无线电能传输装置的异物检测方法和装置与流程

1.本技术涉及异物检测技术领域，尤其涉及一种无线电能传输装置的异物检测方法和装置。


背景技术：

2.在感应式无线电能传输装置中，能量通过交变磁场在发射线圈和接收线圈之间传递，如果有异物(包括金属，铁磁性材料等)存在于两个线圈之间，会由于交变磁场产生涡流损耗和磁滞损耗，引起温升甚至严重的安全事故。为了避免出现上述情况，通常需要在发射线圈开始传递能量之前，进行异物检测，一旦发现发射线圈上有金属异物，则禁止功率传输。
3.相关技术中，通过检测发射线圈的q值判断是否存在金属异物应用比较广泛。计算线圈q值时，需要令谐振网络(如谐振电容和线圈电感)工作在固有谐振频率，通过检测发射线圈两端电压v2和谐振网络输入电压v1，根据q＝v2/v1，计算得到线圈q值。当发射线圈附近有金属异物存在时，检测计算得到的q值将减小。由于在固有谐振频率下，发射线圈两端的电压非常高，通常还需要调节谐振网络的输入电压到较小值。因此，该方案需要设计额外的调压电路，且通过扫频找到固有谐振频率的时间较长。


技术实现要素：

4.本技术提供一种无线电能传输装置的异物检测方法和装置，以实现较为精确的异物检测方法，实现复杂度较低，无需增加硬件结构。
5.第一方面，本技术提供一种无线电能传输装置的异物检测方法，包括：
6.获取所述无线电能传输装置的发射单元的输入电流，以及所述发射单元中发射线圈的温度；
7.根据所述发射线圈的温度，确定所述发射线圈的温度对应的第一电流参考值；
8.根据所述输入电流以及所述发射线圈的温度对应的第一电流参考值，确定异物检测结果，所述异物检测结果用于指示所述无线电能传输装置的传输空间中是否存在异物。
9.第二方面，本技术提供一种无线电能传输装置，包括发射单元，以及分别与所述发射单元连接的电流检测单元、温度检测单元和控制单元，所述控制单元分别与所述电流检测单元和所述温度检测单元连接，其中，
10.所述电流检测单元，用于获取所述发射单元的输入电流；
11.所述温度检测单元，用于获取所述发射单元中发射线圈的温度；
12.所述控制单元，用于根据所述温度检测单元提供的所述发射线圈的温度，确定对应的第一电流参考值；并且根据所述电流检测单元提供的所述输入电流以及所述第一电流参考值，确定异物检测结果，所述异物检测结果用于指示所述无线电能传输装置的传输空间中是否存在异物。
13.本技术实施例提供的无线电能传输装置的异物检测方法和装置，获取所述无线电
能传输装置的发射单元的输入电流，以及所述发射单元中发射线圈的温度；根据发射线圈的温度，确定发射线圈的温度对应的第一电流参考值，通过检测无线电能传输装置中发射单元的输入电流以及发射线圈的温度对应的第一电流参考值，来判断无线电能传输装置的传输空间中是否存在异物，还根据发射线圈的温度确定了该温度对应的第一电流参考值，即电流阈值，在不增加硬件结构的基础上，实现了更精确的异物检测。
附图说明
14.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
15.图1为相关技术中异物检测的原理示意图；
16.图2是本技术提供的无线电能传输装置一实施例的结构示意图；
17.图3是本技术提供的无线电能传输装置的异物检测方法一实施例的流程示意图；
18.图4是本技术提供的发射单元一实施例的结构示意图；
19.图5是本技术提供的发射单元一实施例的等效电路图；
20.图6是本技术提供的发射单元另一实施例的等效电路图；
21.图7是本技术提供的无线电能传输装置另一实施例的结构示意图；
22.图8是本技术实施例无线电能传输装置的一种具体结构示意图；
23.图9是本技术提供的发射单元间歇工作示意图。
24.通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
25.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
