TW201935826A - 對於功率傳輸最佳化的熱回饋 - Google Patents

Abstract

描述了用於對於功率傳輸最佳化的熱回饋的系統和方法。各態樣包括無線功率傳輸系統，該無線功率傳輸系統包括基座功率傳輸裝置、電源單元、至少一個溫度感測器、以及系統控制器。該基座功率傳輸裝置包括線圈，該線圈被配置成基於電流來產生磁場。該電源單元包括被配置成驅動該線圈中的電流的開關和功率電子裝置。（諸）溫度感測器被配置成量測該基座功率傳輸裝置或該電源單元的溫度。該系統控制器被耦合到該基座功率傳輸裝置、該電源單元和（諸）溫度感測器，並且該系統控制器被配置成基於測得溫度來控制該基座功率傳輸裝置或該電源單元中的至少一者的操作，以在該基座功率傳輸裝置或該電源單元中轉移損耗和耗散熱量。

Description

對於功率傳輸最佳化的熱回饋

本專利申請案主張於2018年3月5日提出申請的美國臨時專利申請案第62/638,385以及於2018年2月6日提出申請的美國臨時專利申請案第62/627,131的優先權和權益，其揭示經由援引被整體納入於此。

本案大體而言係關於無線功率傳輸，並且更具體地係關於電感式功率傳輸系統，諸如無線電動車輛充電（WEVC）系統。具體而言，本案係關於對於無線功率傳輸裝置的功率傳輸最佳化的熱回饋。本案亦關於一種基於熱回饋來控制無線功率傳輸裝置的方法。

無線功率傳輸技術正被越來越多地用於將功率從電功率源傳輸到寬範圍的設備（從要求幾瓦功率的小型掌上型消費電子設備（諸如行動電話和平板設備）到要求千瓦功率的電動車輛）。除了不必插入設備以為其供電或使其電池重新充電的便捷性之外，沒有線和電纜使得桌子和停車位較整潔，同時減少了混亂和危害（諸如絆倒和電擊危害等）。在一些習知系統中，出於向設備供電的目的，功率可以經由電容耦合或電感耦合（兩者皆提供勝於電流（例如，有線）耦合的優點）來無線地傳輸。

無線功率傳輸系統可被設計成以固定或可變頻率來操作。此外，無線功率傳輸系統可被設計成跨各電容器板之間的間隙或經由各線圈之間的磁耦合來將從幾瓦功率到幾千瓦的任何功率從電源遞送到負載。通常，該間隙是氣隙。由此遞送的能量可被用於例如為電子電路供電、驅動電動車輛中的電馬達，或者使電子電路或車輛中的電池充電。為手機供電或使其電池充電需要幾瓦，而為電動車輛中的馬達供電或使電池充電需要若干千瓦。電池電路或馬達越大，或者電池要求充電得越快，就需要跨氣隙傳輸越多的功率。

無線功率傳輸技術已經在不同的技術領域中發展，此舉已經導致不同的術語正被用於描述基本上相同的元件或組件。諸如「磁諧振」、「磁耦合」、「磁感生」、「感生功率傳輸」、以及「諧振感生功率傳輸」之類的術語是常見的。儘管存在差異，但該等術語通常被廣泛且可互換地使用，以代表藉由磁場來將功率從源跨氣隙傳輸到負載的系統。

類似地，諸如「磁線圈」、「感生線圈」、以及「天線」之類的術語基本上可互換地使用，以描述無線功率系統的跨氣隙傳輸能量的部件。

無線功率傳輸系統可以使用自立的磁線圈或者與其他調諧或可調諧元件耦合的磁線圈。在電動車輛功率傳輸應用中，基座功率傳輸裝置可包括與相關聯的驅動電子裝置結合的線圈，或者基座功率傳輸裝置可包括線圈並且一些或所有相關聯的電子裝置被提供在分開的封裝中。無論何種方式，基座功率傳輸裝置中的線圈被用於經由磁場來傳送功率。類似地，車輛功率傳輸裝置可包括與相關聯的控制電子裝置結合的線圈，或者車輛功率傳輸裝置可包括線圈並且一些或所有相關聯的電子裝置被提供在分開的封裝中。無論何種方式，車輛功率傳輸裝置中的線圈被用於經由磁場來接收功率。

術語「功率傳輸裝置」在本文以各種各樣不同的方式來使用。功率傳輸裝置用於標識包括線圈的封裝，例如，「基座功率傳輸裝置」，或「車輛功率傳輸裝置」。功率傳輸裝置亦被用於標識線圈本身。

描述了用於對於功率傳輸最佳化的熱回饋的系統和方法。該等裝置可包括無線功率傳輸裝置、用於無線功率傳輸裝置的基座功率傳輸裝置、用於無線功率傳輸裝置的車輛功率傳輸裝置，或無線功率傳輸系統。該方法可包括一種基於對於功率傳輸最佳化的熱回饋來控制無線功率傳輸裝置的方法。本文件中所描述的技術使得能夠在該系統的不同元件之間轉移損耗並且擴散熱量。

各態樣包括具有溫度感測器的無線功率傳輸裝置，該溫度感測器在該裝置的操作期間監視溫度。使用所監視的溫度，可以調節該裝置的操作以最佳化至該車輛功率傳輸裝置的功率傳輸。經調節的操作可包括選擇功率位準或功率模式（例如，操作模式），諸如冷卻模式、預熱模式，或全功率模式。在預熱模式中，該裝置中的線圈以較高的功率位準驅動，此舉在裝置中產生熱量。在冷卻模式中，該線圈以較低的功率位準驅動，此舉允許在該裝置中產生的熱量被耗散。

在至少一個態樣，揭示一種無線功率傳輸系統。該無線功率傳輸系統包括基座功率傳輸裝置、電源單元、至少一個溫度感測器，以及系統控制器。該基座功率傳輸裝置包括線圈，該線圈被配置成基於電流來產生磁場。該電源單元包括被配置成驅動該線圈中的電流的開關和功率電子裝置。該至少一個溫度感測器被配置成量測該基座功率傳輸裝置或該電源單元的溫度。該系統控制器耦合到該基座功率傳輸裝置、該電源單元，以及該至少一個溫度感測器。該系統控制器被配置成基於測得溫度來控制該基座功率傳輸裝置，或該電源單元中的至少一者的操作，以在該基座功率傳輸裝置或該電源單元中轉移損耗和耗散熱量。

在一態樣，揭示一種控制基座功率傳輸裝置與車輛功率傳輸裝置之間的功率傳輸的方法。該方法包括以下步驟：經由使用至少一個溫度感測器來量測該基座功率傳輸裝置或該車輛功率傳輸裝置的至少一個元件的溫度。該方法亦包括以下步驟：將測得溫度與由溫度下限值和溫度上限值限定的溫度範圍進行比較。該方法進一步包括以下步驟：經由基於將該測得溫度與該溫度範圍進行比較的結果而改變遞送到該基座功率傳輸裝置或該車輛功率傳輸裝置的該至少一個元件的功率來控制該至少一個元件的操作。

在一些態樣，揭示一種無線功率傳輸系統。該無線功率傳輸系統包括電動車輛的車輛功率傳輸裝置、車輛控制單元、一或多個溫度感測器，以及系統控制器。該車輛功率傳輸裝置包括線圈，該線圈被配置成將磁場轉換成電流。該車輛控制單元耦合到該車輛功率傳輸裝置，並且包括配置成使用該電流來使該電動車輛的電池充電的開關和功率電子裝置。該一或多個溫度感測器耦合到該車輛功率傳輸裝置並且被配置成量測該車輛功率傳輸裝置的溫度。該系統控制器耦合到該車輛功率傳輸裝置、該車輛控制單元，以及該一或多個溫度感測器。該系統控制器被配置成基於測得溫度來控制該車輛功率傳輸裝置，或該車輛控制單元中的至少一者的操作，以在該車輛功率傳輸裝置或該車輛控制單元的不同元件之間轉移損耗和耗散熱量。

