CN110168412A - 利用热敏材料和电感式感测进行外部物体检测 - Google Patents

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Abstract

在某些方面，公开了一种用于使用热敏材料和电感式感测来检测异物的方法和装置。在某些方面，一种异物检测系统包括热感测系统，该热感测系统包括热敏材料，该热敏材料具有被配置为根据温度改变的性质。异物检测系统还包括电感式感测系统，电感式感测系统包括一个或多个感测线圈，其中一个或多个感测线圈的电特性的变化指示异物的存在。异物检测系统还包括耦合到热感测系统和电感式感测系统的控制器，其中控制器被配置为基于热敏材料的性质的度量或一个或多个感测线圈的电特性的度量中的至少一个来确定异物的存在。

Description

利用热敏材料和电感式感测进行外部物体检测
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月12日提交的美国申请No.15/620,548的优先权，该申请要求于2017年1月10日提交的美国临时专利No.62/444,714和于2017年2月10日提交的美国临时专利No.62/457,462的权益，所有这些申请的内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及无线充电电力传输应用，并且具体涉及使用热敏材料和电感式感测来检测异物的方法和装置。
背景技术
无线电力传输系统(例如，用于电动车辆的电感式充电系统)可以包括基于地面的无线电力传输器(例如，基垫、基础无线充电系统或包括耦合器(例如，基础耦合器)的某种其他无线电力传输设备)，该无线电力传输器被配置为向无线电力接收器(例如，车辆垫、电动车辆无线充电单元或包括耦合器(例如，车辆耦合器)的某种其他无线电力接收设备)发射无线电力场，该无线电力接收器被配置为在车辆底部接收无线电力场。在这种无线电力传输系统中，地面上的无线电力传输器与车辆上的无线电力接收器之间的空间可以是开放式的并且是异物可访问的。例如，异物可能意外地或有意地被放置在无线电力传输器与无线电力接收器之间的空间中。在异物是传导的和/或铁磁性的(例如，金属物体，诸如回形针、螺钉等)的情况下，当异物暴露于无线电力传输器与无线电力接收器之间的无线充电场时，如果磁通密度水平超过某些临界水平，则异物可能达到高温(例如，超过200摄氏度)，例如由于无线充电场引起的涡流和滞后效应。异物可能潜在地达到的高温可能会损坏无线电力传输器。例如，异物可能位于无线电力传输器上并且引起无线电力传输器的部分熔化或燃烧，或者可能自身融化到无线电力传输器中。此外，使用某些异物检测(FOD)技术检测异物可能是不可行的，诸如由于物体小且难以检测，或者可能太昂贵。因此，需要一种如上所述的用于检测异物的方法和装置。
发明内容
在某些方面，公开了一种异物检测系统。异物检测系统包括热感测系统，该热感测系统包括热敏材料，该热敏材料具有被配置为根据温度改变的性质。异物检测系统还包括电感式感测系统，电感式感测系统包括一个或多个感测线圈，其中一个或多个感测线圈的电特性的变化指示异物的存在。异物检测系统还包括耦合到热感测系统和电感式感测系统的控制器，其中控制器被配置为基于热敏材料的性质的度量或一个或多个感测线圈的电特性的度量中的至少一个来确定异物的存在。
在某些方面，公开了一种用于控制异物检测系统的方法。该方法包括确定热敏材料的性质的变化。该方法还包括确定一个或多个感测线圈的电特性的变化。该方法还包括基于所确定的热敏材料的性质的变化或所确定的一个或多个感测线圈的电特性的变化中的至少一个来确定异物的存在。
在某些方面，公开了一种异物检测系统。异物检测系统包括用于基于温度来感测异物的存在的第一装置。异物检测系统还包括用于基于电感来感测异物的存在的第二装置。异物检测系统还包括用于基于第一感测装置或第二感测装置中的至少一个来确定异物的存在的装置。
附图说明
图1图示了根据一些实施方式的用于对电动车辆充电的无线电力传输系统。
图2是图1的无线电力传输系统的示例性组件的示意图。
图3是图示图1的无线电力传输系统的示例性组件的功能框图。
图4A图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳的示例。
图4B图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳的示例。
图4C图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳的示例。
图4D图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳的示例。
图5图示了根据说明性方面的热敏层的示例。
图6图示了根据说明性方面的与图5的热敏层相对应的电路的示例。
图7图示了根据说明性方面的热敏层的示例。
图8图示了根据说明性方面的热敏层的示例。
图9A和9B图示了根据说明性方面的选择性热敏阵列的示例性方面。
图10图示了根据说明性方面的与热敏层相对应的电路的示例。
图11是图示根据说明性方面的电感式异物检测器的示例的电路图。
图12A图示了根据说明性方面的使用热敏材料的双线电感式感测线圈的示例。
图12B图示了根据说明性方面的嵌入在热敏层中的双线电感式感测线圈的示例。
图12C图示了根据说明性方面的在两个线圈绕组之间具有热敏层的双线电感式感测线圈的另一示例。
图13A是图示根据说明性方面的组合电感式感测和热感测的异物检测器的示例的电路图。
图13B是图示根据说明性方面的组合电感式感测和热感测的异物检测器的另一示例的电路图。
图14图示了根据说明性方面的用于执行用于异物检测的组合的电感式感测和热感测的示例操作。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为示例性实现的描述，而不旨在表示其中可以实践本发明的唯一的实施方式。在本说明书中使用的术语“示例性”表示“用作示例、实例或说明”，而不应当被解释为比其他示例性实施方式优选或有利。详细描述包括具体细节，目的是提供对示例性实施方式的透彻理解。在一些情况下，一些设备以框图形式示出。
无线地传输电力可以是指将与电场、磁场、电磁场等相关联的任何形式的能量从传输器传输到接收器而不使用物理电导体(例如，电力可以通过自由空间被传输)。输出到无线场(例如，磁场)中的电力可以由“接收线圈”接收、捕获或耦合以实现电力传输。
本文中使用电动车辆来描述远程系统，远程系统的示例是车辆，车辆包括从可充电能量存储设备(例如，一个或多个可再充电电化学电池或其他类型的电池)得到的电力作为其运动能力的部分。作为非限制性示例，一些电动车辆可以是除了电动机之外还包括用于直接运动或对车辆电池充电的传统的内燃机的混合电动车辆。其他电动车辆可以从电力中汲取所有的运动能力。电动车辆不限于汽车，也可以包括摩托车、推车、踏板车等。作为示例而非限制，在本文中以电动车辆(EV)的形式描述了远程系统。此外，也可以考虑可以使用可充电能量存储装置来至少部分被供电的其他远程系统(例如，电子设备，诸如个人计算设备等)。
图1是根据一些示例性实施方式的用于对电动车辆充电的示例性无线电力传输系统100的图。无线电力传输系统100能够在电动车辆112停放时对电动车辆112充电以与基础无线充电系统102a高效地耦合。两个电动车辆的空间被示出在停放区域中以停放在相应的基础无线充电系统102a和102b上。在一些实施方式中，本地分配中心130可以被连接到电力骨干132并且被配置为通过电力链路110向基础无线充电系统102a和102b提供交流(AC)或直流(DC)电源。基础无线充电系统102a和102b中的每个还包括分别用于无线地传输电力的基础耦合器104a和104b。在一些其他实现(图1中未示出)中，基础耦合器104a或104b可以是独立的物理单元，并且不是基础无线充电系统102a或102b的一部分。
电动车辆112可以包括电池单元118、电动车辆耦合器116和电动车辆无线充电单元114。电动车辆无线充电单元114和电动车辆耦合器116构成电动车辆无线充电系统。在本文中所示的一些图中，电动车辆无线充电单元114也被称为车辆充电单元(VCU)。电动车辆耦合器116可以例如经由由基础耦合器104a生成的电磁场的区域来与基础耦合器104a交互。
在一些示例性实施方式中，当电动车辆耦合器116位于由基础耦合器104a产生的电磁场中时，电动车辆耦合器116可以接收电力。该场可以对应于其中由基础耦合器104a输出的能量可以由电动车辆耦合器116来捕获的区域。例如，由基础耦合器104a输出的能量可以处于足以对电动车辆112充电或供电的水平。在一些情况下，该场可以对应于基础耦合器104a的“近场”。近场可以对应于其中由于基础耦合器104a中不会辐射电力远离基础耦合器104a的电流和电荷而存在强的反应场的区域。在一些情况下，近场可以对应于在远离基础耦合器104a的由基础耦合器104a产生的电磁场的频率的波长的约1/2π内的区域，如下面将进一步描述的。
