CN115347689A - 一种异物检测装置、方法及无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种异物检测装置、方法及无线充电系统，该异物检测装置包括线圈层和异物检测电路，所述线圈层包括同层设置的多个线圈组，每个所述线圈组包括对称设置的两个检测线圈，两个所述检测线圈中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入所述异物检测电路中，所述异物检测电路用于检测每个所述线圈组在检测磁场中产生的感应信号，进而根据所述感应信号检测相互耦合的发射线圈和接收线圈之间是否存在异物，其中，所述检测磁场为所述发射线圈和接收线圈之间形成的磁场。本公开能够快速、准确检测出无线充电时混入的金属异物，提高充电效率和充电安全性，且成本较低。

Description

一种异物检测装置、方法及无线充电系统

技术领域

本公开涉及无线充电技术领域，具体涉及一种异物检测装置、方法及无线充电系统。

背景技术

近几年新能源汽车发展迅速，进一步加快了无线电能传输的发展；无线电能传输主要分为电磁辐射型、电磁波型以及电磁感应型传输方式，其中新能源汽车采用了目前技术最成熟的电磁感应型的无线电能传输方式，对于电磁感应型无线传输方式又有两种地端发射方案，包括轨道式动态电能传输以及定点式静态电能传输，轨道式传输方式可以减少整车动力电池容量与质量，并可以实现行进中充电的目的，对于降低车端成本有着极高的效果，但此方案需要大面积铺设地端轨道，这一点对于刚起步的新能源汽车来说非常不现实；因此定点式静态无线充电成为目前整车量产充电的唯一选择。

目前新能源汽车无线充电系统中，对于电磁感应型的静态充电来说充电路径中出现金属异物将会造成相当大的影响，当发射线圈与接收线圈之间存在金属异物会影响线圈间耦合系数并降低线圈间互感，使得传输过程中谐振点发生变化降低传输效率影响充电时间，另一方面金属异物由于长时间处于交变的磁场中，金属异物中的涡流将会产生大量的热，可能会对地端或车端造成烧蚀，严重的情况下还会引发火灾爆炸，对于充电安全来说存在着极大的隐患。

目前新能源乘用车采用的无线充电异物检测大多分为摄像头拍摄图像处理、毫米波雷达检测，导致异物检测成本急剧增加，且图像处理的检测方式需要配套可靠的软件处理，硬件和软件成本均较高；毫米波雷达检测检测准确度高，但并不能识别金属与非金属之间的差别，对于塑料、橡胶等不影响充电的材料同样上报异物检测异常，影响充电者使用体验。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种异物检测装置、方法及无线充电系统，能够快速、准确检测出无线充电时混入的金属异物，提高充电效率和充电安全性，且成本较低。

为了解决上述技术问题，本公开的实施例采用了如下技术方案：

一种异物检测装置，包括线圈层和异物检测电路，所述线圈层包括同层设置的多个线圈组，每个所述线圈组包括对称设置的两个检测线圈，两个所述检测线圈中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入所述异物检测电路中，所述异物检测电路用于检测每个所述线圈组在检测磁场中产生的感应信号，进而根据所述感应信号检测相互耦合的发射线圈和接收线圈之间是否存在异物，其中，所述检测磁场为所述发射线圈和接收线圈之间形成的磁场。

在一些实施例中，所述线圈层包括层叠设置的第一线圈层和第二线圈层，所述第一线圈层包括同层设置的多个第一线圈组，每个所述第一线圈组包括对称设置的两个第一检测线圈；所述第二线圈层包括同层设置的多个第二线圈组，每个所述第二线圈组包括对称设置的两个第二检测线圈，所述第二线圈组中两个所述第二检测线圈的对称方式与所述第一线圈组中两个所述第一检测线圈的对称方式不同。

在一些实施例中，所述第一线圈组的第一检测线圈和所述第二线圈组的第二检测线圈上下交错设置，以将所述第一线圈层和所述第二线圈层的投影区域划分为多个检测区域。

在一些实施例中，每个所述第一线圈组中的两个所述第一检测线圈为轴对称结构，每个所述第二线线圈组中的两个所述第二检测线圈为中心对称结构。

本公开还提供一种异物检测方法，应用于异物检测装置，所述异物检测装置包括线圈层和异物检测电路，所述线圈层包括同层设置的多个线圈组，每个所述线圈组包括对称设置的两个检测线圈，两个所述检测线圈中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入所述异物检测电路中，所述方法包括：

获取所述线圈层中各所述线圈组产生的感应信号；

根据所述感应信号是否为异常感应信号，判断所述发射线圈和接收线圈之间是否存在异物。

在一些实施例中，所述方法还包括：

根据所述异常感应信号确定所述异物的位置。

在一些实施例中，所述线圈层包括层叠设置的第一线圈层和第二线圈层，所述第一线圈层中第一检测线圈的对称方式与所述第二线圈层中第二检测线圈的对称方式不同，所述异常感应信号包括预设时间在所述第一线圈层检测到的第一异常感应信号和在所述第二线圈层检测到的第二异常感应信号，所述方法还包括：

