CN107005094A - 无线电力发送装置和无线电力发送装置的异物检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种根据本发明的一个实施方式的无线电力发送装置的异物检测方法包括以下步骤：周期性地输出探测信号以感测无线电力接收装置；感测探测信号的输入电流；将所感测的输入电流与预置电流值进行比较；以及如果针对多个探测信号的所感测的输入电流超过预置电流值，则确定在无线电力发送装置的表面上存在异物。

Description

无线电力发送装置和无线电力发送装置的异物检测方法
技术领域
本发明涉及无线充电，并且更具体地涉及用于检测无线充电系统中所包括的无线电力发送装置上的异物的方法。
背景技术
随着无线通信技术的进步，将电力无线地发送至电子设备的无线电力发送/接收技术已经开始受到更多的关注。该无线电力发送/接收技术可以多样化地不仅被应用于移动终端的电池充电，而且被应用于向家用电器、电动汽车或地铁的电力输送。
无线电力发送/接收技术使用磁感应的基本原理。在这种情况下，为了提高电力发送和接受效率，必需对准无线电力发送装置的发送线圈和无线电力接收装置的接收线圈。如果在无线电力发送装置和无线电力接收装置之间存在异物(FO)，则不仅电力发送和接收效率变低，而且由于在无线电力发送装置与异物接触的区域周围的温度的升高而可能会存在遭受烧毁或火爆的担忧。
这些异物的代表性示例是盘形硬币、环形附件、箔型薄金属板等，特别是由钢或铝形成的异物会引起问题。
通常，无线电力发送装置周期性地发送探测信号(ping signal)以确定是否存在无线电力接收装置，并且在存在无线电力接收装置的情况下，在识别和配置处理之后，无线电力发送装置将电力传输至无线电力接收装置。
在电力传输期间，无线电力发送装置计算由于异物而引起的电力损耗，并且如果电力损耗量大于预定水平，则假设存在异物并且可以停止电力传输。或者，在电力传输期间，无线电力发送装置检测表面的温度，并且如果该温度升高到预定水平之上，则假设存在异物并且可以停止电力传输。
然而，当使用该方法时，检测异物的时间较晚，使得已经产生热，因此当充电效率变低时，电力传输停止。此外，当从无线电力发送装置未获得接收电力信息时，存在在低充电效率的状态下连续发送电力的问题。此外，即使不存在无线电力接收装置，无线电力发送装置也由于被连续发送的探测信号而变热。
发明内容
[技术问题]
本发明的实施方式提供了一种用于检测无线充电系统中所包括的无线电力发送装置上的异物的方法。
[技术解决方案]
一种根据本发明的实施方式的用于检测无线电力发送装置上的异物的方法，包括：周期性地输出探测(ping)信号以感测无线电力接收装置；感测探测信号的输入电流；将所感测的输入电流与预定电流值进行比较；以及当针对多个探测信号的所感测的输入电流超过预定电流值时，确定无线电力发送装置的表面上存在异物。
多个探测信号可以是连续被释放至少两次的多个探测信号。
当所感测的输入电流是预定电流值的至少1.3倍时，可以确定无线电力发送装置的表面上存在异物。
预定电流值可以是在无线电力发送装置的表面上不存在异物的情况下预期要被感测到的探测信号的输入电流。
当确定存在异物时，所述方法还可以包括将报警消息发送至异物检测指示器。异物检测指示器可以是装备在无线电力发送装置中的显示器或者装备在无线电力接收装置中的显示器。例如，在接收器或便携式终端的显示器设置在车辆中的情况下，对于检测而言可以通过车辆中的显示器或扬声器来进行指示。
一种无线电力发送装置，包括：电流传感器，该电流传感器感测输入电流；逆变器，该逆变器将输入电流转换成交流波形；谐振电路，该谐振电路被逆变器激活，以及控制单元，该控制单元控制逆变器，其中，电流传感器感测针对周期性地输出的探测信号的输入电流以感测无线电力接收装置，其中，控制单元将所感测的输入电流与预定电流值进行比较，并且当针对多个探测信号的所感测的输入电流超过预定电流值时，控制单元确定存在异物。
多个探测信号可以是连续被释放至少两次的多个探测信号。
当确定存在异物时，控制单元可以被配置成将报警消息发送至异物检测指示器。
当确定存在异物时，控制单元可以控制逆变器以停止输出探测信号或停止传输电力。
逆变器可以是半桥逆变器或全桥逆变器。
控制单元可以使用PWM(脉宽调制)方法来控制逆变器。
谐振电路可以包括电容器和至少一个第一线圈。
谐振电路可以包括三个第一线圈。
一种根据本发明的实施方式的用于无线电力发送装置的无线电力发送的方法，包括：周期性地输出探测信号以感测无线电力接收装置；在输出探测信号的情况下检测无线电力发送装置上是否存在异物；当检测到异物时，将报警消息发送至外部装置；当检测到无线电力接收装置时，执行用于将电力传输至无线电力接收装置的配置；以及将电力传输至无线电力接收装置。
[有利效果]
根据本发明的实施方式，还在启动电力传输之前的步骤中，可以以高度的灵敏性检测存在于无线电力发送装置上的异物。因此，可以提高无线充电效率并且防止用户由于异物而遭受低温烧伤。此外，通过防止无线电力发送装置的表面由于异物而保持在高温状态下达较长时间，可以提高无线电力发送装置的耐用性。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图。
