CN111835095A - 异物检测装置及无线充电发射端设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种异物检测装置，设置于功率发射装置和功率接收装置之间。上述异物检测装置包括激励源、谐振模块和检测控制模块，谐振模块分别与激励源和检测控制模块相连；谐振模块中包括并联的至少两个谐振单元，一个谐振单元中包括一个电感线圈、一个第一电容和一个切换开关，任一谐振单元的电感线圈与第一电容并联得到谐振网络，任一谐振单元的谐振网络与切换开关串联；任一谐振单元的电感线圈与其他至少一个谐振单元的电感线圈构成解耦线圈组，解耦线圈组中各电感线圈之间的互感系数为零；激励源提供激励电流；检测控制模块用于确定功率发射装置和功率接收装置之间是否有异物。采用本申请，可增强异物检测的稳定性，异物检测的安全性高。

Description

异物检测装置及无线充电发射端设备

技术领域

本申请涉及电磁感应技术领域，尤其涉及一种异物检测装置及无线充电发射端设备。

背景技术

磁耦合式无线充电是以耦合的电磁场为媒介实现电能的传递，无线充电***通常包括两个分离的部件，分别为功率发射装置和功率接收装置，其中功率发射装置与供电电源相连，功率接收装置与负载相连。功率发射装置和功率接收装置通过发射线圈和接收线圈之间的电磁感应来传递能量，发射线圈和接收线圈之间有空气间隙，金属异物进入到该空气间隙时发射线圈和金属异物之间的电磁感应会在金属异物上产生涡流效应，从而导致金属异物的温度急剧升高,可能引发火灾等危险。因此，通过无线充电***为车辆等设备进行充电时，为了保证无线充电***及车辆等设备的安全，必须进行金属异物的检测。

本申请的发明人在研究和实践过程中发现，现有技术通过多个异物检测线圈来进行异物检测，异物检测线圈集成在功率发射装置的发射线圈上，功率发射装置的发射线圈工作时，异物检测线圈会感应到发射线圈的磁场，此时异物检测线圈上会存在感应电压。在异物检测过程中，如果切换异物检测线圈，则被断开的异物检测线圈上短时间内会由大电流变为无电流，此时该异物检测线圈上会产生非常大的尖峰电压，容易损坏异物检测线圈的切换开关从而使得异物检测出现故障，异物检测的稳定性差，安全性低。

发明内容

本申请提供了一种异物检测装置及无线充电发射端设备，可增强异物检测的稳定性，异物检测的安全性高，适用性强。

第一方面，本申请提供了一种异物检测装置，该异物检测装置设置于无线充电***的功率发射装置和功率接收装置之间。这里，该异物检测装置可以集成在无线充电***的功率发射线圈中且该异物检测装置可设置于功率发射线圈朝向功率接收线圈的一侧。可选的，该异物检测装置可以集成在无线充电***的功率接收线圈中且该异物检测装置可设置于功率接收线圈朝向功率发射线圈的一侧。该异物检测装置包括激励源、谐振模块和检测控制模块，该谐振模块分别与激励源和检测控制模块相连；该谐振模块中包括并联的至少两个谐振单元，一个谐振单元中包括一个电感线圈、一个第一电容和一个切换开关，任一谐振单元的电感线圈与第一电容并联得到谐振网络，任一谐振单元的谐振网络与切换开关串联。任一谐振单元的电感线圈与至少两个谐振单元中其他至少一个谐振单元的电感线圈构成解耦线圈组，解耦线圈组中各电感线圈之间的互感系数为零。激励源，用于为谐振模块提供激励电流；检测控制模块，用于根据在激励源提供的激励电流的作用下上述谐振模块中各谐振网络的电气参数，确定功率发射装置和所述功率接收装置之间是否有异物。

在本申请提供的异物检测装置中，由于各个电感线圈之间相互解耦，在谐振网络切换时切换开关上的电压应力显著减小，从而有效保护了切换开关不会过压损坏，提高了异物检测装置的电路稳定性，异物检测的安全性更高，从而提高了基于该异物检测装置进行异物检测的稳定性，适用性强。异物检测装置通过检测谐振网络两端的电压，通过电压来判断谐振网络的电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物，操作简单，适用性强。异物检测装置还可以通过谐振网络两端的电压和流经谐振网络的电流求出阻抗的变化，通过阻抗的变化来判断电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物的精确率更高，灵活性高。

结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述任一谐振单元的电感线圈为8字形线圈，8字形线圈的两个圈中电流流向相反。这里，8字形线圈是电感线圈中线圈使用8字形的绕制方式进行绕制，从而使电感线圈中两个圈的磁场相互抵消。电感线圈的形状可以是矩形、方形、也可以是六边形、八边形、圆形等。

结合第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，上述解耦线圈组中包括两个电感线圈，两个电感线圈的磁场相互抵消并以矩阵布置为两行或者两列的解耦线圈矩阵。这里，两个8字形线圈(比如8字形线圈①和8字形线圈②)可以组成上下垂直的列矩阵，8字形线圈①和8字形线圈②也可以组成左右垂直的行矩阵，其中8字形线圈①和8字形线圈②的位置可以互换。这里，上下垂直可以是沿着坐标轴y方向的垂直，左右垂直可以是沿着坐标轴x方向的垂直。可以理解，两个电感线圈以矩阵布置可以是两个电感线圈的线圈平面在同一个平面上，比如两个8字形线圈均平放在同一个桌面，或者同一块PCB板上。8字形线圈①和8字形线圈②互相垂直可以是两个8字形线圈的中轴线互相垂直。

结合第一方面第一种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，上述解耦线圈组中包括一个第一电感线圈和两个第二电感线圈；两个第二电感线圈布置为一个电感线圈组，该电感线圈组中两个第二电感线圈的磁场方向相同；该电感线圈组的磁场与第一电感线圈的磁场相互抵消并以矩阵布置为两行或者两列的解耦线圈矩阵。这里，上述两个第二电感线圈可以并行布置为一个电感线圈组。

结合第一方面第二种可能的实施方式或者第一方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，上述谐振单元中各谐振单元的电感线圈构成至少两个解耦线圈组；上述至少两个解耦线圈组以矩阵布置为多行和/或多列的线圈矩阵且该线圈矩阵中相邻行和/或相邻列的两个电感线圈的磁场相互抵消。

结合第一方面第二种可能的实施方式或者第一方面第三种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，上述谐振单元中各谐振单元的电感线圈构成至少两个解耦线圈组；上述至少两个解耦线圈组层叠布置为至少两层的线圈矩阵，且该线圈矩阵中上层和下层相同位置的两个相邻的电感线圈的磁场相互抵消。

结合第一方面第五种可能的实施方式，在第六种可能的实现方式中，上述线圈矩阵的上层电感线圈与下层电感线圈重叠；或者上述线圈矩阵的上层电感线圈与下层电感线圈部分重叠。上层和下层的解耦线圈矩阵层叠在一起时，可以消除单层的检测盲区。可选的，将上层和下层的解耦线圈矩阵层叠在一起时，还可以在叠的时候错开一定的距离，以更好地消除线圈矩阵为单层时的检测盲区。

结合第一方面至第一方面第六种可能的实施方式中任一种，在第七种可能的实施方式中，上述激励源包括电源、第一开关、第二开关、第一电感和第三电容；第一开关和第二开关串联后并联在电源的两端，第一电感的一端分别与第一开关和第二开关连接，第一电感的另一端连接第三电容并作为激励源的一端连接谐振模块，第三电容的另一端分别与电源和第二开关连接并作为激励源的另一端连接谐振模块。这里，电源、第一开关、第二开关、第一电感、第三电容构成一个电流源发生器，在端口A、B提供电流，AB间等效为一个激励源。

