一种无线充电异物检测方法和装置与流程

1.本技术涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电异物检测方法和装置。


背景技术：

2.在目前的无线充电技术中，磁感应耦合式及谐振耦合式两种技术方案应用最为广泛。这两种技术方案均基于电磁感应原理，通过发射线圈的高频交变电流产生高频磁场，通过高频磁场将能量从发射线圈传送到接收线圈，实现无线充电。通常的无线充电系统由与市电相连的功率发射装置和与负载相连的功率接收装置组成。功率发射装置和功率接收装置间没有电气接触，通过电磁感应的方式进行无线能量传输。
3.无线充电系统的功率发射装置的发射线圈和功率接受装置的接收线圈之间存在有空气间隙，在空气间隙中间可能会有各种异物进入。存在金属异物时，由于金属在时变磁场中的涡流效应，会在金属中产生涡流，导致金属发热,有可能发生自燃(如锡箔纸温度高到一定程度会自燃)或者燃烧其他物品(金属发热导致位于其上的树叶、纸片等燃烧)，也会降低无线充电系统的能量传输效率，为了保证系统的安全工作和传输效率，必须进行金属异物检测。
4.当前的无线充电系统中，常用感应电压法进行异物检测。感应电压法的原理是将检测电路置于高频磁场中，通过判断检测电路的感应电压是否出现异常来判断磁场是否出现畸变，进而判断是否存在异物。现有的无线充电检测方法检测精度不够，且容易产生误判。


技术实现要素：

5.本技术公开一种无线充电异物检测方法和装置，用以解决现有技术中异物检测方法和装置精度不够，容易产生误判的缺点。
6.本技术的第一方面，提供了一种用于无线充电系统的异物检测方法，所述方法包括：
7.获取谐振网络在第一频率处的第一输入电压和第二频率处的第二输入电压，其中所述第一频率小于谐振网络实际谐振频率，所述第二频率大于谐振网络实际谐振频率；
8.计算第一差值电压，所述第一差值电压为所述第一预设电压与第一输入电压的差值，所述第一预设电压为无金属异物时所述谐振网络在所述第一频率处的输入电压；
9.计算第二差值电压，所述第二差值电压为所述第二预设电压与第二输入电压的差值，所述第二预设电压为无金属异物时所述谐振网络在所述第二频率处的输入电压；
10.计算第三差值电压，所述第三差值电压为所述第一差值电压和所述第二差值电压的电压差的绝对值；
11.根据所述第三差值电压判断是否存在异物。
12.本技术第一方面提供的异物检测方法可以提高异物检测的精度，减少误判。
13.根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述第三差值
电压判断是否存在异物具体包括：
14.判断所述第三差值电压是否大于预设阈值，若大于，则判定存在异物。
15.本技术第一方面的第一种可能的实现方式中确定所述谐振网络的所述实际谐振频率可以有效提高异物检测的精度。
16.根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，在确定所述第一频率和所述第二频率前，所述方法还包括：
17.确定所述谐振网络的所述实际谐振频率，所述确定所述谐振网络的所述实际谐振频率具体包括：
18.测量所述谐振网络的电感值和电容值，根据所述电感值和所述电容值计算所述谐振网络的所述实际谐振频率；或者，
19.对所述谐振网络扫频，测得所述谐振网络输入电压最大时对应的频率为所述谐振网络的所述实际谐振频率。
20.根据第一方面或第一方面的第一至第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一频率在频率区间[(f-δf)，f]选取，所述第二频率在频率区间[f，(f+δf)]选取，所述f为所述谐振网络的所述实际谐振频率，所述δf的取值区间为[0.01f，0.5f]。
[0021]
根据第一方面或第一方面的第一至第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述谐振网络包括n个检测线圈，n为大于等于1的整数。
[0022]
本技术第一方面的第四种可能的实现方式中多个检测线圈可以增加异物检测的覆盖面积。
[0023]
根据第一方面或第一方面的第一至第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述n个检测线圈中任一检测线圈包括开关，电感元件和电容元件，所述开关与所述电感元件串联，所述电容元件与所述电感元件并联。
[0024]
本技术的第二方面，提供了一种无线充电异物检测方法，所述方法包括：
[0025]
获取谐振网络在第一频率处的第一输入阻抗和第二频率处的第二输入阻抗，其中所述第一频率小于谐振网络实际谐振频率，所述第二频率大于谐振网络实际谐振频率；
[0026]
计算第一差值阻抗，所述第一差值阻抗为所述第一输入阻抗与第一预设阻抗的差值，所述第一预设阻抗为无金属异物时所述谐振网络在所述第一频率处的输入阻抗；
[0027]
计算第二差值阻抗，所述第二差值阻抗为所述第二输入阻抗与第二预设阻抗的差值，所述第二预设阻抗为无金属异物时所述谐振网络在所述第二频率处的输入阻抗；
[0028]
计算第三差值阻抗，所述第三差值阻抗为所述第一差值阻抗和所述第二差值阻抗的阻抗差的绝对值；
[0029]
根据所述第三差值阻抗判断是否存在异物。
[0030]
本技术第二方面提供的异物检测方法可以提高异物检测的精度，减少误判。
[0031]
根据第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述第三差值阻抗判断是否存在异物具体包括：
[0032]
判断所述第三差值阻抗是否大于预设阈值，若大于，则判定存在异物。
[0033]
本技术第二方面的第一种可能的实现方式中确定所述谐振网络的所述实际谐振频率可以有效提高异物检测的精度。
[0034]
根据第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，在确定所述第一频率和所述第二频率前，所述方法还包括：
[0035]
确定所述谐振网络的所述实际谐振频率，所述确定所述谐振网络的所述实际谐振频率具体包括：
[0036]
测量所述谐振网络的电感值和电容值，根据所述电感值和所述电容值计算所述谐振网络的所述实际谐振频率；或者，
[0037]
对所述谐振网络扫频，测得所述谐振网络输入电压最大时对应的频率为所述谐振网络的所述实际谐振频率。
[0038]
根据第二方面或第二方面的第一至第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述第一频率在频率区间[(f-δf)，f]选取，所述第二频率在频率区间[f，(f+δf)]选取，所述f为所述谐振网络的所述实际谐振频率，所述δf的取值区间为[0.01f，0.5f]。
[0039]
根据第二方面或第二方面的第一至第三种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述谐振网络包括n个检测线圈，n为大于等于1的整数。
[0040]
本技术第二方面的第四种可能的实现方式中多个检测线圈可以增加异物检测的覆盖面积。
[0041]
根据第二方面或第二方面的第一至第四种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述n个检测线圈中任一检测线圈包括开关，电感元件和电容元件，所述开关与所述电感元件串联，所述电容元件与所述电感元件并联。
[0042]
本技术的第三方面，提供了一种无线充电异物检测装置，所述装置包括交流源，谐振网络，测量电路和控制器，其中：
[0043]
所述交流源用于提供交流激励；
[0044]
所述谐振网络用于检测无线充电发射装置和接收装置之间是否存在异物；
[0045]
所述测量电路用于测量所述谐振网络的输入电压；
[0046]
所述控制器用于确定第一频率和第二频率，所述第一频率小于所述谐振网络实际谐振频率，所述第二频率大于所述谐振网络实际谐振频率；
[0047]
确定所述谐振网络在所述第一频率处的第一输入电压和所述第二频率处的第二输入电压；
[0048]
计算第一差值电压，所述第一差值电压为所述第一预设电压与第一输入电压的差值，所述第一预设电压为无金属异物时所述谐振网络在所述第一频率处的输入电压；
[0049]
计算第二差值电压，所述第二差值电压为所述第二预设电压与第二输入电压的差值，所述第二预设电压为无金属异物时所述谐振网络在所述第二频率处的输入电压；
[0050]
计算第三差值电压，所述第三差值电压为所述第一差值电压和所述第二差值电压的电压差的绝对值。
[0051]
判断第三差值电压是否大于预设阈值，若大于，则判定存在异物。
