用于在无线功率传输系统中检测物体的非线性系统辨识技术方案

一种检测外来物体是否接近无线功率传输系统(WPTS)中发射线圈的方法，该方法包括：将伪随机信号应用到发射线圈上；在将伪随机信号应用到发射线圈上的同时，记录响应于所应用的伪随机信号而在WPTS内生成的一个或多个信号；通过使用记录的该一个或多个信号，生成用于WPTS的某些方面的动态系统模型；以及与存储的训练数据相结合地使用所生成的动态系统模型，从而确定特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体是否接近发射线圈。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在无线功率传输系统中检测物体的非线性系统辨识本申请要求于2012年12月18日提交的美国临时申请No.61/738,786的优先权，其所有内容通过引用并入于此。
本专利技术的实施例大体涉及用于为诸如但不限于电动车辆和便携式装置的系统充电和/或供电的无线功率传输。
技术介绍
随着电动汽车的复兴，我们已发现，电池技术、快速充电技术和无线功率传输在便捷的电池充电方法方面有了很多新的发展。作为一种缓解由现有电池技术造成的局限性的方法，无线快速充电技术变得与纯电动汽车越发相关。由此，电池可以通过驱动嵌入道路中的线圈而在交通灯处进行充电，在购物时在停车场中进行充电，或在免下车服务场所进行充电。无线功率传输具有可能起始于特斯拉(Tesla)的悠久历史。现在，该技术的应用无处不在，包括牙刷、手机、笔记本，并且甚至被考虑用于一般在家庭中使用的电器，例如灯、钟表、等等。在大多数应用中，无线功率传输被用于对电池充电，作为在无线充电系统和装置之间的临时能量储蓄器来使用。随着诸如锂离子电池的更好的电池技术的到来，有可能与之前相比更加快速地对电池充电并且由此成为无线快速充电器。为了获得普遍认可，这种无线快速充电器必需有效并且强劲，这是本申请中所讨论的某些应用的着重点。存在许多类型的无线功率传输。本专利技术集中于谐振感应式充电(RIC)，虽然所描述的许多内容还应用于其它类型的无线充电方法。顾名思义，RIC使用了高Q值调谐线圈和电容器，并且通过磁场在线圈之间传输功率。RIC不同于要求先进的电子技术的、包含例如非常高频的RF场的远场技术，并且不同于使用RIC时仅在波长的一小部分内工作的近场技术。通过RIC，发现可以在线圈之间传输多得多的功率并且传输距离长达超过若干线圈直径。使用磁场而不是辐射电磁场还表现出更少的潜在健康危害。用于RIC的传统类型的线圈为具有以列阵布置在平面中的单螺旋缠绕的扁平(pancake)线圈。图1中的电路示出了用于RIC的一般电路，线圈L1和L2分别为发送线圈和接收线圈，并且制成为扁平线圈。在用于变压器的情况下，可以通过线圈电阻性、自感性和互感性来描述线圈的电气特征。该互感性涉及由一个线圈生成的电场有多少被传导到其它线圈上，其更多地涉及线圈如何相对于彼此取向的几何特性，包括距离和取向。当耦合减少时，传输的功率就少，而焦耳加热中的功率损耗保持不变或增加，由此降低了效率。
技术实现思路
通常，一方面，本专利技术的至少其中一个实施例以一种在无线功率传输系统(WPTS)中检测外来物体是否接近发射线圈的方法为特征。该方法包括：将伪随机信号应用到发射线圈上；在将伪随机信号应用到发射线圈上的同时，记录响应于所应用的伪随机信号而在WPTS内生成的一个或多个信号；通过使用所记录的一个或多个信号，生成用于WPTS的某些方面的动态系统模型；以及与存储的训练数据相结合地使用所生成的动态系统模型，从而确定特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体是否接近发射线圈。其它实施例包括一个或多个以下特征。该方法还包括：如果确定特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体接近发射线圈，那么生成指示不发生无线充电的控制信号和/或终止接收器系统的无线充电。该一个或多个信号包括发射线圈的电流信号并且还可以包括发射线圈的电压信号。使用所生成的动态系统模型包括将包含在所生成的动态系统模型中的信息与通过经验获得的、指示附近存在外来物体的存储信息进行比较。生成动态系统模型包括使用系统辨识或非线性系统辨识，从而将选择的模型拟合到从所记录的一个或多个信号中提取的数据上。该选择的模型为维纳系统。该选择的模型具有动态线性部分和静态非线性部分。所生成的动态系统模型包括时域表示或频域表示。另一些实施例包括一个或多个以下特征。存储的训练数据通过存储的滤波函数来表示，并且与存储的训练数据相结合地使用所生成的动态系统模型的函数包括处理所生成的动态系统模型，从而生成输出信号，其中，输出信号指示特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体作为接收线圈是否接近发射线圈，并且其中，处理动态系统模型包括应用滤波函数。在WPTS内生成的该一个或多个信号包括发射线圈的电流信号。生成动态系统模型包括将所记录的发射线圈的电流信号作为动态系统模型来使用。滤波函数为非线性滤波函数，从在测试系统上进行的测量中提取该非线性滤波函数，该测试系统包括测试发射线圈和定位在彼此分离的不同距离处的测试物体。该方法还包括，如果确定特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体接近发射线圈，那么生成指示不发生无线充电的控制信号。该方法进一步包括，如果确定特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体接近发射线圈，那么终止接收器系统的无线充电。通常，另一方面，本专利技术的至少其中一个实施例以一种无线功率传输系统为特征。该系统包括：发射线圈；连接到发射线圈上的功率发射器电路；连接到发射线圈上的传感器电路；以及用于控制功率发射器电路和传感器电路的控制器，其中，控制器包括用于存储训练数据的存储器以及处理器系统，该处理器系统被编程为：引起功率发射器电路将伪随机信号应用到发射线圈上；在将伪随机信号应用到发射线圈上的同时，引起传感器电路记录响应于所应用的伪随机信号而在WPTS内生成的一个或多个信号；通过使用所记录的该一个或多个信号，生成用于WPTS的某些方面的动态系统模型；以及与存储的训练数据相结合地使用所生成的动态系统模型，从而确定特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体是否接近发射线圈。