结合第一方面第七种可能的实施方式，在第八种可能的实现方式中，任一谐振单元中还包括一个第二电容，任一谐振单元的电感线圈与第二电容串联之后与第一电容并联以得到任一谐振单元的谐振网络。这里，在各个谐振网络(比如谐振单元1、谐振单元2、……、谐振单元n中的谐振网络1、谐振网络2、……、谐振网络n)上各个电感线圈(比如电感线圈L1、L2、……、Ln)支路上增加的串联电容(比如电容Cc1、Cc2、……、Ccn)可用于调节电感线圈L1、L2、……、Ln的电感量。当电感线圈L1与电容Cc1串联后，电感线圈L1的等效电感量为

此时，计算并联谐振网络的阻抗时可使用电感线圈L1的等效电感量。

结合第一方面第七种可能的实施方式或者第一方面第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，激励源还包括第五电容，第一电感和第五电容串联之后连接第三电容。这里，第五电容Cs1可以用于调节第一电感Lm的电感量。当第一电感Lm与第五电容Cs1串联后，第一电感Lm的等效感量为

其中，ω为谐振角频率，Lm为第一电感Lm的电感值，Cs1为第五电容Cs1的电容值。

结合第一方面第七可能的实施方式或者第一方面第八种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，激励源还包括第六电容，第六电容的一端分别与第一电感和第三电容连接，第六电容的另一端作为激励源的一端连接谐振模块。这里，第六电容Cs2是隔直电容，对谐振网络起到保护作用。

结合第一方面第七可能的实施方式或者第一方面第八种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，激励源还包括第五电容和第六电容，第一电感和第五电容串联之后连接第三电容，第六电容的一端分别与第五电容和第三电容连接，第六电容的另一端作为激励源的一端连接谐振模块。这里，激励源中增加的第五电容和第六电容可以单独增加，也可以同时增加，并联谐振网络中电感线圈的调节电容也可以单独增加。上述第五电容、第六电容以及并联谐振网络中电感线圈的调节电容的添加可以有多种多样的组合，操作灵活。

第二方面，本申请提供了一种无线充电发射端设备，该无线充电发射端设备包括功率发射装置和上述第一方面提供的异物检测装置，上述功率发射装置中包括功率发射线圈，该异物检测装置设置于功率发射线圈朝向无线充电的功率接收装置的一侧。这里，功率发射装置也可称为无线充电发射装置，无线充电的功率接收装置也可称为无线充电接收装置。无线充电接收装置中包括功率接收线圈，上述异物检测装置可设置于功率发射线圈朝向功率接收线圈的一侧。

附图说明

图1是本申请提供的无线充电***的架构示意图；

图2是本申请提供的无线充电***的结构示意图；

图3是本申请提供的异物检测装置的一设置位置示意图；

图4是本申请提供的无线充电***和异物检测装置的电路结构示意图；

图5是本申请提供的异物检测装置的一电路示意图；

图6是本申请提供的异物检测装置的等效电路示意图；

图7是本申请提供的异物检测装置的另一电路示意图；

图8是本申请提供的异物检测装置的另一电路示意图；

图9是本申请提供的8字形线圈的绕制方式及磁力线方向的示意图；

图10是本申请提供的解耦线圈组的一结构示意图；

图11是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图12是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图13是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图14是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图15是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图16是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图17是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图18是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图19是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图；

图20是异物检测装置中电感线圈的一种排布示意图；

图21是本申请提供的异物检测方法的一实施例示意图；

图22是本申请提供的异物检测方法的另一实施例示意图。

具体实施方式

本申请提供的异物检测装置适用于电动汽车的无线充电领域，也适用于电动汽车之外的其他所有应用无线充电技术的领域，比如平板电脑等移动终端的无线充电领域，或者智能机器人、电动叉车等的无线充电领域等等，在此不做限制。换句话说，本申请提供的异物检测装置可应用在电动汽车的无线充电***上，也可应用在平板电脑等移动设备的无线充电***上，或者智能机器人或者电动叉车等的无线充电***上，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。为方便描述，本申请将以应用在电动汽车的无线充电***为例，对本申请提供的异物检测装置以及基于该异物检测装置的异物检测方法进行示例说明。

随着现代社会能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车作为新能源汽车一经推出便受到了各界的广泛关注。电动汽车是一种以车载电源为动力，利用电机驱动车轮行驶，并符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车的电池充电方法通常包括：接触式充电和无线充电。其中，接触式充电采用插头与插座的金属接触来导电，无线充电是以耦合的电磁场为媒介实现电能的传递。与接触式充电相比，无线充电具有使用方便、无火花及触电危险、无机械磨损、可适应多种恶劣环境和天气、便于实现无人自动充电和移动式充电等优点，可能成为未来电动汽车充电的主流方式。下面将以应用在电动汽车上的无线充电***为例，对本申请提供的异物检测装置所适用的无线充电***的架构进行实例说明。

无线充电***的架构：

参见图1，图1是本申请提供的无线充电***的架构示意图。如图1所示，无线充电***至少可以包括：电动汽车100和无线充电站101。电动汽车100可以包括无线充电接收装置1000，无线充电站101可以包括无线充电发射装置1010。目前，无线充电***对电动汽车的充电过程是通过位于电动汽车100中的无线充电接收装置1000和位于无线充电站101中的无线充电发射装置1010共同工作，来进行非接触式充电的。这里，无线充电接收装置1000也可以称为功率接收装置，无线充电发射装置1010也可以称为功率发射装置，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。

可选的，在一些可行的实施方式中，上述无线充电站101可以为固定无线充电站、固定无线充电停车位或者无线充电道路等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。上述无线充电发射装置1010可以设置在地面上、或者埋于地面之下(图1所示为无线充电发射装置1010埋于地面之下的情况)，可对位于其上方的电动汽车100进行无线充电。无线充电接收装置1000具体可以集成到电动汽车100的底部，当电动汽车100进入无线充电发射装置1010的无线充电范围时，即可通过无线充电方式对电动汽车100充电。无线充电接收装置1000的功率接收线圈和整流电路可以集成在一起，也可以是分开的，分开时整流电路通常放在车内，图1所示是功率接收线圈和整流电路集成在一起。无线充电发射装置1010也有功率发射线圈和逆变电路集成和分开两种方式，图1所示是功率发射线圈和逆变电路集成在一起的形式。

可选的，在一些可行的实施方式中，非接触式充电可以是无线充电接收装置1000和无线充电发射装置1010通过磁场耦合方式进行无线能量传输，具体可为电磁感应、磁共振方式，具体可根据实际应用场景确定，在此不做具体限制。可选的，电动汽车100和无线充电站101还可以双向充电，即无线充电站101通过供电电源向电动汽车100充电，也可以由电动汽车100向供电电源放电，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。下面将结合图2对图1所示的无线充电***中的无线充电发射装置和无线充电接收装置的结构进行示例说明。

无线充电***中的无线充电发射装置和无线充电接收装置的结构：

参见图2，图2是本申请提供的无线充电***的结构示意图。本申请提供的无线充电***中包括上述图1所示的无线充电***中的无线充电接收装置1000和无线充电发射装置1010。无线充电接收装置1000和无线充电发射装置1010通过发射线圈和接收线圈之间的电磁感应来传递能量。

在一些可行的实施方式中，上述无线充电发射装置1010包括：发射变换模块1011、功率发射模块1012、与发射变换模块1011和功率发射模块1012均连接的发射控制模块1013、与发射控制模块1013连接的发射通信模块1014、与发射通信模块1014连接的认证管理模块1015，以及与认证管理模块1015连接的存储模块1016等。可以理解，这里功率发射模块1012具体可为功率发射线圈(或简称发射线圈)，在此不做限制。

