CN105980198A - 在感应式充电情况下的场屏蔽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于减小车辆的电磁场的设备和一种相应的方法。描述了一种用于车辆(100)的控制单元(202)。控制单元(202)设计用于确定电磁干扰场(322)的一个或多个特性。控制单元(202)还设计用于引起车辆(100)的发送单元(201)发出反向场(321)，所述反向场减小干扰场(322)在围绕车辆(100)的和/或在车辆中的第一区域(201)内的场强度。

Description

在感应式充电情况下的场屏蔽
技术领域
本发明涉及一种用于例如在车辆感应式充电的情况下减小电磁场的设备和一种相应的方法。
背景技术
具有电驱动装置的车辆通常具有电池，在所述电池中能够储存有用于使车辆的电动机运行的电能。车辆的电池能够使用来自供电网的电能充电。为了该目的，电池与供电网耦合，以便将电能从供电网传输到车辆的电池中。所述耦合能够有线地(经由充电电缆)和/或无线地(借助在充电站和车辆之间的感应耦合)进行。
一种用于为车辆的电池自动地、无线地、感应式充电的方法是，从地面到车辆底部经由在离地间隙120上的磁感应将电能传输给电池。这例如在图1中示出。
尤其是，图1示出具有用于电能的蓄能器103(例如具有可充电电池103)的车辆100。车辆100包括在车辆底部中的所谓的次级线圈102，其中，次级线圈102经由未示出的阻抗匹配和整流器101与蓄能器103连接。
次级线圈102能够定位在初级线圈111上方，其中，初级线圈111例如安装在车库地面上。初级线圈111与供电装置110连接。供电装置110能够包括射频发生器，所述射频发生器产生在初级线圈111中的AC(交流)电流，由此感应出磁场。在初级线圈111和次级线圈102之间在离地间隙120上的磁耦合充足的情况下，通过磁场感应出在次级线圈102中的相应的电压进而也感应出电流。所感生出的在次级线圈102中的电流通过整流器101整流并且储存在蓄能器103中(例如电池中)。因此能够将电能无线地从供电装置110传输给车辆100的蓄能器103。
发明内容
通过在线圈111、102中的AC电流典型地产生电磁场，所述电磁场能够对周围环境产生干扰影响。例如，能够通过电磁场影响车辆100的或相邻车辆100的功能。本文献涉及下述目的：屏蔽和/或减少(例如在特定范围中补偿)在感应式充电时所产生的电磁场。此外，本文献涉及的目的是：减小和必要时消除在感应式充电时产生的电磁场对车辆100的和/或相邻车辆的特定功能的影响。
所述目的通过独立权利要求得以实现。有利的实施形式主要在从属权利要求中描述。
根据一个方面描述一种用于车辆的控制单元。车辆例如能够是双轨或单轨车辆。尤其是，车辆能够是客车、卡车或摩托车。车辆能够包括电动机，所述电动机能够用于驱动车辆。此外，车辆能够包括用于储存电能的蓄能器。此外，车辆能够包括充电线圈，通过所述充电线圈引起电磁干扰场。
控制单元设计用于确定尤其是通过感应式充电引起的电磁干扰场的一个或多个特性。但是，干扰场也能够通过车辆的其它功率电子装置引起。干扰场的一个或多个特性尤其是能够包括干扰场在围绕车辆的和/或在车辆中的一个或多个部位处的一个或多个场强度值和/或干扰场的频率。干扰场的频率能够位于LF范围(低频范围)中，即位于在30kHz和300kHz之间的长波范围中。场强度能够随着与产生干扰场的充电线圈的距离的增加而减小。
能够借助测量值确定干扰场的一个或多个特性，所述测量值例如通过车辆的一个或多个传感器来检测。替选地或补充地，能够预先限定一个或多个特性并且将其存储在车辆的存储单元上。尤其当干扰场通过车辆的充电线圈(即次级线圈)产生时能够是这种情况。换言之，尤其当干扰场通过车辆的感应式充电过程产生时是这种情况。因此控制单元能够设计用于访问存储单元并且因此确定干扰场的一个或多个特性。
