CN111399067A - 车辆无线充电装置的导电异物探测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种车辆无线充电装置的导电异物探测系统和方法，包括：充电线圈和发射线圈，该车辆无线充电装置的导电异物探测系统包括与发射线圈相连的电涡流传感器、激励模块和信号处理模块，其中，激励模块，用于为电涡流传感器提供激励电流；电涡流传感器，用于感应激励电流以输出目标信号；信号处理模块，用于实时地采集目标信号，并对目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测。通过本发明，由于额外设置激励模块能够为电涡流传感器提供激励电流，以及信号处理模块进行信号分析以探测导电异物，不受限于充电线圈是否能够给发射线圈供电，且布置成本较低，有效提升部署应用的灵活性。

Description

车辆无线充电装置的导电异物探测系统和方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆无线充电装置的导电异物探测系统和方法。

背景技术

车辆无线充电装置基于电磁感应原理，可以将其掩埋在道路中，使电动车辆在堵车、等待红灯等在道路上停止状态下进行充电，节约时间成本，增加续航时间。但是，因为无线充电装置会在周边的空间中建立强交变磁场，导电、动物、人体等具有导电性质的实体一旦接近充电装置，将会因为涡流效应，迅速加热，从而造成安全隐患。因此，需要一种能探测导电异物是否存在的装置，确定是否切断发射线圈的电源，以保证无线充电装置对外部环境无安全隐患。

相关技术中车辆无线充电装置的异物探测，是采用其中充电线圈对发射线圈进行供电，由发射线圈建立的交变磁场进行导电异物的探测，当充电线圈处于电源切断状态不能够给发射线圈进行供电时，则无法进行导电异物探测。

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，本发明的目的在于提出一种车辆无线充电装置的导电异物探测系统和方法，由于额外设置激励模块能够为电涡流传感器提供激励电流，以及信号处理模块进行信号分析以探测导电异物，不受限于充电线圈是否能够给发射线圈供电，且布置成本较低，有效提升部署应用的灵活性。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，所述车辆无线充电装置包括：充电线圈和发射线圈，所述系统包括：与所述发射线圈相连的电涡流传感器、激励模块和信号处理模块，其中，所述激励模块，用于为所述电涡流传感器提供激励电流；所述电涡流传感器，用于感应所述激励电流以输出目标信号；所述信号处理模块，用于实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测。

本发明第一方面实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，通过经由激励模块为电涡流传感器提供激励电流，经由电涡流传感器感应激励电流以输出目标信号，以及经由信号处理模块实时地采集目标信号，并对目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测，由于额外设置激励模块能够为电涡流传感器提供激励电流，以及信号处理模块进行信号分析以探测导电异物，不受限于充电线圈是否能够给发射线圈供电，且布置成本较低，有效提升部署应用的灵活性。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测方法，包括：为电涡流传感器提供激励电流；感应所述激励电流以输出目标信号；实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测。

本发明第二方面实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测方法，通过为电涡流传感器提供激励电流；感应所述激励电流以输出目标信号；实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测，由于额外为电涡流传感器提供激励电流，以及进行信号分析以探测导电异物，不受限于充电线圈是否能够给发射线圈供电，且布置成本较低，有效提升部署应用的灵活性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中激励线圈设计示意图；

图3为本发明实施例中信号拾取线圈设计示意图；

图4为本发明实施例中圆形螺线平面涡流传感器结构示意图；

图5为本发明实施例中矩形螺线线圈结构示意图；

图6为本发明实施例中矩形螺线平面涡流传感器结构示意图；

图7是本发明另一实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测系统的结构示意图；

图8是本发明一实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本发明一实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测系统的结构示意图。

车辆无线充电装置包括：充电线圈和发射线圈。

参见图1，该系统10包括：与发射线圈相连的电涡流传感器101、激励模块102和信号处理模块103，其中，

激励模块102，用于为电涡流传感器101提供激励电流。

电涡流传感器101，用于感应激励电流以输出目标信号。

信号处理模块103，用于实时地采集目标信号，并对目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测。

本发明实施例中的激励模块102所产生的激励电流为频率、幅值可调的正弦交流电，为激励线圈提供激励电流。

本发明实施例中的信号处理模块103，是具有调制解调功能的信号处理电路，将信号拾取线圈输出的目标信号(正弦交流信号)解调为实部和虚部两部分。

在本发明的一个实施例中，电涡流传感器101包括：激励线圈、信号拾取线圈，以及电路板，电路板为双层架构，激励线圈布置在电路板中的一层，信号拾取线圈布置在电路板中的另一层，激励线圈包括以第一方向旋转的第一螺线结构和以第二方向旋转的第二螺线结构，第一方向与第二方向为相反方向，第一螺线结构和第二螺线结构基于第一轴线对称布置。

