CN112311108B - 金属异物检测方法及装置、无线充电系统、电动车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种金属异物检测方法及装置、无线充电系统、电动车辆，涉及无线充电领域。该金属异物检测装置中的激励源可以驱动线圈组中的发射线圈产生检测磁场，使得线圈组中的检测线圈可以在该检测磁场中产生感应信号。由于无需功率发射线圈提供检测磁场，因此有效提高了金属异物的检测效率和检测灵活性。并且，由于每个线圈组包括多个检测线圈，且多个检测线圈的结构和在线圈组的设置平面的设置位置中的一个或多个参数不同，使得异物检测电路可以根据该多个检测线圈产生的感应信号检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性，检测效果较好。

Description

金属异物检测方法及装置、无线充电系统、电动车辆

技术领域

本申请涉及无线充电领域，特别涉及一种金属异物检测方法及装置、无线充电系统、电动车辆。

背景技术

无线充电(wireless power transmission，WPT)是一种以耦合的电磁场为媒介传递电能，从而为电动车辆的车载电源进行充电的技术。无线充电系统一般包括：设置在地面或地下的功率发射设备，以及设置在电动车辆底部的功率接收设备。该功率发射设备中的功率发射线圈可以与功率接收设备中的功率接收线圈通过电磁互感来相互传递能量。

当地面上功率发射线圈所在区域存在金属异物时，由于涡流效应，该金属异物会被加热，造成安全隐患。因此功率发射设备还可以包括金属异物检测装置，该金属异物检测装置包括检测线圈和异物检测电路。其中检测线圈位于功率发射线圈靠近功率接收线圈的一侧。在功率发射线圈通过电磁互感的方式向功率接收线圈传递能量的过程中，检测线圈可以产生感应信号，异物检测电路可以通过该感应信号检测功率发射线圈所在区域是否存在金属异物。

但是，由于只有功率发射线圈通过电磁互感的方式向功率接收线圈传递能量时，检测线圈才能够产生感应信号，因此只能在无线充电系统工作时检测是否存在金属异物，检测效率较低，检测灵活性较差。

发明内容

本申请提供了一种金属异物检测方法及装置、无线充电系统、电动车辆，可以解决相关技术中金属异物的检测效率较低，检测灵活性较差的问题，技术方案如下：

一方面，提供了一种金属异物检测装置，该装置可以包括：一个或多个线圈组，激励源，信号检测电路以及异物检测电路。每个线圈组可以包括层叠的发射线圈和多个检测线圈，每个检测线圈与该发射线圈之间的耦合系数可以均小于系数阈值，且该多个检测线圈中，至少两个检测线圈的结构和在线圈组的设置平面的设置位置中的一个或多个参数不同。该信号检测电路可以与每个检测线圈连接，用于检测每个检测线圈在该检测磁场中产生的感应信号。该异物检测电路可以与信号检测电路连接，用于根据该多个检测线圈产生的感应信号，检测该至多个检测线圈所在区域是否存在金属异物。

由于该金属异物检测装置中设置有激励源，该激励源可以驱动该发射线圈产生检测磁场，因此无需功率发射线圈提供检测磁场，有效提高了金属异物的检测效率和检测灵活性。并且，由于每个线圈组包括多个检测线圈，且多个检测线圈中，至少两个检测线圈的结构和在线圈组的设置平面的设置位置中的一个或多个参数不同，使得异物检测电路可以根据该多个不同的检测线圈产生的感应信号检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性，检测效果较好。

可选的，每个检测线圈可以均包括串联的2N个检测子线圈，N可以为大于或等于1的正整数。该2N个检测子线圈中，N个检测子线圈的绕向为第一绕向，另外N个检测子线圈的绕向为第二绕向，该第一绕向与该第二绕向相反。

可选的，每个线圈组包括第一检测线圈和第二检测线圈，该第一检测线圈和该第二检测线圈在线圈组的设置平面的设置位置相同。该第一检测线圈中串联的2N个检测子线圈可以沿第一方向排列，该第二检测线圈中串联的2N个检测子线圈可以沿第二方向排列。其中，该第一方向与该第二方向相交。

其中，第一检测线圈包括的2N个检测子线圈中，相邻且绕向相反的检测子线圈之间的轴线为该第一检测线圈的检测盲区，第二检测线圈包括的2N个检测子线圈中，相邻且绕向相反的检测子线圈之间的轴线为该第二检测线圈的检测盲区。通过使得第一检测线圈中的2N个检测子线圈沿第一方向排列，该第二检测线圈中的2N个检测子线圈沿第二方向排列，且使得该第一方向与该第二方向相交，可以有效减小该两个检测线圈的检测盲区的重叠区域的大小，从而可以减小该线圈组的检测盲区的大小，也即是减小了金属异物检测装置的检测盲区的大小。

可选的，该第一方向可以垂直于该第二方向。

可选的，每个线圈组可以包括第一检测线圈和第二检测线圈，该第一检测线圈和该第二检测线圈在线圈组的设置平面的设置位置相同。该第二检测线圈包括的检测子线圈的个数为该第一检测线圈包括的检测子线圈的个数的偶数倍。该第一检测线圈中串联的偶数个检测子线圈沿第三方向排列，该第二检测线圈中串联的偶数个检测子线圈沿该第三方向排列。

由于两个检测线圈包括的检测子线圈均沿第三方向排列，且该第二检测线圈包括的检测子线圈的个数为该第一检测线圈包括的检测子线圈的个数的偶数倍。因此第一检测线圈的检测盲区和第二检测线圈的检测盲区不存在重叠区域，从而可以消除该线圈组的检测盲区，提高了金属异物检测的可靠性。

可选的，每个线圈组可以包括第一检测线圈和第二检测线圈，该第一检测线圈和该第二检测线圈在线圈组的设置平面的设置位置相同。第一检测线圈中串联的偶数个检测子线圈可以沿第四方向排列，该第二检测线圈可以包括串联的至少两个子线圈组，该至少两个线圈组沿该第五方向排列，每个子线圈组包括串联的两个检测子线圈，该串联的两个检测子线圈沿第五方向排列。其中，该第四方向与该第五方向相交。

通过使得该第四方向与该第五方向相交，可以有效减小该两个检测线圈的检测盲区的重叠区域的大小，从而可以减小该线圈组的检测盲区的大小，也即是减小了金属异物检测装置的检测盲区的大小。

可选的，每个线圈组可以包括两个发射线圈，以及与两个发射线圈一一对应的两个检测线圈，每个检测线圈与对应的发射线圈之间的耦合系数小于系数阈值，且两个检测线圈的结构相同。两个发射线圈在该线圈组的设置平面的正投影部分重叠。每个检测线圈在该设置平面的正投影与对应的一个发射线圈在该设置平面的正投影重合，或者位于对应的一个发射线圈在该设置平面的正投影内，且一个检测线圈中相邻且绕向相反的两个子线圈之间的轴线，与另一个检测线圈中相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线不共线。

由于第一检测线圈中相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线，与第二检测线圈中相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线不共线，因此第一检测线圈的检测盲区和第二检测线圈的检测盲区不存在重叠区域，因此可以消除金属异物检测装置的检测盲区，提高了金属异物检测的可靠性。

可选的，该装置包括：阵列排布的多个线圈组。

可选的，该装置还包括：多个开关。每个开关分别与该激励源以及一列或一行该线圈组中的发射线圈连接。该异物检测电路还与每个开关连接，该异物检测电路还用于控制每个开关的开关状态。

当异物检测电路控制一个开关闭合时，激励源可以驱动该开关连接的一列或一行线圈组中的发射线圈产生检测磁场，该一列或一行线圈组中的检测线圈可以在该检测磁场的作用下产生感应信号。异物检测电路可以通过控制各个开关的开关状态，使得激励源与位于不同列或不同行的线圈组中的发射线圈连通。从而实现对不同线圈组中的检测线圈所在区域的金属异物的检测，提高了金属异物检测的灵活性。

可选的，该异物检测电路可以用于：在检测到该多个检测线圈中，任一检测线圈产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值时，确定该多个检测线圈所在区域存在金属异物。在检测到该多个检测线圈中，每个检测线圈产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值均不大于差值阈值时，可以确定多个检测线圈所在区域不存在金属异物。

