天津工业大年夜学张献教授团队无线电能传输系统的异物检测技能综述

天津工业大学天津市电工电能新技能重点实验室、中国电工技能学会的研究职员张献、邢子瑶、薛明、杨庆新、孙于，在2022年第4期《电工技能学报》上撰文，系统地阐述当前国内外无线电能传输系统异物检测技能的干系标准，并进一步指出当前检测标准存在的问题；其次将目前呈现的异物检测技能划分为赞助线圈异物检测技能、系统参数异物检测技能和传感器异物检测技能三大种别，针对每一类技能，分别剖析其基本事理、办理的技能问题及检测种别，并比拟三类检测技能的特性；最后进一步指出异物检测技能亟待办理的问题，为异物检测技能未来的研究供应方向。

无线电能传输技能是电能从电网到用电设备无需经由电气直接打仗的能量传输办法。
比较于传统的打仗式充电办法，无线充电因具有更高的可靠性与安全性、占地空间更小、利用办法灵巧、不易受外界环境成分滋扰、与电网互动能力强、可在某些极度环境和分外条件下运用等优点，从而发展迅猛，且随着理论成果研究层面向商业化发展的进程不断加快，无线电能传输技能已经在电动汽车、无人机、植入医疗设备、消费类电子产品、家用电器等领域得到了一定的推广运用。

无线电能传输系统的发射线圈与吸收线圈之间存在一个高频磁场区域，因系统运用在各种繁芜场景下，该区域不可避免地会有异物参与。
异物常日指不属于无线电能传输系统的任何一部分，但涌如今发射和吸收线圈表面及周围的物体。

在研究中常日将异物分为金属异物和生物体异物，当金属异物进入发射线圈及吸收线圈之间的磁场区域时，一方面，金属异物会因涡流损耗而迅速升温，若此时打仗可燃性物体，极易引发失火，造成安全隐患；另一方面，金属异物的参与会影响无线电能传输系统的传输功率与传输效率，使耦合机构的某些参数发生改变，导致系统无法进行正常事情，严重时还会使系统完备停滞运行。

当生物体异物进入该区域后，受到高强度磁场的影响，生物体可能会产生恶心、眩晕、肢体乏力及血压升高档症状，同时高强度的磁场还会对人体的免疫系统及神经系统造成一定的危害。
因此，须要对无线电能传输系统进行相应的金属异物以及生物体异物检测，高效、准确的异物检测技能对付无线电能传输系统运行的稳定性与安全性具有至关主要的保障浸染。

异物检测技能因其主要性已得到越来越多的科研机构、高校以及企业的广泛关注。
国外如帝国理工学院、奥克兰大学、蔚山大学、东京大学、韩国高档科学技能院、高通公司等研究团队；海内如哈尔滨工业大学、中科院电工研究所、喷鼻香港大学、重庆大学、山东大学等研究团队，已经在异物对系统影响、检测方法多样性以及实际运用等多方面进行了深入的研究，并取得了一定的研究成果。

本文紧张研究无线电能传输系统异物检测技能，首先阐述当前国内外无线电能传输系统异物检测技能的干系标准。
其次重点剖析了目前各项异物检测技能基本事理、办理的技能问题以及检测种别等内容，并比拟了各项检测技能的特性。
末了指出异物检测技能在标准制订及技能方面亟待办理的问题，为异物检测技能未来的研究供应方向。

在无线电能传输技能的商业化进程中，异物检测技能标准的制订与完善发挥着至关主要的浸染。
关于电动汽车的无线充电技能，国外紧张有三个组织进行干系标准的制订，分别为美国汽车工程师协会（SAE）制订的SAE J2954无线充电标准、国际电工委员会（IEC）制订的IEC 61980标准与国际标准化组织（ISO）制订的ISO 19363标准；关于手机等便携式移动设备的无线充电技能，紧张由WPC同盟制订的Qi标准、Duracell Powermat公司发起的PMA（Power Matters Alliance）标准以及三星、高通等公司创立的A4WP（Alliance for Wireless Power）标准。

