CN108270300A - 异物检测设备和异物检测方法 - Google Patents

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Abstract

在无线电力传输(WPT)系统中使用反射或折射的激光的异物检测设备可以包括：激光发射器，其设置在传输垫的上部部分的一侧上以生成激光；至少一个激光导引块，其设置在传输垫的上部部分的一侧或另一侧上以用于接收由激光发射器生成的激光并反射或折射接收到的激光；以及激光接收器，其用于通过至少一个激光导引块感测激光。

Description

异物检测设备和异物检测方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年1月3日提交的韩国专利申请第10-2017-0000945号和于2017年11月30日提交的第10-2017-0162990号的优先权权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及一种用于在无线电力传输(WPT)系统中使用反射或折射的激光进行异物检测(FOD)的设备和方法，更具体地涉及一种用于通过使用安装在WPT系统的传输垫中的至少一个激光导引块以检测传输垫与接收垫之间的异物来使激光设备的尺寸和数量最小化并提高FOD性能的设备和方法。
背景技术
电动车辆(EV)充电系统基本上可以被定义为用于通过使用能量存储装置或商用电源的电网的电力对安装在EV上的高压电池进行充电的系统。这种EV充电系统可以根据EV的类型具有各种形式。例如，EV充电系统可以分类为使用充电线缆的导电型和非接触式无线电力传输(WPT)型(也称为“感应型”)。
当对EV充电时，安装在EV上的车辆组件(VA)(即，VA中的接收垫)与位于充电站或充电点中的接地组件(GA)的传输垫进行感应谐振耦合并且使用通过感应谐振耦合从GA传送的电力对EV中的电池充电。
感应型WPT系统为使用传输垫(即，传输线圈)与接收垫(即，接收线圈)之间的相互电磁感应现象来传输电力的系统。因此，当传输线圈与接收线圈之间存在可能影响磁场的异物(诸如金属或磁性材料)时，其直接影响WPT系统的谐振频率，从而导致WPT系统的异常操作或降低WPT的效率。此外，传输线圈与接收线圈之间的异物的温度可能会迅速上升，使得系统的稳定性受到损害。因此，需要一种用于检测传输线圈与接收线圈之间的异物的方法。
发明内容
本公开的实施例提供了一种用于在无线电力传输系统中使用反射或折射的激光进行异物检测的设备。
本公开的另一个实施例提供了一种在无线电力传输系统中执行的使用反射或折射的激光进行异物检测的方法。
根据本公开的实施例，在WPT系统中使用反射或折射的激光的异物检测设备包括：激光发射器，设置在发射垫的上部部分的一侧上以生成激光；至少一个激光导引块，设置在传输垫的上部部分的一侧或另一侧上，其用于接收由激光发射器生成的激光并反射或折射接收到的激光；以及激光接收器，用于通过至少一个激光导引块感测激光。
至少一个激光导引块中的每个可以包括反射镜和棱镜中的至少一者。
当设备包括多个激光导引块时，多个激光导引块可以在传输垫的上部部分的一侧和与该侧相对的另一侧上设置在彼此偏移而不彼此面对的位置。
当设备包括多个激光导引块时，多个激光导引块中的至少两个激光导引块可以彼此面对地设置在所述传输垫的上部部分的一侧以及与该侧相对的另一侧上，并且至少两个激光导引块中的一个可以相对于传输垫的上部部分的一侧或另一侧倾斜地安装。
激光接收器可以包括子异物检测电路，该子异物检测电路被配置成用于通过使用硫化镉(CdS)传感器来检测异物。
子异物检测电路可以包括：第一电阻器。其一端连接至施加电压(VCC)并且其另一端连接至CdS传感器；CdS传感器，其一端连接至第一电阻器并且其另一端连接至地面；以及缓冲器，接收第一电阻器与CdS传感器之间的电压作为输入并且以恒定的电压电平输出基于该输入的输出。
第一电阻器可以比CdS传感器的初始内阻小至少十倍，并且比CdS传感器的通过感测激光而变化的内阻大至少十倍。
所述设备还可以包括异物检测确定控制器，该异物检测确定控制器通过参考子异物检测电路的输出来确定异物是否存在。
设备可以包括多个激光接收器。
设备还可以包括或门，该或门接收子异物检测电路的输出并且输出关于子异物检测电路的输出的或运算的结果，其中，子异物检测电路中的每个被包括在多个激光接收器中的每个中。
设备还可以包括异物检测确定控制器，该异物检测确定控制器通过参考从或门输出的结果来确定异物是否存在。
当子异物检测电路的输出在容许误差范围内等于所施加的电压时，异物检测确定控制器可以确定出检测到异物。
异物检测确定控制器可以为接地组件(GA)控制器，并且根据异物是否存在来控制包括在传输垫中的GA线圈的输出功率电平。
根据本公开的另一实施例，在异物检测设备中执行的异物检测方法包括：由激光发射器生成从传输垫的上部部分的一侧到另一侧的激光；通过使用设置在传输垫的上部部分的一侧或另一侧上的至少一个激光导引块，沿对角线方向一次或多次反射或折射激光；以及由异物检测确定控制器根据是否检测到反射或折射的激光来确定异物的存在。
所述至少一个激光导引块中的每个可以包括反射镜和棱镜中的至少一者。
当设备包括多个激光导引块时，多个激光导引块可以在传输垫的上部部分的一侧和与该侧相对的另一侧上设置在彼此偏移而不彼此面对的位置。
当设备包括多个激光导引块时，多个激光导引块中的至少两个激光导引块可以彼此面对地设置在传输垫的上部部分的一侧以及与该侧相对的另一侧上，并且所述至少两个激光导引块中的一个可以相对于传输垫的上部部分的一侧或另一侧倾斜地安装。
可以使用包括硫化镉(CdS)传感器的子异物检测电路来执行该确定。
子异物检测电路可以包括：第一电阻器，其一端连接至施加电压(VCC)并且其另一端连接至CdS传感器；CdS传感器，其一端连接至第一电阻器并且其另一端连接至地面；以及缓冲器，接收第一电阻器与CdS传感器之间的电压作为输入并且以恒定的电压电平输出基于该输入的输出。