本地分配中心130可以被配置为经由通信回程134与外部源(例如，电力网)并且经由通信链路108与基站无线充电系统102a通信。
在一些实施方式中，电动车辆耦合器116可以与基础耦合器104a对准，并且因此简单地通过电动车辆操作者定位电动车辆112使得电动车辆耦合器116相对于基础耦合器104a充分对准而被布置在近场区域内。当对准误差下降到可容许值以下时，可以认为对准是足够的。在其他实现中，操作者可以被给予视觉和/或听觉反馈以确定电动车辆112何时被适当地放置在容许区域内用于无线电力传输。在其他实施方式中，电动车辆112可以由自动驾驶仪系统定位，自动驾驶系统可以移动电动车辆112直到实现足够的对准。这可以由电动车辆112在具有或没有驾驶员干预的情况下自动且自主地执行。这对于配备有伺服方向盘、雷达传感器(例如超声波传感器)、和用于安全地调遣和调节电动车辆的智能装置的电动车辆112是可能的。在其他实施方式中，电动车辆112和/或基础无线充电系统102可以具有用于相对于彼此分别机械地移位和移动耦合器116和104a以更精确地定向或对准它们并且在它们之间形成充分和/或更有效的耦合的功能。
基础无线充电系统102a可以位于各种位置。作为非限制性示例，一些合适的位置包括在电动车辆112所有者的家中的停车区域、为在传统的石油加油站后面建模的电动车辆无线充电预留的停车区域、以及在其他位置的停车场，诸如购物中心和工作地点。
无线充电电动车辆可以提供很多益处。例如，可以自动执行充电，而实际上没有驾驶员干预或操纵，从而提高了用户的便利性。也可能没有暴露的电触点并且没有机械磨损，从而提高无线电力传输系统100的可靠性。安全性可以得到改善，因为可以不需要使用电缆和连接器进行操作，并且可以没有要暴露于户外环境中的湿气的电缆、插头或插座。此外，也可以没有可见或可访问的插座、电缆或插头，从而减少电力充电设备的潜在破坏。此外，由于可以使用电动车辆112作为用于稳定电网的分布式存储装置，所以方便的对接电网解决方案可以有助于提高车辆用于车辆到电网(V2G)操作的可用性。
参考图1描述的无线电力传输系统100还可以提供美学和非障碍性的优点。例如，可能没有可能妨碍车辆和/或行人的电荷柱和电缆。
作为车辆到电网能力的进一步说明，无线电力传输和接收能力可以被配置为互惠，使得基础无线充电系统102a能够将电力传输到电动车辆112或者电动车辆112能够将电力传输到基站无线充电系统102a。这种能力可以有助于通过允许电动车辆112在过度需求导致的能源短缺或可再生能量生产(例如风能或太阳能)的短缺的时候为整个配电系统贡献电力来稳定配电网。
图2是根据一些示例性实施方式的与先前结合图1讨论的类似的无线电力传输系统200的示例性组件的示意图。无线电力传输系统200可以包括基础谐振电路206，基础谐振电路206包括具有电感L1的基础耦合器204。无线电力传输系统200还包括电动车辆谐振电路222，电动车辆谐振电路222包括具有电感L2的电动车辆耦合器216。本文中所描述的实施方式可以使用形成谐振结构的电容负载导体环(即，多匝线圈)，如果传输器和接收器均被调谐到共同的谐振频率，则谐振结构能够经由磁性或电磁近场将能量从主结构(传输器)有效地耦合到辅助结构(接收器)。线圈可以用于电动车辆耦合器216和基础耦合器204。使用谐振结构用于耦合能量可以被称为“磁耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振电感”。将基于从基础耦合器202到电动车辆112(未示出)的电力传输来描述无线电力传输系统200的操作，但不限于此。例如，如上所述，能量也可以在相反的方向上被传输。
参考图2，电源208(例如，AC或DC)向作为基础无线电力充电系统202的部分的基础电力转换器236提供电力PSDC以向电动车辆(图1的电动车辆112)传输能量。基础电力转换器236可以包括各种电路，诸如被配置为将电力从标准市电AC转换为合适电压电平的DC电力的AC/DC转换器、以及被配置为将DC电力转换为适合无线高功率传输的操作频率的电力的DC/低频(LF)转换器。基础电力转换器236向包括与基础耦合器204串联的调谐电容器C1的基础谐振电路206提供电力P1，以便以操作频率来发射电磁场。串联调谐的谐振电路206应当理解为是示例性的。在另一实施方式中，电容器C1可以与基础耦合器204并联耦合。在其他实施方式中，调谐可以由并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。电容器C1可以被设置成与基础耦合器204形成基本上以操作频率谐振的谐振电路。基础耦合器204接收电力P1，并且以足以对电动车辆充电或供电的水平无线地传输电力。例如，由基础耦合器204无线地提供的电力水平可以是千瓦(kW)数量级(例如，从1kW到110kW，然而，实际的电平可以更高或更低)。
基础谐振电路206(包括基础耦合器204和调谐电容器C1)和电动车辆谐振电路222(包括电动车辆耦合器216和调谐电容器C2)可以被调谐到基本上相同的频率。电动车辆216可以位于基础耦合器的近场内，反之亦然，如下面进一步解释的。在这种情况下，基础耦合器204和电动车辆耦合器116可以彼此耦合，使得电力可以从基础耦合器204被无线地传输到电动车辆耦合器216。串联电容器C2可以被设置成与电动车辆耦合器216形成基本上以操作频率谐振的谐振电路。串联调谐的谐振电路222应当被理解为是示例性的。在另一实施方式中，电容器C2可以与电动车辆耦合器216并联耦合。在其他实施方式中，电动车辆谐振电路222可以由并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。元素k(d)表示在线圈分离d下生成的互耦系数。等效电阻Req,1和Req,2表示基础耦合器204和电容车辆耦合器216以及调谐(抗电抗)电容器C1和C2可能分别固有的损耗。电动车辆谐振电路222(包括电动车辆耦合器316和电容器C2)接收电力P2并且将其提供给电动车辆充电系统214的电动车辆电力转换器238。
电动车辆电力转换器238可以包括LF到DC转换器等，LF到DC转换器被配置为将操作频率的电力转换回可以表示电动车辆电池单元的负载218的电压电平的DC电力。电动车辆电力转换器238可以向负载218提供转换后的电力PLDC。电源208、基础电力转换器236和基础耦合器204可以是静止的，并且位于各种位置，如上所述。电动车辆负载218(例如电动车辆电池单元)、电动车辆电力转换器238和电动车辆耦合器216可以被包括在作为电动车辆(例如电动车辆112)的部分或其电池组(未示出)的部分的电动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214还可以被配置为通过电动车辆耦合器216无线地向基础无线电力充电系统202提供电力，以将电力馈送回电网。基于操作模式，电动车辆耦合器216和基础耦合器204中的每个可以用作传输或接收耦合器。
尽管未示出，但是无线电力传输系统200可以包括将电动车辆负载218或电源208从无线电力传输系统200安全地断开的负载断开单元(LDU)(未示出)。例如，在紧急或系统故障时，LDU可以被触发以将负载从无线电力传输系统200断开。除了用于管理对电池的充电的电池管理系统之外，还可以提供LDU，或者LDU可以是电池管理系统的部分。
此外，电动车辆充电系统214可以包括用于选择性地将电动车辆耦合器216连接到电动车辆电力转换器238以及从电动车辆电力转换器238断开的开关电路(未示出)。断开电动车辆耦合器216可以暂停充电，并且还可以改变由基础无线电力充电系统202(作为传输器)“看到”的“负载”，其可以用于从基础无线充电系统202“隐藏”电动车辆充电系统214(作为接收器)。如果传输器包括负载感测电路，则可以检测负载变化。因此，诸如基础无线充电系统202等传输器可以具有用于确定在基础耦合器204的近场耦合模式区域中何时存在诸如电动车辆充电系统214等接收器的机构，如以下进一步解释的。
如上所述，在操作中，在向电动车辆(例如图1的电动车辆112)的能量传递期间，从电源208提供输入电力，使得基础耦合器204生成用于提供能量传递的电磁场。电动车辆耦合器216耦合到电磁场并且生成用于由电动车辆112存储或消耗的输出电力。如上所述，在一些实施方式中，基础谐振电路206和电动车辆谐振电路222根据相互谐振关系来被配置和调谐，使得它们接近或基本上以操作频率来谐振。当电动车辆耦合器216位于基础耦合器204的近场耦合模式区域中时，基础无线电力充电系统202与电动车辆充电系统214之间的传输损耗最小，如下面进一步描述的。
如上所述，通过经由磁性近场而非经由近场中的电磁波来传递能量而发生有效的能量传递，这可以涉及由于到空间中的辐射而导致的基本损失。当在近场中时，可以在传输耦合器与接收耦合器之间建立耦合模式。耦合器周围可能发生这种近场耦合的空间在本文中被称为“近场耦合模式区域”。
