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技術文章
IEC 62368-1 無線充電異物溫升測試套件
無線充電異物判斷方法，包括：步驟s1：檢測工作區域是否存在異物，否則進入步驟s11，是則進入步驟s12；步驟s11為：測量并記錄工作區域內的初始輻射功率值m11，啟動無線充電功率傳輸；步驟s12為：測量并記錄工作區域內無異物處的初始輻射功率值m12和工作區域內有異物處的初始輻射功率值n12，啟動無線充電功率傳輸；步驟s2在步驟s11之后，步驟s2為：檢測工作區域是否存在新增的異物，是則進入步驟s21，否則進入步驟s3；步驟s21分為步驟s211和步驟s212，步驟s211為：測量并記錄工作區域內新增的異物處的初始輻射功率值o211；然后進入步驟s212：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m212和工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o212；步驟s3為：繼續無線充電，且重復步驟s2；步驟s4在步驟s212之后，步驟s4為：比較輻射功率值差值之差是否超過設定值，是則停止無線充電或降低無線充電功率，否則進入步驟s3；步驟s5在步驟s12之后，步驟s5為：檢
測工作區域是否存在新增的異物，是則進入步驟s51，否則進入步驟s6；步驟s51分為步驟s511和步驟s512，步驟s511為：測量并記錄工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511，以及無異物處的中間輻射功率值x511；然后進入步驟s512：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m512、工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512以及工作區域內原有異物處的新輻射功率值n51；步驟s6為：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m6和工作區域內有異物處的新輻射功率值n6；步驟s7在步驟6和步驟s512之后，步驟s7為：比較輻射功率值差值之差是否超過設定值，是則停止無線充電或降低無線充電功率，否則進入步驟s8；步驟s8為：繼續無線充電，且重復步驟s5。
7.優選的，在所述步驟s4中，包括：將新增異物處的新輻射功率值o212和初始輻射功率值o211的差值與無異物處的新輻射功率值m212和初始輻射功率值m11的差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值。
8.優選的，在所述步驟s7中，包括：將有異物處的新輻射功率值n6和有異物處的初始輻射值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m6和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；將工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512和工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511的差值與工作區域內無異物處的新輻射功率值m512和無異物處中間輻射功率值x511差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；工作區域內原有異物處的新輻射功率值n512和有異物處的初始輻射功率值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m512和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；任一差值之差超過設定值則停止無線充電或降低無線充電功率。
9.優選的，在步驟s1中檢測到的異物數量大于一個時，步驟s12還會測量并記錄工作區域內每個異物處的初始輻射功率值；在步驟s2中檢測到的新增異物數量大于一個時，步驟s211還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的初始輻射功率值、步驟s212還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的新輻射功率值；步驟s5中檢測到的新增的異物數量大于一個時，步驟s511還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的初始輻射功率值、步驟s512還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的新輻射功率值。
10.本發明的方法，經過檢測到異物的存在，同時能夠判斷該異物是否對無線充電造成了安全隱患，即通過輻射功率值的增加量進行判斷。異物影響無線充電工作時，可以及時調整無線充電的工作狀態，如果異物沒有安全隱患，即使存在異物也可以正常進行充電，不僅檢測效率高，同時保證了無線充電工作的效率。
附圖說明
11.圖1為無線充電異物判斷方法的流程圖；
12.圖2為無線充電異物判斷方法對應裝置的示意圖；
13.圖3為無線充電異物判斷方法對應裝置xoz坐標系內的工作范圍示意圖；
14.圖4為無線充電異物判斷方法對應裝置yoz坐標系內的工作范圍示意圖。
15.附圖標記：
16.處理器0；檢測模塊1；探測組件2；功率組件3；發射天線4；接收天線5；切換開關6；射頻前端21；收發單元22；功率計31；功率傳感器32。
具體實施方式
17.下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
18.本發明的無線充電異物判斷方法主要用于電動汽車無線充電，無論是充電開始階段還是充電過程中，出現異物都能夠被及時發現，并根據其是否對無線充電有安全影響，對無線充電的工作狀態進行調整。
19.無線充電系統在啟動充電前首先會先進入初始化狀態，開始充電前的檢查。無線充電異物檢測裝置會執行本技術的無線充電異物判斷方法。下面對判斷方法和對應的異物檢測裝置進行說明。
20.無線充電異物檢測裝置，如圖2所示，包括處理器0和檢測模塊1。處理器0和檢測模塊1聯通，可以完成信號的處理、工作流程的控制等。
21.上述的檢測模塊1至少具有：探測組件2、功率組件3、發射天線4、接收天線5和切換開關6。探測組件2和發射天線4聯通，接收天線5通過所述切換開關6在所述探測組件2和功率組件3中擇一地聯通。接收天線5在聯通不同的組件時，具有不同的功能。