在SAE J2954_201904标准中，对异物检测技能提出了相应的测试方法以及测试标准。
标准中选定了如硬币、线缆、易拉罐、回形针等13种异物作为测试样本，根据系统的运行或关闭状态，设置三种不同的初始条件。

异物检测系统是否合格的标准为：①异物在任何时候被检测到，系统都可自动停滞运行；②若发射端或系统中其他设备涌现损毁导致无线电能传输系统停滞运行，则剖断异物检测系统不符合标准；③当发射线圈的表面温度达到80℃以上且持续10min，在无线电能传输系统停滞运行后2min内监测表面温度，若2min内温度低于80℃，则认为异物检测系统符合标准。

J2954标准对付生物体异物检测供应了一种测试方法。
符合标准的生物体异物检测系统应知足：①检测区域涌现生物体异物时，系统急速减弱磁场；②该检测系统对生物体不会造成危害。

IEC 61980标准与ISO 19363标准对付异物检测技能部分的哀求保持同等，在异物检测技能部分中进行了相应的规定：①金属异物表面温度不得超过80℃；②非金属异物表面温度不得超过90℃。
标准中提出，可通过降落传输功率或中断系统运行直到异物从系统中打消两种方法来确保系统的安全性。

Qi标准中未对金属异物的温度提出详细的哀求，仅供应了两种异物检测方法：①对发射端进行温度监测，当温度超过其内部设定的阈值时，传输系统自动停滞事情；②功率损耗检测法，即对吸收端进行功率监测，将吸收端实际功率与预设功率进行比较，当该差值超过预设值时则剖断存在异物。

PMA和A4WP标准于2015年合并成为AirFuel Alliance标准，与Qi标准成为手机等便携式移动设备的无线充电技能两大主流标准。
个中，A4WP标准中并未对异物检测技能进行明确的规定，但为担保系统安全、稳定运行，分别对发射端及接管端设定运行状态：

（1）对发射端设定了四种运行状态，分别为配置状态、省电状态、低功耗状态及功率传输状态。
在功率传输状态中，系统实时监视状态转换、充电持续韶光、关闭韶光及故障情形。

（2）对吸收端设定了三种运行状态，分别为零值状态（Null）、启动状态（Boot）以及功率传输状态（On），在功率传输状态中，系统通过与发射端建立通信可确定剩余的充电韶光，同时，当过电压、过电流及过热等故障状况发生时，系统需立即停滞充电以避免造成安全隐患。

海内关于无线电能传输技能的标准紧张是由中国电力企业联合会、工业与信息化部门以及全国汽车标准化技能委员会等部门共同制订的《电动汽车无线充电系统》系列国家标准。
该标准体系方案标准18项，规范电动汽车无线充电系统在公共以及私人运用领域的性能哀求、安全哀求、测试哀求及试验方法等。

2020年4月，国家标准化管理委员会发布《电动汽车无线充电系统》通用哀求、车载充电设备间的通信协议及分外哀求等4项国家标准。
个中，在GB/T 38775.3《电动汽车无线充电系统 第3部分：分外哀求》中，对金属异物及活体异物检测技能提出了明确的哀求。

针对金属异物检测，标准中对生活常见金属如硬币、易拉罐、钢丝球及线缆等九种异物，在系统发射、吸收线圈间以及与系统水平间隔20cm、40cm及60cm处进行相应温升测试及灼热测试，金属异物表面温度需知足GB/T 38775.1《电动汽车无线充电系统 第1部分：通用哀求》中干系规定，同时，系统发射端必须具备金属异物检测及识别功能，当异物涌如今检测区域时，系统必须发出警告，且急速停滞充电或系统不启动。
针对活体异物，标准中哀求系统必须具备活体保护功能，能够判断保护区域内是否存在活体，当系统检测到活体异物存在时，系统必须发出警告，并停滞充电或系统不启动。