尽管未示出，但是基础电力转换器236和电动车辆电力转换器238(如果是双向的)都可以包括(对于传输模式)振荡器、诸如电力放大器等驱动器电路、滤波器、和匹配电路并且(对于接收模式)包括整流电路。振荡器可以被配置为生成期望的操作频率，期望的操作频率可以响应于调节信号来被调节。振荡器信号可以由电力放大器以响应于控制信号的放大量来放大。可以包括滤波器和匹配电路以滤除谐波或其他不期望的频率，并且将由谐振电路206和222呈现的阻抗分别与基础电力转换器236和电动车辆电力转换器238相匹配。对于接收模式，基础电力转换器236和电动车辆电力转换器238还可以包括整流和开关电路。
贯穿所公开的实施方式描述的电动车辆耦合器216和基础耦合器204可以被称为或被配置为“导体环路”，并且更具体地是“多匝导体环路”或线圈。基本耦合器204和电动车辆耦合器216在本文中也可以被称为或被配置为“磁性”耦合器。术语“耦合器”旨在表示可以无线地输出或接收能量以耦合到另一“耦合器”的组件。
如上所述，能量在传输器和接收器之间的有效传递发生在传输器和接收器之间的匹配或接近匹配的谐振期间。然而，即使当传输器和接收器之间的谐振不匹配时，能量也可以以较低的效率传递。
谐振频率可以基于包括耦合器(例如，基础耦合器204和电容器C2)的谐振电路(例如谐振电路206)的电感和电容，如上所述。如图2所示，电感通常可以是耦合器的电感，而电容可以被添加到耦合器以生成期望的谐振频率的谐振结构。因此，对于使用呈现较大电感的较大直径的线圈的大尺寸耦合器，产生谐振所需的电容值可以较低。电感也可以取决于线圈的匝数。此外，随着耦合器的尺寸增加，耦合效率可以增加。这在基础耦合器和电动车辆耦合器二者的尺寸都增加的情况下主要是真的。此外，包括耦合器和调谐电容器的谐振电路可以被设计为具有高的质量(Q)因子以改善能量传递效率。例如，Q因子可以等于或大于300。
如上所述，根据一些实施方式，公开了在彼此的近场中的两个耦合器之间的耦合电力。如上所述，近场可以对应于耦合器周围主要存在反应电磁场的区域。如果耦合器的物理大小远小于波长，与频率成反比，则不存在由于波的传播或辐射远离耦合器而导致的基本电力损失。近场耦合模式区域可以对应于接近耦合器的物理体积的体积，通常在波长的一小部分内。根据一些实施方式，诸如单绕组和多匝导体环等磁性耦合器优选地用于传输和接收二者，因为实际上，处理磁场比电场更容易，因为与异物(例如，电介质对象和人体)的交互较少。然而，可以使用“电”耦合器(例如，偶极子和单极子)或磁和电耦合器的组合。
图3是示出可以在图1的无线电力传输系统100中采用的和/或图2的无线电力传输系统200可以是其一部分的无线电力传输系统300的示例性组件的功能框图。无线电力传输系统300图示了通信链路376、使用例如磁场信号用于确定位置或方向的定位链路366、和能够机械地移动基础耦合器304和电动车辆耦合器316中的一者或二者的对准机构356。基础耦合器304和电动车辆耦合器316的机械(运动学)对准可以分别由基础对准子系统352和电动车辆充电对准子系统354来控制。定位链路366可以能够进行双向信令，这表示定位信号可以由基础定位子系统或电动车辆定位子系统或这二者发出。如以上参考图1所述，当能量流向电动车辆112，在图3中，基础充电系统电源接口348可以被配置为从诸如AC或DC电源(未示出)等电源向基础电力转换器336提供电力。基础电力转换器336可以经由基础充电系统电源接口348接收AC或DC电力以便以接近或者是参考图2的基础谐振电路206的谐振频率的频率来驱动基础耦合器304。当在近场耦合模式区域中时，电动车辆耦合器316可以从电磁场接收能量以便以是或接近参考图2的电动车辆谐振电路222的谐振频率的频率振荡。电动车辆电力转换器338将来自电动车辆耦合器316的振荡信号转换为适于经由电动车辆电源接口对电池充电的电力信号。
基础无线充电系统302包括基础控制器342，并且电动车辆无线充电系统314包括电动车辆控制器344。基础控制器342可以提供到诸如计算机、基础公共通信(BCC)、配电中心的通信实体、或智能电网的通信实体等其他系统(未示出)的基础充电系统通信接口。电动车辆控制器344可以提供到诸如车辆上的车载计算机、电池管理系统、车辆内的其他系统、和远程系统等其他系统(未示出)的电动车辆通信接口。
基础通信子系统372和电动车辆通信子系统374可以包括用于具有单独的通信信道的特定应用以及还用于与图3的图中未示出的其他通信实体的无线通信的子系统或模块。这些通信信道可以是单独的物理信道或单独的逻辑信道。作为非限制性示例，基础充电对准子系统352可以通过通信链路376与电动车辆对准子系统354通信，以提供用于例如经由自主机械(运动学)对准(通过电动车辆对准子系统354或基础对准子系统352或通过二者)或者通过操作者辅助使基础耦合器304和电动车辆耦合器316更紧密对准的反馈机构。
电动车辆无线充电系统314还可以包括连接到磁场发生器368的电动车辆定位子系统364。电动车辆定位子系统364可以被配置为利用生成交变磁场的电流驱动磁场发生器368。基础无线充电系统302可以包括连接到基础定位子系统362的磁场传感器366。磁场传感器366可以被配置为在由磁场发生器368生成的交变磁场的影响下生成多个电压信号。基础定位子系统362可以被配置为接收这些电压信号并且输出指示磁场传感器366与磁场传感器368之间的位置估计和角度估计的信号。这些位置和角度估计可以被转换成视觉和/或声学引导和对准信息，电动车辆的驾驶员可以使用这些信息来可靠地停放车辆。在一些实施方式中，这些位置和角度估计可以被用于自动停放车辆而没有或仅有最小的驾驶员干预(线控驾驶)。
另外，电动车辆控制器344可以被配置为与电动车辆板载系统通信。例如，电动车辆控制器344可以经由电动车辆通信接口例如向被配置为执行半自动停车操作的制动系统、或者向可以提供更方便和/或更高的停车精度的被配置为协助高度自动化停车“线控停车”的方向盘伺服系统提供位置数据，如在某些应用中可能需要的，从而在基础耦合器304和电动车辆耦合器316之间提供足够的对准。此外，电动车辆控制器344可以被配置为与视觉输出设备(例如，仪表板显示器)、声/音频输出设备(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入设备(例如，键盘、触摸屏、和指示设备，诸如操纵杆、轨迹球等)、和音频输入设备(例如，具有电子语音识别的麦克风)通信。
无线电力传输系统300还可以经由有线连接、例如通过在电动车辆无线充电系统314处设置有线充电端口(未示出)来支持插入式充电。电动车辆无线充电系统314可以在传输电力去往或来自电动车辆之前集成两个不同充电器的输出。开关电路可以根据需要提供支持无线充电和经由有线充电端口的充电二者的功能。
为了在基础无线充电系统302和电动车辆无线充电系统314之间通信，无线电力传输系统300可以经由基础耦合器304和电动车辆耦合器316使用带内信令和/或经由通信系统(372，374)(例如，经由RF数据调制解调器(例如，在非许可频带中的无线电以太网))使用带外信令。带外通信可以提供足够的带宽用于向车辆用户/拥有者分配增值服务。无线电力载波的低深度幅度或相位调制可以用作具有最小干扰的带内信令系统。
一些通信(例如，带内信令)可以经由无线电力链路来执行，而不使用特定的通信天线。例如，基础耦合器304和电动车辆耦合器316也可以被配置为用作无线通信天线。因此，基础无线充电系统302的一些实施方式可以包括用于在无线电力路径上启用密钥型协议的控制器(未示出)。通过用预定义的协议以预定义的间隔键入传输电力电平(幅度移位键控)，接收器可以检测来自传输器的串行通信。基础电力转换器336可以包括用于检测在基础耦合器304的近场耦合模式区域中的有源电动车辆电力接收器的存在与否的负载感测电路(未示出)。作为示例，负载感测电路监视流向基础电力转换器336的电力放大器的电流，其受到基础耦合器304的近场耦合模式区域中的有源电力接收器的存在与否的影响。电力放大器上的负载变化的检测可以由基础充电控制器342监测，用于确定是否启用基础无线充电系统302用于传输能量、与接收器通信，或其组合。
如本文中讨论的，异物可以位于无线电力传输器(例如，基础垫、基础无线充电系统102、202、302等、或包括耦合器(例如，基础耦合器104、204、304等)的某种其他无线电力传输设备)之间，无线电力传输器被配置为向无线电力接收器(例如，车辆垫、电动车辆无线充电单元114、214、314等，或包括耦合器(例如，车辆耦合器116、216、316等)的某种其他无线电力接收设备)发射无线电力场。当暴露于无线充电场时，这样的异物可能会升温，并且可能潜在地损坏无线电力传输器。