在一些可行的实施方式中，发射变换模块1011可以与电源连接，用于从电源获取能量，并将电源提供的交流或直流电转换为高频交流电。这里，当电源输入的电流为交流电时，发射变换模块1011可由功率因数校正单元(图2中未示出)、逆变单元(或称逆变电路，图2中未示出)和发射端补偿网络(图2中未示出)组成。当电源输入的电流为直流电时，发射变换模块1011由逆变单元(图2中未示出)和发射端补偿网络(图2中未示出)组成。功率因数校正单元可保证无线充电***的输入电流相位与电网电压相位一致，减小***谐波含量，提高功率因数值，以减少无线充电***对电网的污染，提高可靠性。功率因数校正单元还可根据实际应用场景中后级电路的需求，升高或者降低功率因数校正单元的输出电压，当功率因素校正单元的输出电压的可变化范围不满足要求时，发射变换模块1011中还可以增加直流变换单元，用于调整输出至后级电路的电压以使输出至后级电路的电压的可变化范围满足实际应用场景需求。逆变单元可以将功率因数校正单元输出的电压转换成高频交流电压，并通过发射端补偿网络作用在功率发射模块上，高频交流电压可极大地提高功率发射模块的发射效率及传输距离。需要说明的是，电源可以是处于无线充电发射装置1010内部的电源，也可以是无线充电发射装置1010外接的外部电源，具体可根据实际应用场景确定，在此不作具体限制。

功率发射模块1012，用于把发射变换模块1011提供的高频交流电通过磁场的方式发射出去。

发射控制模块1013，用于根据实际应用场景中无线充电的发射功率需求，控制发射变换模块1011的电压、电流和频率变换参数，控制功率发射模块1012中高频交流电的电压和电流等。

发射通信模块1014，用于无线充电发射装置1010和无线充电接收装置1000之间的无线通信，包括功率控制信息、故障保护信息、开关机信息、交互认证信息等信息的通信传输。一方面，无线充电发射装置1010可以接收无线充电接收装置1000所发送的电动汽车的属性信息、充电请求和交互认证信息；另一方面，无线充电发射装置1010还可向无线充电接收装置1000发送无线充电发射控制信息、交互认证信息、无线充电历史数据信息等。具体地，上述无线通信的方式可以包括但不仅限于蓝牙(bluetooth)、无线宽带(wIreless-fidelity，WiFi)、紫蜂协议(Zigbee)、射频识别技术(radio frequency identification，RFID)、远程(long range，Lora)无线技术、近距离无线通信技术(near fieldcommunication，NFC)中的任意一种或多种的组合。可选的，该发射通信模块1014还可与电动汽车的所属用户的智能终端进行通信，所属用户通过通信功能实现远程认证和用户信息传输。

认证管理模块1015，用于无线充电***中无线充电发射装置1010与电动汽车的交互认证和权限管理。

存储模块1016，用于存储无线充电发射装置1010的充电过程数据、交互认证数据(例如交互认证信息)和权限管理数据(例如权限管理信息)。其中，上述交互认证数据和权限管理数据可为出厂设置也可为用户自行设置的，具体可根据实际应用场景确定，在此不作具体限制。

在一些可行的实施方式中，上述无线充电接收装置1000包括：功率接收模块1001、接收变换模块1002，与功率接收模块1001和接收变换模块1002均连接的接收控制模块1003、与接收控制模块1003连接的接收通信模块1004。可以理解，这里功率接收模块1001具体可为功率接收线圈(或简称接收线圈)，在此不做限制。可选的，上述接收变换模块1002可以与储能模块1005连接，以将其所接收到的能量用于对储能模块充电。储能模块1005可与储能管理模块1006连接，储能管理模块1006可连接电动汽车的车辆驱动装置，用于电动汽车的驱动。需要说明的是，上述储能管理模块1006和储能模块1005可以位于无线充电接收装置1000内部，也可以位于无线充电接收装置1000外部，具体可根据实际应用场景的需求确定，在此不作具体限制。

功率接收模块1001，用于接收无线充电发射装置1010传输的有功功率和无功功率。这里，功率接收模块1001可以为功率接收线圈，该功率接收线圈和无线充电发射装置1010中的功率发射线圈(即功率发射模块1012)通过电磁感应来传递能量。本申请提供的无线充电***中的功率发射端的补偿网络和功率接收端的补偿可选择性的任意组合，常见的补偿网络结构组合形式有S-S(Series-Series)型、P-P(Parallel-Parallel)型、S-P(Series-Parallel)型、P-S(Parallel-Series)型、LCL-LCL(Inductor CapacitorInductor-Inductor Capacitor Inductor)型、LCL-P(Inductor Capacitor Inductor-Parallel)型，LCC-LCC(Inductor Capacitor Capacitor-Inductor CapacitorCapacitor)型等结构，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。

接收变换模块1002，用于把功率接收模块1001接收到的高频谐振电流和高频谐振电压变换成为储能模块1005充电所需要的直流电压和直流电流。接收变换模块1002通常由接收端补偿网络(图2中未示出)、整流单元(或称整流电路，图2中未示出)组成；整流单元将功率接收模块1001所接收的高频谐振电流和高频谐振电压转换成直流电压和直流电流，如果整流单元输出的电压不能满足储能模块的需求，再加一个直流变换单元(图2中未示出)进行电压调节。

接收控制模块1003，用于根据实际应用场景中无线充电的接收功率需求，控制接收变换模块1002的电压、电流和频率变换参数调节。

接收通信模块1004，用于无线充电接收装置1000和无线充电发射装置1010之间的无线通信，包括功率控制信息、故障保护信息、开关机信息、交互认证信息等信息的通信传输。具体的，接收通信模块1004的作用与无线充电发射装置1010中的发射通信模块1014的作用相对应，为了简洁，此处不再赘述。

异物检测装置的设置：

本申请提供了一种无线充电发射端设备，该无线充电发射端设备包括功率发射装置和异物检测装置，该功率发射装置中包括功率发射线圈，该异物检测装置设置于功率发射线圈朝向无线充电的功率接收装置的一侧。这里，功率发射装置也可为上述图2所示的无线充电发射装置1010，功率发射线圈可为上述图2所示的功率发射模块1012，无线充电的功率接收装置也可为上述图2所示的无线充电接收装置1000，无线充电接收装置中包括功率接收线圈(如图2所示的功率接收模块1001)，上述异物检测装置可设置于功率发射线圈朝向功率接收线圈的一侧。换句话说，本申请提供的异物检测装置设置于无线充电***的功率发射装置和功率接收装置之间。可选的，该异物检测装置可以集成在无线充电***的功率发射线圈中且该异物检测装置可设置于功率发射线圈朝向功率接收线圈的一侧。可选的，该异物检测装置可以集成在无线充电***的功率接收线圈中且该异物检测装置可设置于功率接收线圈朝向功率发射线圈的一侧。异物检测装置的具体设置位置可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。

为方便描述，无线发射装置可以以图1所示的无线充电发射装置1010为例，功率接收装置可以以图1所示的无线充电接收装置1000为例，对本申请提供的异物检测装置与功率发射装置和功率接收装置的位置关系进行示例说明。参见图3，图3是本申请提供的异物检测装置的一设置位置示意图。比如，如图1，若无线充电***的无线充电发射装置1010与无线充电接收装置1000的位置关系为地面之下和地面的关系，此时无线充电发射装置1010的发射线圈(图1中未示出)和无线充电接收装置1000的接收线圈(图1中未示出)之间的能量传递方向是从地下到地面的垂直方向，则该异物检测装置可以集成在无线充电发射装置1010中并且设置于无线充电发射装置1010的发射线圈朝向无线充电接收装置的接收线圈的一侧。换句话说，此时，异物检测装置可以设置于无线充电发射装置1010的发射线圈的上方。