判断所述第一异常感应信号和所述第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域；

若存在重叠区域，确定存在异物，且所述异物位于所述重叠区域。

在一些实施例中，若不存在重叠区域，所述方法还包括：

改变所述异物检测电路的输入信号，获取基于改变后的输入信号得到的感应信号；

判断所述感应信号的变化是否与所述输入信号的变化成比例；

若成比例，确定存在异物，且所述异物位于所述第一异常感应信号对应的第一检测区域和所述第二异常感应信号对应的第二检测区域的并集区域；若不成比例，确定不存在异物。

在一些实施例中，所述异常感应信号包括预设时间在所述第一线圈层检测到的第一异常感应信号或在所述第二线圈层检测到的第二异常感应信号，所述方法还包括：

改变所述异物检测电路的输入信号，获取基于改变后的输入信号得到的感应信号；

判断改变输入信号后得到的感应信号中是否同时存在第一异常感应信号和第二异常感应信号；

若同时存在所述第一异常感应信号和第二异常感应信号，判断所述改变所述输入信号后得到的所述第一异常感应信号和第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域；若不同时存在所述第一异常感应信号和第二异常感应信号，再次改变所述异物检测电路的输入信号，判断基于改变后的输入信号得到的感应信号的变化是否与所述输入信号的变化成比例。

本公开还提供一种无线充电系统，包括充电设备和受电设备，所述充电设备上设有发射线圈，所述受电设备上设有与所述发射线圈相互耦合的接收线圈，还包括上述任一技术方案所述的异物检测装置，用于检测所述发射线圈和接收线圈之间是否存在异物。

本公开实施例还提供一种异物检测设备，包括：存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序；处理器用于在调用计算机程序时执行任一技术方案所述的异物检测方法。

本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一技术方案所述的异物检测方法。

本公开实施例提供的异物检测装置、方法及无线充电系统，通过对检测线圈进行结构设计，在同层布置多个线圈组，每个线圈组中的两个检测线圈1对称设置，且两个检测线圈中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入异物检测电路中，通过检测两个检测线圈1接入异物检测电路的两端之间的感应信号，即可快速、方便地检测发射线圈与接收线圈之间是否存在异物，且检测结果准确、可靠，能够有效提高无线充电效率和安全性；另外，仅需对检测线圈进行结构设计即可，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)为无线充电无金属异物情况下的磁场分布示意图；

图1(b)为无线充电有金属异物情况下的磁场分布示意图；

图2为本公开实施例的异物检测装置的线圈层的结构示意图；

图3为本公开实施例的异物检测装置的另一线圈层的结构示意图；

图4为本公开实施例的异物检测装置的第一线圈层和第二线圈层组装后的结构示意图；

图5为本公开实施例的异物检测装置的异物检测电路的结构示意图；

图6为本公开实施例的异物检测方法的流程图；

图7为本公开实施例的异物检测方法的具体实现流程图。

具体实施方式

此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

无线电能传输(wireless power transmission，WPT)系统主要包括无线发射装置和无线接收装置，无线发射装置安装在充电设备上，无线接收装置安装在受电设备上，无线发射装置的发射线圈(TX)与无线接收装置的接收线圈(RX)通过电池感应的方式传递能量。当受电设备处于无线发射装置的充电范围(接收线圈与发射线圈的位置对应)，并为充电设备通电启动无线充电功能时，发射线圈可以在发射线圈和接收线圈之间产生交变磁场，并通过该交变磁场发射能量，接收线圈接收发射线圈发射的能量，即可为受电设备进行充电。

受电设备可以为电动车辆，也可以为手机、平板电脑或可穿戴设备(例如智能手表)或电动机器人等移动终端。充电设备可以为用于为电动车辆进行充电的无线充电站，无线充电站安装在地端；充电设备也可以为用于为移动终端进行充电的便携式或非便携式充电器。本公开实施例对受电设备和充电设备的类型不做具体限定。

发射线圈与接收线圈之间存在空气间隙，因而可能会进入异物。根据电磁感应原理，如图1(a)所示，无线充电过程中,当发射线圈与接收线圈之间无金属异物，处于正常工作状态时，发射线圈与接收线圈之间磁力线均匀分布，同一半径位置处的磁场强度相同；如图1(b)所示,当发射线圈与接收线圈之间存在金属异物时，无线充电地端发出交变的电磁场会在金属异物内部感应出交变的电场形成涡流，并且涡流同样会感应出磁场与地端发射线圈感应的磁场相互耦合产生畸变的磁场，从而导致同一半径位置处的磁场强度不再相同。