可以通过参考子异物检测电路的输出来执行该确定。
在EV WPT系统中，通过使用根据本公开的异物检测方法和设备，可以使用少量的激光发射/接收元件来检测发射垫与接收垫之间的异物。而且，由于使用了激光，所以具有可以检测金属物体和非金属物体的优点。
此外，由于仅在传输垫中准备用于检测异物的激光元件，所以即使传输垫和接收垫的制造商不同，根据本公开的异物检测设备也可以容易地应用。
附图说明
图1为示出了应用本公开的实施例的无线电力传输(WPT)的概念的概念图；
图2为示出了根据本公开的实施例的无线电力传输电路的概念图；
图3为用于解释根据本公开的实施例的EV无线电力传输中的对准的概念的概念图；
图4为示出了在EV WPT系统中使用光源的异物检测设备的示意图；
图5为示出了根据图4的实施例的使用光源的异物检测设备的详细图；
图6A为示出了在根据本公开的实施例的异物检测设备中使用的CdS传感器的外观的视图，以及图6B为用于说明在根据本公开的实施例的异物检测设备中使用的CdS传感器的特性曲线图；
图7为示出了使用激光的异物检测设备的概念图；
图8为示出了根据本公开的实施例的使用反射或折射的激光的异物检测设备的概念图；
图9为示出了根据本公开的实施例的包括在异物检测设备中的异物检测电路的示例的电路图；
图10为示出了根据本公开的实施例的异物检测设备的配置图；
图11为示出了根据本公开的实施例的使用异物检测电路的异物检测实验的结果的曲线图；以及
图12为图11的曲线图的放大曲线图。
应当理解，附图不一定按比例绘制，其呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。本文所公开的本公开的具体设计特征，包括例如具体的尺寸、定向、位置和形状将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。
在附图中，在整个附图的多个附图，附图标记指代本公开的相同或等同部分。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的各种实施例，在附图中示出并在下面描述了本发明的示例。虽然本发明将结合示例性实施例进行描述，但是应当理解，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且覆盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代、修改、等同物和其它实施例。
应当理解，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种部件，但是这些部件不应该被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一部件可以被指定为第二部件，并且类似地，第二部件可以被指定为第一部件。术语“和/或”包括相关所列项目中的一者的任何和所有组合。
应当理解，当部件被称为“连接至”另一个部件时，它可以直接或间接地连接至另一个部件。也就是说，例如，可能存在中间部件。相反，当部件被称为“直接连接至”另一个部件时，应理解不存在中间部件。
本文使用的术语仅用来描述实施例而不是限制本公开。除非上下文中另有限定，否则单数表达包括复数表达。在本说明书中，术语“包括”或“具有”被用于指代在说明书中公开的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合的可能性。
除非另外限定，否则包括技术术语或科学术语的所有术语具有本领域普通技术人员通常理解的相同含义。应当理解，除非在本说明书中另外明确限定，否则在常用的字典中定义的术语应解释为包括与相关领域的上下文含义相同的含义而不应解释为理想的或过于正式的含义。
在本公开中使用的术语定义如下。
“电动车辆，EV”：在49CFR 523.3中定义的汽车，其旨在用于公路使用、由从包括电池的车载能量存储装置获取电流的电动机提供动力，所述电池可从包括住宅或公共电力服务的车外源或车载燃料动力发电机再充电。EV可以为制造成主要在公共街道、道路上使用的四轮或更多轮的车辆。
EV可以指的是电动车、电动汽车、电动道路车辆(ERV)、插电式车辆(PV)、插电式车辆(xEV)等，并且xEV可以被分类为插电式全电动车辆(BEV)、电池电动车辆、插电式电动车辆(PEV)、混合动力电动车辆(HEV)、混合动力插电式电动车辆(HPEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等。
“插电式电动车辆，PEV”：通过连接至电网为车载一次电池充电的电动车辆。
“插电式车辆，PV”：在不使用物理插头或物理插座的情况下可通过从电动车辆供电设备(EVSE)进行无线充电的可充电电动车辆。
“重型车辆；H.D.车辆”：在49CFR 523.6或49CFR 37.3(公共汽车)中定义的任何四轮或更多轮的车辆。
“轻型插电式电动车辆”：车辆总重量低于4545kg的主要在公共街道、道路和公路上使用的由从可充电蓄电池或其它能量装置获取电流的电动机推进的三轮或四轮车辆。
“无线充电系统，WCS”：用于GA与VA之间的无线电力传输及控制(包括对准和通信)的系统。该系统通过两部分松耦合的变压器将来自供电网络的能量电磁传送至电动车辆。
“无线电力传输，WPT”：通过非接触方式将电力从AC供电网络传送至电动车辆。
“公用电站”：一套供应电能的系统，其包括客户信息系统(CIS)、高级计量基础设施(AMI)、费率和收入系统等。公用电站可以通过费率表和离散事件向EV提供能量。公用电站可以提供与对EV的认证相关的信息、电力消耗测量的时间间隔、以及价目表。
“智能充电”：EVSE和/或PEV与电网通信以通过反映电网容量或使用费用来优化EV的充电率或放电率的系统。
“自动充电”：在车辆位于与可传送电力的主充电器组件对应的适当位置之后，自动执行感应充电的过程。自动充电可以在获得必要的认证和权利之后执行。