可选的，该异物检测电路可以用于：在检测到该多个检测线圈中，任一检测线圈产生的感应信号的信号值大于信号值阈值时，确定该多个检测线圈所在区域存在金属异物。在检测到该多个检测线圈中，每个检测线圈产生的感应信号的信号值均不大于信号值阈值时，确定多个检测线圈所在区域不存在金属异物。

可选的，该感应信号可以为感应电压，信号检测电路可以为电压检测电路。由于感应电压比较容易检测，通过检测感应电压作为感应信号可以确保检测到的感应信号的精度较高。

另一方面，提供了一种金属异物检测方法，应用于如上述方面所述的金属异物检测装置，该方法可以包括：激励源可以驱动一个或多个线圈组中的发射线圈产生检测磁场，其中每个线圈组包括多个检测线圈，信号检测电路可以检测每个检测线圈在该检测磁场中产生的感应信号，异物检测电路可以根据该多个检测线圈产生的感应信号，检测该多个检测线圈所在区域是否存在金属异物。

该方法可以用于驱动线圈组中的发射线圈产生检测磁场，线圈组中的检测线圈可以在该检测磁场中产生感应信号。由于无需功率发射线圈提供检测磁场，因此有效提高了金属异物的检测效率和检测灵活性。并且，由于每个线圈组包括多个检测线圈，使得异物检测电路可以根据该多个检测线圈产生的感应信号检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性，检测效果较好。

可选的，该异物检测电路根据该多个检测线圈产生的感应信号，检测该多个检测线圈所在区域是否存在金属异物，可以包括：

异物检测电路在检测到该多个检测线圈中，任一检测线圈的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值时，确定该多个检测线圈所在区域存在金属异物。

或者，该异物检测电路根据该多个检测线圈产生的感应信号，检测该多个检测线圈所在区域是否存在金属异物，可以包括：

异物检测电路在检测到该多个检测线圈中，任一检测线圈的感应信号的信号值大于信号值阈值时，确定该多个检测线圈所在区域存在金属异物。

又一方面，提供了一种无线充电系统，该无线充电系统可以包括：功率发射设备和功率接收设备。该功率发射设备可以包括：功率发射线圈，以及如上述方面所述的金属异物检测装置，该金属异物检测装置中的一个或多个线圈组所在的区域，可以覆盖该功率发射线圈所在的区域。该功率接收设备可以包括：功率接收线圈，该功率接收线圈用于与该功率发射线圈通过电磁互感来相互传递能量。

再一方面，提供了一种电动车辆，该电动车辆可以包括如上述方面所述的金属异物检测装置。

再一方面，本申请提供了一种金属异物检测装置，该装置可以包括：存储器，处理器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现如上述方面所述的金属异物检测方法。

再一方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当该计算机可读存储介质中存储的指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述方面所述的金属异物检测方法。

再一方面，本申请提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述方面所述的金属异物检测方法。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请提供了一种金属异物检测方法及装置、无线充电系统、电动车辆，该金属异物检测装置中的激励源可以驱动线圈组中的发射线圈产生检测磁场，使得线圈组中的检测线圈可以在该检测磁场中产生感应信号。由于无需功率发射线圈提供检测磁场，因此有效提高了金属异物的检测效率和检测灵活性。并且，由于每个线圈组包括多个检测线圈，且多个检测线圈的结构和在线圈组的设置平面的设置位置中的一个或多个参数不同，使得异物检测电路可以根据该多个检测线圈产生的感应信号检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性，检测效果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无线充电系统的架构图；

图2是本发明实施例提供的另一种无线充电系统的架构图；

图3是本发明实施例提供的一种金属异物检测装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种检测线圈的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种发射线圈的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种线圈组的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种第一检测线圈的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种第二检测线圈的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种线圈组的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的另一种第二检测线圈的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的又一种线圈组的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的又一种第二检测线圈的结构示意图；

图13是本发明实施例提供的再一种线圈组的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的另一种金属异物检测装置的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的又一种金属异物检测装置的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的一种激励源的结构示意图；

图17是本发明实施例提供的一种信号检测电路的结构示意图；

图18是本发明实施例提供的一种金属异物检测方法的流程图；

图19是本发明实施例提供的再一种金属异物检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的金属异物检测方法及装置、无线充电系统、电动车辆。

图1是本发明实施例提供的一种无线充电系统的架构图。参考图1，该无线充电系统可以包括：功率接收设备10(即接收端)和功率发射设备20(即发射端)。该功率接收设备10可以设置在待充电设备中，该待充电设备可以为电动车辆或电动机器人等电力驱动的设备。例如，图1所示的待充电设备为电动车辆，功率接收设备10集成在电动车辆的底部。该功率发射设备20可以设置于无线充电站、无线充电停车位或无线充电道路等区域，且该功率发射设备20可以设置在地面上，也可以埋于地面之下(图1所示为功率发射设备20埋于地面之下的情况)。其中，该功率接收设备10可以与待充电设备的电源连接，该功率发射设备20可以与供电电源连接。当待充电设备进入功率发射设备20的无线充电范围内时，供电电源即可通过功率发射设备20和功率接收设备10为待充电设备的电源充电。

可选的，功率接收设备10和功率发射设备20可以通过电磁感应的方式相互传递能量。并且，供电电源和待充电设备的电源，还可以通过该功率接收设备10和功率发射设备20实现双向充电。即供电电源可以通过功率发射设备20和功率接收设备10为待充电设备的电源充电，待充电设备的电源也可以通过功率发射设备20和功率接收设备10向供电电源放电。

图2是本发明实施例提供的另一种无线充电系统的架构图。参考图2，该功率发射设备20可以包括功率发射线圈201、发射变换模块202、发射控制模块203、发射通信模块204、认证管理模块205、存储模块206以及金属异物检测装置207。

该功率发射线圈201，能够与电感和电容为主的谐振元件构成谐振电路，用于通过该谐振电路，将高频交流电转换为谐振电压或谐振电流。

发射变换模块202，分别与供电电源30和功率发射线圈201连接，用于将供电电源30提供的交流电或直流电转换为高频交流电，并提供给功率发射线圈201。其中，若该供电电源30提供直流电，则发射变换模块202可以包括逆变电路和电压变换电路。若该供电电源30提供交流电，则发射变换模块202可以包括功率因数校正电路和逆变电路。该逆变电路可以与功率发射线圈201集成设置，也可以独立设置。该功率因数校正电路可保证无线充电系统的输入电流相位与电网电压相位一致，减小系统谐波含量，提高功率因数值，以减少无线充电系统对电网的污染，提高可靠性。功率因数校正电路还可根据后级需求，升高或者降低功率因数校正电路的输出电压。逆变电路可以将功率因数校正电路输出的电压转换成高频交流电压，并作用在功率发射线圈上，高频交流电压可极大地提高功率发射线201的发射效率及能量传输距离。

需要说明的是，该供电电源30可以是功率发射设备20外接的电源，也可以是设置于功率发射设备20内部的电源，本发明实施例对此不做限定。

发射控制模块203，与该发射变换模块202连接，用于根据实际无线充电的发射功率需求，控制发射变换模块202的电压、电流和频率等参数，从而实现对功率发射线圈201中高频交流电的电压或电流的调节。

发射通信模块204，用于与功率接收设备10进行无线通信，通信的内容可以包括功率控制信息、故障保护信息、开关机信息和交互认证信息等。例如，该发射通信模块204可以接收功率接收设备10所发送的待充电设备的属性信息、充电请求和交互认证信息等信息。该发射通信模块204还可向功率接收设备10发送无线充电发射控制信息、交互认证信息和无线充电历史数据信息等信息。

发射通信模块204与功率接收设备10之间进行无线通信的方式可以包括：蓝牙(bluetooth)、无线宽带(wIreless-fidelity，WiFi)、紫蜂(zigbee)、射频识别(radiofrequencyidentification，RFID)、远程(long range，Lora)无线和近距离无线通信(nearfieldcommunication，NFC)中的任意一种或多种的组合。可选的，该发射通信模块204还可与待充电设备的所属用户的智能终端进行通讯，待充电设备的所属用户可以通过该通信功能实现远程认证和用户信息的传输。

认证管理模块205，可以用于与待充电设备的交互认证和权限管理。

存储模块206，可以用于存储功率发射设备10的充电过程数据、交互认证数据(例如交互认证信息)和权限管理数据(例如权限管理信息)。其中，交互认证数据和权限管理数据可为出厂设置也可为用户自行设置的，本发明实施例对此不作限定。

