[發明專利]電動汽車無線充電系統的金屬異物檢測線圈結構

在審

• 申請號: 202211257966.4
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115972933A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 張藝明;王輝;潘文斌;毛行奎
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B60L53/124
• 分類號: B60L53/124;H02J50/60
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發明提出一種電動汽車無線充電系統的金屬異物檢測線圈結構。考慮在電動汽車無線電能傳輸系統中，由于發射端和接收端沒有直接的物理接觸，導致兩者之間的充電區域往往會有金屬異物的進入。相比于原有的方案，本發明的優勢在于實現了檢測線圈和發射線圈的解耦，從而消除了對無線充電能量傳輸的影響，并且在檢測線圈的各個位置上，均取得了一個較大的檢測線圈自感變化率，從而獲得優異的金屬異物檢測能力。

技術領域

本發明屬于電動汽車無線充電技術領域，尤其涉及一種電動汽車無線充電系統的金屬異物檢測線圈結構。

背景技術

無線電能傳輸（Wireless?Power?Transfer,?WPT）技術作為一種無需金屬導線的直接接觸，便可將能量從發射端輸送到負載接收端的技術，近年來受到了越來越多研究人員的關注，其主要的優點是安全可靠靈活，實現了自由的充電以及電源和負載間完全意義上的電氣隔離，在電動汽車，消費類電子產品等商業領域得到了廣泛的應用。

磁耦合式無線電能傳輸技術在WPT中技術最為成熟應用最為廣泛，但在實際應用中，由于發射端和接收端沒有直接的物理接觸，導致兩者之間的充電區域往往會有金屬異物的進入。這些金屬異物一方面會使無線電能傳輸系統的耦合機構的參數發生變化，進而使得系統的功率和效率下降，影響系統正常工作；另一方面，意外進入的金屬異物會在渦流效應的影響下產生發熱現象，尤其是在電動汽車無線充電這種對大功率要求比較高的場景，充電功率一般會達到幾十千瓦，渦流效應尤為顯著，金屬異物產生的發熱現象會十分嚴重，甚至會發生火災，威脅人身財產的安全。因此，異物檢測(Foreign?Object?Detection,FOD)作為能夠提高電動汽車無線充電安全性和可靠的技術，其重要性不言而喻，并且已有相關標準規定了電動汽車無線充電系統中必須有FOD技術。在異物檢測技術中，金屬異物檢測(metal?object?detection，MOD)尤為重要，其基本原理是：在充電區域中產生渦流效應下的金屬異物可以等效為電阻和電感的串聯模型,如說明書附圖1所示，在高頻激勵下，檢測線圈的自感量會隨著金屬異物的介入而發生變化，通過檢測線圈自感變化量來判斷是否有金屬異物的存在。

發明內容

考慮在電動汽車無線電能傳輸系統中，由于發射端和接收端沒有直接的物理接觸，導致兩者之間的充電區域往往會有金屬異物的進入。為了彌補現有技術的缺陷和不足，本發明旨在提供一種電動汽車無線充電系統的金屬異物檢測線圈結構。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種電動汽車無線充電系統的金屬異物檢測線圈結構，其特征在于：檢測線圈位于發射線圈的上方；所述檢測線圈的結構通過相反極性的線圈串聯使檢測線圈和發射線圈之間解耦。

進一步地，所述檢測線圈一共有20列，每一列由16個相互串聯的矩形小線圈組成；單個子檢測線圈由兩個相反極性的小矩形線圈串聯而成，使兩個小矩形線圈的磁場相互抵消，以實現解耦；

將兩個所述子檢測線圈串聯得到由四個小矩形線圈組成的檢測模塊，進而得到一列由8個子檢測線圈串聯而成的條形檢測線圈，檢測線圈則由20個所述條形檢測線圈鋪設而成。

進一步地，所述檢測線圈由兩層檢測線圈組成，其中第二層檢測線圈用于消除第一層的檢測盲區；

設線圈A、B、C、D為四個四極型線圈，它們分別由四個單極線圈以相反的極性串聯而成，相鄰的兩個單極線圈極性相反，從而實現了四極線圈與發射線圈的解耦；通過從外向內布置多個四極檢測線圈，得到每側由8個矩形線圈組成的第一層檢測線圈；

第二層檢測線圈設置在位于四個不同四極線圈的交界處的檢測盲區的上方用于消除盲點，采用四極線圈及與第一層檢測線圈相同的去耦結構。

進一步地，所述第二層檢測線圈每側有七個單極線圈，中間不能構成四極線圈的單極線圈采用雙極線圈結構，通過串聯兩個相反極性的單極線圈實現與發射線圈的解耦。