1. 课程导入

无线电能传输（Wireless Power Transfer，WPT）是指不通过金属导体直接接触，而借助电场、磁场、微波或激光等媒介，将电能从发射端传递到接收端的技术。它让充电从“插线”走向“无感”，在消费电子、电动汽车、医疗植入设备、工业机器人、水下装备等场景中快速落地。对于本课程而言，理解 WPT 的基本能量通路，是理解“为什么必须做异物检测与保护”的前提。

一、无线电能传输技术概述

按照传输机理，WPT 通常分为四类：磁感应式、磁共振式、微波/射频式以及激光/光学式。当前产业化最成熟的是磁感应与磁共振，它们都依赖交变磁场在发射线圈与接收线圈之间耦合。其核心能量链路可以概括为：

工频交流 → 整流滤波 → 高频逆变 → 发射线圈/补偿网络
        → 空间交变磁场 → 接收线圈/补偿网络
        → 整流稳压 → 负载（电池/电机/电子设备）

在这条链路中，发射线圈与接收线圈之间的空间是“开放”的。开放意味着灵活，也意味着风险：任何进入该空间的金属、线圈、生物组织或液体，都可能改变磁场分布、吸收能量或引发涡流发热。这正是异物检测（Foreign Object Detection，FOD）与保护机制存在的根本原因。

二、异物检测与保护的重要性

在无线充电场景中，常见的异物包括硬币、钥匙、回形针、易拉罐拉环、金属碎片、银行卡、金属手机壳，以及动物、人体组织等。它们带来的危害主要有三类：

• 热危害：金属异物在交变磁场中产生涡流，温度可在数十秒内升至 80℃ 以上，引燃纸张、塑料或灼伤皮肤。
• 性能危害：异物改变线圈等效电感与阻抗，导致传输效率下降、功率波动、通信误码，甚至使系统偏离谐振点。
• 安全与合规危害：异物可能造成电池过充、过热、起火，触发安规认证失败，影响产品上市与用户信任。

因此，一个完整的 WPT 保护体系通常包含：异物检测、活体保护、过温保护、过流/过压保护、通信链路监控与故障降额策略。它们共同构成从“感知”到“判断”再到“执行”的闭环。

三、课程学习目标与整体框架

本课程围绕“能传、能测、能判、能护”四条主线展开，目标是让学习者既能理解 WPT 的电磁与电路基础，又能掌握异物检测的工程实现方法，并具备系统级保护设计思维。具体学习目标如下：

1. 理解磁感应与磁共振 WPT 的能量传输原理、补偿拓扑与关键参数。
2. 掌握异物检测的物理机理：涡流效应、阻抗变化、温度场与品质因数变化。
3. 熟悉主流 FOD 技术：线圈参数法、功率损耗法、红外热成像、超声波、电容/电场传感与机器学习识别。
4. 能够设计从感知、判断到执行的多级保护策略，并完成测试与故障复盘。
5. 了解国内外标准与安规要求，建立合规与安全意识。

课程整体框架可分为五个模块：基础篇（WPT 原理与系统构成）、检测篇（异物检测方法与传感器）、算法篇（信号处理与识别）、保护篇（保护策略与执行机构）、实践篇（测试、案例与排障）。本章作为导入，先建立全局认知。

四、案例与场景：从一次“硬币发热”说起

某电动汽车无线充电样机在实验室测试时，发射线圈表面被一枚硬币覆盖。系统仍能充电，但 3 分钟后硬币温度升至约 95℃，附近塑料垫片出现软化。复盘发现：系统只监测了输出功率，没有监测线圈阻抗与温度；FOD 阈值设置过高，且未做多传感器融合。改进方案包括：增加线圈阻抗变化检测、红外温度阵列、功率损耗比对，并设置“温度超过 60℃ 立即降功率、超过 75℃ 停充”的分级策略。