22.探測組件2對電信號進行調制，由發射天線4發射探測電磁波，當有反射物時，探測電磁波會被反射形成回波信號。當接收天線5聯通探測組件2時，就可以接收回波信號，并發送回探測組件2，以判斷探測區域內是否存在反射物。發射天線4和接收天線5的數量可以分別是一個，也可以是多個。除了接收該回波信號外，還能接受輻射電磁波。
23.下面對無線充電異物判斷方法進行說明。
24.參見圖1，包括步驟s1：檢測工作區域是否存在異物，否則進入步驟s11，是則進入步驟s12。在步驟s1中，切換開關6將接收天線5切換至與探測組件2聯通。發射天線4發射毫米級別的探測電磁波，掃描功率發射線圈的各個位置點，根據回波信號測得的距離與基準數據集的比較，確定是否存在異物。
25.步驟s11為：測量并記錄工作區域內的初始輻射功率值m11，啟動無線充電功率傳輸；也就是沒有異物，僅記錄了工作區域內功率發射線圈表面的初始輻射功率值。
26.步驟s12為：測量并記錄工作區域內無異物處的初始輻射功率值m12和工作區域內有異物處的初始輻射功率值n12，啟動無線充電功率傳輸；也就是則將接收天線5切換到和功率組件3聯通，通過接收天線5測量功率發射線圈表面的沒有異物的區域和出現異物的區域的輻射電磁波的輻射功率值，一般可以在這些區域測量并標記若干個位置點，取其平均值。
27.如有多個異物區域可以將其它區域分別記為第二異物區、第三異物區等等，將其輻射功率值依次記作n’12、n”12、等等，以此類推。
28.從上述步驟s11和步驟s12可以知曉，無論是否發現異物都會進入后續的無線充電動作。下面的步驟基本是處于無線充電的狀態中進行的。
29.步驟s2在步驟s11之后，步驟s2為：檢測工作區域是否存在新增的異物，是則進入步驟s21，否則進入步驟s3；即在無線充電過程中，檢測模塊1持續探測功率發射線圈表面。
30.步驟s21分為步驟s211和步驟s212，步驟s211為：測量并記錄工作區域內新增的異物處的初始輻射功率值o211；然后進入步驟s212：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻
射功率值m212和工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o212；
31.步驟s3為：繼續無線充電，且重復步驟s2；
32.步驟s4在步驟s212之后，步驟s4為：比較輻射功率值差值之差是否超過設定值——將新增異物處的新輻射功率值o212和初始輻射功率值o211的差值與無異物處的新輻射功率值m212和初始輻射功率值m11的差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值，即[(o212
?
o211)
?
(m212
?
m11)]是否超過設定值，是則停止無線充電或降低無線充電功率，否則進入步驟s3。
[0033]
步驟s5在步驟s12之后，步驟s5為：檢測工作區域是否存在新增的異物，是則進入步驟s51，否則進入步驟s6；該檢測可以和步驟s1中檢測到的異物進行比對，從而區分出新增的異物和原有的異物(原有的異物即為步驟s1中檢測出的異物)。
[0034]
步驟s51分為步驟s511和步驟s512，步驟s511為：測量并記錄工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511，以及無異物處的中間輻射功率值x511；然后進入步驟s512：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m512、工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512、以及工作區域內原有異物處的新輻射功率值n512；
[0035]
步驟s6為：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m6和工作區域內有異物處的新輻射功率值n6；
[0036]
步驟s7在步驟s6和步驟s512之后，步驟s7為：比較輻射功率值差值之差是否超過設定值——將有異物處的新輻射功率值n6和有異物處的初始輻射值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m6和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；
[0037]
將工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512和工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511的差值與工作區域內無異物處的新輻射功率值m512和無異物處中間輻射功率值x511差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；
[0038]
工作區域內原有異物處的新輻射功率值n512和有異物處的初始輻射功率值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m512和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值。即，判斷：[(n6
?
n12)
?
(m6
?
m12)]及[(o512
?
o511)
?
(m512
?
x511)]、[(n512
?
n12)
?
(m512
?
m12)]其中之一是否超過設定值，是則停止無線充電或降低無線充電功率，否則進入步驟s8。
[0039]
步驟s8為：繼續無線充電，且重復步驟s5。
[0040]
一般非金屬異物與功率發射線圈表面的材質不同，在相同的溫度情況下因反射率不同，輻射差值會有所差異，但差異值較小會在設定值范圍內。而常溫下金屬物質在毫米波段的反射率接近于1。在和非金屬物質相同的溫度下，金屬物品輻射溫度低(即較冷)。特別在室外環境下，金屬主要反射天空的輻射溫度，與非金屬的輻射溫度有明顯的差別。而金屬物質的反射率會隨溫度的升高而增加，金屬物質會在磁場環境下會因渦流效應而導致熱量和溫度的快速上升，并出現輻射差值之差超過設定值情況。
[0041]
在無線充電開始工作后，功率發射線圈會因電流上升而發熱，并透過外殼使功率發射線圈表面產生溫升，發射線圈表面因熱量上升而使向外輻射功率值就會增加。無論是在無線充電前已經存在的異物還是充電過程中新增的異物，如果是金屬材質，在無線充電過程中同樣會有升溫，從而使輻射功率值增加。需要注意，輻射功率值與溫度有關系，即使
是不同材料，溫度變化反應到輻射值具有相同趨勢的變化規律。
[0042]
上述敘述中，基本會提及到使用兩個差值進行比較，將無異物處的輻射變化值作為基準，即上文提到的(m212
?