[0052]
本技术第三方面提供的异物检测装置可以提高异物检测的精度，减少误判。
[0053]
根据第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述交流源包括恒定交流源。本技术第三方面的第一种可能的实现方式中的恒定交流源可以提高异物检测装置的稳定性。
[0054]
根据第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述谐振网络包括n个检测线圈，n为大于等于1的整数。
[0055]
本技术第三方面的第二种可能的实现方式中多个检测线圈可以增加异物检测的覆盖面积。
[0056]
根据第三方面或第三方面的第一至第二种可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现方式中，所述n个检测线圈中任一检测线圈均包括开关，电感元件和电容元件，所述开关与所述电感元件串联，所述电容元件与所述电感元件并联。
[0057]
根据第三方面或第三方面的第一至第三种可能的实现方式，在第三方面的第四种可能的实现方式中，所述测量电路还用于：
[0058]
测量所述谐振网络的输入阻抗。
[0059]
根据第三方面或第三方面的第一至第四种可能的实现方式，在第三方面的第五种可能的实现方式中，所述控制器还用于：
[0060]
确定第一频率和第二频率，所述第一频率小于谐振网络实际谐振频率，所述第二频率大于谐振网络实际谐振频率；
[0061]
确定所述谐振网络在所述第一频率处的第一输入阻抗和所述第二频率处的第二输入阻抗；
[0062]
计算第一差值阻抗，所述第一差值阻抗为所述第一输入阻抗与第一预设阻抗的差值，所述第一预设阻抗为无金属异物时所述谐振网络在所述第一频率处的输入阻抗；
[0063]
计算第二差值阻抗，所述第二差值阻抗为所述第二输入阻抗与第二预设阻抗的差值，所述第二预设阻抗为无金属异物时所述谐振网络在所述第二频率处的输入阻抗；
[0064]
计算第三差值阻抗，所述第三差值阻抗为所述第一差值阻抗和所述第二差值阻抗的阻抗差的绝对值；
[0065]
判断第三差值阻抗是否大于预设阈值，若大于，则判定存在异物。
[0066]
根据第三方面或第三方面的第一至第五种可能的实现方式，在第三方面的第六种可能的实现方式中，所述异物检测装置还包括报警器，所述报警器用于：
[0067]
在所述控制器判断出存在异物时报警，或者，控制无线充电系统工作的开关，在所述控制器判断出存在异物时关断无线充电系统的正常工作。
[0068]
本技术第三方面的第六种可能的实现方式中的报警器可以有效提升异物检测装置的用户体验。
[0069]
本技术的第四方面，提供了一种无线充电发射系统，所述无线充电发射系统包括第三方面提供的无线充电异物检测装置和无线充电发射装置，所述无线充电异物检测装置用于检测所述无线充电发射系统内是否具有异物。
[0070]
本技术第四方面提供的无线充电发射系统可以提高该无线充电发射系统的异物检测的精度，减少误判。
[0071]
本技术的第五方面，提供了一种无线充电接收系统，所述无线充电接收系统包括第三方面提供的无线充电异物检测装置和无线充电接收装置，所述无线充电异物检测装置用于检测所述无线充电接收系统内是否具有异物。
[0072]
本技术第五方面提供的无线充电接收系统可以提高该无线充电接收系统的异物检测的精度，减少误判。
[0073]
本技术的第六方面，提供了一种无线充电系统，所述无线充电系统包括第三方面提供的无线充电异物检测装置和无线充电装置，所述无线充电异物检测装置用于检测所述无线充电系统内是否具有异物。
[0074]
本技术第六方面提供的无线充电系统可以提高该无线充电系统的异物检测的精度，减少误判。
[0075]
使用本技术所述的异物检测方法、装置或系统，可以消除例如发射线圈的输出功率、输出电压、输出电流变化等发射线圈磁场变化引起的谐振网络的感应电压变化所带来的对异物检测过程的影响，从而提高异物检测的精度，减少误判。
附图说明
[0076]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
[0077]
图1为本技术实施例提供的一种检测电路的阻抗与频率的关系示意图；
[0078]
图2为本技术实施例提供的一种无金属异物情况下是否叠加干扰感应电压的检测电路的电压特性曲线对比图；
[0079]
图3为本技术实施例提供的一种无线充电系统示意图；
[0080]
图4为本技术实施例提供的一种无线充电系统结构示意图；
[0081]
图5为本技术实施例提供的一种异物检测装置结构示意图；
[0082]
图6为本技术实施例提供的一种并联谐振网络示意图；
[0083]
图7为本技术实施例提供的一种有金属异物和无金属异物时的谐振网络输入阻抗特性曲线对比图；
[0084]
图8为本技术实施例提供的一种异物检测方法流程示意图；
[0085]
图9为本技术实施例提供的另一种异物检测方法流程示意图。
具体实施方式
[0086]
本技术应用于无线充电场景中。无线充电，又称为无线电能传输(wireless power transfer，wpt)，是指通过发射装置将电能转换为其他形式的中继能量(如电磁场能、光能及微波能等)，隔空传输一段距离后，再通过接收装置将中继能量转换为电能的技术，无线充电技术在商用化上的进展十分迅猛，其中消费类电子产品的无线充电技术，例如，在智能终端、电动牙刷等产品的应用已经较为成熟，除了消费类电子产品，电动汽车领域也在大力发展无线充电技术。在无线充电技术从实验室逐渐转化为市场应用时，需要解决的关键问题之一是异物检测问题。
[0087]
在目前的无线充电技术中，磁感应耦合式及谐振耦合式两种技术方案应用最为广泛。这两种技术方案均基于电磁感应原理，通过发射线圈的高频交变电流产生高频磁场，通过高频磁场将能量从发射线圈传送到接收线圈，实现无线充电。通常的无线充电系统由与市电相连的功率发射装置和与负载相连的功率接收装置组成。功率发射装置和功率接收装置间没有电气接触，通过电磁感应的方式进行无线能量传输。
[0088]
无线充电系统的功率发射装置的发射线圈和功率接受装置的接收线圈之间存在有空气间隙，在空气间隙中间可能会有各种异物进入。存在金属异物时，由于金属在时变磁场中的涡流效应，会在金属内部形成感应涡流，导致金属发热,有可能发生自燃(如锡箔纸温度高到一定程度会自燃)或者燃烧其他物品(金属发热导致位于其上的树叶、纸片等燃烧)。同时，由于一部分能量被金属异物消耗掉，也会降低无线充电系统的能量传输效率。
[0089]
在大功率的无线充电场景下，例如电动汽车的无线充电系统中，由于电动汽车无线充电系统的功率等级高，异物发生过热的风险大，因此为了保证系统的安全工作和传输效率，需要准确地检测金属异物，预防灾害发生。
[0090]
常用的异物检测方法包括主功率线圈检测、辅助异物检测线圈、红外成像、温度检测、声波检测、磁阻检测等。
[0091]
一种利用并联谐振网络检测金属异物的方法原理是检测电路工作在谐振频率下，给并联谐振网络注入恒流源，无线充电系统中无金属异物时，谐振频率为ωr，有金属异物时，由于电磁感应效应，检测电路的电感会减小，谐振频率会变大。由于并联谐振网络的品质因数高，在谐振频率点之后，阻抗曲线下降的很快，阻抗的变化幅度小，检测精度低，为了提高检测精度，在谐振频率点之前，以比ωr小3db的频率点ω3db为检测点，通过谐振电路两端电压来表征检测电路对应的阻抗特性，无金属异物时把检测电路在频率ω3db点的等效阻抗zeq1对应的电压ueq1提前测量出并保存在存储器中，当进行金属异物检测时，测量检测电路频率在ω3db点的等效阻抗zeq2对应的电压ueq2，比较两电压ueq1和ueq2的数值，即δu(3db)＝ueq1-ueq2，如果δu(3db)的数值超出设定的阈值认为有异物。检测电路的阻抗与频率的关系示意图如图1所示，其中实线代表有金属异物的情况，虚线代表无金属异物的情况，横轴代表频率，纵轴代表阻抗。
[0092]
该方案的缺点是当无线充电系统工作时，发射线圈的磁场同样会作用于检测电路，在检测电路上产生感应电压。如图2所示为无金属异物情况下是否叠加干扰感应电压的电压特性曲线对比图。干扰感应电压可以为发射线圈的感应电压，当发射线圈的电路参数，例如，发射线圈的输出功率、输出电压、输出电流的变化会引起感应电压δug，并联谐振网络的等效阻抗对应的电压ueq的随频率变化的曲线为虚线，检测电路的感应电压δug与检测电路的并联谐振网络的等效阻抗对应的电压ueq叠加时随频率变化的曲线为虚线，在某一频率点，例如，频率为ω3db时检测到ueq+δug时的δug的数值超出设定的阈值，会误认为有异物，从而产生误判。该发射线圈的电路参数变化同样会引起检测电路的电压变化，因此引起检测电路电压变化的原因既可能是由于金属异物而导致的检测电路电路阻抗变化，也可能是发射线圈的磁场对检测电路造成的感应电压干扰。因此，现有的金属异物检测方法没有把其他因素引起的变化，例如发射线圈的输出功率、输出电压、输出电流变化引起的检测电路的感应电压变化消除，该检测方案在工况复杂时容易产生误判。