在至少一個態樣，揭示一種無線功率傳輸系統。該無線功率傳輸系統包括線圈、鐵氧體，以及電源單元。該線圈被配置成基於電流來產生磁場。該鐵氧體鄰近於該線圈佈置並且被配置成導引該磁場。該電源單元耦合到該線圈並且被配置成用該電流來驅動該線圈。該無線功率傳輸系統亦包括：用於量測該鐵氧體上的一或多個位置處或該電源處的溫度的量測構件，以及用於基於測得溫度來改變該線圈或該電源的操作的控制構件。

以下描述是參照無線電動車輛充電（WEVC）系統提供的。然而，本文所提供的理念同樣可被應用於其他無線功率傳輸系統，包括設計用於諸如使消費電子設備（例如，蜂巢式電話和平板設備）充電和將功率傳輸至較大的設備（例如，膝上型電腦）之類的應用的彼等無線功率傳輸系統。所描述的系統適用於使電動車輛（EV）和插電式混合動力電動車輛（PHEV）充電。WEVC系統使用交變磁場來將來自基座功率傳輸裝置的功率耦合到車輛功率傳輸裝置，以使車輛的電池充電。相同的理念亦可被用在車輛的動態無線功率傳輸系統中，其中隨著車輛沿道路行進，功率從道路中的裝備傳輸到該車輛。此外，儘管參照WEVC系統提供了以下描述的某些態樣，但是相同的理念和概念可被用在其他應用（諸如消費電子裝置或其他較低功率應用）中的其他無線功率傳輸系統中。

圖1是用於使一或多個電動車輛充電的無線功率傳輸系統100的示意圖。無線功率傳輸系統100使得能夠向電動車輛102遞送功率。該系統亦被稱為無線電動車輛充電（WEVC）系統，因為此類系統通常被用於遞送功率以使電動車輛102中的電池104充電。不需要將功率遞送到電池104。確切而言，功率可以被遞送到另一負載，諸如電馬達或當電動車輛102被停放時該電動車輛102中的其他輔助設備（包括用於寒冷早晨的加熱系統或者用於熱天的空調系統）。

如所圖示的，系統100允許當電動車輛102被停放在各自具有相關聯的基座功率傳輸裝置106、108的兩個停車位之一中時進行充電。如將在下文更詳細地描述的，每個基座功率傳輸裝置106、108包括線圈110、112，該線圈110、112由相關聯的控制電路系統（圖1中未圖示）驅動以在基座功率傳輸裝置106、108上方產生磁場。

取決於給定實現的具體要求，可以在基座功率傳輸裝置內供應控制電路系統。或者，控制電路系統可被部分或全部地供應在與基座功率傳輸裝置106、108分開的單元中，其中基座功率傳輸裝置106、108包括線圈和最小基座側控制電路系統（若有），其被認為對於線圈110、112的高效驅動是必要的。基座功率傳輸裝置106、108通常被安裝在地表面上或埋藏在地中，儘管基座功率傳輸裝置106、108亦可被供應作為可在需要時被簡單地放置在地面上並且在使用後移動到另一位置的可移除式單元。

耦合到基座功率傳輸裝置106、108的電源114經由功率鏈路116來將電功率遞送到基座功率傳輸裝置106、108。如所圖示的，電源114連接到功率網路118。在家居設施中，電源114可被連接到家居電源來代替功率網路118。

在使用中，電源114和基座功率傳輸裝置106、108經由通訊鏈路120來通訊，該通訊鏈路120可以是有線或無線連接。替換地或附加地，取決於設施的細節，系統100內的通訊可以經由無線鏈路122。無線鏈路122亦可以可任選地經由通訊回載來與例如電網管理系統或其他外部實體通訊，以管理和控制從電網到該系統的功率傳輸，反之亦然。在所說明的實例中，功率鏈路116和通訊鏈路120可以被埋藏。或者，例如，在家居環境中，功率鏈路116和通訊鏈路120可以按可被插入到基座功率傳輸裝置106、108以及電源114中的電纜或中心連接的形式來供應。

電動車輛102包括車輛功率傳輸裝置124和相關聯的車輛側控制電路系統126，該車輛側控制電路系統126控制能量從車輛功率傳輸裝置124中的線圈128傳輸到電池104。在基座功率傳輸裝置106、108與車輛功率傳輸裝置124之間的功率傳輸期間，車輛側控制電路系統126和基座側控制電路系統彼此通訊，如將在下文更詳細地描述的。

如所圖示的，車輛功率傳輸裝置124包括磁線圈128，並且車輛側控制電路系統126位於車輛102上與線圈128不同的位置。如與基座功率傳輸裝置106、108一樣，線圈128與控制電路系統126的該分離是取決於設施的細節的工程設計或選擇的問題。控制電路系統126可被部分或全部地與線圈128一起供應在車輛功率傳輸裝置124中。在一些車輛中，將裝備與功率傳輸裝置124中的線圈128進行組合在製造或維修態樣可能更方便，而在其他車輛中，分開的單元可能更合適。類似的考慮適用於控制電路系統與基座功率傳輸裝置106、108中的線圈110、112的分離或共置。

通常，車輛功率傳輸裝置124位於車輛102下方、接近該車輛102的前部或後部。車輛功率傳輸裝置124的確切位置通常在設計車輛102時被決定。該決定取決於與車輛102的設計相關聯的寬範圍的因素，包括向車輛102內可能與WEVC功能本身無關的不同功能單元分配空間。位置亦可取決於車輛功率傳輸裝置124的實體大小，該實體大小取決於功率傳輸裝置需要處理的能量總量。該能量總量進而在某種程度上取決於車輛是具有電池供電的馬達和內燃機的混合動力電動車輛，還是其中唯一的電源是電的（純）電動車輛。方便地，車輛功率傳輸裝置124被放置在車輛102上、在該車輛102的前部或後部下方且朝向該車輛102的前部或後部，以促進在該車輛102的停放期間將車輛功率傳輸裝置124定位在基座功率傳輸裝置106或108之上。

在使用中，車輛102以使得車輛功率傳輸裝置124位於停車位中的基座功率傳輸裝置106、108之上來定位在停車位中。如所圖示的，當車輛102被停放時，隨著車輛功率傳輸裝置124放置在基座功率傳輸裝置106、108之上，可以採用無線功率傳輸。以交流電形式的電能經由功率鏈路116從電源114遞送到其中該電能驅動線圈110的基座功率傳輸裝置106。電流使得線圈110產生磁場（安培定律）。該磁場在車輛功率傳輸裝置124中的線圈128中感生電壓（法拉第定律）和電流，該電流被用於驅動負載。由控制電路系統126將電流轉換成合適的形式，並且該電流被用於使電池104充電。

應當領會，圖1中所圖示的系統100是靜態WEVC系統，因為車輛102一旦停放就在電池104的充電期間在基座功率傳輸裝置106、108之上保持原地。用於電動車輛的其他無線功率傳輸系統經由從充電軌道獲取能量來允許功率傳輸在車輛正沿道路行駛的同時發生，該充電軌道充當與基座功率傳輸裝置106、108類似的功能。

無線功率傳輸系統100通常被設計成將功率經由功率網路118從電源114傳輸到基座功率傳輸裝置106或108，並且繼續傳輸到車輛功率傳輸裝置124。然而，由於磁性無線功率傳輸功能的固有方式，功率亦可以從車輛中的電池傳輸到功率網路118。無線功率傳輸系統100的操作的進一步描述聚焦於從電源114到電動車輛102的功率傳輸。然而，應當注意，在考慮以下描述時，功率傳輸亦可以在相反方向上發生。亦即，可以將功率從電動車輛102中的電池104經由無線功率傳輸單元遞送到電源114並且向外遞送到功率網路118。

圖2是圖1的無線功率傳輸系統的電子元件的示意圖。在電學上，無線功率傳輸系統（現被重新編號為200）包括：從電源114到基座側線圈110的基座側電路系統202，以及從車輛側線圈128到負載（例如，電池104）的車輛側電路系統204。基座側電路系統202操作用於將來自電源114的能量轉換成合適的形式以驅動基座側線圈110。車輛側電路系統204操作用於控制將由車輛側線圈128接收到的能量應用於車輛的電池104。

