【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电能传输，尤其涉及无线电能传输系统中金属异物的检测系统及方法。
技术介绍
1、与传统的有线充电方式相比，无线电能传输(wireless power transfer,wpt)技术具有环境适应性强、安全性高、灵活便捷等优点，被广泛应用于交通运输等各个领域。在wpt系统中，磁耦合机构作为实现能量传输的核心部分，使用过程中安全性要求越来越高。
2、在无线电能传输系统中，由于发射线圈与接收线圈之间存在一个高频磁场区域，因系统应用在各种复杂场景下，该区域不可避免地会有异物介入。异物的介入使系统偏离正常工作点甚至引发安全事故，通常将异物分为金属异物和生物体异物，当金属异物进入发射线圈及接收线圈之间的磁场区域时，一方面，金属异物会因涡流损耗而迅速升温，若此时接触可燃性物体，极易引发火灾，造成安全隐患；另一方面，金属异物的介入会影响无线电能传输系统的传输功率与传输效率，使耦合机构的某些参数发生改变，导致系统无法进行正常工作，严重时还会使系统完全停止运行。
3、目前使用的系统参数异物检测技术主要针对金属异物，检测系统某些参数如电压、电流、谐振频率、功率损耗、线圈品质因数等，根据这些参数的变化判断系统中是否有异物介入。基于系统参数的金属异物检测方法成本低、空间占用小、结构简单，但其检测精度和灵敏度较低，限制检测效果的因素较多，如异物尺寸和种类、耦合机构位置等。
技术实现思路
1、本专利技术提供无线电能传输系统中金属异物的检测系统及方法，解决的技术问题在于：如何
2、为解决以上技术问题，本专利技术提供无线电能传输系统中金属异物的检测系统，包括检测线圈层、电压传感器和控制器，所述电压传感器用于获取在无线电能传输系统工作时所述检测线圈层的电压，所述控制器用于根据所述检测线圈层的电压判断是否存在金属异物以及当金属异物存在时确定金属异物的位置；所述检测线圈层设置在无线电能传输系统的发射线圈上，包括对称分布在所述发射线圈的四个象限区域的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈、第四检测线圈，还包括填充在所述第一检测线圈、所述第二检测线圈、所述第三检测线圈、所述第四检测线圈之间空隙的第五检测线圈。
3、优选的，所述第一检测线圈至所述第四检测线圈采用矩形线圈，四个矩形线圈中间形成规则的十字型空隙，十字型的所述第五检测线圈则放置在该十字型空隙中；第一至第五检测线圈均为无源线圈，且相互独立。
4、优选的，无线电能传输系统的发射线圈和接收线圈规格一致，采用中空的第一方形线圈；第一至第四检测线圈规格一致，采用中空的第二方形线圈。
5、优选的，所述电压传感器用于获取第一至第五检测线圈的感应电压，对应记为u1、u2、u3、u4、u5；所述控制器计算u1、u2、u3、u4、u5之间的差值δu1～δu4：
6、
7、所述控制器根据u1～u5和δu1～δu4判断是否存在金属异物，以及当金属异物存在时根据δu1～δu4确定金属异物的位置。
8、优选的，五个检测线圈设置为：在无金属异物情况下五个检测线圈的感应电压u1～u5相等，均为基准电压；
9、所述控制器根据u1～u5和δu1～δu4判断是否存在金属异物具体为：
10、判断u1～u5是否均等于基准电压且感应电压差值δu1～δu4是否都等于0，若是则判断不存在金属异物，反之则存在金属异物。
11、优选的，当金属异物存在时，控制器根据δu1～δu4确定金属异物的位置，具体为：
12、控制器根据提前存储的δu1～δu4和金属异物位置的关系，输出对应的金属异物的位置。
13、优选的，第五检测线圈的绕制方式为：由外向内逐匝绕制，每一匝均为十字型结构，绕制完成后，中间部分仍存在十字型间隙。
14、优选的，所述检测线圈层的尺寸参数采用以下步骤设计：
15、s1、根据实际需求确定无线电能传输系统的所有参数；
16、s2、根据确定的发射线圈的尺寸确定所述检测线圈层的整体尺寸为l×l；
17、s3、在[0.1l,0.2l]范围内确定所述第五检测线圈的单边宽度l+；
18、s4、确定所述第五检测线圈与四个方形检测线圈之间的间距d4+；
19、s5、确定所述第二方形线圈的外边长为l2o＝(l－2d4+－l+)/2；
20、s6、判断l+/l2o值是否在[0.2,0.4]内，若否则返回至步骤s3重新确定所述第五检测线圈的单边宽度l+并执行后续步骤，若是则输出当前参数。
21、本专利技术还提供一种无线电能传输系统中金属异物的检测方法，应用于所述的无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其关键在于，包括步骤：
22、启动无线电能传输系统；
23、获取第一至第五检测线圈的感应电压u1～u5；
24、根据感应电压u1～u5计算电压差δu1～δu4：
25、
