CN105391184A - 无线电力传输***控制方法、无线电力接收装置及传输方法 - Google Patents

无线电力传输***控制方法、无线电力接收装置及传输方法 Download PDF

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CN105391184A CN201510659406.5A CN201510659406A CN105391184A CN 105391184 A CN105391184 A CN 105391184A CN 201510659406 A CN201510659406 A CN 201510659406A CN 105391184 A CN105391184 A CN 105391184A
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Abstract

本发明提供了能够在无线电力接收装置中控制无线电力传输***的无线电力传输***控制方法、无线电力接收装置以及无线电力传输方法。在车辆内的无线电力接收装置中执行的无线电力传输***的控制方法包括：在安装在车辆上的接收线圈中接收从连接于充电站中的无线电力传输装置的多个发射线圈输出的多个发射信号，基于由多个发射信号确定的电力传输参数提取多个发射信号的电力传输效率，以及将基于电力传输参数或电力传输效率的发射线圈操作控制信息发送至无线电力传输装置。

Description

无线电力传输***控制方法、无线电力接收装置及传输方法
技术领域
本发明的示例性实施例涉及无线电力传输***，更具体地，涉及能够在无线电力接收装置中控制无线电力传输***的无线电力传输***控制方法、无线电力接收装置以及无线电力传输方法。
背景技术
电动车辆的无线充电属于传送预定输出(例如，2.4kW)以上电力的高功率无线电力传输领域，其可分为磁感应法和磁共振法。为了提高无线充电***的可靠性、稳定性、耐久性、便利性、效率性、功能性(支付服务等)等，无线电力传输技术通过与无线通信、个人信息安全等其它技术的融合，扩展至与从安装在车辆上的组件的硬件结构到车辆之间、车辆与基础设施(包括无线充电基础设施)之间、或车辆与物体(包括用户终端)之间的通信的几乎所有领域相关联的结构。
磁感应方式能够在约数厘米的短距离内相对高效率地无线传输电力。已对磁共振方式进行了研究和开发，使得例如当车辆接近无线充电器时，车辆的无线充电控制装置识别该无线充电器并通过与无线充电器通信而对电池充电。
与磁感应相比显著的是，磁共振是一种高效的无线电力传输方法，并可将电力传输至从数厘米至数米的范围。然而，周围的障碍物、金属材料或异物会改变磁共振特性，从而使电力传输效率迅速降低。因此，需要附加地控制频率、耦合系数等因素。
另外，由于磁共振具有用于高功率传输和高效率传输的不同的工作方式，因此可能需要多个发射机来满足接收器要求的输出功率水平。换言之，当发射接收模块无法传输接收器要求的足够电力时，会需要多个发射机。然而，存在一些使用多个发射机导致效率降低的情况，因此需要一种提高效率的方法。
此外，在电动车辆的无线充电中，为了提高充电效率，有必要设置预定水平以上的初级线圈和次级线圈，或适当地控制初级线圈与次级线圈之间的电磁耦合。尽管已进行了与安排和/或控制相关的研究，然而对于通过由接收装置控制多个发射线圈来有效地执行无线电力传输的研究依然稀少。
发明内容
因此，提供本发明的示例性实施例以基本上克服由现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
本发明的示例性实施例提供一种无线电力传输***的控制方法，用于在无线电力传输***的接收装置中有效地控制从多个发射线圈输出的发射信号。
本发明的示例性实施例还提供一种无线电力接收装置，用于有效地控制从多个发射线圈输出的发射信号。
本发明的示例性实施例还提供一种无线电力传输方法，用于根据无线电力接收装置的控制而输出多个发射信号。
在一些示例性实施例中，根据本发明的示例性实施例的电力传输***的控制方法可包括：使分别从多个发射线圈输出的多个发射信号的相位和幅度匹配；使相位和幅度已匹配的多个发射信号分离，并将分离出的发射信号发送至接收线圈；接收发射信号并测量电力传输效率；以及基于所测量的电力传输效率调整多个发射信号的相位和幅度。
这里，使相位和幅度匹配的处理可包括将多个发射线圈中的一个发射线圈的发射信号设定为基准信号。此外，使相位和幅度匹配的处理可包括通过计算基准信号与来自其它发射线圈的发射信号之间的互相关性来提取发射信号之间的相位差。使相位和幅度匹配的处理还可包括通过调整所提取的相位差使发射信号的相位匹配。
这里，使相位和幅度匹配的处理可包括利用具有不同频率的载波信号将来自多个发射线圈的发射信号发送至接收线圈。可从已发送至接收线圈的信号中去除载波信号，并可提取发射信号之间的相位差。此外，可通过调整所提取的相位差使发射信号的相位匹配。
这里，测量电力传输效率的处理可包括通过增减来自各个发射线圈的发射信号的幅度和相位来测量电力传输效率。调整多个发射信号的相位和幅度的处理可包括将相位和幅度设定为所测量的电力传输效率为最高时的相位和幅度。电力传输***的控制方法还可包括存储调整后的相位和幅度，以及与该相位和幅度对应的车辆识别号码。
这里，可检测车辆识别号码，并且当识别号码是所存储的号码时，可将多个发射信号的相位和幅度调整为与车辆识别号码对应的相位和幅度。电力传输***的控制方法还可包括在将发射信号发送至接收线圈之前，利用车辆前部和上部的捕获设备(例如，成像装置、传感器等)观察车辆周围环境。
这里，根据本发明的示例性实施例的电力传输***的控制方法因此可通过使从多个发射器输出的发射信号同步而控制各个发射信号的相位和幅度。该方法还可通过调整多个发射信号的每一个的幅度和相位来增加电力传输效率。该方法还可改善电力传输过程中的安全性。
在其它示例性实施例中，在车辆内的无线电力接收装置中执行的无线电力传输***的控制方法包括：在安装在车辆上的接收线圈中接收从连接于充电站中的无线电力传输装置的多个发射线圈输出的多个发射信号；基于由多个发射信号确定的电力传输参数，提取多个发射信号的电力传输效率；以及将基于电力传输参数或电力传输效率的发射线圈操作控制信息发送至无线电力传输装置。
这里，无线电力传输***的控制方法还可包括在接收多个发射信号之前，获得对无线电力传输装置的至少一些操作的控制权限。
这里，无线电力传输***的控制方法还可包括在提取电力传输效率之前，将用于调整接收线圈的位置和多个发射线圈的位置中的至少任意一个位置的信号发送至无线电力传输装置。
这里，无线电力传输***的控制方法还可包括在接收多个发射信号之前，将用于将多个发射信号的输出控制为多个发射线圈的额定输出功率的50％以下的信号发送至无线电力传输装置。
这里，发送发射线圈操作控制信息的步骤可包括通过发射线圈操作控制信息，改变多个发射线圈中的至少任意一个的发射信号的相位。
这里，无线电力传输***的控制方法还可包括在发送发射线圈操作控制信息之后，以相同相位接收多个发射信号。
这里，无线电力传输***的控制方法还可包括在发送发射线圈操作控制信息之后，基于电力传输效率的变化，提取示出最大电力传输效率的多个发射信号之间的相关性，以及将基于该相关性的无线电力传输控制信息发送至无线电力传输装置。
在另外的示例性实施例中，无线电力接收装置包括：接收单元，其在接收线圈中接收从连接于充电站中的无线电力传输装置的多个发射线圈输出的多个发射信号；提取单元，其基于由多个发射信号确定的电力传输参数，提取多个发射信号的电力传输效率；以及发送单元，其将基于电力传输参数或电力传输效率的发射线圈操作控制信息发送至无线电力传输装置。
这里，无线电力接收装置还可包括认证单元，其获得对无线电力传输装置的至少一些操作的控制权限。
这里，无线电力接收装置还可包括位置调整单元，其将用于根据电力传输参数或电力传输效率来调整接收线圈的位置和多个发射线圈的位置中的至少任意一个位置的信号发送至无线电力传输装置。
这里，无线电力接收装置还可包括初始设定单元，其将用于将多个发射信号的输出控制为多个发射线圈的额定输出功率的50％以下的信号发送至无线电力传输装置。
这里，无线电力接收装置还可包括相位调整单元，其通过发射线圈操作控制信息，改变多个发射线圈中的至少任意一个的发射信号的相位。
这里，接收单元可以相同相位接收多个发射信号。
这里，提取单元可基于具有相同相位的多个发射信号或电力传输效率的变化来提取具有最大电力传输效率的多个发射信号之间的相关性。发送单元可将基于该相关性的无线电力传输控制信息发送至无线电力传输装置。