在電學上，基座側線圈110由電感器L₁ 和電容器C₁ 表示。與線圈L₁ 串聯（如所圖示的），或並聯的電容器C₁ （或並聯元件與串聯元件的另一混合）產生在給定頻率下諧振的LC電路。該諧振有助於最佳化各線圈之間的功率傳輸。在考慮WEVC系統的操作頻率的情況下選擇L 和C 的值。類似地，車輛側線圈128由電感器L₂ 和電容器C₂ 表示，其中電感器L₂ 和電容器C₂ 的值尤其被再次選擇以在操作頻率下達成諧振。

電源114將AC功率P_s 供應給功率轉換器206。可以按本端電網電壓位準V_s 來供應AC功率（例如，在美國為60 Hz下的110V或220V的家居位準以及在歐洲為50 Hz下的220V的家居位準，或用於較高功率實現的工業位準和多相電源）。功率轉換器206將傳入的交流電（AC）功率轉換為以系統電壓V₁ 和頻率來執行的功率信號P₁ ，以驅動基座側線圈110。此舉可以經由首先將來自電源P_s 的信號轉換成直流（DC）信號，並且隨後使用諸如H橋（未圖示）之類的轉換器來將DC信號轉換成功率信號P₁ 以用於線圈110來達成。目前，WEVC系統正在~85 kHz左右的操作頻率範圍下被標準化。在一個已提議的標準中，所准許的範圍是從81.38 kHz到90 kHz。定義範圍允許系統取決於不同的對準條件而在不同頻率下操作，此舉有助於減少失諧效應並且因此改良系統效率。

功率轉換器206確保輸出功率信號P₁ 被調諧到基座側線圈110並且與其匹配。尤其地，該調諧和匹配旨在最佳化功率從電源114傳輸到基座側線圈110的效率。功率信號具有在線圈110中流動的相關聯的電流I₁ 。該電流I₁ 使得線圈產生磁場。

在使用中，當基座側線圈110與車輛側線圈128緊鄰時（例如，電動車輛被停放，其中線圈110、128對準並且分開距離d 的氣隙），由基座側線圈110產生的磁場與車輛側線圈128耦合，如由k （d ）（距離d 處的耦合因數）所表示的。該磁場在車輛功率傳輸裝置124中的線圈中感生電壓V₂ ，此舉產生了包括電流I₂ 的功率信號P₂ 。功率信號P₂ 中的電流I₂ 由車輛側功率控制208接收，該車輛側功率控制208包括調諧和匹配電路系統，以及將電流I₂ 轉換成適用於電池104的形式（例如，DC電流）的功率轉換電路系統。

設計無線功率傳輸的不同應用以滿足不同的操作條件。無論是系統200的操作頻率被首先選擇並且電容器C₁ 和電感器L₁ 的值被相應地選擇，還是電容器C₁ 和電感器L₁ 的值被首先選擇並且操作頻率被相應地選擇，實際上是工程決策。

儘管線圈主要是電感器L ，但線圈由具有固有電阻和絞股（strand）間電容的導體製成，其中該線圈的匝亦產生匝間電容。導體的該等固有特性對基座側和車輛側線圈110、128中的L 和C 的值作出貢獻。在一些情況下，固有電容可能足以提供所要求的電容，而不需要分開的組件或元件。在其他設計情況中，分開的電容器或其他個別元件可證明是必要的。

關於線圈（例如，基座側線圈110、車輛側線圈128）的形式，存在可供使用的眾多配置和拓撲。該等包括諸如圓形、正方形，或多邊形之類的單個線圈佈置，其中各線圈以基本上平面的形式來纏繞。線圈配置和拓撲亦包括：螺線管佈置（其中線圈圍繞一核芯纏繞），以及雙極佈置（其使用達成線圈的不同部分之間的幾乎為零的耦合的線圈佈置）。附加的線圈配置和拓撲包括多線圈佈置，諸如雙D（「DD」）線圈（其中導體遵循形狀像彼此並排的兩個字母「D」的捲曲路徑）。D型部分限定線圈中的極區域，該等極區域允許在線圈上方的顯著高度處產生磁通量。該等的混合組合亦是可用的。每種配置和拓撲皆提供了優缺點，並且使用何種配置和拓撲的決策取決於針對其來設計系統的應用。

取決於市場，用於車輛102的裝備（例如，車輛功率傳輸裝置124和車輛側控制電路系統126）以及用於基座的裝備（例如，基座功率傳輸裝置106和線圈110，以及電源114）可以由不同的供應商製造並且由其出售給不同的客戶。車輛裝備可被出售給汽車製造商以用於納入到電動車輛的大規模生產中。或者，車輛裝備可以作為售後市場選擇而直接出售給電動車輛所有者。類似地，基座裝備可被供應給汽車製造商以用於與新的電動車輛一起銷售，或者，基座裝備可被製造並且被直接銷售給電動車輛所有者。尤其地，正在進行的標準化工作意欲確保被不同地設計的WEVC系統的互通性。目標是使來自任何汽車製造商的車輛能夠與來自任何其他供應商（無論是汽車製造商還是其他製造商）的基座裝備一起工作。在設計供出售給客戶的WEVC系統時，亦需要考慮該等因素。

空間亦是一考慮事項。在一些應用（例如，WEVC系統中的裝置）中，並且無論所涉及的相對較高的功率位準如何，皆存在對於使線圈儘可能小以便不佔用停車位中的較大面積且不添加重量或佔用車輛下方的空間的期望。設計其中迴路被佈局在單層中（其中所有迴路基本上在一個平面中）的線圈是較簡單的。然而，隨著功率位準的增大，處置較大電流所必需的線圈大小同樣增大。基座功率傳輸裝置106的大小受車輛102的大小的限制——該基座功率傳輸裝置106不能擴展到可停放在該空間中的車輛的佔地面積之外。遵循發射限制（例如，將磁場限制在車輛102下方）可添加進一步的約束。車輛功率傳輸裝置124的大小類似地受限，但是該大小亦受車輛102下方的其他部件的約束——例如，車輛功率傳輸裝置124不能干擾車輛的懸架和轉向系統。現代車輛上的空間非常珍貴，其中眾多元件爭用以佔用車輛內的位置。

與能量的任何傳輸一樣，高效率是期望屬性。效率是輸入到系統的功率與遞送到負載的功率之間的差異的度量。在無線功率傳輸裝置的操作期間的能量損耗導致較高的操作成本。損耗可能對裝置具有不利影響，因為各元件老化得較快，從而降低了該裝置的可靠性和可用壽命。所損耗的能量亦可能導致裝置的加熱，此情形在極端情形中且取決於所傳輸的功率位準可能產生火災危害或其他安全問題。

當然，目標是儘可能地高效。出於各種原因而無法達成100％效率的理念。此情形對任何系統適用。例如，電阻性（例如，有線）功率傳輸系統可達成95-97％左右的效率。輸入功率的3-5％或更多的損耗是由流過電阻R 的導體的電流I 導致的歐姆（I² R ）損耗的結果。在無線功率傳輸系統中，除了歐姆損耗之外，作為由時變磁場感生的導體中的渦流電流的結果，可能損耗進一步的能量。各導體通常由銅製成，並且導體中的該等損耗有時被稱為「銅損耗」。儘管存在該等損耗，但是取決於無線系統的設計，91-95％左右的效率在該無線系統中仍然是有可能的。

功率損耗遍及系統（例如，在功率電子裝置、導體和鐵氧體中）不同程度地發生。該等損耗的一個後果是，對於給定的功率位準（例如，3 kW、6 kW、11 kW）而言，各元件必須比該等元件在完全高效的系統中「更大」。可證明選擇能夠處置較多功率的功率電子元件並且設計可承載較多電流的線圈是必要的。將更多功率或電流施加通過系統可能對裝置具有不利影響，因為各元件老化得較快，從而降低了該裝置的可靠性和可用壽命。較大的元件可以能夠較好地處置額外功率，從而使系統比若使用「較小」元件的情形更加可靠。然而，所有該等皆添加了裝備的大小並且在獲得諸如反相器和電源開關之類的元件時導致較高的成本。