“互操作性”：系统的部件与系统的对应部件互相配合以执行系统所针对的操作的状态。而且，信息互操作性可能意味着两个或更多个网络、系统、装置、应用或部件可以有效地共享和容易地使用信息而不会给用户带来不便的能力。
“感应式充电系统”：通过两部分有隙铁芯变压器将来自电源的能量传送至EV的系统，其中，所述变压器的两个半部，初级线圈和次级线圈，在物理上彼此分开。在本公开中，感应式充电系统可以对应于EV电力传输系统。
“感应式耦合器”：由GA线圈中的线圈和VA线圈中的线圈形成的变压器，其允许通过流电隔离来传送电力。
“感应式耦合”：两个线圈之间的磁耦合。在本公开中，GA线圈与VA线圈之间的耦合。
“接地组件，GA”：用作无线充电系统的电源所需的包括GA线圈、电力/频率转换装置和GA控制器以及来自电网及每个装置之间的布线、滤波电路、外壳等的基础设施侧的组件。GA可以包括用于GA与VA之间的通信所需的通信元件。
“车辆组件，VA”：用作无线充电系统的车辆部件所需的包括VA线圈、整流器/电力转换装置和VA控制器以及至车辆电池及每个装置之间的布线、滤波电路、外壳等的车辆上的组件。VA可以包括用于VA与GA之间的通信所需的通信元件。
GA可以被称为初级装置(PD)，并且VA可以被称为次级装置(SD)。
“初级装置”：向次级装置提供非接触式耦合的设备。也就是说，初级装置可以为EV外部的设备。当EV接收电力时，初级装置可以用作待传送的电力的来源。初级装置可能包括外壳和所有盖子。
“次级装置”：安装在EV上的向初级装置提供非接触式耦合的设备。也就是说，次级装置可以设置在EV中。当EV接收电力时，次级装置可以将电力从初级装置传送至EV。次级装置可以包括壳体和所有盖子。
“GA控制器”：基于车辆的信息调节对GA线圈的输出功率电平的GA的一部分。
“VA控制器”：VA的一部分，其用于检测充电期间的特定车载参数并启动与GA的通信以控制输出功率电平。
GA控制器可以被称为初级装置通信控制器(PDCC)，并且VA控制器可以被称为电动车辆通信控制器(EVCC)。
“磁隙”：当GA线圈中的绞合线的顶部部分或磁性材料的顶部部分的较高的平面与VA线圈中的绞合线或磁性材料的底部部分的较低的平面对准时其之间的竖直距离。
“环境温度”：在考虑的子系统处测量的且不是阳光直射的空气的地面温度。
“车辆离地间隙”：地面与车辆底盘的最低部分之间的竖直距离。
“车辆磁性离地间隙”：安装在车辆上的VA线圈中的绞合线或磁性材料的底部部分的较低的平面与地面之间的竖直距离。
“VA线圈磁性表面距离”：当安装时，最靠近的磁性或导电部件表面的平面与VA线圈的较低外表面之间的距离。该距离包括可以封装在VA线圈壳体中的任何防护罩和附加物品。
VA线圈可以被称为次级线圈、车辆线圈或接收线圈。类似地，GA线圈可以被称为初级线圈或传输线圈。
“暴露的导电部件”：电气设备(例如，电动车辆)的导电部件，其可以被触摸并且通常不通电但在发生故障时可能会通电。
“危害生命的部件”：带电部件，其在某些情况下会导致有害电击。
“带电部件”：在正常使用情况下都要通电的任何导体或导电部件。
“直接接触”：人与带电部件的接触。(参见IEC 61440)
“间接接触”：由于绝缘失效导致的人与暴露的、导电的和通电的部件的接触。(参见IEC 61140)
“对准”：找到初级装置相对于次级装置的相对位置和/或找到次级装置相对于初级装置的相对位置以用于指定的有效电力传输的过程。在本公开中，对准可以指向无线电力传输系统的精细定位。
“配对”：车辆与独特的专用初级装置相关联的过程，在该过程中，该专用初级装置被定位并从其传送电力。配对可以包括使充电点的VA控制器和GA控制器相关的过程。相关/关联过程可以包括建立两个对等通信实体之间的关系的过程。
“命令和控制通信”：EV供电设备与EV之间交换信息以启动、控制和终止WPT的过程的通信。
“高级通信(HLC)”：HLC为一种特殊的数字通信。对于不受命令和控制通信覆盖的额外服务，HLC是必需的。HLC的数据链路可以使用电力线通信(PLC)，但不限于此。
“低功率激励(LPE)”：LPE意味着激活初级装置以用于精确定位和配对使得EV可以检测初级装置并且反之亦然的技术。
“服务集标识符(SSID)”：SSID为包括附加到在无线LAN上传输的包的标头的32个字符的独特标识符。SSID标识无线装置所尝试连接的基本服务集(BSS)。SSID基本上区分了多个无线LAN。因此，要使用特定无线局域网的所有接入点(Aps)和所有终端/站点装置均可以使用相同的SSID。不使用独特SSID的装置不能加入BSS。由于SSID显示为纯文本，所以可能无法为网络提供任何安全功能。
“扩展服务集标识符(ESSID)”：ESSID为要连接的网络的名称。它类似于SSID，但可以为更加扩展的概念。
“基本服务集标识符(BSSID)”：包括48位的BSSID用于区分特定的BSS。在基础设施BSS网络的情况下，BSSID可以为AP设备的介质访问控制(MAC)。对于独立的BSS或自组网络，BSSID可以利用任何值生成。
充电站可以包括至少一个GA以及管理至少一个GA的至少一个GA控制器。GA可以包括至少一个无线通信装置。充电站可以是指具有至少一个GA的地方，其放置在家庭、办公室、公共场所、道路、停车场等中。
另外，应当理解，以下方法或其方面中的一者或多者可以由至少一个控制器执行。术语“控制器”可以指的是包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储程序指令，并且处理器被具体编程为执行程序指令以执行下面进一步描述的一个或多个过程。此外，应当理解，如本领域普通技术人员应理解的，下面的方法可以由包括控制器以及一个或多个其它部件的设备执行。
在本公开的示例性实施例中，“快速充电”可以指的是将电力系统的AC电力直接转换为DC电力并且将转换的DC电力供应至安装在EV上的电池的方法。这里，DC电力的电压可以为DC 500伏(V)或更小。