因此，期望一种用于保护无线电力传输器的无线电力传输垫的方法和装置。特别地，本文中的某些方面提供了用于无线电力传输器的无线电力传输垫检测异物的至少部分热敏外壳。此外，某些方面将无线电力传输垫处的热感测与电感式感测相结合以检测异物。虽然本文中关于由于温度变化而改变电阻的材料来描述某些方面和材料，但是应当注意，改变其他类型的电和非电性质(例如，阻抗、电容、折射率、质量密度)的材料可以类似地被用于不同方面以及所测量的这些性质而不是如所描述的电阻。可以通过诸如基础控制器342或其他适当的电路、处理器、集成电路等控制器来监测或测量对热敏材料的性质的变化和/或电感式感测线圈的电特性的变化的检测，控制器还被配置为：如果检测到的热敏材料的性质的变化和/或电感式感测线圈的电特性的变化表明存在异物，控制适当的动作。此外，尽管本文中关于在无线电力传输垫处检测异物来描述某些方面，但是类似的技术可以被用于其他实施方式的异物检测。
在某些方面，无线电力传输垫可以包括热敏外壳的与由无线电力传输器发射的无线充电场对准的一个或多个部分，诸如耦合器、谐振电路等。热敏外壳可以有利地被配置为或者针对系统的一部分被配置为检测接近无线电力传输垫的异物，如本文中讨论的。一旦检测到异物的存在，无线电力传输系统可以进入低功率模式，减少电力，关闭或发出提示用户移除异物的警报。在一些方面，热敏外壳可以包括热敏电阻材料，并且在一些其他方面，热敏外壳可以包括热敏阻抗或电容材料。热敏电阻材料可以被配置为基于材料的温度改变电阻。类似地，热敏阻抗材料、热敏电容材料或其他热敏材料可以被配置为基于材料的温度分别改变阻抗、电容或另外的电或非电性质。
在一些其他方面，热敏材料可以构成波导，其中一个或多个波传播特性是温度敏感的。在一些实施方式中，热敏材料构成用于电磁波的波导，例如，在可见光、红外或微波光谱中。在其他实施方式中，热敏材料构成用于声波的波导，例如，超声波。
用于光波导的热敏材料可以包括非晶石英玻璃(例如，二氧化硅或掺杂的二氧化硅)、或者对于可见光中的电磁波是透明或半透明的并且表现出可测量的温度敏感特性的另一种材料。光波导的热敏材料可以包括产生伴随有光谱偏移(波长偏移)的光散射的材料，诸如拉曼散射、瑞利散射或布里渊散射。它们还可以包括根据温度改变折射率(光栅)的材料。
用于微波波导的热敏材料可以包括具有热敏感特性(例如，介电常数、损耗系数、波阻抗、相速度、群速度)的介电材料。
用于声波导的热敏材料可以包括质量密度与盖壳的材料基本上不同并且具有热敏感的波传播特性(例如，相速度、群速度、声波阻抗)的材料。
在一些方面，对保护外壳可能不是热敏感的传统材料可以包括聚乙烯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲醛(POM)和纤维增强环氧树脂材料中的一种或多种。
图4A图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳400A的示例。例如，无线电力传输垫可以被放置或定位在外壳400A中。特别地，外壳400A包括盖壳405A和后板410A。在某些方面，如图所示，当无线地传输电力时，盖壳405A被放置在无线电力传输垫的面向无线电力接收器的部分之上。例如，当无线电力传输垫被放置在地面上时，盖壳405A可以被定位在无线电力传输垫的背离地面(例如，从地面向上)的部分上。
在某些方面，如图所示，当无线地传输电力时，背板410A被放置在无线电力传输垫的面向无线电力接收器的部分下方。例如，当无线电力传输垫被放置在地面上时，背板410A可以被定位在无线电力传输垫的面向地面(例如，在地面上)的部分上。在某些方面，可以省略背板410A，并且可以将盖壳405A定位在无线电力传输垫之上(例如，在无线电力传输垫嵌入地面中的情况下)。
在某些方面，背板410A是金属(例如，铝)、由塑料制成、或者可以是与盖壳405A相同的材料。如图所示，整个盖壳405A可以由热敏电阻(例如，热电阻)材料制成，用于检测无线电力传输器与无线电力接收器之间的异物的存在，如上所述，从而保护无线电源传输垫。在一些方面，热敏电阻材料可以是根据温度改变其电导率(例如，电阻)的材料。在一些方面，热敏电阻材料的电阻可以具有高温度系数(例如，显著的NTC(即，负温度系数)特性)，使得其电阻随温度升高而显著降低，并且随温度降低而增加。例如，热敏电阻材料的导电率可以随着温度超过阈值而增加。在一些方面，阈值温度可以是100℃。
在一些方面，热敏电阻材料可以在低于阈值(例如，100℃)的温度下基本上充当绝缘体，并且当温度超过阈值时变为导电。在一些方面，热敏电阻材料可以是掺杂的聚合物(例如，来自塞拉尼斯的CoolPoly)，该聚合物在例如低于100℃的温度下是非导电的或稍微导电的，并且当温度升高到100℃以上时其导电率显著增加。
此外，在一些方面，热敏电阻材料可以将诸如显著的热电阻率等性质与机械强度、弹性、耐热性和/或热导率组合。在这些方面，热敏电阻材料可以抵抗机械冲击、热、弯曲和/或压缩应力。这种机械强度或电阻可以保护无线电力传输垫免受物理损坏。另外，在这些方面，热敏电阻材料可以具有弹性以便不易碎，从而允许材料在压力下下垂或弯曲而不会断裂(例如，从在盖壳405A之上行驶的车辆)。在一些方面，导热率还可以防止异物过热，因为导热材料吸收和散发来自热异物的热量使其远离背板410A。此外，在一些方面，热敏电阻材料可以适用于注塑。在一些其他方面，热敏电阻材料提供良好的可加工性。
在一些方面，热敏电阻材料可以是一种类型的陶瓷。在一些其他方面，热敏电阻材料可以是具有显著NTC特性的结晶材料(例如，由于温度升高时晶体结构的相变)。具有NTC特性的热敏电阻材料的电阻随着温度的升高而降低。此外，在一些方面，热敏电阻材料可以是热敏电绝缘体，其在限定的阈值温度下变得导电并且在温度下降到低于该阈值之后保持导电。在一些方面，热敏电阻材料可以是具有显著的正温度系数(PTC)的电导体。具有PTC特性的热敏电阻材料的电阻随着其温度的升高(例如，高于阈值温度)而增加，并且随着其温度的降低(例如，低于阈值温度)而降低。尽管本文中关于由于温度变化而改变电阻的材料来描述某些方面和材料，但是应当注意，改变其他类型的电性质(例如，阻抗、电容等)的材料可以类似地被用于不同方面和所测量的电性质。如上所述，在一些方面，热敏阻抗或电容材料或其他热敏材料可以用于本文中关于图4A-4D描述的任何外壳中。
由上述热敏电阻材料制成的盖壳405A可以具有至少覆盖暴露于无线电力场的无线电力传输垫的暴露部分的尺寸和形状。如将理解的，盖壳405A和/或背板410A可以具有任何合适的尺寸和/或形状。
图4B图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳400B的示例。外壳400B类似于外壳400A，除了盖壳405B不完全由热敏电阻材料形成。相反，如图所示，盖壳405B包括在盖壳405B的表面处的热敏电阻嵌入物412B。热敏电阻嵌入物412B可以由如本文所述的热敏电阻材料制成。此外，盖壳的其余部分可以由非热敏电阻材料或更便宜的材料制成。通过减少用于盖壳405B的热敏电阻材料的量，可以降低外壳400B的成本，同时仍然检测异物。在某些方面，热敏电阻嵌入物412B可以覆盖盖壳405B的表面的一部分或整个表面。
图4C图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳400C的示例。外壳400C类似于外壳400B，因为它包括热敏电阻嵌入物412C，除了热敏电阻嵌入物412C嵌入在盖壳405C中而不是在盖壳405C的表面处。
图4D图示了根据说明性方面的用于无线电力传输垫的外壳400D的示例。外壳400D类似于外壳400B和400C，因为它包括热敏电阻嵌入物412D(例如，在表面处，或者嵌入在盖壳405D中)，除了盖壳405D还包括耐热嵌入物413。在外壳400D中，热敏电阻嵌入物412D可以被嵌入盖壳405D中(例如，在表面下方几毫米)，而耐热嵌入物413可以被放置在盖壳405D的表面上方。在一些方面，热敏电阻嵌入物412D和耐热嵌入物413可以是相邻的，如图4D所示。在一些其他方面，整个盖壳405D可以由耐热敏材料制成，其中耐热嵌入物413嵌入盖壳405D中。在一些其他方面，整个盖壳405D可以由耐热材料制成，其中热敏电阻嵌入物412D嵌入盖壳405D中。
耐热嵌入物413可以包括能够承受异物达到的温度(例如，超过200℃、300℃、400℃等)的耐热材料。在一些方面，耐热材料可以具有例如高于200℃的熔点，并且可以具有显著高于普通塑料材料的导热率。在一些方面，耐热材料可以是阻燃的。在一些方面，耐热材料还可以抵抗机械冲击、弯曲和/或压缩应力。这种机械阻力可以保护无线电力传输垫免受物理损坏。在一些方面，耐热材料可以具有弹性以便不易碎，从而允许材料在压力下下垂或弯曲而不会断裂(例如，来自在盖壳405A上行驶的车辆)。在一些方面，耐热材料可以具有高导热率以散热(例如，由异物产生的热量)。在一些方面，耐热材料耐受长期紫外(UV)暴露。在一些方面，耐热材料抵抗化学物质(例如，润滑油和柴油、汽油、制动液、冷却剂、溶剂等)的损坏。在一些方面，耐热材料具有低热膨胀以避免由于热(例如，来自异物)而膨胀或变形。在一些方面，耐热材料是不导电的，以便在暴露于无线电力场时不生成涡流或位移电流。在一些方面，耐热材料是非磁性的以避免与无线电力场的交互。在一些方面，耐热材料是低成本的。在一些方面，耐热材料具有高自燃温度。在一些方面，耐热材料提供良好的可加工性。此外，在一些方面，耐热材料可以适用于注塑。