根据等效模型计算的传输功率公式可知，金属异物处于交变磁场中时，充电传输效率明显下降，充电效率明显下降；且金属异物在交变的磁场中会产生的涡流，涡流产生的磁场会进一步减小发射端与接收端的耦合系数，使得发射端的漏感增加，谐振点发生变化，对传输效率有消极的影响，进一步影响充电效率。另外，金属异物由于长时间处于交变的磁场中，金属异物中的涡流将会产生大量的热，可能会在电动车辆充电时，对地端或车端造成烧蚀，严重的情况下还会引发火灾爆炸，存在较大的充电安全隐患。

有鉴于此，本公开实施例提供一种异物检测方法、装置和无线充电系统，以提高无线充电的充电效率和安全性。下面结合本公开实施例中的附图对本公开实施例进行详细描述。

图2至图5示出了本公开实施例的异物检测装置的结构示意图，如图2至图5所示，本公开实施例提供的一种异物检测装置，包括线圈层和异物检测电路，所述线圈层包括同层设置的多个线圈组，每个所述线圈组包括对称设置的两个检测线圈1，两个所述检测线圈1中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入所述异物检测电路中，所述异物检测电路用检测每个所述线圈组在检测磁场中产生的感应信号，进而根据所述感应信号检测相互耦合的发射线圈和接收线圈之间是否存在异物，其中，所述检测磁场为所述发射线圈和接收线圈之间形成的磁场。

具体地，同层设置的同一线圈组中两个检测线圈1为轴对称结构或中心对称结构。由于发射线圈在线圈的圆形区域内以圆心为半径，在相同半径内的磁场强度相同，因此，发射线圈的轴对称区域、中心对称位置处的磁场强度也完全相同，将同一线圈组中的两个检测线圈1设置为轴对称或中心对称结构，便于根据对称的检测线圈1进行金属异物检测。

同一线圈层中的各线圈组均与异物检测电路电连接，各线圈组中的检测线圈1受发射线圈与接收线圈之间的环境磁场的作用，可以产生感应信号。

根据楞次定律可知，在在无异物的交变磁场中，两个检测线圈1感应出的感应电压的时针方向相同、电压大小相同。因此，本实施例中，将两个检测线圈1极性相同的一端(例如顺时针方向的尾端，图2中具有相同标注a、b、c或d的一端)连接在一起，将极性相同的另一端分别接入到异物检测电路的正、负极，以便在无异物时两个检测线圈1产生大小相同、方向相反的感应信号，从而使得两个检测线圈1的未连接的一端之间的感应电压为0(例如A1与A2两端、B1与B2两端、C1与C2两端、D1与D2两端)，即不存在金属异物时，异物检测电路检测到的电压为0。而当存在异物时，两个检测线圈1中任一检测线圈1对应的检测区域存在异物均会影响磁场强度，影响对应的磁通，从而使得两个检测线圈1的感应电压不同，两个检测线圈1的未连接的一端之间的感应电压不为0，即存在金属异物时，异物检测电路检测到的电压不为0。因此，本公开实施例中，可以通过异物检测电路检测两个检测线圈1未连接的一端之间是否存在电压信号(电压是否为0)，来检测发射线圈与接收线圈之间是否存在异物，无需考虑具体的电压值，检测方便、可靠。

可以理解的是，每个检测线圈1的两端分别为正极和负极。两个检测线圈1极性相同的一端为正极，极性相同的另一端为负极。上述顺时针方向的尾端可以为正极也可以为负极，当顺时针方向的尾端为正极时，顺时针方向的首端即为负极。当然，两个检测线圈1极性相同的一端也可以为逆时针方向的尾端，具体极性以及绕线方式根据需要确定，本公开不具体限定。

本实施例中，位于同层的各检测线圈1的材质、绕制方式(均沿顺时针方向绕制)和绕制匝数可以相同，检测线圈1具体可以卷绕成U形结构，以便形成不同的检测区域。

本实施例中，也可以检测两个检测线圈1的未连接的一端之间的感应电流或功率等感应信号，并根据对应的电流或功率变化确定是否存在异物。

本公开实施例提供的异物检测装置通过对检测线圈进行结构设计，在同层布置多个线圈组，每个线圈组中的两个检测线圈1对称设置，且两个检测线圈1中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入异物检测电路中，通过检测两个检测线圈1接入异物检测电路的两端之间的感应信号，即可快速、方便地检测发射线圈与接收线圈之间是否存在异物，且检测结果准确、可靠，能够有效提高无线充电效率和安全性；另外，本实施例中，仅需对检测线圈进行结构设计即可，成本较低。

异物检测装置设置在发射线圈和接收线圈之间，发射线圈和接收线圈通常相对平行设置，且形状匹配，例如，发射线圈和接收线圈为相对平行设置的圆形结构。因此，线圈层可以铺设在发射线圈和接收线圈之间，且线圈层的中心与发射线圈或接收线圈的中心重合。

线圈层中，不同线圈组的检测线圈1形成的检测区域能够覆盖发射线圈或接收线圈的投影区域(检测区域的面积大于或等于投影区域的面积)，以对整个发射线圈所对应的区域(发射线圈朝向接收线圈方向的投影区域)进行异物检测，保证检测的准确性。