金属异物检测装置207，可以用于检测功率发射线圈201所在区域是否存在金属异物。

继续参考图2，该功率接收设备10可以包括功率接收线圈101、接收变换模块102、接收控制模块103和接收通信模块104。

功率接收线圈101，用于接收功率发射设备20传输的有功功率和无功功率。无线充电系统中的功率发射线圈201和功率接收线圈101的耦合方式可选择性的任意组合。例如，两者的耦合方式可以包括：S-S耦合、P-P耦合、S-P耦合、P-S耦合、LCL-LCL耦合或LCL-P耦合等。其中，S指串联(series)，P指并联(parallel)，L和C分别指电感和电容。S-S耦合是指功率发射设备20中的谐振电路为串联谐振，功率接收设备10中的谐振电路为串联谐振。S-P耦合是指功率发射设备20中的谐振电路为串联谐振，功率接收设备10中的谐振电路为并联谐振。LCL-LCL型指功率发射设备20和功率接收设备10中的谐振电路分别为LCL谐振电路(即两个电感L和一个电容C组成的谐振电路)。

另外，为了实现无线充电系统的双向充电功能，该功率发射设备20和功率接收设备10中的每个设备均可以既包括功率接收线圈也包括功率发射线圈。每个设备中的功率发射线圈和功率接收线圈可以独立设置，也可以集成设置。

接收变换模块102，可以通过储能管理模块40与储能模块50连接，用于将功率接收线圈101所接收的高频谐振电流(或电压)变换成为储能模块50充电所需要的直流电流(或直流电压)。该接收变换模块102可以包括整流电路和直流变换电路，整流电路可以将功率接收线圈101所接收的高频谐振电流(或电压)转换成直流电流(或直流电压)，直流变换电路可以为后级充电电路提供直流电流(或直流电压)，实现恒定模式充电。该整流电路可以与功率接收线圈101集成设置，也可以独立设置。

需要说明的是，储能管理模块40和储能模块50可以位于功率接收设备10外部，例如可以集成在待充电设备的电源中。或者，储能管理模块40和储能模块50也可以位于功率接收设备10的内部。参考图2可以看出，该储能模块50还可以与驱动装置60连接，用于为该驱动装置60供电，从而实现对待充电设备的驱动。

接收控制模块103，用于根据实际无线充电的接收功率需求，控制接收变换模块102的电压、电流和频率等参数。

接收通信模块104，用于与功率发射设备20中的发射通信模块204通信，其作用与发射通信模块204的作用对应，此处不再赘述。

本发明实施例提供了一种金属异物检测装置，该装置可以应用于图1或图2所示的无线充电系统中，且该金属异物检测装置可以设置在该功率接收设备10和功率发射设备20中的至少一个设备中。示例的，该金属异物检测装置可以设置功率发射设备10中，且该功率发射设备10设置在地下。

图3是本发明实施例提供的一种金属异物检测装置的结构示意图。参考图3，该金属异物检测装置可以包括：一个或多个线圈组01，激励源02，信号检测电路03以及异物检测电路04。图3中以一个线圈组01为例进行说明。

参考图3可以看出，每个线圈组01可以包括层叠的发射线圈011和多个检测线圈012。

该激励源02可以与该发射线圈011连接，用于驱动该发射线圈011产生检测磁场。该多个检测线圈012可以在该检测磁场中产生感应信号。其中，该激励源02可以为恒压源，也可以为恒流源，本发明实施例对此不做限定。

该信号检测电路03可以与每个检测线圈012连接，用于检测每个检测线圈012在该发射线圈011产生的检测磁场中产生的感应信号。

该异物检测电路04可以与信号检测电路03连接，用于根据该多个检测线圈012产生的感应信号，检测该多个检测线圈012所在区域是否存在金属异物。

在本发明实施例中，每个检测线圈012与该发射线圈011之间的耦合系数均小于系数阈值，且该多个检测线圈012中，至少两个检测线圈012的结构和在线圈组01的设置平面的设置位置中的一个或多个参数不同。该设置位置可以是指检测线圈在线圈组的设置平面上的正投影位置。

其中，该耦合系数可以为用于反映检测线圈012与发射线圈011之间的耦合程度的系数。该系数阈值可以为较小的数值，例如可以为0.01或0.02。也即是，每个检测线圈012与该发射线圈011之间的耦合系数均可以为0或者接近于0。

由于每个检测线圈012与发射线圈011之间的耦合系数均小于系数阈值，可以使检测线圈012可以与发射线圈011解耦，因此当检测线圈012所在区域不存在金属异物时，检测线圈012在检测磁场中产生的感应信号的信号值较小，例如可以等于0或接近于0。当检测线圈012所在区域存在金属异物时，检测线圈012在检测磁场中产生的感应信号会受到该金属异物的影响，使得该感应信号的信号值较大。因此，异物检测电路04可以根据感应信号的大小判断是否存在金属异物。

并且，由于每个线圈组01中包括多个检测线圈012，且该多个检测线圈012的结构和设置位置中的一个或多个参数不同，因此异物检测电路04可以根据该不同参数的多个检测线圈012产生的感应信号，检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性。

综上所述，本发明实施例提供了一种金属异物检测装置，该装置中的激励源可以驱动线圈组中的发射线圈产生检测磁场，使得线圈组中的检测线圈可以在该检测磁场中产生感应信号。由于无需功率发射线圈提供检测磁场，因此有效提高了金属异物的检测效率和检测灵活性。并且，由于每个线圈组包括多个检测线圈，且多个检测线圈的结构和在线圈组的设置平面的设置位置中的一个或多个参数不同，使得异物检测电路可以根据该多个检测线圈产生的感应信号检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性，检测效果较好。

作为一种可选的实现方式，该异物检测电路04可以用于：在检测到该多个检测线圈012中，任一检测线圈012产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值时，确定多个检测线圈012所在区域存在金属异物。相应的，在检测到该多个检测线圈012中，每个检测线圈012产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值均不大于差值阈值时，可以确定多个检测线圈012所在区域不存在金属异物。

其中，该参考信号值可以为多个检测线圈所在区域不存在金属异物时，信号检测电路03检测到的感应信号的信号值。该差值阈值可以是预先根据实验设定的能够确保无线充电系统正常工作的阈值。也即是，在检测线圈012产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值小于或等于该差值阈值时，无线充电系统可以正常工作。

并且，该参考信号值和差值阈值均可以存储在该异物检测电路04中，或者可以存储在与该异物检测电路04连接的存储器中。该感应信号的信号值与参考信号值的差值可以是指：感应信号的信号值减去参考信号值得到的数值的绝对值。

作为另一种可选的实现方式，该异物检测电路04可以用于：在检测到该多个检测线圈012中，任一检测线圈012产生的感应信号的信号值大于信号值阈值时，确定多个检测线圈012所在区域存在金属异物。相应的，在检测到该多个检测线圈中，每个检测线圈012产生的感应信号的信号值均不大于信号值阈值时，确定至多个检测线圈所在区域不存在金属异物。

其中，该信号值阈值可以是预先根据实验设定的能够确保无线充电系统正常工作的阈值。也即是，在检测线圈012产生的感应信号的信号值小于或等于该信号值阈值时，无线充电系统可以正常工作。

可选的，该信号值阈值可以存储在该异物检测电路04中，或者可以存储在与该异物检测电路04连接的存储器中。

在本发明实施例中，该感应信号可以为感应电压或者感应电流等。例如，当该感应信号为感应电压时，信号检测电路可以为电压检测电路。感应信号的信号值、参考信号值、差值阈值和信号值阈值均为电压值。示例的，该差值阈值的范围可以为20mv(毫伏)至100mv。信号值阈值的范围可以为20mv至100mv。

在本发明实施例中，每个检测线圈012可以包括串联的2N个检测子线圈，N可以为大于或等于1的正整数。也即是，每个检测线圈012可以包括串联的偶数个检测子线圈。例如，当N＝1时，如图4所示，每个检测线圈012可以包括串联的2个检测子线圈，该串联的2个检测子线圈呈8字形。并且，各个检测线圈012包括的检测子线圈的数量可以相同，也可以不同。

每个检测线圈012包括的2N个检测子线圈中，N个检测子线圈的绕向为第一绕向z1，另外N个检测子线圈的绕向为第二绕向z2，且第一绕向z1与第二绕向z2相反。例如，参考图4，第一绕向z1可以为顺时针绕向，第二绕向z2可以为逆时针绕向。

