500mm*500mm*40mm，接收线圈尺寸设计200mm*200mm*30mm，金属检测线圈分为左右完全平衡的两部分，每部分尺寸设计5OOmm*25Omm*5mm0
[0036]如图2和图3所示，电能发射装置，包括高频逆变电路，所述高频逆变电路的输入端连接供电组件提供的直流电源，高频逆变电路的输出端与谐振补偿电容Cp串联连接至无线电能发射线圈。
[0037]所述电能接收装置，包括无线电能接收线圈，其用于与无线电能发射线圈耦合产生感生电动势；所述电能接收线圈与谐振电容Cs并联连接至整流电路的输入端进行整流，经过整流电路转化为直流电，再经过与整流电路并联连接的滤波电路滤除高频谐波，滤波后的直流电对滤波电路输出端相连的电动汽车的蓄电池进行充电。其中，所述高频逆变电路采用全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的开关管为功率IGBT开关管，所述IGBT开关管的控制方式采用单极性PWM控制方法。
[0038]其中，图2中的谐振电容I相当于图3中的谐振补偿电容Cp;图2中的谐振电容2相当于图3中的谐振电容Cs;谐振补偿电容Cp和谐振电容(^均采用金属化薄膜高压谐振电容。
[0039]所述整流电路采用全控桥式整流电路，
[0040]所述滤波电路采用LC滤波电路。
[0041]所述金属检测电路，包括差分放大电路，所述差分电路的输入端与金属检测线圈相连，差分电路的输出端依次与信号放大电路和电压峰值检测电路相连，并输出信号至信号处理器。
[0042]其中，电压峰值检测电路用于采集并保持平衡线圈最大的变化电压差，为信号处理系统提供更稳定的电压信号。
[0043]金属检测线圈是由两个完全平衡的感应线圈组成，当磁场中没有金属异物的时候，两个感应线圈间的电压差为零，磁场中混入金属异物，感生线圈间的电压差经过差分放大电路放大，电压峰值检测电路采集并保持放大后的感生电压差的峰值电压，峰值电压进入信号处理单元。信号处理单元以性能较高的STM32F103ARM为核心主控部件，经软件自平衡、数字滤波、A/D转换和差值比较后，判断是否发出报警信号并切断供电线路。
[0044]本发明的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统的工作原理为:
[0045]当电动汽车充电时，驶入指定的充电位置，无线电能发射装置检测到电动汽车进入到充电位置后，供电组件上电工作，无线电能发射线圈产生固定频率高频谐振磁场，具有相同谐振频率的电能接收线圈通过高频谐振磁场感生电动势，从而实现电能无线传输，当高频谐振磁场中混入金属异物时，金属检测装置通过平衡结构的金属检测线圈及时检测到磁场变化，切断供电线路，保证充电安全。供电系统与电动汽车之间无导线连接，避免了充电过程的触电危险，同时整个过程实现自动充电，提高了电动汽车的充电效率。
[0046]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，包括: 无线电能发射装置，其埋设在停车场地表；所述无线电能发射装置的输入端与供电组件相连，输出端与无线电能发射线圈相连，无线电能发射线圈产生固定频率高频谐振磁场； 无线电能接收装置，其安装在电动汽车底盘；所述无线电能接收装置的输入端与无线电能接收线圈相连，所述无线电能接收线圈与无线电能发射线圈相互親合；当无线电能接收线圈的谐振频率与无线电能发射线圈产生的固定频率相同时，无线电能接收线圈端产生感生电动势，并为与无线电能接收装置输出端相连的电动汽车蓄电池充电； 金属检测装置，包括平衡结构的金属检测线圈，其敷设在无线电能发射线圈表面，且与无线电能发射线圈和无线电能接收线圈均相互耦合；所述金属检测线圈与金属检测电路形成回路来检测磁场中是否存在金属异物。
2.如权利要求1所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述电能发射装置，包括高频逆变电路，所述高频逆变电路的输入端连接供电组件提供的直流电源，高频逆变电路的输出端与谐振补偿电容Cp串联连接至无线电能发射线圈。
3.如权利要求1所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述电能接收装置，包括无线电能接收线圈，其用于与无线电能发射线圈耦合产生感生电动势；所述电能接收线圈与谐振电容Cs并联连接至整流电路的输入端进行整流，经过整流电路转化为直流电，再经过与整流电路并联连接的滤波电路滤除高频谐波，滤波后的直流电对滤波电路输出端相连的电动汽车的蓄电池进行充电。
4.如权利要求1所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述金属检测电路，包括差分放大电路，所述差分电路的输入端与金属检测线圈相连，差分电路的输出端依次与电压峰值检测电路和信号放大电路相连，并输出信号至信号处理器。
5.如权利要求2所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述高频逆变电路采用全桥逆变电路，所述全桥逆变电路的开关管为功率IGBT开关管，所述IGBT开关管的控制方式采用单极性PWM控制方法。
6.如权利要求3所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述整流电路采用全控桥式整流电路。
7.如权利要求3所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述滤波电路采用LC滤波电路。
8.如权利要求1或3所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述无线电能发射线圈和无线电能接收线圈均采用带磁芯的螺旋线圈结构，所述磁芯均采用锰锌铁氧体，所述螺旋线圈采用李兹线。
9.如权利要求1或3所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述无线电能发射线圈面积大于无线电能接收线圈面积。
10.如权利要求1所述的一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述金属检测线圈用平衡线圈结构，包括左右两个完全平衡的金属检测线圈。
【专利摘要】本发明公开了一种具有金属异物检测的电动汽车无线充电系统，包括无线电能发射装置；无线电能发射装置的输入端与供电组件相连，输出端与无线电能发射线圈相连，无线电能发射线圈产生固定频率高频谐振磁场；无线电能接收装置，其输入端与无线电能接收线圈相连，无线电能接收线圈与无线电能发射线圈相互耦合；当无线电能接收线圈的谐振频率与无线电能发射线圈产生的固定频率相同时，无线电能接收线圈端产生感生电动势，并为与无线电能接收装置输出端相连的电动汽车蓄电池充电；金属检测装置包括敷设在无线电能发射线圈表面的平衡结构金属检测线圈；金属检测线圈与金属检测电路形成回路来检测磁场中是否存在金属异物。
【IPC分类】H02J7-00, H02J17-00
【公开号】CN104716725
【申请号】CN201510178620
【发明人】刘志珍, 曲晓东, 陈红星, 徐凯, 侯延进
【申请人】山东大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月15日