图2是示出根据本发明的实施方式的被对准的无线电力发送装置和无线电力接收装置的图。
图3是根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的框图。
图4是根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的电路图的一个示例。
图5是根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的电路图的另一示例。
图6是示出根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的无线电力发送方法的流程图。
图7是示出根据本发明的实施方式的用于检测无线电力发送装置的异物的方法的流程图。
图8是根据本发明的实施方式的用于对检测异物的方法执行仿真的发送线圈的示例。
图9是示出在无线电力发送装置的表面上不存在异物的情况下对针对探测信号的输入电流的测量结果的图。
图10是示出在电力接收装置被设置在无线电力发送装置的表面上的情况下对输入电流的测量结果的图。
图11是示出在10韩元硬币被放置在图8的线1(L1)上的情况下对针对探测信号的输入电流的测量结果的图。
图12是示出在500韩元硬币被放置在图8的线1上的情况下对针对探测信号的输入电流的测量结果的图。
具体实施方式
虽然本发明容许各种修改和替选实施方式，但是描述了并在图中以示例示出了其具体实施方式。然而，应当理解的是，并不意在将本发明限于所公开的特定实施方式，相反，本发明要涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替选。
应当理解的是，虽然包括序数的术语如“第一”、“第二”等在本文中可以用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分。例如，在不偏离本发明的概念的教示的情况下，可以将第二元件命名为第一元件，类似地，也可以将第一元件命名为第二元件。术语“和/或”包括相关的列出项目中的一个或更多个的任意组合及所有组合。
当一个元件被称为“连接至”另一元件或与另一元件“耦合”时，不仅其可以直接连接或耦合至该另一元件，而且也可以理解为可以存在中介元件。相反，当一个元件被称为“直接连接至”另一元件或与另一元件“直接耦合”时，不存在中介元件。
本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并不意在限制本发明的概念。如本文所使用的，除非上下文另行明确指出，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”意在也包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”时，指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
除非另外定义，否则本文中所使用的包括技术术语和科技术语的所有术语具有与本发明的概念所属领域中的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还应当理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的这些术语应当被理解为具有与在相关领域的背景下它们的意思一致的意思，而不应当以理想化的或过于形式的含义被理解，除非在本文中清楚地这样定义。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式，与附图中的数字无关，相同或相应的元件被分配相同的附图标记，并且将省略重复的描述。
图1示出了根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图。
参照图1，无线充电系统10包括电源100、无线电力发送装置200、无线电力接收装置300和负载端子400。
无线电力发送装置200连接至电源100并且接收来自电源100的电力。此外，无线电力发送装置200将电力无线地发送至无线电力接收装置300。在这种情况下，无线电力发送装置200可以使用电磁感应方法来发送电力。为此，无线电力发送装置200可以包括电力转换单元210和控制单元220。电力转换单元210将从电源100输入的电能转换成电力信号。此处，电力信号可以指代振荡磁场。为此，电力转换单元210可以包括至少一个发送线圈(主线圈)。例如，发送线圈可以包括3个发送线圈(L主(LP)、L左(LL)和L右(LR))。此外，控制单元220控制无线电力发送装置200的电力发送。例如，控制单元220可以将要被发送的电力调整到无线电力接收装置300所需的水平。