例如，耐热嵌入物413的耐热材料可以包括一种或多种塑料，诸如尼龙树脂(例如，Minlon、来自Dupont的Zytel等)、全氟弹性体(例如，来自Dupont的Kalrez)、聚合硅氧烷(例如，硅橡胶)、玻璃或碳纤维增强塑料、结构复合材料(例如，PyroSic、来自Pyromeral系统的PyroKarb)、烧结高温聚合物(例如，聚酰亚胺(PI)，诸如来自Ensinger的TECASINT)、和/或陶瓷基质复合材料(CMC)(例如，玻璃陶瓷)。在一些方面，耐热材料可以包括多个层，诸如包括具有高耐热性(例如，大于200℃)和高点火温度(例如，大于600℃)的第一塑料材料的层、以及包括由第二材料(诸如碳纤维)制成的高耐热网状结构(例如，大于600℃)的第二层，该第二材料在第一塑料材料开始熔化时防止物体下沉到垫外壳中。在一些方面，可以通过感测热敏电阻嵌入物412D的电阻的变化来检测放置在无线电力传输垫的表面上的热异物。
图5图示了根据说明性方面的热敏电阻层500的示例。例如，热敏电阻层500可以由至少一种热敏电阻材料制成，该热敏电阻材料被配置为基于材料的温度改变电阻(例如，如所讨论的)。热敏电阻层可以包括电缆，该电缆包括嵌入绝缘体562中的至少两个导电线564，绝缘体562可以包括热敏电阻材料。电缆可以布置成蛇形结构，如图2所示，或者布置成螺旋或曲折结构以覆盖无线电力传输垫的表面，其中如果异物(例如，金属物体)暴露于电感式电力传输(IPT)磁场，则其可能变热。在一些方面，放置在无线电力传输垫的表面上的热异物560的存在可能导致电缆绝缘体562的电阻的局部变化(例如，局部电阻可能减小)。因此，可以通过基于电缆绝缘体562的电阻变化来感测电阻的变化来检测热异物的存在。在一些方面，这可以通过测量端子a和b之间的电阻来执行，如图5所示。在这些方面，电缆线可以在整个电缆中开路。例如，由于电缆绝缘体562由热敏电阻材料制成，电缆绝缘体562的电导率随着电缆绝缘体562的温度(例如，基于暴露于热异物)变化而变化。由于端子a和b是开路的，端子a和b之间的唯一电气路径经过电缆绝缘体562。因此，端子a和b之间的电阻的度量也是电缆绝缘体562的电阻/电导率的度量。因此，电缆绝缘体562的温度变化改变了端子a和b之间的电阻的度量。在某些方面，端子a和b被耦合到控制器(例如，基础控制器342)或其他测量电路，该电路测量(例如，电缆绝缘体562的)端子a和b之间的电阻/电导率。测量电路还可以被耦合到控制器(例如，基础控制器342)，该控制器基于所测量的电阻/电导率采取适当的动作。例如，如果所测量的电阻/电导率不满足用于指示异物的存在的阈值，则控制器可以不采取动作/允许无线电力传输继续。在另一示例中，如果所测量的电阻/电导率确实满足用于指示异物的存在的阈值，则控制器可以采取动作来停止或限制无线电力传输和/或生成警报(例如，听觉、视觉等)。
图6图示了根据说明性方面的与图5所示的电缆相对应的电路的示例。图6示出了与导线a和b(例如，564)之间的电缆绝缘体(例如，562)的电阻相对应的并联连接的一系列分立电阻Rp。在一些方面，当接近热异物660时，电阻Rp(如箭头所示)可以改变。如果感测电压Vs被施加在端子a和b两端(例如，测量电路)，则电阻的这种变化可能导致感测电流Is的变化。在平行布置中，如图6所示，如果导线周围的绝缘中的热敏电阻材料具有NTC特性，则电阻Rp的变化可能特别显著。在一些方面，一旦温度超过限定的阈值，诸如200℃，热敏电阻绝缘体(例如，绝缘体562)可能产生电短路。
图7图示了根据说明性方面的热敏电阻层700的示例。如图7所示，热敏电阻层700可以包括顶部导线栅格(电极a)770、底部导线栅格(电极b)772、以及热敏电阻材料762的中间层。如上文中关于图5和6所述，可以通过感测在端子a和b之间测量的电阻的变化来检测放置在无线电力传输垫的表面上的热异物的存在。这是因为，当超过一定温度时，热敏电阻材料762可能变得导电。然后，这可以导致低电阻电路，由此顶部导线栅格770可以通过热敏电阻材料762传导到底部导线栅格772。在端子a和b之间测量的低电阻然后可以指示热异物的存在。
在一些方面，可以设计导线栅格(例如，组合的770和772)，使得在存在强IPT磁场的情况下涡流损耗减小(以避免电流回路)。在一些方面，也可以应用其他电极栅格结构(例如，蛇形或曲折形结构)。在一些方面，热敏电阻层762可以是具有最小化涡流损耗的薄导电迹线的印刷线路板(PWB)。在一些方面，该PWB还可以集成基于电感式感测的异物检测系统的感测线圈。
图8图示了根据说明性方面的热敏电阻层800的示例。热敏电阻层800类似于热敏电阻层700，除了在图8中，导线栅格870a和870b(电极a和b)仅被设置在热敏电阻层800的一侧。在一些方面，如图8所示，导线栅格870a和870b可以被放置在热敏电阻材料862之上。在一些方面，导线栅格870a和870b可以交错，如图8所示。在一些方面(未示出)，交错的蛇形、螺旋形或曲折形电极结构可以被设置在热敏电阻层800的一侧。感测电阻的变化，检测异物，和/或通过使电路短路来保护无线电力传输垫可以全部如关于图5-7所述的那样执行。
在一些方面，还可以使用连接到开关矩阵(多路复用器)的电阻单元的阵列(矩阵)在更空间选择性的基本上执行感测电阻的变化。图9A和9B图示了根据说明性方面的选择性热敏电阻阵列的示例性方面。图9B是包括如前所述的热敏电阻材料的热敏电阻单元的更详细视图。如图9A所示，可以通过感测端子a和b之间的电阻并且通过一次闭合一个开关对(例如，根据时间复用方案)(例如，由控制器控制，诸如基础控制器342)来检测热异物。例如，当对应于单元的两个开关闭合时，可以测量单个单元的电阻，诸如参考图5所描述的。
在一些方面(未示出)，阵列可以包括少量热敏电阻单元(例如，仅4×4)，每个单元覆盖待监测区域的重要部分。在这些方面，每个单元可以通过电极栅格接触，如图7所示。将热敏电阻层的区域分成几部分可以在灵敏度和可靠性方面增强热异物检测系统。
在某些方面，选择性热敏电阻阵列还可以被用于确定异物在热敏电阻阵列的区域内的位置。例如，如所描述的，可以测量单个单元的电阻。因此，如果特定单元的电阻指示存在异物，则控制器确定异物位于特定单元所在的区域中。例如，控制器可以具有关于热敏阵列中的每个单元的位置的信息，并且基于指示存在异物的单元的位置来确定异物的位置。
在一些另外的实施方式(未示出)中，热敏电阻层可以是单个板762，如图7所示，但板762的连接电极用开关矩阵切换，如图9A所示。这可以被认为是图7的实施方式与图9A的实施方式的组合。
在图5的热敏电阻层500的一些实施例中(例如，所示的电缆)，合适的热敏电阻材料可以被用于导电线(例如，564)，或者在一些方面，用于导电线和图5的绝缘体(例如，562)中的一个或两个。在这些方面，导线564可以优选地由具有PTC特性的材料制成。包括串联连接的一系列电阻Rs的相应的集总元件电路模型在图10中示出。在这些方面，靠近电阻Rs之一的热异物可以增加导电线564的电阻。在这些方面，可以在端子a和b处测量导线电阻，其中在电缆的另一端处具有短路，如图10所示。为了使涡流损耗和电阻测量的干扰最小化，热敏电阻电缆的至少两个导线之间的间隔可以是最小的和/或导电线可以是扭曲的。
在图5的热敏电阻层500的一些实施例中，用于导线(例如，564)的材料可以是当温度超过限定的阈值时变得基本上不导电从而在端子a和b之间测量高电阻(例如，基本上开路)的材料，假定线端部短路(图5中未示出)。
在一些方面，热敏阻抗材料可以用于关于图4到10描述的所有实施例中。热敏阻抗材料可以是随着温度升高而改变其阻抗(例如，电阻和/或电容、电感)的材料。在这些方面，可以使用测量电路中的AC或脉冲信号源来感测阻抗的变化。
在使用具有如前所述的一个或多个温度敏感特性的电磁或声波导的一些实施方式中，波导可以是光纤、填充有介电材料或气体的管子。热敏波导可以以前面结合图5所述的方式设置(例如，以蛇形、曲折形、螺旋形等形式)在无线电力传输垫的表面下方的层中。在一些其他实施方式中，热敏波导可以具有板(层)762的形状，如先前结合图7所述。
