加，造成线圈电动势的数值发生变动，通过检测这组检测线圈的电压和/或电流变化，即可检测出是否存在金属异物。
在如图4、图5所示的一种实施例中，基础单元31两线圈面积不一致时，同样可以构造有效的基础单元，但其无金属异物的稳态情况下的电动势是不为零的稳态值；当其检测有金属异物时，感应电动势会偏离该稳态值；检测该偏离值同样可以有效侦测金属异物。
在如图6所示的一种实施例中，沿同一方向平行等距排列设置若干个本发明所述的检测线圈3。通过检测每个检测线圈3的电压或电流变化，即可判断是否出现金属异物。在正常无金属异物的情况下，每个检测线圈3上的电压或电流接近为零或者其他稳态值(工程上因线圈存在不一致性，会在一个合理范围内)，一旦出现金属异物，金属异物附近检测线圈3的电压或电流即会因金属异物附近的检测线圈电压失衡导致总电压或电流偏离一定范围，进而检测出金属异物。
在如图7所示的一种实施例中，沿第一方向上平行等距排列本发明所述的异物检测线圈3若干个，再沿第二方向上平行且等距排列本发明所述的异物检测线圈3若干个。通过检测每个检测线圈3的电压或电流变化，即可判断是否出现金属异物及其出现位置。在正常无金属异物的情况下，每个线圈间电压或电流接近为零或者其他稳态值(工程上因线圈存在不一致性，会在一个合理范围内)，一旦出现金属异物，附近线圈的电压或电流即会因金属异物附近的检测线圈电压失衡导致总电压或电流偏离一定范围，进而检测出金属异物，根据出现异常的两层检测线圈3中线交叉点即可确定金属异物位置。
在如图8所示的一种实施例中，每个检测线圈3两端与相邻的相连，构建成一个整体串联的检测线圈。该实施例即可通过检测AB两端(即构建成一个整体串联的检测线圈3的两端)间的电压或电流变化检测是否出现金属异物。在正常无金属异物的情况下，AB端之间的电压或电流接近为零或者其他稳态值(工程上因线圈存在不一致性，会在一个合理范围内)，一旦出现金属异物，AB间即会因金属异物附近的检测线圈电压失衡导致总电压或电流偏离一定范围，进而检测出金属异物。
在如图9所示的一种实施例中，若干个相邻的检测线圈3相连，构建成若干个串接的大检测线圈3。通过检测检测线圈3两端的端口701与702(703与704，705与706，707与708…)间的电压或电流变化即可检测是否出现金属异物。在正常无金属异物的情况下，检测线圈端口间电压或电流接近为零或者其他预设的稳态值(工程上因线圈存在不一致性，会在一个合理范围内)，一旦出现金属异物，端口间即会因金属异物附近的检测线圈电压失衡导致总电压或电流偏离一定范围，进而检测出金属异物。
在图6、图9所示的实施例是单层检测线圈3的排列实施例，他们可以在此基础上参照图7所示的实施例进行某一种或者多种单层检测线圈3的叠加，以达到检测金属异物位置的目的。由于检测线圈3是按照一定方向和距离排列的，可将检测线圈3的排列看成是一个阵列，在确定金属异物位置后结合受影响的检测线圈3的电流或电压变化大小估算金属异物的大小。
在如图10所示的一种实施例中，检测线圈3以一定的排布方式分别布置在原边线圈1和副边线圈2上和/或其他合理位置，这里所述的其他合理位置包括但不仅限于原副边线圈周边等存在较强磁场的位置。
在如图11所示的一种实施例中，检测线圈3以一定的排布方式布置在原边线圈1表面上或其他合理位置，这里所述的其他合理位置包括但不仅限于原副边线圈周边等存在较强磁场的位置。
在如图12所示的一种实施例中，检测线圈3以一定的排布方式布置在副边线圈2表面上或其他合理位置，这里所述的其他合理位置包括但不仅限于原副边线圈周边等存在较强磁场的位置。
图13是无线充电系统的检测流程图，系统开机时即判断金属异物检测系统是否正常工作，如果检测值在正常范围，说明检测线圈有效，且系统内不含金属异物；如果不在正常范围，极有可能出现了金属异物或者系统自身检测线圈存在故障，需要人为确认并清除故障。正常开机之后，即开始异物检测判定，一旦检测线圈电压或电流异常，即认为系统工作期间出现了金属异物，系统保护关机。同时，可以通过检测线圈的位置判定金属异物的出现位置以及通过电压电流偏离值的大小估算异物的大小。