表1详细列出国内外标准对异物检测技能的干系规定以及测试方法。
总体而言，国内外关于金属异物及生物体检测技能的标准较为完全，但仍存在以下几点问题：

表1 异物检测技能标准

（1）由于异物材质的多样性导致标准短缺详细的界定，仍需进一步完善；（2）相较于金属异物检测，针对生物体异物检测标准制订内容较少；（3）未对检测系统精度进行干系规定；（4）对异物参与系统的办法并未进行明确规定等。

本文将目前呈现的诸多异物检测新技能划分为赞助线圈异物检测技能、系统参数异物检测技能和传感器异物检测技能三大种别，逐一剖析其基本事理、办理的技能问题以及检测种别等内容，并将三种检测技能的特性进行了比拟。

2.1 赞助线圈异物检测技能

这种方法常日要将检测线圈铺设在发射线圈上方，当金属异物靠近检测区域时，检测线圈的电感、阻抗等参数会发生改变，因此可以实现异物检测。
但当金属异物远小于检测线圈的体积时，异物对检测线圈的影响较小，此时很难实现异物检测。
为提高检测精度，常日须要利用多个足够小的线圈组成阵列式检测线圈进行检测，并对检测线圈外加勉励源，阵列检测线圈的异物检测方法如图1所示。
当金属异物参与时，通过剖析检测线圈的输出电压或输出电流的波形、幅值、频率等参数实现异物检测。

2.1.1 肃清检测盲区

由赞助线圈构造可知，该检测系统常日由多个足够小的线圈阵列组合而成，但在检测小线圈之间易存在空隙，当体积较小金属落入这些区域时，赞助线圈参数变革较小或无变革无法引起报警，形成了检测盲区。

图1 阵列检测线圈的异物检测方法

有学者通过对传统多层检测线圈构造进行优化提出了一种非重叠赞助检测线圈的方法，如图2所示。
系统紧张由一个高频逆变器、发射线圈、非重叠检测线圈以及异物检测电路构成。

图2 非重叠检测线圈

系统中没有金属异物时，两层线圈感应电压差值靠近零，金属异物参与系统使线圈互感发生变革，因此感应电压值发生颠簸，该差值超过设定阈值，实现对金属异物的检测。

非重叠线圈检测盲区如图3所示。
但当金属异物如图3中灰色部分所示，在不同检测线圈中覆盖面积相同时，此时电压变革为零。
无论单层构造或双层构造在该情形下均存在检测盲区。

为肃清盲区，有学者提出一种四层检测线圈构造，如图4所示。
通过在水平与垂直方向分别增加一层赞助线圈，此时无论金属异物的形状如何，或处于检测区域的任何位置，均可以精确地检测到电压变革，实现异物检测。
同时，根据产生电压变革的线圈不同，可通过上位机获取检测区域内金属异物的位置信息。

图3 非重叠线圈检测盲区

图4 四层非重叠线圈构造

有学者以该构造为根本，对线圈构造进行优化，通过获取非重叠线圈组的感应电压，同时实现了异物检测及车辆位置检测功能，并且通过实验验证，当硬币参与时，感应电压差增至无异物时的10倍以上，极大地提高了检测精度，但该构造同样存在如图5所示检测盲区。

图5 检测盲区

为肃清盲区，有学者将同样的构造进行对角定位交叉办法进行支配，一种肃清检测盲区的方法如图6所示。
此时当图5情形发生时，以对角交叉支配的第二层赞助线圈仍可产生电压变革，且不论金属异物在检测区域内任何位置，线圈阵列均可以产生电压差值，一定程度上肃清了检测区域内盲区。

图6 一种肃清检测盲区方法

此外，基于磁场在水平与垂直方向的对称分布，有学者提出了一种双层对称检测线圈，如图7所示。
在垂直方向将多个矩形检测线圈对称排列，为肃清检测盲区，在第二层将两组检测线圈以中央对称办法进行水平方向排列，当金属异物覆盖相邻线圈面积相同时，第一层检测线圈无电压变革差值，但通过检测第二层水平排列的检测线圈互感差值变革，实现对金属异物的检测，有效地肃清了检测区域盲区，提高了检测的可靠性。