本实施例中，如图2至图4所示，不同线圈组形成的检测区域为与发射线圈的形状和大小相匹配的圆形区域。

异物检测装置可以设置在充电侧，也可以设置在受电侧。由于同一充电设备可以为不同的受电设备进行充电，考虑到安装和充电的便利性，以及为降低成本，可以将异物检测装置设置在充电侧，例如，线圈层安装在充电设备的发射线圈的上方，异物检测电路接入设于充电设备的充电电路中。

在一些实施例中，如图2所示，线圈层包括第一线圈层10，第一线圈层10包括同层设置的多个第一线圈组，每个所述第一线圈组包括对称设置的两个第一检测线圈(101、102)，两个所述第一检测线圈为轴对称结构。

具体地，如图2所示，第一线圈层10可以包括A、B、C、D四个第一线圈组，每一第一线圈组中，两个第一检测线圈(101、102)沿Y轴对称，两个第一检测线圈(101、102)的极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入异物检测电路中。例如，第一线圈组A中，两个第一检测线圈顺时针方向的尾端(两个第一检测线圈中均标注为a的一端)相互连接，顺时针方向的首端(两个第一检测线圈中分别标注为A1和A2的一端)分别连接至异物检测电路。通过检测第一线圈组A的感应信号的变化(A1和A2两端之间的感应信号的变化)即可检测图2中第一线圈组A围成的A部分检测区域内是否存在异物。

第一线圈组B、C、D的结构与第一线圈组A的结构类似，此处不再赘述。

在一些实施例中，如图3和图4所示，线圈层还可以包括与第一线圈层10层叠设置的第二线圈层20，第二线圈层20包括同层设置的多个第二线圈组，每个所述第二线圈组包括对称设置的两个第二检测线圈(201、202)，两个所述第二检测线圈为中心对称结构。

具体地，如图3所示，第二线圈层20可以包括E、F、G、H四个第二线圈组，每一第二线圈组中，两个第二检测线圈(201、202)围绕第二线圈层20的中心成中心对称结构，两个第二检测线圈(201、202)的极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入异物检测电路中。

例如，第二线圈组E中，两个第二检测线圈顺时针方向的尾端(两个第二检测线圈中均标注为e的一端)相互连接，顺时针方向的首端(两个第二检测线圈中分别标注为E1和E2的一端)分别连接至异物检测电路。通过检测第二线圈组E的感应信号的变化(E1和E2两端之间的感应信号的变化)即可检测图3中第二线圈组E围成的E部分检测区域是否存在异物。

本实施例中，第一线圈层10和第二线圈层20可以分别进行异物检测，第一线圈层10和第二线圈层20也可以相互配合进行检测，相互配合时，不仅能够检测发射线圈和接收线圈之间是否存在异物，还能够检测出异物所在的位置。

第一线圈层10和第二线圈层20相互配合使用时，第一线圈层10和第二线圈层20上下层叠设置，其中一个为上层线圈层，另一个为下层线圈层。

如图4所示，所述第一线圈组的第一检测线圈(101、102)和所述第二线圈组的第二检测线圈(201、202)上下交错设置，以将第一线圈层10和第二线圈层20的投影区域划分为多个检测区域。多个检测区域与发射线圈的投影区域(朝向接收线圈投影的区域)对应，以根据异物所在的检测区域确定异物相对于发射线圈或接收线圈的位置。

例如，本实施例中，第一线圈层10和第二线圈层20叠放在一起共同作用，可以划分出16个不同的检测区域，分别为AH、BH、BE、AE、AG、BG、BF、AF、CF、DF、DG、CG、CE、DE、DH、CH，当金属异物处于不同的检测区域，会使得对应的上、下层检测线圈同时感应出感应电压，进而根据具体感应出感应电压的检测线圈定位到具体位置，从而实现金属异物的定位作用，准确确定出金属异物所在的位置；同时，通过双层线圈检测异物，还可以有效提高异物检测灵敏度。

可以理解的是，采用单独的线圈层可以根据各线圈组围成的检测区域(检测线圈1的内侧)对异物的位置进行大致定位，但是，由于检测线圈1的外侧检测区域也可能存在感应信号，且某一检测线圈1的外侧检测区域可能是另一检测线圈1的内侧检测区域，可能存在定位不准。因此，本实施例中，在对异物的位置进行定位时，优选采用双层线圈层构成的检测线圈结构。

具体实施中，线圈层也可以为多层线圈层结构，不同层的检测线圈1上下交错，以划分出更多的检测区域，以进一步提高定位的准确性。例如，线圈层可以为三层线圈层结构，且不同层的检测线圈1分别呈沿不同方向设置的对称结构，上层线圈层的检测线圈1沿X轴对称，中间层线圈层的检测线圈1沿Y轴对称，下层线圈层的检测线圈1中心对称。