在該等WEVC系統被設計成以其來操作的頻率（例如，85 kHz頻率）可導致被稱為集膚效應的不期望的影響。此情形是交流電流（AC）變成在導體內分佈的趨勢，以使得電流密度在導體表面附近最大並且隨著導體中的較大深度而減小。電流主要在導體的「集膚」處、在外表面與被稱為集膚深度的層之間流動。該集膚效應使得導體的有效電阻在集膚深度較小的較高頻率處增大，由此減小了導體的有效橫截面。

在許多無線功率傳輸應用中，Litz線被用作形成線圈的導體。Litz線由個體地絕緣且絞合或編織在一起的許多細線絞股構成，並且其中經絞合的線的群組以規定的圖案進一步絞合在一起。該結構被配置成緩解前述集膚效應。Litz線被纏繞以形成具有所設計的形狀或拓撲的線圈。產生磁場的影響之一是個體地和共同地對絞股和線施加機械力。該機械力可導致絞股和線的移動，此舉導致線圈中的進一步損耗。

Litz線或其他導體是線圈結構的一部分，該線圈結構通常包括鐵氧體層或其他磁性可滲透材料（例如，鐵氧體）層。可滲透層與來自各導體的磁場相互作用，以便經由使該磁場的磁通量形成通道來在期望方向上引導磁場。然而，磁場與可滲透層的相互作用亦產生磁滯損耗。在形成鐵氧體的所謂磁疇被暴露於時變磁場時，該等是起源在磁疇中的損耗。在微觀水平上，各磁疇以與磁場中的改變基本相同的速率來改變方向。磁疇的該移動產生熱量，此情形在系統中有時被稱為「鐵損耗」。導電背板（通常為鋁）通常被包括以進一步提供對來自線圈的磁場的控制，此情形可能作為渦流電流的結果而產生進一步損耗。

系統操作的效率亦取決於對準。各線圈被設計成容適不準確的定位（位移），其中各線圈沒有與正好放置在另一線圈之上的線圈精確地對準。在WEVC系統中，各線圈可以充裕地容適100-150 mm左右的縱向和橫向位移（x，y）；若特定系統如此要求，則位移更多。各線圈亦可以容適顯著的垂直分離（z ），提議為不同的標準類別Z1 （100-150 mm）、Z2 （140-210 mm），以及Z3 （170-250 mm）。然而，即使具有該較大的容限，效率亦隨著位移增大而降低。

該效率降級的一實例在圖3中圖示，圖3圖示了表示無線功率傳輸系統中功率傳輸相對於位置偏移的曲線圖300。曲線圖300表示功率相對於各線圈（例如，基座側線圈110和車輛側線圈128）之間的x方向上的偏移距離。各標繪在y方向上將是類似的。較高的線310表示輸入到系統的功率，並且較低的線312表示從系統輸出到電池或其他負載的功率。線314表示系統內的損耗，例如，輸入與輸出功率之間的差異。如所圖示的，損耗隨著偏移距離而增大。此外，功率傳輸在線圈的中心（x，y）區域中被最佳化（例如，在x=0，y=0處，此情形表示各線圈精確地對準，其中一個線圈正好放置在另一線圈之上）。位移（例如，失準）容限被設計到基座側和車輛側線圈110、128中，以允許例如在車輛被停放時的駕駛員誤差。為±100 mm或±150 mm的容限是常見的。

與零（兩個線圈對準的位置）的位移或偏移越大，則損耗越大。儘管經由使各線圈更寬且更長可容適較大的位移，但是各線圈的大小受車輛佔地面積的約束。地面上的線圈不能大於汽車的各車輪之間的空間，並且在車輛下方存在比可容適車輛線圈的空間受限的空間。使線圈較寬且較長使用較多的銅和較多的鐵氧體，從而添加了重量和成本兩者。

現在轉向圖4，在圖1和圖2中所圖示的無線功率傳輸系統以圖示該無線功率傳輸系統的示例性操作元件的方塊圖形式來表示。系統400包括電源單元（PSU）402，該PSU 402在基座側系統控制器（BSC）406的控制下將功率遞送到基座功率傳輸裝置（BP）404。該PSU 402包括開關和功率電子元件（未圖示），其被評定為能夠處置通過該等元件的功率。對構成PSU 402的各元件的選擇因此取決於該系統的額定功率（例如，3 kW、6 kW、11 kW等），包括各元件處置任何損耗的能力。基座功率傳輸裝置404被類似地構造，其中考慮功率傳輸和功率損耗兩者。在使用中，基座功率傳輸裝置（BP）404產生交變磁場408，並且承載車輛功率傳輸裝置（VP）410的車輛（圖4中未圖示）被定位成使得車輛功率傳輸裝置410被放置在磁場408中並且從其接收能量。

BSC 406可包括：硬體邏輯元件（諸如但不限於（諸）處理器、（諸）微處理器、現場可程式設計閘陣列（FPGA）、特殊應用積體電路（ASIC）、特殊應用標準產品（ASSP）、晶片上系統（SoC）、複雜可程式設計邏輯設備（CPLD）、等等），以及儲存用於執行本文所述操作的可執行指令的記憶體。

由車輛功率傳輸裝置410接收到的能量被轉換成電流並且被遞送到車輛控制單元（VCU）412，該VCU 412使用其中的能量來驅動（例如，充電）電池（Bt）414或車輛上的其他負載（包括圖1中的電池104）。如與PSU 402一樣，VCU 412包括開關和功率電子元件（未圖示），其被評定為能夠處置經由該等元件的功率。對構成VCU 412的各元件的選擇因此類似地取決於該系統的額定功率（例如，3 kW、6 kW、11 kW等），包括各元件處置任何損耗的能力。同樣，車輛功率傳輸裝置410被類似地構造，其中考慮功率傳輸和功率損耗兩者。

車輛側系統控制器（VSC）416控制車輛功率傳輸裝置（VP）410和車輛控制單元（VCU）412的操作。車輛側系統控制器（VSC）416和基座側系統控制器（BSC）406在操作期間經由無線鏈路418進行通訊，以確保功率是以所要求的位準來遞送的，以使電池414高效地充電。存在可以建立無線鏈路418的眾多不同方式。控制受基座側系統控制器406和車輛系統控制器416影響的確切方式基本上是系統細節的問題。在一些設計中，例如，在車輛側裝備的成本最受關注的情況下，可以將大部分控制與基座側系統控制器406一起放置。在其他實現中，控制的分佈可能更多地在車輛側裝備中。

VSC 416可包括：硬體邏輯元件（諸如但不限於（諸）處理器、（諸）微處理器、現場可程式設計閘陣列（FPGA）、特殊應用積體電路（ASIC）、特殊應用標準產品（ASSP）、晶片上系統（SoC）、複雜可程式設計邏輯設備（CPLD）、等等），以及儲存用於執行本文所述操作的可執行指令的記憶體。

系統400亦包括數個溫度感測器T ，該溫度感測器T 在系統中量測與電源單元402、基座功率傳輸裝置404、車輛功率傳輸裝置410，以及車輛控制單元412相關聯的操作溫度。藉由實例描述了系統的該等部件，因為該等部件包括功率開關和電子裝置，以及線圈。通常，將操作該等部件中最易遭受由系統中的損耗導致的不利影響的至少一些部件。自然地，在給定系統中，該部件可以是該等元件中需要最多的注意的任何一者或多者，或者實際上，該部件可以是系統的完全取決於設計和操作參數的另一元件。

