无线充电领域金属异物检测专利技术综述

秦媛倩

摘 要：在对待充电设备进行无线充电时，若在充电区域中混入金属异物，将对充电效率产生影响，严重时将对充电设备或者待充电设备造成损坏，因此，有必要对该领域开展研究，以实现精准的异物检测，提高传输效能。本文主要从专利文献的视角对无线充电领域异物检测技术的发展进行了全面的数据统计以及分析，总结了该领域相关的国内外专利的申请趋势、主要申请国分布以及重要申请人分布。通过上述的分析和梳理，提高了对该技术领域发展情况和发展趋势的认识。

关键词：无线;充电;异物;检测

中图分类号：TM910.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0238-02

0 引言

无线充电技术主要有三种：射频或微波WPT、电磁感应式WPT以及电磁共振式WPT。电磁感应式WPT是基于电磁感应原理，利用原、副边分离的变压器，在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术，其无线充电端到端效率已经接近90%，无线充电功率可达30kw，甚至更高。而随着2007年，美国麻省理工学院的Witricity教授领导的研究团队提出了一种基于磁谐振耦合原理实现中等距离传输能量的无线电能传输技术，电磁耦合谐振式无线能量传输技术作为一种新兴的无线能量传输技术迅速发展起来，使无线能量传输技术成为国内外学者研究的又一热点问题。该技术最早始于这种技术可以实现较远距离、大功率的能量传输。东京大学的学者依据此特点认为磁谐振耦合式无线充电技术十分适用于电动汽车无线充电。然而，当使用这项技术对车载电池充电时，无线充电系统可能会受到外来异物的影响，所谓的异物，如硬币、口香糖锡箔纸、磁性或者非磁性的金属物体等，所有不是接收机装置但会出现在发射机和接收机中间的金属物品，均称之为金属异物。当无线充电系统能量传输区域中混入金属异物时，该金属异物将在高频电磁场的作用下会产生一系列的电磁现象，由该金属异物引起发射线圈等效阻抗增大将使得发射端电流减小，降低充电效能[1，2]。因此，为了提高传输效率，高效检测异物，国内外专家学者在该领域不断研究创新。

1 异物检测技术分解

目前在无线充电异物检测技术中主要可归纳为两类，一为外加式感测器（如检测线圈、超音波、红外线、图像等）于傳送端天线表面以进行异物检测，但是外加式感测器会与系统本身产生相互作用而影响电力传输的性能，因此外加式感测器仅适合充电前检测，充电时检测则会对系统产生影响，另一类为电力传送线圈检测异物，其主要技术在于量测参数变化以判断异物存在与否，量测的参数有传送电压、电流、功率、效率、阻抗以及品质因子等，但上述各参数皆会受到传输距离的不同而产生无法测定的变化，因此采用单一的检测方法不易精准判断是否有异物存在，需要采用多种方式结合的方法精确检测以及定位异物。

2 全球专利申请状况分析

本章通过对全球专利申请量进行分析，获得了国内外专利申请总趋势以及全球专利申请的主要国家分布。

2.1 发展趋势分析

图1所示无线充电领域金属异物检测国内外专利申请趋势，该技术总共经历以下三个发展阶段：

第一阶段（1998-2008年）为萌芽期。从图中可以看出异物检测起始于20世纪90年代，但在2008年以前总申请量相对较少，而中国专利申请量几乎为零，国际申请主要以国外申请为主。第二阶段（2008-2015年）为快速发展期。自2008年基于磁谐振耦合原理实现中等距离传输能量的无线电能传输技术的提出，无线充电领域的相关技术得到了快速发展，该期间专利申请量呈不断上升趋势，在2012年以及2014年申请量分别出现了一个小峰值，进入快速增长期，并且通过申请量数据可以看出，中国申请量在此期间增长明显。第三阶段（2015年至今）为小幅回落期。进入2015年之后，专利申请量处于相对稳定的态势，申请量较为均衡，浮动不大，处于稳定阶段，究其原因，可能是该领域相关技术分支已经较为成熟，更优方式的研发存在一定的瓶颈。

2.2 区域分析

图2所示反映了无线充电技术领域金属异物检测的专利申请量布局，从图2中可以看出目前全球约53%的申请来自于中国，紧随其后是日本，然后分别是美国、韩国、德国等，通常来说，一个国家的申请量所占份额的大小在一定程度上也客观体现了该国在该领域科技实力的强弱，从图中可以看到，中国、日本以及美国是最为重要的申请国家，也是技术创新实力相对较强的国家;而其他国家也是该领域高度关注的竞争市场者。

2.3 主要申请人分析

纵观全球主要申请人为松下、索尼、丰田、三洋、尼桑、佳能、博世、LG、高通，其中日本各大公司处于绝对领先的地位，而韩国、德国紧随其后，并且日本在金属异物检测方面属于主要创新国家，对于该领域技术发展起到了明显的推动作用，而其他公司主要以改进型发明为主。

3 中国专利申请状况分析

3.1 国内专利申请趋势

图3所示可以看出，自2008年起，对无线充电领域金属异物检测开始出现中国专利申请，而从2008-2011年，该领域的专利申请还是以国外来华为主，并且申请人主要为日本的相关企业，而自2012年开始，国内申请人在该领域开始出现专利申请，并且从2012年-至今，增长较为稳定，而国外来华申请在此期间，在2014年出现了一个小高峰，2014年之后呈现回落态势，可见看出，国内申请人对该领域重视程度逐年增加，而国外来华的申请人对该领域的技术已经研究的较为成熟，因此，申请量出现下滑情况。

3.2 国内主要专利申请地区分布

在国内申请中，申请量较大的省市通常集中于长三角、珠三角等东部沿海地区，这些地区均是国内经济发展较为发达的地区，因而能够配置更多的资源投入到无线充电金属异物检测领域的研究和制造中去。具体来说，广东的申请量明显高于其他省/市，一方面依赖于省内对该领域研发的企业众多，如中兴通讯、中惠创智等，另一方面也得益于省内政府的扶持，使得申请量相比其他省份占据绝对优势。

3.3 国内各类型申请人的专利申请量的比重

图4所示可以看出在国内申请中，在国内申请中，公司申请占有很大比重，约为96%，其次为高校/科研院所申请占有3%以及个人申请占有1%。这说明，在无线充电金属异物检测领域，公司为主要研发团队，高校/科研院所申请还主要以非专利中的理论研究为主。

4 结语

本文分析了国内外无线充电领域异物检测专利申请趋势、国内外主要申请人。通过上述数据样本的分析和统计，对该技术领域的现有技术的发展水平以及发展脉络有了更进一步的认识。从该领域整体的技术发展情况不难看出，日本对于该领域的研究处于领先地位，并且日本的松下公司以及索尼公司的申请量也位居世界前列，同时，从申请量趋势可以看出，中国近年来在该领域的申请量呈不断增长的趋势，围绕如何更加准确的进行异物检测不断进行创新。相信未来伴随着无线充电领域的不断创新以及用户在体验过程中的需求不断上升，针对无线充电领域的异物检测还会有很长一段的发展道路。

参考文献

[1] 曲晓东.基于磁耦合谐振的电动汽车无线充电系统研究[D].山东大学，2016.

[2] 马中原，廖承林，王丽芳.金属异物对电动汽车无线充电系统影响分析[J].电工电能新技术，2017（2）：14-20.