如图5所示，本实施例中，异物检测电路为电压感应电路，其中，运算放大器U1的正极输入偏置电压，具体地，将5V的电源通过电阻R1、C2和R2并联形成的RC滤波电路输入运算放大器U1的正极，运算放大器U1的负极连接运算放大器的输出端构成跟随器，然后通过R3限流输入到运算放大器U2的正极，同时，运算放大器U2的负极通过R6与运算放大器U2的输出端连接，此时输入线圈(两个检测线圈1连接形成的线圈组)的两端X1与X2分别通过电阻R4、R5接入运算放大器U2的正极和负极后构成比例放大器，通过运算放大器U2将输入线圈的感应信号放大后输出，同时，由于U1通过R3向U2输入一个定值电流，根据虚短虚断原则使得当X1与X2之间无压差输出时仍有一个固定的输出电流，避免了因为零偏导致的系统误报；运算放大器U2的输出端通过限流电阻R7和二极管D1后将运算放大器U2输出的交流量(例如交流电压)整流为直流量便于读取，之后通过C3和R8并联形成的RC滤波电路对检测到的感应电压Vsen进行滤波后输出，从而实现线圈组两端感应电压的检测。

本实施例中，采用运算放大器U1和U2不仅能够将检测到的线圈组的感应电压准确检测输出(微小的变化即可感应到)，还能够避免由于零偏导致的系统误报，进一步提高异物检测准确性。

图6示出了本公开实施例的异物检测方法的流程图，如图6所示，本公开实施例提供了一种异物检测方法，应用于异物检测装置，所述异物检测装置包括线圈层和异物检测电路，所述线圈层包括同层设置的多个线圈组，每个所述线圈组包括对称设置的两个检测线圈1，两个检测线圈1中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入所述异物检测电路中，所述方法包括：

S101：获取所述线圈层中各所述线圈组产生的感应信号；

S102：根据所述感应信号是否为异常感应信号，判断所述发射线圈和接收线圈之间是否存在异物。

具体地，线圈层中的各线圈组分别与异物检测电路连接，异物检测电路通电工作后，可通过电压传感器等实时检测由两个检测线圈1连接形成的每一线圈组两端的感应信号(例如感应电压)，并判断检测到的感应信号是否为异常感应信号，进而判断发射线圈和接收线圈之间是否存在异物。可以将检测到的感应信号与预设的感应信号阈值进行比较，判断所述感应信号是否为异常感应信号。本实施例中，如图7所示，可以通过判断每一线圈组两端(例如A1和A2端)的感应电压的大小是否超过偏置电压阈值(两端的压差是否为0)，判断是否存在异常感应信号，若超过，确定存在异物(S1021)，若未超过，确定不存在异物(S1022)。将预设的感应信号阈值设为0，可以为各线圈组设置统一的感应信号阈值，检测方便、快捷。

另一些实施例中，也可以通过判断检测到的感应信号的大小是否处于预设范围内等，判断是否存在异物。例如，当感应信号为感应电流时，为避免异物检测电路中由于零偏导致的系统误报，电路中始终存在一定感应电流，此时，可以判断检测到的感应电流的大小是否处于预设电流大小范围内，以判断是否存在异物。

在检测出发射线圈和接收线圈之间是否存在异物时，可以向充电设备和/或受电设备发送对应的提示信息，以便用户及时断电移除该异物；当发射线圈和接收线圈之间不存在异物时，可以控制充电设备对受电设备进行充电。

可以理解的是，上述的异物检测方法可以在具体充电之前(例如仅启动设于充电设备的发射线圈)，也可以在具体的充电过程中(启动设于充电设备的发射线圈，并启动设于受电设备的接收线圈)进行检测。在充电之前进行异物检测可以提前避免由于异物存在造成的传输效率低和安全性低的问题；在充电过程中进行检测可以对充电过程中落入的异物进行检测，避免由于异物落入而造成的传输效率低和安全性低的问题。

在一些实施例中，所述方法还包括：

S103:根据所述异常感应信号确定所述异物的位置。

在检测出发射线圈和接收线圈之间存在异物时，可以根据各线圈组的检测线圈1在线圈层中的布置方式(例如布置位置和布置大小等)确定异物所在的位置，进而实现异物的精准定位，便于及时对异物进行清理。

在一些实施例中，如图4所示，所述线圈层包括层叠设置的第一线圈层10和第二线圈层20，所述第一线圈层10中第一检测线圈(101、102)的对称方式与所述第二线圈层20中第二检测线圈(201、202)的对称方式不同，所述异常感应信号包括预设时间在所述第一线圈层10检测到的第一异常感应信号和在所述第二线圈层20检测到的第二异常感应信号，如图7所示，所述方法还包括：

S201：判断所述第一异常感应信号和所述第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域；

S2021：若存在重叠区域，确定存在异物，且所述异物位于所述重叠区域。

本步骤中，可以在检测到异常感应信号后，根据异常感应信号所属的线圈层准确确定异物的位置。若预设时间(某一时间点或一定时间段内)检测到的异常感应信号分别属于第一线圈层10和第二线圈层20的感应信号，则判断分属不同线圈层的第一异常感应信号和第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域，若存在，则确定异物位于该重叠区域(例如图4中DE区域)。重叠区域可以为一个或多个，例如，重叠区域可以同时为图4中的DE、DF、BH区域。

