CN116061717A - 异物检测装置和异物检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种异物检测装置和异物检测方法，包括：第一检测单元，包括多个第一线圈，各所述第一线圈用于根据发射线圈提供的激励磁场输出对应的第一感应电信号，其中，各所述第一线圈设于所述发射线圈的耦合范围内，且与所述发射线圈平行，各所述第一线圈相对于所述发射线圈的第一中线对称，且各所述第一线圈沿所述第一中线的方向呈阵列排布，所述第一中线的方向与所述发射线圈的磁场方向垂直；控制模块，与所述第一检测单元连接，所述控制模块用于根据各所述第一感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。基于单个第一线圈产生的第一感应电信号进行异物判断，可以有效地提高异物检测灵敏度和可靠性。

Description

异物检测装置和异物检测方法

技术领域

本申请涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种异物检测装置和异物检测方法。

背景技术

为了节约能源，减少环境污染，电动汽车受到了世界各国的大力推广，全球电动汽车市场近年来快速增长。电池容量有限是导致车主续航焦虑的主要因素。为缓解该问题，大力推进充电基础设施建设成为促进电动汽车产业蓬勃发展的关键。在此背景下，电动汽车无线充电作为一项重要的支撑技术，在技术研究以及商业发展方面都取得了不俗的进展。但在磁耦合式无线充电系统运行过程中，发射线圈与接收线圈之间存在着高频率高强度的交变磁场。当金属异物侵入该区域时，它不仅削弱磁场耦合，降低系统工作效率，还会因涡流效应造成剧烈和快速的表面温升，从而引起火灾隐患，因此，在无线充电过程中进行异物检测是十分有必要的。

然而，目前市面上的异物检测技术存在灵敏度低、容易误报的问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中异物检测装置存在灵敏度低、容易误报的问题提供一种异物检测装置和异物检测方法。

为了实现上述目的，本申请提供了一种异物检测装置，包括：

第一检测单元，包括多个第一线圈，各所述第一线圈用于根据发射线圈提供的激励磁场输出对应的第一感应电信号，其中，各所述第一线圈设于所述发射线圈的耦合范围内，且与所述发射线圈平行，各所述第一线圈相对于所述发射线圈的第一中线对称，且各所述第一线圈沿所述第一中线的方向呈阵列排布，所述第一中线的方向与所述发射线圈的磁场方向垂直；

控制模块，与所述第一检测单元连接，所述控制模块用于根据各所述第一感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

在其中一个实施例中，所述异物检测装置还包括：

第二检测单元，设于所述发射线圈的耦合范围内，所述第二检测单元包括第二线圈，所述第二线圈用于产生第二感应电信号；

其中，第一部分的所述第二线圈与第二中线的围合区域内的磁通量等于第二部分的所述第二线圈与所述第二中线的围合区域内的磁通量，两部分所述第二线圈分别位于所述第二线圈的第二中线的两侧；

所述控制模块还用于根据各所述第一感应电信号和所述第二感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

在其中一个实施例中，所述第二中线与所述发射线圈的第一中线重合，所述第二线圈包括多个矩形区，各所述矩形区沿着所述第一中线交替排列于所述第一中线的两侧；

位于所述第一中线一侧的矩形区与所述第一中线围合的面积等于位于所述第一中线另一侧的矩形区与所述第一中线围合的面积。

在其中一个实施例中，所述第二检测单元还包括：

第三线圈，所述第三线圈环绕所述发射线圈的边缘，且所述第三线圈的正投影与所述发射线圈部分重叠，所述第三线圈用于产生第三感应电信号，以弥补所述第一检测单元的磁场检测盲区；

其中，所述控制模块用于根据各所述第一感应电信号、所述第二感应电信号和所述第三感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

在其中一个实施例中，所述发射线圈的边缘呈矩形，沿所述矩形的四条边分别交替依次设置有两个第一对称区和两个第二对称区，两个所述第一对称区关于所述第一中线对称；

其中，在同一所述第一对称区中，一部分的所述第三线圈与第三中线的围合区域内的磁通量等于另一部分的所述第三线圈与所述第三中线的围合区域内的磁通量，两部分所述第三线圈分别位于所述第三中线的两侧，所述第三中线与所述第一中线平行；

在同一所述第二对称区中，一部分的所述第三线圈与第四中线的围合区域内的磁通量等于另一部分的所述第三线圈与所述第四中线的围合区域内的磁通量，两部分所述第三线圈分别位于所述第四中线的两侧，所述第四中线与所述第一中线垂直。

