[发明专利]SPWM控制的无线充电系统金属异物检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种SPWM控制的无线充电系统金属异物检测装置及方法，包括无线电能发射单元、无线电能接收单元、金属异物检测单元以及控制单元，所述无线电能发射单元包括依次连接的SPWM调制电路、逆变电路以及发射线圈，所述金属异物检测单元包括依次连接的检测线圈组、检测模块，所述检测线圈组铺设在发射线圈上面；所述检测模块包括依次连接的并联谐振电路、高通滤波电路和差分放大电路；本发明可以提升检测线圈对小型金属异物的检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电系统金属异物检测领域，尤其涉及采用SPWM控制的无线 充电系统。

背景技术

电动汽车无线充电系统工作时，由于发射线圈和接收线圈间存在强电磁耦合区域，因此 任何进入或接近该耦合区域的金属异物都会改变耦合机构的电气参数，造成系统偏离正常工 作点，影响其输出功率和传输效率。另一方面，由于金属异物存在的涡流效应，当金属异物 进入电磁耦合区域时自身温度会上升，很容易引起火灾等事故，存在巨大的安全隐患。

发明内容

发明目的：为了实现对电磁耦合区域中金属异物的检测，本发明提出一种SPWM控制电动 汽车无线充电系统金属异物检测装置及检测方法，其中包括高频磁场产生方法、检测装置灵 敏度提升方法、系统控制逻辑等，本方法可以提升检测线圈对小型金属异物的检测灵敏度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种SPWM控制的无线充电系统金属异物检测装置，包括无线电能发射单元、无线电能 接收单元、金属异物检测单元以及控制单元，所述无线电能发射单元包括依次连接的SPWM 调制电路、逆变电路以及发射线圈，所述无线电能接收单元包括依次连接的接收线圈、谐振 电容、AC-DC变换器、DC-DC变换器和电池负载。所述金属异物检测单元包括依次连接的 检测线圈组、检测模块，所述检测线圈组铺设在发射线圈上面。所述检测模块包括依次连接 的并联谐振电路、高通滤波电路和差分放大电路。所述控制单元分别与SPWM调制电路、 DC-DC变换器、差分放大电路连接。

检测原理为：金属材质异物在磁场中会发生涡流效应和磁效应，通过SPWM调制电路使 逆变电路输出多频复合电流并在空间中感应出多频磁场。高频磁场使金属异物的涡流效应增 强，从而导致检测线圈组磁通的变化量增大，对应检测线圈上的感应电压，经过并联谐振电 路、高通滤波电路、差分放大电路组成的检测模块处理后，若判断存在金属异物，输出检测 电压差控制电路控制SPWM调制电路切换到金属异物检测状态，确认是否存在金属异物。其 中检测模块按照高频调制波频率进行设计，无线电能接收单元按照低频调制波频率进行设计。

优选的：所述接收线圈串联谐振电容C_s，谐振电容C_s的大小与第一调制波u_r0和第一调 制频率f₀相关。

优选的：所述并联谐振电路由并联谐振电容和串联采样电阻组成，所述并联谐振电路的 谐振频率与第二调制波u_r1和第二调制频率f₁相关。

优选的：所述高通滤波电路采用巴特沃斯二阶有源滤波电路。

优选的：所述差分放大电路经过模数转换电路与控制单元相连，所述控制单元用于比较 检测电压与阈值电压，判断是否存在异物入侵。

一种SPWM控制的无线充电系统金属异物检测方法，包括以下步骤：