这里，无线电力接收装置还可包括充电单元，其接收对应于无线电力传输控制信息的无线电力并对电池充电。
在另外的示例性实施例中，无线电力传输方法包括：从多个发射线圈输出多个发射信号；从车辆中的无线电力接收装置接收发射线圈操作控制信息，其包括由在车辆中的接收线圈中接收的多个发射信号确定的电力传输参数或与电力传输参数对应的电力传输效率；以及基于发射线圈操作控制信息调整多个发射信号的输出。
这里，无线电力传输方法还可包括在输出多个发射信号之前，根据从无线电力接收装置接收的发射信号输出请求，生成具有多个发射线圈的额定输出功率的50％以下的大小的多个发射信号。
这里，无线电力传输方法还可包括在接收发射线圈操作控制信息之前，接收用于基于电力传输参数或电力传输效率来调整多个发射线圈的位置或包括多个发射线圈的发射垫的位置的位置调整请求信号，以及响应于位置调整请求信号，调整多个发射线圈的位置或发射垫的位置。
这里，无线电力传输方法还可包括根据发射线圈操作控制信息调整发射信号中的至少一个的输出或相位，并将输出或相位经调整的多个发射信号输出。
这里，无线电力传输方法还可包括从无线电力接收装置接收基于多个发射信号之间的相关性的无线电力传输控制信息，以及根据无线电力传输控制信息确定多个发射信号的输出，并将无线电力传输至接收线圈。
附图说明
通过参照附图详细说明本发明的示例性实施例，本发明的示例性实施例将更加显而易见，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的无线电力传输***的示意图；
图2是用于说明根据本发明的实施例的无线电力传输***的控制方法的示意性流程图；
图3是用于说明图2的同步过程和大小调整过程的实施例的流程图；
图4是用于说明图2的同步过程和大小调整过程的另一实施例的流程图；
图5是示出根据本发明的实施例的多个发射线圈与接收线圈之间的布置关系的例示图；
图6是示出当如图5中所示布置发射线圈和接收线圈时，从发射线圈发射的发射信号的相位差与接收线圈侧的电力大小和传输效率之间的关系的曲线图；
图7是示出使用正交幅度调制(QAM)法表示的、作为可在根据本发明的实施例的无线电力传输装置中使用的发射信号的发射信号的相位和幅度的例示图；
图8是用于说明在根据本发明的实施例的无线电力传输***的控制方法中改变发射信号的相位和幅度的过程的图；
图9是示出在根据本发明的实施例的无线电力传输***的控制方法中与发射线圈的数目相比铰的、与相位和幅度相应的矢量轴的数目的例示图；
图10是用于说明根据本发明的另一实施例的无线电力传输***的控制方法的流程图；
图11是用于说明根据本发明的另一实施例的无线电力传输装置的框图；
图12是用于说明图11的无线电力传输装置的一些操作过程的部分流程图；
图13是示出可应用于图1的无线电力传输***的发射电路阵列的结构的例示图；
图14是示出根据本发明的又一实施例的无线电力接收装置的示意性框图；
图15是用于说明通过图14的无线电力接收装置控制无线电力传输装置的多个发射信号的过程的流程图；
图16是示出根据本发明的又一实施例的无线电力接收装置的部分框图；
图17至图19是用于说明通过图16的无线电力接收装置调整无线电力传输装置的多个发射信号的输出的过程的流程图；并且
图20是示出可应用于根据本发明的实施例的无线电力传输***的发射垫或接收垫的垫结构的例示图。
具体实施方式
本文公开了本发明的示例性实施例。然而，本文所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，目的在于说明本发明的示例性实施例，然而，本发明的示例性实施例可实施为多种替代形式，并且不应解释为局限于本文所阐述的本发明的示例性实施例。在说明各附图时，相同的附图标记表示类似的元件。
将会理解的是，虽然在本文中可使用用语“第一”、“第二”等来说明各种组件，但是这些组件不应受这些用语的限制。这些用语仅用于区分一个组件与另一个组件。例如，在不脱离本发明的范围的前提下，第一组件可被命名为第二组件，类似地，第二组件可被命名为第一组件。用语“和/或”包括相关记载项目之一的任何和所有组合。
将会理解的是，当提及一个组件“连接于”另一组件时，其可直接或间接地连接于另一组件。也就是说，例如，可能存在中间组件。相反，当提及一个组件“直接连接于”另一组件时，应理解为不存在中间组件。
本文所使用的用语仅用于说明示例性实施例，而并不限制本发明。除非在上下文中另外定义，否则单数表达形式也包括复数表达形式。在本说明书中，用语“包括”或“具有”用于指定说明书中所记载的特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在或添加的可能性。
除非另外定义，否则包括技术或科学术语的所有术语均具有本领域普通技术人员一般理解的相同含义。应当理解的是，一般使用的词典中所定义的术语被解释为包括与相关技术的上下文含义一致的含义，除非在本说明书中另外明确地定义，否则不被解释为理想的或过于形式的含义。
以下，将参照附图详细说明本发明的示例性实施例。
图1是示出根据本发明的实施例的无线电力传输***的示意图。
参照图1，根据本实施例的无线电力传输***300可包括包含多个发射线圈12、14、16和18的发射垫10，接收线圈22，接收垫20，控制从发射线圈12、14、16和18输出的发射信号的发射电路，连接至发射电路并向发射线圈12、14、16和18供应电力(充电电源)的充电电源32、34、36和38，包括发射电路和充电电源的发射电路阵列30，控制从充电电源32、34、36和38向各发射电路供应的电力的大小和相位、并从包括接收线圈22的接收装置或耦接至发射电路的传感器40接收电压/电流波形和功率信息的控制器50，以及将车辆的识别(ID)信息和车辆附近的信息发送至控制器50的数据收集器60。在下文中，控制器50可被称为电压相位控制单元、信号处理单元或控制单元。而且，数据收集器60可对应于信息采集单元或信息收集单元。
根据本实施例的无线电力传输***300可包括无线电力传输装置和无线电力接收装置。在此情况下，无线电力传输装置可包括多个发射线圈12、14、16和18，发射垫10，分别连接至多个发射线圈的多个发射电路Tx1、Tx2、Tx3和Tx4，分别向多个发射电路供应电力的多个充电电源32、34、36和38，布置多个发射电路和多个充电电源的发射电路阵列30，以及控制多个发射电路和多个充电电源的控制器50。此外，无线电力接收装置可包括接收线圈22，接收垫20，连接至接收线圈或接收垫的控制器24(参照图14)，以及与无线电力传输装置通信的通信单元29(参照图14)。
无线电力传输装置可通过在同一平面上布置成阵列形式或网格形式的多个发射线圈12、14、16和18以及分别连接至多个发射线圈的多个发射电路Tx1、Tx2、Tx3和Tx4来控制从多个发射线圈输出的多个发射信号。特别地，根据本实施例的无线电力传输装置可实现为通过在至少一些操作中对无线电力接收装置的控制，而具有最佳的电力传输效率并发送无线电力。
此外，无线电力传输装置还可包括耦接至多个发射电路Tx1至Tx4或多个发射线圈12、14、16和18，检测由发射信号确定的电力传输参数，并将检测出的电力传输参数传送至控制器50的传感器40。在本实施例中，无线电力传输装置可与无线电力接收装置共享由传感器40检测的电力传输参数。
以下将详细说明无线电力接收装置和无线电力传输装置的组件及两者间的组合关系。
图2是用于说明根据本发明的实施例的无线电力传输***的控制方法的示意性流程图。
根据本实施例的无线电力传输***的控制方法可由无线电力接收装置在图1的无线电力传输***中执行。无线电力接收装置可被称为连接于接收线圈和接收垫的控制装置，或者包括接收线圈、接收垫和控制装置两者的装置。控制装置可对应于车辆控制器和车辆的无线充电控制装置，但并不限于此。
参照图2，在根据本实施例的无线电力传输***的控制方法中，首先，无线电力传输装置可根据无线电力接收装置对多个发射信号的输出请求，使多个发射线圈的发射信号的相位同步并一致地调整其大小或幅度(S10)。
操作(S10)可包括在开始向接收线圈的无线电力传输之前，基于特定时间将多个发射信号的所有相位一致地设定为预定相位(例如，0相位)，将所有发射信号的大小设定为小于多个发射信号中任一发射信号的预设大小的预定大小(例如，50％)，或者将所有发射信号设定为具有0相位和多个发射信号的额定输出功率的50％以下的大小。
在操作S10中，使多个发射信号的相位同步和一致地设定其大小可在随后的过程中有效地控制多个发射信号的每一个的输出，以便获得用于无线电力传输的最大电力传输效率。