在其中一个实施例中，所述控制模块包括：

信号接收单元，分别与所述第一检测单元、所述第二检测单元连接，用于分别获取各所述第一感应电信号、所述第二感应电信号和所述第三感应电信号；

信号处理单元，与所述信号接收单元连接，用于根据各所述第一感应电信号的幅值、所述第二感应电信号的幅值、所述第三感应电信号的幅值、第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

在其中一个实施例中，所述信号处理单元用于分别将任意相邻的两个所述第一线圈输出的所述第一感应电信号的幅值按照预设比例相加，产生一个处理值，并将所述处理值与所述第一预设阈值进行对比。

在其中一个实施例中，所述信号处理单元还用于当各所述处理值均小于等于所述第一预设阈值、所述第二感应电信号的幅值小于等于所述第二预设阈值、且所述第三感应电信号的幅值小于等于所述第三预设阈值时，判断所述发射线圈的耦合范围内不存在异物；和/或

当任一个所述处理值大于所述第一预设阈值，或所述第二感应电信号的幅值大于所述第二预设阈值，或所述第三感应电信号的幅值大于所述第三预设阈值时，判断所述发射线圈的耦合范围内存在异物。

本申请还提供了一种异物检测方法，应用于如上所述的异物检测装置，所述方法包括：

当接收线圈未处于发射线圈的耦合范围内时，驱动控制模块获取多个第一感应电信号；

当所述控制模块根据各所述第一感应电信号判断所述发射线圈的耦合范围内不存在异物时，发出驶入指令；所述驶入指令用于指示待充电汽车驶入，以使所述待充电汽车的接收线圈处于所述发射线圈的耦合范围内。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

驱动所述控制模块获取第二感应电信号和第三感应电信号；

当所述控制模块根据各所述第一感应电信号或任意相邻的两个所述第一感应电信号或所述第二感应电信号或所述第三感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内存在异物时，控制所述发射线圈停止发射信号。

上述异物检测装置，第一检测单元的各个第一线圈的结构沿着发射线圈的磁场方向延伸，当单个第一线圈范围内不存在异物时，该第一线圈在发射线圈的第一中线两侧的磁通量相同，而当存在异物时，该第一线圈在发射线圈的第一中线两侧的磁通量不相同，第一线圈产生的第一感应电信号由此发生改变，故控制模块通过各第一线圈输出的第一感应电信号即可判断发射线圈的耦合范围内是否存在异物，与以平衡线圈对的电压差为判据的异物检测方法相比，上述基于单个第一线圈产生的第一感应电信号进行异物判断，可以有效地提高异物检测灵敏度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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为一实施例中提供的异物检测装置的结构示意图之一；

图2为一实施例中提供的第一检测单元的结构示意图；

图3为一实施例中提供的异物检测装置的结构示意图之二；

图4为一实施例中提供的第一检测单元与第二线圈组合后的结构示意图；

图5为一实施例中提供的第三线圈的结构示意图；

图6为一实施例中提供的异物检测装置的结构示意图之三；

图7为一实施例中提供的异物检测方法的流程示意图之一；

图8为一实施例中提供的异物检测方法的流程示意图之二。

附图标记说明：

第一检测单元：10；控制模块：20；第二检测单元：30；第一线圈：101；信号接收单元：201；信号处理单元：202；第二线圈：301；第三线圈：302。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

电动汽车、移动机器人和无人机等用电设备的充电方式主要包括：一种是有线充电，也叫传导式充电；一种是无线充电，也叫非接触式充电。对于有线充电而言，其充电功率较大，效率较高，技术成熟度好，但取电过程不灵活，需要反复拔插充电插头，易产生磨损，从而导致漏电等安全隐患。此外，如遭遇雨雪天气，充电装置还需进行隔潮处理，否则无法实现在恶劣天气条件下露天充电，同时充电站的土地资源利用率相对较低，建设成本很大。作为对比，无线充电有着更好的信息化和智能化水平，有利于降低人力成本，且安全可靠，能很好地解决上述有线充电方式存在的问题。因此，无线充电成为电动汽车充电的主要发展方向。

然而，在磁耦合式无线充电系统运行过程中，发射线圈与接收线圈之间存在着高频率、高强度的交变磁场，当金属异物侵入该区域时，异物不仅削弱磁场耦合，降低充电系统工作效率，还会因涡流效应造成剧烈和快速的表面温升，从而引起火灾隐患。因此，为保证无线充电系统的高效、安全运行，异物检测技术越来越受重视。

