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無線充電系統異物偵測技術介紹
  • 發布年度:2015
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 研究發展處 李廷恩

    隨著無線電力傳輸技術蓬勃發展,無線充電系統已逐漸開發並廣泛地應用於行動裝置、消費型產品、民生家電及電動車等。就電動車應用而言,無線充電技術不僅能免去操作笨重之充電纜線,提升充電時的方便性,更可避免充電接點因潮濕而引發觸電之顧慮,提供較高的安全保障。

    然而,因電動車無線充電系統的傳送端與接收端間有一傳輸距離,當有金屬異物入侵此一充電區域範圍內時,金屬異物會因電磁感應而產生高溫,極有可能造成設備毀壞及安全危害,如圖1所示。因此,異物偵測(Foreign Object Detection, FOD)是無線充電系統開發中,不可或缺的關鍵技術之一。

    圖1. 異物入侵電動車無線充電系統架構

    目前所開發之無線充電異物偵測技術中主要可歸納為2類:
    1.外加式感測器(如線圈、超音波、紅外線等)於傳送端天線表面以進行異物偵測,然而所外加的感測器會與系統本身產生相互作用而影響電力傳輸的性能,因此,外加式感測器僅適合充電前偵測,充電時偵測則會對系統產生影響;
    2.透過電力傳送線圈偵測異物,其主要技術係經量測參數變化以判斷異物存在與否,量測之參數有傳送功率、效率、S參數與品質因子等,但上述各參數皆會因傳輸距離的不同而產生無法測定的變化,需透過複雜的感測電路設計及控制程式設計,方得以精準判斷是否有異物入侵。

    而車輛中心(ARTC)所發展之異物偵測方法,是可在無需外加感測器的情況下,直接經由傳送端線圈的相位差及阻抗變化量來判斷是否有異物。在技術實現上,因相位差及阻抗變化量可能是由多種情況所造成,故由圖2之歸納比較,可推斷無線充電系統是因異物入侵或傳輸距離變動所影響。

    圖2. 傳送端電壓與電流量測波形

    相較於前述既有之異物偵測方式,ARTC所開發之技術具有低成本、高效率且不影響電力傳輸效率的優點,可準確地偵測出無線充電系統中是否有金屬異物入侵,對於電動車無線充電系統,具有相當大的應用價值。

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