下面将结合图2所示的无线充电***，对本申请提供的无线充电***和异物检测装置的电路结构进行示例说明。为方便描述，本申请提供的无线充电***和异物检测装置的电路结构中无线发射装置将以图2所示的无线充电发射装置1010中的电源、发射变换模块1011和功率发射模块1012为例进行简要说明，无线接收装置将以图2所示的无线充电接收装置1000中的功率接收模块1001、接收变换模块1002为例进行简要说明。

异物检测装置的电路结构：

参见图4，图4是本申请提供的无线充电***和异物检测装置的电路结构示意图。在图4所示的无线充电***中，无线发射装置可包括电源、逆变器(如上述逆变电路、逆变单元等)、补偿网络1和发射线圈Lp。其中，发射线圈Lp可对应图2所示的无线充电发射装置1010中的功率发射模块1012，补偿网络1和逆变器可对应图2所示的无线充电发射装置1010中的发射变换模块1011。接收线圈Ls可对应图2所示的无线充电接收装置1000中的功率接收模块1001，补偿网络2和整流器(如上述整流电路、整流单元等)可对应图2所示的无线充电接收装置1000中的功率接收模块1001。负载可以由图2所示的无线充电***中的储能模块1000、储能管理模块1006以及车站驱动装置中的一种或者多种组合得到，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。

如图4所示，本申请提供的异物检测装置包括设置于功率发射装置的发射线圈Lp上方的多个电感线圈，比如电感线圈L1、L2、……、Ln，其中，n为大于2的整数。该异物检测装置还包括多个切换开关(比如S1、S2、……、Sn)、多个谐振电容(比如C1、C2、……、Cn)、激励源以及检测控制模块。一个电感线圈和一个谐振电容构成一个谐振网络(或称并联谐振网络)，一个切换开关与一个谐振网络串联以得到一个谐振单元，多个谐振单元并联于激励源两端。比如电感线圈L1、L2、……、Ln可分别与谐振电容C1、C2、……、Cn并联构成n个谐振网络，一个并联谐振网络与一个切换开关串联构成一个谐振单元，比如谐振单元1、谐振单元2、……、谐振单元n，n个谐振单元并联于激励源两端。参见图5所示，图5是本申请提供的异物检测装置的一电路示意图。换句话说，本申请提供的异物检测装置包括激励源501、谐振模块502和检测控制模块503，谐振模块502分别与激励源501和检测控制模块503相连。该谐振模块502中包括并联的至少两个谐振单元(比如谐振单元1、谐振单元2、……、谐振单元n，n为大于2的整数)，一个谐振单元中包括一个电感线圈(比如谐振单元1中的电感线圈L1)、一个第一电容(为方便描述，下面将以谐振电容为例进行示例说明，比如谐振单元1中的谐振电容C1)和一个切换开关(比如谐振单元1中的S1)，任一谐振单元(比如谐振单元1)的电感线圈(即L1)与第一电容(即C1)并联得到谐振网络，任一谐振单元(比如谐振单元1)的谐振网络与切换开关(即S1)串联。上述激励源，用于为谐振模块提供激励电流，上述检测控制模块，用于根据在激励电流的作用下谐振模块中各谐振网络的电气参数，确定功率发射装置和功率接收装置之间是否有异物。

可选的，上述切换开关由反向串联的金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)构成，通过切换开关S1、S2…Sn的轮流切换可对接入的所有线圈所覆盖的区域进行金属异物检测。比如，当切换开关S1闭合时，可对接入的电感线圈L1所覆盖的区域进行金属异物检测。如图6所示，图6是本申请提供的异物检测装置的等效电路示意图。当切换开关S1闭合时，电感线圈L1和谐振电容C1并联得到谐振网络1(图6中未示出)，激励源可为谐振网络1提供激励电流，检测控制模块可以采集得到谐振网络1的电气参数。其中，电感线圈L1及谐振电容C1组成并联谐振网络，当发生谐振时，电感线圈L1和谐振电容C1满足如下公式(1)：

其中，ω为谐振角频率，谐振角频率ω与谐振频率f的关系是ω＝2πf，L1为电感线圈L1的电感值，C1为谐振电容C1的电容值。

在硬件电路理论设计时异物检测装置中谐振网络的谐振频率是确定的，但由于器件的容差，导致设计值和实际值间会存在些偏差，因此在调试过程中，首先测量每个电感线圈的电感值，计算无金属异物时每个谐振网络的谐振频率。可选的，也可以通过扫频的方式进行谐振频率检测，所谓扫频就是通过改变激励源激励的频率，让频率在一个范围内变化，当谐振网络上的电压最大时对应的频率就是谐振频率。因为设计值和实际值的偏差通常不是很大，所以通常在谐振频率的设计值附近进行扫频，如在估算的谐振频率的附近区域进行扫频。

可选的，在一些可行的实施方式中，上述检测控制模块中可包括测量电路和异物检测控制器。上述测量电路可用于对异物检测装置的谐振模块中各谐振网络的电气参数进行检测。可选的，上述各谐振网络的电气参数可以是谐振网络两端的电压、流经谐振网络的电流，谐振网络的阻抗等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。上述测量电路对谐振模块中各谐振网络的电气参数的检测还包括信号的采样、滤波、放大等处理过程，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。上述测量电路输出的是与谐振网络两端的电压、或者流经谐振网络的电流、或者谐振网络的阻抗成比例的信号。异物检测控制器可用于对测量电路测量的信号和预存在异物检测控制器的寄存器中的无金属异物时的初始信号进行处理，并进行相应的计算，根据计算结果判断谐振网络的电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物。

参见图7，图7是本申请提供的异物检测装置的另一电路示意图。

在一些可行的实施方式中，异物检测装置中的激励源(如图7所示的激励源701)包括电源、第一开关K1、第二开关K2、第一电感Lm和第三电容Cm。第一开关K1和第二开关K2串联后并联在电源的两端，第一电感Lm的一端分别与第一开关K1和第二开关K2连接，第一电感Lm的另一端连接第三电容Cm并作为激励源的一端连接上述谐振模块502，第三电容Cm的另一端分别与电源和第二开关K2连接并作为激励源的另一端连接上述谐振模块502。电源、第一开关K1、第二开关K2、第一电感Lm、第三电容Cm构成一个电流源发生器，在端口A、B提供电流，AB间等效为一个激励源。这里，第一开关和第二开关为可控开关，比如MOSFET管。需要说明的是，在图7所示的异物检测装置中，谐振模块702与上述图5所示的异物检测装置中的谐振模块502可为同一个模块，检测控制模块703与上述图5所示的异物检测装置中的检测控制模块503可为同一个模块。

参见图8，图8是本申请提供的异物检测装置的另一电路示意图。

在一些可行的实施方式中，异物检测装置中的激励源(如图8所示的激励源801)还可以包括第五电容(如电容Cs1)。第一电感Lm和第五电容Cs1串联之后连接第三电容Cm。第五电容Cs1可以用于调节第一电感Lm的电感量。当第一电感Lm与第五电容Cs1串联后，第一电感Lm的等效感量为

其中，ω为谐振角频率，Lm为第一电感Lm的电感值，Cs1为第五电容Cs1的电容值。

可选的，在一些可行的实施方式中，异物检测装置中的激励源(如图8所示的激励源801)还可以包括第六电容(如电容Cs2)。第六电容Cs2的一端分别与第一电感Lm和第三电容Cm连接，第六电容Cs2的另一端作为激励源801的一端连接谐振模块802。第六电容Cs2是隔直电容，对谐振网络起到保护作用。

可选的，在一些可行的实施方式中，异物检测装置中的激励源(如图8所示的激励源801)还可以同时包括第五电容(如电容Cs1)和第六电容(如电容Cs2)，第一电感Lm和第五电容Cs1串联之后连接第三电容Cm，第六电容Cs2的一端分别与第五电容Cs1和第三电容Cm连接，第六电容Cs2的另一端作为激励源801的一端连接谐振模块802。