來自（PSU 402、BP 404、VP 410，以及VCU 412中的每一者中的）溫度感測器T 的信號由系統控制器元件BSC 406和VSC 416接收。系統控制器被配置成調節系統元件（包括與給定溫度感測器不直接相關聯的彼等元件）的操作，以最佳化操作。在所有的該等位置處提供感測器可能不是必要的。確切而言，取決於特定系統的要求和設計，僅使用一個溫度感測器可能是足夠的。其他實現可以例如僅需要基座功率傳輸裝置404和車輛控制單元412上的溫度感測器。個體地或一起，溫度感測器T 中的每一者提供由系統控制器406、416使用的溫度回饋，以維持系統的最優操作。因此，系統400提供有在系統400的操作期間監視溫度的一或多個溫度感測器，並且其中系統400的操作被調節以基於所監視的溫度來最佳化功率傳輸。

一或多個感測器的放置是由其操作效率受溫度影響最大的（諸）元件來管控的。此情形可能因系統設計而異。各線圈易遭受來自數個源的操作加熱。前述銅和鐵損耗的結果是對線圈的加熱。同樣，鐵氧體層中的磁滯損耗以及在某種程度上鐵損耗使得熱被產生。並且，類似地，線圈中各匝的機械移動（振動）導致能量轉換（損耗）成熱量。該等損耗是系統的低效率的結果——能量以熱的形式損耗。低效率越大，則熱損耗越大且對線圈的加熱越大。

圖5圖示了示例性無線功率傳輸裝置500的一部分的透視圖。示例性無線功率傳輸裝置500可被實現為具有放置在其中的溫度感測器502的車輛功率傳輸裝置。具有不同結構和感測技術的寬範圍的感測器現成可用。自然地，在WEVC環境中，一些感測器比其他感測器更加適合於高效、成本有效的操作。感測器502足以穩健以可靠地工作達無線功率傳輸裝置500的預期壽命。由於線圈的操作通常在例如45°C與50°C之間將不顯著地變化，因此高度的準確性可能不是必要的。然而，溫度可在鐵氧體變得易遭受熱失控的溫度處變得關鍵。NTC（負熱係數）溫度感測器適用於與線圈一起使用，因為其操作不受磁場影響。

示例性無線功率傳輸裝置500包括以雙D配置形成的線圈504。然而，溫度感測器可以用任何合適的線圈拓撲或配置來實現。如所圖示的，線圈504包括被放置在（在附圖的取向上）鐵氧體層508下的導體506，且該導體506遵循限定雙D型的捲曲路徑。鐵氧體層508以虛線圖示，以便顯露下方的導體506繞組。導體506經由支撐件（未圖示）來保持原地，該支撐件可以被建立為任何合適的非導電、非磁性材料（諸如塑膠模塑件）。當實現在車輛102中時，無線功率傳輸裝置500可被緊固在車輛102下方，其中線圈504與車輛102最遠（並且最接近於地面）。當實現在基座功率傳輸裝置106中時，無線功率傳輸裝置500將以相反的方向取向，其中鐵氧體層508最接近於地面且線圈504在其上方。

通常，導體506包括導線（例如Litz線），或配置成使集膚效應最小化的電纜。儘管Litz線有助於緩解銅損耗，但是仍然存在用於加熱線圈504的一些損耗。然而，在許多線圈設計中，其他損耗可導致功率傳輸裝置500內最顯著的加熱。

遵循捲曲路徑時，導體506穿過具有變化的半徑的各種轉彎和彎曲510、512。外轉彎上的彎曲半徑大於內轉彎的彎曲半徑。每個轉彎或彎曲具有產生磁通熱點（例如，其中磁場密度大於導體506的其他部分處的密度的區域）的可能性。該等磁通熱點導致導體的電感增大並且通常亦對應於無線功率傳輸裝置500中的點或區域，具體地，溫度較高的鐵氧體層508。

磁場亦影響鐵氧體和金屬層，從而產生亦導致該等部件中的損耗（加熱）的電流。因此，從前述內容應當領會，線圈的溫度簡介取決於數個不同的變數，並且可能因特定的線圈設計而顯著變化。相應地，溫度感測器502的位置可以基於彼等變數中的任何一個或全部變數，以使得溫度感測器502可以被佈置在「熱點」（例如，高通量密度區域）中。在一些線圈拓撲中，在無線功率傳輸裝置500內的不同位置處使用兩個或更多個溫度感測器可能是有利的。

如在圖5中所示，溫度感測器502被放置在線圈迴路514內且鄰近鐵氧體層508（例如，在鐵氧體層508上）接近於中心區域516（例如，迴路514的線圈訊窗），其中線圈的各匝518被間隔開。對於該特定配置，溫度感測器502的該位置提供了對無線功率傳輸裝置500的溫度的相當準確的表示。該位置對於無線功率傳輸裝置大致上是中心且與鐵氧體層熱耦合，該鐵氧體層被認為是最易遭受由操作期間的損耗引起的不期望加熱的元件。取決於實現，其他位置可能均等地有用，例如，在各邊緣之一的拐角（其中導體的各匝被放置得較接近在一起且緊密地彎曲）處或者在接近於該導體進入/離開無線功率傳輸裝置500的位置的點520處。

當將其他感測器放置在系統中的其他元件中的一者或多者（例如，圖4中所圖示的電源單元（PSU）402、基座功率傳輸裝置（BP）404，以及車輛控制單元（VCU）412）中時，應當考慮類似的考慮事項。該等其他元件中的每一者的確切位置可以變化。例如，感測器可鄰近於通常在PSU 402中提供的變壓器、反相器，或通訊單元來佈置。感測器可被呈現給通常在VCU 412中找到的倍流器或開關。該等元件未在附圖中圖示，因為最好在設計階段決定溫度信號提供單元的操作溫度的良好表示的精確位置。因此，為了簡潔起見，本文沒有進一步描述對於該等其他元件的位置的選擇。

存在溫度資訊可被用於控制無線功率傳輸系統的操作的眾多不同方式。可以相對於參考溫度來監視溫度，例如，（i）一溫度值，高於該溫度值時裝備可產生火災風險，或者（ii）低於可能發生鐵氧體熱失控的溫度的一溫度值。若所感測到的溫度超過參考值，則可以關閉系統。因此，經由在產生危害條件之前安排系統被關閉，可以使用溫度監視來建立較安全的系統。若能夠偵測到過高的溫度並且在發生危險的過熱之前可以關閉系統，則過高的溫度不太可能產生火災風險。

亦可以實現更為複雜的與溫度相關的操作。例如，電動車輛的一個要求是該電動車輛必須能夠在從低於冰點的條件（例如，-20℃）到高的赤道或沙漠溫度（例如，50°C）的任何地方操作。相應地，WEVC系統亦要求能夠在該範圍的條件中操作。較溫暖的環境溫度使得耗散熱量較困難，此舉提供在事情出錯之前較小的操作加熱容量。在較冷的環境溫度處效率可能受損，從而使得某種形式的加熱是合乎期望的。

在基座功率傳輸裝置上的直射日光亦可能引起問題，例如，其中基座功率傳輸裝置的一部分被暴露於日光而其餘部分被遮擋。此情形是為何對於給定線圈拓撲而言多於一個的感測器可能是所要的另一原因。冷卻器環境溫度亦可能是有問題的，因為各元件（諸如圖4的PSU 402和VCU 412中的功率電子裝置）可能不能像該等元件將在例如室溫下一般高效地工作。理想地，無線功率傳輸系統應當在一定溫度範圍上操作，在該溫度範圍內系統的效率處於最優水平。

圖6是圖示由圖4的控制器（BSC 406，VSC 416）做出的決策的示例性序列的流程圖600，該等決策用於將系統的操作維持在限定溫度範圍（例如，限定範圍的溫度）內。圖6中所示的操作可以僅在基座側系統控制器406或車輛側系統控制器416中執行，或者可以由一起工作的兩個控制器執行。

圖6的流程圖圖示分別輸入與來自圖4中圖示的電源單元402、基座功率傳輸裝置404、車輛功率傳輸裝置410和車輛控制單元412的溫度T_PS 602、T_BP 604、T_VP 606和T_VC 608相對應的值。溫度通常不快速地變化，並且因此有可能一次考慮一個溫度。該辦法比並行評估各值的情形要求較少的處理管理負擔。自然地，若系統被設計成在其中操作的預期環境要求對溫度較頻繁的更新，則可以執行並行評估。由控制器（BSC 406，VSC 416）查看下的溫度由值T_OP 610（當前有效）操作溫度來表示。

