CN105722380B - 用于电动车辆感应充电板的防护罩 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于电动车辆感应充电板的防护罩。一种车辆包括车辆线圈组件，车辆线圈组件被构造为与地面线圈组件耦合，在车辆线圈组件和地面线圈组件之间存在磁场，用于将电力无线传输至车辆。车辆线圈组件包括可充气的防护罩，所述防护罩被构造为从车辆伸出并在磁场的一部分周围形成屏障。

Description

用于电动车辆感应充电板的防护罩
技术领域
本公开涉及电动车辆充电板及用于电动车辆充电板的防护罩。
背景技术
感应无线电力传输(WPT)利用两个磁场耦合单元(即，初级线圈和次级线圈)之间的磁耦合。WPT系统可被用来为电动车辆以及移动设备、医疗设备等充电。典型的耦合单元可包括充电板，充电板利用强交流(AC)磁场以比得上导电充电电缆的速率(例如，3.3KW或更大)将电力耦合至车辆。这种电力需要在充电板上方具有高场强。然而，某些需求可对WPT系统的电磁场的使用或暴露设置限制。
发明内容
一种车辆，包括车辆线圈组件，车辆线圈组件被构造为与地面线圈组件耦合，在车辆线圈组件和地面线圈组件之间存在磁场,用于将电力无线传输至车辆。车辆线圈组件包括可充气的防护罩，所述防护罩被构造为从车辆伸出并在磁场的一部分周围形成屏障。
初级线圈组件包括初级线圈和防护罩组件，所述初级线圈被构造为与车辆中的次级线圈耦合,用于向车辆无线电力传输，所述防护罩组件在初级线圈周围延伸。所述防护罩组件包括传感器和可膨胀的防护罩，所述传感器被配置为提供传感器数据，所述可膨胀的防护罩被构造为从初级线圈延伸到次级线圈，以在线圈之间的磁场的一部分周围形成屏障。初级线圈组件还包括控制器，所述控制器被配置为基于传感器数据激励初级线圈。
所述防护罩包括柔性非金属材料。
所述传感器数据代表防护罩的膨胀。
所述传感器数据包括指示防护罩内部的空气压力的空气压力数据和指示通过空气入口供应到防护罩的空气的空气流数据。
所述控制器还被配置为：响应于感测的数据落在预定的范围之外，对初级线圈去激励。
所述防护罩组件包括与防护罩的周长关联并被构造为限制磁场泄漏的导电环。
所述防护罩组件包括多个铁氧体板，所述多个铁氧体板与防护罩相关联并被构造为限制磁场的泄露。
一种无线电力传输方法，包括：响应于指示初级感应线圈和车载次级感应线圈之间的对齐的数据，命令包围线圈之一的柔性防护罩朝向线圈中的另一个膨胀；响应于指示防护罩中的压力的数据落入预先限定的范围，命令初级感应线圈发起至次级感应线圈的无线电力传输。
所述方法还包括，响应于指示防护罩中的压力的数据落在预定的范围之外，命令初级感应线圈终止无线电力传输。
所述方法还包括，响应于指示与防护罩相关的温度的数据超过阈值，命令初级感应线圈终止无线电力传输。
附图说明
参照下面结合附图的详细的描述，各个实施例的其它特征将变得更加明显并且将被最佳地理解，在附图中：
图1示出了用于车辆的无线电力传输系统；
图2至图4和图7示出了防护罩组件的侧视图，其中，防护罩组件的一部分被去掉；
图5和图8示出了防护罩组件的截面形式的平面图(截面穿过防护板截取，这样是在防护板的底部向内看)；
图6示出了防护罩组件的仰视图；
图9示出了用于无线电力传输系统的过程。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的详细的实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以各种和可替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员以各种形式使用本发明的代表性基础。
用于电动车辆的WPT可以利用初级充电站来实现。这些充电站可实现电动车辆的充电，以提高电动车辆的行驶范围和使用性。充电站处的地面线圈组件可与车辆线圈组件耦合以将电力从充电站无线传输至车辆。在线圈组件之间产生的磁场促进电力传输。这种场在线圈组件附近会产生磁场泄漏。防护罩组件可被包括在一个线圈组件或两个线圈组件中并且可包围磁场区域。在电力传输过程中，可展开的防护罩可包含至两个线圈组件之间的区域的至少一部分泄露。
防护罩组件还可包括结合到控制器的传感器。传感器和控制器可在防护罩完全延展开时允许电力传输。在检测到防护罩没有完全延展开时，线圈可被指令为停止电力传输。因此，防护罩组件可在充电区域出现妨碍或物体的情况下禁止电力传输。防护罩组件还可提供温度监测、火焰检测和控制、冷却功能和关机触发器。
