[發明專利]用于優化無線功率傳輸的非線性系統辨識

在審

• 申請號: 201380072723.6
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN104981956A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 瑟奇·R·拉方泰納;伊恩·W·漢特
• 申請（專利權）人: 核科學股份有限公司
• 主分類號: H02J5/00
• 分類號: H02J5/00;H02J7/02
• 代理公司: 北京市立方律師事務所 11330
• 代理人: 劉莉婕;緱正

本申請要求于2012年12月18日提交的美國臨時申請No.61/738,786的優先權，其所有內容通過引用并入于此。

技術領域

本發明的實施例大體涉及用于為諸如但不限于電動車輛和便攜式裝置的系統充電和/或供電的無線功率傳輸。

背景技術

隨著電動汽車的復興，我們已發現，電池技術、快速充電技術和無線功率傳輸在便捷的電池充電方法方面有了很多新的發展。作為一種緩解由現有電池技術造成的局限性的方法，無線快速充電技術變得與純電動汽車越發相關。由此，電池可以通過驅動嵌入道路中的線圈而在交通燈處進行充電，在購物時在停車場中進行充電，或在免下車服務場所進行充電。

無線功率傳輸具有可能起始于特斯拉(Tesla)的悠久歷史。現在，該技術的應用無處不在，包括牙刷、手機、筆記本，并且甚至被考慮用于一般在家庭中使用的電器，例如燈、鐘表、等等。在大多數應用中，無線功率傳輸被用于對電池充電，作為在無線充電系統和裝置之間的臨時能量儲蓄器來使用。隨著諸如鋰離子電池的更好的電池技術的到來，有可能與之前相比更加快速地對電池充電并且由此成為無線快速充電器。為了獲得普遍認可，這種無線快速充電器必需有效并且強勁，這是本申請中所討論的某些應用的著重點。

存在許多類型的無線功率傳輸。本發明集中于諧振感應式充電(RIC)，雖然所描述的許多內容還應用于其它類型的無線充電方法。顧名思義，RIC使用了高Q值調諧線圈和電容器，并且通過磁場在線圈之間傳輸功率。RIC不同于要求先進的電子技術的、包含例如非常高頻的RF場的遠場技術，并且不同于使用RIC時僅在波長的一小部分內工作的近場技術。通過RIC，發現可以在線圈之間傳輸多得多的功率并且傳輸距離長達超過若干線圈直徑。使用磁場而不是輻射電磁場還表現出更少的潛在健康危害。

用于RIC的傳統類型的線圈為具有以列陣布置在平面中的單螺旋纏繞的扁平(pancake)線圈。圖1中的電路示出了用于RIC的一般電路，線圈L1和L2分別為發送線圈和接收線圈，并且制成為扁平線圈。在用于變壓器的情況下，可以通過線圈電阻性、自感性和互感性來描述線圈的電氣特征。該互感性涉及由一個線圈生成的電場有多少被傳導到其它線圈上，其更多地涉及線圈如何相對于彼此取向的幾何特性，包括距離和取向。當耦合減少時，傳輸的功率就少，而焦耳加熱中的功率損耗保持不變或增加，由此降低了效率。

發明內容

通常，一方面，本發明的至少其中一個實施例以一種在無線功率傳輸系統(WPTS)中檢測接收線圈是否接近發射線圈的方法為特征。該方法包括：將偽隨機信號應用到發射線圈上；在將偽隨機信號應用到發射線圈上的同時，記錄響應于所應用的偽隨機信號而在WPTS內生成的一個或多個信號；通過使用所記錄的一個或多個信號，生成用于WPTS的某些方面的動態系統模型；以及與存儲的訓練數據相結合地使用所生成的動態系統模型，從而確定具有將物體區分為是接收線圈的特征的物體是否接近發射線圈。

其它實施例包括一個或多個以下特征。該方法還包括：如果確定接收線圈接近發射線圈，那么開啟通過發射線圈將無線功率傳輸到接收線圈上。偽隨機信號為偽隨機電壓信號和/或是足夠強的，從而模擬在連接至接收線圈的接收系統中的非線性特征。該一個或多個信號包括發射線圈的電流信號并且可能包括發射線圈的電壓信號。使用所生成的動態系統模型包括將包含在所生成的動態系統模型中的信息與通過經驗獲得的、指示附近存在接收線圈的存儲信息進行比較。生成動態系統模型包括使用系統辨識或非線性系統辨識，從而將選擇的模型擬合到從所記錄的一個或多個信號中提取的數據上。該選擇的模型為維納系統和/或該選擇的模型具有動態線性部分和靜態非線性部分。動態系統模型為用于發射線圈的阻抗函數或者是用于發射線圈的傳輸功率函數。使用所生成的動態系統模型包括：將動態系統模型分解成基礎函數，從而生成基礎函數參數的集合，接著使用該基礎函數參數的集合來確定接收線圈是否接近發射線圈。偽隨機信號為高斯白噪音信號和偽隨機二進制序列(PRBS)中所選擇的一個。所生成的動態系統模型包括時域表示或頻域表示。