CN111682654A - 无线电能传输智能化异物检测系统设计方法 - Google Patents

无线电能传输智能化异物检测系统设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，包括以下步骤：启动检测系统激励源；逐个接入单一检测线圈；判断检测信号是否位于安全阈值范围内，从而判断是否存在异物；判断异物尺寸是否超过安全检测尺寸；接入多个检测线圈；保持激励源输出信号频率与检测电路谐振频率同步；判断异物是否为金属；判断异物是否为活体生物，若是则驱离；判断异物是否为铁磁性金属或铁磁性合金，若是则停止充电。本发明相对于传统的异物检测系统，能够智能地根据异物的不同种类来控制充电过程继续或停止，且可以推断出异物的材料种类。

Description

无线电能传输智能化异物检测系统设计方法
技术领域
本发明涉及无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，属于无线电能传输技术及异物检测技术领域。
背景技术
无线电能传输技术原理为在发射线圈通入交变电流激励，产生交变磁场，能量通过该交变磁场耦合到接收线圈并为负载提供电能，从而实现了电能的无线传输。相较于传统的通过金属导线来实现电能传输的方式，无线电能传输技术可避免电火花、插头的接触磨损及老化等问题，同时可应用于非接触的电能传输场合。在该技术逐步应用的过程中，其安全问题(如：异物检测等)也需解决。
由于该技术的非接触特性，其发射端与接收端之间可能会引入异物，其中部分铁磁性金属异物及其合金(如：铁、钴、镍及其高磁导率合金等材料)会由于涡流效应而发热，从而可能引发安全隐患(如：异物燃烧、烫伤人体、毁坏无线充电系统等)。而部分非铁磁性金属及合金(如：铝、铜及非铁磁性合金等材料)同样会由于涡流效应而发热，但最终该种类的异物的热平衡温度会稳定在相关标准规定的安全限值之内，即可视为对系统不会产生实质性的危害，例如，美国机动车工程师学会SAEJ2954标准中规定电动汽车无线充电系统中异物的安全温度限值为80℃。对于活体异物(如：人体、宠物、鸟类等)则会因暴漏在充电系统的强交变磁场中感到不适甚至病变。其他异物(如塑料等)则不会受强交变磁场影响或对无线充电系统产生破坏。针对无线电能传输系统的不同种类的异物需准确检测并识别异物类型，同时检测系统分别作出响应，最终实现异物的智能化识别及充电系统的智能化控制。
现有技术的水平以及存在的问题：
实现无线充电异物检测所采用的技术种类繁多，只可判断有无，若存在异物则会报警并会停止充电，严重影响充电进程。无法进一步区分异物的种类即无法准确判断出对系统真正存在安全隐患的异物。
部分技术成本过高，不易于系统集成(如光纤折射检测法、光纤折射率温度检测法)，部分技术响应速度慢，存在滞后性(如温度检测法)
部分技术受环境影响及强交变磁场影响较大，无法对异物种类进行详细判断且可能存在误判(如机器视觉检测、雷达检测、铂电阻温度传感器等)。
发明内容
本发明的目的是提出无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，以解决现有的无线充电异物检测的技术无法进一步区分异物的种类即无法准确判断出对系统真正存在安全隐患的异物、成本过高、响应速度慢且存在误判的问题。
无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、启动异物检测系统的激励源；
步骤二、通过检测线圈所在支路的开关管进行控制，逐个接入单一检测线圈，即检测电路谐振腔中只包含单独一个检测线圈；
步骤三、记录步骤二中所有情况的检测信号幅值，并逐个与检测信号安全阈值比较，判断是否所有检测信号幅值处于与检测信号安全阈值范围内；若所有检测信号幅值处于检测信号安全阈值范围内，则无任何异物，充电系统可以启动或继续正常工作；若部分检测信号处于检测信号安全阈值范围之外，则表明存在异物，并执行步骤四；
步骤四、根据检测信号的幅值和受影响的检测线圈数量及位置计算异物的尺寸大小，判断异物的尺寸大小是否超过该功率等级下的安全检测尺寸，若异物尺寸未超过安全检测尺寸则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在无危害的异物警报提示，并令充电系统可以启动或继续正常工作；若异物尺寸超过安全检测尺寸则进入步骤五；
步骤五、通过控制检测线圈所在支路的开关管来控制接入检测电路的检测线圈数量，并使异物检测系统的激励源或数字频率合成器输出信号的频率与检测电路谐振腔的谐振频率保持一致，使检测电路始终处于谐振状态，并记录多谐振频率点或扫频时检测线圈的阻抗变化量及变化趋势；
步骤六、通过深度学习方式对检测线圈的阻抗变化量及变化趋势进行特征提取，并与数据库比对，初步判断异物是否为金属或金属合金，若不是，则执行步骤七；否则，执行步骤八；