溫度範圍由溫度下限值T_L 和溫度上限值T_U 限定。溫度下限的具體值取決於針對給定系統所指定的操作範圍。在以下實例中，期望的下限操作溫度T_L 是-20℃，對應於汽車製造商指定的最冷操作溫度。當然，環境溫度低於該溫度是有可能的。例如，在美國北部和加拿大的某些地區，冬季-40°C或更低的溫度並不罕見。

同樣在該實例中，使用90℃的上限操作溫度。藉由實例，基於鐵氧體的操作特性來選擇該上限。簡要地轉向圖7，曲線圖700表示鐵氧體產品的相對磁芯損耗相對於溫度的關係。儘管該曲線圖不一定表示特定鐵氧體產品的特徵行為，但該曲線圖表示了該鐵氧體隨著磁芯損耗增大的典型行為。如在圖7的曲線圖700中所示，隨著鐵氧體溫度增大，每體積的相關損耗改變。

每條曲線包括拐點710、720、730，例如，曲線開始向上轉彎的點（在大約100℃處）。在該等拐點之下，鐵氧體中的損耗隨著溫度升高而減少。在該等拐點之上，鐵氧體中的損耗隨著溫度升高而增大。拐點對應於熱失控可能開始（例如，損耗增大並且與鐵氧體相關聯的熱耗散不足以移除附加的熱量）的溫度。

熱失控可以經由其中鐵氧體的溫度是穩定的熱設計來緩解。在某些實例中，將熱量耗散到周圍空氣中是足夠的。只要冷卻系統能夠耗散熱量，溫度就不會進一步升高。然而，若冷卻系統不能耗散熱量，則溫度進一步且不期望的增大可能發生。較有效的冷卻系統（例如，水冷卻）取決於預期操作條件。將溫度感測器放置在基座功率傳輸裝置或車輛功率傳輸裝置中的鐵氧體上（例如，如在圖5中所示）提供了使得能夠緩解熱失控和相關的不期望影響的較大控制。例如，設置一溫度上限（包括高於拐點710、720、730的限制）有助於確保鐵氧體中的熱穩定性。

返回到圖6，在612處，將操作溫度T_OP （其為T_PS 602、T_BP 604、T_VP 606，或T_VC 608）的值與溫度下限值T_L 和溫度上限值T_U 進行比較以決定T_OP 是否在該兩個值之間，例如，T_L ＜T_OP ＜T_U 。若是，則控制器將系統的操作設置成將全功率P _最大 614從電源（PSU 402）傳輸到電池（Bt 414）或車輛102上的其他負載，如在圖4中所示。然而，若溫度T_OP 不在該範圍內，則控制器決定T_OP 的值是低於（616）下限值T_L 亦是高於（618）上限T_U 。

當T_OP 的值低於（616）下限值T_L 時，控制器406、416將系統置於預熱模式（Δ T ↑）620，其中傳輸通過系統的功率增大。當環境溫度（例如，系統要求在其中操作的環境的溫度）低於溫度下限T_L 時，可能發生該情況。該預熱模式620的一個優點是可以將更多的功率傳輸到電池414，從而實現較快的充電。

此外，預熱模式（Δ T ↑）620亦經由前述I² R 、磁滯損耗和渦流電流來導致操作加熱。該等通常不期望的效應可被有利地用於將操作溫度帶到由T_L 和T_U 限定的範圍。確實，在該預熱模式中，有可能改變諸如信號的相位角之類的參數，以在有限時間內增大該等加熱效應。

在612處，溫度T_OP 繼續被監視。當溫度T_OP 進入T_L 與T_U 之間的操作範圍時，操作移出預熱模式620並進入使用P _最大 614的正常操作模式中。儘管操作在正常操作模式中，但是仍然針對過熱監視操作溫度。當T_OP 的值上升到高於溫度上限T_U （例如T_OP ＞T_U 622）時，控制器406、416減小傳輸通過系統的功率。系統進入其中傳輸通過系統的功率被減小的冷卻模式（Δ T ↓）624中。此舉減少了各種加熱效應（I² R 、渦流電流等），從而允許系統的元件冷卻。一旦操作溫度T_OP 已經下降到低於T_U ，系統就返回到使用P _最大 614的正常操作模式。磁滯可以被添加到圖6的流程圖600中由控制器執行的操作，以確保操作不在各模式之間彼此反覆切換。

存在可以改變功率以控制操作溫度的許多不同方式。圖8（a）圖示表示操作在冷卻模式中的系統的簡單實例的曲線圖810。曲線圖左側的尺規812表示功率，而右側的尺規814表示溫度。如由方波波形816所表示的，功率在標稱全功率值P _最大 與降低的功率值（從P _最大 的50％開始且逐漸減小）之間循環。該功率循環（例如，功率位準的改變）用於隨著時間而降低溫度，如可從波形818看見的。

在圖8（b）中，溫度追蹤的實例由曲線圖820表示。曲線圖820用區間830（例如，區間830-1、830-2、830-3、830-4、830-5，以及830-6）圖示。曲線圖左側的尺規822表示功率，而右側的尺規824表示溫度。不是從一個功率位準切換到下一功率位準——如在圖8（a）中所示——，由波形826表示的功率在區間830-1中在全功率下，隨後在再次步升到830-4區間中的全功率之前，在區間830-2中逐漸減小（斜坡下降）到區間830-3中的較低位準（例如，50％功率）。在區間830-5中，由波形826表示的功率再次斜坡下降到不同的較低位準（例如，75％功率）並且經由區間830-6維持該功率位準。由曲線828表示的溫度遵循由波形826表示的功率，隨著其下降和上升，並且遭受作為系統熱慣性的函數的延遲。

為避免疑義，注意，P _最大 作為正常操作模式的名稱不一定暗示可由系統傳輸的最大功率。使用P _最大 614的正常操作模式表示在T_L 與T_U 範圍內的溫度下的操作，其中被監視的元件、組件和子系統以最優水平來執行。有可能在「理想」條件下傳輸絕對最大功率。條件可能不太理想，例如，車輛功率傳輸裝置與基座功率傳輸裝置沒有正好對準。在一些實例中，系統中的各組件和元件可能必須較繁重地工作，並且失準越大，此情形變得越有可能。在實踐中，較繁重地工作等同於較大的損耗，較大的損耗進而又導致系統中產生較多的熱量。車輛定位系統（其被包括作為系統的輔助設備）有助於最小化失準。但對於人類駕駛員而言，仍然存在誤差的可能性。因此，術語P _最大 是在當時的特定條件下可被傳輸的最大或最優功率。

通常，最易遭受加熱的是基座功率傳輸裝置106和車輛功率傳輸裝置124。改變在基座側線圈110和車輛側線圈128中流動的電流可減少一個線圈中的加熱效應，而在另一線圈中不顯著地增大加熱效應。然而，改變到基座側線圈110的輸入的相位和時序及/或來自車輛側線圈128的輸出的相位和時序，可以將損耗從線圈110、128移動到電源單元402及/或車輛控制單元412中的開關和功率電子裝置。作為另一方式，調節信號的時序以降低T_BP 604和T_VP 606可以分別增大溫度T_PS 602和T_VC 608。在監視兩個或更多個元件的溫度的情況下，遵循圖6的流程圖600的操作，控制器可以改變系統的操作以在不同元件之間共享或轉移損耗並且擴散加熱效應，以便最佳化功率傳輸。在一個實例中，BSC 406可以向VSC 416發送一通訊（例如，經由無線鏈路418的訊息），該通訊指示基座功率傳輸裝置404的功率位準已經降低並且請求VSC 416增大車輛功率傳輸裝置410的功率位準。經由調節基座功率傳輸裝置404和車輛功率傳輸裝置410兩者處的功率位準，與在降低基座功率傳輸裝置404的功率位準之前並且在增大車輛功率傳輸裝置410的功率位準之前的水平相同或比其更高的水平下的功率傳輸可以在擴散功率傳輸的加熱效應的同時被保持。在另一實例中，VSC 416可以向BSC 406發送一通訊（例如，經由無線鏈路418的訊息），該通訊指示車輛功率傳輸裝置410的功率位準已經或將被降低並且請求BSC 406增大基座功率傳輸裝置404的功率位準。此舉可以將損耗從車輛功率傳輸裝置410轉移到基座功率傳輸裝置404，並且能夠使得全功率傳輸被保持。

