CN104518573A - 在能电驱动的车辆充电中的车辆定位 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于把能量从充电站传输到与充电站无线地能源技术上地耦合的能电驱动的车辆上的方法，其中借助由电线圈提供的磁交变场将能量从充电站传输给能电驱动的车辆，出于所述的目的，借助逆变器在谐振运行中将电交变电压施加给电线圈，并且充电站获得电能量源的电能。根据本发明提出，为了建立无线的能源技术上的耦合，能电驱动的车辆相对于充电站定位，其中在考虑运行参数的情况下，在把能量从充电站传输到能电驱动的车辆上期间实现这种定位。

Description

在能电驱动的车辆充电中的车辆定位

技术领域

本发明涉及一种用于把能量从充电站传输到与充电站无线地能源技术上地耦合的能电驱动的车辆上的方法，其中借助由电线圈提供的磁交变场把能量从充电站传输到能电驱动的车辆，出于该目的，借助逆变器在谐振运行中将电交变电压施加给电线圈，并且充电站获得电能量源的电能。此外本发明涉及一种充电站，该充电站用于把能量从充电站传输到与充电站无线地能源技术上地耦合的能电驱动的车辆上，充电站具有用于电能量源的接口、逆变器以及与逆变器连接的电线圈，电线圈用于借助磁交变场提供用于无线的能源技术上的耦合的能量，出于该目的，逆变器设置用于在谐振运行中将电交变电压施加给电线圈。最后本发明涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于充电站的计算机单元的程序。

背景技术

这种类型的充电站以及用于借助磁交变场传输能量来而运行充电站的方法基本是已知的，从而为此不需要特别的出版物来证明。这种类型的充电站用于在充电运行期间将能量供给能电驱动的车辆，从而能电驱动的车辆可以执行车辆的通常的功能。能电驱动的车辆需要能量以驱动车辆。

充电站借助磁交变场提供能量，该充电站在充电站一侧与电能量源、例如公共的能量供应网络、发电机、蓄电池和/或这一类的能量源连接。充电站在接收电能量源的电能下产生磁交变场。能电驱动的车辆借助适当的线圈布置获取磁交变场、提取能量并且在车辆侧提供电能，特别是便于把电能提供给车辆的电能量存储器和/或驱动装置的电机。

用于把能量从充电站传输到车辆的充电装置的一个可能性在于，借助在车辆和充电站之间的电缆建立作为能源技术上的耦合的电连接。此外已知的是，根据另一个可能性建立无线的能源技术上的耦合，该耦合避免了由于电缆导致的成本过高的机械的连接。出于该目的，通常在充电站一侧并且在车辆一侧分别设置一个线圈电路，该线圈电路在充电过程中基本上彼此相对地布置，并且在使用磁交变场下实现能源技术上的耦合。例如由KR 10 2012 0 016 521 A已知了这种布置。在采用能预定的边界条件或关于偏移、气隙和负荷的参数下实现了在用于感应的能量传输的系统中的、充电站一侧的和车辆一侧的谐振电路的调谐。能达到的效率与这些参数有关。如果这些参数的偏移过大，那么通常在可接受的效率下就不再能传输需要的功率。

至今为止，能电驱动的车辆的定位都是借助于安置在充电器和能电驱动的车辆之间的气隙中的发射线圈和接收线圈来实现的。通过这些线圈的耦合的变化可以得出车辆的位置。因为在充电运行期间不能运行这种变化，所以在充电过程开始之前实现了车辆相对于充电站的定位。例如在谐振电路的调谐中必须由关于气隙和负载的确定的边界条件出发。这个系统通常这样来设计，当不存在偏移时，采用作为可达到的最优的位置，因此相应地来定位车辆。

发明内容

本发明的目的在于，简化车辆相对于充电站的定位。

作为解决方案，本发明提出一种根据独立权利要求1的用于运行充电站的方法。此外本发明提出一种根据另外的独立权利要求9的发电站。最后利用本发明提出一种根据另外的独立权利要求13的计算机程序产品。本发明的其他的有利的解决方案由从属权利要求的特征和特性得出。