进一步地，如图7所示，若不存在重叠区域(S2022)，所述方法还包括：

S301：改变所述异物检测电路的输入信号，获取基于改变后的输入信号得到的感应信号；

S302：判断所述感应信号的变化是否与所述输入信号的变化成比例；

S3031：若成比例，确定存在异物，且所述异物位于所述第一异常感应信号对应的第一检测区域和所述第二异常感应信号对应的第二检测区域的并集区域；S3032：若不成比例，确定不存在异物。

本步骤中，若分属不同线圈层的第一异常感应信号和第二异常感应信号对应的检测区域不存在重叠区域(例如在DE区域检测到第一异常感应信号、在DH区域检测到第二异常感应信号)，可以通过增减异物检测电路的输入电压改变输入信号，并获取改变输入信号后上述区域的感应信号，将改变输入电压前后的第一异常信号和第二异常信号分别与输入信号的变化进行比较，判断感应信号是否随输入信号的变化成比例变化，若成比例变化，确定上述第一异常感应信号和第二异常感应信号均为由于异物的存在而产生的感应信号，第一异常感应信号对应的DE区域和第二异常感应信号对应的DH区域为异物存在的位置。若不成比例变化，确定第一异常感应信号和第二异常感应信号不是由于异物存在而产生的感应信号，确定此时可能为零偏情况，此时，可以控制充电设备正常工作为受电设备进行充电。若第一异常信号和第二异常信号中的一个随输入信号的变化成比例变化，确定成比例变化的异常信号对应的检测区域存在异物，生成对应的提示信号，并将提示信号发送至充电设备或受电设备进行异物存在提示，并控制充电设备断电，以便充电设备或受电设备的使用用户移除、清理异物。

在一些实施例中，所述异常感应信号包括预设时间在所述第一线圈层10检测到的第一异常感应信号或在所述第二线圈层20检测到的第二异常感应信号，所述方法还包括：

S401：改变所述异物检测电路的输入信号，获取基于改变后的输入信号得到的感应信号；

S402：判断改变输入信号后得到的感应信号中是否同时存在第一异常感应信号和第二异常感应信号；

S4031：若同时存在所述第一异常感应信号和第二异常感应信号，判断所述改变所述输入信号后得到的所述第一异常感应信号和第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域；S4032：若不同时存在所述第一异常感应信号和第二异常感应信号，再次改变所述异物检测电路的输入信号，判断基于改变后的输入信号得到的感应信号的变化是否与所述输入信号的变化成比例。

本步骤中，在检测到的异常感应信号仅属于第一线圈层10或第二线圈层20后，进一步判断该异常感应信号是否为由于异物存在而产生的感应信号。通过步骤S401改变异物检测电路的输入信号(例如增加输入电压)，判断改变后的感应信号是否为异常感应信号，且该异常感应信号是否同时存在于第一线圈层10和第二线圈层20，若存在，则通过步骤S4031判断改变输入信号后得到的第一异常感应信号和第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域，即转入步骤S201，采用与上述同时在第一线圈层10和第二线圈层20检测到异常感应信号类似的方式，进一步判断是否存在异物，以及在存在异物时根据是否存在重叠检测区域确定异物的位置。

步骤S4031中，若改变信号后同时存在的第一异常感应信号和第二异常感应信号对应的检测区域存在重叠区域，确定存在异物，且异物属于该重叠区域(S2021)；若不存在重叠区域(S2022)，所述方法还包括：

S501：判断所述第一异常感应信号和第二异常感应信号是否随着异物检测电路中的所述输入信号的变化成比例变化；

S5021：若成比例变化，确定存在异物，且所述异物位于改变所述输入信号之前所述第一异常感应信号或第二异常感应信号对应的检测区域；S5022：若不成比例变化，确定不存在异物。

步骤S4032中，若基于改变后的输入信号得到的感应信号的变化与所述输入信号的变化成比例(S4041)，确定存在异物，且所述异物位于改变所述输入信号之前所述第一异常感应信号或第二异常感应信号对应的检测区域；若不成比例(S4042)，确定不存在异物。即改变输入信号后得到的感应信号不同时存在所述第一异常感应信号和第二异常感应信号时，通过继续改变输入信号判断是否存在异物。