接下来，无线电力传输装置将来自多个发射线圈的具有一致相位和大小的发射信号发送给接收线圈(S30)。即，无线电力接收装置接收多个发射信号。可利用电磁感应法或磁共振法将多个发射信号从多个发射线圈中的每一个发送至接收线圈。接收线圈的数目可为一个或者可少于发射线圈的数目。当多个接收线圈布置在接收垫上时，可实现为使用多个接收线圈中的任一个，直到无线电力传输装置确定多个发射信号的输出以准备多个发射线圈为止。
接下来，收集由多个发射线圈与单个接收线圈之间发送的发射信号所确定的电力传输参数(S50)。电力传输参数可包括每个发射线圈或所有发射线圈的电压和电流的任何一个信号波形或电力信息。此外，电力传输参数可包括感应至接收线圈的电压和电流的任何一个波形或电力信息。
接下来，无线电力接收装置基于电力传输参数或由电力传输参数确定的电力传输效率，控制多个发射信号中每一个的输出(S70)。控制多个发射信号中每一个的输出可包括调整多个发射信号中每一个的相位。此外，控制多个发射信号中每一个的输出可包括调整多个发射信号中每一个的大小或幅度。
在操作S70中，无线电力接收装置进行控制，使得通过与无线电力传输装置的协作，根据由多个发射信号确定的电力传输参数或电力传输效率调整多个发射信号的输出，并且接收线圈接收具有最大电力传输效率的发射信号。当多个发射信号中每一个的相位均被调整时，接收线圈可以相同的相位接收多个发射信号。
更具体地，例如，无线电力接收装置可将发射线圈操作控制信息提供至无线电力传输装置以控制多个发射信号中每一个的相位和大小。在此情况下，如图1中所示，无线电力传输装置的控制器50可调整多个发射信号中每一个的相位和大小，使得布置在发射垫10的第一区域B1中的第一发射线圈12发送第一发射信号，布置在发射垫10的第二区域B2中的第二发射线圈14发送第二发射信号，布置在发射垫10的第三区域B3中的第三发射线圈16发送第三发射信号，并且布置在发射垫10的第四区域B4中的第四发射线圈18发送第四发射信号。这里，第一发射信号可被调整为具有第一相位和第一大小(V1＜θ1)，第二发射信号可被调整为具有第二相位和第二大小(V2＜θ2)，第三发射信号可被调整为具有第三相位和第三大小(V3＜θ3)，并且第四发射信号可被调整为具有第四相位和第四大小(V4＜θ4)。
同时，在根据本实施例的无线电力传输***的控制方法中，多个发射信号的同步及其大小的调整(S10)(以下称为第一操作)基本上在多个发射线圈上同时进行，但并不限于此。例如，在第一操作中，可实现为在多个发射线圈中的至少一个发射线圈中生成第一发射信号，并在预设时间经过之后，在多个发射线圈中的至少一个其它发射线圈中生成第二发射信号。在此情况下，无线电力接收装置可在顺序输出多个发射信号的多个发射线圈的每个或一组发射线圈中提取电力传输参数，或基于电力传输参数提取电力传输效率，并可基于多个电力传输参数或电力传输效率来确定多个发射线圈与接收线圈之间的配置关系。当然，所确定的线圈之间的配置关系可用于为了根据需要配置线圈而移动发射垫或接收垫。
此外，根据本实施例的无线电力传输***的控制方法还可包括在第一操作之后改变多个发射线圈中至少一个发射信号的相位(称为操作1A)。当使用操作1A时，在无线电力传输操作之前，可通过在多个发射线圈中将具有相同相位的发射信号发送至接收线圈，并且改变预设的发射信号，而改变发送至接收线圈的发射信号的电力传输参数或电力传输效率，并且通过根据接收线圈上的发射信号的电力传输参数或电力传输效率的变化来调整线圈的位置，或者通过调整发射信号各自的输出，可在车辆的无线电力接收装置中有效地设定优化的无线电力传输环境。
此外，在上述电力传输参数的收集(称为第三操作)(S50)中，当多个发射线圈中至少一个发射信号的相位改变时，可提取或接收与至少一个发射信号的相位的变化相应的电力传输参数。例如，无线电力接收装置的控制器可使用对于每个发射线圈或多组发射线圈的电力传输参数，以及电力传输参数的最大值、最小值或平均值。因此，当基于电力传输参数调整多个发射线圈中每一个的输出时，可提高控制的稳定性和/或可靠性，并可更有效地应用预设的基准效率(最大电力传输效率等)、模式、无线电力传输条件等。
例如，在上述电力传输参数的收集(S50)中，在一些实现中，可改变多个发射线圈中第一组发射线圈的第一发射信号的相位，并可提取第一发射信号的第一电力传输参数，而且可改变多个发射线圈中第二组发射线圈的第二发射信号的相位，并可提取第二发射信号的第二电力传输参数。在此情况下，可基于通过第一电力传输参数计算的第一电力传输效率和通过第二电力传输参数计算的第二电力传输效率中的较大值来执行上述多个发射信号中每一个的输出或相位的调整(S70)。
另一方面，上述无线电力传输***的控制方法还可包括在将多个发射信号生成为具有相同相位和大小之前，从安装无线电力接收装置的车辆的控制器接收接收垫或车辆的识别信息。在此情况下，在无线电力传输***的控制方法中，在第一操作(S10)中可利用接收垫或车辆的识别信息使多个发射信号同步或有效地调整其大小。即，无线电力接收装置的控制器可利用存储在与接收垫的识别信息或车辆的识别信息相对应的存储单元或查找表中的例如基准相位、基准大小、之前使用的相位、之前使用的大小等数据来有效地调整多个发射信号的输出。
以这种方式，在根据本实施例的无线电力传输***的控制方法中，在一个实施例中，可使从多个发射线圈12、14、16和18分别输出的多个发射信号的相位和大小匹配(S10)，将相位和大小经匹配的多个发射信号单独发送至接收线圈(S30)，收集由发送至接收线圈的信号(发射信号)确定的电力传输参数(S50)，测量电力传输效率(S1011)(参照图10)，并基于所测量的电力传输效率或电力传输参数调整多个发射信号中每一个的相位和大小(S70)。
图3是用于说明图2的同步过程和大小调整过程的实施例的流程图。
参照图3，在根据本实施例的无线电力传输***的控制方法中，可在同步过程和大小调整过程(S10)(参照图2)中匹配多个发射信号的相位。为此，无线电力传输装置可响应于基准时钟的输入，生成多个发射线圈12、14、16和18中任何一个发射线圈的发射信号作为基准发射信号(S301和S303)。
可计算所生成的基准发射信号与其它发射信号之间的相关性，并提取基准发射信号与每个发射信号之间的相位差(S305)，并可校正每个发射信号的相位差(S307)。而且，可确定对发射信号的所有信道的相位差校正是否完成(S309)。当确定对所有信道的相位差校正未完成时，可替换比较信道(S311)，并可通过反馈至相位比较操作(S305)而再次执行相位比较操作和相位差校正操作。另一方面，当确定对所有信道的相位差校正已完成时，无线电力传输装置可根据无线电力接收装置的发射信号输出请求而终止匹配发射信号相位的当前处理。
同时，在本实施例中，当根据无线电力接收装置的请求输出多个发射信号时，无线电力传输装置可初始设定多个发射信号的大小。例如，多个发射信号的大小可初始设定为多个发射信号的额定输出功率的预定比例(例如，50％)以下。当多个发射信号的大小初始设定为额定输出功率的50％以下，例如1/100倍或/10000倍时，可利用具有非常小的输出的多个发射信号，由无线电力接收装置确定用于无线电力传输的多个发射信号的输出。
图4是用于说明图2的同步过程和大小调整过程的另一实施例的流程图。
参照图1和图4，在根据本实施例的无线电力传输***的控制方法中，可在同步过程和大小调整过程(S10)(参照图2)中匹配多个发射信号的相位。为此，无线电力传输装置可根据无线电力接收装置的请求，利用具有不同频率的载波信号生成多个发射线圈12、14、16和18的发射信号，并输出至接收线圈22(S401、S403和S405)。
更具体地，首先，向无线电力传输装置的控制器输入用于多个发射线圈的任何一个发射信号的同步时钟作为基准时钟(S401)。
接下来，控制器将各发射线圈的发射信号生成为预定信号，例如，正交幅度调制(QAM)信号，并通过加载在单独准备的载波信号上而从各发射线圈输出所生成的QAM信号(S403及S405)。
将从发射线圈输出的发射信号各自发送至接收线圈，并在无线电力接收装置中比较相互间的相位(S407)。即，无线电力接收装置可将从发射线圈到接收线圈的各路径上的信号设定为预定频率，通过执行数字滤波从各路径分离出基带信号，然后计算与多个发射信号对应的基带信号之间的相关性。数字滤波可包括下变频过程。而且，无线电力接收装置可将发射信号之间的相关性发送至无线电力传输装置的控制器50(参照图1)。