在一些方面，如上所述，使用热敏电阻层的热异物检测可以与可以集成到无线电力传输垫中的附加离散温度传感器组合。在一些方面，这样的传感器可以提供无线电力传输垫的温度的一般增加的指示(例如，在有功电力传输期间)，并且因此提高热异物检测的可靠性。这样的传感器可以与被配置为控制无线电力传输垫的无线电力传输的控制器(例如，控制器342)耦合。例如，在某些方面，如果温度传感器都感测到高于指示存在异物的第一阈值的温度，并且所测量的热敏材料的性质满足指示存在异物的阈值，则控制器确定存在异物并且采取适当的动作。在某些方面，如果温度传感器没有感测到高于第一阈值的温度，或者所测量的热敏材料的特性不满足指示存在异物的阈值，则控制器确定不存在异物并且采取适当的动作。在某些方面，如果温度传感器感测到高于第一阈值的温度，或者热敏材料的所测量的特性确实满足指示存在异物的阈值，则控制器确定存在异物并且采取适当的动作。在某些方面，如果温度传感器感测到高于第一阈值的温度，则控制器仅测量热敏材料的性质并且基于所测量的特性是否满足指示存在异物的阈值来采取适当的动作。在某些方面，如果所测量的热敏材料的特性确实满足指示存在异物的阈值，则控制器仅使用温度传感器来感测温度，并且基于所感测的温度是高于还是低于第一阈值来采取适当的动作。
在一些方面，感测材料的热敏特性还可以允许使用控制器在由异物检测系统覆盖的区域上确定该热敏特性的空间轮廓或空间分布。在一些实施方式中，使用多个热敏电阻单元确定这种分布，如图9A所示。在一些其他实施方式中，可以使用具有热敏电阻的电缆来提供热敏特性的一些空间分辨率，如先前结合图5所述，例如通过采用时域或频域反射测量方法。在一些基于声学或电磁波导的其他实施方式中，例如，如前所述的光纤，例如，使用时域或频域反射测量方法来确定空间分布。
在另一方面，空间分辨率可以用于基于空间差分检测方法来确定热异物的存在。在采用空间差分方案的一些实施方式中，可以基于控制器的峰值与温度敏感材料的感测特性的平均值的比率来做出对热物体的存在的判定。例如，如果比率满足阈值(例如，高于阈值)，则控制器确定存在异物并且采取适当的动作。如果该比率不满足阈值，则控制器确定不存在异物并且采取适当的动作。在一些其他实施方式中，基于峰值与中值的比率或材料的感测的热敏特性的离散分布的另一百分位来做出决定。例如，在某些方面，环境温度或无线电力传输垫附近的温度可能很高(例如，在炎热的一天)。因此，在这些方面，如果环境温度足够高以使得感测到的温度敏感材料的性质高于用于检测异物的设定阈值，则控制器可能在异物不存在时确定异物存在，导致误报。然而，如果使用空间分辨率来确定异物的存在，则即使无线电力传输垫上(例如，热敏阵列的单元上)的环境温度很高，单元也不太可能具有峰值使得单元上的峰值与平均值的比率高于阈值，除非存在异物，从而降低了误报的可能性。此外，即使温度敏感材料不能提供准确的温度测量，它也可以提供精确的测量，使得峰值与平均值的比率从一种实施方式到另一实施方式不会变化太多，从而使相对测量更容易用于控制无线电力传输垫。
在又一方面，可以基于时间差分方法来确定热异物的存在，并且基于温度敏感材料的感测到的特性的时间变化水平(变化率)来做出决定，例如通过在连续感测的值上采用微分器或高通滤波器。例如，在某些方面，无线电力传输垫附近的物体可能是热的，但不与无线电力传输垫的输出相关。例如，无论无线电力传输垫是否正在传输电力，无线电力传输垫附近的物体都可以保持在稳定的温度。此外，在某些方面，无线电力传输垫附近的环境温度通常可以很高，但不会改变。因此，利用感测特性的变化率可以用于确定温度变化率。如果温度没有改变达阈值，则可能没有异物，并且无线电力传输垫附近的一般温度可能是热的。然而，如果温度改变达阈值，则可能表示物体将进一步升温，并且可能是异物。一些实施方式可以采用空间和时间差分检测。
在一些方面，如图7和8所示的用于热敏电阻感测的电极栅格结构还可以用于电容性感测位于无线电力传输垫的表面附近的物体(例如，活性物体)。如所讨论的，测量电路和/或控制器可以采用各种检测方法。
在一些方面，电感式感测异物检测系统(例如，电感式异物检测器)的感测线圈可以用作附加温度传感器(例如，通过测量阻抗、尤其是感测线圈的电阻)以及基于热敏材料的检测。例如，这种电感式异物检测器可以对应于先前描述的附加离散温度传感器。
图11中图示了示例性电感式异物检测器。电感式异物检测器1100可以使用多个电感式感测线圈1102，电感式感测线圈1102经由串联电容器1104和多路复用器1108可操作地连接到检测电路1110(例如，测量电路、控制器(例如，基础控制器342)等)。尽管图11中仅示出了单个电感式感测线圈1102，但是在某些方面，多个电感式感测线圈1102可以用于电感式异物检测。尽管示出为“圆形”线圈，但是感测线圈1102可以是“双D”线圈或其他导电线结构。多个感测线圈1102可以是以行和列(未示出)布置的基本上共面的线圈的阵列。在某些方面，多个感测线圈1102被设置在无线电力传输垫之上。在某些方面，多个感测线圈1102可以类似于热敏材料定位，诸如关于图4A-4D所述。在某些方面，多个感测线圈1102可以与热敏材料一起被包括在内并且与热敏材料处于相同的位置(例如，基本相同的平面)或不同的位置(例如，在上方或下方)。例如，在某些方面，多个感测线圈1102定位(例如，紧密地)在面向无线电力接收器的外壳(例如，外壳400A-400D中的任何一个)的上表面(例如，盖壳，诸如盖壳405A-405D中的任何一个)的下方。在某些方面，检测电路1110被配置为以时间复用的方式测量多个感测线圈1102中的每个的电特性。该特性可以包括阻抗、电阻、感应电压或脉冲响应中的至少一个。在某些方面，检测电路1110将具有频率的感测电流施加到由多路复用器1108选择的第n感测线圈1102，例如，以用于测量测量端口处的阻抗Zs,n，如图11中用Zs所示。阻抗Zs,n相对于参考值的变化(例如，达阈值)可以指示存在异物1160。在某些方面，感测频率远高于用于无线电力传输的频率(例如，基础耦合器204的工作频率)，例如，在MHz范围内。串联电容器1104和并联电感器1106可以用作高通滤波器，以通过用于无线电力传输的强低频电磁场(<150kHz)来衰减被感应到感测线圈1102中的电压。在一些实施方式中，串联电容器1104和感测线圈1102的电感被配置为在感测频率下形成谐振。在一些实施方式中，在谐振处或附近测量阻抗可能是有利的。
在另外的方面，电感式异物检测基于测量由不同于感测线圈的另一线圈(例如，参考图3的基础耦合器304的线圈)生成的磁场感应到感测线圈1102中的电压。在一些实施方式中，磁场是用于无线电力传输的磁场，并且省略了电容器1104和并联电感器1106，并且实际上没有电流在感测线圈1102中流动以用于电感式感测。
在一些方面，图11所示的电路可以通过使用感测线圈来组合电感式感测和热感测，这些感测线圈由热敏导体材料1164(例如，如本文中讨论的热敏材料，诸如关于导线564和绝缘体562)制成，热敏导体材料1164(例如，基本上)在温度超过阈值(例如，临界水平)时改变其电阻(例如，或者上述其他电特性)。在某些方面，可以通过其热效应(例如，通过感测热敏感测线圈1102的热敏导体材料1164的电阻变化)来检测可能未被电感式感测(例如，尺寸太小和/或由于关于感测线圈1102的定位或定向)检测到的异物1160。
在另外的方面，多个感测线圈1102中的一个或多个可以是双线(例如，包括两个单独的线(例如，大致平行且紧密间隔))绕组结构，例如，如图12A至12C所示。例如，在某些方面，感测线圈1102包括使用热敏材料(例如，热敏电阻材料)彼此电绝缘的单独绕组，热敏材料基于温度改变其绝缘电阻(例如，在局部地存在放置在无线电力传输垫的表面上的热物体1160的情况下，如先前结合图5所述)。例如，绕组可以包括导线564，如图所示。此外，在某些方面，热敏材料绝缘导线564彼此包括热敏绝缘体562(例如，如图12A所示的导线564周围的电缆绝缘体562)。或者，包括导电线564的双线导线结构可以被嵌入热敏电阻层1262中，例如，如前面结合图4A至4D所述。在一些实施方式中(未示出)，双线绕组结构(例如，导线564)可以是双绞线。在一些实施方式中，第一感测线圈绕组(例如，第一导线564)和第二感测线圈绕组(例如，第二导线564)被设置在同一平面中，例如，被嵌入热敏电阻层1262中，如图12B所示。在另外的实施方式中，第一感测线圈绕组(例如，第一导线564)和第二感测线圈绕组(例如，第二导线564)被设置在不同的平面中，并且热敏电阻层1262在两个平面之间。如图12C所示，第一感测线圈绕组(非虚线)(例如，第一导线564)可以接触热敏电阻层1262的顶表面，而第二感测线圈绕组(例如，第二导线564)(虚线)可以接触热敏电阻层1262的底表面。在又一方面，双线感测线圈1102的导线564中的至少一个由热敏材料制成，该热敏材料在热敏材料的温度超过阈值(例如，临界水平)时改变其电阻(或另一电特性)(例如，基本上)，例如，如先前结合图10所述。