无线电力接收装置300无线地接收来自无线电力发送装置200的电力。此外，无线电力接收装置300将所接收的电力提供给负载端子400。为此，无线电力接收装置300可以包括电力接收单元310和控制单元320。电力接收单元310将从无线电力发送装置200接收的电力信号转换成电能。为此，电力接收单元310可以包括接收线圈(次线圈)。此外，控制单元320控制无线电力发送装置300的电力发送。例如，控制单元320可以将要被发送的电力调整到适合于负载端子400的水平。
图2是示出根据本发明的实施方式的被对准的无线电力发送装置和无线电力接收装置的图。图2中所示的无线电力发送装置1200和无线电力接收装置1300分别与图1中所示的无线电力发送装置200和无线电力接收装置300对应。
参照图2，无线电力发送装置1200包括遮蔽层1210、设置在遮蔽层1210上的线圈层1220以及设置在线圈层1220上的表面层1230。线圈层1220可以与主线圈可替选地使用，而表面层1230可以与接口表面可替选地使用。线圈层1220可以包括在平面上以盘旋形状或螺旋形状线缠绕的至少一个线圈，并且每个线圈可以具有圆形形状、跑道形状、矩形形状、三角形形状或圆角多边形的形状。线圈层1220和表面层1230可以彼此间隔开预定距离。线圈层1220可以包括至少一个线圈。例如，线圈层1220可以包括单个发送线圈、并联设置的2个发送线圈或在并联设置的2个发送线圈(LL、LR)上设置的一个发送线圈(LP)。
此外，无线电力接收装置1300包括遮蔽层1310、设置在遮蔽层1310上的线圈层1320以及设置在线圈层1320上的表面层1330。线圈层1320可以与次线圈可替选地使用，而表面层1330可以与接口表面可替选地使用。线圈层1320可以包括在平面上以盘旋形状或螺旋形状线缠绕的至少一个线圈，并且每个线圈可以具有圆形形状、跑道形状、矩形形状、三角形形状或圆角多边形的形状。线圈层1320和表面层1330可以彼此间隔开预定距离。
对于无线充电而言，无线电力发送装置1200的表面层1230和无线电力接收装置1300的表面层1330面对面，并且表面层1220和表面层1320可以在相互对应的位置中对准。
如果无线电力发送装置1200的表面层1230上存在异物，则需要无线电力发送装置1200检测异物。通常，无线电力发送装置1200可以使用如下所示的等式1来在电力传输步骤中检测异物。
[等式1]
FOloss＝PTX-PTXloss-PRX
此处，PTX指代由无线电力发送装置1200发送的电力，PRX指代由无线电力接收装置1300接收的电力，以及PTXloss指代预先预期的在电力发送期间出现的损耗值。当FOloss超过临界值(Pfod_th)例如250mW至350mW的范围时，无线电力发送装置1200可以确定在无线电力发送装置1200上存在异物。然而，当使用该方法时，对异物的检测的灵敏度为低，并且由于异物是在执行电力发送的情况下被检测的，因此存在关于电力发送效率降低的问题。
因此，必需在电力发送步骤之前通过检测无线电力发送装置上的异物来防止表面1230的温度升高，并且提高无线充电效率。在无线电力接收装置不发送关于接收的电力的信息或无线电力接收装置未被放置在无线电力发送装置上的情况下，这样的方法对于检测异物是有用的。在下文中，根据本发明的实施方式来说明用于检测异物的方法。
图3是根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的框图，图4是根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的电路图的一个示例，以及图5是根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的电路图的另一示例。
参照图3至图5，无线电力发送装置200包括电流传感器210-1、逆变器210-2、谐振电路210-3和控制单元220。
电流传感器210-1感测输入到逆变器210-2的输入电流，并且将其输送至控制单元220。在本公开内容中，电流传感器210-1可以与感测单元可替选地使用。
逆变器210-2将输入的直流电流(DC)转换成交流电流(AC)波形，并且激活谐振电路210-3。逆变器210-2可以是如图4所示的半桥逆变器或者如图5所示的全桥逆变器。在图4和图5中，分别示出了半桥逆变器和全桥逆变器的结构的一部分，然而，其可以实现本领域通常已知的半桥逆变器和全桥逆变器。
谐振电路210-3包括串联连接的第一线圈单元和电容器(CP)。第一线圈单元可以包括并联连接的至少一个第一线圈。虽然图4和图5中以示例的方式示出了谐振电路210-3包括三个第一线圈(例如，LP、LL、LR)，但是谐振电路不限于此。
电流传感器210-1、逆变器210-2和谐振电路210-3可以被包括在图1中的无线电力发送装置200的电力转换单元210中。
控制单元220接收来自无线电力接收装置的消息，对该消息进行解码并且控制电力发送。特别地，控制单元220使用从电流传感器210-1输出的值来控制逆变器210-2。
