本發(fā)明涉及金屬異物檢測，具體的，涉及一種無線充電系統(tǒng)金屬異物檢測方法。

背景技術(shù)：

1、無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展日趨成熟，尤其是磁耦合諧振式無線電能傳輸方式目前已在功率等級、傳輸效率、抗偏移性能等方面取得了顯著的提升。磁耦合諧振式無線電能傳輸通過電磁感應耦合將發(fā)射線圈能量傳輸至接收線圈，傳能過程中諧振腔產(chǎn)生強交流磁場。因為充電系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上通常具有開放特性往往會有異物存在，尤其是金屬類異物靠近充電系統(tǒng)時會被感應出大量渦流進而產(chǎn)生大量的熱。若不能及時識別并將異物清除，發(fā)射線圈傳輸?shù)墓β蕰胁糠直划愇镂諏е孪到y(tǒng)整體傳輸效率下降，同時異物中感應渦流產(chǎn)生的熱量會威脅到整個系統(tǒng)的安全。為避免發(fā)生此類問題，在系統(tǒng)啟動前或者運行時有必要對易發(fā)熱的金屬類異物進行識別并發(fā)出警告。

2、目前國內(nèi)外針對金屬異物的檢測多處于能否檢測到金屬異物的狀態(tài)，而無法有效地實現(xiàn)對金屬異物的類型、尺寸、位置等特征進行全方位的識別與判斷。因此，有必要研究一種成本相對較低、精度較高方法來實現(xiàn)系統(tǒng)間金屬異物的檢測與識別。

3、中國專利，公開號：cn114465369a，公開日：2022年5月10日，公開了一種無線充電系統(tǒng)金屬異物檢測系統(tǒng)，通過置于無線充電系統(tǒng)發(fā)射線圈之上的差分垂直檢測線圈組，信號采集處理單元和判斷識別單元；所述差分垂直檢測線圈組在存在金屬異物時產(chǎn)生異于正常情況的信號，此信號經(jīng)信號采集處理單元的采集和處理，再提供給判斷識別單元，由判斷識別單元進行識別，但是只能判斷是否有金屬異物，無法對金屬異物的種類和位置進行精確的判斷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)無法對無線充電系統(tǒng)中的金屬異物的種類、位置和尺寸進行精確判斷從而造成的對金屬異物識別不準確的問題提出了一種無線充電系統(tǒng)金屬異物檢測方法，通過構(gòu)建檢測線圈陣列，采用檢測線圈陣列對無線充電系統(tǒng)進行金屬異物檢測，通過對組成檢測線圈陣列的檢測線圈單元進行編號，將檢測線圈單元的電感值轉(zhuǎn)化為更易檢測電阻兩端的電壓，通過檢測電壓大小判斷是否存在金屬異物并基于編號確定金屬異物位置和尺寸，根據(jù)檢測電阻兩端電壓再次為0時電源頻率的變化量來判斷金屬異物的具體種類，通過對無線充電系統(tǒng)中的金屬異物的位置、尺寸以及種類進行確定極大的提高了對金屬異物的識別精度，方便根據(jù)檢測到的具體信息采取針對性措施，保證無線充電系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

