1.本发明涉及无线电能传输领域，具体的是基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法。
背景技术：2.无线充电作为一种无需导体接触的能量传输方式，其应用能有效提升用电设备充电的便利性。对利用磁场进行能量交换的无线充电系统而言，金属异物会改变系统原有特性，降低传能效率和传输增益。及时识别出金属异物并发出告警，有助于系统安全稳定运行。
技术实现要素：3.针对无线充电技术领域对金属异物识别的需求，本发明提供了基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，有助于保障无线充电系统的运行安全，该方法不需要借助温度、图像、雷达等外部传感器，仅通过无线充电系统自身的特征参数变化实现金属异物识别。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，所述方法包括如下步骤：
6.步骤一：在无线充电系统运行时，通过电流传感电路实时获取无线充电系统原边输入电流的传感信号；
7.步骤二：以特定的频率采集原边输入电流在一特定相位对应的传感信号；
8.步骤三：对采样数据进行预处理；
9.步骤四：将经过预处理的数据输入预先设定的异物判别程序。
10.所述无线充电系统的谐振拓扑为lcc_s，所述系统包括：逆变器s1，原边线圈l
t
，副边线圈lr，谐振补偿电感l1，谐振补偿电容c1、c
t
、cr，负载r
l
，原边线圈与副边线圈的互感m，原边输入电压u
ab
和原边输入电流i
ab
；
11.所述无线充电系统谐振频率为ω0，u
ab
为方波电压，u
ab
在n倍的ω0频率下的分量为u
ab_n
，i
ab
在n倍的ω0频率下的分量为i
ab_n
，n为正整数；
12.当n为1时，u
ab_1
为u
ab
的基波分量，i
ab_1
为i
ab
的基波分量；
13.所述逆变器s1包括全桥逆变电路和逆变器主控，逆变器主控用于产生全桥逆变电路的驱动信号，和执行金属异物识别；
14.所述无线充电系统在正常情况下工作于谐振状态，谐振频率下的输入阻抗角为0度；
15.所述传感电路包括电流传感芯片u1，电源去耦电容c2，r1和c3组成的低通滤波电路和电流传感电路的传感信号输出端p1口；
16.所述p1连接至逆变器主控的adc输入端口；
17.所述p1输出的电压为u
iab
，u
iab
的基波分量为u
iab_1
；
18.所述u
iab_1
与i
ab_1
之间的传输延迟为t
d_s
，逆变器主控的adc从触发到实际进行采样的时间间隔为t
d_ad
；
19.所述逆变器主控内部通过一路pwm信号按固定的频率触发adc，从而采集 i
ab
在一特定相位对应的u
iab
。
20.进一步的：所述无线充电系统在正常情况下工作于谐振状态，谐振频率下的输入阻抗角为0度。
21.进一步的：所述特定的频率满足下述条件之一：
22.(1)、等于无线充电系统谐振频率；
23.(2)、能够被无线充电系统谐振频率整除。
24.进一步的：所述电流传感电路的带宽高于无线充电系统的谐振频率。
25.进一步的：所述步骤二中在所述特定相位时，无线充电系统原边输入电压谐振频率下的分量为0。
26.进一步的：所述对采样数据的预处理为数字滤波处理。
27.进一步的：所述异物判别程序包括以下步骤：
28.步骤一：将输入数值与预先设定的阈值进行比较；
29.步骤二：若输入数值超过预先设定的阈值，则认为存在金属异物，发出报警信号；
30.步骤三：若输入数值等于或小于预先设定的阈值，则认为不存在金属异物，继续执行比较。
31.进一步的：所述预先设定的阈值应设定为无线充电系统无金属异物时，采样数据经预处理后的最大值。
32.本发明的有益效果：
33.本发明提供了基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法。该方法结构简单，识别过程快速、准确，有助于保障无线充电系统安全稳定运行，且无需借助温度、图像、雷达等外部传感器，降低了成本。
附图说明
34.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作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
35.图1是本发明的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法的流程图；
36.图2是本发明的无线充电系统的一种实施例原理图；
37.图3是本发明的电流传感电路的一种实施例原理图；