[0093]
本技术实施例基于感应电压法的原理，提出了一种无线充电异物检测方法、装置和系统，用来解决现有技术中感应电压法检测异物时所存在的问题。
[0094]
为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。
[0095]
电动汽车是一种新能源汽车，通过无线充电系统对电动汽车充电是一种方便、全自动、适配于自动驾驶功能的技术。图3是本技术实施例提供的一种无线充电系统示意图，
该无线充电系统包含：电动汽车100和无线充电站101。电动汽车100可以包括无线充电接收装置1000，无线充电站101可以包括无线充电发射装置1010。目前，无线充电系统对电动汽车的充电过程是通过位于电动汽车100中的无线充电接收装置1000和位于无线充电站101中的无线充电发射装置1010共同工作，来进行非接触式充电的，其中无线充电站101中的无线充电发射装置1010的作用是向电动汽车100中的无线充电接收装置1000发送交流电能，电动汽车100中的无线充电接收装置1000的作用是接收来自无线充电站101中的无线充电发射装置1010传输的电能并存入电动汽车的电池中，完成对电动汽车的充电。
[0096]
在一种可能的实现方式中，电动汽车100包括混合动力汽车或纯电动汽车；无线充电站101包括固定无线充电站、固定无线充电停车位、无线充电道路等。无线充电发射装置1010可以设置在地面上或者埋于地面之下(图3所示为无线充电发射装置1010埋于地面之下的情况)，可对位于其上方的电动汽车100进行无线充电。无线充电接收装置1000具体可以集成到电动汽车100的底部或汽车的其他部位，当电动汽车100进入到无线充电发射装置1010的无线充电范围内时，即可通过无线充电方式对电动汽车100充电。无线充电发射装置1010也可以是集成和分立的方式，集成的方式指的是控制电路和发射线圈集成在一起，分立的方式指的是发射线圈和控制电路分开，接收装置1000的功率接收天线和整流电路可以集成在一起，也可以是分立的，分立时整流模块通常放在车内。
[0097]
可选的，非接触式充电可以是无线充电接收装置1000和无线充电发射装置1010通过电场或磁场耦合方式进行无线能量传输，具体可为电场感应、磁感应、磁共振或无线辐射方式，本技术对此不做具体限制。在一种可能的实现方式中，电动汽车100和无线充电站101还可以双向充电，当电动汽车100和无线充电站101中均包括无线充电接收装置1000和无线充电发射装置1010时，既可以由无线充电站101通过供电电源向电动汽车100充电，也可以由电动汽车100向供电电源放电。
[0098]
图4示出了一种无线充电系统结构示意图，无线充电系统由发射装置201和接收装置202组成。图4(左)示出了一种无线充电站中的无线充电发射装置201的结构示意图。该无线充电发射装置201包括：电源2017、与电源2017连接的发射变换模块2011、功率发射天线2012、与发射变换模块2011和功率发射天线2012均连接的发射控制模块2013、与发射控制模块2013连接的发射通讯模块2014、与发射通讯模块2014连接的认证管理模块2015，以及与认证管理模块连接的存储模块2016。
[0099]
发射变换模块2011，可以与电源2017连接，用于从电源获取能量，并将电源的交流或直流供电转换为高频交流电。电源为交流电输入时，发射变换模块由功率因数校正单元和逆变单元组成，功率因数校正单元可以把220v工频交流电转换成直流电；电源为直流电输入时，发射变换模块由逆变单元组成。功率因数校正单元可保证无线充电系统的输入电流相位与电网电压相位一致，减小系统谐波含量，提高功率因数值，以减少无线充电系统对电网的污染，提高传输的效率和可靠性。功率因数校正单元还可根据后级需求，升高或者降低功率因数校正单元的输出电压，以满足所需的电压要求。逆变单元可以将功率因数校正单元输出的电压转换成高频交流电压，并作用在功率发射天线上，高频交流电压可极大地提高发射效率及传输距离。需要说明的是，电源可以是处于无线充电发射系统内部的电源，也可以是无线充电发射系统外接的外部电源，本技术对此不作具体限制。
[0100]
功率发射天线2012，在电感耦合的能量传输模式下，利用电磁感应原理以交变磁
场的方式向接收天线发射交流电，在谐振耦合的能量传输模式下，通过由电感和电容为主的器件构成的网络把高频交流电转换为谐振交流电，并将谐振交流电以交变磁场的方式传输到接收端线圈。
[0101]
发射控制模块2013，用于根据实际无线充电的发射功率需求，控制发射变换模块2011电路的电压、电流和频率变换的参数调节，以及控制功率发射天线2012中高频交流电的电压和电流输出调节，根据不同的工况，即不同的发射线圈和接收线圈耦合系数、不同的接受端功率需求，发射控制模块可以有效调整发射线圈的电气参数，以应对不同工况。
[0102]
发射通讯模块2014，用于无线充电发射装置和无线充电接收装置之间的无线通讯，所通讯的内容包括功率控制信息、故障保护信息、开关机信息、交互认证信息等。一方面，无线充电发射装置可以接收无线充电接收装置所发送的电动汽车的属性信息、充电请求、功率控制信息和交互认证信息；另一方面，无线充电发射装置还可向无线充电接收装置发送无线充电发射控制信息、交互认证信息、无线充电历史数据信息等。具体地，上述无线通讯的方式可以包括但不限于蓝牙(bluetooth)、无线宽带(wireless-fidelity，wifi)、紫蜂协议(zigbee)、射频识别技术(radio frequency identification，rfid)、远程(long range，lora)无线技术、近距离无线通信技术(near field communication，nfc)中的任意一种或多种的组合。进一步地，该发射通讯模块还可与电动汽车的所属用户的智能终端进行通讯，所属用户通过通讯功能实现远程认证和用户信息传输。
[0103]
认证管理模块2015，用于无线充电系统中无线充电发射装置与电动汽车的交互认证和权限管理，该模块中的处理器可以处理交互认证和权限管理信息，并控制发射端向认证和权限通过的接收端开启无线充电功能。
[0104]
存储模块2016，用于存储无线充电发射装置的充电过程数据、交互认证数据(例如交互认证信息)和权限管理数据(例如权限管理信息)，其中，交互认证数据和权限管理数据可为出厂设置也可为用户自行设置的，本技术实施例对此不作具体限制。
[0105]
图4(右)示出了一种电动汽车中的无线充电接收装置202的结构示意图。该无线充电接收装置202包括：功率接收天线2021、与功率接收天线连接的接收控制模块2023、与接收控制模块连接的接收变换模块2022和接收通讯模块2024。可选地，接收变换模块还可以通过与储能管理模块2025的连接，进而与储能模块2026连接，储能管理模块2025可以功率接收天线2021所接收到的能量用于对储能模块充电，进一步用于电动汽车的车辆驱动装置2027。需要说明的是，储能管理模块和储能模块可以位于无线充电接收装置内部，也可以位于无线充电接收装置外部，本技术实施例对此不作具体限制。
[0106]
功率接收天线2021，在电感耦合的能量传输模式或谐振耦合的能量传输模式下，基于电磁感应原理，用于从功率发射天线接收交变磁场的能量并输出交流电。
[0107]
接收控制模块2023，用于根据实际无线充电的接收功率需求，控制接收变换模块的电压、电流和频率变换参数。
[0108]
接收变换模块2022，用于把功率接收天线所接收的高频电流或电压变换成为储能模块充电所需要的直流电压或直流电流。接收变换模块通常由整流单元和直流变换单元组成；整流单元将功率接收天线所接收的高频电流和电压或高频谐振电流和电压转换成直流电压和直流电流，直流变换单元为后级充电电路提供稳定直流电压，实现恒定模式充电。
[0109]
接收通讯模块2024，用于无线充电发射装置和无线充电接收装置之间的无线通