进一步地，耦合线圈(包含发射线圈和接收线圈)是磁场耦合式无线充电系统的核心部件，常见线圈拓扑包括圆形、矩形和DD型等。其中，DD型线圈由两个电路并联、磁路串联的矩形线圈组成，相比于圆形线圈和矩形线圈，DD型线圈具有更大的耦合系数，以及更强的抗水平偏移特性，故DD型线圈成为目前车用充电线圈的主流商用化选择之一。

但目前市面上的异物检测技术大多数仅支持圆形和矩形等包含简单线圈拓扑的无线充电系统，针对DD型线圈无线充电系统开展的异物检测装置极为少见。而基于圆形线圈或矩形线圈开发的异物检测装置不具有可移植性，并且圆形线圈与矩形线圈的异物检测方法多依靠对称位置存在物理连接的两线圈电压差(电压差法)，当该方法应用于DD型线圈时，会存在检测灵敏度低和容易误报等一系列问题。

因此，为解决上述问题，本申请提供一种异物检测装置，请参阅图1，所述异物检测装置包括第一检测单元10和控制模块20。

电动汽车无线充电系统包括发射端和接收端，发射端包括发射线圈和发射端控制电路，接收端包括接收线圈和接收端控制电路。其中，发射线圈埋设在地表且为平面设计，接收线圈安装在汽车底盘上且与地面平行，当电动汽车驶入使得接收线圈与发射线圈对正或略微偏移时，发射端控制电路将工频交流电转变成高频交流电，高频交流电经过补偿后由原边发射线圈将高频交流电转换为磁能，在原副线圈间产生高频磁场，原边发射线圈与副边接收线圈之间没有直接的电气联系，副边接收线圈感应高频磁场，将高频磁场转换成高频交流电，再由接收端控制电路转为直流电以供电动汽车充电使用，以此实现非接触式充电。

异物检测装置中的第一检测单元10则设于发射线圈的耦合范围内，第一检测单元10包括多个第一线圈101，各所述第一线圈101用于根据发射线圈提供的激励磁场输出对应的第一感应电信号，其中，各所述第一线圈101设于发射线圈的耦合范围内，且与发射线圈平行，各所述第一线圈101相对于发射线圈的第一中线对称，且各所述第一线圈101沿第一中线的方向呈阵列排布，第一中线的方向与发射线圈的磁场方向垂直；控制模块20用于根据各所述第一感应电信号，判断发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

具体地，所述发射线圈可以是DD型线圈，第一检测单元10敷设在整个发射线圈的表面，其位于发射线圈和接收线圈之间，且与发射线圈和接收线圈均相互耦合。其中，感应电信号包括感应电压信号和感应电流信号，可选地，本实施例的第一检测单元10通过采集发射线圈全域的第一感应电压信号，并将多个第一感应电压信号用作异物存在与否的判据。

进一步地，传统检测方式是将各个第一线圈沿着与发射线圈磁场方向正交的方向分布，并将两个关于发射线圈第一中线对称的第一线圈组合作为一对检测线圈，通过测量这对检测线圈两端感应电压差的变化情况，用以判定异物的存在，但采用两检测线圈对称放置配对组成平衡线圈的方法受限于功率磁场特性，会影响异物检测的准确度，易产生误判的情况。

基于此，本申请提出将每个第一线圈101分别沿着发射线圈的磁场方向延伸，而非按上述方式在与磁场方向正交的方向延伸，当单个第一线圈101范围内不存在异物时，该第一线圈101在发射线圈的第一中线左右两侧分布的磁通量相同，所以其产生的第一感应电信号的幅值应为0或处于预设范围内，而当存在异物时，该第一线圈101的电压平衡被打破，其产生的第一感应电信号发生变化。因此，控制模块20与第一检测单元10连接，也即，控制模块20与每个第一线圈101相连，用于接收每个第一线圈101对应输出的第一感应电信号，控制模块20通过检测每个第一线圈101产生对应的第一感应电信号的幅值是否均为0或均处于预设范围内，若是，则判断发射线圈耦合范围内无异物侵入，否则判断发射线圈耦合范围内存在异物。

在上述示例中，第一检测单元10的各个第一线圈101的结构沿着发射线圈的磁场方向延伸，当单个第一线圈101范围内不存在异物时，该第一线圈101在发射线圈的第一中线两侧的磁通量相同，而当存在异物时，该第一线圈101在发射线圈的第一中线两侧的磁通量不相同，第一线圈101产生的第一感应电信号由此发生改变，故控制模块20通过各第一线圈101输出的第一感应电信号即可判断发射线圈的耦合范围内是否存在异物，与以平衡线圈对的电压差为判据的异物检测方法相比，上述基于单个第一线圈101产生的第一感应电信号进行异物判断，可以有效地提高异物检测灵敏度和可靠性。