可选的，在一些可行的实施方式中，异物检测装置中的谐振模块(如图8所示的谐振模块802)中任一谐振单元中还可以包括一个第二电容(如谐振单元1中的电容Cc1)，任一谐振单元(如谐振单元1)的电感线圈(如电感线圈L1)与第二电容(如电容Cc1)串联之后与第一电容(如电容C1)并联以得到谐振单元1的谐振网络(如谐振网络1，图8中未示出)。在各个谐振网络(比如谐振单元1、谐振单元2、……、谐振单元n中的谐振网络1(图8中未示出)、谐振网络2(图8中未示出)、……、谐振网络n(图8中未示出)上各个电感线圈(比如电感线圈L1、L2、……、Ln)支路上增加的串联电容(比如电容Cc1、Cc2、……、Ccn)可用于调节电感线圈L1、L2、……、Ln的电感量。当电感线圈L1与电容Cc1串联后，电感线圈L1的等效电感量为

此时，计算并联谐振网络的阻抗时可使用电感线圈L1的等效电感量。

需要说明的是，在图8所示的异物检测装置中，检测控制模块803与上述图5所示的异物检测装置中的检测控制模块503可为同一个模块。激励源中增加的电容Cs1和Cs2可以单独增加，也可以同时增加，并联谐振网络中电感线圈的调节电容也可以单独增加，图8所示的电路结构仅是其中一种可行的实施方式。上述Cs1、Cs2以及并联谐振网络中电感线圈的调节电容的添加可以有多种多样的组合，具体可根据实际应用场景确定，在此不作穷举。

解耦线圈组：

在本申请提供的异物检测装置中各谐振单元中的电感线圈和谐振电容并联得到并联谐振网络，每一个并联谐振网络与对应的切换开关串联，然后通过各个谐振单元的切换开关在不同谐振单元的谐振网络间进行切换。换句话说，通过不同的谐振单元中切换开关(比如切换开关S1、S2…Sn)的轮流切换可对接入的所有电感线圈所覆盖的区域进行金属异物检测。然而，通过切换开关切换接入的谐振网络时，如果相邻的谐振网络不解耦的话，不同的谐振网络之间会互相干扰。其中，通过切换开关切换接入的谐振网络时引起互相干扰的原因有：当任一切换开关(比如切换开关S1)闭合时，对应的和切换开关S1串联的谐振网络(比如谐振网络1)以并联谐振方式工作，而其他切换开关断开的谐振网络(比如谐振网络2、谐振网络3、……、谐振网络n)形成串联谐振，处于并联谐振状态工作的电感线圈(即电感线圈L1)会在处于串联谐振状态的电感线圈(即电感线圈L2、……、电感线圈Ln)上感应到感应电压，该感应电压分别作用于各个电感线圈各自对应的谐振网络，处于串联谐振状态的谐振网络的阻抗较小，该感应电压就会在处于串联谐振状态的谐振网络中造成较大的谐振电流。

为了解决通过切换开关切换接入谐振网络(或简称切换并联谐振网络)时引起的不同谐振网络之间互相干扰的问题，本申请提供的异物检测装置中各电感线圈可组成解耦线圈组，通过各电感线圈组成解耦线圈组的方式来避免切换并联谐振网络时引起的不同谐振网络之间的干扰。在本申请提供的异物检测装置中任一谐振单元的电感线圈与异物检测装置中其他至少一个谐振单元的电感线圈构成解耦线圈组，解耦线圈组中各电感线圈之间的互感系数为零。需要说明的是，本申请提供的各电感线圈组成解耦线圈组的方式适用于上述图5至图8中任一电路示意图所示的异物检测装置。为方便描述，下面将简单以任意两个或者多于两个的电感线圈组成的一个解耦线圈组(下面简称解耦线圈组)为例进行示例说明。

本申请提供的解耦线圈组中所包括的电感线圈可为8字形线圈，8字形线圈的两个圈中电流流向相反。这里，8字形线圈是电感线圈中线圈使用8字形的绕制方式进行绕制，从而使电感线圈中两个圈的磁场相互抵消。参见图9，图9是本申请提供的8字形线圈的绕制方式及磁力线方向的示意图。换句话说，所谓8字形线圈是指电感线圈的绕法成8字形。如图9所示，8字形线圈中包含8字形的两个圈，比如圈1和圈2，其中，圈1中电流方向是顺时针方向，圈2中电流方向是逆时针方向，也就是说，8字形线圈中两个圈中电流流向是相反。由右手螺旋定则可以判断两个圈中磁力线方向是相反的，如图9所示，其中，“●”表示磁力线是出来的方向，“ⅹ”表示磁力线是进去的方向。8字形线圈的两个圈中磁力线的方向相反，8字形线圈中磁力线一进一出，磁场正好相互抵消，使得8字形线圈中达到磁平衡的状态。

本申请提供的异物检测装置中电感线圈的形状可以是矩形、方形、也可以是六边形、八边形、圆形等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。为方便描述，下面将以矩形为例进行示例说明，如图9中虚线所示的矩形，下面不再赘述。一个解耦线圈组中包括至少两个电感线圈，且各个电感线圈的磁场相互抵消。其中，一个解耦线圈组中包括的电感线圈的组合方式可以有多种，为方便描写，下面将以一个解耦线圈组中包括两个电感线圈和一个解耦线圈组中包括3个电感线圈为例进行示例说明。

在一些可行的实施方式中，当一个解耦线圈组中包括两个电感线圈时，这两个电感线圈的磁场相互抵消并以矩阵布置为两行或者两列的解耦线圈矩阵。参见图10，图10是本申请提供的解耦线圈组的一结构示意图。如图10所示，两个8字形线圈(比如8字形线圈①和8字形线圈②)可以组成上下垂直的列矩阵(如图10中(a)所示)，8字形线圈①和8字形线圈②也可以组成左右垂直的行矩阵(如图10中(b)所示)，其中8字形线圈①和8字形线圈②的位置可以互换。这里，上下垂直可以是沿着坐标轴y方向的垂直，左右垂直可以是沿着坐标轴x方向的垂直。可以理解，两个电感线圈以矩阵布置可以是两个电感线圈的线圈平面在同一个平面上，比如两个8字形线圈均平放在同一个桌面，或者同一块PCB板上。如图10所示，在8字形线圈①中包括两个圈，分别为圈11和圈12，8字形线圈②中包括两个圈，分别为圈21和圈22。这里，8字形线圈①和8字形线圈②互相垂直可以是两个8字形线圈的中轴线互相垂直，比如，如图10中的(a)所示，8字形线圈①中两个圈(如圈11和圈12)的中心连线为8字形线圈①的中轴线(假设为中轴线1，图中未示出，中轴线1沿着坐标轴y的方向)，8字形线圈②中两个圈(如圈21和圈22)的中心连线为8字形线圈②的中轴线(假设为中轴线2，图中未示出，中轴线2沿着坐标轴x的方向)，中轴线1与中轴线2相互垂直。

参见图11，图11是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。如图11所示，一个解耦线圈组中包括的两个电感线圈可以以矩阵布置为两行的解耦线圈矩阵，该解耦线圈矩阵中的两个电感线圈相互垂直，其中一个电感线圈可以水平方向放置(比如沿着坐标轴x方向放置)，另一个解耦线圈可以垂直方向放置(比如沿着坐标轴y方向放置)，水平方向放置和竖直方向放置的两个8字形线圈是纵向排布的。如图11中(a)、(b)、(c)和(d)所示的解耦线圈组中，上面的8字形线圈中两个圈是水平方向的(两个圈的中心连线沿着坐标轴y方向)，下面的8字形线圈中两个圈是竖直方向的(两个圈的中心连线沿着坐标轴x方向)，并且磁力线向内的“叉(即ⅹ)”和向外的“点(即●)”是可以互换的(即8字形线圈中电流方向可以变换)，不影响两个线圈的解耦。同理，如图11中(e)、(f)、(g)和(h)所示的解耦线圈组中，两个圈竖直方向放置的8字形线圈可以放在上面，两个圈水平方向放置的8字形线圈可以放在下面，两个8字形线圈同样是解耦的。