步骤七、若判断异物为活体生物，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在活体异物警报提示，并采用声波等方式驱离活体生物后，令充电系统可以启动或继续正常工作；若异物不为活体生物，则令充电系统可以启动或继续正常工作；
步骤八、若判断异物为非铁磁性金属或非铁磁性金属合金，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在无危害的异物警报提示，并令充电系统可以启动或继续正常工作；若判断异物为铁磁性金属或铁磁性金属合金，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在危害的异物警报提示，并令充电系统停止工作。
进一步的，在步骤七中，所述声波为鸣笛、超声波或次声波或灯光。
进一步的，所述方法基于无线电能传输智能化异物检测电路实现，所述无线电能传输智能化异物检测电路包括：数字频率合成器、处理器、电阻Rin、运算放大器、模数转换器、带通滤波器、电阻Rp、并联谐振电容Cp和多个检测线圈Lk(k＝1，2，，，n)，所述数字频率合成器通过所述电阻Rin与所述运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的同相输入端接地，运算放大器的输出端、模数转换器和带通滤波器依次连接，所述电阻Rp、并联谐振电容Cp和多个检测线圈均并联在运算放大器的反向输入端和输出端上。进一步的，所述多个检测线圈中，每个检测线圈所在支路均包括一个开关管、滤波电容Cn和电感Ln，多个检测线圈均并联在运算放大器的反向输入端和输出端上。
本发明的主要优点是：
(1)可准确识别出异物最终温升超过安全限值并会对无线电能传输系统产生显著危害的铁磁性金属异物及铁磁性合金，异物检测系统具备异物种类智能辨识功能；
(2)可根据深度学习的结论准确分析异物的材质种类，针对热平衡温度不会超过安全限值的异物，检测到该种类异物存在后仍可继续充电工作，智能化控制充电系统使充电过程受到的干扰降至最低；
(3)异物检测系统可独立工作，受充电系统交变磁场影响小，并可针对不同种类异物做出不同响应。异物检测系统抗干扰能力强且可智能控制充电系统的开启与关断。
附图说明
图1为本发明的无线电能传输智能化异物检测系统设计方法的流程图；
图2为检测线圈放置位置示意图；
图3为检测线圈组阵列图；
图4为无线电能传输智能化异物检测电路的结构图；
图5为不同频率下不同种类异物引起的检测线圈阻抗∣Z∣变化量趋势示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、启动异物检测系统的激励源；
步骤二、通过检测线圈所在支路的开关管进行控制，逐个接入单一检测线圈，即检测电路谐振腔中只包含单独一个检测线圈；
步骤三、记录步骤二中所有情况的检测信号幅值，并逐个与检测信号安全阈值比较，判断是否所有检测信号幅值处于与检测信号安全阈值范围内；若所有检测信号幅值处于检测信号安全阈值范围内，则无任何异物，充电系统可以启动或继续正常工作；若部分检测信号处于检测信号安全阈值范围之外，则表明存在异物，并执行步骤四；
步骤四、根据检测信号的幅值和受影响的检测线圈数量及位置计算异物的尺寸大小，判断异物的尺寸大小是否超过该功率等级下的安全检测尺寸，若异物尺寸未超过安全检测尺寸则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在无危害的异物警报提示，并令充电系统可以启动或继续正常工作；若异物尺寸超过安全检测尺寸则进入步骤五；
步骤五、通过控制检测线圈所在支路的开关管来控制接入检测电路的检测线圈数量(接入检测电路的检测线圈数量多于1个)，并使异物检测系统的激励源或数字频率合成器输出信号的频率与检测电路谐振腔的谐振频率保持一致，使检测电路始终处于谐振状态，并记录多谐振频率点或扫频时检测线圈的阻抗变化量及变化趋势；
步骤六、通过深度学习方式对检测线圈的阻抗变化量及变化趋势进行特征提取，并与数据库比对，初步判断异物是否为金属或金属合金，若不是，则执行步骤七；否则，执行步骤八；
步骤七、若判断异物为活体生物，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在活体异物警报提示，并采用声波等方式驱离活体生物后，令充电系统可以启动或继续正常工作；若异物不为活体生物，则令充电系统可以启动或继续正常工作；
步骤八、若判断异物为非铁磁性金属或非铁磁性金属合金，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在无危害的异物警报提示，并令充电系统可以启动或继续正常工作；若判断异物为铁磁性金属或铁磁性金属合金，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在危害的异物警报提示，并令充电系统停止工作。