在一实施例中，如图2所示，图2示出第一检测单元10的结构示意图，各所述第一线圈101具有多匝线圈结构。具体地，将发射线圈的第一中线方向记为y轴方向，与磁场方向平行的方向记为x轴方向，n个呈多匝线圈结构的第一线圈101沿着y轴方向自上而下均匀排列，每个第一线圈101关于y轴对称，并从上而下将各第一线圈分别记为a₁、a₂、···、a_n。进一步地，第一线圈101的形状可以是圆形、矩形或其他多边形，但由于矩形线圈因几何特征可以实现紧密排布，故本申请优选第一线圈101的形状为矩形，并采用多匝线圈结构，以进一步增强异物检测的灵敏度。

在一实施例中，结合参考图3和图4，图3示出异物检测装置的另一结构示意图，图4示出第一检测单元10与第二线圈301组合后的结构示意图，本申请提供的异物检测装置还包括第二检测单元30，第二检测单元30设于发射线圈的耦合范围内，第二检测单元30包括第二线圈301，第二线圈301用于产生第二感应电信号；其中，第一部分的第二线圈301与第二中线的围合区域内的磁通量等于第二部分的第二线圈301与第二中线的围合区域内的磁通量，两部分第二线圈分别位于第二线圈301的第二中线的两侧。控制模块20还用于根据各所述第一感应电信号和第二感应电信号，判断发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

可以理解，基于第一线圈101阵列排布的几何特性，当异物侵入DD型发射线圈的双D交界处(中轴线区域)时，由于磁场方向大体是平行的，磁场线缺乏穿过该区域的能力，因而缺少改变感应电信号的能力，虽然在实际情况中，中轴检测区域产生的第一感应电信号仍会发生改变，但最终输出的第一感应电信号变化不大，这和无异物侵入时的情况没有显著区别，因此无法检测出此时异物已存在，使得第一检测单元10出现中轴检测盲区。基于此，通过在发射线圈的耦合范围内设置第二检测单元30以消除第一检测单元10产生的中轴检测盲区。需要说明的是，第二检测单元30可以设于第一检测单元10远离发射线圈的一侧，也可以设于第一检测单元10靠近发射线圈的一侧，也即，第二检测单元30与第一检测单元10的叠层顺序可以互换，本申请对该顺序不做限制。

进一步地，第二线圈301位于第一检测单元的中轴区域，且第二线圈301的结构设计需要保证在无异物状态下，其产生的第二感应电信号的幅值为0或处于预设范围内，要实现这一点，就需要保证第二线圈301在y轴左侧与第二中线围合的磁通量等于在y轴右侧与第二中线围合的磁通量，第二中线在图3示为与y轴方向重合。

而控制模块20通过各第一感应电信号可以判断发射线圈除中轴区域之外的耦合范围内是否存在异物，并通过第二感应电信号可以判断发射线圈中轴区域内是否存在异物，由此可以有效地消除中轴检测盲区，进而实现发射线圈全域可检，避免检测盲区占比进一步扩大。

在一实施例中，继续参考图4，第二中线与发射线圈的第一中线重合，第二线圈301包括多个矩形区，各所述矩形区沿着第一中线交替排列于第一中线的两侧；位于第一中线一侧的矩形区与第一中线围合的面积等于位于第一中线另一侧的矩形区与第一中线围合的面积。

具体地，发射线圈的第一中线和第二线圈301的第二中线重合，并记为y轴方向，第二线圈301沿y轴自上而下分布。在本实施例中，第二线圈301的各矩形区分别在y轴的左右侧从上而下交替排列，以保证异物处于发射线圈中轴区域时至少落入其中一个矩形区中，同时需要保证位于y轴左侧的各矩形区与y轴围合的面积等于位于y轴右侧的各矩形区与y轴围合的面积，以使第二线圈301在无异物状态下产生的第二感应电信号的幅值为0或处于预设范围内。

进一步地，本实施例以第二线圈301包括三个矩形区为例进行解释说明，其中位于y轴左侧的两个矩形区尺寸相同，且左侧单个矩形区的尺寸小于右侧矩形区，各矩形区连续交错排列，当有异物侵入中轴区域时，第二线圈301的磁通量密度发生改变，进而使输出的第二感应电信号发生变化，由此可以有效地消除第一检测单元10存在的中轴检测盲区，并且，当异物侵入中心(原点)时，只有尺寸较大的矩形区发生磁通量密度的改变，而其他两个矩形区几乎不受影响，使得中心盲区也能有效地消除。因此，以第二线圈301可以消除第一检测单元10的中轴和中心点的检测盲区，实现以简单的结构设计大幅度降低异物检测盲区的面积占比。