参见图12，图12是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。如图12所示，一个解耦线圈组中包括的两个电感线圈可以以矩阵布置为两行的解耦线圈矩阵，该解耦线圈矩阵中的两个电感线圈相互垂直。其中。两个圈水平方向放置的8字形线圈和两个圈竖直方向放置的8字形线圈是横向排布的。如图12中(a)、(b)、(c)和(d)所示的解耦线圈组中，左边的8字形线圈中两个圈是水平方向放置的，右边的8字形线圈中两个圈是竖直方向放置的，并且磁力线向内的“叉”和向外的“点”是可以互换的(即8字形线圈中电流方向可以变换)，不影响两个线圈的解耦。同理，把左边的8字形线圈和右边的8字形线圈的位置互换也是互相解耦的，这里不另外给出图示。

在一些可行的实施方式中，当谐振模块中各谐振单元的电感线圈构成的解耦线圈组多于一个(即谐振模块中各电感线圈组成至少两个解耦线圈组)时，这至少两个解耦线圈组以矩阵布置为多行或者多列的线圈矩阵且该线圈矩阵中相邻行或者相邻列的两个电感线圈的磁场相互抵消。参见图13，图13是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。如图13中(a)和(b)所示，当多组解耦线圈(假设2个解耦线圈组)组成线圈矩阵(2行2列的线圈矩阵)覆盖在功率发射装置的发射线圈上方所有位置时，遵循相邻线圈组同样解耦的原则，如图13中(a)和(b)所示，无论8字形线圈中电流方向如何变换，8字形线圈上下左右如何放置，同一个解耦线圈组中各8字形线圈相互解耦，相邻解耦线圈组中相同位置的两个8字形线圈都是互相解耦的。即图13中(a)和(b)所示，2个解耦线圈组以矩阵布置为2行2列的线圈矩阵且该线圈矩阵中相邻行以及相邻列的两个电感线圈的磁场相互抵消。在进行谐振网络切换的时候，该线圈矩阵中任一电感线圈均不会在相邻的电感线圈中感应出电压。

在一些可行的实施方式中，当谐振模块中各谐振单元的电感线圈构成的解耦线圈组多于一个(即谐振模块中各电感线圈组成至少两个解耦线圈组)时，这至少两个解耦线圈组也可以层叠布置为至少两层的线圈矩阵并且该线圈矩阵中上层和下层相同位置的两个相邻的电感线圈的磁场相互抵消。参见图14，图14是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。如图14所示，假设，谐振模块中包括4个解耦线圈组，这4个解耦线圈组可以组成两层的线圈矩阵，其中，图14中的(a)为上层的解耦线圈矩阵，图14中的(b)为下层的解耦线圈矩阵，上层和下层都是2行2列的解耦线圈矩阵。上层和下层的解耦线圈矩阵层叠在一起时，可以消除单层的检测盲区。可选的，将上层和下层的解耦线圈矩阵层叠在一起时，还可以在叠的时候错开一定的距离，以消除线圈矩阵为单层时的检测盲区。换句话说，由多个解耦线圈组组成的线圈矩阵中的上层的电感线圈与下层的电感线圈重叠；或者上层的电感线圈与下层的电感线圈部分重叠。

在一些可行的实施方式中，以图14的(a)为例，单层解耦线圈矩阵的检测盲区在8字形线圈的中间位置(即8字形线圈的两个圈中间的位置)、不同的8字形线圈交界的位置，如图15的虚线所示，图15是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。消除这些检测盲区，则可以用另外一层的解耦线圈矩阵把该层的解耦线圈矩阵中相应的检测盲区的位置覆盖住。可选的，为了更好地消除检测盲区，上层的解耦线圈矩阵和下层的解耦线圈矩阵层叠时可以错开一定的距离，即上层解耦线圈矩阵中的电感线圈与下层解耦线圈矩阵中的电感线圈部分重叠。可选的，可将两层解耦线圈矩阵在上下左右方向上都错开8字形线圈的四分之一距离，参见图16，图16是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。可以理解，这里上层解耦线圈矩阵和下层解耦线圈矩阵在上下左右方向上错开的距离还可以是其他尺寸的距离，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。这里，上下叠层结构的谐振网络可以用与单层的谐振网络相同的方式进行金属异物的检测，谐振频率可以相同也可以不同，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。

可选的，在一些可行的实施方式中，当一个解耦线圈组中包括三个电感线圈时，这三个电感线圈中可包括一个第一电感线圈和两个第二电感线圈。这里，第一电感线圈的尺寸可以大于第二电感线圈。上述两个第二电感线圈布置为一个电感线圈组，该电感线圈组中两个第二电感线圈的磁场方向相同，该电感线圈组的磁场与第一电感线圈的磁场相互抵消并以矩阵布置为两行或者两列的解耦线圈矩阵。这里，当电感线圈为矩形时，第二电感线圈的长度可以与第一电感线圈的长度相同，且第二电感线圈的宽度小于第一电感线圈的宽度。两个第二电感线圈并行布置为一个电感线圈组，该电感线圈组中两个第二电感线圈的磁场方向相同，且该电感线圈组的长度可以与第一电感线圈的长度相同、该电感线圈组的宽度与第一电感线圈的宽度相同。

参见图17，图17是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。如图17所示的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)所示，由一个大的8字形线圈(假设为第一电感线圈)和两个小的8字形线圈(假设为第二电感线圈)构成解耦线圈组，其中，两个小的8字形线圈组成一个电感线圈组，且该电感线圈组中两个小的8字形线圈的磁场方向相同。这里，两个小的8字形线圈可以由同一根电线绕制成两个8字形的线圈，并使得两个8字形线圈中磁场方向相同。换句话说，一个电感线圈组中包括的两个8字形线圈是由同一根电线绕制的，小的两个8字形线圈始终作为一个整体与大的8字形线圈组成解耦线圈组。如图17中(a)所示，大的8字形线圈中两个圈是垂直方向放置的(大的8字形线圈中两个圈沿着坐标轴y的方向放置，此时两个圈的中心连线平行于坐标轴x)，小的两个8字形线圈中每个8字形线圈的两个圈均是水平方向放置的(即小的8字形线圈中两个圈沿着坐标轴x的方向放置，此时小的8字形线圈中两个圈的中心连线平行于坐标轴y)。小的两个8字形线圈组成一个电感线圈组。如图17所示的(a)、(b)、(c)、(d)所示，大的8字形线圈与由两个小的8字形线圈组成的电感线圈组可以是上下排布的纵向结构(此时大的8字形线圈和电感线圈组以矩阵布置为2列的解耦线圈矩阵)，如图17所示的(e)和(f)所示，大的8字形线圈与由两个小的8字形线圈组成的电感线圈组也可以是左右排布的横向结构(此时大的8字形线圈和电感线圈组以矩阵布置为2行的解耦线圈矩阵)。每个解耦线圈矩阵中的上下或者左右的结构都是可以互换的，换句话说，每个解耦线圈矩阵中的上下或者左右的电感线圈都是可以互换的，电感线圈中的电流方向也是可以变换的，因为组合形式多样，在此不穷举。可以理解，任一解耦线圈矩阵中各电感线圈的组成原则是任意一个8字形线圈对相邻的电感线圈产生的磁场是抵消的，因此在切换任一谐振网络的时候不会由于电磁感应对其他电感线圈产生干扰，各个解耦线圈矩阵中电感线圈的组合方式可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。