接下来，控制器可基于从无线电力接收装置接收到的相关性，校正多个发射信号的相位差(S409)。
接下来，控制器确定所有发射信号的相位差校正是否已完成(S411)。当确定相位差校正未完成时，可通过返回至信号生成操作S403而重复执行后续操作。另一方面，当在操作S411中确定相位差校正已完成时，当前的同步过程和大小调整过程可进行至将各发射信号发送至接收线圈(S30)(参照图2)。
根据本实施例，在无线电力传输***的控制方法中，无线电力传输装置可根据无线电力接收装置的请求，以相同的相位将多个发射信号从多个发射线圈输出至接收线圈。因此，在后续的控制过程中可容易地执行多个发射信号的调整或输出确定。
同时，在本实施例或以下其它实施例中，说明了在将发射信号调制成预定信号时利用QAM法，但本发明并不限于此。在一些实现中，可实现为利用例如幅度调制、频率调制或相位调制等模拟调制，例如幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)、连续相位调制(CPM)、网格编码调制(TCM)等数字调制，或者例如脉冲编码调制(PCM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲幅度调制(PAM)、脉冲位置调制(PPM)、脉冲密度调制(PDM)等脉冲调制，将发射信号转换成调制信号或高频信号。
图5是示出根据本发明的实施例的多个发射线圈与接收线圈之间的布置关系的例示图。
参照图5，根据本实施例的无线电力传输装置可包括以阵列形式或网格形式布置在发射垫上的多个发射线圈，并且多个发射线圈中的至少两个发射线圈12和14可设置在同一平面上。第一发射线圈(Tx1)12和第二发射线圈(Tx2)14可以预定的间隔并排设置在同一平面上。
此外，无线电力接收装置可包括一个接收线圈，并且该一个接收线圈(Rx)22可与两个发射线圈12和14中的任何一个，例如第一发射线圈12，在垂直方向上以预定的间隔布置。
图6是示出如图5中所示设置发射线圈和接收线圈时从发射线圈输出的发射信号的相位差与接收线圈侧的输出功率和传输效率之间的关系的示例性曲线图。
参照图5和图6，在接收线圈22和第一发射线圈12的中心点布置在垂直线上的情况下，当从第一发射线圈12输出的发射信号与从第二发射线圈14输出的发射信号之间的相位差是约180度时，电力传输效率可具有最大值，并且输出功率可最大。
这一情况是可由第一发射线圈12和第二发射线圈14构成发射垫10的发射线圈的示例。基于发射信号的相位和幅度的变化，接收垫20侧的电力传输效率可不相同。另外，根据接收线圈22和发射线圈12、14、16、18的位置，从发射线圈12、14、16、18输出的发射信号的幅度和相位差可发生变化，从而获得最高的电力传输效率。
图7是以正交幅度调制(QAM)模式示出发射信号的相位和幅度的例示图。
如图7中所示，沿着从发射线圈到接收线圈的各个路径行进的发射信号的相位和幅度可发生变化。图7中的视图为QAM模式，并且是说明对于各路径的最有效的发射信号的幅度和相位的示例。为了首次从发射线圈进行充电，可对各路径匹配从各个发射线圈输出的发射信号的幅度和相位。例如，可在发射信号的幅度已匹配至最大值的约50％并且其相位已匹配至约0度时开始充电。
图8是示出根据本发明的一个示例性实施例的发射信号的相位和幅度的变化的例示图。图9是示出轴的数目随发射线圈的数目增加而增加的例示图。
如图8和图9中所示，当具有相位轴和幅度轴时，相位和幅度的增加或减少的情况数被表示为包括充电开始时的相位和幅度的原点在内的9种情况。这表示了每个发射线圈的情况，并且当发射线圈的数目为两个时，该情况可利用如9*9-1的计算表示为总计80种情况。当发射垫上的发射线圈的数目为N时，情况数由9^N-1计算。轴数和情况数可随发射线圈数的增加而增加。相位和幅度增加或减少的程度可任意设定，并且收敛速度可基于幅度而变化。
在每种情况下，可类似于QAM中传输信号的方法顺序地形成发射信号束并传输发射信号，并可测量每种情况下的电力传输效率。此外，可选择具有最高传输效率的发射信号束的幅度和相位。当通过增加或减少从各发射线圈输出的发射信号的相位和幅度来测量电力传输效率时，可由控制器重复进行发射信号的相位和幅度的调整，直到测量不到电力传输效率的进一步增加为止。换言之，多个发射信号的相位和幅度可被设定为接收垫20侧的电力传输效率最高时的情况。
图10是用于说明根据本发明的另一实施例的无线电力传输***的控制方法的流程图。
以下将参照图10说明根据本实施例的无线电力传输***的控制方法。
首先，无线电力传输装置的控制器(以下称为第一控制器)获取进入充电站的服务区的充电目标车辆的唯一标识符(ID)和位置信息(S1001)。操作(S1001)可实现为当安装有接收垫的车辆接近发射垫时，将车辆的ID和位置信息从车辆控制器或无线电力接收装置发送至第一控制器。
充电目标除车辆以外可包括例如蜂窝电话的电子设备。而且，由第一控制器获取的充电目标的ID和位置信息可通过与充电目标的直接通信来获取，但并不限于此。例如，可通过连接至第一控制器的照相机或视觉传感器以及图像处理装置来识别车辆的车牌号，并获得与车辆的车牌号对应的唯一ID，或者通过预先安装在车辆所在位置的单独地标或无线接入点来获取车辆的位置信息。
接下来，第一控制器基于充电目标的ID确定是否存在与无线电力传输相关的先前的数据(S1003)。当然，本操作可根据第一控制器的请求在外部设备(网络管理服务器等)上进行。
当在操作S1003中确定存在先前的数据时，第一控制器可将多个发射线圈的发射信号的相位与预先存储在存储单元等中的相位和大小相匹配，并将发射信号从各发射线圈输出至充电目标的接收垫(S1005)。
另一方面，当在操作S1003中确定不存在先前的数据即预先存储的ID时，控制器可使多个发射信号同步，即，可使多个发射信号的相位匹配(S1007)，并将具有匹配的相位的多个发射信号从多个发射线圈输出至接收线圈(S1009)。
发射信号的输出操作(S1005或S1007)可实施为使得根据无线电力接收装置的请求，多个发射信号具有0相位和额定输出功率的50％以下的大小。
接下来，无线电力接收装置的控制器(以下称为第二控制器)可在接收线圈中接收发射信号并测量接收到的发射信号的电力传输效率(S1011)。第二控制器为了提取电力传输效率，可收集发射线圈与接收线圈之间的电力传输参数。可从耦接至发射垫或发射电路的传感器，或者耦接至接收垫的无线电力接收装置或车辆控制器收集电力传输参数。电力传输参数可包括发射信号或接收信号的电压或电流的波形或功率信息。
接下来，第一控制器可从第二控制器接收效率信息或与之对应的发射线圈操作控制信息，并基于效率信息或发射线圈操作控制信息控制发射信号的大小或相位(S1013)。为了调整发射信号的大小或相位，第一控制器可在分别控制发射信号的大小或相位的过程S1013中，改变发射信号的各路径的大小或相位(S1013a)，测量各发射信号的电力传输效率(S1013b)，并根据电力传输效率设定示出最大电力传输效率的发射信号的大小或相位(S1013c)。
接下来，第一控制器确定当前电力传输效率与先前的电力传输效率相比是否增加(S1015)。当确定当前电力传输效率与先前的电力传输效率相比未增加时，可通过返回至发射信号的大小或相位控制过程S1013而重复执行后续操作。另一方面，当在操作S1015中确定当前电力传输效率与先前的电力传输效率相比增加时，第一控制器可确定无线电力传输是否完成或者充电是否完成(S1017)。当在操作S1017中确定充电未完成时，可通过返回至发射信号的大小或相位控制过程S1013而重复执行后续操作，并且当在操作S1017中确定充电完成时，可结束当前操作。
根据本实施例，当无线电力接收装置控制无线电力传输***的无线电力传输过程时，可将与车辆的ID或位置信息对应的预先存储的信息用于多个发射信号的初始设定，因此，在开始无线电力传输过程之前，可基于从多个发射线圈输出的多个发射信号来优化无线电力传输环境。
图11是用于说明根据本发明的另一实施例的无线电力传输装置的框图。
参照图11，根据本实施例的无线电力传输装置可包括多个发射线圈、发射垫、发射电路阵列30、控制单元50，信息收集单元60和存储单元70。发射线圈、发射垫和发射电路阵列30可与图1中的组件基本上相同，但并不限于此。
发射电路阵列30连接至具有多个发射线圈的发射垫，并具有用于向各发射线圈供应发射信号的多个发射电路。发射电路阵列30设置有位于单个基板上的可分别连接至发射线圈的多个发射电路。各发射电路具有用于无线电力传输的电源电路(充电电源部)和/或用于局域网通信的通信电路。当然，通信电路可连接至实现为另一通信单元的控制部50。