图7 双层对称检测线圈

有学者基于检测线圈电感变革实现金属异物检测，为肃清检测盲区，提出了三层六边形阵列检测线圈系统以及四层矩形阵列检测线圈。

上述研究均以特定构造叠加赞助线圈来肃清盲区，此类方法一定程度上增加了检测系统占用空间体积以及设计制造的繁芜度。
为此，有学者提出了一种非重叠对称感应线圈，如图8所示。
将感应线圈组铺设在发射端上方，当金属异物参与时，由于引起磁场变革的相邻线圈并非是与其对称相连的检测线圈，故不同组的对称感应线圈将产生不相等的电压差，以此实现异物检测，肃清盲区。
文中利用边长40mm矩形铁片进行了实验验证，该感应线圈构造完备肃清了检测盲区，极大地提高了检测可靠性，且利用单层线圈构造，一定程度上降落了设计本钱。

2.1.2 可独立运行的赞助线圈系统

有学者基于差分放大事理设计了一种改进型平衡线圈，改进的探头构造如图9所示，不仅提高了检测精度，且减小了赞助线圈占用的空间。
有学者将六角线圈、四D形线圈、双环形线圈等七种不同构造的检测线圈与传统矩形检测线圈进行比拟，通过实验验证，七种不同形状的检测线圈的电感变革值均超过传统矩形检测线圈，具有更高、更均匀的灵敏度，且不会显著降落灵敏度的峰值。
当给予检测勉励旗子暗记时，金属异物的涌现使该旗子暗记发生变革，检测勉励的脉冲数、脉冲峰值均发生改变，实现金属异物检测。

图8 非重叠对称检测线圈

图9 改进的探头构造

有学者基于赞助线圈的阻抗特性，当不同种类异物进入检测区域时，检测线圈的阻抗参数（电阻部分、电抗部分、幅值、幅位）变革方向不同，可同时检测金属异物及生物体异物，但检测灵敏度有待提高。

上述赞助线圈系统虽已取得了良好的检测效果，但均存在一个共同的问题，即：这些检测系统均无法独立于无线电能传输系统事情，其都是依赖异物参与后，影响磁场发生改变，进一步检测其他参数从而实现异物检测。
但当电能传输系统关闭时，耦合区域不存在磁场，且若此时异物在电能传输系统开机前参与耦合区域，同样无法实现检测。

为办理上述问题，有学者提出了一种基于赞助线圈自感变革的检测系统，其构造如图10所示。
该系统中由并联谐振电路检测赞助线圈的自感变革，并联谐振电路由独立电流源单独供电，因此可独立于无线电能传输系统运行。
多组环形线圈拼接安装在发射线圈上方，为抵消赞助线圈的感应电压，每组环形线圈由两个极性相反的线圈串联组成。

图10 自感变革金属异物检测

该系统不再依赖磁场变革造成的参数改变实现异物检测，而是通过丈量金属异物参与后，其阻抗对赞助线圈自感的影响。
同时，由于吸收线圈与感应线圈之间的间隔远小于金属物体和感应线圈之间的间隔，当发射线圈与吸收线圈未对准时，对感应线圈的自感变革的影响可以忽略不计，从而提高了可靠性。

有学者为肃清感应电压，使同一通道中的两个感应线圈的匝数不同。
因此，同一通道的两个感应线圈的灵敏度不相同，即在灵敏度较低的线圈中可能存在检测盲区，且发射线圈的匝数不同，加大了设计制造难度。
因此，有学者在此根本上对线圈构造进行优化，提出一种基于赞助线圈自感变革的对称线圈构造，如图11所示。
文中通过剖析检测线圈品质因数以及金属异物尺寸对检测灵敏度的影响，减少赞助线圈组数，降落了制造本钱。
采取对称构造，极大地简化了制造设计流程，且同组线圈