26、根据u1～u5和δu1～δu4判断是否存在金属异物，以及当金属异物存在时根据δu1～δu4确定金属异物的位置。
27、进一步地，根据u1～u5和δu1～δu4判断是否存在金属异物，以及当金属异物存在时根据δu1～δu4确定金属异物的位置，具体包括步骤：
28、判断u1～u5是否均等于基准电压且感应电压差值δu1～δu4是否都等于0，若是则判断不存在金属异物，反之则存在金属异物则进入下一步；
29、根据提前存储的δu1～δu4和金属异物位置的关系，输出对应的金属异物的位置。
30、本专利技术提供的无线电能传输系统中金属异物的检测系统及方法，其采用一种特殊结构的检测线圈，包括对称分布在发射线圈四个象限区域的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈、第四检测线圈，还包括填充在第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈、第四检测线圈之间空隙的第五检测线圈，从而利用第一至第四检测线圈与中间的第五检测线圈之间的感应电压差值，确定是否有金属异物存在以及确定金属异物存在时金属异物的位置。该方法及系统根据无线电能传输系统的特点，仅使用一套简单排布的检测线圈层及其配套的普通电压采样器件及控制器件即可完成金属异物检测，具有高效、低成本的突出优点。
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1.无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其特征在于，包括检测线圈层、电压传感器和控制器，所述电压传感器用于获取在无线电能传输系统工作时所述检测线圈层的电压，所述控制器用于根据所述检测线圈层的电压判断是否存在金属异物以及当金属异物存在时确定金属异物的位置；所述检测线圈层设置在无线电能传输系统的发射线圈上，包括对称分布在所述发射线圈的四个象限区域的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈、第四检测线圈，还包括填充在所述第一检测线圈、所述第二检测线圈、所述第三检测线圈、所述第四检测线圈之间空隙的第五检测线圈。
2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其特征在于：所述第一检测线圈至所述第四检测线圈采用矩形线圈，四个矩形线圈中间形成规则的十字型空隙，十字型的所述第五检测线圈则放置在该十字型空隙中；第一至第五检测线圈均为无源线圈，且相互独立。
3.根据权利要求2所述的无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其特征在于：无线电能传输系统的发射线圈和接收线圈规格一致，采用中空的第一方形线圈；第一至第四检测线圈规格一致，采用中空的第二方形线圈。
...【技术特征摘要】
1.无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其特征在于，包括检测线圈层、电压传感器和控制器，所述电压传感器用于获取在无线电能传输系统工作时所述检测线圈层的电压，所述控制器用于根据所述检测线圈层的电压判断是否存在金属异物以及当金属异物存在时确定金属异物的位置；所述检测线圈层设置在无线电能传输系统的发射线圈上，包括对称分布在所述发射线圈的四个象限区域的第一检测线圈、第二检测线圈、第三检测线圈、第四检测线圈，还包括填充在所述第一检测线圈、所述第二检测线圈、所述第三检测线圈、所述第四检测线圈之间空隙的第五检测线圈。
2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其特征在于：所述第一检测线圈至所述第四检测线圈采用矩形线圈，四个矩形线圈中间形成规则的十字型空隙，十字型的所述第五检测线圈则放置在该十字型空隙中；第一至第五检测线圈均为无源线圈，且相互独立。
3.根据权利要求2所述的无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其特征在于：无线电能传输系统的发射线圈和接收线圈规格一致，采用中空的第一方形线圈；第一至第四检测线圈规格一致，采用中空的第二方形线圈。
4.根据权利要求3所述的无线电能传输系统中金属异物的检测系统，其特征在于：所述电压传感器用于获取第一至第五检测线圈的感应电压，对应记...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小飞，杨汝燕，唐春森，王智慧，李志恒，冯晖，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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