26.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.首先，对本技术实施例涉及的应用场景进行介绍。
28.本技术实施例的方法，应用于无线电能传输装置，对线电能传输装置的传输空间中是否存在异物进行检测。
29.相关技术中，通过检测无线电能传输装置中发射线圈的q值判断是否存在金属异物。其中，q值是指电感在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。如图1所示，计算线圈q值时，需要令谐振网络(如谐振电容c和发射线圈电感l)工作在固有谐振频率通过检测发射线圈两端电压v2和谐振网络输入电压v1，根据
计算得到线圈q值。当有金属异物存在时，检测计算得到的q值将减小。由于在固有谐振状态下，发射线圈两端的电压非常高，通常还需要调节谐振网络的输入电压到较小值。因此，该方案需要设计额外的调压电路，且通过扫频找到固有谐振频率的时间较长。
30.如图2所示，本技术实施例的无线电能传输装置包括：发射单元，以及分别与发射单元连接的电流检测单元、温度检测单元和控制单元，控制单元分别与电流检测单元和温度检测单元连接。
31.本技术实施例的方法，通过检测发射单元的电气参数，如输入电流，与没有异物时的电流参数相比较，判断发射线圈上是否存在异物。在不增加额外硬件结构的条件下，实现异物的检测。
32.下面以具体的实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
33.图3是本技术提供的无线电能传输装置的异物检测方法一实施例的流程示意图。如图3所示，本实施例提供的方法，包括：
34.步骤101：获取无线电能传输装置的发射单元的输入电流，以及发射单元中发射线圈的温度；
35.具体的，可通过电流检测单元检测得到无线电能传输装置的发射单元的输入电流，通过温度检测单元检测发射单元中发射线圈的温度。
36.步骤102：根据发射线圈的温度，确定发射线圈的温度对应的第一电流参考值。
37.具体的，控制单元从电流检测单元获取发射单元的输入电流，控制单元通过温度检测单元检测得到发射线圈的温度t，并且计算出当前温度t对应的第一电流参考值i
ref
。
38.步骤103：根据输入电流以及发射线圈的温度对应的第一电流参考值，确定异物检测结果，异物检测结果用于指示无线电能传输装置的传输空间中是否存在异物。
39.其中，异物例如为金属异物、磁性材料等。
40.以下以补偿电路为串联电容为例来介绍本技术实施例的方法实现原理。
41.其中，图4是本技术提供的发射单元一实施例的结构示意图，如图4所示，发射单元包括：逆变电路、谐振补偿电路和发射线圈，谐振补偿电路一端连接逆变电路，另一端连接发射线圈。无异物存在时，发射单元接收输入电压v
in
和输入电流i
in
，该发射单元的等效电路图如图5所示，其中r是逆变电路的线路等效阻抗，c是补偿电容，r
l
是发射线圈内阻，l是发射线圈的感值。
42.发射线圈上存在异物时，交变磁场会在金属异物内部产生损耗，在电路上等效于增加了一电阻r
fo
，等效电路如下图6所示。
43.i
in
经过低通滤波后可以得到其平均值i
in(av)
。当发射线圈上有异物时，异物上的损耗导致i
in(av)
增大。同时，一般地，温度也会通过影响r或r
l
的大小，来影响i
in(av)
的大小。因此，通过判断i
in(av)
与预设电流参考值或根据线圈温度确定的电流阈值的关系，可以实现发射线圈上异物的检测。
44.本实施例的方法，获取所述无线电能传输装置的发射单元的输入电流，以及所述发射单元中发射线圈的温度；根据发射线圈的温度，确定发射线圈的温度对应的第一电流参考值，通过检测无线电能传输装置中发射单元的输入电流以及发射线圈的温度对应的第
一电流参考值，来判断无线电能传输装置的传输空间中是否存在异物。本案根据发射线圈的温度确定了该温度对应的第一电流参考值，在不增加硬件结构的基础上，消除了温度可能引起的误差，实现了更精确的异物检测。
45.在一实施例中，步骤102具体可以通过如下方式实现：