图11 对称检测线圈构造

匝数相同，感应电压为零，每组线圈检测灵敏度相同，从而完备肃清了检测盲区。
检测线圈与谐振电容采取并联谐振办法以放大线圈自感变革，提高了检测精度。

赞助线圈异物检测技能本钱较低，检测可靠性强，与干系算法结合可提高检测灵敏度。
但缺陷在于该技能不适用于便携电子设备等小功率无线电能传输系统，由于小功率系统中金属异物造成功率损耗较低，且检测线圈输出电压变革相对较小，不易达到上位机电压报警阈值，无法准确实现金属异物检测，因此在小功率系统中可靠性较差。

而对付电动汽车等大功率无线电能传输系统，由于参与金属异物的体积常日相对较小，虽会造成一定的功率损耗，但并不能使无线电能传输完备停滞运行，且通过对检测线圈阵列的合理设计，可肃清检测盲区，提高检测系统可靠性。
此外，检测装置须要占用一定的空间，且该检测技能在发射线圈与吸收线圈未对准时，检测精度会受到一定程度的影响。

2.2 系统参数异物检测技能

系统参数异物检测技能紧张针对金属异物，检测系统某些参数如电压、电流、谐振频率、功率损耗、线圈品质因数等，根据这些参数的变革判断系统中是否有异物参与。
根据金属异物的去磁效应以及热效应，将金属异物的电感与电阻等效为L3与R3引入电路中，金属参与等效电路如图12所示。

Ii（i=1, 2, 3）为参与的金属异物以及发射线圈和吸收线圈的回路电流，M12为发射线圈和吸收线圈间的互感，M23为金属异物和吸收线圈间的互感，M13为金属异物和发射线圈间的互感。
rs、R1、R2、R3分别为电源内阻、发射线圈等效电阻、吸收线圈等效电阻和金属异物等效电阻。
L1、L2、L3分别为发射线圈电感、吸收线圈电感和金属异物等效电感，C1、C2分别为发射端与吸收端谐振电容。

图12 金属参与等效电路

对该检测事理剖析可知，该技能的关键是要检测到异物引起的参数变革。
但当金属异物的体积较小时，其参与后造成的参数变革相对较弱，而金属异物由于涡流损耗迅速升温又极易引发安全事件。
因此，为准确地实现对各种金属异物的检测，提高系统参数异物检测技能的可靠性成为近几年国内外某些高校及科研机构紧张办理的技能问题。

有学者基于平面盘式螺旋线圈仿真模型，剖析了不同材质、体积的金属异物，处于无线电能传输系统能量传输区域的不同位置时，对付系统的参数变革相对值及系统效率的影响。
文中实验表明，金属的混入而产生的涡流效应、磁效应会对无线电能传输系统参数产生不同的影响。
该检测系统灵敏度较高，但检测流程比较繁芜。

有学者通过检测发射线圈电压及电流变革实现对金属异物的检测。
金属异物参与使发射线圈的电压及电流的变革超过预设值，此时系统将发出故障报警，若异物未被及时打消，异物检测系统则会中断电能传输。
但该系统可靠性较差，无法检测到体积较小的金属异物，且检测算法较为繁芜。

因此，有文献提出基于频率参数的异物检测技能。
有学者的研究表明，金属异物参与与发射线圈发生耦合，导致谐振频率发生改变，文中采取边长20cm、厚度1mm的矩形铜片进行实验验证，实现了异物检测。

有学者在此根本上进行更进一步的研究，通过掌握变量的方法比拟系统参数的变革，经实验验证，得到了金属异物参与后谐振频率升高约24%。
此外，有学者提出一种基于频率差值的检测方法，首先检测当系统在事情状态时的第一开关频率，将其与系统内无异物时的第二开关频率进行比较，得到一个差值，当所述第一开关频率与第二开关频率的差值在预设范围内时，剖断有异物参与到检测区域中。