在一具体实施例中，若在第一线圈层10的D区域检测到异常感应信号，而在第二线圈层20未检测到异常感应信号，即仅检测到第一异常感应信号。该第一异常感应信号可能是由于异物进入产生的，也可能是由于零偏情况等造成的扰动，为准确确定该第一异常感应信号的类型，通过增加输入电压，判断是否在第一线圈层10和第二线圈层20同时检测到异常感应信号(同时存在第一异常感应信号和第二异常感应信号)，若同时检测到异常感应信号，例如，在第一线圈层10的D区域检测到第一异常感应信号，在第二线圈层20的E区域检测到第二异常感应信号，通过步骤4031判断第一异常感应信号和第二异常感应信号是否存在重叠区域，若存在重叠区域(DE区域)，可以确定DE区域存在异物；若不存在重叠区域，进入步骤S501继续判断。上述步骤S5021(或S5022)与上述步骤S302和S3031(或S3032)类似，此处不再赘述。若未同时检测到异常感应信号，即仍在第一线圈层10的D区域检测到第一异常感应信号，而未在第二线圈层20检测到第二异常感应信号，可以确定改变输入信号之前在第一线圈层10的D区域检测到第一异常感应信号可能并不是由于异物存在产生的感应信号，此时，可以通过步骤S4032再次改变所述异物检测电路的输入信号，判断改变前后检测到的感应信号是否随输入信号的改变成比例变化，通过两次改变输入信号准确确定是否存在异物。

可以理解的是，由于本实施例中改变输入信号是通过增加输入电压来实现的，因此，未改变输入电压时，检测到第一异常感应信号或第二异常感应信号的检测区域在改变输入电压后仍能够检测到异常感应信号，即在上述步骤S4031中，仍在D区域检测到第一异常感应信号。

具体实施中，初始输入电压也可以设置的较高，之后通过降低输入电压来判断感应信号是否随输入电压变化而成比例变化。当输入电压降低的较低时，感应电压随之降低，即异常感应信号可能消失，无法确定是由异物存在引起的还是由于工作误差等引起的，因此，为提高检测的准确性，本实施例中，在检测到存在异常感应信号后，通过增加输入电压的方式进一步判断该异常感应信号是否为异物存在产生的。

如图7所示，以电动汽车的充电为例，对异物检测方法的完整过程进行具体说明：

当地端(充电侧)充电设备和整车端(受电侧)接收到启动信号时，首先启动地端发射线圈使其工作在较小的工作电压、使车端接收线圈保持关闭状态，此时，由于地端发射线圈接入较小的交变电压，因此，在检测线圈1中感应出交变的磁场，此时，根据同一线圈组中两个检测线圈的对称区域内磁场的强弱可以判断出是否存在金属异物。

当充电区域(发射线圈和接收线圈之间)内存在金属异物时，对应检测线圈1中的感应电压超过偏置阈值，此时，检测感应出的超过偏置阈值电压的检测线圈1是否分别属于上下层线圈，如果检测线圈1分属于上下两层线圈(第一线圈层10或第二线圈层20)，则继续判断两层线圈是否存在重叠区域，若存在重叠区域，则可以确定该重叠区域内存在金属异物，此时令地端发射线圈断开电源、上报整车控制系统(ECU)，提示车主移除金属异物、并提示车主金属异物所在的精确位置区域为该重叠区域；若不存在重叠区域，此时，通过增加发射线圈的输出电压(异物检测电路的输入电压)检测在电压增加的情况下否存在感应电压成比例增加的情况，若存在则令地端发射线圈断开电源、上报整车控制系统(ECU)，提示移除金属异物、并提示车主金属异物所在的精确位置区域为上下两层线圈检测到的异常检测信号对应的检测区域的并集区域，若检测到的感应电压不随输入电压增加而增加则判断此时为零偏情况，上报车端启动接收线圈开始无线充电，并在充电过程中检测充电是否完成，若未完成则重复金属异物检测流程，防止充电的过程中出现金属异物的误入，影响充电效率。

如果仅在单层线圈(第一线圈层10或第二线圈层20的检测线圈中)检测到感应电压超过偏置之后的偏置阈值，则增加发射线圈的输出电压，并检测增加电压后是否有分属于上、下层的检测线圈感应出超过偏置阈值的感应电压，如果有，则跳转至上述双层线圈同时存在异常感应信号的定位检测流程，如果依旧仅有单层线圈检测出感应电压，则判断检测出的感应电压是否随着异物检测电路的输入电压增加而成比例增加，如果成比例增加，则令地端接收线圈断开电源、上报整车控制系统(ECU)，提示车主移除金属异物、并提示车主金属异物所在位置为单层线圈检测到的异常感应信号对应的检测区域；如果检测的感应电压不随输入电压增加而增加，则判断此时为零偏情况，上报车端启动接收线圈开始无线充电，并在充电过程中检测充电是否完成，若未完成则重复金属异物检测流程，防止在充电的过程中出现金属异物的误入，影响充电效率。

本公开实施例提供的异物检测方法在采用双层线圈层进行异物检测时，充分考虑异物检测过程中由于无线充电系统自身运行产生的感应信号，在检测出异常感应信号时，通过改变所述异物检测电路的输入信号进行多次检测判断，能够准确检测出异物，并通过双层线圈层的相互配合对异物进行精准定位，有效提高充电效率和充电安全性，且成本较低。

