一种无线充电检测装置

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体而言，尤其涉及一种无线充电检测装置。

背景技术

为应对日益严峻的气候变化与能源枯竭问题，世界各国都大力倡导发展新能源技术。因电能具有获取方式简单、使用过程中对环境友好等特点，电动汽车成为了发展新能源技术的重点关注对象。电动汽车的充电方式主要可以分为两种，一种是以电池供电为主的有线充电；另一种是无线充电。无线充电技术采用非接触方式，摆脱了传统充电方式中物理连接的束缚，电能传输的稳定性与灵活性大大提高。目前的无线电能传输技术主要可分成感应式和谐振式两种形式。磁耦合谐振式无线电能传输技术在能量传输距离与传输效率两方面更具优势而被广泛研究作为电动汽车无线充电的技术方案。

磁耦合谐振式无线电能传输技术原理为，通过设计改变谐振参数使发射线圈与接收线圈均达到自谐振状态，从而实现能量由发射线圈到接收线圈的传递。随着相关技术研究的不断深入，磁耦合谐振式无线电能传输技术已越来越成熟，但还是存在一些缺陷。首先，采用磁耦合式无线电能传输时，发射线圈与接收线圈间的耦合系数是影响充电效率的重要因素，想要获得较高的充电效率，电动汽车在泊车时必须确保发射线圈与接收线圈的精准对位。其次，金属异物对电动汽车磁耦合式无线充电系统的影响也是需要关注的问题。当充电区域内存在金属异物时，会引起无线充电系统的运行温度升高，有很大的安全隐患，严重时会损害充电设备。

发明内容

根据上述提出的线圈精准对位以及金属异物干扰系统等技术问题，而提供一种无线充电检测装置。本发明可以准确提取检测区域内的金属物体和磁性物体的位置坐标，实现对金属物体和磁性物体的高精度检测且降低制作成本。

本发明采用的技术手段如下：

一种无线充电检测装置，包括：支撑板，所述支撑板用于限定出正方形的工作区域；所述支撑板内部通过隔板分割成呈阵列方式设置的若干个镂空正方形槽；任意镂空正方形槽内设置有一检测工作组；

所述检测工作组包括：检测电路板以及导磁体，所述导磁体上缠绕有铜线圈，并通过铜线与所述检测电路板连接；

所述检测电路板包括电流调节器、若干并联的电容、振荡器模块、解调模块以及比较模块，且所述若干并联的电容与所述导磁体构成LC谐振电路；

所述电流调节器一方面连接外部电源模块，另一方面为所述振荡器模块、解调模块以及比较模块供能；

所述振荡器模块用于控制谐振电路，将源驱动频率调整至谐振频率；

所述解调模块用于接收所述振荡器模块输出的电压波形信号，并发送至比较模块；

所述比较模块用于将接收的电压信号与预设的检测基准相比，从而对导磁体一定范围内的物体类型进行判断，所述检测阈值包括金属检测基准和磁体检测基准，且磁体检测基准低于金属检测基准。

进一步地，装置还包括指示模块，所述指示模块用于根据比较模块输出的比较结果输出指示信号；

当所述电压信号高于所述金属检测基准时，则所述指示模块输出报警信号；

当所述电压信号低于所述磁体检测基准时，则所述指示模块输出充电信号，此时无线充电装置开始进行充电。

进一步地，所述支撑板为木质材料，内部开有若干走线通孔。

进一步地，所述导磁体呈圆柱体，且导磁体的上端面与支撑板的上表面齐平。

进一步地，所述检测工作组包括两块检测电路板以及四个导磁体，所述导磁体分别设置在镂空正方形槽四个顶角处，所述检测电路板并列横跨所述镂空正方形槽设置；且任意检测电路板连接两个导磁体。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过对检测结构进行设计，使无金属与磁体存在情况下，解调模块的输出电压恰好在所设计的金属检测内部基准与磁体检测内部基准之间，且当金属靠近时，解调模块的输出电压上升至高于金属检测的基准；而当磁体靠近时，使解调模块的输出电压下降至低于磁体检测的基准，从而使检测装置同时具备金属与磁体检测能力。