控制单元50可包括输入单元、初始设定单元、确定单元、调整单元、安全设定单元和输出单元。在下文中，无线电力传输装置的控制单元可对应于第一控制单元。而且，为了便于说明，虽然基于输入单元、初始设定单元、确定单元、调整单元、安全设定单元和输出单元的主要功能或操作示出控制单元50，但本发明并不限于此。
输入单元可包括第一输入单元51a、第二输入单元51b和第三输入单元51c。第一输入单元51a连接至存储单元70，并且可以是来自接收线圈或接收垫(Rx垫)的信息所输入的输入端口或输入/输出端口。此外，第一输入单元51a可连接至无线电力接收装置的第二控制单元或接收垫。在这种情况下，第一输入单元51a可包括模拟-数字转换器，用于检测经由通信单元从第二控制单元或车辆控制器输入的信号传来的特定信息或控制值。第二输入单元51b可连接至信息收集单元60，并且可以是充电目标的识别信息或位置信息P(x，y，z)所输入的第一控制单元的其它输入端口或输入/输出端口。输入至第二输入单元51b的信息可传送至初始设定单元。此外，第三输入单元51c连接至信息收集单元60，并且可以是处于发射垫与接收垫之间的异物的信息所输入的第一控制单元的另外的输入端口或输入/输出端口。输入至第三输入单元51c的信息可传送至安全设定单元。
初始设定单元可包括用于以多种方式使发射信号的相位或大小彼此一致的比较单元、第一同步单元和第二同步单元。比较单元确定是否存在先前的数据(S52)。当先前的数据不存在时，第一同步单元可将发射信号的相位或大小与预定值匹配(S53)。此外，当存在已记录的相位或大小时，第二同步单元可利用这些信息对于充电目标使发射信号的相位或大小彼此一致(S54)。
确定单元可包括收集单元和效率测量单元。收集单元收集无线电力传输下的发射线圈与接收线圈之间的电力传输参数。收集单元可与信息收集单元60集成。效率测量单元可基于电力传输参数测量电力传输效率(S55)。换言之，效率测量单元可基于发射信号或接收信号的电压波形、电流波形或功率信息来确定电力传输效率。
调整单元可包括用于控制发射信号的相位和大小的大小和相位控制器。调整单元可包括第一调整单元、第二调整单元、第三调整单元和第四调整单元。第一调整单元可实施为根据各发射线圈在信号路径上改变发射信号的相位和大小中的一者的装置，或执行与该装置相应的功能(S56a)的构成单元(例如，开关)。第二调整单元可实施为测量信号路径上的电力传输效率的装置，或执行与该装置相应的功能(S56b)的构成单元(例如，乘法器)。第三调整单元可实施为以最大电力传输效率的相位和大小中的至少一者设定发射信号的装置，或执行与该装置相应的功能(S56c)的构成单元(例如，延迟电路、比例缩放电路(scaler)等)。此外，第四调整单元可实施为存储各发射信号的相位和大小中的至少一者的装置，或执行与该装置相应的功能(S56d)的构成单元(例如，高速缓存器)。
安全条件确定单元可实施为基于根据信息收集单元60的异物信息检测电力传输效率的降低(S57a)来判断无线电力传输环境是否安全的装置，或执行与该装置相应的功能(S57b)的构成单元。
安全条件确定单元可实施为状态或电平根据异物信息所输入的第三输入单元51c的检测结果而变化的确定电路。
例如，当异物信息表明异物存在时，安全条件确定单元可输出用于将发射线圈的发射信号的大小设定为零的第一控制信号。这是为了在异物信息表明异物存在时阻止调整单元的输出正常到达发射线圈(S58)。
第一控制信号可用于通过控制输出切断单元的操作，将发射信号的大小设定为零。输出切断单元可使输出缓冲器或放大器成为非激活状态。
此外，安全条件确定单元可在异物信息表明不存在异物时，输出用于允许调整单元的输出正常到达发射线圈的第二控制信号。第二控制信号可具有与第一控制信号的电平不同的电平。该不同的电平可以是输出切断单元不操作的信号电平。
输出单元51d可作为控制单元50的输出端口或输入/输出端口，内部连接至安全设定单元且外部连接至特定的发射电路。而且，输出单元51d还可连接至具有用于控制多个(n)发射线圈输出的各个发射信号的电压和相位的多个发射电路的发射电路阵列30。
信息收集单元60可实施为将来自配备有用于接收发射信号的至少一个接收线圈的接收装置(例如，车辆控制器、无线充电控制装置等)的车辆识别信息传送至控制单元50的装置，或执行与该装置相应的功能的构成单元。信息收集单元60可实施为包括无线通信单元或具有无线通信单元的功能的单一实体。
存储单元70可实施为存储器等。存储器可包括例如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)等易失性存储器或非易失性存储器形式的存储介质。而且，在一些示例性实施例中，存储单元70可包括例如软盘、硬盘、磁带、光盘(CD)ROM和闪存等存储介质。
在本实施例中，存储单元70可存储电力传输参数、接收垫的信息、充电目标的唯一识别信息、最大电力传输效率下的相位和大小的设定值等。
此外，存储单元70可存储通过设置在多个发射线圈与发射电路阵列30之间的传感器从各发射线圈或发射信号收集的电压和电流的至少一者的波形或功率信息。
根据本实施例，本发明的装置可通过基于车辆的唯一标识和位置的信息将发射信号的初始相位和初始大小中的至少一者设定为零或约50％而开始用于优化无线电力传输的操作环境的过程，如图8中所示改变相位或大小，并且获得最大电力传输效率下的特定相位和特定大小，从而在使用多个发射线圈的无线电力传输中使效率最大化。
此外，根据本实施例，所获得的相位和幅度属于特定车辆，并且基于车辆型号，车辆的高度、所安装的接收垫和接收线圈的位置可不相同。此外，即使车辆属于同一车型，各车辆也可具有不同的阻抗状况。因此，在无线电力传输过程中，可对唯一的车辆标识号记录并存储优化后的电力传输数据，用于下次充电。当在充电时累积了相位和幅度数据时，可通过分析所累积的数据而减少最大化电力传输效率所需的时间。
图12是用于说明图11的无线电力传输装置的一些操作过程的部分流程图。
根据本实施例的无线电力传输装置可在根据无线电力接收装置的请求开始无线电力传输过程之前，确定在利用多个发射信号的环境的优化过程中在无线电力传输区域内是否存在异物，通过该确定，无线电力传输过程的开始可延迟或停止，因此，可预先防止由异物引起的安全问题。为此，在利用发射信号执行充电操作之前，无线电力传输装置的第一控制器可利用设置在车辆前部和/或上部的成像装置监视车辆的周围环境。
更具体地，如图12中所示，第一控制单元利用捕获设备(例如，成像装置、传感器等)收集车辆电力传输区域或车辆周围的信息(S1201)。第一控制单元可确定无线充电是否正在进行(S1203)，并确定无线充电正在进行时是否存在异物(S1205)。
接下来，当在操作S1205中不存在人或动物等异物时，第一控制单元可进行无线电力传输(S1207)。这里，第一控制单元可通过与信息收集单元协作，重复收集与车辆的前部、下部和上部的至少一者中的异物有关的信息。
同时，当在操作S1205中存在异物时，第一控制单元可快速切断无线电力传输过程并将报警消息传送至预定接收者(S1209)。
根据本实施例，利用捕获设备能够检测人、动物或异物的存在，因此可提高无线充电的安全性和可靠性。
图13是示出根据本发明的一个示例性实施例的发射电路的结构和输入/输出的示例性平面图。
参照图13，根据本实施例的发射电路阵列30可具有与各发射线圈对应的转换器(DAC)和放大器(AMP)。
换言之，发射电路阵列30的第一发射电路可接收具有第一相位和第一大小(V1＜θ1)的第一发射信号，并将从第一发射信号经数字-模拟调制和放大的第一输出信号Y1发送至第一发射线圈。发射电路阵列30的第二发射电路可接收具有第二相位和第二大小(V2＜θ2)的第二发射信号，并将从第二发射信号经数字-模拟调制和放大的第二输出信号Y2发送至第二发射线圈。发射电路阵列30的第n发射电路可接收具有第n相位和第n大小(Vn＜θn)的第n发射信号，并将从第n发射信号经数字-模拟调制和放大的第n输出信号Yn发送至第n发射线圈。这里，n为3以上的自然数。
图14是示出根据本发明的又一实施例的无线电力接收装置的示意性框图。
参照图14，无线电力接收装置200(参照图1)包括接收垫20、传感器23、控制器24、存储部28和通信单元29。无线电力接收装置的控制器24可被称为第二控制器。
当更详细地说明各组件时，接收垫20可包括接收线圈22(参照图1)和支承接收线圈的支承体或绝缘材料。根据支承体或绝缘材料的种类或结构或者接收线圈的布置，接收垫20可具有各种形式(参照图20)。