儘管未圖示，但是無線功率傳輸系統亦可包括諸如異物偵測（FOD）電路系統、生物物件保護（LOP）電路系統，以及車輛定位電路系統之類的輔助系統。一些FOD和LOP系統使用線圈來偵測磁場中和磁場附近的異物或生物物件的存在。該等輔助系統中的一些輔助系統的操作本身可能與溫度有關。當然，在被認為必要或期望時，可以在該等輔助系統中提供溫度感測器。然而，銅的電阻取決於溫度。因此，有可能基於彼等元件中的銅的電阻來將溫度感測功能構建到FOD或LOP子系統中。當然，相同的原理亦分別適用於基座功率傳輸裝置106和車輛功率傳輸裝置124中所使用的線圈110、128，以磁性方式傳輸能量。然而，（諸）輔助系統中的線圈可以取代基座功率傳輸裝置106中的線圈110及/或車輛功率傳輸裝置124中的線圈128或與其結合使用。

已經參照用於無線功率傳輸的磁線圈、包括用於無線功率傳輸的磁線圈的無線功率傳輸裝置、包括用於無線功率傳輸的無線功率傳輸裝置的充電系統，以及無線電動車輛充電系統描述了本文的技術，應理解，該等技術僅是藉由實例來描述的，並且彼等具有合適知識和技術的人員可以在不脫離實施例的精神和範疇的情況下作出修改和變型，如在所附請求項及其均等物中所闡述的。

100‧‧‧無線功率傳輸系統

102‧‧‧電動車輛

104‧‧‧電池

106‧‧‧基座功率傳輸裝置

108‧‧‧基座功率傳輸裝置

110‧‧‧線圈

112‧‧‧線圈

114‧‧‧電源

116‧‧‧功率鏈路

118‧‧‧功率網路

120‧‧‧通訊鏈路

122‧‧‧無線鏈路

124‧‧‧車輛功率傳輸裝置

126‧‧‧車輛側控制電路系統

128‧‧‧線圈

200‧‧‧系統

202‧‧‧基座側電路系統

204‧‧‧車輛側電路系統

206‧‧‧功率轉換器

208‧‧‧車輛側功率控制

300‧‧‧曲線圖

310‧‧‧較高的線

312‧‧‧較低的線

314‧‧‧線

400‧‧‧系統

402‧‧‧電源單元（PSU）

404‧‧‧基座功率傳輸裝置（BP）

406‧‧‧基座側系統控制器（BSC）

408‧‧‧交變磁場

410‧‧‧車輛功率傳輸裝置（VP）

412‧‧‧車輛控制單元（VCU）

414‧‧‧電池（Bt）

416‧‧‧車輛側系統控制器（VSC）

418‧‧‧無線鏈路

500‧‧‧無線功率傳輸裝置

502‧‧‧溫度感測器

504‧‧‧線圈

506‧‧‧導體

508‧‧‧鐵氧體層

510‧‧‧彎曲

512‧‧‧彎曲

514‧‧‧線圈迴路

516‧‧‧中心區域

518‧‧‧匝

520‧‧‧點

600‧‧‧流程圖

602‧‧‧溫度T_PS

604‧‧‧T_BP

606‧‧‧T_VP

608‧‧‧T_VC

610‧‧‧T_OP

612‧‧‧步驟

614‧‧‧P _最大

616‧‧‧步驟

618‧‧‧步驟

620‧‧‧預熱模式

622‧‧‧T_OP ＞T_U

624‧‧‧冷卻模式

700‧‧‧曲線圖

710‧‧‧拐點

720‧‧‧拐點

730‧‧‧拐點

810‧‧‧曲線圖

812‧‧‧尺規

814‧‧‧尺規

816‧‧‧方波波形

818‧‧‧波形

820‧‧‧曲線圖

822‧‧‧尺規

824‧‧‧尺規

826‧‧‧波形

828‧‧‧曲線

830‧‧‧區間

830-1‧‧‧區間

830-2‧‧‧區間

830-3‧‧‧區間

830-4‧‧‧區間

830-5‧‧‧區間

830-6‧‧‧區間

圖1是用於使一或多個電動車輛充電的無線功率傳輸系統的示意圖。

圖2是無線功率傳輸系統的電子元件的示意圖。

圖3是表示無線功率傳輸系統中的功率傳輸相對於位置偏移的曲線圖。

圖4是圖示無線功率傳輸系統的操作元件的方塊圖。

圖5是示例性無線功率傳輸裝置的一部分的透視圖。

圖6是圖示由控制器做出的決策的序列的流程圖。

圖7是圖示鐵氧體的操作特性的曲線圖。

圖8（a）圖示了表示在影響溫度的冷卻模式中操作的系統的曲線圖。

圖8（b）圖示了表示在具有影響溫度的功率調節的替換冷卻模式中操作的系統的曲線圖。

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Claims (30)