本发明实施例中的激励线圈设计为以第一方向旋转的第一螺线结构和以第二方向旋转的第二螺线结构，第一方向与第二方向为相反方向，第一螺线结构和第二螺线结构基于第一轴线对称布置，即，为一种具有轴对称特性的两方向旋转的螺线结构构成，能够有效避免无线充电装置的发射线圈产生的强交变磁场在激励线圈中产生较大的感应电压而对前端激励模块102造成破坏。

本发明实施例中，信号拾取线圈与激励线圈具有相同的结构和尺寸。

在本发明的一个实施例中，信号拾取线圈包括以第三方向旋转的第三螺线结构和以第四方向旋转的第四螺线结构，第三方向与第四方向为相反方向，第三螺线结构和第四螺线结构基于第二轴线对称布置。

在本发明的一个实施例中，第一螺线结构的中心的第一端子，和第二螺线结构的中心的第二端子经由引线连接以形成线圈，第一螺线结构外侧具有第三端子，第二螺线结构外侧具有第四端子，其中，第三端子和第四端子分别与激励模块102相连接以感应激励电流。

在本发明的一个实施例中，第三螺线结构的中心的第五端子，和第四螺线结构基的中心的第六端子经由引线连接以形成线圈，第三螺线结构外侧具有第七端子，第四螺线结构外侧具有第八端子，其中，第七端子和第八端子分别与信号处理模块103相连接以输出目标信号。

参见图2，图2为本发明实施例中激励线圈设计示意图。图2中示出了以第一方向旋转的第一螺线结构21和以第二方向旋转的第二螺线结构22，第一轴线23，第一端子24，第二端子25，第三端子26，以及第四端子27。第一端子24，和第二端子25经由引线连接以形成线圈，第三端子26和第四端子27分别与激励模块相连接以感应激励电流。

参见图3，图3为本发明实施例中信号拾取线圈设计示意图。图3中示出了以第三方向旋转的第三螺线结构31和以第四方向旋转的第四螺线结构32，第二轴线33，第五端子34，第六端子35，第七端子36，以及第八端子37。第五端子34，和第六端子35经由引线连接以形成线圈，第七端子36和第八端子37分别与信号处理模块相连接以输出目标信号。

在本发明的一个实施例中，第一轴线与第二轴线垂直布置。

本发明实施例中，设置第一轴线与第二轴线相互垂直，信号拾取线圈对激励线圈建立的磁场也构成一种差动效果，可以有效降低无导电异物时信号拾取线圈输出信号的幅值，提高信号拾取线圈中导电异物信息的比重。

本发明实施例中，采用具有轴对称性质的反相绕制的螺线结构的激励线圈和信号拾取线圈，对无线充电装置的充电线圈在空间中建立的交变磁场构成差动效果，可以有效避免降低强交变磁场对激励电路的冲击以及在信号拾取线圈中的耦合效果。

本发明实施例中上述的各螺线结构可以为圆形或者矩形，一并参见图4-图6，其中，图4为本发明实施例中圆形螺线平面涡流传感器结构示意图，图5为本发明实施例中矩形螺线线圈结构示意图，图6为本发明实施例中矩形螺线平面涡流传感器结构示意图，电涡流传感器101的设计方式较为灵活，扩大系统的适用性。

在本发明的一个实施例中，其中，激励电流的频率，不等于车辆无线充电装置的发射线圈输出电流的第一频率；以及，激励电流的频率，不等于发射线圈输出电流各次谐波的第二频率。

本发明实施例中，通过使激励电流的频率，不等于车辆无线充电装置的发射线圈输出电流的第一频率；以及，激励电流的频率，不等于发射线圈输出电流各次谐波的第二频率，能够有效避免激励电流对无线充电装置的充电线圈正常工作的影响，有效降低充电线圈在空间中建立的电磁场对车辆无线充电装置的导电异物探测系统10的耦合干扰。