控制单元还设计用于引起车辆的一个或多个发送单元发出反向场，所述反向场减小干扰场在围绕车辆的和/或在车辆中的第一区域中的场强度。反向场能够这样确定和发出，使得通过反向场与干扰场在第一区域中的叠加而获得相消干涉。第一区域能够包括一个或多个发送单元的周围环境，所述周围环境邻接于一个或多个发送单元。
通过发出反向场能够屏蔽(至少在第一区域中的)干扰场。这引起第一区域中的电磁辐射的减小。这还引起：第一区域中的车辆功能(例如接入功能)不受干扰场影响。
发送单元能够是专门用于减小和/或消除第一区域中的干扰场的发送单元。替选地或补充地，能够采用已经在车辆中用于其它车辆功能(尤其是用于接入车辆的接入功能)的发送单元。车辆能够设计用于提供接入车辆的“无钥匙的”接入功能。接入功能能够是下述功能：所述功能允许用户在无需操作车辆钥匙的情况下打开车辆的门。为了该目的，接入功能能够包括在车辆和车辆外部的认证单元(例如车辆钥匙)之间交换认证信号。
发送单元能够设计用于将认证信号发送给认证单元。能够借助所发送的认证信号对干扰场进行干涉，进而影响接入功能。通过反向场，能够屏蔽第一区域中的干扰场，使得在第一区域中的认证信号的交换能够不受干扰地进行，进而接入功能能够不受干扰地起作用。
控制单元能够设计用于使发送单元发出反向场与认证信号的叠加。换言之，发送单元能够用于既屏蔽干扰信号也提供接入功能。由此能够以低成本的方式实现干扰信号的屏蔽，因为能够采用已经存在的车辆部件。
控制单元能够设计用于改变反向场，以便减小在围绕车辆的和/或在车辆中的第二区域内的干扰场。在此，第二区域能够包括围绕车辆的和/或在车辆中的至少一个部位，该部位不存在于第一区域中。例如，控制单元能够设计用于引起反向场的放射，使得具有减小的干扰场场强度的区域紧随认证单元，进而在围绕车辆和/或在车辆中的每个任意部位处能够确保车辆的无干扰的接入功能。
车辆能够在车辆的不同部位处包括多个发送单元。发送单元例如能够设置在车辆的侧面、前部区域和/或后部区域中。用于减小在第一区域中的干扰场的反向场能够通过多个发送单元产生。替选地或补充地，控制单元能够设计用于引起多个发送单元发出相应的多个反向场，所述反向场减小干扰场在相应的多个区域中的场强度。多个区域能够对应于多个发送单元设置在车辆的不同部位处。因此能够实现干扰场的必要时面状覆盖的屏蔽(例如在不同的时间点)。
根据另一方面描述一种用于屏蔽通过车辆的感应式充电引起的电磁干扰场的方法。所述方法包括确定干扰场的一个或多个特性。此外，所述方法包括发出反向场(例如通过车辆的发送单元引起发出反向场)，所述反向场减小和/或消除干扰场在围绕车辆的和/或在车辆中的第一区域内的场强度。
根据另一方面描述一种软件(SW)程序。该SW程序能够设计用于在处理器上执行并且进而执行在本文献中描述的方法。
根据另一方面描述一种存储介质。所述存储介质能够包括SW程序，所述SW程序设计用于在处理器上执行并且进而由此执行在本文献中描述的方法。
要注意的是，在本文献中描述的方法、设备和系统既能够独自地也能够与其它在本文献中描述的方法、设备和系统结合地使用。此外，在本文献中描述的方法、设备和系统的任何方面能够以各种方式相互组合。
附图说明
下面借助于实施例详细描述本发明。在此：
图1示出示例的用于对车辆感应式充电的设备；
图2示出示例的具有次级线圈的车辆和一个或多个用于与车辆钥匙通信的发送单元；
图3a、3b和3c示出示例的波和由其产生的叠加；和
图4示出示例的用于局部减小通过感应式充电产生的电磁场的方法的流程图。
具体实施方式