m11)、(m6
?
m12)、(m512
?
x511)(m512
?
m12)。無異物處的差值反應了功率發射線圈正常的溫度變化，比如發生溫升，從環境溫度30℃升到了60℃左右(溫度差值30℃)，或者再加上環境溫度的變化。而有異物處的差值反應了異物的溫升，如果是非金屬的異物，那和發射線圈的輻射值變化規律應該相似，比如從30℃升到了62℃(溫度差值32℃)，那么這個溫度差值對應的輻射值變化雖然可能會與無異物處的差值不一樣，但差值之差(對應2℃的輻射值變化)應該在設定值范圍內。而如果是金屬異物，溫度會快速上升，比如上升到了80℃(溫度差值50℃)，那么這個差值就比無異物處的差值會高很多，差值之差(對應20℃的輻射值變化)會超過設定值。
[0043]
通過比較輻射值的變化來實現對異物是否影響無線充電工作，因為輻射值與溫度是相關的，使用發射天線和接收天線本身就能完成對輻射值的測量，從而不用添加額外的設備，不用使用溫度傳感器，可以降低設備成本，解決一般為金屬材質的溫度傳感器無法在磁場環境中正常工作的問題。
[0044]
在一些情況中，例如金屬異物尺寸較小等情況，異物是金屬和非金屬可以共存的，其對應的差值(也就是差值之差)可能沒有到需要停止無線充電的地步，則可以繼續工作。
[0045]
如通過上述方法發現有異物區輻射差值超過設定限值時，信號處理單元向無線充電系統的總控制器上報故障，總控制器可選擇立即停止充電并啟動報警模塊，并在終端上顯示異物的位置等信息；總控制器也可以選擇降低無線充電輸出功率繼續充電，如降低輸出功率后輻射差值之差仍超過設定限值，則無線充電系統停止充電并啟動報警等操作。如果報警狀態被用戶確認，金屬異物被清理，可以重新進入到初始化狀態，并啟動異物檢測的過程，進而恢復進入到正常充電狀態。如在充電過程中未發現異物，或發現了異物但輻射功率差值之差未超過設定限值，無線充電系統輸出功率繼續充電，無線充電異物檢測裝置持續檢測，直至充電過程結束。
[0046]
本技術根據異物的輻射功率值，判斷對應的溫升，由于僅金屬物體會因快速溫升造成風險，這種設計減少了誤報的可能性。對于充電過程中進入到功率發射區域的異物，也能及時發現和排除，在保障系統的安全性的前提下提高了無線充電系統使用體驗。
[0047]
根據普朗克定律，絕對零度以上的物質會向外輻射電磁波，接收天線5可以接收該輻射的電磁波，此時，接收天線5與功率組件3聯通，會將輻射電磁波的信號發送給功率組件3，以完成后續的工作。無論接收天線5接收的區域內是否有反射物，都會有對應的輻射電磁波，例如功率發射線圈的外表面也會有輻射電磁波，因此可以被接收到。
[0048]
功率組件3包括有功率計31和功率傳感器32。在切換開關6的控制下，接收天線5可以和功率傳感器32連接，將輻射電磁波的信號經功率傳感器32接入到功率計31，而功率計31能測量在毫米波段的熱輻射能量，功率計31根據接收的輻射電磁波的信號輸出電壓或天線溫度等參數獲得被測的區域內輻射能量的大小，也就是或得對應的輻射值，而輻射電磁波與被測區域的溫度相關。
[0049]
關于上述輻射電磁波，需要注意，根據普朗克定律，絕對零度以上的物質會向外輻射電磁波，其總輻射能量主要由三部分組成，即自身的輻射、對環境噪聲的反射和背景噪聲的透射，其與物體的反射率、透射率和吸收率相關，而處于熱平衡的物體發射率等于吸收
率。
[0050]
上述切換開關6可以是按時切換的，一般是先聯通探測組件2，探測工作區域是否有異物，再聯通功率組件3，探測工作區域內的輻射電磁波。工作區域一般是無線充電系統中，功率發射線圈和功率接收線圈之間的區域。
[0051]
探測組件2發射的電磁波頻域優選的是30ghz
?