有学者通过监测系统谐振频率变革以及一次侧谐振电流差值可判断参与耦合区域内金属异物处于发射线圈表面或发射线圈中央附近，且通过与设定阈值进行比较，可判断此时发射线圈与吸收线圈是否存在未对准的故障。

由于金属在高频耦合区域产生涡流效应，会造成无线电能传输系统的功率损耗。
Qi标准所采取功率损耗检测技能，通过比拟预设吸收端功率与实际吸收端功率差值，实现金属异物检测。
虽然该检测技能可靠性较高，但由于金属异物造成的损耗常日低于10W，因此在大功率系统中该检测技能并不适用。

品质因数作为无线电能传输系统的一种主要参数，反响了电路谐振的强弱程度，它的大小直接影响系统的性能，是评判电路损耗情形的一种主要指标。
因此，有学者针对S/S型磁耦合无线电能传输系统，提出一种基于等效品质因数的非铁磁性金属异物检测方法。
将拾取端移除后系统等效电路中的电压比值定义为等效品质因数，通过比拟有无非铁磁性金属异物参与时系统等效品质因数模型，给出了剖断是否存在非铁磁性金属异物的阈值确定方法，基于仿真和实验结果，在金属异物参与发射端和吸收端之间或周围后，等效品质因数有较大幅度降落，实现了非铁磁性金属异物检测。

系统参数异物检测技能的优点在于不须要占用额外的空间，可通过算法优化提高检测灵敏度。
但对付大功率无线电能传输系统，当参与的金属异物体积相对较小时，引起的系统参数变革不易被检测，因此仅适用于小功率无线电能传输系统。
且在电能传输过程中，线圈错位也会引起干系参数的变革，因此这类方法在利用中须要对金属异物及线圈错位进行区分。

2.3 传感器异物检测技能

在此类异物检测技能中，须要借助传感器设备实现异物检测。
如雷达传感器、超声波传感器、温度传感器、热成像相机、光学传感器等，该类技能常日可以同时检测生物体异物及金属异物。
由于传感器种类繁多，如何根据实际运用需求，考虑本钱、利用环境及传感器利用寿命等多种成分，选择不同种类的传感器，或将多种传感器组合利用以实现更好的检测效果，成为该类技能所需办理的紧张问题。
基于雷达、超声波传感器检测技能的基本事理是发射波碰着异物发生反射，通过判断目标点与异物之间的间隔，对异物的位置和类型进行检测。

有学者将雷达传感器发射端安装在发射线圈正上方，雷达异物检测办法如图13所示。
为增加检测的可靠性，该装置还在检测区域内为一个发射端配备多个吸收端进行异物检测，用以肃清检测盲区。
然而该设计利用传感器数量较多，增加了制造本钱。

图13 雷达异物检测办法

为此，有学者仅将单个雷达传感器安装在车身一侧，即实现了对车身下方耦合区域的检测。
且采取二维旗子暗记处理技能，使系统可以检测出轻微移动的物体，增加检测灵敏度，并可以准确地区分移动或静止的物体，减小了系统的误报警次数。
经实验验证，系统可以实现将人的手臂和其他静止非生物体异物进行准确区分。

随着近几年机器学习技能的迅猛发展，通过与相应传感器结合，可实现良好的检测效果。
有学者提出了一种热成像相机与机器视觉学习相结合的金属异物检测技能，热成像检测方法如图14所示。

图14 热成像检测方法

系统硬件部分仅利用单个热成像相机作为传感器，构造大略、降落了本钱；软件部分为降噪卷积自动编码器的深度学习算法，先对异物原始图像进行噪声添加处理，可防止图像过拟合，并演习神经网络忽略随机噪声，再对添加噪声的图像进行处理，原始图像被编码成较低维图像供神经网络学习，神经网络在学习图像的关键特色后，将该图像解码，末了输出与原始异物图像大小相同的重构图像。