如开始所阐述的，本文献涉及屏蔽或(必要时局部地)减小通过对车辆100感应式充电而产生的电磁场。通过电磁场能够干扰车辆100的一个或多个功能。例如，车辆100能够包括允许在无需操作车辆钥匙的情况下打开车辆100的门的功能。这种功能由不同的车辆制造商以不同的商标名称提供。例如，BMW以名称“Comfort Access”提供这种功能。在本文献中，允许在无需操作车辆钥匙的情况下打开车辆100的门的功能被称为“接入功能”。
图2示出车辆100的框图，所述车辆包括多个发送单元201。发送单元201能够用于提供接入车辆100的接入功能。车辆100此外包括次级线圈102，所述次级线圈能够用于对车辆100的电池103感应式充电。车辆100此外包括控制单元202(例如车辆100的用于感应式充电的控制设备)，所述控制单元设计用于控制次级线圈102和/或多个发送单元201。
发送单元201能够设计用于(尤其在LF(即Low Frequency，低频)范围中)发出电磁场。发送单元201的示例发送频率在20kHz-130kHz的范围中。控制单元202能够设计用于：一旦识别出对车辆100的门的手柄进行操作，就经由一个或多个发送单元201发出请求信号(在本文献中也称为认证信号)。所述请求信号能够在LF范围中发出。车辆钥匙能够接收、评估请求信号并且必要时将响应信号发送给车辆100。车辆钥匙例如能够包括RFID(Radio FrequencyIdentifier，无线射频识别)应答器。车辆(100)能够包括接收单元例如作为发送单元201的一部分，所述接收单元设计用于从车辆钥匙接收响应信号。控制单元202能够设计用于评估(例如认证)响应信号并且引起：必要时打开车辆100的门。
一个或多个发送单元201能够发出在下述频率范围中的请求信号，所述频率范围因由充电线圈(初级线圈111和次级线圈102)产生的电磁场而受干扰。例如，为了感应式充电能够使用在90kHz-140kHz的范围中(亦即同样在LF范围中)的频率。所述频率处于用于发出请求信号的上述频率范围附近和/或覆盖用于发出请求信号的上述频率范围。因此能够因由充电线圈111、102产生的电磁场引起对车辆100的接入功能的干扰。在本文献中描述一种方法和一种相应的设备，通过所述方法和所述设备能够减小和/或消除对车辆100的接入功能的干扰。
如上面所阐述的，车辆100的接入功能使用特定数量的发送线圈201，借助所述发送线圈生成LF场，所述LF场由车辆接入钥匙中的3D线圈(或者三个单独的线圈)测量。由对LF场的测量能够确定车辆钥匙与发送线圈201的间距。借助于车辆中的多个发送线圈201能够确定当前的钥匙位置。由其尤其能够确定钥匙是否位于车辆100外部或内部。该信息能够用于允许或禁止车辆100的功能。例如，车辆100的马达起动能够仅在车辆钥匙位于车辆100中时才能够实现和/或车辆门的打开能够仅在发送线圈201和车辆钥匙之间的间距等于或小于预先限定的阈值时才能够实现。
发送线圈201能够设计用于以不同的频率发出信号。尤其是，控制单元202(例如控制单元202的微控制器)能够设计用于以一个或多个特定频率操控发送线圈201。为了产生不同的发送频率例如能够使用VCO(压控振荡器)。
在本文献中提出，车辆100的一个或多个发送单元201用于发出补偿信号，所述补偿信号设计用于通过与由充电线圈111、102产生的电磁场的叠加而产生振荡和/或通过相消干涉消除由充电线圈111、102产生的电磁场。示例的波的叠加在图3a、3b和3c中表明。所示出的是，两个波的相位和/或频率的改变如何引起波的增强或衰减。图3a示出两个相位和频率相同的波301、302的叠加，通过所述叠加获得增强的波303。通过在两个波311、312之间的小的频率偏差获得振荡313(图3b)。另一方面，具有相同频率、但具有相反相位的两个波321、322的叠加引起消除323。