在一实施例中，如图5所示，图5示出第三线圈302的结构示意图，第二检测单元还包括第三线圈302，第三线圈302环绕发射线圈的边缘，且第三线圈302的正投影与发射线圈部分重叠，第三线圈302用于产生第三感应电信号，以弥补第一检测单元的磁场检测盲区；其中，控制模块用于根据各所述第一感应电信号、第二感应电信号和第三感应电信号，判断发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

可以理解，发射线圈的边缘区域(四条边线处)不仅磁感应强度较弱，而且当异物侵入该区域附近时，由于磁场方向大体是平行的，磁场线缺乏穿过该区域的能力，此时若仅依靠第一检测线圈是无法检测出边缘区域侵入的金属异物，导致存在边缘检测盲区。因此，在第一检测单元的基础上设计第三线圈302，能够有效消除发射线圈边缘若干不可检区域。需要说明的是，第一检测单元、第二线圈和第三线圈302的叠层顺序可以互换，本申请对该顺序不做限制。

进一步地，第三线圈302的正投影应分布在第一检测单元的上下左右四条边线处，且第三线圈302连接的极性是左右相消和上下相消的。控制模块获取每个第一线圈输出的第一感应电信号、第二线圈输出的第二感应电信号、第三线圈302输出的第三感应电信号，通过各第一感应电信号可以判断发射线圈除中轴区域之外的耦合范围内是否存在异物，通过第二感应电信号可以判断发射线圈中轴区域内是否存在异物，并通过第三感应电信号可以判断发射线圈的边缘区域是否存在异物，由此实现发射线圈的全域异物检测。

在一实施例中，发射线圈的边缘呈矩形，沿矩形的四条边分别交替依次设置有两个第一对称区和两个第二对称区，两个第一对称区关于第一中线对称，其中，在同一第一对称区中，一部分的第三线圈与第三中线的围合区域内的磁通量等于另一部分的第三线圈302与第三中线的围合区域内的磁通量，两部分第三线圈302分别位于第三中线的两侧，第三中线与第一中线平行；在同一第二对称区中，一部分的第三线圈302与第四中线的围合区域内的磁通量等于另一部分的第三线圈302与第四中线的围合区域内的磁通量，两部分第三线圈302分别位于第四中线的两侧，第四中线与第一中线垂直。

可以理解，第三线圈302的结构设计需要保证在无异物状态下，其产生的第三感应电信号的幅值为0或处于预设范围内，要实现这一点，就需要保证任一个对称区在其中线一侧的磁通量等于在另一侧的磁通量。进一步地，各对称区可以包括多个矩形区，以图5最右侧的一个第一对称区包括三个矩形区为例进行解释说明，各个矩形区沿着第三中线(与y轴平行)的方向交替排列于第三中线的两侧，以保证异物处于该第一对称区内时至少落入其中一个矩形区中，进而改变第三线圈302的磁通量密度，使输出的第三感应电信号发生变化，由此可以有效地消除第一检测单元存在的边缘检测盲区。另外，第二对称区与第一对称区的结构相同，但尺寸不同，本实施例以图5最上侧的一个第二对称区包括三个矩形区为例进行解释说明，各个矩形区沿着第四中线(与y轴垂直)的方向交替排列与第四中线的两侧，以保证异物处于该第二对称区内时至少落入其中一个矩形区中，进而改变第三线圈302的磁通量密度，使输出的第三感应电信号发生变化。需要说明的是，两个第一对称区和两个第二对称区的拓扑结构可以与第二线圈相同。

在一实施例中，如图6所示，图6示出另一异物检测装置的结构示意图，控制模块20包括信号接收单元201和信号处理单元202，信号接收单元201分别与第一检测单元10、第二检测单元30连接，信号接收单元201用于分别获取各所述第一感应电信号、第二感应电信号和第三感应电信号；信号处理单元202与信号接收单元201连接，用于根据各所述第一感应电信号的幅值、第二感应电信号的幅值、第三感应电信号的幅值、第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值，判断发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

具体地，信号接收单元201与第一检测单元10中的每个第一线圈相连，并接收每个第一线圈输出的第一感应电信号，同时信号接收单元201还与第二检测单元30中的第二线圈301、第三线圈302连接，接收第二线圈301输出的第二感应电信号和第三线圈302输出的第三感应电信号。