根据本发明的实施方式，电流传感器210-1感测针对周期性地输出的探测信号的输入电流。此处，探测信号表示从无线电力发送装置输出以感测无线电力接收装置的信号。此外，输入电流指代输入到逆变器210-2的电流。
控制单元220将由电流传感器210-1感测的输入电流与预定电流值进行比较，并且当针对多个探测信号的所感测的输入电流超过预定电流值时，确定在无线电力发送装置200的表面上存在异物。
当确定在无线电力发送装置200上存在异物时，控制单元200可以被配置成将报警消息发送至异物检测指示器或者控制单元200可以被配置成控制逆变器210-2以停止输出探测信号或停止传输电力。在这种情况下，控制单元220可以使用PWM(脉宽调制)方法来控制逆变器210-2。
图6是示出根据本发明的实施方式的无线电力发送装置的无线电力发送方法的流程图，以及图7是示出根据本发明的实施方式的用于检测无线电力发送装置上的异物的方法的流程图。
参照图6，无线电力发送装置输出探测信号(S500)。探测信号表示从无线电力发送装置周期性地输出以感测无线电力接收装置的信号。可以根据预定周期例如每400ms输出探测信号。探测信号可以是具有某峰值的信号。
无线电力发送装置在输出探测信号的情况下检测无线电力发送装置上是否存在异物(S510)。将参照图7详细描述由无线电力发送装置检测异物的处理。参照图7，无线电力发送装置周期性地输出探测信号(S600)，并且感测针对探测信号的输入电流。输入电流指代能够被无线电力发送装置中所包括的电流传感器感测并且被输入至逆变器的电流。此外，无线电力发送装置将所感测的输入电流与预定电流值进行比较(S620)。此处，预定电流值可以指代在无线电力发送装置的表面上不存在异物的情况下预期要被感测到的探测信号的电流。针对正常探测的情况，当所感测的输入电流与预定电流值之间的差在临界值之下时，无线电力发送装置可以确定不存在异物，然后连续地输出探测信号。一方面，针对异常探测的情况，当针对探测信号的所感测的输入电流与预定电流值之间的差超过临界值时，对异常探测的数量进行计数(S630)。当异常探测信号重复两次或更多次时(S640)，无线电力发送装置确定无线电力发送装置的表面上存在异物(S650)。相比之下，当异常探测被计数仅一次时，无线电力发送装置可以确定不存在异物，然后继续输出探测信号。当无线电力发送装置上存在异物例如硬币等时，施加至探测信号的电流可能不会离开无线电力发送装置的表面，并且电流停留在无线电力发送装置的表面上。因此，针对探测信号的所感测的输入电流可以被表示为比预期的电流高。在这种情况下，当针对探测信号的所感测的输入电流连续超过预定电流值两次，则无线电力发送装置可以确定无线电力发送装置的表面上存在异物。此处，当针对探测信号的所感测的输入电流是预定电流值的1.3倍或更多倍时，无线电力发送装置可以确定无线电力发送装置的表面上存在异物。当针对探测信号的所感测的输入电流是预定电流值的1.3倍或更多倍时，无线电力发送装置的表面的温度在前述状态连续的情况下可以快速地增大，因此，可能存在关于遭受烧毁或火爆的风险。
当无线电力发送装置根据关于图7而说明的方法感测异物时，无线电力发送装置将报警消息发送至异物检测指示器(S520)。异物检测指示器可以是其中包括无线电力接收装置的便携式终端、安装在车辆上的电子设备、连接至家庭网络的电子设备、显示设备、扬声器设备等。异物检测指示器可以通过语音或屏幕输出针对异物的报警消息。因此，用户可以移除无线电力发送装置上的异物。
随后，无线电力发送装置连续地输出探测信号(S530)，并且检测无线电力接收装置(S540)。无线电力发送装置可以通过感测针对探测信号的输入电流来检测无线电力接收装置。
此外，无线电力发送装置通过识别和配置处理来采集关于无线电力接收装置的信息，并且执行针对电力传输的配置处理(S550)。然后，无线电力发送装置将电力传输至无线电力接收装置(S560)。
如图6和图7所说明的那样，根据本发明的实施方式的无线电力发送装置在电力传输处理之前感测无线电力发送装置上的异物，并且将报警消息发送至异物检测指示器。因此，可以在开始充电之前防止无线电力发送装置的表面的温度增大，并且可以提高无线充电效率。
在下文中，说明根据本发明的实施方式的用于检测异物的方法的仿真结果。如图8所示，两个第一线圈(LL、LR)并联设置，并且使用发送线圈结构来执行仿真，在该发送线圈结构中，另一第一线圈(LP)设置在两个第一线圈(LL、LR)上。为此，施加3.5V至4.5V之间的输入电压，并且仿真被配置成每5秒输出一个探测信号。针对探测信号的输入电流可以根据输入电压的值和电路的设计而改变。
图9是示出在表面上不存在异物的情况下对针对探测信号的输入电流的测量结果的图，图10是示出对无线电力接收装置设置在表面上的情况下对输入电流的测量结果的图，图11是示出10韩元硬币被放置在图8中的线1(L1)上的情况下对针对探测信号的输入电流的测量结果的图。图12是示出500韩元硬币被放置在图8的线1上的情况下对针对探测信号的输入电流的测量结果的图。
参照图9，当无线电力发送装置每5秒输出一个探测信号时，测量到具有恒定峰值的周期性输入电流。