2、本发明可以准确提取支撑板检测区域内的金属物体和磁性物体的位置坐标。

3、本发明对金属物体和磁性物体的检测精度较高且具有较低的制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明无线充电检测装置的俯视图。

图2为本发明无线充电检测装置的侧视图。

图3为本发明品质因数检测电路板示意图。

图4为本发明谐振电路示意图。

图5为本发明检测电路板结构示意图。

图中：1、检测电路板；2、导磁体；3、镂空正方形槽；4、支撑板；5、铜线圈；6、信号输出端口；7、连接通孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1-5所示，本发明提供一种无线充电检测装置，包括：用于限定出正方形的工作区域的支撑板4；支撑板4内部通过隔板分割成呈阵列方式设置的若干个镂空正方形槽3；任意镂空正方形槽内设置有一检测工作组；检测工作组包括：检测电路板1以及导磁体2，其中导磁体2上缠绕有铜线圈5，并通过铜线与检测电路板1连接。

检测电路板包括电流调节器、若干并联的电容、振荡器模块、解调模块以及比较模块，且所述若干并联的电容与所述导磁体构成LC谐振电路本发明实施例中，优选采用两个电容并联。其中电流调节器一方面连接外部电源模块，另一方面为所述振荡器模块、解调模块以及比较模块供能；振荡器模块用于控制谐振电路，将源驱动频率调整至谐振频率；解调模块用于接收所述振荡器模块输出的电压波形信号，并发送至比较模块；比较模块用于将接收的电压信号与预设的检测基准相比，从而对导磁体一定范围内的物体类型进行判断，所述检测阈值包括金属检测基准和磁体检测基准，且磁体检测基准低于金属检测基准。优选地，装置还包括指示模块，所述指示模块用于根据比较模块输出的比较结果输出指示信号：当所述电压信号高于所述金属检测基准时，则所述指示模块输出报警信号；当所述电压信号低于所述磁体检测基准时，则所述指示模块输出充电信号，此时无线充电装置开始进行充电。

具体来说，检测电路板的左右两端各有一对连接用的通孔7，铜线通过通孔与检测电路板上的电路相连接。检测电路板上设置有C1、C2连个电容，导磁体与有C1、C2共同组成LC谐振电路。检测电路板内包含检测系统，振荡器模块、解调模块以及比较模块共同组成了检测系统的核心检测环节。

振荡器模块的主要功能为控制谐振电路，调整源驱动频率至与谐振频率相同引起谐振。在谐振状态下，谐振电路的输出电压可以表示为：

式中

Q——谐振电路品质因数

由上面的式子可知，当输入电压一定时，谐振电路的输出电压和品质因数Q相关且成正比例关系。而当金属靠近导磁体时，会引起谐振电路品质因数降低，从而使电路的输出电压的幅值降低。本发明中电路的谐振频率优选0～800KHz。

解调模块负责接收振荡器模块输出的幅值交大的电压波形信号，并将其处理为幅值较小且带有波形的电压信号，再输出至比较模块。解调模块的核心为峰值解调电路，解调模块内部连接有一个由内部电流源充电的DEMOD电容器，当谐振器产生负极偏置时，电容器将放电。因此，每一个震荡电压的负半周，解调结束电容器又变成充电状态，因此解调模块将输出带有波形的电压信号，解调模块处理后的电压信号再送至比较模块。

本发明中，比较模块具有金属检测比较部和磁体检测比较部。比较模块工作时将解调模块输出的电压信号与内部电压基准进行比较，通过逻辑判断决定输出端口的状态。

金属检测比较部工作过程为：内部基准为预先设定好的电压，在无金属存在时，内部基准电压高于解调模块的输出电压；而当金属存在时，引起谐振电路品质因数降低进而引起其输出电压幅值的降低，电压幅值的降低引起解调模块输出电压上升。通过设计电路的检测结构使有金属靠近时，解调模块的输出电压恰好上升至高于内部的电压基准，则金属检测电压比较器的输出状态发生翻转，即实现对金属的检测。