其中，每个检测线圈012包括的2N个检测子线圈中各个检测子线圈的尺寸、形状和圈数(匝数)均可以相同，由此可以确保每个检测线圈与发射线圈之间的耦合系数为0或者接近于0，即每个检测线圈0121均可以与发射线圈011解耦。

在本发明实施例中，每个检测子线圈的形状可以为圆形或多边形，例如可以为正方形或矩形。本发明实施例对该检测子线圈的形状不做限定，只需保证每个检测线圈中的各个检测子线圈的形状相同即可。

需要说明的是，每个检测线圈012的两端可以位于该线圈组的设置平面的同一侧，从而便于与信号检测电路03连接。例如，每个检测线圈012的两端可以通过换线板设置在该设置平面的同一侧边。

图5是本发明实施例提供的一种发射线圈的结构示意图。参考图5可以看出，该发射线圈011可以为一个线圈。该发射线圈的形状可以为圆形或多边形，例如可以为正方形或矩形。本发明实施例对该发射线圈的形状不做限定。

需要说明的是，在本发明实施例中，线圈组01中的每个检测线圈012与发射线圈011的形状和尺寸可以均相同，也即是，每个检测线圈012在线圈组01的设置平面的正投影，可以与发射线圈011在该设置平面的正投影重合。或者，每个检测线圈012在设置平面的正投影可以位于发射线圈011在该设置平面的正投影内。例如，每个检测线圈012的尺寸可以小于发射线圈011的尺寸，且与发射线圈011的尺寸的差值小于差值阈值。其中，线圈的尺寸可以是指线圈在设置平面的正投影的面积，该差值阈值可以为发射线圈011的面积的1％至5％。即每个检测线圈012的尺寸可以稍小于发射线圈011的尺寸。

作为一种可选的实现方式，图6是本发明实施例提供的一种线圈组的结构示意图。参考图6可以看出，每个线圈组01可以包括一个发射线圈011，以及两个检测线圈012，该两个检测线圈012可以为第一检测线圈012a和第二检测线圈012b。该第一检测线圈012a中串联的2N个检测子线圈可以沿第一方向A排列，该第二检测线圈012b中串联的2N个检测子线圈可以沿第二方向B排列。该第一方向A可以与该第二方向B相交。

其中，该线圈组01包括的两个检测线圈012在线圈组01的设置平面的正投影可以位于发射线圈011在该设置平面的正投影内，或者与该发射线圈011的正投影重合。并且，该两个检测线圈012的尺寸和形状可以相同。也即是，在该实现方式中，各个检测线圈012在线圈组01的设置平面的设置位置相同，结构不同。该设置位置可以是指检测线圈的中心点在设置平面的正投影位置。各个检测线圈012在线圈组01的设置平面的设置位置相同可以是指各个检测线圈012的中心点在设置平面的正投影重合。其中，中心点可以是指检测线圈012最小外接圆的圆心。

在本发明实施例中，功率发射线圈可以设置在功率发射设备10的磁芯上，功率发射线圈上可以覆盖有塑料板，该金属异物检测装置中的一个或多个线圈组01可以设置在该塑料板上，因此该设置平面可以是指该塑料板的表面。其中，该塑料板的厚度可以为1mm(毫米)至2mm。

需要说明的是，若功率发射设备20设置在地面上，则该金属异物检测装置中的线圈组01上还可以设置有防碾压盖板，避免电动车辆对该线圈组01中的线圈造成损伤，保证无线充电系统的正常工作。

对于每个检测线圈012中，相邻且绕向相反的两个检测子线圈，当金属异物位于该两个检测子线圈的轴线(该轴线是指垂直于检测子线圈的排列方向的轴线)所在区域时，该金属异物对两个检测子线圈产生的感应信号的影响相同，该两个检测子线圈产生的感应信号依旧是方向相反，信号值大小相同或较为接近的两个信号，即该两个检测子线圈产生的两个感应信号可以相互抵消。由此，信号检测电路03检测到的该检测线圈012产生的感应信号的信号值较小，从而无法检测出金属异物。

根据上述分析可知，每个检测线圈012中，相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线所在区域为该检测线圈的检测盲区。其中，该轴线为垂直于检测子线圈的排列方向的轴线。由于金属异物检测装置包括多个检测线圈012，则该线圈组01中各个检测线圈012的检测盲区的重叠区域即为该线圈组01的检测盲区。各个线圈组01的检测盲区即组成了该金属异物检测装置的检测盲区。

因此，通过使得第一检测线圈012a中的2N个检测子线圈沿第一方向A排列，该第二检测线圈012b中的2N个检测子线圈沿第二方向B排列，且使得该第一方向A与该第二方向B相交，可以有效减小该两个检测线圈012的检测盲区的重叠区域的大小，从而可以减小该线圈组01的检测盲区的大小，也即是减小了金属异物检测装置的检测盲区的大小。

可选的，该第一方向A可以垂直于第二方向B。

示例的，图7是本发明实施例提供的一种第一检测线圈的结构示意图。参考图7可以看出，第一检测线圈012a可以包括2个检测子线圈a1，该2个检测子线圈a1的绕向相反，且尺寸、形状和圈数均相等。该2个检测子线圈a1可以沿第一方向A排列。即该2个检测子线圈a1可以以第一轴线m1为轴对称设置，该第一轴线m1垂直于该第一方向A。

图8是本发明实施例提供的一种第二检测线圈的结构示意图。参考图8可以看出，第二检测线圈012b可以包括2个检测子线圈b1，该2个检测子线圈b1的绕向可以相反，且尺寸、形状和圈数均相等。该2个检测子线圈b1可以沿第二方向B排列，即该2个检测子线圈b1可以以第二轴线m2为轴对称设置，该第二轴线m2垂直于该第二方向B。该第二方向B可以垂直于第一方向A。

根据上述分析可知，第一轴线m1所在的区域为第一检测线圈012a的检测盲区。第二轴线m2所在的区域为第二检测线圈012b的检测盲区。当金属异物F位于第一轴线m1所在区域时，即位于第一检测线圈012a的检测盲区时，由于该第一检测线圈012a中的2个检测子线圈a1的绕向相反，2个检测子线圈a1产生的感应信号的方向相反，信号值大小相同，2个检测子线圈a1产生的感应信号相互抵消。因此异物检测电路04可以检测到该第一检测线圈012a产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值不大于差值阈值，异物检测电路04根据该第一检测线圈012a产生的感应信号无法检测到金属异物F。

但是，若该金属异物F位于第一轴线m1所在区域，且位于第二轴线m2所在区域之外，即位于第二检测线圈012b的检测盲区之外时，该第二检测线圈012b中2个检测子线圈b1产生的感应信号的信号值大小不同。异物检测电路04可以检测出该第二检测线圈012b产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值，从而可以确定该多个检测线圈012所在区域存在金属异物F。

同理，当金属异物F位于第二轴线m2所在区域时，即位于第二检测线圈012b的检测盲区时，异物检测电路04可以检测到该第二检测线圈012b产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值不大于差值阈值，异物检测电路04根据该第二检测线圈012b产生的感应信号无法检测到金属异物F。但是，当金属异物F位于第二轴线m2所在区域，且位于第一轴线m1所在区域之外，即位于第一检测线圈012a的检测盲区之外，异物检测电路04可以检测出该第一检测线圈012a产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值，从而确定该多个检测线圈012所在区域存在金属异物F。

在该实现方式中，只有当金属异物F位于第一轴线m1和第二轴线m2的交点所在区域(即第一轴线m1所在区域与第二轴线m2所在区域的重叠区域)时，异物检测电路04才无法检测到金属异物F，从而有效缩小了金属异物检测装置的检测盲区的范围，提高了金属异物检测的可靠性。

作为另一种可选的实现方式，每个线圈组01可以包括一个发射线圈011，以及两个检测线圈012。该两个检测线圈012可以为第一检测线圈012a和第二检测线圈012b。该第二检测线圈012a包括的检测子线圈的个数可以为第一检测线圈012b包括的检测子线圈的个数的偶数倍。该第一检测线圈012a中串联的偶数个子线圈可以沿第三方向C排列，第二检测线圈012b中串联的偶数个检测子线圈也可以沿该第三方向C排列。并且，每个检测线圈012中的各个检测子线圈的形状、尺寸和圈数均相同。