参照图10，当无线电力发送装置输出探测信号时，在异物或无线电力接收装置被放置在无线电力发送装置上之前测量到具有恒定峰值的输入电流。然而，在无线电力接收装置被放置到无线电力发送装置上之后，输入电流大大增大，并且增大的值保持一致。这是因为无线电力接收装置将其信息发送至无线电力发送装置，并且基于该信息，识别处理和配置处理进行。
参照图11，在无线电力发送装置输出探测信号的情况下，虽然在放置硬币之前测量到具有峰值600mA的输入电流，但是在放置10韩元硬币之后重复地测量到具有峰值1400mA的输入电流。
参照图12，当无线电力发送装置输出探测信号时，在放置硬币之前测量到具有峰值600mA的输入电流。然而，在放置500韩元硬币之后重复地测量到具有峰值4000mA的输入电流。
因此，可以看出在无线电力发送装置上存在异物的情况下，针对探测信号的输入电流被测量为高于预期电流值。因此，可以检测到无线电力发送装置上的异物，并且可以通知用户。
虽然上面参照和描述了本发明的示例性实施方式，但是应当理解的是，对于本领域中的普通技术人员而言，可以在不偏离本发明的在所附权利要求中列出的概念和范围的情况下实现对本发明的各种修改和变化。

Claims (15)

1.一种用于检测无线电力发送装置上的异物的方法，包括：
周期性地输出探测信号以感测无线电力接收装置，
感测针对所述探测信号的输入电流，
将所感测的输入电流与预定电流值进行比较，以及
当针对多个探测信号的所感测的输入电流超过所述预定电流值时，确定所述无线电力发送装置的表面上存在异物。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述多个探测信号是连续至少两次的多个探测信号。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中，当所述所感测的输入电流是所述预定电流值的至少1.3倍时，确定所述无线电力发送装置的表面上存在所述异物。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述预定电流值是在所述无线电力发送装置的表面上不存在异物的情况下针对所述探测信号的预期要被感测到的输入电流。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
当确定存在异物时，将报警消息发送至异物检测指示器。
6.一种无线电力发送装置，包括：
电流传感器，所述电流传感器用于感测输入电流，
逆变器，所述逆变器用于将所述输入电流转换成交流波形，
谐振电路，所述谐振电路被所述逆变器激活，以及
控制单元，所述控制单元用于控制所述逆变器，
其中，所述电流传感器被配置成感测针对周期性地输出的探测信号的输入电流以感测无线电力接收装置，以及
其中，所述控制单元被配置成将所感测的输入电流与预定电流值进行比较，并且当针对多个探测信号的所感测的输入电流超过所述预定电流值时，确定存在异物。
7.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，
其中，所述多个探测信号是连续至少两次的多个探测信号。
8.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，
其中，当确定存在所述异物时，所述控制单元被配置成将报警消息发送至异物检测指示器。
9.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，
其中，当确定存在所述异物时，所述控制单元控制所述逆变器以停止输出探测信号或停止传输电力。
10.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，
其中，所述逆变器是半桥逆变器或全桥逆变器。
11.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，
其中，所述控制单元使用脉宽调制方法来控制所述逆变器。
12.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，
其中，所述谐振电路包括电容器和至少一个第一线圈。
13.根据权利要求6所述的无线电力发送装置，
其中，所述谐振电路包括三个第一线圈。
14.一种用于无线电力发送装置的无线电力发送的方法，包括：
周期性地输出探测信号以感测无线电力接收装置，
在输出所述探测信号的情况下检测所述无线电力发送装置上是否存在异物，
当检测到所述异物时，将报警消息发送至外部装置，
当检测到所述无线电力接收装置时，执行用于将电力传输至所述无线电力接收装置的配置，以及
将电力传输至所述无线电力接收装置。
15.根据权利要求14所述的方法，
其中，所述检测包括：
感测针对所述探测信号的输入电流，
将所感测的输入电流与预定电流值进行比较，以及
当针对多个探测信号的所感测的输入电流超过所述预定电流值时，确定所述无线电力发送装置的表面上存在所述异物。
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