在本部分优选实施例中，在步骤七中，所述声波为鸣笛、超声波或次声波或灯光。
参照图4所示，在本部分优选实施例中，所述方法基于无线电能传输智能化异物检测电路实现，所述无线电能传输智能化异物检测电路包括：数字频率合成器、处理器、电阻Rin、运算放大器、模数转换器、带通滤波器、电阻Rp、并联谐振电容Cp和多个检测线圈Lk(k＝1，2，，，n)，所述数字频率合成器通过所述电阻Rin与所述运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的同相输入端接地，运算放大器的输出端、模数转换器和带通滤波器依次连接，所述电阻Rp、并联谐振电容Cp和多个检测线圈均并联在运算放大器的反向输入端和输出端上。
在本部分优选实施例中，所述多个检测线圈中，每个检测线圈所在支路均包括一个开关管、滤波电容Cn和电感Ln，多个检测线圈均并联在运算放大器的反向输入端和输出端上。
参照图1-图5所示，具体的，首先根据前期的研究中发现当无线充电功率等级一定时，超过一定尺寸的异物会对系统产生安全隐患(如：燃烧等)，小于该尺寸的异物最终热平衡温度符合国际标准中的安全温度规定并且不会对充电系统产生实质性危害。因此通过检测线圈阵列提供的检测信号可判断异物的尺寸大小，并对该功率等级下超过安全尺寸的异物材质种类进行进一步判别。
对异物材质种类的判别采用多谐振频率点切换或扫频情况下检测线圈阻抗变化趋势的特征提取方法。
多谐振频率点切换或扫频主要是通过控制与每个检测线圈的开关管数量以实现接入检测电路中不同个数的检测线圈，进而使检测线圈所在的谐振电路的固有谐振频率发生变化，同时信号发生器或功率信号发生器的输出信号频率与检测线圈所在的谐振电路的固有谐振频率时刻保持一致，即在检测线圈接入不同个数时仍使检测电路中的谐振电路在不同谐振频率下保持谐振状态。由运算放大器构成的比例放大电路的放大系数因检测线圈所在谐振电路始终保持谐振状态而近似保持不变。
在多个谐振点循环切换或循环扫频实现多频率点或扫频时的检测线圈的阻抗特性的变化趋势的时时检测，进而可在系统规定的响应时间内实现铁磁性金属异物与非铁磁性异物的判别。
当异物进入无线电能传输系统时，导电异物与活体异物在信号发生器或功率信号发生器的输出一定范围内的信号频率的影响下会使检测线圈阻抗发生变化，同时检测线圈所在的谐振电路在当前信号发生器或功率信号发生器的输出信号频率下失去谐振状态，即检测电路谐振腔失谐。同时由于并联谐振电路的特性，处于失谐状态的并联谐振电路的阻抗值显著降低，进而影响由运算放大器构成的比例放大电路的放大系数。(应注意的是，本发明中的检测线圈所在的谐振电路不仅包含并联谐振类型，同时包含其他种类的谐振类型如：串联谐振、LCC谐振、LCL谐振或其他高阶复合谐振等)通过监测比例放大电路的放大系数即可判断是否有异物进入之至无线充电系统中。
对于铁磁性金属异物与非铁磁性异物的判别，可采取监测在多个信号发生器或功率信号发生器的输出信号频率下的检测线圈的阻抗特性的变化趋势来进行判断，同时结合比例放大电路的放大系数变化趋势和深度学习等技术实现铁磁性金属异物与非铁磁性异物的判别。
异物检测线圈是通过异物对检测线圈磁通量产生影响或对检测线圈阻抗产生影响进行检测，而实际中碳纤维等材料由于其具备导电能力也可对线圈磁通量或者阻抗产生影响，但其温度最终会稳定在安全限值之下；并非所有物体温升都会超过安全限值，都会对系统产生危害。所以有必要研究异物自身的电导率、磁导率与温度变化趋势的关系，进而增加异物检测系统的智能化程度，由此发明无线电能传输智能化异物检测系统设计方法。
结论：
1.在某些实例中，如电动汽车无线充电标准中规定的功率等级中的第一功率等级WPT1(3.3kW)下磁导率作为主要阈值，电动汽车无线充电标准中规定的功率等级中的第二功率等级(6.6kW)WPT2及以上更高功率等级磁导率和电导率阈值综合判断。
2.对于金属异物而言，电导率差距不明显，磁导率为影响损耗及发热的主要因素。
3..在某些实例中，如根据美国机动车工程师学会SAEJ2954标准中规定的电动汽车无线充电系统原副边LCC拓扑参数，第一功率等级WPT1(3.3kW)及以上功率等级情况时，相对磁导率大于100且电导率大于107的金属异物可视为为危险异物，其最终热平衡温度会超过上述标准规定的80℃安全限值。常见材料如：铁、钴、镍及其部分合金、1元人民币硬币、5美分硬币等；
4..在某些实例中，如根据美国机动车工程师学会SAEJ2954标准中规定的电动汽车无线充电系统原副边LCC拓扑参数，第三功率等级WPT3(11kW)情况下，金属异物材料的电导率安全阈值介于铝和铜的电导率之间，即位于38000000至58000000simense/m
