[发明专利]一种用于无线充电异物检测的数据采集系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于无线充电异物检测的数据采集系统及方法，系统包括磁传感器矩阵、微控制器、信号扫描电路、数据处理模块以及通信模块。本发明利用磁传感器矩阵检测无线充电时发射线圈正上方的空间磁场，通过微控制器和信号扫描电路循环发送控制信号选通磁传感器矩阵中的检测阵列，对矩阵中的磁传感器进行扫描，采集数据，进而将采集的数据传送至上位机进行分析，实现异物检测的功能，优化系统成本，降低硬件复杂度。

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种用于无线充电异物检测的数据采集系统及方法。

背景技术

随着汽车成为人们出行搭乘的主要交通工具，其使用的传统能源不仅增加石油供应的压力，同时导致大量环境污染问题的发生，为了有效缓解上述问题，新能源汽车应运而生。

新能源汽车的车载电池充电方式分为有线充电和无线充电，相比于有线充电，无线充电具有对充电环境要求较低、设备维护成本低的优点。综合考虑各无线充电方式的传输距离、传输效率等因素，目前对电动汽车无线充电系统的研究主要集中于感性耦合式无线电能传输(ICPT)，包括磁感应耦合和磁谐振耦合。

对于无线充电设备而言，不仅要顺利完成充电任务，还需要具备异物检测、偏差定位等功能。目前，异物检测技术处于发展初级阶段，正不断取得技术创新和突破，基于感性耦合式无线电能传输，常见的异物检测方法主要有如下三大类：

第一类为基于系统参数的异物检测，系统参数具体可以分为电气系统参数和非电气系统参数，非电气系统参数包括压力、温度等；压力传感器可用于检测异物对发射线圈平台的压力，温度传感器可探测出金属异物的涡流发热以及生物体的体温。电气系统参数包括效率、功耗、电流等，从定性的角度分析，金属异物的存在会产生涡流损耗，降低系统品质因数，还会造成谐振频率偏移，从而导致系统去耦合效率降低。恩智浦半导体公司在2016年9月提出了一个15W工业级无线充电方案，该方案通过同时检测系统品质因数值和损耗功率来进行异物检测，这种方法成本较低且结构简单，但是只适用于小功率系统，精度不高；对于kW级别的电动汽车充电系统，体积较小的金属异物对系统参数的影响较小，难以被测出。

第二类为基于探测波的异物检测，探测波检测方式主要包括超声波/雷达、机器视觉、红外传感检测等，超声波/雷达异物检测的原理为利用异物反射超声波/电磁波，从而感知到距异物的距离，实现对异物的探测或定位。但这种方法无法区分金属异物和生物体异物，且通常要包含多个收发器以实现监测区域的全覆盖，造成了较高的系统复杂度和成本；机器视觉检测方法则由硬件设备和机器学习算法共同构成，有较为复杂的软件架构。

第三类为基于场的异物检测，主要包括基于电容传感的生物体异物检测、基于检测线圈的异物检测、基于磁阻传感器的异物检测等，其中基于检测线圈的异物检测方法是运用最广泛的一种方法，根据是否需要激励电路给检测线圈供能，可以将检测线圈法分为两类：一类需要在线圈上输入高频激励信号产生磁场；另一类可以直接利用系统中发射线圈产生的磁场耦合。通过提取检测线圈的输出电压/电流信号的幅值、相位等参数变化来实现异物检测和区分，检测线圈法具有精度高，能检测金属异物和生物体异物的优点，但检测线圈法存在盲区问题；为解决盲区问题，或存在硬件上的复杂如重叠线圈法，或存在软件上的复杂度和灵敏度问题如检测线圈阻抗变化的方法。

基于磁阻传感器的异物检测目前正处于发展起步阶段，仍存在一系列的问题。磁阻传感器成本较高，且排布间距小，导致整体成本高，并且磁阻传感器使用的数目较大，逐个采集数据操作复杂，用时长。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种用于无线充电异物检测的数据采集系统及方法，能够实现异物检测的功能，优化系统成本，降低硬件复杂度。

一种用于无线充电异物检测的数据采集系统，包括磁传感器矩阵、微控制器、信号扫描电路、数据处理模块以及通信模块，其中：

所述磁传感器矩阵用于无线充电时检测发射线圈与接收线圈之间的空间磁场；