图1是示例性的无线电力传输系统100，示出了初级线圈组件105和车辆115内的次级线圈组件110。初级线圈组件105可连接到外部电源和相关的控制器120。车辆115可包括与次级线圈组件110可操作地布置在一起的可充电电池125和电力电子器件130(包括整流器)。初级线圈组件105和次级线圈组件110中的每个可包括至少一个线圈(例如，相应的初级线圈和次级线圈)。当电流流过初级线圈时，从初级线圈发射的能量可在次级线圈处被接收，并用于为电池125充电。也就是说，在次级线圈组件110处接收的电力可流过电力电子器件130并流至电池125。
线圈组件105和110中的一个或两者可包括防护罩装置155(也称为防护罩组件155)。防护罩装置155(如图1中所示的未展开的状态)可以是被构造为在线圈组件105和和110周围创建遮蔽或屏障的罩。一旦线圈组件105和110对齐，防护罩160(图2中所示)可从线圈组件105和110中的一个伸出并创建包围线圈的封闭区域。例如，防护罩160可具有柔性材料并可从次级线圈组件110伸出。在膨胀时，防护罩160可与初级线圈组件105邻接。防护罩160可在线圈周围创建外壳，从而在线圈耦合并且在线圈之间产生电磁场时，通过耦合产生的电磁场主要被包含在防护罩160的内部。在一些示例中，防护罩160可具有围绕线圈的四个面。在其它示例中，防护罩160可具有圆形形状或气球形形状。进一步地，虽然防护罩装置155被描述为包括在次级线圈组件110中，但是可在初级线圈组件处额外包括防护罩装置155，或者可选择地，在初级线圈组件处包括防护罩装置155。
防护罩160可通过此处描述的几种机构来膨胀。在一个示例中，可迫使气体进入防护罩160的内部以促进膨胀。在另一个示例中，支撑构件可被布置在防护罩装置155的拐角处并可促进防护罩160的膨胀和缩回。下面更详细地描述这些机构。
防护罩160可由诸如塑料的柔性、非金属材料制成。也可使用具有低导电率的其它材料。在一些示例中，防护罩160可由在高温下熔化的材料形成，或者防护罩160可以是由阻燃材料形成的袋状装置。因此，防护罩160可限制卡在线圈组件105和110之间的杂物附近的可用的氧气。此外或可选择地，用于使防护罩160膨胀的任何气体可以是诸如CO2的抑制气体(suppressing gas)。例如，如果杂物在防护罩160中造成孔，那么CO2会从孔中溢出并将杂物泡在CO2中。
控制模块150(也称为控制器150)可结合到电力电子器件130和/或次级线圈组件110，并且控制模块150可被构造为控制防护罩装置155和其中的机构。控制模块150可以是车辆115中的电子控制模块的一部分。控制模块150可以替代的是被构造为控制防护罩装置155的独立控制器。控制器150可包括存储器和用于执行计算机可读指令的处理器，并且可与其它系统交互。例如，控制器150可与初级线圈组件105通信。例如，控制模块150还可与防护罩装置155中的特定特征(诸如但不限于气体装置170、传感器175、195等，如图2中所示)交互并通信。
图2示出了从次级线圈组件110伸出的膨胀的防护罩装置155。当不使用防护罩装置155时，防护罩160可被保持在次级线圈组件110处或者被保持为抵着次级线圈组件110。也就是说，防护罩160可以是可缩回的以不干涉车辆115的正常操作。在初级线圈组件105和次级线圈组件110之间WPT期间，防护罩160可膨胀。
防护罩装置155可包括防护罩160和气体装置170。气体装置170(例如，加压气罐和相关的分配机构)被构造为将气体充入防护罩160。气体装置170可充入空气、CO2或其它气体。气体可提供对防护罩160内部的冷却。此外，气体可帮助防护罩160膨胀或展开。
气体装置170可包括传感器195，传感器195被构造为收集传感器数据并将传感器数据发送至控制模块150。传感器195还可与气体装置170通信以控制流入防护罩160内部的气体的量。传感器数据可包括指示防护罩160膨胀的数据。在一个示例中，传感器195可以是空气压力传感器，并且传感器数据可指示防护罩160内部的空气压力。在另一个示例中，传感器195可以是红外传感器或超声传感器，红外传感器或超声传感器能够提供指示次级线圈组件110和防护罩160的底部之间的距离(如图2中的距离D表示的)的传感器数据(例如，延时)。在又一个示例中，传感器195可以是被构造为监测防护罩160的内部的温度的温度计。在又一个示例中，传感器195可以是超声波传感器或声传感器，超声波传感器或声传感器被构造为基于从防护罩160的底部反射的超声波(从初级线圈表面反射的波)的声共振频率或模态响应来感测防护罩160中的空气的体积。