参见图18，图18是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。同样的，当多个解耦线圈组构成解耦线圈矩阵覆盖在发射线圈上方所有的位置时，遵循相邻解耦线圈组同样解耦的原则，如图18中的(a)和(b)所示，无论8字形线圈中电流方向如何变换，8字形线圈上下左右如何放置，同一个解耦线圈组中各8字形线圈相互解耦，相邻解耦线圈组中相同位置的两个8字形线圈都是互相解耦的。在进行谐振网络切换的时候，该线圈矩阵中任一电感线圈均不会在相邻的电感线圈中感应出电压。当多个解耦线圈组层叠布置为至少两层的线圈矩阵时，该线圈矩阵中上层和下层相同位置的两个相邻的电感线圈的磁场也相互抵消。具体可参见上述图14所述的解耦线圈组的结构示意图中对应的实现方式，在此不再赘述。同样的，将上层和下层的解耦线圈矩阵层叠在一起时，还可以在叠的时候错开一定的距离，以消除线圈矩阵为单层时的检测盲区。如图19所示，图19是本申请提供的解耦线圈组的另一结构示意图。具体可参见上述图16所述的解耦线圈组的结构示意图中对应的实现方式，在此不再赘述。

需要说明的是，上述图10至图19所示的解耦线圈组的结构示意图仅是简单的解耦线圈组的结构，在实际应用中，功率发射装置的发射线圈的面积通常比较大，异物检测装置中需要布置很多组电感线圈，异物检测装置的电感线圈覆盖功率发射装置的所有的发射线圈表面，如图20，图20是异物检测装置中电感线圈的一种排布示意图。

本申请提供的异物检测方法可应用在无线充电***为电动汽车充电之前，也可以应用在无线充电***为电动汽车充电的过程中，用于对无线充电发射装置和无线充电接收装置之间的金属异物检测。本申请提供的异物检测方法可基于上述图5至图8所示的异物检测装置的任一电路结构、基于上述图10至图19所示的解耦线圈组的任一结构进行，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。为方便描述，下面将以图5所示的异物检测装置为例，结合图21至图22对本申请提供的异物检测方法进行说明。

基于本申请提供的异物检测装置的异物检测方法一：

在一些可行的实施方式中，通过异物检测装置对无线充电***的功率发射装置和功率接收装置之间的金属异物进行检测时，通过异物检测装置中不同的谐振单元中切换开关(比如切换开关S1、S2…Sn)的轮流切换可对接入的所有电感线圈所覆盖的区域(功率发射装置和功率接收装置之间的区域)进行金属异物检测。因为基于异物检测装置中所有电感线圈进行金属异物检测的检测方法都一样，所以下面将以一个电感线圈(比如电感线圈L1)为例对本身提供的异物检测方法进行说明，不再做轮流切换举例。换句话说，以下的异物检测流程是针对一个电感线圈(比如电感线圈L1)来说的，异物检测装置中电感线圈是有很多组(比如电感线圈L1、L2、……、Ln中的n组)的，对其他电感线圈也是采用相同的方式，通过轮流切换的方式遍历所有的电感线圈。可以理解，当异物检测装置中切换开关S1闭合时，电感线圈L1和电容C1构成并联谐振网络(比如谐振网络1)，切换开关S2、……、Sn断开，电感线圈L2、……、Ln分别与电容C2、……、Cn构成串联谐振。由于以下异物检测流程是针对电感线圈L1的，因此以下流程中所描述的谐振网络则以谐振网络1为例进行示例说明。

参见图21，图21是本申请提供的异物检测方法的一实施例示意图。基于本申请提供的异物检测装置进行的异物检测方法可包括如下步骤：

S210，确定无金属异物时谐振网络的工作谐振频率f1。

在一些可行的实施方式中，在电感线圈1所覆盖的区域(该区域为功率发射装置的发射线圈的一部分区域)无金属异物的情况下，在谐振网络(即谐振网络1)的谐振频率设计值附近进行扫频，确定此时谐振网络1的工作谐振频率f1(即谐振网络1的实际工作谐振频率)。

S211，测量无金属异物时，在工作谐振频率为f1的电流激励下，谐振网络两端的电压Uwo1。

在一些可行的实施方式中，在电感线圈1所覆盖的区域无金属异物的情况下，激励源发出工作谐振频率为f1的电流激励。在激励源发出的电流激励下，检测控制模块的测量电路检测异物检测装置中谐振网络1两端的电压Uwo1，并把谐振网络1的实际工作谐振频率f1和谐振网络1两端的电压Uwo1保存到检测控制模块的异物检测控制器的寄存器中。

S212，确定有金属异物时，在工作谐振频率为f1的电流激励下，谐振网络两端的电压Uw1。

在一些可行的实施方式中，在金属异物检测时，激励源发出的工作谐振频率为f1的电流激励。在激励源发出的电流激励下，测量电路检测谐振网络1两端的电压Uw1，并把谐振网络1的实际工作谐振频率f1和谐振网络1两端的电压Uw1保存到上述异物检测控制器的寄存器中。

S213，根据谐振网络两端的电压的变化，确定是否有金属异物。

在一些可行的实施方式中，在异物检测控制器中，比较无金属异物时，在激励源发出的工作谐振频率为f1的电流激励时谐振网络1两端的电压Uwo1，和金属异物检测时激励源发出的工作谐振频率为f1的电流激励时谐振网络1两端的电压Uw1的电压差ΔU1，其中，ΔU1＝Uwo1-Uw1。

在异物检测控制器中，电压差ΔU1与异物检测控制器中存储的预设电压差阈值ΔUset1进行比较。如果电压差ΔU1大于上述预设电压差阈值ΔUset1，则可确定电感线圈L1所覆盖的区域有金属异物。如果电压差ΔU1小于或者等于上述预设电压差阈值ΔUset1，则可确定电感线圈L1所覆盖的区域无金属异物。

通过上述步骤S210至步骤S213提供的实现方式可检测任一电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物，通过切换开关(比如切换开关S1、S2…Sn)的轮流切换可对接入的所有电感线圈所覆盖的区域(即发射线圈的所有区域)进行金属异物检测，从而可确定功率发射装置和功率接收装置之间是否有金属异物。

在本申请提供的异物检测装置中，由于各个电感线圈之间相互解耦，在谐振网络切换时切换开关上的电压应力显著减小，从而有效保护了切换开关不会过压损坏，提高了异物检测装置的电路稳定性，异物检测的安全性更高，从而提高了基于该异物检测装置进行异物检测的稳定性，适用性强。异物检测装置通过检测谐振网络两端的电压，通过电压来判断谐振网络的电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物，操作简单，适用性强。

基于本申请提供的异物检测装置的异物检测方法二：

在本申请提供的异物检测方法二中，异物检测装置可通过检测控制模块中的测量电路检测谐振网络的阻抗。激励源是电流源的情况下，谐振网络两端的电压U与阻抗Z的关系是U＝I*Z,其中，I为激励源提供的电流。检测谐振网络两端的电压，通过电压来判断谐振网络的电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物是最直接的方法。然而，当激励源的电流不稳定，不能完全固定在某一个固定的值时，异物检测装置在进行金属异物检测时，谐振网络两端的电压的变化可能是由于金属异物引起的，也可能是由于激励源的电流变化引起的，所以在这种情况下采用谐振网络两端的电压进行判断电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物的时候容易出现误判。因此，由谐振网络两端的电压和流经谐振网络的电流求出阻抗的变化，通过阻抗的变化来判断电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物的精确率更高，适用性更强。

在方法二中，异物检测流程中与方法一中异物检测流程的区别是，方法一中只检测谐振网络两端的电压，通过无金属异物和金属异物时检测得到的谐振网络两端的电压差与预设电压差阈值比较来判断谐振网络的电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物。方法二中是否有金属异物的判断方法是检测谐振网络两端的电压和流经谐振网络的电流，通过谐振网络两端的电压和流经谐振网络的电流计算出谐振网络的阻抗变化，然后通过无金属异物和金属异物检测时的谐振网络两端的阻抗差与预设阻抗差阈值的比较来确定是否有金属异物。