300ghz，一般是線性調頻的連續波，調制方式為三角波調制、鋸齒波調制、正弦波調制中的至少一種。三角波調制時頻率由起始頻率開始線性調頻上升至最高的頻率,再由最高頻率重新調頻下降至起始頻率，使信號頻域波形表現為一組中心對稱的三角形結構。
[0052]
探測組件2包括聯通的射頻前端21和收發單元22；發射天線4連接所述收發單元22；當接收天線5通過切換開關6聯通探測組件2時，即聯通到收發單元22。當然還會包括電源，為全部用電設備供電。
[0053]
下面展開說明。射頻前端21內包括了射頻發射前端(下面簡稱發射前端)和射頻接收前端(下面簡稱接收前端)，其中發射前端主要負責對射頻信號(也就是電磁波信號)的調制、上變頻、濾波、放大并送給發射天線4，上變頻是將低頻信號向上變頻到高頻頻段，通過發射天線發4射出去；而接收前端則負責將接收天線5所接收的回波信號進行低噪聲放大、濾波、下變頻、解調并將解調后的信號傳送給處理器0，下變頻是將接收天線5接收到的高頻信號向下變頻至低頻頻段，送往處理器0。簡單來說，射頻前端21可以理解為一個對電磁波進行處理的單元。收發單元22可以理解為是發射天線4和接收天線5的容納裝置，也就是發射天線4和接收天線5固定安裝在收發單元22內。
[0054]
在檢測模塊1配置時，其工作范圍(探測范圍)要能覆蓋功率發射線圈和功率接收線圈之間的區域。為了方便下文的說明，參見圖3、圖4，我們以xyz三個坐標來限定空間區域，在功率發射線圈和功率接收線圈的垂直距離上，作為y軸，在功率發射線圈所在面，橫向為x軸，縱向為z軸。以電動汽車無線充電為例，x軸為車輛的橫向方向，y軸為車輛的高度方向，z軸為車輛的前后方向。發射的探測電磁波在俯仰面內與方位面內的空間范圍掃描，俯仰面為yoz坐標系內平面，方位面是xoz坐標系內平面。其中xoz坐標系內包括了a點到b點。這里的俯仰面和方位面是以天線工作為基礎確立的，而非機械視圖的確立方式。
[0055]
如圖3和4所示，在方位面內以β為探測角的工作范圍要覆蓋功率發射線圈，俯仰面內檢測模塊1發射的探測電磁波的入射角度要滿足角度范圍θ1至θ2。一般情況下一個檢測模塊1無法覆蓋發射線圈表面，檢測模塊1內可以配置多個發射天線4和接收天線5，或者在多個方向配置多個檢測模塊1。
[0056]
檢測模塊1通過發射天線4向外發射探測電磁波，當遇到一個障礙物目標物體(反射物)時將被反射回來。接收天線5接收被工作范圍內的反射物反射回來的回波信號。回波信號與探測電磁波的波形一致，但在時間上有一延遲，根據延時大小可以計算出檢測模塊1與反射物的距離。
[0057]
結合圖3和圖4，探測電磁波的信號以oz為軸，從a點到b點對發射線圈表面進行掃描，處理器0記錄所發射的探測電磁波的俯仰角和方位角作為目標的位置信息，接收回波信號后，計算得到空間范圍內各位置點與檢測模塊1之間的距離。當工作范圍內沒有反射物時，探測電磁波會被功率發射線圈的表面反射，因此通過回波信號，能夠確定檢測模塊1與功率發射線圈表面各點之間的距離，該距離可以稱為基準距離。處理器0將各位置點的基準
距離集合成為基準數據集。
[0058]
當功率發射線圈和功率接收線圈之間出現反射物時，回波信號反應的是檢測模塊1與反射物之間的距離，該距離小于檢測模塊1與功率發射線圈表面的距離。當發現檢測到某個位置的距離小于基準距離時，可以判斷在該位置點有異物出現。將出現反射物的所有位置點連線可以獲得整個異物的“圖像”，而其中每一個位置點相當于異物圖像的“像素”，根據異物的成像數據可以獲取大小、尺寸和高度及在發射線圈上的位置等信息。
[0059]
以上對于反射物的判斷，基于接收天線5與探測組件聯通實現的。
[0060]
我們認為所有不屬于無線充電系統但出現在功率接收線圈和功率發射線圈之間的物體都屬于異物，而非金屬物體在發射線圈區域出現的情況比較常見，一般不影響無線充電過程。如何判斷該反射物是不是金屬材質，是否影響無線充電的安全，就需要接收天線5和功率組件3聯通，通過輻射電磁波來進一步判斷。其原理上文已經說明，即根據普朗克定律絕對零度以上的物質會向外輻射電磁波。利用接收天線5接收毫米波段的輻射電磁波的信號(簡稱輻射信號)，將輻射信號經功率傳感器32接入到功率計31獲得被測的目標輻射能量的大小。
[0061]
以上依據圖式所示的實施例詳細說明了本發明的構造、特征及作用效果，以上所述僅為本發明的較佳實施例，但本發明不以圖面所示限定實施范圍，凡是依照本發明的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護范圍內。
測工作區域是否存在新增的異物，是則進入步驟s51，否則進入步驟s6；步驟s51分為步驟s511和步驟s512，步驟s511為：測量并記錄工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511，以及無異物處的中間輻射功率值x511；然后進入步驟s512：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m512、工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512以及工作區域內原有異物處的新輻射功率值n51；步驟s6為：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m6和工作區域內有異物處的新輻射功率值n6；步驟s7在步驟6和步驟s512之后，步驟s7為：比較輻射功率值差值之差是否超過設定值，是則停止無線充電或降低無線充電功率，否則進入步驟s8；步驟s8為：繼續無線充電，且重復步驟s5。