在一些方面，图13A图示了根据某些方面的使用多个双线感测线圈1102(例如，如关于图12A至12C中的任何一个所述)的示例性的组合的电感式和热感测异物检测器1300。包括感测线圈1102的导线564的第一感测线圈绕组的端子1a和1b可以经由串联电容器1104和第一多路复用器1108可操作地连接到检测电路1310(例如，测量电路、控制器(例如，基础控制器342)、检测电路1110等)的阻抗测量端口Zs。分别包括感测线圈1102的导线564的第一感测线圈绕组和第二感测线圈绕组的端子1a和2a可以经由第二多路复用器1308可操作地连接到由检测电路1310的Roc表示的绝缘电阻测量端口，而第二感测线圈绕组的端子2b可以是开路的。在某些方面，第一感测线圈绕组和第二感测线圈绕组通过热敏材料彼此绝缘，诸如热敏绝缘体562(未示出)或热敏电阻层1262(如图所示)。两个测量端口可以具有共同的接地，如图13A所示。在一些实施方式中，检测电路1310被配置为测量第一感测线圈绕组与第二感测线圈绕组之间的(例如，DC绝缘(例如，开路))电阻。开路电阻Roc相对于参考值(例如，阈值)的变化可以指示异物1160的存在。电容器1304可以被配置为用作低通滤波器以抑制由用于无线电力传输的电磁场和/或来自感测线圈1102的用于电感式感测的高频感测场引起的潜在频率分量。
在某些方面，对于每个感测线圈1102，为了执行电感式感测，第一多路复用器1108将第一感测线圈绕组的端子1a和1b耦合到检测电路1310的阻抗测量端口Zs。检测电路1310测量阻抗测量端口处的阻抗并且基于测量的阻抗来确定是否存在异物(例如，如关于图11所述)。
在某些方面，对于每个感测线圈1102，为了执行热感测，第二多路复用器1308将第一感测线圈绕组和第二感测线圈绕组的端子1a和2a耦合到由检测电路1310的Roc表示的绝缘电阻测量端口。检测电路1310测量电阻测量端口处的电阻，并且基于测量的电阻来确定是否存在异物(例如，如关于图12所述)。
图13B图示了包括由热敏导体材料1164制成的多个双线感测线圈1102的组合的电感式和热感测异物检测器1302的另一示例性实施方式。在某些方面，与检测器1300不同，在检测器1302中，第一感测线圈绕组和第二感测线圈绕组的端子1b和2b分别被短路，并且第一感测线圈绕组和第二感测线圈绕组中的至少一个包括热敏导体材料1164。此外，在某些方面，在检测器1302中，检测电路1310被配置为测量感测线圈1102的导电结构(例如，包括热敏导体材料1164的绕组)的电阻。在一些方面，检测电路1310测量短路DC电阻Rsc。短路DC电阻Rsc相对于参考值(例如，阈值)的变化可以指示异物1160的存在。在某些方面，基于如图13B所示的DC电阻测量Rsc的热检测可以比如图11所示的测量阻抗Zs(例如，在高频率下)更灵敏和可靠。
如图11、12和13所示的实施方式应当被解释为示例性和非限制性的。它们并不代表组合的电感式和热电感式异物检测器的唯一实施方式。例如，在某些方面，组合的电感式和热感测异物检测器可以包括单独的电感式异物检测器(例如，异物检测器1100)和单独的热感测异物检测器(例如，如关于图4-10所述)。在某些方面，无论是分离的还是集成的(例如，如关于图13所讨论的)，来自热感测检测的检测参数(例如，电阻、电容等)和来自电感式感测检测的检测参数(例如，阻抗、电阻、感应电压或脉冲响应)可以被组合以控制无线电力传输。
例如，热感测检测系统和电感式感测检测系统中的每个可以被耦合到被配置为控制无线电力传输垫的无线电力传输的控制器(例如，控制器342、检测电路等)。例如，在某些方面，如果电感式感测检测系统感测到满足指示存在异物的阈值(例如，第一阈值)的电特性并且热感测检测系统感测到满足指示存在异物的阈值(例如，第二阈值)的电特性，则控制器确定存在异物并且采取适当的动作。
在某些方面，如果电感式感测检测系统感测到不满足指示存在异物的阈值的电特性，或者热感测检测系统感测到不满足指示存在异物的阈值的电特性，则控制器确定不存在异物并且采取适当的动作。在某些方面，如果电感式感测检测系统感测到满足指示存在异物的阈值的电特性，或者热感测检测系统感测到满足指示存在异物的阈值的电特性，则控制器确定存在异物并且采取适当的动作。在某些方面，如果热感测检测系统感测到满足指示存在异物的阈值的电特性，则控制器仅指示电感式感测检测系统测量电特性并且基于测量到的电特性是否满足指示存在异物的阈值而采取适当的动作。在某些方面，如果电感式感测检测系统感测到满足指示存在异物的阈值的电特性，则控制器仅指示热感测检测系统测量电特性并且基于测量到的电特性是否满足指示存在异物的阈值而采取适当的动作。在某些方面，电感式感测系统和热感测系统之一的结果用于控制电感式感测系统和热感测系统中的另一个。
在一些方面，一旦检测到热异物的存在(如上文中关于图5-13所述)，无线充电系统可以采取一个或多个动作。例如，系统可以进入低功率模式，降低电力，关闭或者发出提示用户移除对象的警报。此外，在一些方面，通过关联感测到的温度敏感材料的特性或电感式感测的变化，可以使热异物的检测更可靠，如上面关于图5-13所述，其中交变磁场的水平由无线电力传输垫生成。所生成的交变磁场可以涉及无线电力传输设备与无线电力接收器之间的电力传输。例如，当传输电力时电特性(例如，电阻)的变化可以说明电阻变化的更高机会是由于存在热异物，反之亦然。
在一些其他方面，通过关联感测到的温度敏感材料的特性或电感式感测的变化，可以使热异物的检测更可靠，如上面关于图5-13所述，其中另一异物检测器的输出例如基于微波雷达感测、红外感测，例如，使用车载底盘安装摄像头等。
图14图示了根据说明性方面的用于执行用于异物检测的组合的电感式感测和热感测的示例操作。在某些方面，操作1400可以由控制器执行。
操作1400在可选的1402处开始，其中在无线电力传输垫处无线地传输电力。在1404处，确定位于无线电力传输垫附近的热敏材料的性质的变化。在1406处，确定一个或多个感测线圈的电特性的变化，其中一个或多个感测线圈位于无线电力传输垫附近。在1408处，基于所确定的热敏材料的性质的变化或所确定的一个或多个感测线圈的电特性的变化中的至少一个来检测异物的存在(并且可选地调节无线地传输电力或者生成警报)。
上述方法的各种操作可以由能够执行相应功能的任何合适的器件执行。该器件可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。通常，在存在图中示出的操作的情况下，这些操作可以具有带有具有相似的编号的相应的对应器件加功能组件。
如本文中使用的，术语“确定”包括各种各样的动作。例如，“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或其他数据结构中查找)、确认等。而且，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。而且，“确定”可以包括解析、选择(selecting)、选择(choosing)、建立等。
如本文中使用的，引用项目列表“中的至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、ab、ac、bc和abc、以及与相同元素的倍数的任何组合(例如，aa、aaa、aab、aac、abb、acc、bb、bbb、bbc、cc和ccc或a、b和c的任何其他排序)。
结合本公开所描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用被设计为执行本文中描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件(PLD)、离散门或晶体管逻辑、分立硬件组件或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何商用处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核或任何其他这样的配置。
本文中公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非指定了特定的步骤或动作顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以硬件实现，则示例硬件配置可以包括无线节点中的处理系统。处理系统可以用总线架构来实现。总线可以包括任何数目的互连总线和桥接器，这取决于处理系统的具体应用和总体设计约束。总线可以将各种电路链接在一起，包括处理器、机器可读介质和总线接口。总线接口可以用于经由总线将网络适配器等连接到处理系统。网络适配器可以用于实现物理(PHY)层的信号处理功能。在用户端子的情况下，用户接口(例如，键盘、显示器、鼠标、操纵杆等)也可以连接到总线。总线还可以链接各种其他电路，诸如定时源、外围设备、电压调节器、电源管理电路等，这些是本领域公知的并且因此将不再进一步描述。
处理系统可以被配置为通用处理系统，其中一个或多个微处理器提供处理器功能并且外部存储器提供至少一部分机器可读介质，所有这些都通过外部总线架构与其他支持电路链接在一起。或者，处理系统可以用ASIC实现，该ASIC具有处理器、总线接口、用户接口(在接入端子的情况下)、支持电路、以及集成到单个芯片中的至少一部分机器可读介质来实现，或者可以用一个或多个FPGA、PLD、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件或任何其他合适的电路、或者可以执行贯穿本公开描述的各种功能的电路的任何组合来实现。本领域技术人员将认识到如何根据特定应用和强加于整个系统的总体设计约束来最好地实现处理系统的所描述的功能。