参见图22，图22是本申请提供的异物检测方法的另一实施例示意图。基于本申请提供的异物检测装置进行的异物检测方法可包括如下步骤：

S220，确定无金属异物时谐振网络的工作谐振频率f2。

在一些可行的实施方式中，在电感线圈1所覆盖的区域无金属异物的情况下，在谐振网络1的谐振频率设计值附近进行扫频，确定谐振网络1的实际工作谐振频率f2。

S221，测量无金属异物时，在功率谐振频率f2的电流激励下，谐振网络两端的电压Uwo2和流经谐振网络的电流Iwo2。

在一些可行的实施方式中，在电感线圈1所覆盖的区域无金属异物的情况下，激励源发出工作谐振频率为f2的电流激励。在激励源发出的电流激励下，测量电路检测谐振网络1两端的电压Uwo2和流经谐振网络1的电流Iwo2。通过谐振网络1两端的电压Uwo2和流经谐振网络1的电流Iwo2计算出此时谐振网络1的阻抗Zwo2，并把工作谐振频率f2和,阻抗Zwo2保存到异物检测控制器中的寄存器中。

S222，测量有金属异物时，在功率谐振频率f2的电流激励下，谐振网络两端的电压Uw2和流经谐振网络的电流Iw2。

在一些可行的实施方式中，在金属异物检测时，激励源发出工作谐振频率为f2的电流激励。在激励源发出的电流激励下，测量电路检测谐振网络1两端的电压Uw2和流经谐振网络1的电流Iw2。通过谐振网络1两端的电压Uw2和流经谐振网络1的电流Iw2计算出此时谐振网络1的阻抗Zw2，并把工作谐振频率f2和阻抗Zw2保存到异物检测控制器中的寄存器中。

S223，根据谐振网络的阻抗的变化，确定是否有金属异物。

在一些可行的实施方式中，在异物检测控制器中，比较无金属异物时，激励源发出的工作谐振频率为f2的电流激励时谐振网络1的阻抗Zwo2，和金属异物检测时激励源发出的工作谐振频率为f2的电流激励时谐振网络1的阻抗Zw2的差ΔZ2，其中ΔZ2＝Zwo2-Zw2。

在异物检测控制器中，阻抗差ΔZ2与异常检测控制器中存储的预设阻抗差阈值Zset2进行比较。如果阻抗差ΔZ2大于Zset2，则可确定电感线圈L1所覆盖的区域有金属异物。如果阻抗差ΔZ2小于或者等于Zset2，则可确定电感线圈L1所覆盖的区域无金属异物。

在本申请提供的异物检测装置中，由于各个电感线圈之间相互解耦，在谐振网络切换时切换开关上的电压应力显著减小，从而有效保护了切换开关不会过压损坏，提高了异物检测装置的电路稳定性，异物检测的安全性更高，从而提高了基于该异物检测装置进行异物检测的稳定性，适用性强。异物检测装置还可以通过谐振网络两端的电压和流经谐振网络的电流求出阻抗的变化，通过阻抗的变化来判断电感线圈所覆盖的区域是否有金属异物的精确率更高，灵活性高。

Claims (13)

1.一种异物检测装置，其特征在于，所述异物检测装置设置于无线充电***的功率发射装置和功率接收装置之间，所述异物检测装置包括激励源、谐振模块和检测控制模块，所述谐振模块分别与所述激励源和所述检测控制模块相连；

所述谐振模块中包括并联的至少两个谐振单元，一个谐振单元中包括一个电感线圈、一个第一电容和一个切换开关，任一谐振单元的电感线圈与第一电容并联得到谐振网络，所述任一谐振单元的谐振网络与切换开关串联；所述任一谐振单元的电感线圈与所述至少两个谐振单元中其他至少一个谐振单元的电感线圈构成解耦线圈组，所述解耦线圈组中各电感线圈之间的互感系数为零；

所述激励源，用于为所述谐振模块提供激励电流；

所述检测控制模块，用于根据在所述激励电流的作用下所述谐振模块中各谐振网络的电气参数，确定所述功率发射装置和所述功率接收装置之间是否有异物。

2.根据权利要求1所述的异物检测装置，其特征在于，所述任一谐振单元的电感线圈为8字形线圈，所述8字形线圈的两个圈中电流流向相反。

3.根据权利要求2所述的异物检测装置，其特征在于，所述解耦线圈组中包括两个电感线圈，所述两个电感线圈的磁场相互抵消并以矩阵布置为两行或者两列的解耦线圈矩阵。

4.根据权利要求2所述的异物检测装置，其特征在于，所述解耦线圈组中包括一个第一电感线圈和两个第二电感线圈；所述两个第二电感线圈布置为一个电感线圈组，所述电感线圈组中两个第二电感线圈的磁场方向相同；

所述电感线圈组的磁场与所述第一电感线圈的磁场相互抵消并以矩阵布置为两行或者两列的解耦线圈矩阵。

5.根据权利要求3或4所述的异物检测装置，其特征在于，所述谐振单元中各谐振单元的电感线圈构成至少两个解耦线圈组；

所述至少两个解耦线圈组以矩阵布置为多行和/或多列的线圈矩阵且所述线圈矩阵中相邻行和/或相邻列的两个电感线圈的磁场相互抵消。

6.根据权利要求3或4所述的异物检测装置，其特征在于，所述谐振单元中各谐振单元的电感线圈构成至少两个解耦线圈组；

所述至少两个解耦线圈组层叠布置为至少两层的线圈矩阵，且所述线圈矩阵中上层和下层相同位置的两个相邻的电感线圈的磁场相互抵消。

7.根据权利要求6所述的异物检测装置，其特征在于，所述线圈矩阵的上层电感线圈与下层电感线圈重叠；或者

所述线圈矩阵的上层电感线圈与下层电感线圈部分重叠。

8.根据权利要求1-7所述的异物检测装置，其特征在于，所述激励源包括电源、第一开关、第二开关、第一电感和第三电容；

所述第一开关和所述第二开关串联后并联在所述电源的两端，所述第一电感的一端分别与所述第一开关和所述第二开关连接，所述第一电感的另一端连接所述第三电容并作为所述激励源的一端连接所述谐振模块，所述第三电容的另一端分别与所述电源和所述第二开关连接并作为所述激励源的另一端连接所述谐振模块。

9.根据权利要求8所述的异物检测装置，其特征在于，所述任一谐振单元中还包括一个第二电容，所述任一谐振单元的电感线圈与所述第二电容串联之后与所述第一电容并联以得到所述任一谐振单元的谐振网络。

10.根据权利要求8或9所述的异物检测装置，其特征在于，所述激励源还包括第五电容，所述第一电感和所述第五电容串联之后连接所述第三电容。

11.根据权利要求8或9所述的异物检测装置，其特征在于，所述激励源还包括第六电容，所述第六电容的一端分别与所述第一电感和所述第三电容连接，所述第六电容的另一端作为所述激励源的一端连接所述谐振模块。

12.根据权利要求8或9所述的异物检测装置，其特征在于，所述激励源还包括第五电容和第六电容，所述第一电感和所述第五电容串联之后连接所述第三电容，所述第六电容的一端分别与所述第五电容和所述第三电容连接，所述第六电容的另一端作为所述激励源的一端连接所述谐振模块。

13.一种无线充电发射端设备，其特征在于，所述无线充电发射端设备包括功率发射装置和如权利要求1-12任一项所述的异物检测装置；

所述功率发射装置中包括功率发射线圈，所述异物检测装置设置于所述功率发射线圈朝向无线充电的功率接收装置的一侧。

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