在本公开的示例性实施例中，“慢速充电”可以指的是使用供应至普通家庭或工作场所的AC电力对安装在EV上的电池进行充电的方法。每个家庭或工作场所的插座或设置在充电站上的插座可以提供AC电力，并且AC电力的电压可以为AC 220V或更低。这里，EV还可以包括车载充电器(OBC)，该车载充电器为配置成用于升压AC电力以用于进行慢速充电、将AC电力转换为DC电力并将转换后的DC电力供应至电池的装置。
在下文中，将参考附图详细说明根据本公开的示例性实施例的实施例。
图1为示出了应用本公开的实施例的无线电力传输(WPT)的概念的概念图。
参考图1，无线电力传输(WPT)可以由电动车辆(EV)10和充电站20的至少一个部件执行，并且可以用于将电力无线传送至EV 10。
这里，EV 10通常可以被定义为供应存储在包括电池12的可再充电蓄能器中的电力的车辆，该可再充电蓄能器作为EV 10的动力传动系统的电动机的能量源。
然而，根据本公开的示例性实施例的EV 10可以包括一起具有电动机和内燃机的混合动力电动车辆(HEV)，并且不仅可以包括汽车，而且还可以包括摩托车、手推车、滑板车和电动自行车。
EV 10还可以包括电力接收垫11，该电力接收垫包括用于对电池12进行无线充电的接收线圈，并且可以包括用于对电池12进行导电充电的插头连接件。这里，配置成用于对电池进行导电充电的EV 10可以被称为插电式电动车辆(PEV)。
这里，充电站20可以连接至电网30或电力干线，并且可以通过电力链路向包括传输线圈的电力传输垫21提供交流(AC)电力或直流(DC)电力。
充电站20可以通过有线/无线通信与管理电网30或电力网络的基础设施管理系统或基础设施服务器进行通信并且执行与EV 10的无线通信。
这里，无线通信可以为蓝牙、Zigbee、蜂窝、无线局域网(WLAN)等。
例如，充电站20可以位于各种地方，包括附接到EV 10的所有者房屋的停车场、用于在加油站对EV充电的停车场、在购物中心或工作场所的停车场。
对EV 10的电池12进行无线充电的过程可以始于首先将EV 10的电力接收垫11放置在由充电站20的电力传输垫21生成的能量场中，并使得接收线圈和传输线圈彼此相互作用或耦合。由于相互作用或耦合，电力接收垫11中可能感应出电动势，并且电池12可以由所感应的电动势充电。
充电站20和传输垫21可以整体或部分地称为接地组件(GA)，其中GA可以指先前定义的含义。
EV 10的内部部件和接收垫11的全部或一部分可以被称为车辆组件(VA)，其中，VA可以指先前定义的含义。
这里，电力传输垫21或电力接收垫11可以被配置成非极化或极化。
在垫非极化的情况下，垫的中心有一个极点，并且在外围有相反的极点。这里，可以形成通量以从垫的中心离开并完全返回垫的外部边界。
在垫被极化的情况下，可以在垫的任一端部部分具有相应的极点。这里，可以基于垫的定向来形成磁通量。
图2为示出了根据本公开的示例性实施例的无线电力传输电路的概念图。
参考图2，可以看到在EV WPT系统中执行无线电力传输的电路的示意性配置。
这里，图2的左侧可以被解释为表示从图1中的电力网络、充电站20和传输垫21供应的电源Vsrc的全部或一部分，并且图2的右侧可以被解释为表示EV的包括接收垫和电池的全部或一部分。
首先，图2的左侧电路可以将与从电力网络供应的电源Vsrc对应的输出电力Psrc提供给无线充电电力转换器。无线充电电力转换器可以通过频率转换和AC至DC转换来供应从输出电力Psrc转换的输出电力P1，以在传输线圈L1中以期望的工作频率生成电磁场。
具体地，无线充电电力转换器可以包括：AC/DC转换器，其用于将从电力网络提供的AC电力的电力Psrc转换为DC电力；以及低频(LF)转换器，其用于将DC电力转换成具有适合用于无线充电的工作频率的AC电力。例如，用于无线充电的工作频率可以被确定为在80kHz到90kHz内。
从无线充电电力转换器输出的电力P1可以再次被供应至包括传输线圈L1、第一电容器C1和第一电阻器R1的电路。这里，第一电容器C1的电容可以被确定为具有适用于与传输线圈L1一起充电的工作频率的值。这里，第一电阻器R1可以表示由传输线圈L1和第一电容器C1发生的功率损耗。
另外，传输线圈L1可以具有与接收线圈L2的由耦合系数m定义的电磁耦合，使得电力P2被传输或者在接收线圈L2中感应电力P2。因此，本公开中的电力传输的含义可以与电力感应的含义一起使用。
更进一步，可以将在感应线圈L2中感应或传送至该感应线圈的电力P2提供至EV电力转换器。这里，第二电容器C2的电容可以被确定为具有适用于与接收线圈L2一起无线充电的工作频率的值，并且第二电阻器R2可以表示由接收线圈L2和第二电容器C2发生的功率损耗。
EV电力转换器可以包括LF/DC转换器，该LF/DC转换器将所供应的特定工作频率的电力P2转换为具有适于EV的电池VHV的电压电平的DC电力。
可以输出从供应至EV电力转换器的电力P2转换的电力PHV，并且电力PHV可以用于对设置在EV中的电池VHV进行充电。
这里，图2的右侧电路还可以包括用于选择性地将接收线圈L2与电池VHV连接或断开的开关。这里，传输线圈L1和接收线圈L2的谐振频率可以彼此相似或相同，并且接收线圈L2可以位于由传输线圈L1生成的电磁场附近。
这里，图2的电路应理解为用于本公开的实施例的EV WPT系统中的无线电力传输的说明性电路，但其不限于图2中所示的电路。
另一方面，由于传输线圈L1和接收线圈L2位于较长距离处，功率损耗可能增加，所以正确设定传输线圈L1和接收线圈L2的相对位置可能是重要的因素。
这里，传输线圈L1可以被包括在图1中的传输垫14中，并且接收线圈L2可以被包括在图1中的接收垫11中。因此，下面将参考附图描述传输垫与接收垫之间的定位或EV与传输垫之间的定位。
图3为用于解释根据本公开的示例性实施例的EV无线电力传输中的对准的概念的概念图。
参考图3，将描述对准图1中的EV中的电力传输垫21和电力接收垫11的方法。这里，位置对准可以对应于作为上述术语的对准，并且因此可以被定义为GA与VA之间的位置对准，但其不限于传输垫和接收垫的对准。