讯。包括功率控制信息、故障保护信息、开关机信息、交互认证信息等。一方面，无线充电接收装置可以发送的电动汽车的属性信息、充电请求、功率控制信息和交互认证信息到无线充电发射装置；另一方面，无线充电接收装置还可以接收无线充电发射装置发送的发射控制信息、交互认证信息、无线充电历史数据信息等。具体地，上述无线通讯的方式可以包括但不仅限于蓝牙(bluetooth)、无线宽带(wireless-fidelity，wifi)、紫蜂协议(zigbee)、射频识别技术(radio frequency identification，rfid)、远程(long range，lora)无线技术、近距离无线通信技术(near field communication，nfc)中的任意一种或多种的组合。进一步地，该接收通讯模块还可与电动汽车的所属用户的智能终端进行通讯，所属用户通过通讯功能实现远程认证和用户信息传输，通过智能终端控制汽车和发射端进行无线充电交互。
[0110]
若所述无线充电系统中存在异物，由于所述异物在所述发射线圈形成的磁场中会存在涡流效应，导致无线充电系统的传输效率下降。
[0111]
为了能够准确高效地检测所述无线充电系统中的异物，本技术实施例一提供了一种异物检测装置，如图5所示，为本技术实施例提供的该异物检测装置结构示意图，该异物检测装置包括交流源301，谐振网络302，测量电路303和控制器304，用于检测无线充电系统中是否存在异物。异物包括金属异物和非金属异物。该异物检测装置可以应用于电动汽车无线充电场景中，也可以应用于其他无线充电场景中，例如无人机无线充电场景或其他电子设备无线充电场景。该无线充电异物检测装置可以为无线充电发射装置的一部分，即集成在无线充电发射装置中或与无线充电发射装置连接并通信，或者，该无线充电异物检测装置可以为无线充电接收装置的一部分，即集成在无线充电接收装置中或与无线充电接收装置连接并通信，或者，该无线充电异物检测装置是独立的。
[0112]
交流源301可以为恒流源，能够输出频率可任意设定的恒定交流电流，为谐振网络302提供交流激励，恒定交流电指的是该电流不随负载变化。在一种可能的实现方式中，恒等交流电的频率的设定范围为10khz-10mhz。恒定交流源可以提升异物检测装置的稳定性。
[0113]
谐振网络302用于检测无线充电发射装置和接收装置之间是否存在异物。例如，可以为并联谐振网络电路。谐振网络302包括n个等效的检测线圈，n为大于等于1的整数。n个检测线圈中任一检测线圈均包括开关，电感元件和电容元件，开关与电感元件串联，电容元件与电感元件并联。
[0114]
在一种可能的实现方式中，谐振网络302为由n个电感元件(l1
…
ln)和电容元件c1构成的谐振网络，其中n个电感元件l1、l2
…
ln中的每个电感元件接入电路后所形成的谐振电路均可以看做是每个等效的检测线圈，即共有n个检测线圈，n个检测线圈中的任一检测线圈均包括开关、电感元件和电容元件。多个检测线圈可增加异物检测的覆盖面积。等效的检测线圈中的所谓等效是指可能是多个电感线圈串联或者并联后等效的总的电感，等效的检测线圈中的电感元件l1、l2
…
ln与电容元件c1并联，形成并联谐振网络，电感元件l1、l2
…
ln与切换开关s1、s2
…
sn串联。其中，每个等效线圈指的是每个等效电感与电容c1组成的线圈。在一种可能的实现方式中，进行异物检测时，轮流切换闭和开关s1、s2
…
sn，分别对所接入并联谐振网络的包括电感元件l1、l2
…
ln的线圈所覆盖的区域进行异物检测。例如，如图6所示为一种并联谐振网络示意图，当开关s1闭合时，包括电感元件l1的线圈与电容元
件c1并联形成并联谐振网络，当发生谐振时满足式ω为谐振角频率，谐振角频率ω与谐振频率f的关系是ω＝2πf，l为电感元件l1的感值，c为电容元件c1的容值。此时由恒定交流源is(即交流源301)提供电流激励，可以在l1与c1所围成的区域内进行金属异物检测。其中，c1可以认为是谐振网络的等效谐振电容。
[0115]
可以理解的是，金属异物检测线圈(谐振网络302)的结构设计有多种方式，在进行硬件电路设计前，可以进行磁场的有限元仿真，通过改变不同小线圈的形状、尺寸、连接方式和感量等，对不同尺寸、不同材料的多种金属进行异物检测的磁场仿真，确定检测精度较优的方案作为线圈设计的方法。谐振网络的每一个等效线圈都可以作为一个检测线圈。因此，谐振网络302可以被看成是由多个检测线圈所组成的检测线圈网络。谐振网络采用多个检测线圈是为了覆盖更大的可检测面积，可以理解的是，检测线圈也可以为一个，具体的检测线圈数量和面积可以根据实际的工况进行设计，本技术在此不做限制。
[0116]
在一种可能的实现方式中，经仿真与分析后，确定谐振网络302的实际谐振频率为f＝300khz，接入电路的检测线圈的等效电感感量是100uh，等效电容容量是2.82nf，检测线圈为并联谐振网络。根据并联谐振网络的阻抗特性可以画出无金属异物时的谐振网络输入阻抗z1的阻抗特性曲线，谐振网络输入阻抗z1的阻抗特性表达式为式(1)。
[0117][0118]
ω为谐振角频率，谐振角频率ω与谐振频率f的关系是ω＝2πf，l为谐振网络中开关所闭和形成的检测线圈的电感值，c为电容c1的电容值，π为圆周率。
[0119]
根据并联谐振网络的特性可知，在谐振频率f＝300khz处并联谐振网络的阻抗是最大值。
[0120]
当有金属异物时，通常由于电磁感应在异物检测线圈中引起的感量变化δl通常只有2％左右，有金属异物时的谐振网络输入阻抗z2的阻抗特性表达式为式(2)。
[0121][0122]
有金属异物时异物引起的感量变化量越小越难检测，因此若要保证能检测到足够小的金属时，可以用电感量变化δl为1％来进行检测方法的研究，即电感变为99％l,如图7所示为有金属异物和无金属异物时的谐振网络输入阻抗z1和z2的阻抗特性曲线对比图。
[0123]
由图7可以看出在小于无金属异物时谐振网络的谐振频率f＝300khz的区间内，无金属异物时的谐振网络输入阻抗z1比有金属异物时的谐振网络输入阻抗z2大；在有金属异物时的谐振网络的谐振频率点fw附近，有金属异物时和无金属异物时的谐振网络输入阻抗可以认为是近似相同的；在大于频率点fw的区间内有金属异物时的谐振网络输入阻抗比无金属异物时的谐振网络输入阻抗大。而且离无金属异物时谐振网络的设计谐振频率点f越远，在同一个频率下有金属异物的情况和无金属异物的情况下，谐振网络的阻抗差值越小，因此为了提高检测精度，最好是在一定的偏移范围内选择检测点。从阻抗特性曲线可以看出，当频率偏移超出谐振频率10％后有金属异物的情况和无金属异物的情况下，谐振网络的输入阻抗的区别很小，检测精度低。所以假设频率偏移范围δf为谐振频率的10％
[0124]
测量电路303用于对谐振网络的输入电压进行测量，测量过程包括电压的采样、滤
波、放大等处理过程，测量电路输出的是与谐振网络输入电压成比例的电压。测量电路可以为常见的电压测量电路或电压测量装置。
[0125]
控制器304用于对测量电路测量到的电压信号u1和预存在控制器中的无金属异物时的初始电压信号u2进行处理，并进行相应的计算，根据计算结果与所预设的阈值的比较来判断是否有金属异物，若结果大于阈值，则判定存在金属异物，若结果不大于阈值，则判定不存在金属异物。
[0126]
控制器304内可以包括滤波单元、计算单元、放大单元和比较单元。滤波单元用于筛选出交流源301的激励频率分量；计算单元用于将电压信号进行计算，放大单元用于将计算后输出的信号放大到易于分辨的大小，比较单元用于比较前级输出和设定阈值，根据比较结果输出不同的信号，例如，高电平信号和低电平信号。可以理解的是，所述控制器内部的结构不受限制，所有能够实现电压信号处理并比较出u1与u2数值关系的器件、模块或单元，都属于本技术所述的控制器。控制器304还可以包括存储器，用于存储无金属异物时的初始电压信号u2。控制器304还可以包括控制单元，控制单元用于确定频率测试点f1和f2并将包含有频率测试点f1和f2的信号发送给交流源301，以控制交流源输出的交流电的频率。
[0127]
在一种可能的实现方式中，控制器304采集谐振网络302的输出电压信号u1和预存在控制器中的无金属异物时的初始电压信号u2，将u1和u2作为信号源，u1和u2的大小相等。经过一系列滤波、放大、加法等方式处理信号，u1与u2相减后为零，控制器304输出信号a，表明无线充电系统中不存在异物，在电压u1和u2大小不相等时，u1与u2相减后不为零，控制器304输出信号b，表明无线充电系统中存在异物。信号a与信号b可以为具有显著可识别差异的数字信号或可被系统其他部分识别的具有显著可识别差异的模拟信号，例如，信号a为低电平或零电平，信号b为高电平。可选地，还可以包括控制无线充电系统工作的开关，通过识别信号b来关断无线充电系统的正常工作以防止意外发生；还可以包括报警器，用于控制器304判断出存在异物时报警，通过识别不同信号而做出不同的物理动作，提醒使用者注意异物入侵。在没有异物入侵时，信号a被报警器识别，报警器不予反应。在有异物入侵时，信号b被报警器识别，报警器做出物理反应，例如包括led灯的报警器，led灯闪亮；包括蜂鸣器的报警器，蜂鸣器发出声音。以此提示使用者有金属异物入侵。