本发明在方法方面特别是提出了，为了建立无线的能源技术上的耦合，能电驱动的车辆相对于充电站定位，其中在把能量从充电站传输到能电驱动的车辆上期间在考虑运行参数的情况下实现了这种定位。在充电站方面特别是提出了，设置用于探测能电驱动的车辆的位置并且探测在传输能量期间的运行参数的探测单元以及用于使能电驱动的车辆定位的控制单元。

利用本发明在把能量从充电站传输到能电驱动的车辆上期间在使用至少一个运行参数的情况下改善了车辆相对于充电站的最优的定位。因此可以省略在现有技术中通常的为此设置的装置。根据运行参数可以单独地进行车辆的定位。

在本发明的意义中，感应的能量传输或无线的能源技术上的耦合是出于传输能量目的的耦合，所述耦合实现了单向地把能量从能量源传输到能量接收器。能量源例如可以是公共的能量供应网络、发电机、太阳能电池、燃料电池、蓄电池、由此的组合和/或这一类的能量源。能量接收器例如可以是能电驱动的车辆的驱动装置、尤其是驱动装置的电机和/或驱动装置的能量存储器例如蓄电池或类似物。然而也可以设置双向的能量传输，也就是说，在两个方向上交换地能量传输。在另一方面，充电站有利于这个目的，应将能量传输到电驱动的车辆，出于这个目的，所述充电站从与之电连接的能量源获得电能。

无线的能源技术上的耦合或感应的能量传输在本发明的意义中是指，在充电站和能电驱动的车辆之间不需要设置用于建立电耦合的机械连接。特别是可以避免借助电缆建立电连接。换而言之，基于能量场、优选地磁交变场基本单独地实现能源技术上的耦合。

所以充电站设置用于产生相应的能量场、特别是磁交变场。在车辆一侧相应地设置，即可以获取这种能量场或磁交变场并且由此获得用于能电驱动的车辆的通常运行的能量。借助车辆的充电装置将借助能量场、特别是磁交变场输送的能量转换成电能，然后为了通常运行车辆优选地可以储存在车辆的能量存储器中。出于这个目的，充电装置具有变流器，所述变流器将借助线圈、磁交变场获取的和借助变流器输送的电能转换成、例如整流成、变压成或类似地转换成适用于车辆的电能。此外也可以将能量直接传输到车辆的驱动装置的电机。也就是说，能源技术上的耦合基本用于传输能量并且不首先用于传输信息。相应地，用于进行本发明的装置不同于无线的通讯装置设置用于相应高的功率流量。

用于特别是借助磁交变场进行无线地能源技术上地耦合的主要部件可以是电线圈，所述电线圈有时也由多个电线圈来构造，所述电线圈在充电站一侧用于产生磁交变场并且在车辆一侧由磁交变场流过并且在车辆一侧将能量提供给所述车辆的接口。相应地在充电站一侧，以引起交变电流的交变电压施加给电线圈，从而电线圈提供磁交变场，借助所述磁交变场可以放出能量。通过磁交变场在充电过程期间，充电站的电线圈与能电驱动的车辆的电线圈耦合。

线圈通常具有多匝电导线的绕组，其中绕组通常包括或包围永磁体，所述永磁体通常由铁氧体构成。以期望的方式可以借助永磁体传导磁流，从而基于在充电站的线圈电路和能电驱动的车辆之间的磁交变场可以增加能源技术上的耦合的效率。

电线圈的构成绕组的电导线通常构造为所谓的高频绞和线，也就是说，所述电导线由多个彼此电绝缘的单个导线或电线构成，所述导线或电线相应地构造地组成所述导线。因此来实现了，即如在本发明中在频率应用中减少或基本避免了集肤效应。为了可以改善在高频绞和线的各个电线上尽可能均匀的电流分布，通常还提出对各个电线进行绞合。这种绞合也可以包括，即线束由多个单股电线构成，所述多个单股电线自身绞合在一起，并且其中构成电导线的所述线束同样被绞合。

根据本发明的一个方面提出，由于车辆位置的预定的变化来对运行参数的变化进行分析。出于这个目的，充电站可以具有分析单元，所述分析单元例如可以由电路、硬件电路、计算机单元、由此的组合或者这一类的电路构成。