在本发明的一个实施例中，激励电流的频率，等于第一频率和发射线圈输出电流一次谐波的第二频率的中间频率值。

本发明实施例中，通过使激励电流的频率，等于第一频率和发射线圈输出电流一次谐波的第二频率的中间频率值，使得信号处理模块103的滤波效果更好。

在本发明的一个实施例中，参见图7，该系统还包括：带通滤波器104，带通滤波器104与信号处理模块103的输入端相连接，其中，带通滤波器104，用于对目标信号中的干扰信号进行滤除处理。

本发明实施例中，带通滤波器104与信号处理模块103的输入端相连接，以滤除信号拾取线圈由于制造误差而感应到的无线充电装置的发射线圈的交变磁场造成的干扰。

作为一种示例，针对上述的各附图，对本发明的应用说明如下：

信号拾取线圈布置在硬质电路板的第一层，其两螺线部分的内部端子经过孔的连接线圈布置在硬质电路板的第二层，如图2所示。

激励线圈布置在硬质电路板的第四层，其两螺线部分内部端子经过孔的连接线布置在硬质电路板的第三层，如图4所示。

的平面涡流传感器的线圈结构也可以采用差动形式的矩形螺线结构，如图5所示。采用矩形螺线结构作为传感器的激励线圈和信号拾取线圈构成的平面涡流传感器如图6所示。

整个硬质电路板构成一个平面涡流传感器，将图5所示的平面涡流传感器放置在车辆无线充电装置发射线圈的上方，通过导线将激励模块102和信号拾取模块与平面涡流传感器联通。

本发明实施例中，信号处理模块，具体用于实时地采集目标信号，并对目标信号进行分解处理，将分解处理得到的目标信号分量，与参考信号分量做比对，在比对结果满足预设条件时，确定车辆无线充电装置所处环境中存在导电异物；其中，参考信号分量是预先对参考信号进行分解处理得到的，参考信号是未在车辆无线充电装置所处环境中设置异物时，电涡流传感器感应激励电流所输出的信号

作为一种示例，分别在车辆无线充电装置通、断电两种方式下，在上方无异物时，记录信号调理电路输出信号的实部和虚部信号的值，实部和虚部信号的值可以被称为信号分量，在车辆无线充电装置上方有导电异物时，再次记录信号调理电路输出信号实部与虚部的数值，与无导电异物时记录的信号值作对比，如有显著差异，则判定存在导电异物。

本发明实施例中，采用电涡流传感器101实现导电异物的探测，可以覆盖无线充电装置上表面所有的区域，因此不存在探测盲区或者盲区较小；平面涡流传感器的激励线圈和信号拾取线圈均采用差动布置的方式，可以有效降低其对无线充电装置发射线圈建立的强交变磁场的耦合，从而两个线圈对强交变磁场感应出高电压对激励电路和信号调理电路的冲击；平面涡流传感器采用主动式检测方式，使得无线充电装置发射线圈在工作状态和断开状态都能够进行导电异物探测，避免了无线充电装置在不存在导电异物时不必要的启动而浪费能量的技术问题；该平面涡流传感器采用差动布置的方式，有效减小了在导电异物不存在时传感器输出信号的强度，从而提高了在存在导电异物时，传感器输出信号中导电异物信号所占的比重。

本实施例中，通过经由激励模块为电涡流传感器提供激励电流，经由电涡流传感器感应激励电流以输出目标信号，以及经由信号处理模块实时地采集目标信号，并对目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测，由于额外设置激励模块能够为电涡流传感器提供激励电流，以及信号处理模块进行信号分析以探测导电异物，不受限于充电线圈是否能够给发射线圈供电，且布置成本较低，有效提升部署应用的灵活性。

图8是本发明一实施例提出的车辆无线充电装置的导电异物探测方法的流程示意图。

参见图8，该方法包括：

S801：为电涡流传感器提供激励电流。

S802：感应激励电流以输出目标信号。

S803：实时地采集目标信号，并对目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测。

可选地，一些实施例中，可以实时地采集目标信号，并对目标信号进行分解处理，将分解处理得到的目标信号分量，与参考信号分量做比对，在比对结果满足预设条件时，确定车辆无线充电装置所处环境中存在导电异物；其中，参考信号分量是预先对参考信号进行分解处理得到的，参考信号是未在车辆无线充电装置所处环境中设置异物时，电涡流传感器感应激励电流所输出的信号。