其中，该线圈组01包括的两个检测线圈012在线圈组01的设置平面的正投影可以位于发射线圈011在该设置平面的正投影内，或者与该发射线圈011的正投影重合。并且，该两个检测线圈012的尺寸和形状可以相同。并且，该两个检测线圈012的尺寸和形状可以相同。也即是，在该实现方式中，各个检测线圈012的在线圈组01的设置平面的设置位置相同，结构不同。

图9是本发明实施例提供的另一种线圈组的结构示意图。如图9所示，该线圈组01可以包括发射线圈011，第一检测线圈012a和第二检测线圈012b。

示例的，在该实施方式中，第一检测线圈012a的结构可以参考图7。结合图7和图9可以看出，该第一检测线圈012a包括的2个检测子线圈a1可以串联且沿第三方向C排列。并且，该2个检测子线圈a1的绕向相反，且尺寸、形状和圈数均相等。

图10是本发明实施例提供的另一种第二检测线圈的结构示意图。结合图9和图10可以看出，该第二检测线圈012b可以包括4个检测子线圈，该4个检测子线圈的尺寸、形状和圈数均相等。该4个检测子线圈串联且沿第三方向C排列。该4个检测子线圈中，第一检测子线圈b11的绕向可以为第一绕向，第二检测子线圈b12的绕向可以为第二绕向，第三检测子线圈b13的绕向可以为第二绕向，第四检测子线圈b14的绕向可以为第一绕向。

在本发明实施例中，第一检测线圈012a中，2个检测子线圈a1之间的轴线m1所在的区域为第一检测线圈012a的检测盲区。第二检测线圈012b中，第一检测子线圈b11和第二检测子线圈b12之间的轴线m3所在的区域，以及第三检测子线圈b13和第四检测子线圈b14之间的轴线m4所在的区域为第二检测线圈012b的检测盲区。在该实现方式中，由于第一检测线圈012a中的轴线m1、第二检测线圈012b中的轴线m3和m4均不重叠，因此第一检测线圈012a的检测盲区和第二检测线圈012b的检测盲区不存在重叠区域，从而可以消除该线圈组的检测盲区，提高了金属异物检测的可靠性。

作为又一种可选的实现方式，每个线圈组01可以包括第一检测线圈012a和第二检测线圈012b。该第一检测线圈012a中串联的偶数个检测子线圈可以沿第四方向D排列。该第二检测线圈012b可以包括串联的至少两个子线圈组012b1，该至少两个子线圈组012b1可以沿第四方向D排列。每个子线圈组012b1可以包括串联的2个检测子线圈，该2个检测子线圈可以沿第五方向E排列。该第四方向D可以与该第五方向E相交。

其中，该线圈组01包括的两个检测线圈012在线圈组01的设置平面的正投影可以位于发射线圈011在该设置平面的正投影内，或者与该发射线圈011的正投影重合。并且，该两个检测线圈012的尺寸和形状可以相同。也即是，在该实现方式中，各个检测线圈012在线圈组01的设置平面的设置位置相同，结构不同。

可选的，该第四方向D可以垂直于第五方向E。图11是本发明实施例提供的又一种线圈组的结构示意图。参考图11可以看出，该线圈组01可以包括发射线圈011，第一检测线圈012a，以及第二检测线圈012b。

示例的，在该实施方式中，第一检测线圈012a的结构可以参考图7。结合图7和图11可以看出，第一检测线圈012a可以包括2个检测子线圈a1，该2个检测子线圈a1的绕向相反，且尺寸、形状和圈数均相等。该2个检测子线圈a1可以沿第四方向D排列。

图12是本发明实施例提供的又一种第二检测线圈的结构示意图。参考图12可以看出，第二检测线圈012b可以包括两个子线圈组012b1，每个子线圈组012b1包括2个检测子线圈，该2个检测子线圈可以沿第五方向E排列。其中，该两个子线圈组012b1可以沿第四方向D排列。该第四方向D可以垂直于第五方向E。

示例的，如图12所示，该第二检测线圈012b包括的两个子线圈组012b1中，其中一个子线圈组012b1包括第一检测子线圈b11和第二检测子线圈b12，另一个子线圈组012b1包括第三检测子线圈b13和第四检测子线圈b14。该第一检测子线圈b11，第二检测子线圈b12，第三检测子线圈b13，以及第四检测子线圈b14可以环绕串联设置。该第一检测子线圈b11和第二检测子线圈b12可以沿第五方向E串联设置，第二检测子线圈b12和第三检测子线圈b13可以沿第四方向D串联设置，第三检测子线圈b13和第四检测子线圈b14可以沿第五方向E串联设置。其中，第一检测子线圈b11和第四检测子线圈b14的绕向可以相同，第二检测子线圈b12和第三检测子线圈b13的绕向可以相同，例如，第一检测子线圈b11和第四检测子线圈b14的绕向可以均为第一绕向，第二检测子线圈b12和第三检测子线圈b13的绕向可以均为第二绕向。

在本发明实施例中，第一检测线圈012a中，2个检测子线圈a1之间的轴线m1所在的区域为第一检测线圈012a的检测盲区。第二检测线圈012b中，第一检测子线圈b11和第二检测子线圈b12之间的轴线m5，以及第三检测子线圈b13和第四检测子线圈b14之间的轴线m6所在的区域为第二检测线圈012b的检测盲区。其中，第一检测子线圈b11和第二检测子线圈b12之间的轴线m5，与第三检测子线圈b13和第四检测子线圈b14之间的轴线m6可以共线。

在该实现方式中，只有当金属异物F位于第一检测线圈012a中的2个检测子线圈a1之间的轴线m1，第二检测线圈012b中第一检测子线圈b11和第二检测子线圈b12之间的轴线m5，以及第二检测线圈012b中第三检测子线圈b13和第四检测子线圈b14之间的轴线m6的交点所在区域时，异物检测电路04才无法检测到金属异物F，从而有效缩小了金属异物检测装置的检测盲区的范围，提高了金属异物检测的可靠性。

作为再一种可选的实现方式，图13是本发明实施例提供的再一种线圈组的结构示意图。参考图13可以看出，每个线圈组01可以包括两个发射线圈011，以及与两个发射线圈011一一对应的两个检测线圈012，每个检测线圈012与对应的发射线圈011之间的耦合系数可以小于系数阈值，即每个检测线圈012与其对应的一个发射线圈011之间的耦合系数可以为0或接近于0。两个发射线圈011在该线圈组01的设置平面的正投影部分重叠。并且，该两个发射线圈011的尺寸和形状可以相同，则该两个发射线圈011在该线圈组01的设置平面的正投影存在不重叠区域。

其中，该线圈组01包括的两个检测线圈012在线圈组01的设置平面的正投影可以分别位于对应的发射线圈011在该设置平面的正投影内，或者与该对应的发射线圈011的正投影重合。并且，一个所述检测线圈中相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线，与另一个检测线圈中相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线不共线，该两个检测子线圈的轴线之间的间距大于间距阈值，该间距阈值可以根据常见的金属异物的尺寸确定的。因此两个检测线圈的检测盲区不存在重叠区域，进而消除金属异物检测装置的检测盲区，提高了金属异物检测的可靠性。

可选的，该两个检测线圈012的尺寸和形状可以相同，即两个检测线圈012的结构可以相同。也即是，在该实现方式中，两个检测线圈012的结构相同，在线圈组的设置平面的设置位置不同。

例如，如图7或图13所示，每个检测线圈012可以均包括串联的2个检测子线圈，该2个检测子线圈的绕向相反，且尺寸、形状和圈数均相等。在该2个检测线圈中，第一检测线圈012a中2个检测子线圈a1之间的轴线m1，与第二检测线圈中2个检测子线圈b1之间的轴线m7不共线。

在本发明实施例中，第一检测线圈012a中，2个检测子线圈a1之间的轴线m1所在的区域为该第一检测线圈012a的检测盲区。第二检测线圈012b中，2个检测子线圈b1之间的轴线m7所在的区域为第二检测线圈012b的检测盲区。在该实现方式中，由于第一检测线圈012a中2个检测子线圈a1之间的轴线，与第二检测线圈012b中2个检测子线圈b1之间的轴线不共线，第一检测线圈012a的检测盲区和第二检测线圈012b的检测盲区不存在重叠区域，因此可以消除金属异物检测装置的检测盲区，提高了金属异物检测的可靠性。

需要说明的是，本发明实施例以第一方向A，第三方向C，以及第四方向D为相同方向，且第二方向B和第五方向E为相同方向为例进行说明。当然，该第一方向A，第三方向C，以及第四方向D为相同方向也可以为不同方向。第二方向B和第五方向E也可以为不同方向。