2、第一方面，本發(fā)明實施例中提供的一種技術(shù)方案是：一種無線充電系統(tǒng)金屬異物檢測方法，包括如下步驟：

3、s1、構(gòu)建由檢測線圈單元組成的檢測線圈陣列，并對檢測線圈單元基于排列方式進行編號；

4、s2、采用檢測線圈陣列對無線充電系統(tǒng)進行金屬異物檢測，根據(jù)編號順序依次將檢測線圈單元接入檢測電路，獲取目標檢測線圈單元的電感值；

5、s3、基于目標檢測線圈單元的電感值獲取檢測電阻兩端的電壓；當檢測電阻兩端的電壓超出設(shè)定閾值時，將目標檢測線圈單元標記為異常檢測線圈單元；

6、s4、獲取異常檢測線圈單元對應的編號，基于編號獲取異常檢測線圈單元排列位置確定金屬異物所處位置和尺寸；

7、s5、基于異常檢測線圈單元的編號順序，依次調(diào)節(jié)檢測電路電源接通目標異常檢測線圈單元的頻率，記錄檢測電阻兩端電壓為0時的電源頻率偏移量；

8、s6、基于電源頻率偏移量，確定金屬異物的種類。

9、本方案中，為了實現(xiàn)對金屬異物的類型、尺寸、位置等特征進行全方位的識別與判斷，通過若干個檢測線圈單元進行順次排列構(gòu)成檢測線圈陣列，并對每一個檢測線圈單元按照排列順序進行編號，對無線供電發(fā)射模塊和無線供電接收模塊進行全方位的檢測，可以減小對金屬異物排查的識別盲區(qū)，基于編號對每個檢測線圈單元單獨接入檢測電路進行單獨檢測，在檢測線圈單元接入檢測電路時，為了方便后續(xù)對金屬異物的檢測，調(diào)節(jié)電源頻率，使檢測線圈單元接入檢測電路發(fā)生并聯(lián)諧振，此時檢測電路中的檢測電阻兩端電壓為0，當檢測到有金屬異物時，檢測線圈單元的電感發(fā)生變化，此時并聯(lián)諧振失諧，因此檢測電阻兩端的電壓會變大，因此只需要檢測各個編號的檢測線圈單元時，哪幾個編號的檢測線圈單元讓檢測電阻兩端電壓變大且超出閾值時，即可確定這些編號的檢測線圈單元所處的位置有金屬異物存在，并對其進行分析可以大致判斷出金屬異物的尺寸，極大的提高了對金屬異物檢測的判斷能力，可以幫助工作人員根據(jù)檢測到的金屬異物數(shù)據(jù)實行針對性的處理策略，提高了對金屬異物的處理效率；檢測到存在金屬異物后，將異常檢測線圈單元依次接通異物檢測電路，并通過修改電源頻率，直到異物檢測電路的檢測電阻兩端電壓重新回到0，通過計算電源頻率的修改量來判斷檢測到的金屬異物的種類，若該金屬異物對無線供電系統(tǒng)的影響較高，則可以及時處理，防止無線供電系統(tǒng)因金屬異物發(fā)熱從而造成安全隱患，若該異物對無線供電系統(tǒng)影響較小，則可以暫時先不處理，等到檢測到的異物對無線供電系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響時再集中處理，無需時刻對無線供電系統(tǒng)進行檢測和處理，只需要在問題影響較大時再處理，可以降低工作人員的工作量，減小人工成本，提高了工作效率。

10、作為優(yōu)選，s1中，構(gòu)建由檢測線圈單元組成的檢測線圈陣列，并對檢測線圈單元基于排列方式進行編號，包括如下步驟：

11、依次將各個檢測線圈單元以m行n列的形式順次排列組成檢測線圈陣列，基于排列的順序?qū)Ω鱾€檢測線圈單元進行編號，所述各個檢測線圈單元規(guī)格相同。

12、本方案中，為了減小對金屬異物的識別盲區(qū)，通過采用m行n列的排列方式組成檢測線圈陣列，可以極大的減小各檢測線圈單元之間的間距，從而降低了對金屬異物的識別盲區(qū)，并且每個檢測線圈單元的規(guī)格相同，因此每個檢測線圈單元的自感值都相同，因此在接入檢測電路時，當其中一個檢測線圈單元接通時，調(diào)節(jié)電源頻率時，檢測電路主干路的阻抗在接通每一個檢測線圈單元時的變化量也相同，方便后續(xù)對金屬異物是否存在和金屬異物具體種類的判斷，減少了檢測時對接通各個檢測線圈單元時的工作量，提高了檢測效率。

13、作為優(yōu)選，s2中，采用檢測線圈陣列對無線充電系統(tǒng)進行金屬異物檢測，根據(jù)編號順序依次將檢測線圈單元接入檢測電路，獲取目標檢測線圈單元的電感值，包括如下步驟：通過功率分析儀測量目標檢測線圈單元在無金屬異物影響下的自感值，并根據(jù)檢測線圈單元的編號進行記錄，記為li，其中i為檢測線圈單元的編號；

14、根據(jù)編號順序?qū)⒛繕藱z測線圈單元接入檢測電路，調(diào)節(jié)電源頻率直至檢測電阻兩端電壓為0，記錄此時電源頻率為初始頻率f0；

15、接通目標檢測線圈單元接入檢測電路的回路，獲取目標檢測線圈單元的電感變化量，并基于自感值獲取目標檢測線圈單元在金屬異物影響下的電感值。

16、本方案中，為了方便檢測各個檢測線圈單元在受到金屬異物影響前后的電感變化量，需要對每個檢測線圈在受到金屬異物影響前的自感值進行檢測并記錄，用于后續(xù)計算在受到金屬異物影響時重新構(gòu)成并聯(lián)諧振時的電源頻率偏移量；在進行金屬異物檢測前，需要對檢測線圈單元進行初始化處理，使每個檢測線圈單元在接入檢測電路時都處于并聯(lián)諧振狀態(tài)并記錄此時的電源頻率作為初始頻率，用于后續(xù)計算電源頻率偏移量；在進行金屬異物檢測時，獲取檢測線圈單元的電感變化量，通過電感變化量和自感值計算出檢測線圈單元在受到金屬異物影響下的電感值，用于后續(xù)計算檢測電阻兩端的電壓。