传感器数据可被发送到控制模块150，并且控制模块150可评估并分析数据。在评估时，控制模块150可确定防护罩160是否完全展开。控制模块150可确定传感器数据是否完全落入预先限定的范围内。在一个示例中，如果传感器数据包括处于所述范围内的空气压力，这可指示防护罩160是完全展开的或膨胀的。如果传感器数据落在范围之外，这可指示由于物体处于充电区域而使压力太高。如果空气压力小于所述范围，可能由于防护罩160中的故障(例如，防护罩中的孔)而由此阻止防护罩160完全展开，使得防护罩160没有完全展开。在传感器数据指示防护罩160没有完全展开的情况下，控制模块150可向相应的线圈组件110发送命令以断开WPT(或停止发送启动信号)。除了表示防护罩160内的空气压力以外，传感器数据还能够表示泵入防护罩160的气体的量。
一旦传感器数据指示防护罩160完全展开，则控制模块120、150可启动WPT。在包括电力传输期间的线圈组件105和110对齐的整个过程中，控制模块150处可实时接收或接近实时接收传感器数据。如果检测到传感器数据有变化(例如，如果空气压力变化)，则控制模块150可发送适当的命令以停止、开始或重新开始充电。例如，如果在WPT期间，传感器数据指示防护罩160不再完全膨胀，则控制模块150可指令WPT停止。
气体装置170可包括用于与传感器195通信的控制器(未示出)。此外或可选择地，传感器195可直接与控制模块150通信。传感器195可将感测的空气压力发送至控制模块150。然后，控制模块150可对气流进行适当地调整。例如，如果空气压力超过预先限定的量，则气体装置170可使空气停止流入防护罩160的内部。在传感器195不是空气压力传感器(例如，诸如红外线或超声的距离传感器)的情况下，气体装置170可包括与传感器195分离的气体传感器175。气体传感器175可向气体控制器提供空气压力数据，从而可对气流进行调整。(在图2的示例中，防护罩装置155与次级线圈组件110相关联。在其它示例中，防护罩装置155可如上所述与初级线圈组件105相关联。在这些情况下，此处描述的控制器150的操作可通过控制器120来执行。)
气体装置170还可包括入口或喷头180，气体可通过入口或喷头180进入防护罩160的内部。气体装置170可以是能够产生气体或气流的任何装置。在一个示例中，气体装置可以是包括马达和泵轮或往复泵或隔膜泵的风扇，风扇被构造为将空气送入防护罩160。气体装置170可被用于使防护罩160膨胀。气体装置170还可被用于使防护罩160缩回。例如，风扇中的泵轮可反向将气体从防护罩160的内部推出。防护罩160还可包括被构造为释放其中的空气的阀(未示出)。
在一些示例中，传感器195检测的空气压力和气体传感器175检测的气流均可被用于确定防护罩160是否已经完全膨胀。如果通过喷头180输入到防护罩160中的气体的量指示防护罩160已经完全膨胀，但是空气压力指示没有完全膨胀，则控制器150可确定防护罩160具有孔。也就是说，由于空气通过孔流出，所以当与供应到防护罩160的空气量相比较时，空气压力过低。
防护罩160可包括一个或更多个导电环185。环185可由利兹线(Litz wire)制成。导电环185可被布置在展开的防护罩160的周长周围。在WPT期间，可在环185中被动地感应出涡电流(Eddy current)。涡电流可在防护罩160的周长周围产生场，因此引导任何电磁场向内朝向防护罩160的内部。这可使暴露并辐射到防护罩160的外部的电磁场(EMF)减小。
在防护罩160包括导电环185(或多个导电环185)的示例中，传感器195可以是被构造为检测环185的位置和膨胀的相机。相机捕捉到的图像可被构造为确定环185的位置，并且因此被用于确定防护罩160是否完全展开。
在另一个示例中，防护罩160的内部可包括格状图案，格状图案可被由相机拍摄的图像捕捉。图案可被用来确定防护罩160的膨胀状态。例如，如果防护罩160的内部被成像并且格状线呈现为紧靠在一起，则控制器150可确定防护罩160没有完全膨胀。然而，如果成像的内部示出的格状线是控制器150视为适当的距离，则防护罩160可被确定为完全膨胀。控制器150可在由相机捕捉的图像上进行测量，以确定格状线之间的距离是否超过阈值。格状线可以是水平、竖直和倾斜中的至少一种。