38.图4是本发明的无线充电系统的用于原理说明的波形图。
具体实施方式
39.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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1-图4所示，基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
41.步骤一：在无线充电系统运行时，通过电流传感电路实时获取无线充电系统原边输入电流的传感信号；
42.步骤二：以特定的频率采集原边输入电流在一特定相位对应的传感信号；
43.步骤三：对采样数据进行预处理；
44.步骤四：将经过预处理的数据输入预先设定的异物判别程序。
45.如图2所示，所述无线充电系统的谐振拓扑为lcc_s，所述系统包括：逆变器s1，原边线圈l
t
，副边线圈lr，谐振补偿电感l1，谐振补偿电容c1、c
t
、cr，负载r
l
，原边线圈与副边线圈的互感m，原边输入电压u
ab
和原边输入电流i
ab
。
46.所述无线充电系统谐振频率为ω0，u
ab
为方波电压，u
ab
在n倍的ω0频率下的分量为u
ab_n
，i
ab
在n倍的ω0频率下的分量为i
ab_n
，n为正整数；
47.当n为1时，u
ab_1
为u
ab
的基波分量，i
ab_1
为i
ab
的基波分量；
48.所述逆变器s1包括全桥逆变电路和逆变器主控，逆变器主控用于产生全桥逆变电路的驱动信号，和执行金属异物识别；
49.所述无线充电系统在正常情况下工作于谐振状态，谐振频率下的输入阻抗角为0度。
50.如图3所示，所述传感电路包括电流传感芯片u1，电源去耦电容c2，r1和c3组成的低通滤波电路和电流传感电路的传感信号输出端p1口。
51.所述p1连接至逆变器主控的adc输入端口；
52.所述p1输出的电压为u
iab
，u
iab
的基波分量为u
iab_1
；
53.所述u
iab_1
与i
ab_1
之间的传输延迟为t
d_s
，逆变器主控的adc从触发到实际进行采样的时间间隔为t
d_ad
；
54.所述逆变器主控内部通过一路pwm信号按固定的频率触发adc，从而采集 i
ab
在一特定相位对应的u
iab
。
55.所述特定的频率满足下述条件之一：
56.(1)、等于无线充电系统谐振频率；
57.(2)、能够被无线充电系统谐振频率整除。
58.所述电流传感电路的带宽高于无线充电系统的谐振频率。
59.所述步骤二中在所述特定相位时，无线充电系统原边输入电压谐振频率下的分量为0。
60.所述对采样数据的预处理为数字滤波处理。
61.如图4所示的是本发明的用于原理说明的波形示意图，包括u
ab
、u
ab_1
、i
ab
、 i
ab_1
、u
iab_1
，pwm
_ad
是逆变器主控的adc触发信号，pwm
_ad
的频率为ω0，t1是u
ab
由负转正的换向时刻，t2是触发逆变器主控的adc的时刻，t3是u
ab
由正转负的时刻，t4是i
ab_1
由正转负的时刻。
62.t3与t1的相位差是π，t4与t3的间隔是t
d_s
，
63.所述以特定的频率采集原边输入电流在一特定相位对应的传感信号包括：
64.在每个周期内的t2时刻触发逆变器主控的adc；
65.adc在t4时刻采集u
iab
的值。
66.t4与t2的间隔为t
d_ad
。
67.计算t2与t1的相位差如下：
68.α
t1-t2
＝π-(t
d_ad-f
d_s
)
69.所述对采样数据的预处理为：使用数字低通滤波器对采样数据进行处理，数字滤波器的离散表达式如下：
[0070][0071]
其中，tc为低通滤波器的时间常数，x(k)为低通滤波器的当前输入值，x(k-1) 为低通滤波器上个采样周期的输入值，y(k)为低通滤波器的当前输出值，y(k-1) 为低通滤波器上个采样周期的输出值。
[0072]
所述异物判别程序包括以下步骤：
[0073]
步骤一：将输入数值与预先设定的阈值进行比较；
[0074]
步骤二：若输入数值超过预先设定的阈值，则认为存在金属异物，发出报警信号；
[0075]
步骤三：若输入数值等于或小于预先设定的阈值，则认为不存在金属异物，继续执行比较。
[0076]
所述预先设定的阈值应设定为无线充电系统无金属异物时，采样数据经预处理后的最大值。
[0077]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