其它实施例包括一个或多个以下特征。该一个或多个信号包括发射线圈的电流信号和电压信号。又一些其它实施例包括一个或多个以下特征。存储的训练数据由存储的滤波器函数表示，并且其中，处理器系统被编程为通过使用滤波器函数处理所生成的动态系统模型而与存储的训练数据相结合地使用所生成的动态系统模型，从而生成输出信号，其中，输出信号指示特征可从存储的训练数据中被识别为是外来物体特征的物体是否接近发射线圈。在无线功率传输系统中生成的该一个或多个信号包括发射线圈的电流信号。该动态系统模型为所记录的发射线圈的电流信号。本专利技术的一个或多个实施例的细节在附图和以下说明书内得以展示。本专利技术的其它特征、目的和优点将会通过该说明书和附图以及权利要求书而清楚易懂。附图说明图1描绘了具有发射线圈L1和接收线圈L2的功率传输电路；图2表示调谐线圈在在空闲空间与相邻等同线圈相连接时的一般电阻抗；图3示出了用于以不同量彼此间隔开的两个线圈的发射线圈阻抗谱图；图4示出了与图3中线圈阻抗谱图相对应的发射线圈功率谱图；图5表示两个线圈的最优线圈频率相对于其间隔距离的关系；图6描绘了维纳系统的方框图；图7描绘了哈默斯坦系统的方框图；图8为包括传输线圈和接收线圈的无线功率传输系统的方框图；图9表示用于预先训练(pre-training)无线功率传输系统的发射器功率控制器的算法的流程图，用于检测无线功率接收器系统；图10表示由发射器功率控制器执行的算法的流程图，从而检测无线功率接收器系统的存在；图11表示用于生成由发射器功率控制器使用的非线性过滤器的算法的流程图，从而检测无线功率接收器系统的存在；图12表示由发射器功率控制器执行的、用于使用图11的非线性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测外来物体是否接近无线功率传输系统(WPTS)中发射线圈的方法，所述方法包括：将伪随机信号应用于所述发射线圈；在将所述伪随机信号应用于所述发射线圈的同时，记录响应于所应用的所述伪随机信号而在所述WPTS内生成的一个或多个信号；通过使用记录的所述一个或多个信号，生成用于所述WPTS的某些方面的动态系统模型；以及与存储的训练数据相结合地使用所生成的所述动态系统模型，从而确定特征可从存储的所述训练数据中被识别为是外来物体特征的物体是否接近所述发射线圈。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.18 US 61/738,7861.一种检测外来物体是否接近无线功率传输系统(WPTS)中发射线圈的方法，特征在于，所述方法包括：将伪随机信号应用于所述发射线圈；在将所述伪随机信号应用于所述发射线圈的同时，记录响应于所应用的所述伪随机信号而在所述无线功率传输系统内生成的一个或多个信号；通过使用记录的所述一个或多个信号，生成用于所述无线功率传输系统的某些方面的动态系统模型；以及与存储的训练数据相结合地使用所生成的所述动态系统模型，从而确定特征可从存储的所述训练数据中被识别为是外来物体特征的物体是否接近所述发射线圈。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果确定特征可从存储的所述训练数据中被识别为是外来物体特征的物体接近所述发射线圈，那么生成指示不发生无线充电的控制信号。3.根据权利要求1所述的方法，还包括，如果确定特征可从存储的所述训练数据中被识别为是外来物体特征的物体接近所述发射线圈，那么终止接收器系统的无线充电。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个信号包括所述发射线圈的电流信号。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个信号包括所述发射线圈的电流信号和电压信号。6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所生成的所述动态系统模型包括：将包含在所生成的所述动态系统模型中的信息与通过经验获得的、指示附近存在外来物体的存储信息进行比较。7.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述动态系统模型包括：使用系统辨识，从而将选择的模型拟合于从记录的所述一个或多个信号中提取的数据。8.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述动态系统模型包括：使用非线性系统辨识，从而将选择的模型拟合于从记录的所述一个或多个信号中提取的数据。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述选择的模型为维纳系统。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述选择的模型具有动态线性部分和静态非线性部分。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所生成的所述动态系统模型包括时域表示。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所生成的所述动态系统模型包括频域表示。13.根据权利要求1所述的方法，其中，存储的所述训练数据通过存储的滤波函数来表示，并且其中，与存储的所述训练数据相结合地使用所生成的所述动态系统模型包括：处理所生成的所述动态系统模型，从而生成输出信号，其中，所述输出信号指示特征可从存储的所述训练数据中被识别为是外来物体特征的物体作为接收器线圈是否接近所述发射线圈，并且其中，处理所述动态系统模型包括：应用所述滤波函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑟奇·R·拉方泰纳，伊恩·W·汉特，
申请(专利权)人：核科学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US