7.優選的，在所述步驟s4中，包括：將新增異物處的新輻射功率值o212和初始輻射功率值o211的差值與無異物處的新輻射功率值m212和初始輻射功率值m11的差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值。
8.優選的，在所述步驟s7中，包括：將有異物處的新輻射功率值n6和有異物處的初始輻射值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m6和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；將工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512和工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511的差值與工作區域內無異物處的新輻射功率值m512和無異物處中間輻射功率值x511差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；工作區域內原有異物處的新輻射功率值n512和有異物處的初始輻射功率值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m512和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；任一差值之差超過設定值則停止無線充電或降低無線充電功率。
9.優選的，在步驟s1中檢測到的異物數量大于一個時，步驟s12還會測量并記錄工作區域內每個異物處的初始輻射功率值；在步驟s2中檢測到的新增異物數量大于一個時，步驟s211還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的初始輻射功率值、步驟s212還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的新輻射功率值；步驟s5中檢測到的新增的異物數量大于一個時，步驟s511還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的初始輻射功率值、步驟s512還會測量并記錄工作區域內每個新增的異物處的新輻射功率值。
10.本發明的方法，經過檢測到異物的存在，同時能夠判斷該異物是否對無線充電造成了安全隱患，即通過輻射功率值的增加量進行判斷。異物影響無線充電工作時，可以及時調整無線充電的工作狀態，如果異物沒有安全隱患，即使存在異物也可以正常進行充電，不僅檢測效率高，同時保證了無線充電工作的效率。
附圖說明
11.圖1為無線充電異物判斷方法的流程圖；
12.圖2為無線充電異物判斷方法對應裝置的示意圖；
13.圖3為無線充電異物判斷方法對應裝置xoz坐標系內的工作范圍示意圖；
14.圖4為無線充電異物判斷方法對應裝置yoz坐標系內的工作范圍示意圖。
15.附圖標記：
16.處理器0；檢測模塊1；探測組件2；功率組件3；發射天線4；接收天線5；切換開關6；射頻前端21；收發單元22；功率計31；功率傳感器32。
具體實施方式
17.下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
18.本發明的無線充電異物判斷方法主要用于電動汽車無線充電，無論是充電開始階段還是充電過程中，出現異物都能夠被及時發現，并根據其是否對無線充電有安全影響，對無線充電的工作狀態進行調整。
19.無線充電系統在啟動充電前首先會先進入初始化狀態，開始充電前的檢查。無線充電異物檢測裝置會執行本技術的無線充電異物判斷方法。下面對判斷方法和對應的異物檢測裝置進行說明。
20.無線充電異物檢測裝置，如圖2所示，包括處理器0和檢測模塊1。處理器0和檢測模塊1聯通，可以完成信號的處理、工作流程的控制等。
21.上述的檢測模塊1至少具有：探測組件2、功率組件3、發射天線4、接收天線5和切換開關6。探測組件2和發射天線4聯通，接收天線5通過所述切換開關6在所述探測組件2和功率組件3中擇一地聯通。接收天線5在聯通不同的組件時，具有不同的功能。
22.探測組件2對電信號進行調制，由發射天線4發射探測電磁波，當有反射物時，探測電磁波會被反射形成回波信號。當接收天線5聯通探測組件2時，就可以接收回波信號，并發送回探測組件2，以判斷探測區域內是否存在反射物。發射天線4和接收天線5的數量可以分別是一個，也可以是多個。除了接收該回波信號外，還能接受輻射電磁波。
23.下面對無線充電異物判斷方法進行說明。
24.參見圖1，包括步驟s1：檢測工作區域是否存在異物，否則進入步驟s11，是則進入步驟s12。在步驟s1中，切換開關6將接收天線5切換至與探測組件2聯通。發射天線4發射毫米級別的探測電磁波，掃描功率發射線圈的各個位置點，根據回波信號測得的距離與基準數據集的比較，確定是否存在異物。
25.步驟s11為：測量并記錄工作區域內的初始輻射功率值m11，啟動無線充電功率傳輸；也就是沒有異物，僅記錄了工作區域內功率發射線圈表面的初始輻射功率值。