技术特征：1.基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：在无线充电系统运行时，通过电流传感电路实时获取无线充电系统原边输入电流的传感信号；步骤二：以特定的频率采集原边输入电流在一特定相位对应的传感信号；步骤三：对采样数据进行预处理；步骤四：将经过预处理的数据输入预先设定的异物判别程序；所述无线充电系统的谐振拓扑为lcc_s，所述系统包括：逆变器s1，原边线圈l
t
，副边线圈l
r
，谐振补偿电感l1，谐振补偿电容c1、c
t
、c
r
，负载r
l
，原边线圈与副边线圈的互感m，原边输入电压u
ab
和原边输入电流i
ab
；所述无线充电系统谐振频率为ω0，u
ab
为方波电压，u
ab
在n倍的ω0频率下的分量为u
ab_n
，i
ab
在n倍的ω0频率下的分量为i
ab_n
，n为正整数；当n为1时，u
ab_1
为u
ab
的基波分量，i
ab_1
为i
ab
的基波分量；所述逆变器s1包括全桥逆变电路和逆变器主控，逆变器主控用于产生全桥逆变电路的驱动信号，和执行金属异物识别；所述无线充电系统在正常情况下工作于谐振状态，谐振频率下的输入阻抗角为0度；所述传感电路包括电流传感芯片u1，电源去耦电容c2，r1和c3组成的低通滤波电路和电流传感电路的传感信号输出端p1口；所述p1连接至逆变器主控的adc输入端口；所述p1输出的电压为u
iab
，u
iab
的基波分量为u
iab_1
；所述u
iab_1
与i
ab_1
之间的传输延迟为t
d_s
，逆变器主控的adc从触发到实际进行采样的时间间隔为t
d_ad
；所述逆变器主控内部通过一路pwm信号按固定的频率触发adc，从而采集i
ab
在一特定相位对应的u
iab
。2.根据权利要求1所述的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于：所述无线充电系统在正常情况下工作于谐振状态，谐振频率下的输入阻抗角为0度。3.根据权利要求1所述的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于：所述特定的频率满足下述条件之一：(1)、等于无线充电系统谐振频率；(2)、能够被无线充电系统谐振频率整除。4.根据权利要求1所述的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于：所述电流传感电路的带宽高于无线充电系统的谐振频率。5.根据权利要求1所述的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于：所述步骤二中在所述特定相位时，无线充电系统原边输入电压谐振频率下的分量为0。6.根据权利要求1所述的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于：所述对采样数据的预处理为数字滤波处理。7.根据权利要求1所述的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特
征在于：所述异物判别程序包括以下步骤：步骤一：将输入数值与预先设定的阈值进行比较；步骤二：若输入数值超过预先设定的阈值，则认为存在金属异物，发出报警信号；步骤三：若输入数值等于或小于预先设定的阈值，则认为不存在金属异物，继续执行比较。8.根据权利要求7所述的基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，其特征在于：所述预先设定的阈值应设定为无线充电系统无金属异物时，采样数据经预处理后的最大值。
技术总结本发明公开了基于输入电流反馈的无线充电系统金属异物识别方法，该方法包括如下步骤：在无线充电系统运行时，通过电流传感电路实时获取无线充电系统原边输入电流的传感信号；以特定的频率采集原边输入电流在一特定相位对应的传感信号；对采集数据进行预处理；将经过预处理的数据输入预先设定的程序进行异物判别，若存在金属异物，则发出报警信号，否则继续识别是否存在金属异物。本发明提供了一种结构简单，识别过程快速、准确的无线充电系统金属异物识别方法，有助于保障无线充电系统的运行安全，该方法不需要借助温度、图像、雷达等外部传感器，仅通过无线充电系统自身的特征参数变化实现金属异物识别。数变化实现金属异物识别。数变化实现金属异物识别。
技术研发人员：谭林林 李昊泽 武志军 余永丰 黄学良
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.06.16
技术公布日：2022/11/1