46.获取预设温度对应的预设电流参考值；
47.根据发射线圈的温度，对预设电流参考值进行更新，得到第一电流参考值。
48.具体的，控制单元使能发射单元中的逆变电路，使其以一预设频率工作，使发射线圈被激励。因此逆变电路的输入电流i
in
得以产生。电流检测单元获取输入电流，并传递给控制单元。进一步的，控制单元获取预设温度t
initial
，以及预设温度t
initial
对应的预设电流参考值i
initial
。并且根据发射线圈的温度t，对预设电流参考值i
initial
进行更新，得到第一电流参考值i
ref
。
49.在一实施例中，对预设电流参考值进行更新，得到第一电流参考值进一步的具体包括：确定比例系数；根据比例系数、预设温度、预设电流参考值以及发射线圈的温度，计算得到所述第一电流参考值。
50.具体的，可以设置比例系数k；根据比例系数k、预设温度t
initial
、预设电流参考值i
initial
以及发射线圈的温度t，计算得到第一电流参考值i
ref
。在一实施例中，第一电流参考值的计算公式：
51.i
ref
＝k
×
(t-t
initial
)+i
initial
52.需要说明的是，以上公式也可以进行变形，本技术实施例对此并不限定。
53.上述实施方式中，通过比例系数，以及预设温度、预设电流参考值以及发射线圈的温度，计算得到第一电流参考值，可有效降低或避免环境温度变化对检测精度的影响，而且可有效降低或避免参数公差对检测精度的影响。
54.进一步的，在一些实施例中，比例系数k可以为一预设值，并且可以人为提前根据实际需要进行设定。在另一些实施例中，比例系数k可以为不同的两个温度下得到的两个输入电流的平均值的差值与两个温度差值的比值。
55.其中，比例系数k的计算公式为：
[0056][0057]
其中，t1和t2为线圈处于的两个不同的温度，i
initial1
和i
initial2
为两个不同温度下对应的输入电流的平均值。
[0058]
例如，无线电能传输装置进入校正状态中，电流检测单元获取发射单元的输入电流的平均值，温度检测单元获取发射线圈的温度，分别为i
initial1
及t1。
[0059]
进一步地，可使该无线电能传输装置工作一段时间，令发射线圈的温度上升至另一温度t2，电流检测单元获取此时发射单元的输入电流的平均值i
initial2
；根据t1、t2、i
initial1
、i
initial2
，即可计算比例系数k。
[0060]
在一实施例中，步骤103具体可以通过如下方式实现：
[0061]
根据第一电流参考值确定电流阈值；
[0062]
获取输入电流的平均值，将输入电流的平均值，与电流阈值进行比较，确定异物检测结果。
[0063]
其中，若输入电流的平均值，大于电流阈值，则异物检测结果用于指示无线电能传输装置的传输空间中存在异物。
[0064]
具体的，根据第一电流参考值i
ref
计算电流阈值i
th
。例如通过i
th
＝i
ref
+a或i
th
＝i
ref
×
(1+b％)计算取得。其中a,b均为预设的常数。
[0065]
获取输入电流的平均值i
in(av)
，比较i
in(av)
和i
th
，确定异物检测结果。
[0066]
若满足i
in(av)
》i
th
，则判断发射线圈上存在异物，控制单元终止逆变电路工作，即终止发射单元工作。
[0067]
上述实施方式中，通过检测逆变单元输入电流平均值的变化能够反映异物的损耗，从而快速确定是否有异物存在，实现复杂度低，检测精度高。
[0068]
图2为本技术提供的无线电能传输装置一实施例的结构示意图，如图2所示，本实施例的无线电能传输装置，包括：
[0069]
发射单元，以及分别与发射单元连接的电流检测单元、温度检测单元和控制单元，控制单元分别与电流检测单元和温度检测单元连接，其中，
[0070]
电流检测单元，用于获取发射单元的输入电流；
[0071]
温度检测单元，用于获取发射单元中发射线圈的温度；
[0072]