自动编码器经由演习，可识别传入个中的图像有无异物存在。
文中针对不同的初始条件及测试工具成功完成了实验验证，具有较好的适用性及可靠性。

有学者基于机器视觉学习技能，通过对发射线圈表面图像进行监控，实现对异物自动化检测与识别，如图15a所示。
该异物检测装置安置在停车位的两个限位挡块之间的区域内，能够实现的检测范围为无线充电发射线圈500~1100mm的间隔。
通过建立机器学习模型，基于Tensorflow框架，结合采集到的各种异物图片，如图15b所示，演习了基于支持向量机（Support Vector Machine, SVM）的异物识别网络。
经由实验验证，系统能够准确地辨别金属异物、光斑与光影，识别精确率高达95%。

此外，有学者提出一种以梳状电容传感器为根本的生物体异物检测装置，用于电动汽车无线充电系统，梳状电容检测方法如图16所示。
该生物体异物检测系统安装在发射线圈平台，将电容传感器以最优梳状进行安装，实验表明，该种构造可使电容传感器得到相同的电容值。
该装置对电容传感器的运用与大部分装置不同，该电容传感器抑制了生物体与大地之间的电容耦合，为了提高检测灵敏度，检测出生物体涌如今系统中引起极小的电容变革，系统对电容耦合进行了相应处理。

图15 基于机器视觉的检测方法

图16 梳状电容检测方法

金属异物的涡流效应会使其进入到发射、吸收线圈之间的耦合区域，温度迅速上升。
根据这一特点，通过利用温度传感器对系统进行温度监测，从而准确、迅速地实现金属异物检测。

但对付生物体异物，仅利用温度传感器可靠性较差，因此有学者将温度传感器与光学相机相结合，共同构成生物体异物检测系统，并安装在车载线圈两侧，传感器与光学相机结合的生物体检测装置如图17所示。

两种检测方法组合利用，使该系统可以同时区分金属异物与生物体异物。
基于传感器的异物检测技能优点是设备不须要占用较多的空间体积，通过对安装位置进行合理设计可实现较大的检测范围，

图17传感器与光学相机结合的生物体检测

具备同时检测金属异物及生物体异物的能力，不易受到温度、噪声等成分滋扰，具有良好的可靠性；其缺陷是部分种类传感器造价较高，利用过程随意马虎受到灰尘、泥土的遮盖影响检测效果，须要进行定期掩护；设备受到外力浸染随意马虎损毁可能导致无法正常利用。

表2对三类异物检测技能的优缺陷、检测异物种类及适用功率进行了总结。
不同的检测技能的检测种类及利用系统的功率哀求不同。
根据详细的利用需求选择得当的检测方法以得到最优的异物检测效果。

表2 异物检测技能特性比拟

3.1 完善异物检测技能标准

当前国内外已基本完成了针对电动汽车及便携式设备无线电能传输系统根本标准的制订，但异物检测技能部分的标准尚不完善。
为了给无线电能传输技能供应更全面的安全保障，须要尽快对金属异物检测标准、检测精度进行详细数值的界定，进一步完善对异物参与办法以及生物体异物检测方面的干系检测哀求。

3.2 提高可靠性与灵敏性

在无线电能传输系统中，对基于不同事理与方法的异物检测技能的改进，归根结底是对异物检测技能可靠性与灵敏性的提升。
异物检测系统需担保在异物参与时，减少漏检、误检的次数，肃清检测盲区，提升系统的可靠性；此外，灵敏性哀求检测系统应具备异物参与时及时发出报警旗子暗记或中断电源的能力，预防危险情形发生。

为担保灵敏性，检测系统的阈值无法设置得过高，但当检测系统的阈值设置过低时，系统一旦受到轻微滋扰引起的变革，都可能会导致检测的误报，难以担保检测的可靠性。
因此，异物检测系统在设计过程中必须要根据实际的运用处景，设计出知足相应可靠性与灵敏性的检测系统。