[0128]
在另一种可能的实现方式中，控制器304用于确定谐振网络实际谐振频率f；确定频率测试点f1和f2，f1小于谐振网络实际谐振频率f，f2大于谐振网络实际谐振频率f；可选的，f1和f2也可以均小于谐振网络实际谐振频率f，可选的，f1和f2也可以均大于谐振网络实际谐振频率f；确定谐振网络302在频率f1处的输入电压u
2f1
和频率f2处的输入电压u
2f2
；计算差值电压δu1，差值电压δu1为预设电压u
1f1
与谐振网络302在频率f1处的输入电压u
2f1
的差值，即δu1＝u
1f1-u
2f1
，预设电压u
1f1
为无金属异物时谐振网络302在频率f1处的输入电压；计算差值电压δu2，差值电压δu2为预设电压u
1f2
与谐振网络302在频率f2处的输入电压u
2f2
的差值，即δu2＝u
1f2-u
2f2
，预设电压u
1f2
为无金属异物时谐振网络在频率处f2处的输入电压；计算总的差值电压δu，总的差值电压δu为差值电压δu1和差值电压δu2的电压差的绝对值，即δu＝|δu1-δu2|；判断δu是否大于预设阈值，若大于，则判定存在异物，若不大于，则判定不存在异物。
[0129]
在又一种可能的实现方式中，控制器304确定谐振网络实际谐振频率f；确定频率测试点f1和f2，f1小于所述谐振网络实际谐振频率f，f2大于所述谐振网络实际谐振频率f，
可选的，f1和f2也可以均小于谐振网络实际谐振频率f，可选的，f1和f2也可以均大于谐振网络实际谐振频率f；确定谐振网络302在频率f1处的输入阻抗l
2f1
和频率f2处的输入阻抗l
2f2
；计算差值阻抗δl1，差值阻抗δl1为预设阻抗l
1f1
与谐振网络302在频率f1处的输入阻抗l
2f1
的差值，即δl1＝l
1f1-l
2f1
，预设阻抗l
1f1
为无金属异物时谐振网络302在频率f1处的输入阻抗；计算差值阻抗δl2，差值阻抗δl2为预设阻抗l
1f2
与谐振网络302在频率f2处的输入阻抗l
2f2
的差值，即δl2＝l
1f2-l
2f2
，预设阻抗l
1f2
为无金属异物时谐振网络在频率处f2处的输入阻抗；计算总的差值阻抗δl，总的差值阻抗δl为差值阻抗δl1和差值阻抗δl2的阻抗差的绝对值，即δl＝|δl1-δl2|；判断δl是否大于预设阈值，若大于，则判定存在异物，若不大于，则判定不存在异物。
[0130]
可以理解的是，可选的，频率测试点可以为m个，m为大于等于2的偶数，在一种可能的实现方式中，0.5m个频率点的频率小于谐振网络的实际谐振频率，0.5m个频率点的频率大于谐振网络的实际谐振频率，按照上述实施例中的方法分别确定谐振网络302在每个频率点处的差值电压或差值阻抗，确定总的差值阻抗，总的差值阻抗为各频率点差值阻抗的绝对值的最大值。
[0131]
本技术实施例二，提供一种异物检测方法，如图8所示为该异物检测方法流程示意图，该方法核心流程如下：
[0132]
s401：确定谐振网络实际谐振频率f。在无金属异物的情况下，根据测量得到的每个等效线圈的电感值，计算谐振网络302的实际谐振频率，或者，在谐振网络302的谐振频率设计值附近进行扫频，确定谐振网络302的实际谐振频率f。
[0133]
在谐振网络302的理论设计时，谐振频率是确定的，但由于谐振网络的器件存在一定的精度范围，会导致设计值和实际值间存在一些误差。因此在准备进行实际的异物检测前的电路调试过程中，需要首先测量每个等效线圈的电感值和电容值，计算无金属异物时每个等效线圈所对应的谐振网络的谐振频率。也可以通过扫频的方式进行谐振频率检测，扫频指的是通过改变恒流交流源的激励的频率，让恒流交流源的激励的频率在一个范围内变化，此时测量谐振网络上的输入电压，当谐振网络上的输入电压最大时对应的恒流交流源的频率就是谐振网络的谐振频率。因为设计值和实际值的偏差通常不是很大，所以通常可以在谐振频率的设计值附近进行扫频。例如，谐振频率的设计值为f
d
＝300khz，在谐振频率的设计值的附近区域如[280khz，320khz]频率区间进行扫频，谐振网络上电压最大时对应的频率即确定为无金属异物时的初始状态下的谐振频率。因为每个的等效线圈的检测方法都一样，所以上述的流程中以一个线圈来举例，可以理解的是，其余线圈也可按照类似的方法确定实际谐振频率。
[0134]
s402：确定频率测试点。由于不同的谐振频率所对应的阻抗特性曲线在谐振频率点两侧的曲线下降速度不同，因此可以在谐振网络302的谐振频率f的两侧分别确定一个频率测试点。在一种可能的实现方式中，在谐振网络302的实际谐振频率f的两侧，分别以(f-δf)和(f+δf)为边界，在[(f-δf)，f]区间内选择一个频率点f1，在[f，(f+δf)]区间内选择一个频率点f2，以f1和f2作为金属异物检测的频率测试点。频率测试点f1、f2与谐振频率f的关系是：f1小于谐振网络实际谐振频率f，f2大于谐振网络实际谐振频率f。可选的，f1和f2也可以均小于谐振网络实际谐振频率f，可选的，f1和f2也可以均大于谐振网络实际谐振频率f。其中，δf的值的选取标准依阻抗特性曲线而定，选取的原则是在同一个频率下有异
物和没有异物时的阻抗的差值比较明显，在一种可能的实现方式中，δf的取值范围为[0.01f，0.5f]。例如，有异物和无异物时的阻抗差值通常在谐振网络302的实际谐振频率f的左右0.1f的范围内差值较大，超出这个范围差值变小了，此时取δf＝0.1f，即在谐振网络302的实际谐振频率f的两侧，分别以(f-0.1f)和(f+0.1f)为边界，在[(f-0.1f)，f]区间内选择一个频率点f1，在[f，(f+0.1f)]区间内选择一个频率点f2，以f1和f2作为金属异物检测的频率测试点。例如，当扫频得到谐振频率的实际值f＝300khz时，此时计算δf＝0.1f＝30khz，在谐振网络302的实际谐振频率f＝300khz的两侧，分别以f-δf＝f-0.1f＝270khz和f+δf＝f+0.1f＝330khz为边界，在[270khz，300khz]区间内选择一个频率点f1＝290khz，在[300khz，330khz]区间内选择一个频率点f2＝314khz，以290khz和314khz作为金属异物检测的频率测试点。
[0135]
s403：确定无金属异物情况时谐振网络在频率点f1处的输入电压u
1f1
和在频率点f2处的输入电压u
1f2
，将u
1f1
作为频率点f1处的预设电压，将u
1f2
作为频率点f2处的预设电压。在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f1的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入电压u
1f1
，并把频率f1和输入电压u
1f1
保存到控制器304的存储器中。在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f2的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入电压u
1f2
，并把频率f2和u
1f2
保存到控制器304的存储器中。例如，在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f1＝290khz的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入电压u
1f1
，并把频率f1＝290khz和输入电压u
1f1
保存到控制器304的存储器中。在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f2＝314khz的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入电压u
1f2
，并把频率f2＝314khz和u
1f2
保存到控制器304的存储器中。
[0136]
s404：确定在进行金属异物检测时谐振网络302在频率点f1处的输入电压u
2f1
和在频率点f2处的输入电压u
2f2
。在金属异物检测时，恒流源发送频率为f1的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入电压u
2f1
，并把频率f1和输入电压u
2f1
保存到控制器304的存储器中。在金属异物检测时，恒流源发送频率为f2的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入电压u