磁体检测比较部工作过程为：所以磁体检测比较器中也输入解调模块的输出电压，磁体检测系统的内部基准与金属检测的基准不同。由于磁体靠近绕有线圈的导磁体时，会使谐振电路的品质因数增加，从而使谐振电路输出电压的幅值增大，幅值增大会使解调模块的输出电压降低。因此，在无磁体存在情况下，将磁体检测系统的内部基准设置为低于解调模块的输出电压，使磁体接近绕有线圈的导磁体时，解调模块的输出电压恰好下降至低于所设定的磁体检测基准，则磁体检测比较器的输出状态发生翻转，即实现对磁体的检测。

本发明通过对检测结构进行设计，使无金属与磁体存在情况下，解调模块的输出电压恰好在所设计的金属检测内部基准与磁体检测内部基准之间，且当金属靠近时，解调模块的输出电压上升至高于金属检测的基准；而当磁体靠近时，使解调模块的输出电压下降至低于磁体检测的基准，从而使检测装置同时具备金属与磁体检测能力。

下面通过一个具体的应用实例，对本发明的方案作进一步说明。

本实施例提供的一种无线充电检测装置，包含包括支撑板、若干导磁体和若干品质因数检测电路板。所述支撑板上开有若干镂空的正方形槽，所述导磁体固定于正方形槽内的四个顶角处，所述导磁体上绕有铜线圈，所述线圈连接品质因数检测电路板。所述品质因数检测电路板可以同时检测支撑板区域内是否存在金属物体和磁性物体。支撑板为木质材料，内部开有若干走线通孔。导磁体呈圆柱体，且导磁体之间相互独立。导磁体的上端面与支撑板的上表面齐平。

优选地，每个镂空正方形槽内安放四个导磁体，且导磁体固定于正方形槽的四个顶角处。每个镂空正方形槽内安放2个检测电路板，且每个品质因数检测电路板的两侧端面垂直固定于镂空正方形槽的两边。同一镂空正方形槽内的两个品质因数检测电路板平行放置。

各个检测电路板的两端分别连接一个导磁体。各个检测电路板包含两个完全相同的检测电路，用于提高检测精度。检测电路与导磁体构成一个金属及磁体靠近探测传感器。金属及磁体靠近探测传感器主体为导磁体回路，导磁体作为传感器的探头。导磁体回路是一种LC并联谐振电路。当金属物体靠近时，导磁体回路的品质因数会明显减少。当磁性物体靠近时，导磁体回路的品质因数会明显增加。检测电路通过检测导磁体回路的品质因数的变化量，可以同时判断金属及磁体靠近探测传感器监测范围内是否存在金属物体和磁性标识装置。

在本实施例中，各个检测电路有两种信号输出端口，分别为金属信号输出端口和磁体检测信号输出端口。各个信号输出端口一方面用于接收上一个检测电路板传输出来的信号另一方面用于传输信号至下一个检测电路板。

具体来说，本实施例中，金属检测电路的输出端连接两个信号输出端口，一个信号输出端口用于传输X轴信号，另一个信号输出端口用于传输Y轴信号。磁体检测电路的输出端连接两个信号输出端口，一个信号输出端口用于传输X轴信号，另一个信号输出端口用于传输Y轴信号。

优选地，本实施例中检测电路板含有8个信号输出端口，8个信号输出端口平行排列于品质因数检测电路板的顶端。所有的镂空正方形槽排列成N列N行，固定于各个镂空正方形槽内的品质因数检测电路板相互间也成排成列。位于同一列的品质因数检测电路板用于传输Y轴信号的金属检测信号输出端口依次连接，使位于同一列的金属检测电路并联在一起。位于同一列的品质因数检测电路板用于传输Y轴信号的磁体检测信号输出端口依次连接，使位于同一列的磁体检测电路并联在一起。位于同一行的品质因数检测电路板用于传输X轴信号的磁体检测信号输出端口依次连接，使位于同一行的金属检测电路并联在一起。位于同一行的品质因数检测电路板用于传输X轴信号的磁体检测信号输出端口依次连接，使位于同一行的磁体检测电路并联在一起。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。