3.3 优化异物检测技能的算法

当前异物检测技能的多样性不断增加，但更多的研究看重对付检测系统硬件的提升、更高程度的集成化以及各种传感器的智能化。
对付软件算法的优化研究较少。
软件算法可从对异物图像的处理、异物的识别、检测数据采集与处理等多方面进行优化。
结合详细传感器异物检测技能，针对检测过程中可能会受到的滋扰，通过改进算法，可以提高系统的可靠性。

4.1 异物防护方法

当前对无线电能传输系统中异物检测技能的研究紧张集中在检测方法改进、检测灵敏度的提升，对异物防护方法研究较少。
在异物误入系统之前，建立相应的防护方法，在无线电能传输过程中，即可将异物隔离在外，有效避免金属异物迅速升温造成的危险，以及对生物体造成的危害。
当异物误入系统后，迅速实现异物驱离，降落对系统的影响，担保系统以稳定的状态连续运行。

4.2 生物体异物检测技能多样性

当前对付异物检测技能的研究及异物检测标准的制订紧张针对金属异物，涉及生物体异物检测技能的干系研究内容较少。
文中阐述的几种生物体异物检测技能均具有一定的局限性。
随着无线电能传输技能不断发展，安全隐患问题必定会受到越来越多的关注，因此生物体异物检测的主要性不断增加。

对付无线电能传输生物体异物检测技能，应利用更多样化的方法，如压力、红外、超声波等检测技能，将这些检测方法科学、高效地结合运用于异物检测技能中，更准确、迅速地实现生物体异物检测。

4.3 与新兴技能相结合的异物检测方法

随着无线电能传输技能的运用范围越来越广，对异物检测技能的哀求不断提高，当前如人工智能技能、视觉机器学习、大数据等新兴技能发展迅速，应将这些技能合理利用于异物检测技能中。
如利用人工智能技能优化异物检测算法，提高异物检测硬件部分的集成化，结合机器学习技能提高检测可靠性，采取模式识别算法对检测异物种类准确区分等。
因此将新兴技能与异物检测技能相结合是主要发展方向之一。

4.4 扩大异物检测技能的适用范围

当前无线电能传输系统中异物检测技能紧张运用于日常生活场景，如电动汽车、体内植入医疗设备以及便携电子产品。
随着无线电能传输技能在如深海环境、宇宙空间、高温高压环境等繁芜场景下的运用，一定要扩大异物检测技能的运用范围。
这些环境对异物检测技能必定也有更繁芜的哀求，因此，为保障无线电能传输技能更迅速的发展，需进一步扩大异物检测技能的适用范围。

4.5 提高无线电能传输系统对异物的抗滋扰能力

通过对系统参数进行相应设置、优化检测算法、改进系统设备等方法，在实现异物检测的同时，系统可及时做出相应调度，降落异物参与对系统的影响，在不断电的情形下，担保系统连续以正常状态运行。
提高系统对异物的抗滋扰能力，这也是异物检测技能发展的主要方向之一。

本文详细先容了异物检测技能干系标准，并指出当前标准存在的问题。
针对赞助线圈、系统参数、传感器三大类别的异物检测技能，逐一阐明基本事理、所办理的技能问题以及检测种别，比拟剖析了三类异物检测技能的特性。
末了指出了异物检测技能亟待办理的问题，对其未来的研究供应方向。

可以看到，异物检测技能已经取得了一定的进展，但仍有许多关键技能问题有待办理，如异物检测标准的完善、检测系统可靠性与灵敏性的提升、异物检测技能干系算法等。
为了加快异物检测技能发展，可以从异物防护、生物体检测方法多样性、异物检测与新兴技能结合、异物检测技能适用范围、系统对异物的抗滋扰能力等多个方向进一步对异物检测技能进行深入的研究。

张献, 邢子瑶, 薛明, 杨庆新, 孙于. 无线电能传输系统异物检测技能研究综述[J]. 电工技能学报, 2022, 37(4): 793-807. Zhang Xian, Xing Ziyao, Xue Ming, Yang Qingxin, Sun Yu. Overview of Foreign Object Detection inWireless Power Transfer System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(4): 793-807.