26.步驟s12為：測量并記錄工作區域內無異物處的初始輻射功率值m12和工作區域內有異物處的初始輻射功率值n12，啟動無線充電功率傳輸；也就是則將接收天線5切換到和功率組件3聯通，通過接收天線5測量功率發射線圈表面的沒有異物的區域和出現異物的區域的輻射電磁波的輻射功率值，一般可以在這些區域測量并標記若干個位置點，取其平均值。
27.如有多個異物區域可以將其它區域分別記為第二異物區、第三異物區等等，將其輻射功率值依次記作n’12、n”12、等等，以此類推。
28.從上述步驟s11和步驟s12可以知曉，無論是否發現異物都會進入后續的無線充電動作。下面的步驟基本是處于無線充電的狀態中進行的。
29.步驟s2在步驟s11之后，步驟s2為：檢測工作區域是否存在新增的異物，是則進入步驟s21，否則進入步驟s3；即在無線充電過程中，檢測模塊1持續探測功率發射線圈表面。
30.步驟s21分為步驟s211和步驟s212，步驟s211為：測量并記錄工作區域內新增的異物處的初始輻射功率值o211；然后進入步驟s212：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻
射功率值m212和工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o212；
31.步驟s3為：繼續無線充電，且重復步驟s2；
32.步驟s4在步驟s212之后，步驟s4為：比較輻射功率值差值之差是否超過設定值——將新增異物處的新輻射功率值o212和初始輻射功率值o211的差值與無異物處的新輻射功率值m212和初始輻射功率值m11的差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值，即[(o212
?
o211)
?
(m212
?
m11)]是否超過設定值，是則停止無線充電或降低無線充電功率，否則進入步驟s3。
[0033]
步驟s5在步驟s12之后，步驟s5為：檢測工作區域是否存在新增的異物，是則進入步驟s51，否則進入步驟s6；該檢測可以和步驟s1中檢測到的異物進行比對，從而區分出新增的異物和原有的異物(原有的異物即為步驟s1中檢測出的異物)。
[0034]
步驟s51分為步驟s511和步驟s512，步驟s511為：測量并記錄工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511，以及無異物處的中間輻射功率值x511；然后進入步驟s512：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m512、工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512、以及工作區域內原有異物處的新輻射功率值n512；
[0035]
步驟s6為：測量并記錄工作區域內無異物處的新輻射功率值m6和工作區域內有異物處的新輻射功率值n6；
[0036]
步驟s7在步驟s6和步驟s512之后，步驟s7為：比較輻射功率值差值之差是否超過設定值——將有異物處的新輻射功率值n6和有異物處的初始輻射值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m6和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；
[0037]
將工作區域內新增的異物處的新輻射功率值o512和工作區域內新增的異物的初始輻射功率值o511的差值與工作區域內無異物處的新輻射功率值m512和無異物處中間輻射功率值x511差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值；
[0038]
工作區域內原有異物處的新輻射功率值n512和有異物處的初始輻射功率值n12的差值與無異物處的新輻射功率值m512和無異物處的初始輻射功率值m12差值進行比較，判斷這兩個差值之差是否超過設定值。即，判斷：[(n6
?
n12)
?
(m6
?
m12)]及[(o512
?
o511)
?
(m512
?
x511)]、[(n512
?
n12)
?
(m512
?
m12)]其中之一是否超過設定值，是則停止無線充電或降低無線充電功率，否則進入步驟s8。
[0039]
步驟s8為：繼續無線充電，且重復步驟s5。
[0040]
一般非金屬異物與功率發射線圈表面的材質不同，在相同的溫度情況下因反射率不同，輻射差值會有所差異，但差異值較小會在設定值范圍內。而常溫下金屬物質在毫米波段的反射率接近于1。在和非金屬物質相同的溫度下，金屬物品輻射溫度低(即較冷)。特別在室外環境下，金屬主要反射天空的輻射溫度，與非金屬的輻射溫度有明顯的差別。而金屬物質的反射率會隨溫度的升高而增加，金屬物質會在磁場環境下會因渦流效應而導致熱量和溫度的快速上升，并出現輻射差值之差超過設定值情況。
[0041]
在無線充電開始工作后，功率發射線圈會因電流上升而發熱，并透過外殼使功率發射線圈表面產生溫升，發射線圈表面因熱量上升而使向外輻射功率值就會增加。無論是在無線充電前已經存在的異物還是充電過程中新增的異物，如果是金屬材質，在無線充電過程中同樣會有升溫，從而使輻射功率值增加。需要注意，輻射功率值與溫度有關系，即使
是不同材料，溫度變化反應到輻射值具有相同趨勢的變化規律。
[0042]
上述敘述中，基本會提及到使用兩個差值進行比較，將無異物處的輻射變化值作為基準，即上文提到的(m212
?