图14是本发明实施例提供的另一种金属异物检测装置的结构示意图。参考图14可以看出，该装置可以包括阵列排布的多个线圈组01。其中，每个线圈组01中的发射线圈均可以与激励源02连接。每个线圈组01中的检测线圈012可以均与信号检测电路03连接。

参考图14还可以看出，该装置还可以包括多个激励切换开关05。每个激励切换开关05可以分别与激励源02及一列或一行线圈组01中每个线圈组01中的发射线圈011连接。例如，在图14所示的结构中，该装置包括的激励切换开关05的个数与线圈组01的列数相同，每个激励切换开关05可以分别与激励源02及一列线圈组01中的发射线圈011连接。其中，激励切换开关05可以包括金氧半场效晶体管(metal oxide semiconductor fieldeffecttransistor，MOSFET)，例如可以包括串联的两个MOSFET，该两个MOSFET对顶设置，即该两个MOSFET的栅极相连。

异物检测电路04还可以与每个激励切换开关05连接，该异物检测电路04可以用于控制每个激励切换开关05的开关状态。

当异物检测电路04控制一个激励切换开关05闭合时，激励源02可以驱动该激励切换开关05连接的一列或一行线圈组01中的发射线圈011产生检测磁场，该一列或一行线圈组01中的检测线圈012可以在该检测磁场的作用下产生感应信号。信号检测电路03可以检测该感应信号，异物检测电路04可以根据该感应信号，检测该一列或一行线圈组01中的检测线圈所在区域是否存在金属异物。

在金属异物检测过程中，异物检测电路04可以每10毫秒(ms)控制一个激励切换开关05闭合，并控制其他激励切换开关05断开，从而使得激励源可以驱动该闭合的激励切换开关05所连接的一列线圈组01中的发射线圈产生检测磁场。

示例的，异物检测电路04可以从第一行(或者第一列)线圈组开始，驱动激励源02逐行(或逐列)为每一行(或者每一列)线圈组中的发射线圈011提供激励信号，从而逐行(或逐列)检测每一行(或者每一列)线圈组中的检测线圈012所在区域是否存在金属异物，直至完成对所有线圈组的检测。通过设置多个激励切换开关05，可以实现对多个线圈组中检测线圈的逐行逐行(或逐列)检测，有效提高了金属异物的检测精度。

需要说明的是，在本发明实施例中，每个激励切换开关05可以包括多个子开关，例如可以包括与线圈组中线圈个数相同数量的子开关。每个子开关可以与线圈组01中的一个线圈连接。在异物检测过程中，异物检测电路可以控制该多个子开关中的一个子开关闭合，其他子开关均断开。激励源02进而可以为该闭合的子开关所连接的线圈提供激励信号。也即是，该闭合的子开关所连接的线圈即可作为线圈组01中的发射线圈，其他线圈即可作为线圈组01中的检测线圈。

示例的，图15是本发明实施例提供的又一种金属异物检测装置的结构示意图。参考图15，假设线圈组包括三个线圈，激励切换开关05包括与该三个线圈一一对应连接的三个子开关。若异物检测电路04控制激励源02与第一个线圈之间的激励切换开关05闭合，则该第一个线圈可以作为发射线圈，其他两个线圈可以分别作为第一检测线圈和第二检测线圈。信号检测电路03进而可以检测该第一检测线圈产生的第一感应信号，以及第二检测线圈产生的第二感应信号。异物检测电路04进而可以根据该第一感应信号和第二感应信号检测该两个检测线圈所在区域是否存在金属异物。

还需要说明的是，对于每个线圈组中包括两个发射线圈的实现方式，每个激励切换开关05可以包括两个子开关。其中，每个子开关可以分别与激励源以及一个发射线圈连接。异物检测电路04可以每20ms至100ms控制一个子开关闭合，并控制另一个子开关断开，从而使得激励源可以驱动该闭合的子开关所连接的发射线圈产生检测磁场。

图16是本发明实施例提供的一种激励源的结构示意图。参考图16可以看出，激励源02可以包括：直流恒压源DC，开关电路021，电感L1，电容Cs，电容C1以及电容C2。其中，开关电路021可以包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。直流恒压源DC的一极与第一晶体管Q1的第一极连接，直流恒压源DC的另一极分别与第二晶体管的第一极和电容C1的一端连接。第一晶体管Q1的第二极和第二晶体管Q2的第二极均与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与电容Cs的一端连接，电容Cs的另一端分别与电容C1的另一端和电容C2的一端连接。电容C2的另一端分别与每个激励切换开关05连接。第一晶体管Q1的栅极和第二晶体管Q2的栅极与异物检测电路04连接。参考图16可以看出，该激励源02可以采用半桥和LCC结合的结构，LCC中的L是指电感，C是指电容。

异物检测电路04可以通过控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的开关状态，实现对该激励源02输出的激励信号的频率和幅值的控制。

激励源02为线圈组中的发射线圈提供激励信号后，该发射线圈上可以流过高频交流电流，发射线圈进而可以产生高频交流磁场，即检测磁场。检测线圈可以在该检测磁场中产生感应信号。

可选的，直流恒压源DC的直流电压可以为40V(伏)，开关电路021的开关频率可以为1MHz(兆赫兹)，电感L1的电感量可以为6微亨利(μH)，电容Cs的电容量可以为2.2微法拉(μF)，该电容Cs可以用于隔离直流电压。电容C1的电容量可以为4.22纳法拉(nF)，电容C2的电容量可以为300皮法拉(pF)。

图17是本发明实施例提供的一种信号检测电路的结构示意图。参考图17可以看出，该信号检测电路03可以包括：电容C3，电容C4，电容C5，电阻R1，电阻R2以及二极管D1。该电容C3的一端可以与感应信号输入端IN连接，另一端分别与电阻R1的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电容C4的一端以及二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与电容C5的一端连接，电容C5的另一端，电容C4的另一端以及电阻R1的另一端可以均与感应信号输出端OUT连接。

在本发明实施例中，信号检测电路03可以对检测线圈产生的感应信号进行滤波及放大处理，从而减少谐波的影响。并且，该感应信号输入该信号检测电路03之后，可以输出直流信号，该信号检测电路03可以将该直流信号传输至异物检测电路04。

可选的，电容C3的电容量可以为200pF，电容C4的电容量可以为130pF，电容C5的电容量可以为100nF。电阻R1的电阻可以为1千欧(kΩ)，电阻R2的电阻可以为1kΩ，D1可以为二极管。电容C3和电阻R1可以组成高通滤波器，R2和C4可以组成低通滤波器，二极管D1与电容C5可以组成峰值整流器。

需要说明的是，在本发明实施例中，该金属异物检测装置可以包括一个信号检测电路03，该一个信号检测电路03可以分别与每个检测线圈连接。

或者，该金属异物检测装置可以包括多个信号检测电路03，每个信号检测电路03可以与至少一个检测线圈连接，且不同的信号检测电路03所连接的检测线圈不同。其中，每个信号检测电路03的结构均可以如图17所示。

作为一种可选的实现方式，该金属异物检测装置包括的信号检测电路03的个数可以与该金属异物检测装置包括的检测线圈的个数相同，每个信号检测电路03可以与该金属异物检测装置中的一个检测线圈012连接。

作为另一种可选的实现方式，该金属异物检测装置包括的信号检测电路03的个数可以与每个线圈组包括的检测线圈012的个数相同。每个信号检测电路可以与每个线圈组中的一个检测线圈012连接。

例如，假设每个线圈组01包括两个检测线圈，该金属异物检测装置可以包括两个信号检测电路。则其中一个信号检测电路03可以与每个线圈组01中的第一检测线圈连接，用于检测各个线圈组中的第一检测线圈产生的感应信号。另一个信号检测电路03可以与每个线圈组01中的第二检测线圈连接，用于检测各个线圈组中的第二检测线圈产生的感应信号。

作为再一种可选的实现方式，该金属异物检测装置包括的信号检测电路03的个数可以与该金属异物检测装置包括的线圈组的列数(或者行数)相等。每个信号检测电路03可以与一列(或一行)线圈组中的每个检测线圈连接。

