金属异物检测电路及无盲区的无线充电金属异物检测系统技术方案

本发明专利技术提供一种金属异物检测电路及无盲区的无线充电金属异物检测系统，电路包括按四个象限平面分布的四个盲区检测线圈，其中第一与第三象限盲区检测线圈连接在第一差分异物检测电路上；第二与第四象限盲区检测线圈连接在第二差分异物检测电路上，两差分异物检测电路中均设置有差分放大电路，一个盲区检测线圈经过过补偿信号采集通道接入差分放大电路的一个输入端，另一盲区检测线圈经过欠补偿信号采集通道接入差分放大电路的另一个输入端，第一差分异物检测电路或/和所述第二差分异物检测电路的输出电压的绝对值高于预设阈值时，则判断为存在金属异物。其效果是：能够灵敏的检测无线充电系统发射线圈上部的整个区域，而没有任何的检测盲区。有任何的检测盲区。有任何的检测盲区。

【技术实现步骤摘要】
金属异物检测电路及无盲区的无线充电金属异物检测系统


[0001]本专利技术涉及无线充电
中的异物检测技术，尤其涉及一种金属异物检测电路及无盲区的无线充电金属异物检测系统。

技术介绍

[0002]在电动汽车无线充电系统工作时，由于发射线圈和接收线圈间存在强电磁耦合区域，因此任何进入或接近该耦合区域的金属异物都会改变耦合机构的电气参数，造成系统偏离正常工作点，影响其输出功率和传输效率。金属异物由于存在涡流效应会导致自身温度上升并引起火灾等事故，存在巨大的安全隐患。
[0003]现有基于检测线圈的无线充电系统金属异物检测方案，虽然能够较为灵敏的实现金属异物的检测，但检测盲区的存在会导致该方式仍存在一定的安全隐患，而叠加检测线圈的盲区消除方法成倍增加了系统成本，因此需要一种新的方式以更低的成本实现金属异物检测系统盲区的消除。