2f2
，并把频率f2和u
2f2
保存到控制器304的存储器中。例如，在金属异物检测时，恒流源发送频率为f1＝290khz的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入电压u
2f1
，并把频率f1＝290khz和输入电压u
2f1
保存到控制器304的存储器中。在金属异物检测时，恒流源发送频率为f2＝314khz的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入电压u
2f2
，并把频率f2＝314khz和u
2f2
保存到控制器304的存储器中。
[0137]
s405：计算谐振网络302在频率点f1处的预设电压u
1f1
和输入电压u
2f1
的差值δu1，δu1为频率点f1处的差值电压。在控制器304中，比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入电压u
1f1
和金属异物检测时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入电压u
2f1
的差δu1，δu1＝u
1f1-u
2f1
。当金属异物检测时不存在金属异物，可以理解的是，理论上u
1f1
＝u
2f1
，δu1＝u
1f1-u
2f1
＝0。但由于系统参数不可能完全相同，因此实际中当判断u
1f1
和u
2f1
的差值小于一定阈值时，即δu1＝u
1f1-u
2f1
＜u
set1
，可认为金属异物检测时不存在异物。例如，f1＝290khz时，进行金属异物检测时，δu1＝u
1f1-u
2f1
，当金属异物检测时不存在金属异物，u
1f1
与u
2f1
的差值小于一定阈值，δu1＝u
1f1-u
2f1
＜u
set1
；当金属异物检测时存在金属异物，u
1f1
与u
2f1
的差值大于一定阈值，δu1＝u
1f1-u
2f1
＞u
set1
。可选的，δu1还可以为计算谐振网络302在频率点f1处的输入电压u
2f1
和预设电压u
1f1
的差值，即δ
u1＝u
2f1-u
1f1
。
[0138]
s406：计算谐振网络302在频率点f2处的预设电压u
1f2
和输入电压u
2f2
的差值δu2，δu2为频率点f2处的差值电压。在控制器304中，比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入电压u
1f2
和金属异物检测时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入电压u
2f2
的差δu2，δu2＝u
1f2-u
2f2
。当金属异物检测时不存在金属异物，可以理解的是，理论上u
1f2
＝u
2f2
，δu2＝u
1f2-u
2f2
＝0。但由于系统参数不可能完全相同，因此实际中当判断u
1f2
和u
2f2
的差值小于一定阈值时，即δu2＝u
1f2-u
2f2
＜u
set2
，可认为金属异物检测时不存在异物。例如，f1＝290khz时，进行金属异物检测时，δu2＝u
1f2-u
2f2
，当金属异物检测时不存在金属异物，u
1f2
与u
2f2
的差值小于一定阈值，δu2＝u
1f2-u
2f2
＜u
set2
；当金属异物检测时存在金属异物，u
1f2
与u
2f2
的差值大于一定阈值，δu2＝u
1f2-u
2f2
＞u
set2
。可选的，δu2还可以为计算谐振网络302在频率点f2处的输入电压u
2f2
和预设电压u
1f2
的差值，即δu2＝u
2f2-u
1f2
。
[0139]
s407：计算频率点f1处的差值电压和频率点f2处的差值电压的电压差的绝对值δu，δu为总的差值电压。在控制器304中，计算频率点f1处的差值电压和频率点f2处的差值电压的电压差的绝对值得到总的差值电压，即δu＝|δu1-δu2|。
[0140]
s408：将δu与预先设定的阈值相比较，根据比较结果判断是否存在金属异物。理论上，当不存在金属异物时，δu＝|δu1-δu2|＝0。当存在金属异物时，异物的存在会使感应磁场发生畸变，例如，金属异物在时变磁场中也会被感应出感应电动势，该电动势会在金属异物内部产生闭合回路电流，即涡流，涡流可产生磁场。生物体异物等非金属类异物同样可以使得时变磁场产生畸变，因此本技术实施例也可用于其他非金属类异物的检测应用场景。在一种可能的实现方式中，金属异物产生的涡流磁场会在谐振网络302上产生感应电动势，即在谐振网络302的输入电压上叠加异物感应电压，如图1所示，从图1可以看出，在谐振频率ωr附近的ω1频率处的两侧，是否存在金属异物两种情况下，谐振电路的阻抗大小是不同的。在频率小于ω1时，有金属异物时检测电路的阻抗大于无金属异物时谐振电路的阻抗；在频率大于ω1时，有金属异物时谐振电路的阻抗小于无金属异物时检测电路的阻抗。阻抗的不同影响着电压的不同。但异物感应电压在不同频率处与谐振网络302的输入电压之间的差值的方向与大小均不相同，即δu1与δu2不相等，δu＝|δu1-δu2|≠0。可以理解的是，实际应用中由于误差的存在，当不存在金属异物时，δu也可以不为0。因此为了增加检测精度，可以根据具体工况和误差范围的需要预先设定一个阈值u
set
。在控制器304中，将总的差值电压δu与控制器预先设定的阈值进行比较，当δu大于预先设定的阈值范围时，即δu＝|δu1-δu2|＞u
set
，认为存在异物；当δu小于预先设定的阈值范围时，即δu＝|δu1-δu2|＜u
set
，则认为无金属异物。可以理解的是，本技术实施例中在两个频率处测量电压差相比在一个频率处测量电压差的方法，可以有效提高检测精度，避免误测。
[0141]
从图1中可以看出，在无金属异物情况和有金属异物两种不同的情况下，由于谐振网络的阻抗特性曲线在谐振频率两侧的差值不同，但公共干扰信号所产生的感应电压在不同频率处可以认为是近似相等的，因此按照上述方法可以有效消除不同复杂工况下出现的公共干扰信号，如发射线圈磁场变化、由于发射线圈和接收线圈间的相对位置不同导致的耦合系数不同等的干扰，提高金属异物检测准确度，减少误判，实现高精度金属异物检测的目的。
[0142]
例如，当进行金属异物检测时存在发射线圈的磁场变化导致的干扰，无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入电压为u
1f1
，发射线圈磁场变化在恒流源的电流激励频率为f1时产生了干扰电压ui1，则在金属异物检测时，恒流源发送频率为f1的电流激励，测量电路303检测到的谐振网络302的输入电压应该为u
2f1
+ui1。无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入电压为u
1f2
，发射线圈磁场变化在恒流源的电流激励频率为f2时产生了干扰电压ui2，则在金属异物检测时，恒流源发送频率为f2的电流激励，测量电路303检测到的谐振网络302的输入电压应该为u
2f2
+ui2。在控制器304中，比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入电压u
1f1
，和存在发射线圈的磁场变化导致的干扰时，在恒流源的电流激励频率为f1处进行金属异物检测时的谐振网络的输入电压u
2f1
+ui1的差δu1，δu1＝u
1f1-(u
2f1
+ui1)。比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入电压u
1f2
，和存在发射线圈的磁场变化导致的干扰时，在恒流源的电流激励频率为f2处进行金属异物检测时的谐振网络的输入电压u
2f2
+ui2的差δu2，δu2＝u
1f2-(u
2f2
+ui2)。在控制器304中，计算f1和f2频率点的总的差值电压δu＝|δu1-δu2|。而由于发射线圈的磁场变化导致的感应电压在不同频率处是相等的，即ui1＝ui2，如图2所示为谐振网络输入电压叠加干扰感应电压时随频率变化示意图，图中的ueq为谐振网络输入电压，ueq+δu为谐振网络输入电压叠加干扰感应电压。因此当不存在金属异物时，理论上，总的差值电压δu＝|δu1-δu2|＝0，可以理解的是，实际上总的差值电压δu会小于一个阈值，不会存在误判。当存在异物时的总的差值电压与没有感应电压干扰且存在异物时的总的差值电压相同，其阈值设置也可相同，同样不会产生误判。
[0143]