这种波的叠加的原理能够用于借助于一个或多个发送单元201产生波321，该波至少部分地和/或至少在车辆100中的和/或围绕车辆100的特定局部区域内引起消除由充电线圈111、102产生的电磁场322。换言之，所提出的是，车辆100的接入功能的发送线圈201用于产生呈电磁波形式的信号，该信号与所述波反向极化，通过所述信号干扰接入功能。在此，能够由发送单元201产生具有坡印廷矢量值的波，其与充电线圈111、102的波的坡印廷矢量值对应。因此能够在波极性变换时(亦即在波321、322的相位相反时)产生相消干涉。
控制单元202能够设计用于获取由充电线圈111、102产生的电磁场322的一个或多个特性。该一个或多个特性尤其能够是所产生的场322的频率。此外，该一个或多个特性能够包括在车辆100中和/或在车辆100周围环境中的不同部位处的场强度值。场强度值例如能够根据实验预先确定并且存储在车辆100的存储单元上。控制单元202能够设计用于访问车辆100的存储单元，以便获取在一个或多个部位处的场强度。干扰场322的频率也能够存储在车辆100的存储单元中，进而能够供控制单元202使用。
典型地，在充电线圈111、102附近的干扰场322的场强度显著高于能够通过发送单元201产生的反向场321的场强度。然而，干扰场322的场强度典型地随着与充电线圈111、102的间距的增大而减小，使得在围绕车辆100的和/或车辆100内部空间的区域中，干扰场322的场强度值能够通过由发送单元201产生的反向场321补偿。
控制单元202能够设计用于获取电磁场321，通过该电磁场衰减和/或消除在车辆100中的和/或在车辆100周围环境中的一个或多个部位处的由充电线圈111、102产生的电磁干扰场322。为此能够使用下述方法，所述方法在获取所谓的“反声”的情况下或者在“有源降噪”的情况下使用。与在通过(借助于所发出的“反向声波”进行)相消干涉来消除声波的情况类似，也能够在当前情况下通过由发送单元201发出电磁反向场321来衰减或消除在特定部位处的由充电线圈111、102产生的电磁场322。
图2示出围绕在车辆100的驾驶员车门中的发送单元201的示例区域210(通过虚线表明)。控制单元202能够设计用于获取反向场321，所述反向场在该区域210中衰减和/或消除干扰场322。尤其是，控制单元202能够设计用于，指示在驾驶员车门中的发送单元201发出所获取的反向场321并进而衰减和/或消除在区域210中的由充电线圈111、102产生的电磁场322。这引起在所述区域210中车辆钥匙在接收请求信号时不再受到由充电线圈111、102产生的电磁场322干扰。
为了提供接入功能，请求信号能够与进行消除的反向场321叠加。换言之，控制单元202能够设计用于获取电场并且经由发送单元201推动电场的输出，其中，电场包括第一分量(即进行消除的反向场321)，通过所述第一分量衰减或消除由充电线圈111、102产生的电磁场322，并且电场包括第二分量(即请求信号)，以便提供车辆100的接入功能。亦即，通过对由发送单元201发出的信号的适当调制，既能够衰减/消除干扰场322，也提供向车辆钥匙的信息传输。
上面描述的衰减和/或消除由充电线圈111、102产生的电磁干扰场322能够通过多个发送单元201中的每个发送单元执行。因此能够使围绕车辆100的和/或在车辆100中的不同区域210摆脱干扰场322。
控制单元202能够设计用于匹配由发送单元201产生的进行消除的场321，以便必要时改变进行衰减的区域210。例如，车辆100的周围环境能够通过改变进行衰减的区域210来扫描，进而在车辆100的周围环境搜寻车辆钥匙。一旦识别出车辆钥匙(进而也识别出车辆钥匙的位置)，那么控制单元202能够设计用于将由发送单元201产生的进行消除的场321匹配于车辆钥匙的位置。换言之，进行衰减的区域210能够在车辆钥匙的位置改变时追踪车辆钥匙的改变的位置。由此能够确保：只要车辆钥匙不离开车辆100的多个发送单元201的发送/接收范围，那么车辆钥匙在第一次识别之后能够始终可靠地(即无干扰地)被认证。