1. 一種無線功率傳輸系統，包括： 一基座功率傳輸裝置，該基座功率傳輸裝置包括被配置成基於一電流來產生一磁場的一線圈；一電源單元，該電源單元包括被配置成驅動該線圈中的該電流的開關和功率電子裝置；至少一個溫度感測器，該至少一個溫度感測器被配置成量測該基座功率傳輸裝置或該電源單元的一溫度；及一系統控制器，該系統控制器被耦合到該基座功率傳輸裝置、該電源單元，以及該至少一個溫度感測器，並且該系統控制器被配置成基於該測得溫度來控制該基座功率傳輸裝置或該電源單元中的至少一者的操作，以在該基座功率傳輸裝置或該電源單元中轉移損耗和耗散熱量。
2. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中： 該基座功率傳輸裝置包括鄰近於該線圈佈置的一鐵氧體層；及該至少一個溫度感測器鄰近於該鐵氧體層佈置，以在該基座功率傳輸裝置的該操作期間量測該鐵氧體層的一溫度。
3. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中： 該線圈包括一導體，該導體遵循包括複數個彎曲的一路徑；及該至少一個溫度感測器鄰近於該複數個彎曲中的一個彎曲來定位。
4. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中該至少一個溫度感測器包括複數個溫度感測器，該複數個溫度感測器包括一第一溫度感測器和一第二溫度感測器，該第一溫度感測器鄰近於該基座功率傳輸裝置的一鐵氧體層來佈置以量測與該基座功率傳輸裝置的操作相關聯的一第一溫度，該第二溫度感測器佈置在該電源單元處以量測與該電源單元的操作相關聯的一第二溫度。
5. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成： 決定該測得溫度是否超過一限定溫度範圍的一溫度上限值；及回應於該測得溫度超過該溫度上限值，控制該電源單元的該操作以降低提供給該基座功率傳輸裝置的一功率位準。
6. 如請求項5之無線功率傳輸系統，其中經由在一標稱全功率值與逐漸減小的功率值之間循環來降低該功率位準，以隨時間降低該溫度。
7. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成：控制該基座功率傳輸裝置或該電源單元的該操作，以將該測得溫度保持在由一溫度上限值和一溫度下限值限定的一溫度範圍內。
8. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成：經由從包括一預熱模式和一冷卻模式的複數個功率模式中選擇一功率模式來控制該基座功率傳輸裝置或該電源單元的該操作，該系統控制器被進一步配置成： 在該預熱模式中，增大從該電源單元遞送到該基座功率傳輸裝置的功率；及在該冷卻模式中，減少從該電源單元遞送到該基座功率傳輸裝置的功率。
9. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成：經由改變到該線圈的一輸入的一相位和時序來控制該基座功率傳輸裝置或該電源單元的該操作，以將損耗從該基座功率傳輸裝置中的該線圈轉移到該電源單元中的該開關和功率電子裝置。
10. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成經由以下操作來控制該基座功率傳輸裝置或該電源單元中的該至少一者的該操作： 與一車輛功率傳輸裝置的一車輛系統控制器通訊，該車輛功率傳輸裝置與該基座功率傳輸裝置至少部分地對準；接收來自該車輛系統控制器的一訊息，該訊息指示該車輛功率傳輸裝置的一第一功率位準正被降低並且請求該基座功率傳輸裝置增大該基座功率傳輸裝置的一第二功率位準；及基於該訊息來增大該基座功率傳輸裝置的該第二功率位準，以將該等損耗從該車輛功率傳輸裝置轉移到該基座功率傳輸裝置，並且將該基座功率傳輸裝置與該車輛功率傳輸裝置之間的功率傳輸的一水平保持在與接收到該訊息之前相同或更高的一水平處。
11. 如請求項1之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成經由以下操作來控制該基座功率傳輸裝置或該電源單元中的至少一者的該操作： 與一車輛功率傳輸裝置的一車輛系統控制器通訊，該車輛功率傳輸裝置與該基座功率傳輸裝置至少部分地對準；降低該基座功率傳輸裝置的一第一功率位準；及向該車輛系統控制器傳送對增大該車輛功率傳輸裝置的一第二功率位準的一請求，以將該等損耗從該基座功率傳輸裝置轉移到該車輛功率傳輸裝置，並且將該基座功率傳輸裝置與該車輛功率傳輸裝置之間的功率傳輸保持在與降低該基座功率傳輸裝置的該第一功率位準之前相同或更高的一水平處。
12. 一種控制一基座功率傳輸裝置與一車輛功率傳輸裝置之間的功率傳輸的方法，該方法包括以下步驟： 經由使用至少一個溫度感測器來量測該基座功率傳輸裝置或該車輛功率傳輸裝置的至少一個元件的一溫度；將該測得溫度與由一溫度下限值和一溫度上限值限定的一溫度範圍進行比較；及經由基於將該測得溫度與該溫度範圍進行比較的一結果而改變遞送到該基座功率傳輸裝置或該車輛功率傳輸裝置的該至少一個元件的功率來控制該至少一個元件的操作。
13. 如請求項12之方法，其中該至少一個元件包括一電源單元或該基座功率傳輸裝置的一鐵氧體層。
14. 如請求項12之方法，其中： 該至少一個元件包括一線圈，該線圈包括一導體，該導體遵循包括複數個彎曲的一捲曲路徑；該至少一個溫度感測器鄰近於該等彎曲中的一個彎曲來佈置；及該方法進一步包括以下步驟：使用該至少一個溫度感測器來量測與該線圈相關聯的該溫度。
15. 如請求項12之方法，其中該至少一個元件包括一車輛控制單元或該車輛功率傳輸裝置的一鐵氧體層。
16. 如請求項12之方法，進一步包括以下步驟： 決定該測得溫度大於該溫度上限值；及回應於該決定，經由降低該至少一個元件的一功率位準來控制該至少一個元件的該操作。
17. 如請求項12之方法，進一步包括以下步驟： 決定該測得溫度小於該溫度下限值；及回應於該決定，經由增大該至少一個元件的一功率位準來控制該至少一個元件的該操作。
18. 如請求項12之方法，進一步包括以下步驟：當該溫度超過該溫度上限值時或者當該溫度小於該溫度下限值時，經由轉移損耗以耗散熱量來將該測得溫度保持在該溫度範圍內。
19. 如請求項12之方法，其中控制該至少一個元件的該操作之步驟包括以下步驟：基於該測得溫度來選擇一功率模式，該功率模式選自： 一全功率模式，其中該至少一個元件以全功率操作；一預熱模式，其中遞送到該至少一個元件的功率被增大以使得該至少一個元件的該溫度增大；及一冷卻模式，其中遞送到該至少一個元件的該功率被減小以使得該至少一個元件的該溫度減小。
20. 如請求項12之方法，進一步包括以下步驟：決定該至少一個元件的該溫度大於該溫度上限值，並且其中改變遞送到該基座功率傳輸裝置的該功率包括在一標稱全功率值與逐漸減小的功率值之間循環以隨時間降低該溫度。
21. 如請求項12之方法，進一步包括以下步驟：決定該至少一個元件的該溫度大於該溫度上限值，並且其中改變遞送到該基座功率傳輸裝置的該功率之步驟包括以下步驟：在一標稱全功率值與斜坡下降該功率的一或多個區間之間循環以隨時間降低該溫度。
22. 一種無線功率傳輸系統，包括： 一電動車輛的一車輛功率傳輸裝置，該車輛功率傳輸裝置包括配置成將一磁場轉換成一電流的一線圈；一車輛控制單元，該車輛控制單元耦合到該車輛功率傳輸裝置，該車輛控制單元包括配置成使用該電流來使該電動車輛的一電池充電的開關和功率電子裝置；一或多個溫度感測器，該一或多個溫度感測器耦合到該車輛功率傳輸裝置，該一或多個溫度感測器被配置成量測該車輛功率傳輸裝置的一溫度；及一系統控制器，該系統控制器耦合到該車輛功率傳輸裝置、該車輛控制單元，以及該一或多個溫度感測器，該系統控制器被配置成基於該測得溫度來控制該車輛功率傳輸裝置或該車輛控制單元中的至少一者的操作，以在該車輛功率傳輸裝置或該車輛控制單元的不同元件之間轉移損耗和擴散加熱效應。
23. 如請求項22之無線功率傳輸系統，進一步包括一附加溫度感測器，該附加溫度感測器耦合到該車輛控制單元並且被配置成量測該車輛控制單元的一附加溫度。
24. 如請求項22之無線功率傳輸系統，其中： 該車輛功率傳輸裝置包括鄰近於該線圈佈置的一鐵氧體層；及該一或多個溫度感測器被佈置在該鐵氧體層上，以在該車輛功率傳輸裝置的操作期間量測該鐵氧體層的一附加溫度。
25. 如請求項22之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成： 決定該測得溫度是否超過一限定溫度範圍的一溫度上限值；及回應於該測得溫度超過該溫度上限值，控制該車輛控制單元的該操作以改變提供給該車輛功率傳輸裝置的一功率位準。
26. 如請求項22之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成： 經由一無線鏈路來與控制一基座功率傳輸裝置的操作的一基座側系統控制器通訊；及向該基座側系統控制器傳送對降低該基座功率傳輸裝置的一功率位準的一請求，以減少在該車輛功率傳輸裝置處產生的熱量。
27. 如請求項22之無線功率傳輸系統，其中該一或多個溫度感測器被佈置在該車輛功率傳輸裝置的一或多個高磁通密度區域中。
28. 如請求項22之無線功率傳輸系統，其中該系統控制器被配置成： 接收來自一基座功率傳輸裝置的一基座側系統控制器的一通訊，該通訊包括對增大該車輛功率傳輸裝置的一功率位準的一請求；及回應於接收到該請求，增大該車輛功率傳輸裝置的該功率位準。
29. 如請求項22之無線功率傳輸系統，其中： 該線圈包括一導體，該導體遵循包括複數個彎曲的一路徑；及該一或多個溫度感測器包括鄰近於該複數個彎曲中的一個彎曲來定位的一溫度感測器。
30. 一種無線功率傳輸系統，包括： 一線圈，該線圈被配置成基於一電流來產生一磁場；鐵氧體，該鐵氧體鄰近於該線圈來佈置並且被配置成導引該磁場；一電源單元，該電源單元耦合到該線圈並且被配置成用該電流來驅動該線圈；用於量測該鐵氧體上的一或多個位置處或該電源處的一溫度的一量測構件；及用於基於該測得溫度來改變該線圈或該電源的操作的一控制構件。