本技术实施例三，提供另一种异物检测方法，与实施例二的区别在于，实施例三中，测量电路检测的是谐振网络的阻抗。在谐振网络的激励是交流电流源的情况下，谐振网络的电压与阻抗的关系是u＝i*z,检测电压是最直接的方法，而检测谐振网络的阻抗后，也可以根据所测量到的阻抗与电流源的电流数据，推算出谐振网络的电压。阻抗的检测方法有很多种，例如阻抗检测电路或阻抗检测装置，此处不做限制。如图9所示为该金属异物检测方法流程图，该方法核心流程如下：
[0144]
s501：确定谐振网络实际谐振频率f。在无金属异物的情况下，根据测量得到的每个等效线圈的电感值，计算谐振网络302的实际谐振频率，或者，在谐振网络302的谐振频率设计值附近进行扫频，确定谐振网络302的实际谐振频率f。
[0145]
在谐振网络302的理论设计时，谐振频率是确定的，但由于谐振网络的器件存在一定的精度，会导致设计值和实际值间存在一些误差。因此在准备进行实际的异物检测前的电路调试过程中，需要首先测量每个等效线圈的电感值和电容值，计算无金属异物时每个等效线圈所对应的谐振网络的谐振频率。也可以通过扫频的方式进行谐振频率检测，扫频指的是通过改变恒流交流源的激励的频率，让恒流交流源的激励的频率在一个范围内变化，此时测量谐振网络上的输入电压，当谐振网络上的输入电压最大时对应的恒流交流源的频率就是谐振网络的谐振频率。因为设计值和实际值的偏差通常不是很大，所以通常可以在谐振频率的设计值附近进行扫频。例如，谐振频率的设计值为f
d
＝300khz，在谐振频率的设计值的附近区域如[280khz，320khz]频率区间进行扫频，谐振网络上电压最大时对应的频率即确定为无金属异物时的初始状态下的谐振频率。因为每个的等效线圈的检测方法都一样，所以上述的流程中以一个线圈来举例，可以理解的是，其余线圈也可按照类似的方
法确定实际谐振频率。
[0146]
s502：确定频率测试点。由于不同的谐振频率所对应的阻抗特性曲线在谐振频率点两侧的曲线下降速度不同，因此可以在谐振网络302的谐振频率f的两侧分别确定一个频率测试点。在一种可能的实现方式中，在谐振网络302的实际谐振频率f的两侧，分别以(f-δf)和(f+δf)为边界，在[(f-δf)，f]区间内选择一个频率点f1，在[f，(f+δf)]区间内选择一个频率点f2，以f1和f2作为金属异物检测的频率测试点。频率测试点f1、f2与谐振频率f的关系是：f1小于谐振网络实际谐振频率f，f2大于谐振网络实际谐振频率f。可选的，f1和f2也可以均小于谐振网络实际谐振频率f，可选的，f1和f2也可以均大于谐振网络实际谐振频率f。其中，δf的值的选取标准依阻抗特性曲线而定，选取的原则是在同一个频率下有异物和没有异物时的阻抗的差值比较明显，在一种可能的实现方式中，δf的取值范围为[0.01f，0.5f]。例如，有异物和无异物时的阻抗差值通常在谐振网络302的实际谐振频率f的左右0.1f的范围内差值较大，超出这个范围差值变小了，此时取δf＝0.1f，即在谐振网络302的实际谐振频率f的两侧，分别以(f-0.1f)和(f+0.1f)为边界，在[(f-0.1f)，f]区间内选择一个频率点f1，在[f，(f+0.1f)]区间内选择一个频率点f2，以f1和f2作为金属异物检测的频率测试点。例如，当扫频得到谐振频率的实际值f＝300khz时，此时计算δf＝0.1f＝30khz，在谐振网络302的实际谐振频率f＝300khz的两侧，分别以f-δf＝f-0.1f＝270khz和f+δf＝f+0.1f＝330khz为边界，在[270khz，300khz]区间内选择一个频率点f1＝285khz，在[300khz，330khz]区间内选择一个频率点f2＝320khz，以285khz和320khz作为金属异物检测的频率测试点。
[0147]
s503：确定无金属异物情况时谐振网络在频率点f1处的输入阻抗l
1f1
和在频率点f2处的输入阻抗l
1f2
，将l
1f1
作为频率点f1处的预设阻抗，将l
1f2
作为频率点f2处的预设阻抗。在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f1的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入阻抗l
1f1
，并把频率f1和输入阻抗l
1f1
保存到控制器304的存储器中。在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f2的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入阻抗l
1f2
，并把频率f2和l
1f2
保存到控制器304的存储器中。例如，在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f1＝285khz的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入阻抗l
1f1
，并把频率f1＝285khz和输入阻抗l
1f1
保存到控制器304的存储器中。在无金属异物情况下，恒流源发送频率为f2＝320khz的电流激励，测量电路检测谐振网络302的输入阻抗l
1f2
，并把频率f2＝320khz和l
1f2
保存到控制器304的存储器中。
[0148]
s504：确定在进行金属异物检测时谐振网络302在频率点f1处的输入阻抗l
2f1
和在频率点f2处的输入阻抗l
2f2
。在金属异物检测时，恒流源发送频率为f1的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入阻抗l
2f1
，并把频率f1和输入阻抗l
2f1
保存到控制器304的存储器中。在金属异物检测时，恒流源发送频率为f2的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入阻抗l
2f2
，并把频率f2和l
2f2
保存到控制器304的存储器中。例如，在金属异物检测时，恒流源发送频率为f1＝285khz的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入阻抗l
2f1
，并把频率f1＝285khz和输入阻抗l
2f1
保存到控制器304的存储器中。在金属异物检测时，恒流源发送频率为f2＝320khz的电流激励，测量电路303检测谐振网络302的输入阻抗l
2f2
，并把频率f2＝320khz和l
2f2
保存到控制器304的存储器中。
[0149]
s505：计算谐振网络302在频率点f1处的预设阻抗l
1f1
和输入阻抗l
2f1
的差值δl1，
δl1为频率点f1处的差值阻抗。在控制器304中，比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入阻抗l
1f1
和金属异物检测时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入阻抗l
2f1
的差δl1，δl1＝l
1f1-l
2f1
。当金属异物检测时不存在金属异物，可以理解的是，理论上l
1f1
＝l
2f1
，δl1＝l
1f1-l
2f1
＝0。但由于系统参数不可能完全相同，因此实际中当判断l
1f1
和l
2f1
的差值小于一定阈值时，即δl1＝l
1f1-l
2f1
＜l
set1
，可认为金属异物检测时不存在异物。例如，f1＝285khz时，进行金属异物检测时，δl1＝l
1f1-l
2f1
，当金属异物检测时不存在金属异物，l
1f1
与l
2f1
的差值小于一定阈值，δl1＝l
1f1-l
2f1
＜l
set1
；当金属异物检测时存在金属异物，l
1f1
与l
2f1
的差值大于一定阈值，δl1＝l
1f1-l
2f1
＞l
set1
。可选的，δl1还可以为计算谐振网络302在频率点f1处的输入阻抗l
2f1
和预设阻抗l
1f1
的差值，即δl1＝l
2f1-l
1f1
。
[0150]
s506：计算谐振网络302在频率点f2处的预设阻抗l
1f2
和输入阻抗l
2f2
的差值δl2，δl2为频率点f2处的差值阻抗。在控制器304中，比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入阻抗l
1f2
和金属异物检测时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入阻抗l
2f2
的差δl2，δl2＝l
1f2-l
2f2
。当金属异物检测时不存在金属异物，可以理解的是，理论上l
1f2
＝l
2f2
，δl2＝l
1f2-l
2f2
＝0。但由于系统参数不可能完全相同，因此实际中当判断l