相机也可以是被构造为确定组件155的底部的温度(例如，在初级线圈105处的温度)的红外线相机。防护罩160可帮助保持相机镜头清洁，从而能够实现重复拍摄和检测。
图3示出了另一个防护罩组件255。(关于图2至图8，类似标号的元件具有类似的描述。例如，110、210、310、510表示次级线圈组件，170、270、370、470表示气体装置，175、275、375、575表示气体传感器，180、280、380、580表示入口或喷头，195、295表示传感器。)示出的防护罩组件255的防护罩260可包括多个铁氧体板或铁氧体垫290，多个铁氧体板290位于防护罩260的内侧上(或嵌入在防护罩260中)。这些板290可被布置在柔性防护罩260周围并遍及防护罩260，并且这些板290可被构造为增加充电区域内的磁耦合系数并减少EMF和电磁电流(EMC)暴露，同时仍然保持防护罩260的可折叠性。铁氧体垫290可交错(或对齐地)处于整个防护罩260的内部，使得防护罩260可保持其柔韧性。此外或可选择地，垫290可被布置在防护罩260的外袋中。
图4示出了另一个防护罩组件355，其中，防护罩360可限定多个孔361。孔361可允许空气或气体从防护罩360的内部通向外部。孔361可足够大以允许空气或气体通过，但是足够小以基本不影响防护罩360的膨胀。
通过允许空气或气体离开防护罩360的内部，可在相应的线圈组件和充电区域周围产生气流。在WPT期间，高温会是一个关注点，这样的气流可利于线圈组件的冷却。
图5示出了膨胀的防护罩组件455的平面截面视图。防护罩组件455可包括基座411。基座可以是被构造为在防护罩460膨胀时邻接相应的初级线圈组件的刚性构件。基座411可具有矩形形状并帮助保持防护罩460的形状。多个支撑构件405可以连接到基座411，将参照图7更详细地讨论支撑构件。
图6示出了缩回的防护罩组件455的仰视图。在防护罩460展开之前，其可被卷在防护罩组件455内的容器415中。在不使用时，容器可容纳防护罩460，使得防护罩460可被保护并且不与正常的车辆操作干涉。组件455可包括将防护罩460保持在容器内的至少一个闩锁420。闩锁420可从容器415的外侧延伸至基座411。当相应的次级线圈组件与初级线圈组件耦合时，至少一个闩锁420可根据来自控制模块的命令而释放，由此释放防护罩460。
图7示出了另一个示例性的具有支撑构件505的防护罩组件555。在通过气体装置570供应的空气或气体可使防护罩560膨胀并展开时，支撑构件505也可促进防护罩560的展开。支撑构件505可给柔性防护罩560提供结构并帮助保持防护罩560的形状。此外，支撑构件505可通过推动或拉动基座511进入或远离相应的次级线圈组件而至少部分地对控制防护罩560的展开和缩回负责。
在一个示例中，支撑构件505可以是从次级线圈组件延伸到达初级线圈组件的可伸缩支撑件。支撑构件505还可以是(非金属)弹簧，如图7中所示。在本示例中，支撑构件505可提供可缩回的拉伸，在没有外力的作用下，将迫使防护罩560进入缩回位置(例如，被保持在容器内)。通过气体装置570提供的空气流或气体流可抵消回缩力而使防护罩560膨胀或展开。在停止提供空气流时，防护罩560可缩回。
支撑构件505可被控制模块控制。此外或可选择地，每个支撑构件505可具有与其相关联的控制器，或者每个支撑构件505可共享单独的但是与中央控制模块通信的控制器。
图8示出了展开的防护罩660的俯视图，其中，防护罩组件655的基座611限定多个基座孔625。基座孔625可允许空气到达初级线圈组件，并且因此冷却组件。基座611的底部上的间隔件(未示出)可将基座611与相应的初级线圈组件分隔开。在此设想的防护罩组件可在充电区域周围形成封闭的屏障。在一些示例中，防护罩组件可创建密封的外壳。在其它示例中，防护罩可创建非密封的屏障，但是仍然有效地限制EMT和EMC的暴露，也防止物体进入充电区域。
图9示出了基于传感器数据控制WPT的过程900。过程可在框905处开始，其中，控制模块150可确认线圈组件105和110之间的耦合已经发生，或者即将发生。在控制模块150接收到次级线圈组件110已经接收到来自初级线圈组件105的信号的指示时，可产生这个耦合指示，由此指示两个线圈组件105和110对齐并可准备接入WPT。
在框910处，一旦已经接收到指示线圈组件105、110准备进行WPT的耦合指示，则控制模块150可指令防护罩160展开。
在框915处，控制模块150可接收来自传感器195的传感器数据。如以上说明的，传感器数据可包括空气压力、距离、温度、声音等以指示膨胀的程度。