需要说明的是，前述图1-图7实施例中对车辆无线充电装置的导电异物探测系统10实施例的解释说明也适用于该实施例的车辆无线充电装置的导电异物探测方法，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例中，通过为电涡流传感器提供激励电流；感应激励电流以输出目标信号；实时地采集目标信号，并对目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测，由于额外为电涡流传感器提供激励电流，以及进行信号分析以探测导电异物，不受限于充电线圈是否能够给发射线圈供电，且布置成本较低，有效提升部署应用的灵活性。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种车辆无线充电装置的导电异物探测系统，所述车辆无线充电装置包括：充电线圈和发射线圈，其特征在于，所述系统包括与所述发射线圈相连的电涡流传感器、激励模块和信号处理模块，其中，

所述激励模块，用于为所述电涡流传感器提供激励电流；

所述电涡流传感器，用于感应所述激励电流以输出目标信号；

所述信号处理模块，用于实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测。

2.如权利要求1所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，所述电涡流传感器包括：激励线圈、信号拾取线圈，以及电路板，所述电路板为双层架构，所述激励线圈布置在所述电路板中的一层，所述信号拾取线圈布置在所述电路板中的另一层，所述激励线圈包括以第一方向旋转的第一螺线结构和以第二方向旋转的第二螺线结构，所述第一方向与所述第二方向为相反方向，所述第一螺线结构和所述第二螺线结构基于第一轴线对称布置。

3.如权利要求2所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，所述第一螺线结构的中心的第一端子，和所述第二螺线结构的中心的第二端子经由引线连接以形成线圈，所述第一螺线结构外侧具有第三端子，所述第二螺线结构外侧具有第四端子，其中，所述第三端子和所述第四端子分别与所述激励模块相连接以感应所述激励电流。

4.如权利要求2所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，所述信号拾取线圈包括以第三方向旋转的第三螺线结构和以第四方向旋转的第四螺线结构，所述第三方向与所述第四方向为相反方向，所述第三螺线结构和所述第四螺线结构基于第二轴线对称布置。

5.如权利要求2所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，所述第三螺线结构的中心的第五端子，和所述第四螺线结构基的中心的第六端子经由引线连接以形成线圈，所述第三螺线结构外侧具有第七端子，所述第四螺线结构外侧具有第八端子，其中，所述第七端子和所述第八端子分别与所述信号处理模块相连接以输出所述目标信号。

6.如权利要求4所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，所述第一轴线与所述第二轴线垂直布置。

7.如权利要求1-6任一项所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，其中，

所述激励电流的频率，不等于所述车辆无线充电装置的发射线圈输出电流的第一频率；以及，所述激励电流的频率，不等于所述发射线圈输出电流各次谐波的第二频率。

8.如权利要求7所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，所述激励电流的频率，等于所述第一频率和所述发射线圈输出电流一次谐波的第二频率的中间频率值。

9.如权利要求1所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，还包括：带通滤波器，所述带通滤波器与所述信号处理模块的输入端相连接，其中，

所述带通滤波器，用于对所述目标信号中的干扰信号进行滤除处理。

10.如权利要求1所述的车辆无线充电装置的导电异物探测系统，其特征在于，其中，

所述信号处理模块，具体用于实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分解处理，将分解处理得到的目标信号分量，与参考信号分量做比对，在所述比对结果满足预设条件时，确定所述车辆无线充电装置所处环境中存在导电异物；

其中，所述参考信号分量是预先对参考信号进行分解处理得到的，所述参考信号是未在所述车辆无线充电装置所处环境中设置异物时，所述电涡流传感器感应所述激励电流所输出的信号。

11.一种车辆无线充电装置的导电异物探测方法，其特征在于，包括：

为电涡流传感器提供激励电流；

感应所述激励电流以输出目标信号；

实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测。

12.如权利要求11所述的车辆无线充电装置的导电异物探测方法，其特征在于，所述实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分析处理，根据分析处理得到的结果对车辆无线充电装置所处环境中的导电异物进行探测，包括：

实时地采集所述目标信号，并对所述目标信号进行分解处理，将分解处理得到的目标信号分量，与参考信号分量做比对，在所述比对结果满足预设条件时，确定所述车辆无线充电装置所处环境中存在导电异物；

其中，所述参考信号分量是预先对参考信号进行分解处理得到的，所述参考信号是未在所述车辆无线充电装置所处环境中设置异物时，所述电涡流传感器感应所述激励电流所输出的信号。

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