5..在某些实例中，如根据美国机动车工程师学会SAEJ2954标准中规定的电动汽车无线充电系统原副边LCC拓扑参数，第一功率等级WPT1(3.3kW)情况下，异物检测系统的最小检测精度可设定为为直径大于一定尺寸的金属异物(如直径25mm，实际生活中如1元人民币硬币)，而小于该尺寸的异物可不必检测或报警(如曲别针、订书钉等温度最终稳定在30℃左右，在该功率等级无需检测)
6..在某些实例中，如根据美国机动车工程师学会SAEJ2954标准中规定的电动汽车无线充电系统原副边LCC拓扑参数，第二功率等级WPT2(6.6kW)情况下，任意尺寸铝块、铜块温升不会超过限值，铁磁性金属大于一定的尺寸(如硬币等圆柱形铁磁性金属异物的直径大于8mm)会超过安全限值在给定功率等级的情况下不会超过温度安全阈值，因此可根据不同功率等级合理设定不同最小检测精度。

Claims (4)

1.无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、启动异物检测系统的激励源；
步骤二、通过检测线圈所在支路的开关管进行控制，逐个接入单一检测线圈，即检测电路谐振腔中只包含单独一个检测线圈；
步骤三、记录步骤二中所有情况的检测信号幅值，并逐个与检测信号安全阈值比较，判断是否所有检测信号幅值处于与检测信号安全阈值范围内；若所有检测信号幅值处于检测信号安全阈值范围内，则无任何异物，充电系统可以启动或继续正常工作；若部分检测信号处于检测信号安全阈值范围之外，则表明存在异物，并执行步骤四；
步骤四、根据检测信号的幅值和受影响的检测线圈数量及位置计算异物的尺寸大小，判断异物的尺寸大小是否超过该功率等级下的安全检测尺寸，若异物尺寸未超过安全检测尺寸则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在无危害的异物警报提示，并令充电系统可以启动或继续正常工作；若异物尺寸超过安全检测尺寸则进入步骤五；
步骤五、通过控制检测线圈所在支路的开关管来控制接入检测电路的检测线圈数量，并使异物检测系统的激励源或数字频率合成器输出信号的频率与检测电路谐振腔的谐振频率保持一致，使检测电路始终处于谐振状态，并记录多谐振频率点或扫频时检测线圈的阻抗变化量及变化趋势；
步骤六、通过深度学习方式对检测线圈的阻抗变化量及变化趋势进行特征提取，并与数据库比对，初步判断异物是否为金属或金属合金，若不是，则执行步骤七；否则，执行步骤八；
步骤七、若判断异物为活体生物，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在活体异物警报提示，并采用声波等方式驱离活体生物后，令充电系统可以启动或继续正常工作；若异物不为活体生物，则令充电系统可以启动或继续正常工作；
步骤八、若判断异物为非铁磁性金属或非铁磁性金属合金，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在无危害的异物警报提示，并令充电系统可以启动或继续正常工作；若判断异物为铁磁性金属或铁磁性金属合金，则对驾驶员或用户发出无线充电系统存在危害的异物警报提示，并令充电系统停止工作。
2.根据权利要求1所述的无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，其特征在于，在步骤七中，所述声波为鸣笛、超声波或次声波及灯光等。
3.根据权利要求1所述的无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，其特征在于，所述方法基于无线电能传输智能化异物检测电路实现，所述无线电能传输智能化异物检测电路包括：数字频率合成器、处理器、电阻Rin、运算放大器、模数转换器、带通滤波器、电阻Rp、并联谐振电容Cp和多个检测线圈Lk(k＝1，2，，，n)，所述数字频率合成器通过所述电阻Rin与所述运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的同相输入端接地，运算放大器的输出端、模数转换器和带通滤波器依次连接，所述电阻Rp、并联谐振电容Cp和多个检测线圈均并联在运算放大器的反向输入端和输出端上。
4.根据权利要求3所述的无线电能传输智能化异物检测系统设计方法，其特征在于，所述多个检测线圈中，每个检测线圈所在支路均包括一个开关管、滤波电容Cn和电感Ln，多个检测线圈均并联在运算放大器的反向输入端和输出端上。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112737148A (zh) * 2020-12-23 2021-04-30 歌尔股份有限公司 异物检测电路、无线充电系统及异物检测方法
CN113013998A (zh) * 2021-02-20 2021-06-22 京东数科海益信息科技有限公司 无线充电控制方法、装置、无线充电桩、设备及存储介质
CN113346637A (zh) * 2021-06-22 2021-09-03 哈尔滨工业大学 一种用于无线充电系统中异物危害消除的方法