可选的，在本发明实施例中，当金属异物检测装置包括的信号检测电路03的个数小于该金属异物检测装置包括的检测线圈012的个数时，参考图14，该装置还可以包括多个检测切换开关06。每个检测切换开关06可以分别与一个信号检测电路03及至少一个检测线圈012连接。其中，每个检测切换开关06可以包括MOSFET，例如可以包括串联的两个MOSFET，该两个MOSFET对顶设置，即该两个MOSFET的栅极相连。

异物检测电路04还可以与每个检测切换开关06连接，该异物检测电路04可以用于控制每个检测切换开关06的开关状态。

当异物检测电路04控制一个检测切换开关06闭合时，该处于闭合状态的检测切换开关06所连接的信号检测电路03，可以检测该检测切换开关06连接的至少一个检测线圈产生的感应信号。

因此，异物检测电路04可以通过控制检测切换开关06的开关状态，实现对该金属异物检测装置中各个线圈组中的检测线圈产生的感应信号的分时检测。

例如，在图14所示的结构中，每个线圈组01包括第一检测线圈和第二检测线圈，该金属异物检测装置可以仅包括一个信号检测电路03，且该金属异物检测装置包括的检测切换开关06的个数可以为线圈组01的列数相等。其中，每个检测切换开关06可以分别与信号检测电路03及一列线圈组01中每个线圈组中的两个检测线圈012连接。

还需要说明的是，在本发明实施例中，检测切换开关06的连接方式与激励切换开关05的连接方式可以相同。也即是，若激励切换开关05分别与激励源02及一列线圈组01中的发射线圈011连接，则检测切换开关06可以分别与信号检测电路03及一列线圈组01中的检测线圈012连接。

示例的，异物检测电路04在通过激励切换开关05逐列为每一列线圈组中的发射线圈011提供激励信号的同时，可以同步控制多个检测切换开关06逐个闭合，也即是在激励源为某列线圈组01中的发射线圈011提供激励信号时，可以控制与该列线圈组01中的检测线圈012连接的检测切换开关06闭合，并控制其他检测切换开关06断开。从而可以逐列检测每一列线圈组中的出检测线圈012所在区域是否存在金属异物，直至完成对所有线圈组的检测。

假设每个线圈组01包括第一检测线圈和第二检测线圈，该金属异物检测装置包括的检测切换开关06的个数为线圈组01的列数，则该异物检测电路可以每10ms控制该一列线圈组01连接的一个检测切换开关06闭合，并控制其他检测切换开关06断开，从而使得信号检测电路03可以检测该闭合的检测切换开关06所连接的一列线圈组01中的检测线圈的感应信号。

在本发明实施例中，异物检测电路04可以为可编程的微处理器，该可编程的微处理器可以为数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，其型号可以为TMS320F28066。

参考图14和图15可以看出，该金属异物检测装置还可以包括与异物检测电路04连接的存储器06，该存储器06可以用于存储参考信号值，异物检测电路04可以从该存储器06中获取参考信号值。示例的，该存储器06可以为带电可擦可编程只读存储器(electricallyerasable programmable read only memory，eeprom)，其型号可以为AT24C64AN的。

综上所述，本发明实施例提供了一种金属异物检测装置，该装置中的激励源可以驱动线圈组中的发射线圈产生检测磁场，使得线圈组中的检测线圈可以在该检测磁场中产生感应信号。由于无需在功率发射线圈提供检测磁场，因此有效提高了进行金属异物的检测效率较高和检测灵活性。并且，由于每个线圈组包括多个检测线圈，且多个检测线圈的结构和在线圈组的设置平面的设置位置中的一个或多个参数不同，使得异物检测电路可以根据该多个检测线圈产生的感应信号检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性，检测效果较好。

图18是本发明实施例提供的一种金属异物检测方法的流程图。该方法可以应用于上述实施例提供的金属异物检测装置。参考图18可以看出，该方法可以包括：

步骤301、激励源驱动一个或多个线圈组中的发射线圈产生检测磁场，其中每个线圈组包括多个检测线圈。

在本发明实施例中，在需要进行金属异物检测时，例如在需要进行无线充电之前，异物检测电路可以控制激励源为一个或多个线圈组中的发射线圈提供激励信号，从而驱动该一个或多个线圈组中的发射线圈产生检测磁场。

其中，每个线圈组可以包括多个检测线圈，每个检测线圈均可以在该线圈组中的发射线圈产生的检测磁场中产生感应信号。

步骤302、信号检测电路检测每个检测线圈在该检测磁场中产生的感应信号。

在本发明实施例中，信号检测电路可以检测每个检测线圈在该检测磁场中产生的感应信号，并对该感应信号进行滤波及放大处理，并将处理后的感应信号传输至异物检测电路。

步骤303、异物检测电路根据该多个检测线圈产生的感应信号，检测该多个检测线圈所在区域是否存在金属异物。

在本发明实施例中，异物检测电路可以根据线圈组中的多个检测线圈产生的感应信号，检测该多个检测线圈所在区域是否存在金属异物。

作为一种可选的实现方式，异物检测电路可以在检测到多个检测线圈中，任一检测线圈的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值时，确定多个检测线圈所在区域存在金属异物。

该参考信号值可以为多个检测线圈所在区域不存在金属异物时，信号检测电路检测到的感应信号的信号值。该差值阈值可以是预先根据实验设定的能够确保无线充电系统正常工作的阈值。也即是，在检测线圈产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值小于或等于该差值阈值时，无线充电系统可以正常工作。该参考信号值和差值阈值可以存储在异物检测电路中。或者可以存储在与该异物检测电路04连接的存储器中。

相应的，在异物检测电路检测到该多个检测线圈中，每个检测线圈产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值均不大于差值阈值时，异物检测电路可以确定多个检测线圈012所在区域不存在金属异物。

作为另一种可选的实现方式，异物检测电路可以在检测到多个检测线圈中，任一检测线圈的感应信号的信号值大于信号值阈值时，确定多个检测线圈所在区域存在金属异物。

该信号值阈值可以是预先根据实验设定的能够确保无线充电系统正常工作的阈值。该信号值阈值可以存储在异物检测电路中，或者可以存储在与该异物检测电路连接的存储器中，异物检测电路在检测到多个检测线圈中，一个或多个检测线圈的感应信号的信号值大于该信号值阈值时，可以确定该多个检测线圈所在区域存在金属异物。

需要说明的是，若信号检测电路与多个检测线圈连接，则该信号检测电路检测到的感应信号可以为其所连接的各个检测线圈产生的感应信号的叠加信号。例如，若每个线圈组01包括第一检测线圈和第二检测线圈，金属异物检测装置包括两个信号检测电路，则其中一个信号检测电路可以与各个线圈组01中的第一检测线圈连接，则该信号检测电路检测到的感应信号可以为各个线圈组01中第一检测线圈产生的感应信号的叠加信号。另一个信号检测电路可以与各个线圈组01中的第二检测线圈连接，则该信号检测电路检测到的感应信号可以为各个线圈组01中第二检测线圈产生的感应信号的叠加信号。

综上所述，本发明实施例提供了一种金属异物检测方法，该方法可以驱动线圈组中的发射线圈产生检测磁场，线圈组中的检测线圈可以在该检测磁场中产生感应信号。由于无需功率发射线圈提供检测磁场，因此有效提高了金属异物的检测效率和检测灵活性。并且，由于每个线圈组包括多个检测线圈，使得异物检测电路可以根据该多个检测线圈产生的感应信号检测金属异物，提高了金属异物检测的准确性，检测效果较好。

本发明实施例还提供了一种无线充电系统，该无线充电系统可以包括：功率发射设备和功率接收设备。

该功率发射设备可以包括：功率发射线圈，以及上述实施例所述的金属异物检测装置，该金属异物检测装置中的一个或多个线圈组所在的区域，可以覆盖该功率发射线圈所在的区域。

该功率接收设备可以包括：功率接收线圈，该功率接收线圈可以用于与该功率发射线圈通过电磁互感来相互传递能量。

示例的，假设功率发射线圈所在的区域为600mm(毫米)×600mm的区域，则金属异物检测装置中的一个或多个线圈组所需覆盖的区域可以大于或等于该600mm×600mm的区域。若每个线圈组为50mm×50mm时，则该金属异物检测装置可以包括12行，12列线圈组，该阵列排布的12×12＝144个线圈组可以覆盖该功率发射线圈所在的区域。

需要说明的是，本发明实施例提供的金属异物检测装置除了可以应用于无线充电系统，还可以应用于安检设备，用于在安检过程中对金属进行检测，本发明实施例对金属异物检测装置的应用场景不做限定。