当接收线圈和发射线圈以数厘米的间隔设置时，接收线圈可利用磁感应方式从发射线圈接收无线电力，并且当接收线圈和发射线圈以数十厘米至数米的间隔设置时，接收线圈可利用磁共振方式从发射线圈接收无线电力。在此，无线电力传输中所使用的频率可在数十kHz至数十MHz的范围内进行选择，例如125kHz、13.56MHz等。作为电动车辆等车辆的无线充电方法，可共同使用或者可选择性地使用磁感应法和磁共振法。
传感器23可包括耦接至接收垫20或接收线圈、并测量由多个发射线圈感应至接收线圈的电压和电流中的至少一者的测量装置。测量装置可包括电压表、电流表等。此外，传感器23还可包括基于所测量的电压和/或电流等输出功率信息的功率表等测量装置。
控制器24可包括连接至接收线圈，检测由发射线圈的多个发射信号感应至接收线圈的电动势，从检测到的电动势提取电力传输参数，并将所提取的电力传输参数或相关信息(包括衍生信息)发送给耦接至发射线圈的发送装置的至少一个装置，或执行与该装置相应的功能的构成单元。在本实施例中，控制器24包括接收单元25、提取单元26和发送单元27。
接收单元25可实施为通过接收线圈接收多个发射信号的装置或执行与该装置相应的功能的构成单元。接收单元25可按预定次序或按一些组顺序地接收多个发射信号，可同时接收所有多个发射信号，或者可在预定时间内或按预设的次数重复接收发射信号。
接收单元25可包括例如传感器23等的测量装置，但并不限于此。接收单元25可包括连接至传感器23并检测传感器23的输出信号的电压的强度或波形、电流的强度或波形、或者功率或电流波形的电路单元(第一电路单元)。接收单元25可包括设置在处理器的输入端的一组模拟-数字转换器。
提取单元26可实施为提取由多个发射信号确定的电力传输参数的装置或执行与该装置相应的功能的构成单元。提取单元26可基于在接收单元25中检测的电力传输参数提取电力传输效率。电力传输参数可包括电压、电流、功率、电压波形、电流波形或者其组合。此外，提取单元26可基于由多次接收的发射信号确定的电力传输效率的变化，提取发射信号之间的相关性。
发送单元27可实施为将基于电力传输参数或电力传输效率而生成的发射线圈操作控制信息发送至无线电力传输装置的装置，或执行与该装置相应的功能的构成单元。此外，发送单元27可将在通过接收单元25和提取单元26重复多个发射信号的接收和电力传输效率的提取的过程中生成的多个发射信号之间的相关性、或基于该相关性生成的无线电力传输控制信息传送至无线电力传输装置。
在本实施例中，如处理器的控制部24可包括一个或多个核、高速缓存器、存储器接口和***接口。***接口可将控制部24与输入/输出***和数个其它***设备连接。存储器接口可将控制部24与存储部28连接。
当控制部24包括多核结构时，可通过将两个以上独立内核集成到由单一集成电路形成的一个封装体中而形成控制部24。而且，控制部24可包括中央处理单元(CPU)。CPU可形成为微控制单元(MCU)和***设备(用于外部扩展设备的集成电路)一起设置的片上***(SoC)，但并不限于此。而且，控制部24可包括存储处理指令的寄存器，执行比较、判断和计算的算术逻辑单元(ALU)，在内部控制内核来分析并执行指令的内部控制单元以及内部总线。
另外，控制部24可包括一个或多个数据处理器、图像处理器或编码-解码器(CODEC)，但并不限于此。数据处理器、图像处理器或CODEC可为连接至控制部24的附加部件。
上述的控制部24可执行数据输入、数据处理和数据输出，以通过执行一些软件程序来执行次级充电垫对准方法。另外，控制部71可操作存储在存储部28中的特定软件模块(指令集)，并可执行与相应模块对应的多个特定功能。即，控制部24可设置成利用存储在存储部28中的软件模块，执行无线电力传输***的控制方法或控制无线电力接收装置，并通过通信部29与充电器执行无线通信。
存储部28可实施为存储器等。存储部28可与以上参照图11说明的存储单元基本相同。
通信部29可包括通信接口。通信接口支持至少一种通信协议，以使无线电力接收装置通过网络连接至无线电力传输装置、服务器设备、文件服务器或网络上的其它设备。通信接口可包括至少一个无线通信子***。无线通信子***可包括射频接收器和收发器和/或光(例如，红外线)接收器或收发器。
由上述通信部29可访问的网络，例如可包括全球移动通信***(GSM)、增强数据GSM环境(EDGE)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(W-CDMA)、长期演进(LTE)、LTE高级(LTE-A)、正交频分多址(OFDMA)、WiMAX、无线保真(Wi-Fi)、蓝牙等。
图15是用于说明通过图14的无线电力接收装置控制无线电力传输装置的多个发射信号的过程的流程图。
参照图15，根据本实施例的无线电力接收装置200接收从无线电力传输装置100输出的多个发射信号(S1501)。无线电力接收装置200可通过耦接至接收线圈的接收单元接收利用电磁感应法或磁共振法所接收的多个发射信号，并提取由多个发射信号确定的电力传输参数(S1503)。电力传输参数可包括作为瞬时值的电压、电流或功率。此外，电力传输参数可包括作为预定时间内的测量值的电压波形、电流波形或功率信息。功率信息可包括平均功率或最大功率。
除被配置成通过在大于数厘米的间隔内匹配共振频率来提高能量传输效率外，磁共振法可与电磁感应法基本相同。
接下来，无线电力接收装置200可基于电力传输参数提取多个发射信号的电力传输效率(S1507)。在本实施例中，电力传输效率可指当利用高频信号将传输装置的直流信号发送至接收装置时的效率(功率效率和组合效率的总和)。在这种情况下，可通过测量传输装置中的直流信号的电压和电流以及接收装置中的高频(RF)端的电压和电流并计算各自的功率，来提取电力传输效率的功率效率。另外，可使用矢量网络分析仪(VNA)测量组合效率。即，可通过使用VNA将传输装置的输入高频(RF)端连接至VNA的第一端子并将接收装置的接收高频(RF)端连接至VNA的第二端子来测量S参数。可利用S参数提取由VNA确定的输入功率、输出功率和损耗。VNA中的组合效率可由将第一端子的输入电压除以第二端子的输出电压所得值的绝对值的平方(例如，|S21|2)来表示。
同时，根据本实施例的电力传输效率并不限于上述的效率。在一些实现方式中，电力传输效率可由传输装置的高频信号转换为接收装置的高频信号时的组合效率替代，或者由包括传输装置的直流信号转换为高频信号时的功率效率和/或接收装置的高频信号转换为直流信号时的功率效率在内的效率替代。
接下来，无线电力接收装置200基于电力传输参数或电力传输效率生成发射线圈操作控制信息(S1509)。发射线圈操作控制信息可包括关于根据电力传输参数与基准参数的比较，多个发射信号中的至少任意一个发射信号的相位快或慢多少的信息。当发射信号的相位改变时，在预定时间点的发射信号的大小也可改变。此外，在变形例中，发射线圈操作控制信息可实施为除至少任意一个发射信号的相位调整信息之外，还包括用于增加或减小发射信号大小的大小调整信息。
接下来，无线电力接收装置200将发射线圈操作控制信息发送至无线电力传输装置100(S1511)。无线电力传输装置100可响应于从无线电力接收装置200接收到的发射线圈操作控制信息，调整多个发射信号的输出(S1513)。例如，无线电力传输装置100可调整从多个发射线圈中每一个输出的多个发射信号中至少一个的相位或其相位和大小，并可调整多个发射信号中每一个的输出，以便在接收线圈中具有相同相位或最大电力传输效率。
同时，在本实施例中，着重于无线电力接收装置200说明了无线电力传输***的控制过程，但本发明并不限于此。无线电力传输装置100可实施为控制无线电力传输***的操作。
图16是示出根据本发明的又一实施例的无线电力接收装置的部分框图。
参照图16，根据本实施例的无线电力接收装置可包括控制器24(参照图14)和存储部28。这里，存储部28可包括认证模块281、初始设定模块282、接收模块283、提取模块284、位置调整模块285、生成模块286、发送模块287、相位调整模块288和充电模块289。
这里，接收模块283、提取模块284和发送模块287是与图14中的接收单元、提取单元和发送单元对应的组件，可通过由控制器执行存储在存储单元中的相应模块来实现。类似地，认证模块281、初始设定模块282、位置调整模块285、生成模块286、相位调整模块288和充电模块289可由控制器从存储部28中读取，并可与以至少一个进程或服务的形式执行的认证单元、初始设定单元、位置调整单元、生成单元、相位调整单元和充电单元相对应。将在以下无线电力接收装置的操作原理的说明中详细说明存储部28中的各模块281至289的功能或操作。