CN113879144A (zh) * 2021-09-14 2022-01-04 合肥有感科技有限责任公司 无线充电异物判断方法
CN114094723A (zh) * 2021-11-19 2022-02-25 深圳威迈斯新能源股份有限公司 无线充电发射端
EP4113173A3 (en) * 2021-06-28 2023-03-29 Huawei Technologies Co., Ltd. Foreign object detection method and apparatus, and wireless charging system

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1834690A (zh) * 2006-04-12 2006-09-20 郭有军 通过式金属探测系统
CN104237954A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 青岛众海汇智能源科技有限责任公司 无线电能传输系统的异物检测方法和装置
CN104682571A (zh) * 2013-11-28 2015-06-03 Tdk株式会社 线圈单元以及异物检测装置
JP2015186394A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 国立大学法人埼玉大学 金属異物検出装置
CN105594098A (zh) * 2014-02-28 2016-05-18 松下知识产权经营株式会社 异物检测装置、用于无线电力传输的送电装置和受电装置以及无线电力传输系统
CN205787123U (zh) * 2016-06-01 2016-12-07 中兴新能源汽车有限责任公司 异物检测装置
CN107112814A (zh) * 2014-12-30 2017-08-29 高通股份有限公司 用于检测外来物体的系统、方法和装置
CN107124046A (zh) * 2017-06-27 2017-09-01 青岛鲁渝能源科技有限公司 具有活体检测功能的无线充电系统及无线充电方法
CN107134858A (zh) * 2017-06-27 2017-09-05 青岛鲁渝能源科技有限公司 无线电能传输系统及其金属异物检测方法
CN107659003A (zh) * 2017-09-28 2018-02-02 哈尔滨工业大学 谐振式无线能量传输系统的异物检测电路
JP2019054730A (ja) * 2014-04-24 2019-04-04 パナソニック株式会社 異物検出装置、無線送電装置、及び無線電力伝送システム
CN109638987A (zh) * 2019-01-10 2019-04-16 深圳大学 一种无线充电系统金属异物检测装置和方法
CN109808520A (zh) * 2019-01-28 2019-05-28 许继电源有限公司 一种电动汽车无线充电异物与位置检测系统及方法
US20200012007A1 (en) * 2017-06-20 2020-01-09 Tdk Corporation Metallic foreign object detector, wireless power transmitting device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system
CN210062694U (zh) * 2019-05-20 2020-02-14 温州大学 一种用于电动汽车无线充电的异物检测装置

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1834690A (zh) * 2006-04-12 2006-09-20 郭有军 通过式金属探测系统
CN104682571A (zh) * 2013-11-28 2015-06-03 Tdk株式会社 线圈单元以及异物检测装置
CN105594098A (zh) * 2014-02-28 2016-05-18 松下知识产权经营株式会社 异物检测装置、用于无线电力传输的送电装置和受电装置以及无线电力传输系统
JP2015186394A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 国立大学法人埼玉大学 金属異物検出装置
JP2019054730A (ja) * 2014-04-24 2019-04-04 パナソニック株式会社 異物検出装置、無線送電装置、及び無線電力伝送システム
CN104237954A (zh) * 2014-09-10 2014-12-24 青岛众海汇智能源科技有限责任公司 无线电能传输系统的异物检测方法和装置
