无线电能传输系统及其金属异物检测方法技术方案

本发明专利技术提出一种无线电能传输系统及其金属异物检测方法，该发明专利技术包括可进行能量和通信传输的无线发射端和无线接收端，无线发射端还包括发射端MCU，以及连接于发射线圈电能输入端的发射端谐振电容，发射端谐振电容的两端并联设置有可用于检测是否存在金属异物的金属异物检测电路，发射端MCU电性连接金属异物检测电路，以控制金属异物检测电路的启动与否；本发明专利技术的方法使用上述无线电能传输系统进行金属异物的检测。本发明专利技术在无线电能系统工作前先识别在发射与接收线圈之间是否存在金属异物，保证了整个无线电能传输系统的安全、可靠、稳定工作。

【技术实现步骤摘要】
无线电能传输系统及其金属异物检测方法
本专利技术属于无线电能传输领域，尤其涉及一种可在无线充电前检测金属异物的无线电能传输系统。
技术介绍
无线电能传输是一种通过空间电磁场耦合来进行电能传输的技术，其主要优点是不需要插拔，使用简单方便；不会产生电火花，适用范围较广，如可以在易燃易爆的工业环境中使用，可以在水中进行能量传输，也可以应用到海洋装备等水下应用中。目前，无线电能传输系统主要包含两部分，一部分是能量传输，通过电能变换和谐振耦合，将电能从无线发射端传输到无线接收端；另外一部分是通信控制，主要用于完成发射端与接收设备之间的信息和控制交互，保证整个系统工作的安全性和稳定性。其中，无线电能传输系统在进行能量传输时，无线发射端线圈和无线接收端线圈之间往往存在着一定的距离空间，此时，若无线发射端线圈上落了一些金属的物体，如钥匙、铁钉和硬币等，线圈间高频交变的磁场通过电磁感应对金属异物加热，线圈间温度会迅速上升，存在一定的火灾风险。中国专利技术专利CN105790324A中公开了一种无线充电系统及其金属异物检测方法，该专利技术令一无线充电装置与一用电装置设于一充电区域内，该无线用电装置主要由一信号转换模块分别连接一控制器与一用于发射信号的发送天线所组成，并由该信号转换模块与电源端连接，该用电装置以一接收端线圈连接一整流器并将产生的电流由输出端输出；当无线充电装置与用电装置开始无线充电之前或进行充电中，该无线充电装置的控制器可检测该发送天线的耗电状况、电压/电流信息及其相位差信息，以即时的判断是否有金属异物侵入，避免因金属异物产生高温而造成的设备损坏及危险，以达到提升无线充电安全性的目的。上述现有专利中，虽然通过上述技术方案可检测金属异物，但是因金属异物比较大时，产生的涡流损耗多，会比较容易检测出来，但当金属异物较小时，发热产生的涡流损耗很小，此时，就需要提高系统的检测精度，才能把金属异物准确地识别出来。而上述专利方案对于金属异物较小时，显然不能精准的识别。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种无线电能传输系统及其金属异物的检测方法，本专利技术在无线电能系统工作前先识别在发射与接收线圈之间是否存在金属异物，保证了整个无线电能传输系统的安全、可靠、稳定工作。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种无线电能传输系统，包括可进行能量和通信传输的无线发射端和无线接收端，无线发射端连接于电网，包括可传输无线电能的发射线圈，无线发射端还包括发射端MCU，以及连接于设置于与电网与发射线圈电能输入端串联或并联之间的发射端谐振电容，发射端谐振电容的两端并联设置有可用于检测是否存在金属异物的金属异物检测电路，发射线圈与发射端MCU之间设置有可采集发射线圈电压的采样电路，发射端MCU电性电连接金属异物检测电路，以控制金属异物检测电路的启动与否。作为本专利技术的进一步优化，金属异物检测电路包括可采集发射线圈电压或电流信号的采样电路，并联于发射端谐振电容两侧的电容C1，以及与电容C1相串联的继电器电控开关，其中，采样电路的输出端连接发射端MCU，电控开关继电器串联有继电器驱动电路驱动控制电路，发射端MCU连接继电器驱动电路驱动控制电路，以控制电控开关继电器的吸合。作为本专利技术的进一步优化，发射端MCU包括可采集采样电路中电压信号的采集模块，可判断是否存有金属异物的判断模块，可控制金属异物检测电路是否启动的启动模块，以及可控制无线发射端输出频率的控制模块，其中，采集模块电性连接判断模块，以根据采集模块的电压信号判断是否存有金属异物；启动模块电性连接继电器驱动电路驱动控制电路，以控制继电器电控开关的吸合。作为本专利技术的进一步优化，发射端MCU进一步包括有预存有基准电压值的预存模块，将采集电路中电压值与基准电压值进行比较并输出比较信号的比较模块，以及可对比较模块中输出的高电平进行计数的计数器；其中，比较模块同时电性连接预存模块以及采集模块，比较模块电性连接计数器，以将比较模块的比较信号输出至计数器；计数器电性连接判断模块，判断模块根据计数器输出的高电平个数判断是否存在金属异物。作为本专利技术的进一步优化，发射端谐振电容串联或并联于发射线圈。作为本专利技术的进一步优化，无线发射端进一步包括连接于电网输出端的发射端整流滤波电路，发射端整流滤波电路的输出端连接有逆变电路，发射线圈连接逆变电路的输出端，发射端谐振电容设置于逆变电路与发射线圈之间。作为本专利技术的进一步优化，无线发射端进一步包括可接收通讯信号的无线通信接收模块；无线接收端外连负载，包括可接收发射线圈电能的接收线圈，可将接收线圈输出电能转化为通讯信号传输至无线通信接收模块的无线通信发射模块。作为本专利技术的进一步优化，发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈位置的接近式传感器，接近式传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，接近式传感器连接有发射端MCU，以接收接近式传感器形成的感应信号；发射端MCU电性连接有稳压电路，稳压电路根据发射端MCU输出的PWM信号输出相应频率，稳压电路的输出端连接逆变电路。作为本专利技术的进一步优化，接收线圈内置有可增强接近式传感器感应强度的感应物。作为本专利技术的进一步优化，无线接收端的接收线圈连接有接收端谐振电容，接收端谐振电容的另一端连接整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接整流电压采样电路和接收端稳压电路，接收端稳压电路的输出端连接有输出电流电压采样电路，输出电流电压采样模块的输出端和输出电压采样电路的输出端均连接接收端MCU，接收端MCU连接通信发射模块，以将转换后的数字信号传输至通信发射模块形成通讯信号。一种无线电能传输系统的金属异物检测方法，使用上述所述无线电能传输系统，包括以下步骤：S1：无线电能传输系统供电；S2：继电器驱动电路驱动控制电路控制继电器电控开关吸合，启动金属异物检测电路；S3：发射端MCU以预设频率f1驱动无线发射系统的运行至预设时间T后，发射端MCU关断对稳压电路以及继电器驱动电路驱动控制电路的控制；S4：发射端MCU采集断开后的发射线圈电压，并与预存的基准电压进行比对输出比较信号，其中，当采集电压高于基准电压时输出高电平，当采集电压低于基准电压时输出低电平；S5：比较模块接收比较信号，并计数输出高电平的个数n，并与发射端MCU中预存的基准个数N进行比对，若n<N，并继续操作S6；反之，则继续操作S7；S6：输出无线电能传输系统存有金属异物信号，无线电能传输系统停止供电并进入排查程序，排查完成后返回S1；S7：无线电能传输系统中不存在金属异物，则继电器电控开关关闭，发射端MCU以工作频率f2控制稳压电路输出，并进入无线电能传输系统的电能传输程序。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：1、本专利技术的无线电能传输系统，其设置有金属检测电路，可在无线电能传输系统运行前检测是否有金属异物的存在，保证了整个无线电能传输系统的安全、可靠、稳定工作；2、本专利技术无线电能传输系统的金属异物检测方法，其通过不同频率的控制，有效的在无线电能传输系统工作前对金属异物进行检测，同时，因频率的调整，能精准的检测较小金属异物，更精确。附图说明图1为无金属异物时发射线圈电压振荡衰减波形图；图2为有金属异物时发射线圈电压振荡衰减波形图；图3为本专利技术无线电能传输系统第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线电能传输系统，包括可进行能量和通信传输的无线发射端和无线接收端，无线发射端连接于电网，包括可传输无线电能的发射线圈，其特征在于：无线发射端还包括发射端MCU，以及连接于发射线圈电能输入端的发射端谐振电容，发射端谐振电容的两端并联设置有可用于检测是否存在金属异物的金属异物检测电路，发射端MCU电性连接金属异物检测电路，以控制金属异物检测电路的启动与否。