17、作為優(yōu)選，s3中，基于目標檢測線圈單元的電感值獲取檢測電阻兩端的電壓；當檢測電阻兩端的電壓超出設(shè)定閾值時，將目標檢測線圈單元標記為異常檢測線圈單元，包括如下步驟：

18、基于目標檢測線圈單元的電感值和自感值，獲取目標檢測線圈單元的電感變化量；

19、基于目標檢測線圈單元的電感變化量和自感值，獲取檢測電路主干路上的輸入阻抗；

20、基于檢測電路主干路上的輸入阻抗，獲取檢測電阻兩端電壓的有效值；

21、將檢測電阻兩端電壓的有效值經(jīng)過運算放大器進行放大，獲取運算放大器輸出的電壓值為utest，若utest大于設(shè)定閾值則將目標檢測線圈單元標記為異常檢測線圈單元。

22、本方案中，為了判斷是否存在金屬異物，通過檢測各個檢測線圈單元的電感值，并將電感值與自感值進行對比獲取每個檢測線圈單元的電感變化量，為了對金屬異物是否存在有一個更加精確的判斷，通過將電感變化量轉(zhuǎn)化為檢測電阻兩端的電壓變化量，但是由于受到金屬異物影響時的電感變化量很小，在體現(xiàn)在檢測電阻兩端的電壓變化上不明顯，因此對檢測檢測電阻兩端的電壓進行放大處理，經(jīng)過運算放大器放大后輸出的電壓為檢測電壓，若檢測電壓超出了預設(shè)閾值則可以確認該檢測線圈單元所處位置有金屬異物，通過這種方式可以提高對金屬異物的識別敏感度，防止忽略對檢測線圈單元電感影響較小的金屬種類的識別。

23、作為優(yōu)選，s4中，獲取異常檢測線圈單元對應的編號，基于編號獲取異常檢測線圈單元排列位置確定金屬異物所處位置和尺寸，包括如下步驟：

24、構(gòu)建以檢測線圈陣列中心為原點，橫軸和縱軸均為長度，以檢測線圈陣列所在平面為坐標系平面的笛卡爾坐標系，獲取異常檢測線圈單元中心點在笛卡爾坐標系中的坐標，基于異常檢測線圈單元中心點在笛卡爾坐標系中的坐標獲取金屬異物所處位置；

25、基于異常檢測線圈單元數(shù)量和檢測線圈單元面積獲取金屬異物的最大面積；

26、基于異常檢測線圈單元各個坐標之間的最大兩個橫向距離和最大縱向距離，獲取金屬異物的長度和寬度范圍，基于金屬異物的最大面積、長度范圍以及寬度范圍獲取金屬異物的尺寸。

27、本方案中，為了確定金屬異物的具體位置和大致尺寸，通過在檢測線圈陣列平面上構(gòu)建笛卡爾坐標系，當需要判斷金屬異物所處的位置時，只需要判斷異常檢測線圈單元所處的位置即可判斷出金屬異物所處的位置；當需要判斷金屬異物的形狀時，提取受金屬異物影響的異常檢測線圈單元所處的坐標，將提取出來的坐標根據(jù)檢測線圈單元的編號順序順次連接，可以得到金屬異物的大致形狀；當需要判斷金屬異物的面積時，獲取異常檢測線圈單元的數(shù)量，將異常檢測線圈單元的面積和數(shù)量相乘可以得到金屬異物的大致面積；當需要判斷金屬異物的長度和寬度時，通過獲取異常檢測線圈單元所處的各個坐標之間的距離，尋找其中相差最大和第二大的x軸方向上的距離和y軸方向上的距離，通過將這兩個距離分別與檢測線圈單元的長和寬相乘可以得到金屬異物的大致長度范圍和寬度范圍，通過金屬異物的大致形狀、面積、長度和寬度可以判斷出金屬異物的大致尺寸，方便在對金屬異物進行處理時選擇合適的解決策略，對問題的針對性更強，提高了解決效率。

28、作為優(yōu)選，s5中，基于異常檢測線圈單元的編號順序，依次調(diào)節(jié)檢測電路電源接通目標異常檢測線圈單元的頻率，記錄檢測電阻兩端電壓為0時的電源頻率偏移量，包括如下步驟：

29、在金屬異物影響下，獲取檢測電阻兩端電壓為0時的電源頻率，計算公式如下：

30、

31、其中l(wèi)i為編號為i的檢測線圈單元的自感值，δli為編號為i的檢測線圈單元在金屬異物影響下的電感變化量，ci為與編號為i的檢測線圈單元串聯(lián)的電容，fi為編號為檢測電路接通編號為i的檢測線圈單元時檢測電阻兩端電壓為0時的電源頻率；