同时，在根据本实施例的无线电力接收装置中，存储部28被说明为包括认证模块281、初始设定模块282、接收模块283、提取模块284、位置调整模块285、生成模块286、发送模块287、相位调整模块288和充电模块289中的全部，但本发明并不限于此。存储部28可实施为包括上述模块中除接收模块283、提取模块284和发送模块287以外的至少一个其它模块。
图17至图19是用于说明通过图16的无线电力接收装置调整无线电力传输装置的多个发射信号的输出的过程的流程图。
首先，参照图17，根据本实施例的无线电力接收装置200接收从无线电力传输装置100输出的信标信号(S1701)。信标信号可包括关于充电站或无线电力传输装置的信息，或者提供关于充电站或无线电力传输装置的信息的目的地(控制服务器等)的地址。当信标信号包括充电站或无线电力传输装置的连接地址，并且充电站或无线电力传输装置包括可认证无线电力接收装置的装置时，无线电力传输装置可响应于无线电力接收装置200的连接请求(S1703)，通过与存储在本地存储单元或网络上的云***中的用户信息进行比较，来认证无线电力接收装置200(S1705)。根据来自无线电力传输装置100的连接响应，经认证的无线电力接收装置200可在预设范围内获得无线电力传输装置100的至少一些操作的控制权限(S1707)。
当然，在一些实现中，可省略对于无线电力传输装置100的至少一些操作的无线电力接收装置200的认证或控制权限。例如，具有预定媒体存取控制(MAC)地址的装置(无线电力传输装置和无线电力接收装置)可被设定为经由预定信道自由通信或进行协作。在这种情况下，可省略认证、控制权限的授予等。
接下来，当建立与无线电力传输装置100的通信信道时，无线电力接收装置200将用于控制发射线圈操作的多个发射信号的生成请求信号发送至无线电力传输装置100(S1709)。发射信号生成请求信号可包括用于初始设定从无线电力传输装置100的多个发射线圈输出的多个发射信号的信息。用于初始设定的信息可包括将多个发射信号输出为具有多个发射信号的额定输出功率的50％以下的大小的控制信息。这里，额定输出功率的50％以下的大小可包括与额定输出功率的1/100倍或1/10000倍的大小相对应的信号强度。此外，用于初始设定的信息可包括用于将多个发射信号的相位调整为相同相位的控制信息。相同相位可包括基于预定时间点的0相位。
当无线电力传输装置100响应于发射信号生成请求信号生成多个发射信号(S1711)并通过多个发射线圈输出至接收线圈(S1713)时，无线电力接收装置200接收发射信号(S1715)。本操作可包括检测由发射信号确定的电力传输参数。
接下来，无线电力接收装置200可基于电力传输参数提取电力传输效率(S1717)。
接下来，如图18中所示，无线电力接收装置200可基于电力传输参数或电力传输效率确定是否能够部分调整发射线圈的位置或接收线圈的位置(S1719)。由于本操作是电力传输参数或电力传输效率与基准值进行比较，或者电流波形、电压波形或电流/电压图形与基准波形或基准图形进行比较的结果，因此可确定是否需要线圈的位置调整，或者是否能够进行位置调整。
当在操作S1719中确定无需调整线圈的位置或无法调整线圈的位置时(Y1)，可进行至生成发射线圈操作控制信息的操作(S1721)。
同时，当在操作S1719中确定能够调整接收线圈的位置时(Y2)，可基于从电力传输参数或电力传输效率获得的位置调整值来调整接收线圈的位置(S1723)。
另一方面，当在操作S1719中确定能够调整多个发射线圈的位置时(Y3)，可基于从电力传输参数或电力传输效率获得的位置调整值生成用于调整多个发射线圈的位置的信号，并将生成的位置调整请求信号发送至无线电力传输装置100(S1725)。在这种情况下，无线电力传输装置100可根据位置调整请求信号调整多个发射线圈的位置(S1727)。可单独调整或按组调整多个发射线圈的位置，但并不限于此。当多个发射线圈布置在单个发射垫上时，可实施为通过调整发射垫的位置来调整多个发射线圈的位置。可由耦接至发射垫或发射线圈的使用预定方法的驱动装置执行发射垫的位置调整或多个发射线圈的位置调整。驱动装置是基于控制器的信号对控制目标给予物理运动的装置，可包括电动机或致动器。当完成多个发射线圈的位置调整时，无线电力传输装置100可将用于发射线圈的位置调整的响应信号发送至无线电力接收装置200(S1729)。
另一方面，当在操作S1719中确定能够调整接收线圈的位置并且能够调整多个发射线圈的位置时(Y2+Y3)，无线电力接收装置200可一起执行接收线圈的位置调整(S1723)和多个发射线圈的位置调整(S1725、S1727和S1731)。
在操作S1719中执行第二选择(Y2)、第三选择(Y3)或第四选择(Y2+Y3)之后，无线电力接收装置200可根据无线电力传输线圈的位置调整再次接收多个发射信号(S1731)。此外，可基于在接收多个发射信号时获得的电力传输参数再次提取电力传输效率(S1733)。
接下来，无线电力接收装置200可生成发射线圈操作控制信息(S1735)，并将所生成的发射线圈操作控制信息发送至无线电力传输装置100(S1737)。发射线圈操作控制信息可基于一组电力传输参数或电力传输效率生成，并用于调整多个发射信号中每一个的输出。
接下来，如图19中所示，从无线电力接收装置200接收到发射线圈操作控制信息的无线电力传输装置100，可根据发射线圈操作控制信息分别地或全部地调整多个发射信号的输出(S1739)。此外，无线电力传输装置100可将相位经调整或相位和大小经调整的多个发射信号通过多个发射线圈输出至接收线圈(S1741)。
接下来，无线电力接收装置200可接收具有相同相位的多个发射信号(S1743)。本操作可包括从以相同相位接收的多个发射信号中检测电力传输参数。可通过在先前的操作中调整多个发射线圈的输出来实现从接收线圈以相同相位接收多个发射信号。在无线电力传输中，当从多个发射线圈输出的多个发射信号在接收线圈中被接收为具有相同相位的信号时，接收到的多个发射信号可成为具有最大电力传输效率的信号。
同时，根据多个发射线圈的排列或结构，具有最大电力传输效率的多个发射信号的相位可能不全相同。因此，可在本实施例中选择性地添加或省略操作S1743。
接下来，无线电力接收装置200可提取多个发射信号的电力传输效率。此外，无线电力接收装置200可通过比较所提取的电力传输效率，来提取具有最大电力传输效率的多个发射信号之间的相关性(S1745)。当然，在提取相关性的过程中，当在接收线圈中接收到具有相同相位的多个发射信号时，最大电力传输效率可具有最大值。
接下来，无线电力接收装置200可基于相关性生成无线电力传输控制信息(S1747)，并将所生成的无线电力传输控制信息发送至无线电力传输装置100(S1749)。无线电力传输装置100可响应于所接收的无线电力传输控制信息来确定多个发射信号中每一个的输出(S1751)。确定多个发射信号中每一个的输出可包括调整多个发射信号中每一个的相位，使得在接收线圈中接收到具有相同相位的发射信号，或者在接收线圈中接收到具有最大电力传输效率的发射信号。在确定发射信号的相位后，可根据相位改变相应发射信号的大小。此外，在一些实现中，确定多个发射信号中每一个的输出可包括调整多个发射信号中每一个的相位和大小。在这种情况下，无线电力传输装置100可包括根据相关性、与相位调整分开地另外调整发射信号的大小。
在完成多个发射信号中每一个的输出调整后，无线电力传输装置100可通过将输出调整已完成的多个发射信号输出的多个发射线圈，向接收线圈发送额定输出功率的无线电力(S1753)。无线电力接收装置200可接收电力传输效率经优化的无线电力，对电池充电(S1755)。
同时，在本实施例中，着重于无线电力接收装置200说明了调整无线电力传输装置的多个发射信号的输出的过程，但本发明并不限于此。无线电力传输装置100可实施为通过与无线电力接收装置200的协作来控制无线电力传输***的操作。
图20是示出可应用于根据本发明的实施例的无线电力传输***的发射垫或接收垫的垫结构的例示图。
参照图20，根据本实施例的发射垫或初级充电器垫或者安装在电动车辆上的接收垫或次级感应垫可包括基于通用垫布局的垫结构。
即，发射垫或接收垫可包括如图20(a)中所示的垫在绝缘体上设置成无极的圆形或矩形的结构，如图20(b)中所示的垫围绕基材的螺线管极化结构，如图20(c)中所示的双D(DD)极化结构，如图20(d)中所示的多线圈双D正交(DDQ)结构以及如图20(e)中所示的多线圈双极结构。