在一种实施例中，所述的检测线圈3是紧贴固定设置在原边线圈1发射端和/或副边线圈2接收端的壳体上。
在一种实施例中，所述的导体32为导线时，还可以在原边线圈1发射端和/或副边线圈2接收端的壳体上设置线槽或者绕线柱，导线通过嵌入线槽或者缠绕在绕线柱上组成检测线圈3。
在一种实施例中，所述的导体32为导线时，导线是整体的一根或者由若干彼此绝缘的小导线缠绕制成。
本发明所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其结构合理，包括原边线圈、副边线圈以及检测线圈，在原边线圈和/或副边线圈上设置若干检测线圈，通过测量、监控检测线圈上的电流电压变化判断原边线圈和/或副边线圈上是否存在金属异物；检测线圈在原边线圈和/或副边线圈上布置成阵列，通过不同阵列单元上检测到的不同数据，加上阵列单元所在的位置综合分析，可检测出金属异物的大小和位置；其结构合理，具有结构简单、使用方便、可靠性强、精度高等优点，有效解决无线充电对金属异物检测的可靠性和精准度不高、系统复杂的问题。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：包括原边线圈(1)、副边线圈(2)以及检测线圈(3)，所述的原边线圈(1)与外部电源连接，所述的副边线圈(2)与待充电设备连接，原边线圈(1)的发射端和副边线圈(2)的接收端相互对正或偏移一定距离、倾斜一定角度设置；
所述的检测线圈(3)是分别设置在原边线圈(1)的发射端和副边线圈(2)的接收端上，检测线圈(3)还可以是单独设置在原边线圈(1)的发射端或者副边线圈(2)接收端上；
所述的检测线圈(3)包括若干基础单元(31)，基础单元(31)包括由同一根导体(32)绕制一个正向绕制的正向线圈(311)、一个反向绕制的反向线圈(312)，所述导体(32)绕制完正向线圈(311)后与上一基础单元(31)绕制完反向线圈(312)的导体(32)相互电连接，以此将若干基础单元(31)串联制成检测线圈(3)；
所述的检测线圈(3)是由具有绝缘层的导线绕制或者由PCB板刻蚀制成，导线或者PCB板上设有电阻和采样单元，且检测线圈(3)是与采样/控制系统相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：所述的检测线圈(3)是紧贴固定设置在原边线圈(1)发射端和/或副边线圈(2)接收端的壳体上。
3.根据权利要求1所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：所述的导体(32)为导线时，还可以在原边线圈(1)发射端和/或副边线圈(2)接收端的壳体上设置线槽或者绕线柱，导线通过嵌入线槽或者缠绕在绕线柱上组成检测线圈(3)。
4.根据权利要求1所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：所述的导体(32)为导线时，导线是整体的一根或者由若干彼此绝缘的小导线缠绕制成。
5.根据权利要求1所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：所述的检测线圈(3)是沿同一方向平行等距排列设置若干个。
6.根据权利要求5所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：所述的检测线圈(3)在沿某一方向平行等距排列设置若干个的基础上，还可沿另一方向平行且等距排列设置若干个。
7.根据权利要求5所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：所述沿同一方向平行等距排列设置的检测线圈(3)两端与相邻的检测线圈(3)相连，构建成一个整体串接的检测线圈(3)。
8.根据权利要求5所述的一种具有金属异物检测的无线充电系统，其特征是：所述沿同一方向平行等距排列设置的若干个检测线圈(3)两端与其他位置的检测线圈(3)相连，构建成若干个串接的大检测线圈(3)。
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