在框920处，控制模块150可确定传感器数据是否指示防护罩160完全展开。也就是说，传感器数据可与预先限定的阈值进行比较以确定防护罩160是否被适当地放置。如果传感器数据指示防护罩160没有完全展开，则其可能是由充电区域内的物体造成的，防止了防护罩160完全展开。如果传感器数据没有指示完全展开/膨胀，则过程进行到框925。如果数据指示完全展开/膨胀，则过程进行到框930。
在框925处，控制模块150可发出指示物体可能妨碍充电区域的警告。这个警告可以是经由车辆音频系统发出的音频警告。这个警告还可以是在一个车辆的显示屏上的视觉显示。然后，所述过程可进行到框915，并继续接收传感器数据，直到防护罩160完全展开。
在框930处，在实现防护罩160正确地就位(例如，完全展开/膨胀)时，控制模块150可指令线圈组件105、110开始WPT。这可包括向初级线圈组件105发送信号以启动电流流过初级线圈。
在框935处，控制模块150可在发生WPT时继续接收传感器数据。这种连续监测允许防护罩组件155识别在电力传输期间物体是否进入充电区域。
在框940处，如果传感器数据指示防护罩160没有完全展开，则所述过程进行到框950，其中，控制模块150指令WPT停止。然后，所述过程进行到框925。如果传感器数据继续指示防护罩160完全展开，则所述过程进行到框955。在框935处，所述过程900继续接收传感器数据，直到在框955处，WPT完成。然后，所述过程900结束。
在此描述的计算设备通常包括计算机可执行指令，其中，所述指令可被一个或更多个计算设备(诸如，以上列出的)执行。计算机可执行指令可通过使用多种编程语言和/或技术(包括但不限于，JavaTM、C、C++、Visual Basic、Java Script、Perl单独或它们的组合)创建的计算机程序编译或解释。通常，处理器(例如，微处理器)接收来自存储器、计算机可读介质等的指令，并执行这些指令，由此执行一个或更多个过程(包括在此描述的一个或更多个过程)。这些指令和其它数据可使用多种计算机可读介质存储和传输。
关于在此描述的过程、系统、方法、启发等，应该理解的是，虽然这些过程的步骤等已经被描述为按照某一有序序列发生，但是可在所描述的步骤以除了在此描述的顺序的顺序被执行的情况下来实施这些过程。应该进一步理解的是，可同时执行某些步骤，可增加其它步骤，或者可省略在此描述的某些步骤。换句话说，在此提供过程的描述用于示出某些实施例的目的，绝不应该被解释为限制权利要求。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地说，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变。此外，可以组合各个实施的实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (6)

1.一种车辆，包括：
车辆线圈组件，被构造为与地面线圈组件耦合，在车辆线圈组件和地面线圈组件之间存在磁场，用于向车辆无线电力传输，并且车辆线圈组件包括可充气的防护罩，所述防护罩被构造为从车辆伸出并在磁场的一部分周围形成屏障，其中，所述防护罩包括导电环，所述导电环围绕所述防护罩的周边布置并被构造为限制磁场的泄露，其中，所述车辆线圈组件包括至少一个传感器，所述传感器被构造为感测指示所述导电环的位置和膨胀的数据，用于确定防护罩的膨胀状态。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述防护罩包括柔性非金属阻燃材料。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述防护罩包括多个铁氧体板，所述多个铁氧体板被布置在所述防护罩周围并遍及所述防护罩，并且被构造为限制磁场的泄露。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述传感器是相机，并且所述数据包括所述导电环的图像。
5.根据权利要求1所述的车辆，还包括控制器，所述控制器被配置为：响应于所述数据落入预定的范围，请求从地面线圈组件进行无线电力传输。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于所述数据落在预定的范围之外，断开无线电力传输。
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