控制单元，用于根据温度检测单元提供的发射线圈的温度，确定对应的第一电流参考值；并且根据电流检测单元提供的输入电流以及第一电流参考值，确定异物检测结果，异物检测结果用于指示无线电能传输装置的传输空间中是否存在异物。
[0073]
本技术实施例的无线电能传输装置，通过检测发射单元的电气参数，如输入电流，与没有异物时的电流参数相比较，判断发射线圈上是否存在异物。在不增加额外硬件结构的条件下，实现异物的检测。
[0074]
具体的，控制单元可通过电流检测单元检测得到无线电能传输装置的发射单元的输入电流i
in
，通过温度检测单元检测发射单元中发射线圈的温度t。进一步，控制单元通过温度检测单元检测得到发射线圈的温度t，计算出当前温度t对应的第一电流参考值i
ref
，用于确定是否存在异物。
[0075]
在一种可能的实现方式中，如图7所示，该装置还包括存储单元，存储单元与控制单元连接，其中，
[0076]
存储单元，用于存储预设温度及与预设温度对应的预设电流参考值；
[0077]
控制单元从存储单元获取预设电流参考值，并根据发射线圈的温度，对预设电流参考值进行更新，得到所述第一电流参考值。
[0078]
具体的，控制单元使能发射单元中的逆变电路，使其以一预设频率工作，使发射线圈被激励。因此逆变电路的输入电流i
in
得以产生。电流检测单元获取输入电流，并传递给控制单元。其中，控制单元从存储单元中获取预设温度t
initial
，以及预设温度t
initial
对应的预设电流参考值i
initial
。
[0079]
控制单元根据温度检测单元检测得到的发射线圈的温度t，对预设电流参考值i
initial
进行更新。具体的，控制单元根据比例系数k、预设温度t
initial
、预设电流参考值i
initial
以及发射线圈的温度t，计算得到第一电流参考值i
ref
。在一实施例中，第一电流参考值i
ref
的计算公式：
[0080]iref
＝k
×
(t-t
initial
)+i
initial
[0081]
需要说明的是，以上公式也可以进行变形，本技术实施例对此并不限定。
[0082]
上述实施方式中，通过比例系数，以及预设温度、预设电流参考值以及发射线圈的温度，计算得到第一电流参考值，可有效降低或避免环境温度变化对检测精度的影响，而且可有效降低或避免参数公差对检测精度的影响。
[0083]
其中，存储单元可以为非易失性存储单元。在一种可能的实现方式中，比例系数k也提前存储在存储单元中。其中，在一些实施例中，比例系数为一预设值，可以人为提前根据实际需要进行设定，具体的，可以直接将设定的预设值写入存储单元中。在另一些实施例中，在出厂测试中，通过校正，将实际情况下计算得到的比例系数写入存储单元。
[0084]
进一步的，在一实施例中，如图8所示，电流检测单元包含低通滤波器，低通滤波器用于获取输入电流的平均值i
in(av)
；
[0085]
控制单元根据第一电流参考值确定电流阈值i
th
；
[0086]
将输入电流的平均值i
in(av)
，与电流阈值进行比较，确定异物检测结果。
[0087]
若输入电流的平均值，大于电流阈值，则异物检测结果用于指示无线电能传输装置的传输空间中存在异物。
[0088]
具体的，计算电流阈值i
th
。例如通过i
th
＝i
ref
+a或i
th
＝i
ref
*(1+b％)计算取得。其中a,b均为预设的常数。
[0089]
获取输入电流的平均值i
in(av)
，比较i
in(av)
和i
th
，确定异物检测结果。
[0090]
若满足i
in(av)
》i
th
，则判断发射线圈上存在异物，控制单元终止逆变电路工作。
[0091]
图7是本技术提供的无线电能传输装置另一实施例的结构示意图，如图7所示，该装置还包括接口单元，接口单元与控制单元连接，其中，
[0092]
接口单元，用于控制装置进入校正状态；
[0093]
控制单元，用于获取第一温度对应的电流平均值，并将第一温度作为预设温度，以及对应的电流平均值作为预设电流参考值存入存储单元中。
[0094]