本发明实施例还提供了一种电动车辆，该电动车辆可以包括如上述实施例所提供的金属异物检测装置。例如，该电动车辆可以包括功率接收设备10，该功率接收设备10包括如上述实施例所提供的金属异物检测装置。

应理解的是，本发明实施例的金属异物检测装置还可以用专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)实现，或可编程逻辑器件(programmablelogic device，PLD)实现，上述PLD可以是复杂程序逻辑器件(complexprogrammable logicaldevice，CPLD)，现场可编程门阵列(field-programmable gatearray，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic，GAL)或其任意组合。可选的，也可以通过软件实现上述方法实施例提供的金属异物检测方法，当通过软件实现上述方法实施例提供的金属异物检测方法中，确定激励源提供的激励信号的幅值和频率，以及根据多个检测线圈产生的感应信号，检测多个检测线圈所在区域是否存在金属异物的步骤。当通过软件实现上述步骤时，该金属异物检测装置中用于实现上述步骤的电路(即异物检测电路)也可以为软件模块。

图19是本发明实施例提供的再一种金属异物检测装置的结构示意图，参考图19，该装置可以包括：处理器401、存储器402、网络接口403和总线404。其中，总线404用于连接处理器401、存储器402和网络接口403。通过网络接口403(可以是有线或者无线)可以实现与其他设备之间的通信连接。存储器402中存储有计算机程序4021，该计算机程序4021用于实现各种应用功能。

应理解，在本发明实施例中，处理器401可以是CPU，该处理器401还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、GPU或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者是任何常规的处理器等。

存储器402可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(staticRAM，SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data date SDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus RAM，DR RAM)。

总线404除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都标为总线404。

处理器401被配置为执行存储器402中存储的计算机程序，处理器401通过执行该计算机程序4021来实现上述方法实施例中的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当该计算机可读存储介质在计算机上运行时，使得计算机执行如上述方法实施例中的步骤。

本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法实施例中的步骤。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种金属异物检测装置，其特征在于，包括：激励源，信号检测电路，异物检测电路，多个激励切换开关以及阵列排布的多个线圈组；

每个所述线圈组包括层叠的发射线圈和多个检测线圈，每个所述检测线圈与所述发射线圈之间的耦合系数均小于系数阈值，其中，每个所述检测线圈均包括串联的2N个检测子线圈，所述2N个检测子线圈中，N个检测子线圈的绕向为第一绕向，另外N个检测子线圈的绕向为第二绕向，所述第一绕向与所述第二绕向相反，N为正整数；所述多个检测线圈中的至少两个检测线圈的结构相同，且所述至少两个检测线圈在所述线圈组的设置平面的正投影至少部分不重叠，或者，所述多个检测线圈中的至少两个检测线圈在所述线圈组的设置平面的设置位置相同，且所述至少两个检测线圈包括的检测子线圈的排列方向和所述至少两个检测线圈包括的检测子线圈的数量中的至少一个参数不同；

所述多个线圈组包括多列线圈组，所述多个激励切换开关与所述多列线圈组一一对应，所述多个激励切换开关分别与所述激励源连接，且每个激励切换开关与对应的一列线圈组中的发射线圈连接，所述异物检测电路分别与所述激励源、所述信号检测电路和所述多个激励切换开关连接，所述信号检测电路与每一列线圈组中的检测线圈连接；其中，每个激励切换开关包括多个子开关，所述多个子开关与所述每个激励切换开关对应的每个线圈组包括的多个线圈一一对应连接，在异物检测过程中，所述异物检测电路用于控制所述多个子开关中的一个子开关闭合，其他子开关均断开，所述每个激励切换开关中闭合的子开关所连接的线圈为所述每个激励切换开关对应的线圈组包括的发射线圈，断开的子开关所连接的线圈为检测线圈；

所述异物检测电路用于通过控制所述多个激励切换开关和所述激励源逐列驱动所述多列线圈组中的发射线圈产生检测磁场；

所述信号检测电路用于检测每一列线圈组中的检测线圈在所述每一列线圈组中的发射线圈产生的检测磁场中产生的感应信号；

所述异物检测电路用于根据所述每一列线圈组中的检测线圈产生的感应信号，检测所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域是否存在金属异物。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述线圈组包括第一检测线圈和第二检测线圈，所述第一检测线圈和所述第二检测线圈在所述设置平面的设置位置相同；

所述第一检测线圈中串联的2N个检测子线圈沿第一方向排列，所述第二检测线圈中串联的2N个检测子线圈沿第二方向排列；

其中，所述第一方向与所述第二方向相交。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述线圈组包括第一检测线圈和第二检测线圈，所述第一检测线圈和所述第二检测线圈在所述设置平面的设置位置相同；所述第二检测线圈包括的检测子线圈的个数为所述第一检测线圈包括的检测子线圈的个数的偶数倍；

所述第一检测线圈中串联的偶数个检测子线圈沿第三方向排列，所述第二检测线圈中串联的偶数个检测子线圈沿所述第三方向排列。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述线圈组包括第一检测线圈和第二检测线圈，所述第一检测线圈和所述第二检测线圈在所述设置平面的设置位置相同；

所述第一检测线圈中串联的偶数个检测子线圈沿第四方向排列；

所述第二检测线圈包括串联的至少两个子线圈组，所述至少两个线圈组沿所述第四方向排列，每个所述子线圈组包括串联的两个检测子线圈，所述串联的两个检测子线圈沿第五方向排列；

其中，所述第四方向与所述第五方向相交。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述线圈组包括两个所述发射线圈，以及与两个所述发射线圈一一对应的两个所述检测线圈，每个所述检测线圈与对应的所述发射线圈之间的耦合系数小于系数阈值，且两个所述检测线圈的结构相同；

两个所述发射线圈在所述线圈组的设置平面的正投影部分重叠；

每个所述检测线圈在所述设置平面的正投影与对应的一个所述发射线圈在所述设置平面的正投影重合，或者位于对应的一个所述发射线圈在所述设置平面的正投影内，且一个所述检测线圈中相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线，与另一个检测线圈中相邻且绕向相反的两个检测子线圈之间的轴线不共线。

6.根据权利要求1至5任一所述的装置，其特征在于，所述异物检测电路用于：在检测到所述每一列线圈组中的检测线圈中，任一检测线圈产生的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值时，确定所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域存在金属异物。

7.根据权利要求1至5任一所述的装置，其特征在于，所述异物检测电路用于：在检测到所述每一列线圈组中的检测线圈中，任一检测线圈产生的感应信号的信号值大于信号值阈值时，确定所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域存在金属异物。

8.根据权利要求1至5任一所述的装置，其特征在于，所述感应信号为感应电压，所述信号检测电路为电压检测电路。

9.一种金属异物检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一所述的金属异物检测装置，所述方法包括：

异物检测电路通过控制多个激励切换开关和激励源逐列驱动多列线圈组中的发射线圈产生检测磁场，其中每个所述线圈组包括多个检测线圈；

信号检测电路检测每一列线圈组中的检测线圈在所述每一列线圈组中的发射线圈产生的检测磁场中产生的感应信号；

所述异物检测电路根据所述每一列线圈组中的检测线圈产生的感应信号，检测所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域是否存在金属异物。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述异物检测电路根据所述每一列线圈组中的检测线圈产生的感应信号，检测所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域是否存在金属异物，包括：

所述异物检测电路在检测到所述每一列线圈组中的检测线圈中，任一检测线圈的感应信号的信号值与参考信号值的差值大于差值阈值时，确定所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域存在金属异物。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述异物检测电路根据所述每一列线圈组中的检测线圈产生的感应信号，检测所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域是否存在金属异物，包括：

所述异物检测电路在检测到所述每一列线圈组中的检测线圈中，任一检测线圈的感应信号的信号值大于信号值阈值时，确定所述每一列线圈组中的检测线圈所在区域存在金属异物。

12.一种无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括：功率发射设备和功率接收设备；

所述功率发射设备包括：功率发射线圈，以及如权利要求1至8任一所述的金属异物检测装置，所述金属异物检测装置中的一个或多个线圈组所在的区域，覆盖所述功率发射线圈所在的区域；

所述功率接收设备包括：功率接收线圈，所述功率接收线圈用于与所述功率发射线圈通过电磁互感来相互传递能量。

13.一种电动车辆，其特征在于，所述电动车辆包括如权利要求1至8任一所述的金属异物检测装置。