CN107112814A (zh) * 2014-12-30 2017-08-29 高通股份有限公司 用于检测外来物体的系统、方法和装置
CN205787123U (zh) * 2016-06-01 2016-12-07 中兴新能源汽车有限责任公司 异物检测装置
US20200012007A1 (en) * 2017-06-20 2020-01-09 Tdk Corporation Metallic foreign object detector, wireless power transmitting device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system
CN107124046A (zh) * 2017-06-27 2017-09-01 青岛鲁渝能源科技有限公司 具有活体检测功能的无线充电系统及无线充电方法
CN107134858A (zh) * 2017-06-27 2017-09-05 青岛鲁渝能源科技有限公司 无线电能传输系统及其金属异物检测方法
CN107659003A (zh) * 2017-09-28 2018-02-02 哈尔滨工业大学 谐振式无线能量传输系统的异物检测电路
CN109638987A (zh) * 2019-01-10 2019-04-16 深圳大学 一种无线充电系统金属异物检测装置和方法
CN109808520A (zh) * 2019-01-28 2019-05-28 许继电源有限公司 一种电动汽车无线充电异物与位置检测系统及方法
CN210062694U (zh) * 2019-05-20 2020-02-14 温州大学 一种用于电动汽车无线充电的异物检测装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAN ZHANG 等: "Analysis of Electromagnetic Force on Metal Objects in Vertical Direction of Wireless Power Transfer", 《2019 IEEE PELS WORKSHOP ON EMERGING TECHNOLOGIES:WIRELESS POWER TRANSFER (WOW) 》 *
唐春森等: "基于阻抗特性的电动汽车无线充电系统异物检测方法", 《电气技术》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112737148A (zh) * 2020-12-23 2021-04-30 歌尔股份有限公司 异物检测电路、无线充电系统及异物检测方法
CN113013998A (zh) * 2021-02-20 2021-06-22 京东数科海益信息科技有限公司 无线充电控制方法、装置、无线充电桩、设备及存储介质
CN113346637A (zh) * 2021-06-22 2021-09-03 哈尔滨工业大学 一种用于无线充电系统中异物危害消除的方法
CN113346637B (zh) * 2021-06-22 2022-08-23 哈尔滨工业大学 一种用于无线充电系统中异物危害消除的方法
EP4113173A3 (en) * 2021-06-28 2023-03-29 Huawei Technologies Co., Ltd. Foreign object detection method and apparatus, and wireless charging system
US11909228B2 (en) 2021-06-28 2024-02-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Foreign object detection method and apparatus, and wireless charging system
CN113879144A (zh) * 2021-09-14 2022-01-04 合肥有感科技有限责任公司 无线充电异物判断方法
CN113879144B (zh) * 2021-09-14 2023-02-17 合肥有感科技有限责任公司 无线充电异物判断方法
CN114094723A (zh) * 2021-11-19 2022-02-25 深圳威迈斯新能源股份有限公司 无线充电发射端

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Publication number Publication date
CN111682654B (zh) 2023-03-24

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