技术实现思路

[0004]鉴于上述缺陷，本专利技术首要目的在于提供一种金属异物检测电路，实现现有系统检测盲区的消除，弥补差分结构异物检测线圈存在检测盲区的不足。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0006]一种金属异物检测电路，其关键在于，包括按四个象限平面分布的四个盲区检测线圈，其中第一象限盲区检测线圈与第三象限盲区检测线圈连接在第一差分异物检测电路上；第二象限盲区检测线圈与第四象限盲区检测线圈连接在第二差分异物检测电路上，所述第一差分异物检测电路与所述第二差分异物检测电路中均设置有差分放大电路，其中，一个盲区检测线圈经过过补偿信号采集通道接入差分放大电路的一个输入端，另一个盲区检测线圈经过欠补偿信号采集通道接入差分放大电路的另一个输入端，所述第一差分异物检测电路或/和所述第二差分异物检测电路的输出电压的绝对值高于预设阈值时，则判断为存在金属异物。
[0007]当采用全区异物检测线圈组进行检测时，由于其中心对称的检测线圈分布和差分的检测方式导致线圈中点处出现检测盲区，因此设计盲区金属异物检测线圈组，并且对两个盲区检测线圈组分别进行电容串联过补偿和欠补偿。在盲区金属异物检测线圈附近不存在金属异物时，盲区检测线圈上的感应电压相同，分别经过欠补偿电路和过补偿电路进行滤波后，在串联电阻两端输出相同幅度但相位不同的采样电压，采样电压经过带通滤波和整流后，输入差分放大电路输出金属异物检测电压为零；当金属异物存在时，盲区检测线圈上的感应电压虽然幅值相同但是相对于无异物时的电压矢量不同，因此经过欠补偿和过补偿方式后，输出的采样电压幅值不同，采样电压经过带通滤波和整流后，输入差分放大电路输出金属异物检测信号U
OA
、U
OB
，与预设电压阈值进行比较，从而判断盲区位置上的金属异物是否存在。
[0008]可选地，所述过补偿信号采集通道包括依次连接的过补偿电路、带通滤波电路以及整流滤波电路；所述欠补偿信号采集通道包括依次连接的欠补偿电路、带通滤波电路以及整流滤波电路。
[0009]可选地，所述过补偿电路和所述欠补偿电路均采用串联电容补偿方式。
[0010]可选地，所述四个盲区检测线圈结构相同。
[0011]基于上述金属异物检测电路，本专利技术的另一目的在于提供一种无盲区的无线充电金属异物检测系统，其关键在于，包括全区异物检测电路和盲区异物检测电路，所述全区异物检测电路包括对应于无线充电发射线圈设置的全区异物检测线圈模组，所述盲区异物检测电路采用前文所述的金属异物检测电路，其中的四个盲区检测线圈设置在所述全区异物检测电路的检测盲区，且位于所述全区异物检测线圈模组的上方。
[0012]可选地，所述金属异物检测电路中的四个盲区检测线圈所覆盖的面积大于所述全区异物检测电路的盲区面积。
[0013]可选地，所述全区异物检测线圈模组设置有多个呈中心对称分布的全区异物检测子线圈，且铺设于无线充电发射线圈的上表面；所述金属异物检测电路中的四个盲区检测线圈位于所述全区异物检测线圈模组中心的上方。
[0014]可选地，所述全区异物检测子线圈与所述金属异物检测电路中的四个盲区检测线圈均为矩形线圈，且宽度相同。
[0015]可选地，所述全区异物检测线圈模组中的全区异物检测子线圈按照2
×
8阵列式分布。
[0016]可选地，参数设计时，所述过补偿信号采集通道和所述欠补偿信号采集通道中的补偿电容和采样电阻根据采样电压方程U
D
进行选取，根据先确定采样电阻再确定补偿电容的设计原则进行参数匹配；
[0017][0018]其中：M为无线充电发射线圈与盲区异物检测线圈之间的互感大小，U
OC
为无线充电发射线圈上的开路电压，R
D
为盲区异物检测线圈串联的采样电阻大小，R
P
是无线充电发射线圈的内阻与接收线圈电路等效到发射线圈侧引入阻抗的总和，R
S
表示盲区异物检测线圈的内阻，ω为系统工作频率。
[0019]本专利技术的显著效果是：
[0020](1)本专利技术基于全区差分异物检测线圈方案提出增加盲区差分异物检测线圈，使异物检测系统能够灵敏的检测无线充电系统发射线圈上部的整个区域，而没有任何的检测盲区。
[0021](2)本专利技术对检测线圈串联谐振电路的设计提升了系统对金属异物的检测灵敏度，盲区异物检测线圈的设计保证了系统的检测准确度。
附图说明
[0022]图1是现有的异物检测方案检测盲区位置示意图；
[0023]图2是本专利技术的线圈安装结构示意图；
[0024]图3是本专利技术提出的盲区检测线圈的安装位置示意图；
[0025]图4是本专利技术提出的第一差分异物检测电路的电路原理图；
[0026]图5是本专利技术提出的第二差分异物检测电路的电路原理图；
[0027]图6是异物不存在时盲区异物检测电路的阻抗向量分析图；
[0028]图7异物存在时盲区异物检测电路的阻抗向量分析图；
[0029]图8是采样电阻两端电压与串联补偿电容和采样电阻关系图；
[0030]图9为具体实施例中无金属异物时盲区差分异物检测电路输出电压波形；
[0031]图10具体实施例中盲区差分异物检测电路采样电压波形；
[0032]图11具体实施例中有金属异物时盲区差分异物检测电路输出电压波形；
[0033]图中标注：1
‑
无线充电发射线圈、2
‑
全区异物检测电路，3
‑
盲区异物检测电路3、31
‑
过补偿电路和欠补偿电路、32
‑
带通滤波电路、33
‑
整流滤波电路、34
‑
差分放大电路。
具体实施方式
[0034]下面结合附图具体阐明本专利技术的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本专利技术的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本专利技术专利保护范围的限制，因为在不脱离本专利技术精神和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属异物检测电路，其特征在于，包括按四个象限平面分布的四个盲区检测线圈，其中第一象限盲区检测线圈与第三象限盲区检测线圈连接在第一差分异物检测电路上；第二象限盲区检测线圈与第四象限盲区检测线圈连接在第二差分异物检测电路上，所述第一差分异物检测电路与所述第二差分异物检测电路中均设置有差分放大电路，其中，一个盲区检测线圈经过过补偿信号采集通道接入差分放大电路的一个输入端，另一个盲区检测线圈经过欠补偿信号采集通道接入差分放大电路的另一个输入端，所述第一差分异物检测电路或/和所述第二差分异物检测电路的输出电压的绝对值高于预设阈值时，则判断为存在金属异物。2.根据权利要求1所述的金属异物检测电路，其特征在于，所述过补偿信号采集通道包括依次连接的过补偿电路、带通滤波电路以及整流滤波电路；所述欠补偿信号采集通道包括依次连接的欠补偿电路、带通滤波电路以及整流滤波电路。3.根据权利要求2所述的金属异物检测电路，其特征在于，所述过补偿电路和所述欠补偿电路均采用串联电容补偿方式。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的金属异物检测电路，其特征在于，所述四个盲区检测线圈结构相同。5.一种无盲区的无线充电金属异物检测系统，其特征在于，包括全区异物检测电路和盲区异物检测电路，所述全区异物检测电路包括对应于无线充电发射线圈设置的全区异物检测线圈模组，所述盲区异物检测电路采用权利要求1
‑
4任一所述的金属异物检测电路，其中的四个盲区检测线圈设置在所述全区异物检测电路的检测盲区，且位于所述全区异物检测线圈模组的上方。6.根据权利要求5所述的无盲区的无线充电金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晨阳，杨子跃，陆昊，孙安冉，赵书泽，廖志娟，荣灿灿，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：