32、基于檢測電阻兩端電壓為0時的電源頻率和檢測電路電源的初始頻率獲取電源頻率偏移量，計算公式如下：

33、

34、其中f0為檢測電路電源的初始頻率，δfi為編號為i的檢測線圈單元受到金屬異物影響的電源頻率偏移量。

35、本方案中，為了獲取檢測線圈單元在金屬異物影響前后的電源頻率偏移量，為了方便對電源頻率偏移量的計算，基于目標檢測線圈單元檢測到的電感值、電感變化量以及初始頻率，可以直接計算出電源頻率偏移量，在實際測試中也可以不用去調(diào)節(jié)電源頻率，可以簡化對金屬異物檢測的步驟，只需要檢測出目標檢測線圈單元的電感值、電感變化量以及電源的初始頻率即可進行后續(xù)的金屬異物種類判斷，使檢測金屬異物種類十分方便。

36、作為優(yōu)選，s6中，基于電源頻率偏移量，確定金屬異物的種類，包括如下步驟：記錄檢測線圈單元在不同種類金屬異物影響下的電源頻率偏移量，構(gòu)建電源頻率偏移量與金屬種類相關(guān)聯(lián)的金屬查詢表；

37、基于金屬查詢表和電源頻率偏移量獲取金屬異物的具體種類。

38、本方案中，為了對確定存在金屬異物時，對金屬異物種類進行識別，先將無線充電系統(tǒng)中常見的幾種金屬異物作為實驗對象，記錄在不同金屬異物前后影響下，檢測線圈單元在異物檢測電路中發(fā)生并聯(lián)諧振時的電源頻率偏移量，不同金屬異物電源頻率的偏移量不同，通過電源頻率的偏移量再進行查表可以確定金屬異物的具體種類，將難以直接檢測到的電感變化轉(zhuǎn)化成容易檢測的電源頻率的偏移量，通過不同金屬異物對應的電源頻率偏移量不同且一一對應，因此通過檢測電源頻率的偏移量即可十分簡單的判斷出金屬異物的種類，降低了對金屬異物判斷的難度，提高了檢測效率。

39、作為優(yōu)選，所述檢測線圈陣列以檢測線圈陣列中心點為對稱中心，對稱位置上的檢測線圈單元的線圈繞制方向相反。

40、本方案中，為了提高磁場檢測靈敏度并且減少外部干擾影響，在組成檢測線圈陣列時，以檢測線圈陣列中心點為對稱中心，對稱位置上的檢測線圈單元的線圈繞制方向相反，當兩個對稱位置上的線圈繞向相反時，它們在沒有外部磁場影響的情況下產(chǎn)生的自感磁場會相互抵消，從而減小其他檢測線圈單元產(chǎn)生的磁場對自身的影響，并且對稱且繞向相反的線圈設(shè)計能自然地抵消環(huán)境中的磁場影響，在金屬異物檢測時可以最大程度上的降低其他磁場對檢測線圈單元的影響，從而提高檢測精度。

41、作為優(yōu)選，所述檢測線圈單元為矩形平面線圈。

42、本方案中，為了提高對無線供電系統(tǒng)金屬異物的排查面積，減少識別盲區(qū)，采用矩形平面線圈作為檢測線圈單元，同時矩形平面線圈產(chǎn)生的磁場在中心區(qū)域較為均勻，有助于提高對金屬異物檢測的精度和一致性，并且相比其他形狀的線圈，矩形線圈在制造過程中更為簡單，成本更低，而且由于檢測線圈陣列是多線圈陣列，采用矩形線圈可以更有效的排列，以實現(xiàn)最佳的空間利用率和磁場強度分布，可以對金屬異物更加精確和全面的識別。

43、本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明通過檢測線圈陣列中的檢測線圈單元對金屬異物進行判斷，增大了對金屬異物的排查面積，減小了識別盲區(qū)；

44、(2)本發(fā)明通過將檢測線圈單元的自感變化量轉(zhuǎn)化為易檢測的檢測電阻兩端的電壓變化量確定是否存在異物，減小了異物的排查難度；

45、(3)本發(fā)明通過改變電源頻率，使檢測電阻上電壓為0，讓電路處于諧振狀態(tài)，從而獲取異物對線圈頻率偏移的影響，以此確定異物種類，提供了一種對金屬異物種類確定的簡單手段，方便對異物進行自動判斷和報警。

46、上述
技術(shù)實現(xiàn)要素：
僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。