所述运行参数是关于把能量从充电站向能电驱动的车辆的传输的运行参数。例如在此，运行参数可以是工作频率或无线的能源技术上的耦合引起的磁交变场的频率或者这一类的频率。由至少一个运行参数的变化可以得出无线的能源技术上的耦合的特性。运行参数的变化则可以例如在预定的时间间隔内或在这一类的时间内被测定。为了测定可以设置微分器，借助所述微分器可以非常时间接近地、优选地立即地测定选择的运行参数的实时的变化。然而也可以仅仅检测运行参数的数值，其中在达到预定的数值时，实现能电驱动的车辆相对于充电站的最优的定位。

根据另一个构造方案提出，传输功率和传输功率的效率用作运行参数。所述运行参数能够非常简单地测定相对于充电站的最优的车辆位置。

根据一个改进方案提出，传输功率与能预定的功率比较数值相比较。因此可以实现能电驱动的车辆相对于充电站的可靠的定位。

优选地提出，传输功率与能预定的功率比较数值相比较。出于这个目的设置比较单元，比较单元使测定的传输功率与功率比较数值相比较。比较单元可以由电子电路构成，然而也由计算单元构成，借助适合的程序这样控制比较单元，即比较单元可以进行比较运算程序。比较数值可以由预定的数量来构成。比较数值例如专门根据充电站来确定。

一个改进方案设置，所述方法的执行以达到传输功率的最大值而结束。在这种情况中，由车辆相对于充电站的定位的进一步变化不会实现传输功率的继续的增高。在达到这个位置之后以通常的方式稳定地继续进行充电运行，在该位置上达到了传输功率的最大值。

根据一个改进方案提出，使效率与效率比较数值相比较。效率比较数值可以同样如同功率比较数值地是预定的数值，该效率比较数值优选地是专门根据充电站的。表明特别有利的是，使关于效率的比较与关于功率的比较组合起来。因此，可以确保车辆相对于充电站非常好地和最优地定位，其中可以实现可靠地和尽可能损失少地将能量从充电站传输到能电驱动的车辆上。

一个有利的改进方案提出，所述方法的执行以达到效率的最大值而结束。这也可以补充地或可替换地设置用于关于功率的结束条件。通过结束条件可以在时间上限制能电驱动的车辆相对于充电站的定位的过程，从而确保迅速地和可靠地达到尽可能最优的位置并且为此限制了花费。

本发明的另一方面提出，随着定位的变化而重复所述方法。出于这种目的，车辆以路径的预定的数值移动并且重新测定至少一个运行参数。由此可以测定运行参数相对于之前测定的运行参数的变化，以便可以由这种变化得出当前的定位的质量。

此外出于这种目的设置，充电站具有能借助控制单元控制的用于充电站的电线圈的和/或能电驱动的车辆的定位装置。定位装置可以基本水平的在平面上移动电线圈和/或能电驱动的车辆，以便可以实现尽可能最优的无线的能源技术上的耦合。定位装置然而不仅仅构造用于电线圈，而是也构造由于待耦合的能电驱动的车辆。为此可以例如设置平台，该平台相应地是能定位的，并且出于无线的能源技术上的耦合的目的，能电驱动的车辆可以开到该平台上。

此外，充电站也可以具有显示单元，该显示单元可以为能电驱动的车辆的驾驶员可视地显示指令，驾驶员应该怎样定位，以便可以实现用于无线地能源技术上地耦合的尽可能最优的位置。显示单元例如可以如同在自动洗车装置中或类似地那样来构造并且具有信号灯，所述信号灯以相应的指令可视地通知驾驶员。

一个有利的改进方案提出，充电站具有用于使车辆在通讯技术上耦合的通讯接口。这实现了将之前所述的指令也传输到能电驱动的车辆本身，用于为驾驶员显示指令。此外，这个解决方案也能用于这样自动地移动车辆，使得该车辆占据期望的位置。出于这种目的而需要能电驱动的车辆具有自动的驾驶模式。