如图3所示，尽管传输垫21被示为位于地面下方，但传输垫21也可以位于地面上，或者被定位成使得传输垫21的顶部表面暴露在地面之下。
EV的接收垫11可以根据其从地面测量的高度(在z方向上限定)由不同的类别定义。例如，离地面高度为100-150毫米(mm)的接收垫为类别1，高度为140-210毫米的接收垫为类别2，以及高度为170-250毫米的接收垫可以定义为类别3。这里，接收垫可以支持上述类别1至3的一部分。例如，根据接收垫11的类型可以仅支持类别1，或者根据接收垫11的类型可以支持类别1和2。
这里，从地面测量的接收垫的高度可以对应于先前定义的术语“车辆磁性离地间隙”。
进一步地，电力传输垫21在高度方向上(即，在z方向上限定的)的位置可以被确定为位于电力接收垫11所支持的最大类别和最小类别之间。例如，当接收垫仅支持类别1和2时，电力传输垫21相对于电力接收垫11的位置可被确定在100到210mm之间。
更进一步地，电力传输垫21的中心与电力接收垫11的中心之间的间隙可以被确定为位于水平方向和竖直方向(在x方向和y方向上限定)的极限内。例如，可以确定该间隙位于水平方向(在x方向上限定)的±75mm内并且在竖直方向(在y方向上限定)的±100mm内。
这里，电力传输垫14和电力接收垫11的相对位置可以根据其实验结果而变化，并且数值应理解为示例性的。
图4为示出了在EV WPT系统中使用光源的异物检测设备的示意图，以及图5为示出了根据图4的实施例的使用光源的异物检测设备的详细图。
参考图4和图5，可以使用光源作为用于检测电力传输垫21与电力接收垫11之间的异物的装置。
参考图4，当使用设置在安装于EV上的电力接收垫11上的光源将光施加到电力传输垫21时，可以检测到电力传输垫21与电力接收11垫之间的异物40。在这种情况下，电力传输垫21可以设置有能够接收光的光缆板41，并且如果通过所安装的光缆板41检测到的光量减少，则可以确定存在异物。
参考图5，光源50可以安装在如图5所示的电力接收垫11上，并且电力传输垫21可以利用所安装的光源50的光照射。这里，在电力传输垫21的外侧执行检测照射光的过程是有利的，使得检测照射光的过程不会影响在电力传输垫21与电力接收垫11之间形成的磁场。因此，可以使用光纤线缆51将照射到电力传输垫21的光导引到电力传输垫21的外侧，并且可以使用光学传感器检测被导引到电力传输垫21外侧的光。
使用光源检测异物的优点在于，能够以相对简单的操作原理检测金属物体和非金属物体。然而，光源应该附接至EV，并因此光照射的范围可以根据EV的位置而改变。
图6A为示出了在根据本公开的实施例的异物检测设备中使用的CdS传感器的外观的视图，以及图6B为用于说明在根据本公开的实施例的异物检测设备中使用的CdS传感器的特性的曲线图。
在本公开中，硫化镉(CdS)传感器61可以用作根据图5的实施例的用于检测光源的光学传感器。CdS传感器61为以硫化镉为主成分的光电导元件，并且为其电阻值根据光的强度而改变的光敏电阻器。
参考图6A，可以标识CdS传感器61的外部形状。CdS传感器61可以由包含CdS的密封容器、在密封容器的外侧上由透明塑料或玻璃制成的光接收窗以及从密封容器延伸出的两个引线构成。这里，当光进入CdS传感器61的光接收窗时，CdS传感器61的电阻可能由于光照而减小，并且流过CdS传感器的电流可能增加。
参考图6B，曲线图62示出了根据光的强度(lux)的CdS传感器61的电阻值。这里，表示y轴的电阻值以对数标度表示。
参考曲线图62，可以看出，CdS传感器61的电阻值如上所述随着光的强度的增加而减小并且随着光的强度减小而增加。也就是说，CdS传感器61具有使得光强度和电阻彼此成反比的特性。CdS传感器61可以在用于根据房间的照度、照度测量电路等来打开或关闭光的设备中使用。
尽管已经以CdS传感器61为例描述了根据图6的光学传感器，但也可以根据照度使用取决于生成电阻差的电阻器的材料的硒化镉(CdSe)，并且也可以使用CdS和CdSe以一定的比例混合而成的材料。
图7为示出了使用激光的异物检测设备的概念图。
参考图7，在EV WPT系统中，使用激光的异物检测设备可以包括设置在电力传输垫21的上部部分的激光发射器71和激光接收器72。这里，激光发射器71可以包括用于生成激光的激光生成模块，并且激光接收器72可以包括激光或光感测传感器。例如，激光接收器72可以包括上述的CdS传感器。此外，激光接收器72可以包括用于通过感测接收到的激光来检测异物的存在或不存在的异物检测电路。激光发射器71和激光接收器72中的至少一者或多者可以安装在电力传输垫21的一侧和另一侧上。例如，如图7所示，激光发射器71和激光接收器72可以对称地安装在彼此面对的位置。
具体地，当在电力传输垫21与电力接收垫11之间不存在异物时，激光发射器71中生成的激光可以直接到达对应的激光接收器72，并且包含在激光接收器72中的CdS传感器的内阻值可能减小。
相反，当在电力传输垫21与电力接收垫11之间存在异物时，激光发射器71生成的激光可能由于异物的阻挡而不能到达对应的激光接收器72。因此，包括在激光接收器72中的CdS传感器的内阻值可以增加。也就是说，通过检查CdS传感器的内阻是增加还是减小，可以检测到电力传输垫21与电力接收垫11之间的异物。
在如图7所示使用激光器来配置异物检测设备的情况下，应当提供多对激光发射器71和激光接收器72。为了检测小异物，应该缩短激光发射器与激光接收器之间的距离。例如，第一对激光发射和接收器与邻近于第一对激光发射和接收器的第二对激光发射和接收器之间的距离可以为21mm或更小，使得可以检测到作为异物的5分硬币。
由于激光发射器71需要激光生成模块，并且激光接收器72需要用于检测激光的电路，所以当激光发射和接收器的数量大时，它们的成本和安装面积可能显着增加。在下文中，将提出通过使激光发射器和激光接收器的数量最小化来检测异物的设备。
图8为示出了根据本公开的实施例的使用反射或折射的激光的异物检测设备的概念图。