需要说明的是，本公开实施例检测出的异物为金属异物，无需检出对于塑料、橡胶等不影响充电的非金属异物，可以避免频繁的异物检出提示，提高用户使用体验。

本公开实施例还提供一种无线充电系统，包括充电设备和受电设备，所述充电设备上设有发射线圈，所述受电设备上设有与所述发射线圈相互耦合的接收线圈，无线充电系统还包括上述任一实施例所述的异物检测装置，用于检测所述发射线圈和接收线圈之间是否存在异物。

本公开实施例提供的无线充电系统对应于上述实施例的异物检测装置和异物检测方法，异物检测装置和异物检测方法实施例中的任何可选项也适用于无线充电系统的实施例，此处不再赘述。

本公开实施例还提供一种异物检测设备，包括：存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序；处理器用于在调用计算机程序时执行上述任一实施例所述的异物检测方法。

本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的异物检测方法。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种异物检测装置，其特征在于，包括线圈层和异物检测电路，所述线圈层包括同层设置的多个线圈组，每个所述线圈组包括对称设置的两个检测线圈，两个所述检测线圈中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入所述异物检测电路中，所述异物检测电路用于检测每个所述线圈组在检测磁场中产生的感应信号，进而根据所述感应信号检测相互耦合的发射线圈和接收线圈之间是否存在异物，其中，所述检测磁场为所述发射线圈和接收线圈之间形成的磁场。

2.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，所述线圈层包括层叠设置的第一线圈层和第二线圈层，所述第一线圈层包括同层设置的多个第一线圈组，每个所述第一线圈组包括对称设置的两个第一检测线圈；所述第二线圈层包括同层设置的多个第二线圈组，每个所述第二线圈组包括对称设置的两个第二检测线圈，所述第二线圈组中两个所述第二检测线圈的对称方式与所述第一线圈组中两个所述第一检测线圈的对称方式不同。

3.根据权利要求2所述的异物检测装置，其特征在于，所述第一线圈组的第一检测线圈和所述第二线圈组的第二检测线圈上下交错设置，以将所述第一线圈层和所述第二线圈层的投影区域划分为多个检测区域。

4.根据权利要求2所述的异物检测装置，其特征在于，每个所述第一线圈组中的两个所述第一检测线圈为轴对称结构，每个所述第二线线圈组中的两个所述第二检测线圈为中心对称结构。

5.一种异物检测方法，其特征在于，应用于异物检测装置，所述异物检测装置包括线圈层和异物检测电路，所述线圈层包括同层设置的多个线圈组，每个所述线圈组包括对称设置的两个检测线圈，两个所述检测线圈中极性相同的一端相互连接，极性相同的另一端分别接入所述异物检测电路中，所述方法包括：

获取所述线圈层中各所述线圈组产生的感应信号；

根据所述感应信号是否为异常感应信号，判断所述发射线圈和接收线圈之间是否存在异物。

6.根据权利要求5所述的异物检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述异常感应信号确定所述异物的位置。

7.根据权利要求6所述的异物检测方法，其特征在于，所述线圈层包括层叠设置的第一线圈层和第二线圈层，所述第一线圈层中第一检测线圈的对称方式与所述第二线圈层中第二检测线圈的对称方式不同，所述异常感应信号包括预设时间在所述第一线圈层检测到的第一异常感应信号和在所述第二线圈层检测到的第二异常感应信号，所述方法还包括：

判断所述第一异常感应信号和所述第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域；

若存在重叠区域，确定存在异物，且所述异物位于所述重叠区域。

8.根据权利要求7所述的异物检测方法，其特征在于，若不存在重叠区域，所述方法还包括：

改变所述异物检测电路的输入信号，获取基于改变后的输入信号得到的感应信号；

判断所述感应信号的变化是否与所述输入信号的变化成比例；

若成比例，确定存在异物，且所述异物位于所述第一异常感应信号对应的第一检测区域和所述第二异常感应信号对应的第二检测区域的并集区域；若不成比例，确定不存在异物。

9.根据权利要求7所述的异物检测方法，其特征在于，所述异常感应信号包括预设时间在所述第一线圈层检测到的第一异常感应信号或在所述第二线圈层检测到的第二异常感应信号，所述方法还包括：

改变所述异物检测电路的输入信号，获取基于改变后的输入信号得到的感应信号；

判断改变输入信号后得到的感应信号中是否同时存在第一异常感应信号和第二异常感应信号；

若同时存在所述第一异常感应信号和第二异常感应信号，判断所述改变所述输入信号后得到的所述第一异常感应信号和第二异常感应信号对应的检测区域是否存在重叠区域；若不同时存在所述第一异常感应信号和第二异常感应信号，再次改变所述异物检测电路的输入信号，判断基于改变后的输入信号得到的感应信号的变化是否与所述输入信号的变化成比例。

10.一种无线充电系统，包括充电设备和受电设备，所述充电设备上设有发射线圈，所述受电设备上设有与所述发射线圈相互耦合的接收线圈，其特征在于，还包括根据权利要求1至4中任一项所述的异物检测装置，用于检测所述发射线圈和接收线圈之间是否存在异物。

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