在一实施例中，控制单元，还用于获取第二温度对应的电流平均值，并根据第一温度对应的电流平均值，以及第二温度对应的电流平均值，确定比例系数，并将比例系数存入存储单元中。其中，比例系数为第一温度对应的电流平均值和第二温度对应的电流平均值的差值与第一温度和第二温度差值的比值。
[0095]
具体的，接口单元可以是人机接口单元，由操作或测试人员确认发射线圈上没有异物，对接口单元进行操作，使无线电能传输装置进入校正状态。对接口单元的操作可以通过如下几种方式实现：
[0096]
一种方式：对某一机械按钮的按压或释放操作。
[0097]
另一种方式：对接口单元中的通信接口(以太网ethernet接口，控制器局域网总线(controller area network-bus，can-bus)接口等)发送某一通信指令。
[0098]
其中，无线电能传输装置进入校正状态，电流检测单元获取发射单元的输入电流的平均值，作为预设电流参考值i
initial1
，温度检测单元获取发射线圈的第一温度t1，将第一温度t1作为预设温度t
initial
，并存入存储单元中。
[0099]
进一步地，可使该无线电能传输装置工作一段时间，令发射线圈的温度上升至另一第二温度t2，电流检测单元获取此时发射单元的输入电流的平均值，即第二温度t2对应的电流平均值i
initial2
，根据t1、t2、i
initial1
、i
initial2
，则可计算比例系数k，
并将其写入存储单元中。
[0100]
存储完成后，无线电能传输装置退出校正状态，控制单元停止使能逆变电路。校正状态可在需要的数值被存储后自动退出，也可由操作或测试人员对人机接口单元进行操作后退出。
[0101]
上述实施方式中，通过校正功能，可有效降低或避免参数公差对检测精度的影响。
[0102]
图8是本技术实施例无线电能传输装置的一种具体结构示意图，如图8所示，通过s1、s2、s3和s4组成了全桥逆变电路，逆变电路输入端连接稳压电容c
in
；谐振补偿电路电连接于逆变电路和发射线圈，用于补偿发射线圈的部分无功功率，发射线圈用于发射交流电磁能量。如图8所示，谐振补偿电路通过谐振电容实现，本案不以此为限，谐振补偿电路还可以是其他形式，例如电感加电容形式。另外，逆变电路可以为半桥逆变电路、全桥逆变电路，本案对逆变电路的形式也不做限定。
[0103]
在另一些实施例中，发射单元还可以包含变压器，变压器实现电压的变换，变压器可以设置在逆变电路之前或者之后。
[0104]
在一些实施例中，在进行异物检测时，控制单元设置逆变电路的工作频率为一预设频率，其中，预设频率大于固有谐振频率。其中，固有谐振频率为其中，l为发射线圈电感，c为谐振电容。
[0105]
本技术实施例中，逆变电流的工作频率大于固有谐振频率，当有异物存在于线圈上时，谐振电流几乎不变，发射单元固有损耗不变，检测逆变电路输入电流的变化能够反映异物的存在，检测精度高。
[0106]
进一步的，在一些实施例中，在异物检测阶段，控制单元控制逆变电路间歇工作。具体的，在异物检测阶段，若未检测到异物，逆变电路被使能则意味着电能的持续消耗。因此，可选的，控制单元可使能逆变电路间歇工作，如图9所示，只在使能阶段进行异物检测，在未使能阶段停止逆变电路工作，从而降低损耗。
[0107]
本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0108]
本技术实施例中还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被控制单元执行时实现前述方法实施例中对应的方法，其具体实施过程可以参见前述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0109]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
[0110]
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。