本发明相应地也包括这种计算机程序产品，其中当程序由计算机单元运行时，产品具有程序的程序编码段，程序用于进行根据本发明的方法。上面提到的计算机程序产品可以构造为计算机可读的存储介质。此外，程序可直接在计算单元的内部的存储器中读取。因此例如可能的是，程序从数据源、例如服务器的网络下载并且加载在计算单元的内部的存储器中，从而计算单元可以运行该程序。

计算机程序优选地包括计算机可读的介质，程序编码段储存到该介质上。这种计算机可读的介质例如可以是存储模块、Compact Disc(光盘)、USB-Stick(U盘)或者这一类的存储介质。

附图说明

根据附图从实施例的下面的说明中得出其他的优点和特征。在附图中相同的构件和功能以相同的标号标出。附图示出：

图1示意性地示出一个图示，该图示以曲线图示出在标准工作点上的相对于在电驱动的车辆和能充电站之间的偏移的传输功率，

图2示意性地示出一个图示，该图示如图1地示出在标准工作点上的相对于偏移的效率，

图3如图1地示意性地示出一个图示，然而在传输功率处于标准工作点之外时，

图4如图2地示意性地示出一个图示，然而如图3地具有在标准工作点之外的效率，

图5示意性地地示出用于根据本发明的方法过程的流程图，该方法过程用于找到能电驱动的车辆相对于充电站的最优的定位，

图6在示意性的视图中示出如图3地关于第一粗略定位的图示，

图7如图4地示出具有如在图6中关于第一粗略定位的工作点的图示，

图8如图6地示出根据与具有相应的工作点有关的传输功率的第一优化方案的图示，在该工作点上达到作为功率比较数值的额定功率，

图9如图7地示出根据如图8的第一优化方案的简图，

图10示意性地示出如图8示出的一个图示，其中在效率方面补充地关于进行优化，

图11示出如图9示出的一个图示，然而具有根据图10的优化方案。

具体实施方式

在图1和2中示出示意性的图示，在该图示中，根据能电驱动的车辆相对于充电站的偏移借助各一个曲线图示意性地示出传输功率(图1)和效率(图2)，当相应于充电站和能电驱动的车辆的相应的谐振电路的调谐满足边界条件时。这在下面称为标准工作点。如果允许的偏移、或者延伸为气隙区域满足假设，即在偏移为零时达到能电驱动的车辆相对于充电站的最优的位置，则不强制运动。图3和图4在传输功率和效率的示意性的图示中根据处于标准工作点之外的偏移示出相应的可能的走向。可以看出的是，不仅最大的传输功率和效率不是存在于偏移为零时，而是替代地存在于偏移偏离零时。

下述的实施例涉及，即不基于当前未满足的假设来选择能电驱动的车辆相对于充电站的位置，而是替代地使用实际的运行参数。因此，关于传输功率和效率出于感应的能量传输的目的为了无线地能源技术上地耦合可以找到能电驱动的车辆相对于充电站的最优的位置。图5示出示意性的流程图，所述流程图的方法过程实现了找到能电驱动的车辆相对于充电站的最优的位置。

图5以流程图的形式示出示意性的方法过程，该流程图适用于将能量从充电站传输到与充电站无线地能源技术上耦合的、能电驱动的车辆上的方法，所述传输未在附图中示出。借助由未示出的电线圈提供的磁交变场把能量从充电站传输到能电驱动的车辆上。出于这个目的，借助逆变器在谐振运行中将电交变电压施加给电线圈。为此，充电站获得电能量源、在此为公共的能源供应网络的电能。能电驱动的车辆相应地具有与磁交变场相互作用的电线圈，借助电线圈在车辆侧提供作为电能的接收的能量。

为了建立无线的能源技术上的耦合，能电驱动的车辆相对于充电站定位。为此而提出，在可预定的步骤中，能电驱动的车辆能够在可预定的方向上运动。可替换地或补充地也可以提出，充电站的电线圈能够以相应的方式运动。