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统，包括可进行能量和通信传输的无线发射端和无线接收端，无线发射端连接于电网，包括可传输无线电能的发射线圈，其特征在于：无线发射端还包括发射端MCU，以及连接于发射线圈电能输入端的发射端谐振电容，发射端谐振电容的两端并联设置有可用于检测是否存在金属异物的金属异物检测电路，发射端MCU电性连接金属异物检测电路，以控制金属异物检测电路的启动与否。2.根据权利要求1所述无线电能传输系统，其特征在于：金属异物检测电路包括可采集发射线圈电压或电流信号的采样电路，并联于发射端谐振电容两侧的电容C1，以及与电容C1相串联的电控开关，其中，采样电路的输出端连接发射端MCU，电控开关串联有驱动控制电路，发射端MCU连接驱动控制电路，以控制电控开关的吸合。3.根据权利要求2所述无线电能传输系统，其特征在于：发射端MCU包括可采集采样电路中电压信号的采集模块，可判断是否存有金属异物的判断模块，可控制金属异物检测电路是否启动的启动模块，以及可控制无线发射端输出频率的控制模块，其中，采集模块电性连接判断模块，以根据采集模块的电压信号判断是否存有金属异物；启动模块电性连接驱动控制电路，以控制电控开关的吸合。4.根据权利要求3所述无线电能传输系统，其特征在于：发射端MCU进一步包括有预存有基准电压值的预存模块，将采集电路中电压值与基准电压值进行比较并输出比较信号的比较模块，以及可对比较模块中输出的高电平进行计数的计数器；其中，比较模块同时电性连接预存模块以及采集模块，比较模块电性连接计数器，以将比较模块的比较信号输出至计数器；计数器电性连接判断模块，判断模块根据计数器输出的高电平个数判断是否存在金属异物。5.根据权利要求1-4中任一项所述无线电能传输系统，其特征在于：发射端谐振电容串联或并联于发射线圈。6.根据权利要求1-4中任一项所述无线电能传输系统，其特征在于：无线发射端进一步包括连接于电网输出端的发射端整流滤波电路，发射端整流滤波电路的输出端连接有逆变电路，发射线圈连接逆变电路的输出端，发射端谐振电容设置于逆变电路与发射线圈之间。7.根据权利要求6所述无线电能传输系统，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聃，封娟娟，李鹏，
申请(专利权)人：青岛鲁渝能源科技有限公司，上海空传能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37