进一步地，信号接收单元201将获取到的上述信号传入后级信号处理单元202进行运算、分析并输出决策。信号处理单元202将第二线圈301输出的第二感应电信号的幅值与第二预设阈值、第三线圈302输出的第三感应电信号的幅值与第三预设阈值进行比较，若前者均不超过后者，则继续进行检测，否则判定此时无线充电系统有异物侵入；信号处理单元202继续将第一检测单元10输出的各第一感应电信号分别与第一预设阈值比较，若存在任一第一感应电信号超过第一预设阈值，且在上述基于第二检测单元30输出的第二感应电信号小于第二预设阈值和第三感应电信号小于第三预设阈值的情况下，可以判定此时无线充电系统无异物侵入。

但当异物位于任意两个相邻第一线圈之间时，异物所处位置出现均匀磁场区，即第一感应电信号的幅值呈现高-低-高-低分布，例如其中一个第一线圈仅有异物的一半侵入，即使电压平衡被打破，但该第一线圈输出的第一感应电信号幅值接近第一预设阈值，容易造成误判和漏检，面对这个问题，虽然可以在第一检测单元10的表面再交错叠加一层第一检测单元，如果异物只有一半面积落在原第一检测单元，那异物的全部面积将全部落在新叠加的第一检测单元，由此解决误判的问题，但是使用两层实体线圈的做法会增加PCB检测线圈的设计难度和成本。基于此，本申请提出一种虚拟双层线圈法以解决单层第一检测单元出现误判的情况。

在一实施例中，信号处理单元202用于分别将任意相邻的两个第一线圈输出的第一感应电信号的幅值按照预设比例相加，产生一个处理值，并将处理值与第一预设阈值进行对比。

可以理解，信号处理单元202通过将相邻第一线圈产生的第一感应电信号灵活组合，并以一定比例相加，可以构造出异物总能使其大部分区域落在其中一个第一线圈内的效果，其检测效果与双层第一检测单元叠加产生的效果是十分接近的。故上述虚拟双层线圈法在无需另外添加一层实体线圈的情况下，仅通过巧妙的信息处理方式，达到了与双层实体线圈媲美的检测效果，在不牺牲成本效益的前提下，大大提高异物检测的灵敏度和可靠性，并能极大地降低误判的概率。

进一步地，信号处理单元202基于公式(1)求得任意相邻的两个第一线圈产生的一个处理值，而整个第一检测单元10将产生多个处理值。

V_处＝α₁V₁+α₂V₂---(1)

其中，V_处为处理值，V₁、V₂分别为相邻两个第一线圈产生的第一感应电信号的幅值，α₁、α₂这两个系数值的设置应该确保式(1)得到的处理值至少大于三倍的第一预设阈值。

在一实施例中，信号处理单元202还用于当各所述处理值均小于等于第一预设阈值、第二感应电信号的幅值小于等于第二预设阈值、且第三感应电信号的幅值小于等于第三预设阈值时，判断发射线圈的耦合范围内不存在异物。

当各相邻第一线圈按照预设比例相加产生对应的各处理值均处于第一预设阈值范围内，且第二线圈输出的第二感应电信号的幅值处于第二预设阈值范围内、第三线圈输出的第三感应电信号的幅值处于第三预设阈值范围内时，则表明发射线圈无异物侵入。

在一实施例中，当任一个处理值大于第一预设阈值，或第二感应电信号的幅值大于第二预设阈值，或第三感应电信号的幅值大于第三预设阈值时，判断发射线圈的耦合范围内存在异物。

当任意相邻的两个第一线圈形成的处理值超出第一预设阈值范围，说明该相邻第一线圈间存在异物，则表明此时发射线圈有异物侵入，或者第二线圈输出的第二感应电信号幅值、第三线圈输出的第三感应电信号幅值有任意一者超出对应的预设阈值时，均表明有异物侵入。

在一实施例中，信号处理单元202包括依次相连的采样电阻、低通滤波器、运算放大器和中央处理器。信号处理单元202接收到的各所述第一感应电信号、第二感应电信号和第三感应电信号先送往采样电阻，所述采样电阻的阻值一般在100kΩ以上，由于信号处理单元202针对基波信号进行分析，故经过采样电阻后的各所述信号需要通入下一级低通滤波器，以过滤高次谐波，继而再经过一级运算放大器，以对各所述信号进行放大，提高信号处理单元202的判断准确度，最后各所述信号输入至中央处理器中进行运算分析，判断是否有异物侵入。