在考虑在把能量从充电站传输到能电驱动的车辆上期间的运行参数的情况下实现该定位。

根据图5，所述方法以在步骤10中的Start开始。在步骤12中测定传输功率P_out并且确定相应的变量P_out(x)。然后在步骤14中实现车辆从当前的位置以一个路径单位Δx运动。在进行能电驱动的车辆位置改变之后，在步骤16中测定新的传输功率P_out(x)并且检验，是否所述功率大于或等于之前测定的功率。同时测定，是否传输功率小于或等于预定的比较功率。在这种情况中，运行参数是传输功率。如果传输功率随着位置的改变而增加，那么方法过程跳回到步骤14并且实现以另一个路径单位继续改变位置，紧接着重新进行步骤16。

如果在步骤16中传输功率P_out(x)不再随着增加的位置改变而增加，更确切地说，传输功率P_out(x)大于比较功率，那么在满足哪个条件之后，所述方法以步骤18，20，22中的一个继续进行。步骤18，20，22中的每个描述了用于三种情况中的一种的进行的步骤，根据所述步骤可以继续执行所述方法。

如果根据步骤18得出检验结果，即传输功率P_out(x)小于之前测定的传输功率P_out(x-Δx)并且传输功率P_out(x)小于或等于比较功率，那么在步骤24中实现了以一个路径单位减少能电驱动的车辆的定位，并且在步骤26中结束所述方法。因此在这种情况中，仅仅减少的功率传输是可能的。

如果与之相反在步骤21中在那里设置的检验中，传输功率P_out(x)小于之前测定的传输功率P_out(x-Δx)并且传输功率P_out(x)大于或等于比较功率，那么在步骤40中继续执行所述方法，在如在步骤24的所述步骤中，以一个路径单位减少能电驱动的车辆的位置。在这种情况中在步骤42中结束所述方法，其中以最大程度实现要求的功率传输。

如果与之相反在根据步骤20中的检测中，传输功率P_out(x)大于或等于之前测定的传输功率P_out(x-Δx)并且传输功率P_out(x)大于或等于比较功率，那么在步骤28中进行所述方法。在步骤28中，变量η(x)确定为在当前位置的当前效率。所述方法接着在步骤30中继续执行。在步骤30中，再次以一个路径单位Δx在相同的方向上改变能电驱动的车辆的位置。所述方法接着在步骤32中继续执行，在所述步骤中检验，是否效率η(x)大于或等于之前测定的效率η(x+-Δx)并且传输功率P_out(x)大于或等于比较功率P_soll。如果是这种情况，那么所述方法跳回到步骤30并且在相同的方向上重新改变能电驱动的车辆的位置。

在步骤32中得出检验结果，即不满足这些条件，那么在步骤36中以一个路径单位Δx减少能电驱动的车辆的位置。接着在步骤38中结束所述方法，其中在要求的传输功率下达到最大的效率。

下述的附图和下述的说明部分补充地说明了前述的根据图5说明的过程。

这参考图6和7。首先，能电驱动的车辆粗略地相对于充电站定位，从而无线的能源技术上的耦合基本上是可能的。在此偏移是大的，而传输功率和效率是小的。相应于在图5中的步骤12测定传输功率。在图6中在具有传输功率P_min的x＝0的位置上示出示例性的工作点。图7对于相应的位置示出所属的效率η。

下面按步骤地减小所述偏移(步骤14)并且重新测定当前的传输功率。重新测定的传输功率与之前测定的传输功率相比较。重复这个步骤，直到传输功率的当前数值大于预定数值或者传输功率小于或等于比较功率(步骤16)。当不再满足这个条件时，区分三种情况，所述情况在图5中表示为三个并排示出的过程分支。

具有步骤18，24和26的左边的分支相应于第一种情况，其中传输功率的当前数值小于之前测定的数值并且也小于比较功率。在这种情况中已经超过了能源技术上的耦合的最优点。在图5中的左边的分支中示出了这种情况。

由能电驱动的车辆和充电站构成的系统例如由于允许的气隙的过大的偏差处于在系统设计中当作的工作区域之外并且不能较好地定位。以一个步距将偏移回到最优点(步骤24)并且在这个工作点上以减小的功率传输运行所述系统。