如上述初级和次级充电垫的感应耦合器可按各种布局设计，由磁感应，并可具有与包括极化和非极化结构中的任意一者或两者的多线圈布局相应的磁互操作性。
根据本实施例，发射垫的多个发射线圈12至18(参照图1)可具有阵列形式或网格形式，多个发射线圈中的任何一个可具有无极的圆形形状或矩形形状，或者垫围绕基材的螺线管极化结构，并且多个发射线圈中的任何一个或一些可具有DD极化结构、多线圈DDQ结构或多线圈双极结构。此外，多个发射线圈可具有交叠结构或堆叠结构，其类似于多线圈DDQ结构或多线圈双极结构，包括设置在上层的至少一个发射线圈和设置在下层使得至少一些区域与上层交叠或不交叠的至少一个发射线圈。然而，即使当本实施例的多个发射线圈具有上述结构时，多个发射线圈仍可具有各发射线圈独立连接至发射电路的结构，从而可被控制成使得当开始无线电力传输操作时，可根据无线电力接收装置的控制，将多个发射信号的输出设定为额定输出功率的50％以下的大小，或者调整多个发射信号中至少一个的相位或其相位和大小。
在根据上述实施例的方法或装置中，至少一些组件可以是加载在包括控制单元或控制器的计算装置上的功能单元，但并不限于此。上述组件可实施为作为执行无线电力传输***的控制方法或无线电力传输方法的程序或软件而被存储在计算机可读记录介质中，或者作为载体从远程地点传送并被执行。
计算机可读记录介质可实现为程序指令、数据文件、数据结构等中的一种或其组合。写入计算机可读记录介质中的程序可为本发明特别设计，或者是本领域的普通技术人员公知的可用程序。
此外，计算机可读记录介质可被包括在例如ROM、RAM、闪存等特别配置成存储和执行程序指令的硬件装置中。程序指令可不仅包括由编译器编译的机器语言代码，而且包括可由计算机使用解释器执行的高级语言代码。硬件装置可被配置成作为一个或多个软件模块运行，以执行根据上述实施例的方法，反之亦然。
当使用根据本发明的上述实施例的无线电力传输***控制方法、无线电力接收装置和无线电力传输方法时，通过在无线电力传输***的接收装置中控制传输装置的多个发射信号，能够执行适合于接收线圈的无线电力传输。
此外，根据本发明，在无线电力传输过程的开始，通过在接收装置上监测由从多个发射线圈输出的发射信号确定的电力传输参数，根据多个发射线圈与接收线圈的相对位置、多个发射线圈的状态等，控制用于无线电力传输的环境，由此可以最大电力传输效率有效地执行无线电力传输。
此外，根据本发明，在无线电力传输***中使用与无线电力传输设定相关地预先存储的车辆或接收垫的识别信息。因此，可在无线电力接收装置上有效地执行多个发射信号的初始设定。
此外，根据本发明，在无线充电操作的开始，在无线电力传输***中，检测无线电力接收装置确定无线电力传输装置的多个发射信号时可存在于多个发射线圈与接收线圈之间的异物。因此，可预先防止在无线电力传输过程中可发生的安全性问题，由此可提高无线电力传输***的稳定性。
此外，根据本发明的实施例的无线电力传输***的控制方法，从多个传输装置输出的发射信号被同步。因此，可容易地控制各发射信号的大小和相位。此外，多个发射信号中每一个的大小和相位均被校正，因此可提高电力传输效率。另外，通过异物检测可改善无线电力传输期间可能发生的安全性问题。
虽然已详细说明本发明的示例性实施例及其优点，但应当理解的是，可在其中进行各种变化、替换和改变而不脱离本发明的范围。

Claims (20)

1.一种在车辆内的无线电力接收装置中执行的无线电力传输***的控制方法，包括以下步骤：
在安装在所述车辆上的接收线圈中接收从连接于充电站中的无线电力传输装置的多个发射线圈输出的多个发射信号；
基于由所述多个发射信号确定的电力传输参数，提取所述多个发射信号的电力传输效率；以及
将基于所述电力传输参数或所述电力传输效率的发射线圈操作控制信息发送至所述无线电力传输装置。
2.如权利要求1所述的无线电力传输***的控制方法，还包括，在接收所述多个发射信号的步骤之前，获得对所述无线电力传输装置的至少一些操作的控制权限的步骤。
3.如权利要求1所述的无线电力传输***的控制方法，还包括，在提取所述电力传输效率的步骤之前，将用于调整所述接收线圈的位置和所述多个发射线圈的位置中的至少任意一个位置的信号发送至所述无线电力传输装置的步骤。
4.如权利要求1所述的无线电力传输***的控制方法，还包括，在接收所述多个发射信号的步骤之前，将用于将所述多个发射信号的输出控制为所述多个发射线圈的额定输出功率的50％以下的信号发送至所述无线电力传输装置的步骤。
5.如权利要求4所述的无线电力传输***的控制方法，其中发送所述发射线圈操作控制信息的步骤包括，通过所述发射线圈操作控制信息改变所述多个发射线圈中的至少任意一个的发射信号的相位。
6.如权利要求5所述的无线电力传输***的控制方法，还包括，在发送所述发射线圈操作控制信息的步骤之后，以相同相位接收所述多个发射信号的步骤。
7.如权利要求5所述的无线电力传输***的控制方法，还包括以下步骤：
在发送所述发射线圈操作控制信息的步骤之后，
基于所述电力传输效率的变化，提取示出最大电力传输效率的多个发射信号之间的相关性；以及
将基于所述相关性的无线电力传输控制信息发送至所述无线电力传输装置。
8.一种无线电力接收装置，包括：
接收单元，其配置为在接收线圈中接收从连接于充电站中的无线电力传输装置的多个发射线圈输出的多个发射信号；
提取单元，其配置为基于由所述多个发射信号确定的电力传输参数，提取所述多个发射信号的电力传输效率；以及
发送单元，其配置为将基于所述电力传输参数或所述电力传输效率的发射线圈操作控制信息发送至所述无线电力传输装置。
9.如权利要求8所述的无线电力接收装置，还包括认证单元，其配置为获得对所述无线电力传输装置的至少一些操作的控制权限。
10.如权利要求8所述的无线电力接收装置，还包括位置调整单元，其配置为将用于根据所述电力传输参数或所述电力传输效率来调整所述接收线圈的位置和所述多个发射线圈的位置中的至少任意一个位置的信号发送至所述无线电力传输装置。
11.如权利要求8所述的无线电力接收装置，还包括初始设定单元，其配置为将用于将所述多个发射信号的输出控制为所述多个发射线圈的额定输出功率的50％以下的信号发送至所述无线电力传输装置。
12.如权利要求11所述的无线电力接收装置，还包括相位调整单元，其配置为通过所述发射线圈操作控制信息改变所述多个发射线圈中的至少任意一个的发射信号的相位。
13.如权利要求12所述的无线电力接收装置，其中所述接收单元以相同相位接收所述多个发射信号。
14.如权利要求13所述的无线电力接收装置，其中：
所述提取单元基于具有相同相位的多个发射信号或所述电力传输效率的变化来提取具有最大电力传输效率的多个发射信号之间的相关性；并且
所述发送单元将基于所述相关性的无线电力传输控制信息发送至所述无线电力传输装置。
15.如权利要求14所述的无线电力接收装置，还包括充电单元，其配置为接收对应于所述无线电力传输控制信息的无线电力并对电池充电。
16.一种无线电力传输方法，包括以下步骤：
从多个发射线圈输出多个发射信号；
从车辆中的无线电力接收装置接收发射线圈操作控制信息，其包括由在所述车辆中的接收线圈中接收的所述多个发射信号确定的电力传输参数或与所述电力传输参数对应的电力传输效率；以及
基于所述发射线圈操作控制信息调整所述多个发射信号的输出。
17.如权利要求16所述的无线电力传输方法，还包括，在输出所述多个发射信号的步骤之前，根据从所述无线电力接收装置接收的发射信号输出请求，生成具有所述多个发射线圈的额定输出功率的50％以下的大小的所述多个发射信号的步骤。
18.如权利要求17所述的无线电力传输方法，还包括以下步骤：
在接收所述发射线圈操作控制信息的步骤之前，
接收用于基于所述电力传输参数或所述电力传输效率来调整所述多个发射线圈的位置或包括所述多个发射线圈的发射垫的位置的位置调整请求信号；以及
响应于所述位置调整请求信号，调整所述多个发射线圈的位置或所述发射垫的位置。
19.如权利要求18所述的无线电力传输方法，还包括，根据所述发射线圈操作控制信息调整所述发射信号中的至少一个的输出或相位，并将输出或相位经调整的多个发射信号输出的步骤。
20.如权利要求19所述的无线电力传输方法，还包括以下步骤：
从所述无线电力接收装置接收基于所述多个发射信号之间的相关性的无线电力传输控制信息；以及
根据所述无线电力传输控制信息确定所述多个发射信号的输出，并将无线电力传输至所述接收线圈。
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