应当理解，权利要求不限于上面说明的准确配置和组件。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对上述方法和器件的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

Claims (30)

1.一种异物检测系统，包括：
热感测系统，包括热敏材料，所述热敏材料具有被配置为根据温度改变的性质；
电感式感测系统，包括一个或多个感测线圈，其中所述一个或多个感测线圈的电特性的变化指示异物的存在；以及
控制器，被耦合到所述热感测系统和所述电感式感测系统，其中所述控制器被配置为基于所述热敏材料的所述性质的度量或者所述一个或多个感测线圈的所述电特性的度量中的至少一个度量，来确定所述异物的存在。
2.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述热感测系统和所述电感式感测系统共享一个或多个组件。
3.根据权利要求2所述的异物检测系统，其中所述一个或多个感测线圈包括所述热敏材料。
4.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述热感测系统包括至少两条导电线和绝缘层，其中所述绝缘层包括所述热敏材料，并且其中所述电感式感测系统包括所述至少两个导电线中的至少一条。
5.根据权利要求4所述的异物检测系统，其中所述至少两条导电线是以下中的至少一项：
被嵌入在所述绝缘层中，
被嵌入在同一平面上并且与所述绝缘层接触，或者
被嵌入在与所述绝缘层的单独表面接触的单独平面上。
6.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述热感测系统包括第一导电线和第二导电线，其中所述电感式感测系统的第一感测线圈包括所述第一导电线，其中所述第一导电线的第一端子和所述第一导电线的第二端子选择性地被耦合到所述控制器的阻抗测量端口，并且其中所述第一导电线的所述第一端子和所述第二导电线的第一端子选择性地被耦合到所述控制器的电阻测量端口，其中所述控制器被配置为通过测量所述电阻测量端口处的电阻来测量所述热敏材料的所述性质，并且其中所述控制器被配置为通过测量所述阻抗测量端口处的阻抗来测量所述第一感测线圈的所述电特性。
7.根据权利要求6所述的异物检测系统，其中所述第二导电线的第二端子是开路的，并且其中所述热敏材料被耦合在所述第一导电线与所述第二导电线之间。
8.根据权利要求6所述的异物检测系统，其中所述第二导电线的第二端子与所述第一导电线的所述第二端子短路，并且其中所述第一导电线和所述第二导电线中的至少一个包括所述热敏材料。
9.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述性质包括导电率，并且其中所述控制器被配置为基于所述电导率的所述变化满足阈值来确定所述异物的所述存在。
10.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述热感测系统包括多个热敏单元。
11.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述控制器被配置为：当所述热敏材料的所述性质的所述度量和所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述度量两者都指示所述异物的存在时，确定所述异物存在。
12.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述控制器被配置为：当所述热敏材料的所述性质的所述度量或者所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述度量指示所述异物的存在时，确定所述异物存在。
13.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述控制器被配置为基于所述热敏材料的所述性质的所述度量来控制所述电感式感测系统。
14.根据权利要求13所述的异物检测系统，其中所述控制器被配置为：当所述热敏材料的所述性质的所述度量满足阈值时，控制所述电感式感测系统以测量所述一个或多个感测线圈的所述电特性，并且其中所述控制器被配置为：当所述电特性的所述度量满足另一阈值时，确定所述异物存在。
15.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述控制器被配置为基于所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述度量来控制所述热感测系统。
16.根据权利要求15所述的异物检测系统，其中所述控制器被配置为：当所述一个或多个感测线圈的所述电特性满足阈值时，控制所述热感测系统以测量所述热敏材料的所述性质，并且其中所述控制器被配置为：当所述性质的所述度量满足另一阈值时，确定所述异物存在。
17.根据权利要求1所述的异物检测系统，其中所述控制器被配置为：基于将所述热敏材料的所述性质的所述度量和所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述度量中的至少一个与由无线电力传输垫生成的交变磁场的水平相关联来确定所述异物的存在。
18.一种用于控制异物检测系统的方法，所述方法包括：
确定热敏材料的性质的变化；
确定一个或多个感测线圈的电特性的变化；以及
基于所确定的所述热敏材料的所述性质的所述变化或所确定的一个或多个感测线圈的所述电特性的所述变化中的至少一个来确定异物的存在。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
在无线电力传输垫处无线地传输电力，其中所述热敏材料位于所述无线电力传输垫附近，并且其中所述一个或多个感测线圈位于所述无线电力传输垫附近；以及
基于是否检测到所述异物的存在来调节无线地传输所述电力或者生成警报。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个感测线圈包括所述热敏材料。
21.根据权利要求18所述的方法，其中确定所述热敏材料的所述性质的变化包括：测量至少两条导电线之间的电阻，其中所述热敏材料被耦合在所述至少两条导电线之间。
22.根据权利要求21所述的方法，其中确定所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述变化包括：测量所述至少两条导电线中的至少一条导电线的电感。
23.根据权利要求18所述的方法，其中确定所述热敏材料的所述性质的变化包括测量沿着导电线的电阻，其中所述导电线包括所述热敏材料，并且其中确定所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述变化包括测量所述导电线的电感。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述特性包括电导率，并且其中确定所述异物的存在是基于所述电导率的所述变化满足阈值来被执行的。
25.根据权利要求18所述的方法，其中确定所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述变化是基于所述热敏材料的所述性质的所述变化。
26.根据权利要求18所述的方法，其中确定所述热敏材料的所述性质的所述变化是基于所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述变化。
27.根据权利要求18所述的方法，其中确定所述异物的存在还基于将所述热敏材料的所述性质的所述变化或所述一个或多个感测线圈的所述电特性的所述变化中的至少一个与由无线电力传输垫生成的交变磁场的水平相关联。
28.一种异物检测系统，包括：
用于基于温度来感测异物的存在的第一装置；
用于基于电感来感测所述异物的存在的第二装置；以及
用于基于用于感测的所述第一装置或者用于感测的所述第二装置中的至少一个来确定所述异物的存在的装置。
29.根据权利要求28所述的异物检测系统，其中用于感测的所述第一装置和用于感测的所述第二装置共享一个或多个组件。
30.根据权利要求28所述的异物检测系统，还包括：
用于无线地传输电力的装置；以及
用于基于用于确定所述异物的存在的所述装置来控制用于无线地传输电力的所述装置的装置。
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