参考图8，使用反射或折射的激光的异物检测设备可以包括激光发射器81、至少一个激光导引p块82和激光接收器83。激光发射器81可以包括安装在电力传输垫21的上部部分的一侧上以生成激光的激光生成模块。至少一个激光导引块82可以为用于基于反射或折射来改变接收到的激光的方向的装置或材料。例如，至少一个激光导引块82中的每个可以包括反射镜或棱镜中的至少一者。这里，为了将从激光发射器81发射的激光发射到激光接收器83，至少一个激光导引块82可以设置在电力传输垫21的上部部分的一侧和另一侧(即，相对侧)上，使得至少一个激光导引块82中的每个能够在对角方向上接收激光，并且将激光以与接收到的激光的入射角对应的预定角度反射(或折射)。
具体地，至少一个激光导引部件块82的第一激光导引块可以沿对角线方向安装在激光发射器81所安装的一侧的相对侧上，并且至少一个激光导引块82的第二激光导引块可以沿对角线方向安装在第一导引块的相对侧上。
这里，激光发射器81可以朝向沿对角线方向上位于激光发射器81的相对侧上的第一激光导引块生成激光，并且第一激光导引块可以向沿对角线方向位于第一激光导引块的相对侧上的第二激光导引块反射(或折射)从激光发射器81发射的激光。由此，激光最终可以被发射到设置在该侧上的激光接收器83。这里，取决于至少一个激光导引块82的数量，至少一个激光接收器83可以安装在与激光发射器81相同的一侧上或者安装在激光发射器81的相对侧上。
因此，根据本公开的本实施例，通过仅使用一个激光发射器81和一个激光接收器83，可以实现与根据图7的实施例的异物检测设备相同的检测效果。
这里，激光被描述为从电力传输垫21的一侧向相对侧反射或折射，但是本公开的实施例不限于此。激光从传输垫21的一侧到不是相对侧的任何其他侧的反射或折射不应该被认为包括在本公开的实施例中。
激光导引块不一定需要在对角线方向上接收激光。即使在垂直于传输垫21的一侧的方向上接收到激光，设置为不平行于传输垫21的一侧的激光导引块也可以将接收到的激光发射到下一个激光导引块。
图9为示出了包括在根据本公开的实施例的异物检测设备中的异物检测电路的示例的电路图。
参考图9，包括在异物检测设备中的异物检测电路90可以包括：子异物检测电路90a和90b，其包含在激光接收器83中；以及或门(OR gate)90c，其接收子异物检测电路90a和90b的输出、对该输出执行或运算，并输出或运算的结果。这里，尽管在图9中示出了两个子异物检测电路90a和90b，但也可以存在与激光接收器的数量对应的多个子异物检测电路。例如，图9示出了具有两个激光接收器以及与两个激光接收器对应的两个子异物检测电路的示例。
这里，在设置在激光接收器中的子异物检测电路90a和90b中的每者中，第一电阻器(例如，Ra或Rb)和CdS传感器(即，CdS传感器的内阻)可以串联连接至所施加的电压VCC(例如，5V)和接地(或虚拟接地)。而且，可以存在缓冲器(例如，Da或Db)，该缓冲器检测作为输入的第一电阻器和CdS传感器之间的电压并以恒定的电压电平输出该电压。也就是说，缓冲器的输出(例如，Da或Db)可以为子异物检测电路90a和90b中的每者的输出。
这里，缓冲器Da和Db可以被称为电压缓冲器。缓冲器可以用滤波器或放大器代替，或者在某些情况下可以省略。
如图7所示，如果异物检测设备由多个激光发射器和多个激光接收器构成，则由于存在多个激光接收器，所以如图9所示，多个输入可用作至或门90c的输入。然而，如果如图8所示使用仅一个激光接收器，则能够仅通过一个子异物检测电路的输出来确定是否检测到异物而无需使用或门90c。
这里，根据照度，CdS传感器的内阻可以从几欧姆到几百千欧姆变化。也就是说，由于包括在子异物检测电路90a和90b中的CdS传感器的内阻与第一电阻器Ra和Rb相比相对较小，所以当激光到达激光接收器时由于没有检测到异物，在传感器的内阻上的电压可能非常小。因此，表示或运算的“0”的电压值可以被传输到或门90c的输入部。这里，表示“0”的电压值可以表示在“0”的预定误差范围内的电压。
另一方面，如果检测到异物并且激光未到达激光接收器，则子异物检测电路90a和90b中包括的CdS传感器的内阻可能较高，使得施加到CdS传感器的内阻的电压也可能很高。因此，表示或运算的“1”的电压值可以被传输到或门90c的输入部。这里，“1”的电压值可以表示所施加的电压(即，VCC)或预定电压在预定误差范围内的电压。具体地，如果CdS传感器的内阻变得显着高于第一电阻器Ra和Rb的内阻，则第一电阻器Ra和Rb上的电压变得可以忽略不计。因此，施加到CdS传感器的电压可以等于所施加的电压VCC。
因此，作为图9的异物检测电路90的输出的异物检测信号(即，FOD信号)的电压大小可以根据异物的存在或不存在而改变，并且FOD信号可以被传输到WPT控制设备，使得WPT控制设备可以基于所述FOD信号来停止或控制用于EV的WPT。
图10为示出了根据本公开的实施例的异物检测设备的配置图。
参考图10，在EV WPT系统中，异物检测设备100可以包括：激光发射器110，其安装在电力传输垫的上部部分的一侧上以用于生成激光；至少一个激光导引块120，其设置在电力传输垫的上部部分的一侧或另一侧上，其接收由激光发射器110生成的激光并且反射接收到的激光；以及激光接收器130，其接收激光。这里，至少一个激光导引块120中的每个可以包括反射镜和棱镜中的至少一者。
如果存在多个激光导引块，则多个激光导引块可以在传输垫的上部的一侧和与该侧相对的另一侧上设置在彼此偏移而不彼此面对的位置。换句话说，考虑到至少一个激光导引块120平行于传输垫的一侧安装是普遍的情况，当激光导引块设置在彼此偏移的位置时，沿对角线方向接收到的激光可以被反射(或折射)到相对的对角线方向并且可以被发射到激光接收器130。
这里，如果存在多个激光导引块，则多个激光导引块中的至少两个可以彼此面对地设置在传输垫的上部部分的一侧以及与该侧相对的另一侧上，并且至少两个激光导引块中的一个可以相对于传输垫的上部部分的一侧或另一侧倾斜地安装。也就是说，即使当两个激光导引块被设置为彼此面对时，如果两个激光导引块中的至少一个相对于传输垫的上部部分的一侧倾斜地设置，则激光能够在相对的对角线方向上反射(或折射)，使得激光可被发射到激光接收器130。