m11)、(m6
?
m12)、(m512
?
x511)(m512
?
m12)。無異物處的差值反應了功率發射線圈正常的溫度變化，比如發生溫升，從環境溫度30℃升到了60℃左右(溫度差值30℃)，或者再加上環境溫度的變化。而有異物處的差值反應了異物的溫升，如果是非金屬的異物，那和發射線圈的輻射值變化規律應該相似，比如從30℃升到了62℃(溫度差值32℃)，那么這個溫度差值對應的輻射值變化雖然可能會與無異物處的差值不一樣，但差值之差(對應2℃的輻射值變化)應該在設定值范圍內。而如果是金屬異物，溫度會快速上升，比如上升到了80℃(溫度差值50℃)，那么這個差值就比無異物處的差值會高很多，差值之差(對應20℃的輻射值變化)會超過設定值。
[0043]
通過比較輻射值的變化來實現對異物是否影響無線充電工作，因為輻射值與溫度是相關的，使用發射天線和接收天線本身就能完成對輻射值的測量，從而不用添加額外的設備，不用使用溫度傳感器，可以降低設備成本，解決一般為金屬材質的溫度傳感器無法在磁場環境中正常工作的問題。
[0044]
在一些情況中，例如金屬異物尺寸較小等情況，異物是金屬和非金屬可以共存的，其對應的差值(也就是差值之差)可能沒有到需要停止無線充電的地步，則可以繼續工作。
[0045]
如通過上述方法發現有異物區輻射差值超過設定限值時，信號處理單元向無線充電系統的總控制器上報故障，總控制器可選擇立即停止充電并啟動報警模塊，并在終端上顯示異物的位置等信息；總控制器也可以選擇降低無線充電輸出功率繼續充電，如降低輸出功率后輻射差值之差仍超過設定限值，則無線充電系統停止充電并啟動報警等操作。如果報警狀態被用戶確認，金屬異物被清理，可以重新進入到初始化狀態，并啟動異物檢測的過程，進而恢復進入到正常充電狀態。如在充電過程中未發現異物，或發現了異物但輻射功率差值之差未超過設定限值，無線充電系統輸出功率繼續充電，無線充電異物檢測裝置持續檢測，直至充電過程結束。
[0046]
本技術根據異物的輻射功率值，判斷對應的溫升，由于僅金屬物體會因快速溫升造成風險，這種設計減少了誤報的可能性。對于充電過程中進入到功率發射區域的異物，也能及時發現和排除，在保障系統的安全性的前提下提高了無線充電系統使用體驗。
[0047]
根據普朗克定律，絕對零度以上的物質會向外輻射電磁波，接收天線5可以接收該輻射的電磁波，此時，接收天線5與功率組件3聯通，會將輻射電磁波的信號發送給功率組件3，以完成后續的工作。無論接收天線5接收的區域內是否有反射物，都會有對應的輻射電磁波，例如功率發射線圈的外表面也會有輻射電磁波，因此可以被接收到。
[0048]
功率組件3包括有功率計31和功率傳感器32。在切換開關6的控制下，接收天線5可以和功率傳感器32連接，將輻射電磁波的信號經功率傳感器32接入到功率計31，而功率計31能測量在毫米波段的熱輻射能量，功率計31根據接收的輻射電磁波的信號輸出電壓或天線溫度等參數獲得被測的區域內輻射能量的大小，也就是或得對應的輻射值，而輻射電磁波與被測區域的溫度相關。
[0049]
關于上述輻射電磁波，需要注意，根據普朗克定律，絕對零度以上的物質會向外輻射電磁波，其總輻射能量主要由三部分組成，即自身的輻射、對環境噪聲的反射和背景噪聲的透射，其與物體的反射率、透射率和吸收率相關，而處于熱平衡的物體發射率等于吸收
率。
[0050]
上述切換開關6可以是按時切換的，一般是先聯通探測組件2，探測工作區域是否有異物，再聯通功率組件3，探測工作區域內的輻射電磁波。工作區域一般是無線充電系統中，功率發射線圈和功率接收線圈之間的區域。
[0051]
探測組件2發射的電磁波頻域優選的是30ghz
?