1f2
和l
2f2
的差值小于一定阈值时，即δl2＝l
1f2-k
2f2
＜l
set2
，可认为金属异物检测时不存在异物。例如，f1＝285khz时，进行金属异物检测时，δl2＝l
1f2-l
2f2
，当金属异物检测时不存在金属异物，l
1f2
和l
2f2
的差值小于一定阈值，δl2＝l
1f2-l
2f2
＜l
set2
；当金属异物检测时存在金属异物，l
1f2
和l
2f2
的差值大于一定阈值，δl2＝l
1f2-l
2f2
＞l
set2
。可选的，δl2还可以为计算谐振网络302在频率点f2处的输入阻抗l
2f2
和预设阻抗l
1f2
的差值，即δl1＝l
2f2-l
1f2
。
[0151]
s507：计算频率点f1处的差值阻抗和频率点f2处的差值阻抗的阻抗差的绝对值δl，δl为总的差值阻抗。在控制器304中，计算频率点f1处的差值阻抗和频率点f2处的差值阻抗的阻抗差的绝对值得到总的差值阻抗，即δl＝|δl1-δl2|。
[0152]
s508：将δl与预先设定的阈值相比较，根据比较结果判断是否存在金属异物。理论上，当不存在金属异物时，δl＝|δl1-δl2|＝0，当存在金属异物时，异物的存在会使感应磁场发生畸变，例如，金属异物在时变磁场中也会被感应出感应电动势，该电动势会在金属异物内部产生闭合回路电流，即涡流，涡流可产生磁场。生物体异物等非金属类异物同样可以使得时变磁场产生畸变，因此本技术实施例也可用于其他非金属类异物的检测应用场景。在一种可能的实现方式中，金属异物产生的涡流磁场会在谐振网络302上产生感应电动势，感应电动势反过来会影响输入阻抗，即在谐振网络302的输入阻抗上叠加异物感应阻抗。如图1所示，从图1可以看出，在谐振频率ωr附近的ω1频率处的两侧，是否存在金属异物两种情况下，谐振电路的阻抗大小是不同的。在频率小于ω1时，有金属异物时检测电路的阻抗大于无金属异物时谐振电路的阻抗；在频率大于ω1时，有金属异物时谐振电路的阻抗小于无金属异物时检测电路的阻抗。但异物感应电压在不同频率处与谐振网络302的输入电压之间的差值的方向与大小均不相同，由此也会导致不同频率处谐振网络的输入阻抗不相同，即δl1与δl2不相等，δl＝|δl1-δl2|≠0。可以理解的是，实际应用中由于误差的存在，当不存在金属异物时，δl也可以不为0。因此为了增加检测精度，可以根据具体工况和误差范围的需要预先设定一个阈值l
set
。在控制器304中，将总的差值阻抗δl与控制器
预先设定的阈值进行比较，当δl大于预先设定的阈值范围时，即δl＝|δl1-δl2|＞l
set
，认为存在异物；当δl小于预先设定的阈值范围时，即δl＝|δl1-δl2|＜l
set
，则认为无金属异物。可以理解的是，本技术实施例中在两个频率处测量阻抗差相比在一个频率处测量阻抗差的方法，可以有效提高检测精度，避免误测。
[0153]
从图1中可以看出，在无金属异物情况和有金属异物两种不同的情况下，由于谐振网络的阻抗特性曲线在谐振频率两侧的差值不同，但公共干扰信号所产生的感应电压在不同频率处可以认为是近似相等的，感应电压所对应的对阻抗造成的变化也是相同的，因此按照上述方法可以有效消除不同复杂工况下出现的公共干扰信号，如发射线圈磁场变化、由于发射线圈和接收线圈间的相对位置不同导致的耦合系数不同等的干扰，提高金属异物检测准确度，减少误判，实现高精度金属异物检测的目的。
[0154]
例如，当进行金属异物检测时存在发射线圈的磁场变化导致的干扰，无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入阻抗为l
1f1
，发射线圈磁场变化在恒流源的电流激励频率为f1时产生了干扰阻抗li1，则在金属异物检测时，恒流源发送频率为f1的电流激励，测量电路303检测到的谐振网络302的输入阻抗应该为l
2f1
+li1。无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入阻抗为l
1f2
，发射线圈磁场变化在恒流源的电流激励频率为f2时产生了干扰阻抗li2，则在金属异物检测时，恒流源发送频率为f2的电流激励，测量电路303检测到的谐振网络302的输入阻抗应该为l
2f2
+li2。在控制器304中，比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f1时的谐振网络的输入阻抗l
1f1
，和存在发射线圈的磁场变化导致的干扰时，在恒流源的电流激励频率为f1处进行金属异物检测时的谐振网络的输入阻抗l
2f1
+li1的差δl1，δl1＝l
1f1-(l
2f1
+li1)。比较无金属异物时且恒流源的电流激励频率为f2时的谐振网络的输入阻抗l
1f2
，和存在发射线圈的磁场变化导致的干扰时，在恒流源的电流激励频率为f2处进行金属异物检测时的谐振网络的输入阻抗l
2f2
+li2的差δl2，δl2＝l
1f2-(l
2f2
+li2)。在控制器304中，计算f1和f2频率点的总的差值阻抗δl＝|δl1-δl2|。而由于发射线圈的磁场变化所导致的感应电压在不同频率处可以认为是近似相等的，感应电压所对应的对阻抗造成的变化也是相同的，即li1＝li2。因此当不存在金属异物时，理论上，总的差值阻抗δl＝|δl1-δl2|＝0，可以理解的是，实际上总的差值阻抗δl会小于一个阈值，不会存在误判。当存在异物时的总的差值阻抗与没有感应阻抗干扰且存在异物时的总的差值阻抗相同，其阈值设置也可相同，同样不会产生误判。
[0155]
上述实施例二或三的方法实施例可以应用于实施例一中所描述的异物检测装置中。
[0156]
可以理解的是，上述实施例中所描述的差值电压或差值电阻中的差值，既可以为包含电压或电阻的方向的实际差值，也可以是处理后的差值，例如实际差值的绝对值。具体情况可以根据实际需要进行设计，本技术不做限制。
[0157]
本技术实施例四，提供一种可异物检测无线充电发射系统，该可异物检测无线充电发射系统包括实施例一所述的异物检测装置和图4所示的无线充电发射装置，所述异物检测装置用于检测所述无线充电发射系统内是否具有异物，在此不再赘述。
[0158]
本技术实施例五，提供一种可异物检测无线充电接收系统，该可异物检测无线充电接收系统包括实施例一所述的异物检测装置和图4所示的无线充电接收装置，所述异物检测装置用于检测所述无线充电接收系统内是否具有异物，在此不再赘述。
[0159]
本技术实施例六，提供一种可异物检测无线充电系统，该可异物检测无线充电系统包括实施例一所述的异物检测装置和图4所示的无线充电发射装置与无线充电接收装置，所述异物检测装置用于检测所述无线充电系统内是否具有异物，在此不再赘述。
[0160]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括至少一个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含至少一个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0161]
需要说明的是，本技术实施例二或三所提供的方法中各步骤的具体描述可参考上述实施例一的装置实施例中对应内容的具体描述，此处不再一一赘述。另本技术实施例二或三所提供的方法用于实现上述实施例一中异物检测装置的异物检测功能，因此可以达到与上述实施例相同的效果。
[0162]
使用本技术实施例所述的异物检测方法、装置或系统，可以消除例如发射线圈的输出功率、输出电压、输出电流变化等发射线圈磁场变化引起的谐振网络的感应电压变化所带来的对异物检测过程的影响，从而提高异物检测的精度，减少误判。
[0163]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
[0164]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0165]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本技术实施例方案的目的。
[0166]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0167]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0168]
以上所述，仅是本技术的较佳实施例而已，并非对本技术作任何形式上的限制。虽然本技术已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本技术技术方案保护的范围内。