激光接收器130可以包括用于使用CdS传感器检测异物的子异物检测电路130a。而且，子异物检测电路130a可以包括；第一电阻器，其一端连接至所施加的电压Vcc且另一端连接至CdS传感器；以及缓冲器，其接收第一电阻器与CdS传感器之间的电压以作为输入并以恒定电压电平输出该电压。
第一电阻器可以比CdS传感器的初始内阻小至少十倍，并且CdS传感器的比通过感测激光而变化的内阻大至少十倍。CdS传感器的初始内阻可以是指CdS传感器当没有感测到激光或其被遮蔽时的电阻。
异物检测设备100还可以包括异物检测确定控制器140，以用于通过参考缓冲器的输出值来确定是否检测到异物。
异物检测设备100可以包括多个激光接收器130。在这种情况下，异物检测设备100还可以包括或门，以用于接收包括在多个激光接收器130中的每个中的子异物检测电路130a的输出并且执行或运算以用于输出或运算的结果。这里，异物检测设备100还可以包括异物检测确定控制器140，以用于通过参考或门的输出值来确定是否检测到异物。
如果子异物检测电路130a的输出值在公差范围内等于所施加的电压，则异物检测确定控制器140可以确定检测到异物。另一方面，如果子异物检测电路130a的输出值在公差范围内等于“0”，则异物检测确定控制器140可以确定未检测到异物。
这里，异物检测确定控制器140可以为GA控制器，并且可以根据异物的存在或不存在来调节传输垫中的GA线圈的输出功率电平。
根据本公开的另一方面，由根据本公开的实施例的异物检测设备执行的异物检测方法可以包括：从传输垫的上部部分的一侧到另一侧生成激光的步骤；通过使用设置在传输垫的上部部分的一侧或另一侧上的至少一个激光导引块，沿对角线方向一次或多次反射或折射激光的步骤；以及根据是否检测到反射或折射的激光来确定异物的存在的步骤。这里，至少一个激光导引块120中的每个可以包括反射镜和棱镜中的至少一者。
如果存在多个激光导引块，则多个激光导引块可以在传输垫的上部部分的一侧和与该侧相对的另一侧上设置在彼此偏移而不彼此面对的位置。而且，如果存在多个激光导引块，则多个激光导引块中的至少两个可以彼此面对地设置在传输垫的上部部分的一侧以及与该侧相对的另一侧上，并且至少两个激光导引块中的一个可以相对于传输垫的上部部分的一侧或另一侧倾斜地安装。
这里，可以使用包括CdS传感器的子异物检测电路来执行确定的步骤。而且，子异物检测电路可以包括：第一电阻器，其一端连接至所施加的电压VCC并且另一端连接至CdS传感器；以及缓冲器，其接收第一电阻器与CdS传感器之间的电压作为输入并以恒定电压电平输出该电压。而且，在确定的步骤中，可以通过参考子异物检测电路的输出值来确定是否检测到异物。
图11为示出了使用根据本公开的实施例的异物检测电路的异物检测实验的结果的曲线图。
参考图11，当脉宽调制(PWM)信号和FOD信号被设定为2V/div并且sec/div被设定为1sec/div时，每个信号输出波形可以根据是否存在异物来显示。这里，PWM信号为用于控制WPT的信号，并且可以为施加到电路以启动或停止WPT的信号。更具体地，当执行从传输垫到接收垫的WPT时，可以生成施加到电路的PWM信号，并且当停止WPT时，PWM信号可能被中断。FOD信号可以为根据图9的异物检测电路的输出。
根据图11的曲线图，当没有异物时，FOD信号输出为0V，并且当检测到异物时，FOD信号改变为VCC(例如，5V)。异物检测设备的控制器(例如，数字信号处理器(DSP))可以通过阻挡PWM信号来防止无线电力被传输到接收垫。这里，控制器可以对应于根据图10的异物检测确定控制器，并且可以被称为GA控制器或者可以被包括在GA控制器中。
图12为图11的曲线图的放大曲线图。
参考图12，在与参考图11所描述的相同的情况下，曲线图的显示单位被设定为20us/div，使得可以更详细地确认信号输出波形。可以确认生成了FOD信号，然后从FOD信号的生成经过一段时间(曲线图中约为20μs)之后生成PWM信号。
根据本公开的实施例的方法可以被实现为可由各种计算机执行并记录在计算机可读介质上的程序指令。计算机可读介质可以包括程序指令、数据文件、数据结构或其组合。记录在计算机可读介质上的程序指令可以被专门设计和配置用于本公开的示例性实施例，或者可以是计算机软件领域的技术人员公知并且可得到的。
计算机可读介质的示例可以包括被配置成存储和执行程序指令的硬件装置，包括ROM、RAM和闪存。程序指令的示例包括例如由编译器制成的机器代码，以及可由计算机使用解译器执行的高级语言代码。上述示例性硬件装置可以被配置成作为至少一个软件模块来操作以执行本公开的操作，并且反之亦然。
虽然已经在设备的上下文中描述了本公开的一些方面，但其也可以表示根据对应的方法的描述，其中，块或设备对应于方法步骤或该方法步骤的特征。类似地，在方法的上下文中描述的方面也可以由对应的块或项目或对应的装置的特征来表示。方法步骤中的一些或全部可以通过(或使用)硬件装置(诸如微处理器、可编程计算机或电子电路)来执行。在各种示例性实施例中，一个或多个最重要的方法步骤可以由这样的设备执行。
在实施例中，可以使用可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列(FPGA))来执行本文描述的方法的一些或全部功能。在实施例中，FPGA可以结合微处理器进行操作以执行本文描述的方法之一。通常，这些方法优选地由一些硬件装置执行。
为了便于解释和精确限定所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“内”、“外”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后部”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内”、“外”、“向前”、“向后”用于参考附图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施例的特征。