如果传输功率的当前数值大于比较功率P_soll并且也大于之前测定的传输功率，那么根据第二种情况可以进行关于效率的另一种优化。在图5的流程图的中间的分支中根据步骤20以及28至38示出这种情况。图8和9示出用于开始步骤20的优化的状态。

首先测定当前效率η。接着按步骤地减小偏移，并且当前效率分别重新被测定并且与预定的效率相比较。重复该步骤，直到效率的当前数值大于预定的数值或者传输功率小于或等于比较功率P_soll。如果不满足这个条件，则超过了最优的工作点。接着以一个步距将偏移移回，从而达到最优的位置。在图10和11中示意性地示出相应的工作点。

在开始与步骤22的第三种情况中，传输功率的当前数值小于先前步骤的数值并且大于或等于比较功率P_soll。在这种情况中已经超过了系统的最优点并且关于效率的优化是无意义的。在步骤24中以一个步距将偏移移回到最优点。在这种情况中，车辆最优地被定位并且能够以需要的可传输的功率来运行。在此以步骤42结束所述方法。

根据这个实施例提出，相应地跟踪车辆的位置。然而可替换地或补充地可能的是，以这种方式跟踪地面侧的或车辆侧的电线圈位置。

总之由本发明得出的优点在于，总是可以找到车辆相对于充电站的最优的位置，也就是说也当不满足关于系统设计的假设、特别是充电站和能电驱动的车辆的谐振电路的调谐。此外，本发明可能的是，可以在能达到的最大的效率和期望的传输功率下进行无线的能源技术上的耦合。此外本发明实现了，例如由于相应的偏移或类似的情况在过小的气隙下通过平衡误差调整可以实现扩大的工作区域。因此可以避免开头所述的缺点。

前述的实施例应该仅仅说明本发明并且不限制本发明。显而易见地，专业人员在不脱离本发明的额核心构思的情况下在需求下可以设置相应地变体。

当然也能够以任意的方式适合于需要地将各个特征互相组合。此外，当然也可以通过相应的方法步骤说明装置特征并且反之亦然。

Claims (13)

1.一种用于把能量从充电站传输到与所述充电站无线地能源技术上地耦合的能电驱动的车辆上的方法，其中借助由电线圈提供的磁交变场把所述能量从所述充电站传输到能电驱动的所述车辆，出于所述的目的，借助逆变器在谐振运行中将电交变电压施加给所述电线圈，并且所述充电站获得电能量源的电能，其特征在于，为了建立无线的能源技术上的所述耦合，能电驱动的所述车辆相对于所述充电站定位，其中在考虑运行参数的情况下，在把能量从所述充电站传输到能电驱动的所述车辆上期间实现所述定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由于车辆位置的预定的变化而对所述运行参数的变化进行分析。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，传输功率和/或功率传输的效率用作所述运行参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传输功率与能预定的功率比较值相比较。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法的执行以达到所述传输功率的最大值而结束。

6.根据前述权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述效率与效率比较值相比较。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法的执行以达到所述效率的最大值而结束。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，随着改变的定位而重复所述方法。

9.一种充电站，所述充电站用于把能量从充电站传输到与所述充电站无线地能源技术上地耦合的能电驱动的车辆上，所述充电站具有用于电能量源的接口、逆变器以及与所述逆变器连接的电线圈，所述电线圈用于借助磁交变场提供用于无线的能源技术上的耦合的能量，出于所述的目的，所述逆变器设置用于在谐振运行中将电交变电压施加给所述电线圈，其特征在于，所述充电站具有用于探测能电驱动的所述车辆的位置并且探测在传输能量期间的运行参数的探测单元以及用于使能电驱动的所述车辆定位的控制单元。

10.根据权利要求9所述的充电站，其特征在于，所述充电站具有能借助所述控制单元控制的、用于所述充电站的所述电线圈的和/或能电驱动的所述车辆的定位装置。

11.根据权利要求9或10所述的充电站，其特征在于，所述充电站具有显示单元。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的充电站，其特征在于，所述充电站具有用于在通讯技术上耦合所述车辆的通讯接口。

13.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于所述充电站(10)的计算机单元的程序，其中当所述程序由所述计算机单元运行时，所述程序具有程序的程序编码段，所述程序用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。