本申请还提供了一种异物检测方法，应用于如上所述的异物检测装置，如图7所示，所述方法包括步骤S100和S200，具体如下：

步骤S100：当接收线圈未处于发射线圈的耦合范围内时，驱动控制模块获取多个第一感应电信号。

在电动汽车驶近无线充电装置时，自动连接无线充电系统的异物检测电路，同时系统会自动将提前设置好的第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值置于信号处理单元中，在电动汽车即将驶入充电位并处在车载侧的接收元件不干扰发射端的电磁参数的距离时，自动连接无线充电发射线圈电路，发射线圈可以通入低于额定值的小电流(如1A电流)进行空载检测。控制模块中的信号接收单元获取第一检测单元内部的各个第一线圈输出的第一感应电信号，并传至信号处理单元。

步骤S200：当控制模块根据各所述第一感应电信号判断发射线圈的耦合范围内不存在异物时，发出驶入指令；驶入指令用于指示待充电汽车驶入，以使待充电汽车的接收线圈处于发射线圈的耦合范围内。

控制模块中的信号处理单元将各个第一感应电信号的幅值与第一预设阈值进行比较，并将各相邻的第一线圈输出的第一感应电信号的幅值按照预设比例相加，于第一检测单元中得到多个处理值，并将各所述处理值与第一预设阈值进行对比，若各个第一感应电信号的幅值均不超过第一预设阈值，且各所述处理值均不超过第一预设阈值，则判定发射线圈的耦合范围内不存在异物，继而发出驶入指令，电动汽车驶入充电工位进行正常充电，并在充电过程中，继续进行额定负载下的常规异物检测，以防止在充电过程中有异物侵入；若有任一个第一感应电信号的幅值超过第一预设阈值或有任一个处理值超过第一预设阈值，则表明发射线圈的耦合范围内存在异物，此时需要停止发射线圈工作，并且发出报警信号以提示需要清理异物。待异物清理完毕，再循环进行步骤S100的内容。

在一实施例中，上述异物检测方法还包括步骤S300和S400，具体如下：

步骤S300：驱动控制模块获取第二感应电信号和第三感应电信号。

当异物检测装置还包括第二检测单元时，控制模块的信号接收单元还会获取第二线圈输出的第二感应电信号和第三线圈输出的第三感应电信号，并传至信号处理单元。

步骤S400：当控制模块根据各所述第一感应电信号或任意相邻的两个所述第一感应电信号或所述第二感应电信号或第三感应电信号，判断发射线圈的耦合范围内存在异物时，控制发射线圈停止发射信号。

信号处理单元将第二感应电信号的幅值与第二预设阈值、第三感应电信号的幅值与第三预设阈值进行对比，若前者均不超过后者，则进入步骤S100；否则，表明发射线圈的耦合范围内存在异物，此时需要停止发射线圈工作，并且发出报警信号以提示此时需要清理异物。待异物清理完毕，再循环进入步骤S100。

在一实施例中，如图8所示，提供了一种异物检测方法的流程示意图，其中，所述方法包括步骤S10、S20、S30、S40、S50和S60。

步骤S10：电动汽车驶入前，无线系统进行初始化，将第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值置于信号处理单元，进行空载检测。

步骤S20：信号接收单元获取第二检测单元输出的第二感应电信号和第三感应电信号，并传至信号处理单元。

步骤S30：信号处理单元判断第二感应电信号的幅值是否大于第二预设阈值、且第三感应电信号的幅值是否大于第三预设阈值，若是，则发射线圈停止工作，并发出报警信号以提示清理异物。

步骤S40：信号接收单元获取第一检测单元中各个第一线圈输出的第一感应电信号，并传至信号处理单元。

步骤S50：信号处理单元将各相邻的第一线圈输出的第一感应电信号的幅值按照预设比例相加，于第一检测单元中得到多个处理值，判断各所述处理值和各所述第一感应电信号的幅值是否均小于等于第一预设阈值，若不是，发射线圈则停止工作，并发出报警信号以提示清理异物。

步骤S60：发出驶入指令，电动汽车驶入充电工位进行正常充电。

需要说明的是，在充电过程中，将继续进行额定负载下的常规异物检测，以防止在充电过程中有异物侵入。

应该理解的是，虽然图7和图8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7和图8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请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描述不一定指的是相同的实施例或示例。

上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种异物检测装置，其特征在于，包括：

第一检测单元，包括多个第一线圈，各所述第一线圈用于根据发射线圈提供的激励磁场输出对应的第一感应电信号，其中，各所述第一线圈设于所述发射线圈的耦合范围内，且与所述发射线圈平行，各所述第一线圈相对于所述发射线圈的第一中线对称，且各所述第一线圈沿所述第一中线的方向呈阵列排布，所述第一中线的方向与所述发射线圈的磁场方向垂直；