已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的具体示例性实施例的前述描述。它们不旨在是详尽的或者将本发明限制到所公开的确切形式，并且显然可以根据上述教导进行许多修改和变化。选择和描述示例性实施例来解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其它技术人员能够利用本公开的各种示例性实施例以及其各种替代和修改。本公开的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (20)

1.一种在无线电力传输系统中使用反射或折射的激光的异物检测设备，所述异物检测设备包括：
激光发射器，设置在传输垫的上部部分的一侧上以生成激光；
至少一个激光导引块，设置在所述传输垫的所述上部部分的一侧或另一侧上，所述至少一个激光导引块接收由所述激光发射器生成的激光并反射或折射接收到的激光；以及
激光接收器，通过所述至少一个激光导引块感测激光。
2.根据权利要求1所述的异物检测设备，其中，所述至少一个激光导引块中的每个包括反射镜和棱镜中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的异物检测设备，其中，当所述异物检测设备包括多个激光导引块时，所述多个激光导引块在所述传输垫的所述上部部分的所述一侧和与所述一侧相对的所述另一侧上设置在彼此偏移而不彼此面对的位置。
4.根据权利要求1所述的异物检测设备，其中，当所述异物检测设备包括多个激光导引块时，所述多个激光导引块中的至少两个激光导引块彼此面对地设置在所述传输垫的所述上部部分的所述一侧和与所述一侧相对的所述另一侧上，并且所述至少两个激光导引块中的一个相对于所述传输垫的所述上部部分的所述一侧或所述另一侧倾斜地安装。
5.根据权利要求1所述的异物检测设备，其中，所述激光接收器包括子异物检测电路，所述子异物检测电路被配置成用于通过使用硫化镉传感器来检测异物。
6.根据权利要求5所述的异物检测设备，其中，所述子异物检测电路包括：
第一电阻器，所述第一电阻器的一端连接至所施加的电压并且所述第一电阻器的另一端连接至所述硫化镉传感器；
所述硫化镉传感器，所述硫化镉传感器的一端连接至所述第一电阻器并且所述硫化镉传感器的另一端连接至地面；以及
缓冲器，接收所述第一电阻器与所述硫化镉传感器之间的电压作为输入并且以恒定的电压电平输出基于所述输入的输出。
7.根据权利要求6所述的异物检测设备，其中，所述第一电阻器比所述硫化镉传感器的初始内阻小至少十倍，并且比所述硫化镉传感器的通过感测激光而变化的内阻大至少十倍。
8.根据权利要求6所述的异物检测设备，还包括异物检测确定控制器，所述异物检测确定控制器通过参考所述子异物检测电路的输出来确定所述异物是否存在。
9.根据权利要求6所述的异物检测设备，其中，所述异物检测设备包括多个激光接收器。
10.根据权利要求9所述的异物检测设备，还包括或门，所述或门接收所述子异物检测电路的输出并输出关于所述子异物检测电路的输出的或运算的结果，其中，所述子异物检测电路中的每个被包括在所述多个激光接收器中的每个中。
11.根据权利要求10所述的异物检测设备，其中，还包括异物检测确定控制器，所述异物检测确定控制器通过参考从所述或门输出的结果来确定所述异物是否存在。
12.根据权利要求8所述的异物检测设备，其中，当所述子异物检测电路的输出在容许误差范围内等于所述所施加的电压时，所述异物检测确定控制器确定出检测到所述异物。
13.根据权利要求8所述的异物检测设备，其中，所述异物检测确定控制器为接地组件控制器，并且根据所述异物是否存在来控制包括在所述传输垫中的接地组件线圈的输出功率电平。
14.一种在异物检测设备中执行的异物检测方法，所述异物检测方法包括以下步骤：
由激光发射器生成从传输垫的上部部分的一侧到另一侧的激光；
通过使用设置在所述传输垫的所述上部部分的所述一侧或所述另一侧上的至少一个激光导引块，沿对角线方向一次或多次反射或折射激光；以及
由异物检测确定控制器根据是否检测到反射或折射的激光来确定异物的存在。
15.根据权利要求14所述的异物检测方法，其中，所述至少一个激光导引块中的每个包括反射镜和棱镜中的至少一者。
16.根据权利要求14所述的异物检测方法，其中，当所述异物检测设备包括多个激光导引块时，所述多个激光导引块在所述传输垫的所述上部部分的所述一侧和与所述一侧相对的所述另一侧上设置在彼此偏移而不彼此面对的位置。
17.根据权利要求14所述的异物检测方法，其中，当所述异物检测设备包括多个激光导引块时，所述多个激光导引块中的至少两个激光导引块彼此面对地设置在所述传输垫的所述上部部分的所述一侧和与所述一侧相对的所述另一侧上，并且所述至少两个激光导引块中的一个相对于所述传输垫的所述上部部分的所述一侧或所述另一侧倾斜地安装。
18.根据权利要求14所述的异物检测方法，其中，使用包括硫化镉传感器的子异物检测电路来执行确定异物的存在的所述步骤。
19.根据权利要求18所述的异物检测方法，其中，所述子异物检测电路包括：
第一电阻器，所述第一电阻器的一端连接至所施加的电压并且所述第一电阻器的另一端连接至所述硫化镉传感器；
所述硫化镉传感器，所述硫化镉传感器的一端连接至所述第一电阻器并且所述硫化镉传感器的另一端连接至地面；以及
缓冲器，接收所述第一电阻器与所述硫化镉传感器之间的电压作为输入并且以恒定的电压电平输出基于所述输入的输出。
20.根据权利要求19所述的异物检测方法，其中，通过参考所述子异物检测电路的输出来执行确定异物的存在的所述步骤。
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