300ghz，一般是線性調頻的連續波，調制方式為三角波調制、鋸齒波調制、正弦波調制中的至少一種。三角波調制時頻率由起始頻率開始線性調頻上升至最高的頻率,再由最高頻率重新調頻下降至起始頻率，使信號頻域波形表現為一組中心對稱的三角形結構。
[0052]
探測組件2包括聯通的射頻前端21和收發單元22；發射天線4連接所述收發單元22；當接收天線5通過切換開關6聯通探測組件2時，即聯通到收發單元22。當然還會包括電源，為全部用電設備供電。
[0053]
下面展開說明。射頻前端21內包括了射頻發射前端(下面簡稱發射前端)和射頻接收前端(下面簡稱接收前端)，其中發射前端主要負責對射頻信號(也就是電磁波信號)的調制、上變頻、濾波、放大并送給發射天線4，上變頻是將低頻信號向上變頻到高頻頻段，通過發射天線發4射出去；而接收前端則負責將接收天線5所接收的回波信號進行低噪聲放大、濾波、下變頻、解調并將解調后的信號傳送給處理器0，下變頻是將接收天線5接收到的高頻信號向下變頻至低頻頻段，送往處理器0。簡單來說，射頻前端21可以理解為一個對電磁波進行處理的單元。收發單元22可以理解為是發射天線4和接收天線5的容納裝置，也就是發射天線4和接收天線5固定安裝在收發單元22內。
[0054]
在檢測模塊1配置時，其工作范圍(探測范圍)要能覆蓋功率發射線圈和功率接收線圈之間的區域。為了方便下文的說明，參見圖3、圖4，我們以xyz三個坐標來限定空間區域，在功率發射線圈和功率接收線圈的垂直距離上，作為y軸，在功率發射線圈所在面，橫向為x軸，縱向為z軸。以電動汽車無線充電為例，x軸為車輛的橫向方向，y軸為車輛的高度方向，z軸為車輛的前后方向。發射的探測電磁波在俯仰面內與方位面內的空間范圍掃描，俯仰面為yoz坐標系內平面，方位面是xoz坐標系內平面。其中xoz坐標系內包括了a點到b點。這里的俯仰面和方位面是以天線工作為基礎確立的，而非機械視圖的確立方式。
[0055]
如圖3和4所示，在方位面內以β為探測角的工作范圍要覆蓋功率發射線圈，俯仰面內檢測模塊1發射的探測電磁波的入射角度要滿足角度范圍θ1至θ2。一般情況下一個檢測模塊1無法覆蓋發射線圈表面，檢測模塊1內可以配置多個發射天線4和接收天線5，或者在多個方向配置多個檢測模塊1。
[0056]
檢測模塊1通過發射天線4向外發射探測電磁波，當遇到一個障礙物目標物體(反射物)時將被反射回來。接收天線5接收被工作范圍內的反射物反射回來的回波信號。回波信號與探測電磁波的波形一致，但在時間上有一延遲，根據延時大小可以計算出檢測模塊1與反射物的距離。
[0057]
結合圖3和圖4，探測電磁波的信號以oz為軸，從a點到b點對發射線圈表面進行掃描，處理器0記錄所發射的探測電磁波的俯仰角和方位角作為目標的位置信息，接收回波信號后，計算得到空間范圍內各位置點與檢測模塊1之間的距離。當工作范圍內沒有反射物時，探測電磁波會被功率發射線圈的表面反射，因此通過回波信號，能夠確定檢測模塊1與功率發射線圈表面各點之間的距離，該距離可以稱為基準距離。處理器0將各位置點的基準
距離集合成為基準數據集。
[0058]
當功率發射線圈和功率接收線圈之間出現反射物時，回波信號反應的是檢測模塊1與反射物之間的距離，該距離小于檢測模塊1與功率發射線圈表面的距離。當發現檢測到某個位置的距離小于基準距離時，可以判斷在該位置點有異物出現。將出現反射物的所有位置點連線可以獲得整個異物的“圖像”，而其中每一個位置點相當于異物圖像的“像素”，根據異物的成像數據可以獲取大小、尺寸和高度及在發射線圈上的位置等信息。
[0059]
以上對于反射物的判斷，基于接收天線5與探測組件聯通實現的。
[0060]
我們認為所有不屬于無線充電系統但出現在功率接收線圈和功率發射線圈之間的物體都屬于異物，而非金屬物體在發射線圈區域出現的情況比較常見，一般不影響無線充電過程。如何判斷該反射物是不是金屬材質，是否影響無線充電的安全，就需要接收天線5和功率組件3聯通，通過輻射電磁波來進一步判斷。其原理上文已經說明，即根據普朗克定律絕對零度以上的物質會向外輻射電磁波。利用接收天線5接收毫米波段的輻射電磁波的信號(簡稱輻射信號)，將輻射信號經功率傳感器32接入到功率計31獲得被測的目標輻射能量的大小。
[0061]
以上依據圖式所示的實施例詳細說明了本發明的構造、特征及作用效果，以上所述僅為本發明的較佳實施例，但本發明不以圖面所示限定實施范圍，凡是依照本發明的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護范圍內。
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