控制模块，与所述第一检测单元连接，所述控制模块用于根据各所述第一感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

2.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，所述异物检测装置还包括：

第二检测单元，设于所述发射线圈的耦合范围内，所述第二检测单元包括第二线圈，所述第二线圈用于产生第二感应电信号；

其中，第一部分的所述第二线圈与第二中线的围合区域内的磁通量等于第二部分的所述第二线圈与所述第二中线的围合区域内的磁通量，两部分所述第二线圈分别位于所述第二线圈的第二中线的两侧；

所述控制模块还用于根据各所述第一感应电信号和所述第二感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

3.根据权利要求2所述的异物检测装置，其特征在于，所述第二中线与所述发射线圈的第一中线重合，所述第二线圈包括多个矩形区，各所述矩形区沿着所述第一中线交替排列于所述第一中线的两侧；

位于所述第一中线一侧的矩形区与所述第一中线围合的面积等于位于所述第一中线另一侧的矩形区与所述第一中线围合的面积。

4.根据权利要求2至3任一项所述的异物检测装置，其特征在于，所述第二检测单元还包括：

第三线圈，所述第三线圈环绕所述发射线圈的边缘，且所述第三线圈的正投影与所述发射线圈部分重叠，所述第三线圈用于产生第三感应电信号，以弥补所述第一检测单元的磁场检测盲区；

其中，所述控制模块用于根据各所述第一感应电信号、所述第二感应电信号和所述第三感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

5.根据权利要求4所述的异物检测装置，其特征在于，所述发射线圈的边缘呈矩形，沿所述矩形的四条边分别交替依次设置有两个第一对称区和两个第二对称区，两个所述第一对称区关于所述第一中线对称；

其中，在同一所述第一对称区中，一部分的所述第三线圈与第三中线的围合区域内的磁通量等于另一部分的所述第三线圈与所述第三中线的围合区域内的磁通量，两部分所述第三线圈分别位于所述第三中线的两侧，所述第三中线与所述第一中线平行；

在同一所述第二对称区中，一部分的所述第三线圈与第四中线的围合区域内的磁通量等于另一部分的所述第三线圈与所述第四中线的围合区域内的磁通量，两部分所述第三线圈分别位于所述第四中线的两侧，所述第四中线与所述第一中线垂直。

6.根据权利要求4所述的异物检测装置，其特征在于，所述控制模块包括：

信号接收单元，分别与所述第一检测单元、所述第二检测单元连接，用于分别获取各所述第一感应电信号、所述第二感应电信号和所述第三感应电信号；

信号处理单元，与所述信号接收单元连接，用于根据各所述第一感应电信号的幅值、所述第二感应电信号的幅值、所述第三感应电信号的幅值、第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值，判断所述发射线圈的耦合范围内是否存在异物。

7.根据权利要求6所述的异物检测装置，其特征在于，所述信号处理单元用于分别将任意相邻的两个所述第一线圈输出的所述第一感应电信号的幅值按照预设比例相加，产生一个处理值，并将所述处理值与所述第一预设阈值进行对比。

8.根据权利要求7所述的异物检测装置，其特征在于，所述信号处理单元还用于当各所述处理值均小于等于所述第一预设阈值、所述第二感应电信号的幅值小于等于所述第二预设阈值、且所述第三感应电信号的幅值小于等于所述第三预设阈值时，判断所述发射线圈的耦合范围内不存在异物；和/或

当任一个所述处理值大于所述第一预设阈值，或所述第二感应电信号的幅值大于所述第二预设阈值，或所述第三感应电信号的幅值大于所述第三预设阈值时，判断所述发射线圈的耦合范围内存在异物。

9.一种异物检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一项所述的异物检测装置，所述方法包括：

当接收线圈未处于发射线圈的耦合范围内时，驱动控制模块获取多个第一感应电信号；

当所述控制模块根据各所述第一感应电信号判断所述发射线圈的耦合范围内不存在异物时，发出驶入指令；所述驶入指令用于指示待充电汽车驶入，以使所述待充电汽车的接收线圈处于所述发射线圈的耦合范围内。

10.根据权利要求9所述的异物检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

驱动所述控制模块获取第二感应电信号和第三感应电信号；

当所述控制模块根据各所述第一感应电信号或任意相邻的两个所述第一感应电信号或所述第二感应电信号或所述第三感应电信号，判断所述发射线圈的耦合范围内存在异物时，控制所述发射线圈停止发射信号。

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