结合图2提出发送单元201的应用，所述发送单元已经存在用于提供车辆100中的接入功能。替选地或补充地，能够仅使用为了产生进行消除的场321而设置的发送器。所述发送器能够(必要时经由控制单元202)相互联网，以便允许场322在不同区域210中的协同衰减/消除。
此外要指出的是，进行消除的场321的产生也能够用于将车辆100的其它组件和/或相邻车辆100的组件与通过感应式充电产生的干扰场322屏蔽。替选地或补充地，进行消除的场321的产生用于将车辆100与由相邻车辆产生的干扰场322屏蔽。为此，车辆100能够包括适宜的装置(例如传感器)，以便测量干扰场322的场强度和/或频率。
图4示出示例的用于屏蔽通过对车辆100感应式充电引起的电磁干扰场322的方法的流程图。方法400包括：确定401干扰场322的一个或多个特性。此外，方法400包括：发出402反向场321，即进行消除的场，所述场减小干扰场322在围绕车辆100的和/或在车辆100中的第一区域210内的场强度。
在本文献中描述一种方法和一种相应的设备，通过所述方法和设备能够屏蔽在感应式充电时产生的电磁场322。由此确保：即使在感应式充电时车辆100的其它组件也不受限地作用。尤其是能够减小和/或消除不期望的干扰和/或寄生信号。所描述的方法和/或设备能够以低成本的方式提供(必要时通过软件)，因为能够采用已经存在的发送单元201。
要指出的是，在本文献中描述的方法也能够用于屏蔽通过车辆的其它功率电子器件引起的干扰场。因此既能够通过相消干涉、例如通过反射实现无源屏蔽，也能够通过在本文献中描述的车辆的多个发送单元实现有源屏蔽。为了该目的，控制单元能够设计用于确定通过车辆的功率电子装置引起的电磁干扰场的一个或多个特性。此外，控制单元能够设计用于引起车辆的发送单元发出反向场，所述反向场减小干扰场在围绕车辆的和/或在车辆中的第一区域内的场强度。
本发明不局限于所示出的实施例。尤其要注意的是，说明书和附图仅应表明所提出的方法、设备和系统的原理。

Claims (10)

1.一种用于车辆(100)的控制单元(202)，其中，所述控制单元(202)设计用于：
-确定电磁干扰场(322)的一个或多个特性；和
-引起所述车辆(100)的发送单元(201)发出反向场(321)，所述反向场减小所述干扰场(322)在围绕所述车辆的和/或在所述车辆(100)中的第一区域(210)内的场强度。
2.根据权利要求1所述的控制单元(202)，其中，
-所述车辆(100)设计用于提供接入功能；
-所述接入功能包括在所述车辆(100)和车辆外部的认证单元之间交换认证信号；
-所述发送单元(201)设计用于将信号发送给所述认证单元；和
-借助所述认证信号之一对所述干扰场(322)进行干涉。
3.根据权利要求2所述的控制单元(202)，其中，所述控制单元(202)设计用于使所述发送单元(322)发出所述反向场(321)与认证信号的叠加。
4.根据前述任一项权利要求所述的控制单元(202)，其中，所述干扰场(322)的所述一个或多个特性能够包括如下特性中的一个或多个：所述干扰场(322)在围绕所述车辆的和/或在所述车辆(100)中的相应的一个或多个部位处的一个或多个场强度值和/或所述干扰场(322)的频率。
5.根据前述任一项权利要求所述的控制单元(202)，其中，
-预先限定所述一个或多个特性并且将其存储在所述车辆(100)的存储单元上；和
-所述控制单元(202)设计用于访问所述存储单元，以便确定所述干扰场(322)的所述一个或多个特性。
6.根据前述任一项权利要求所述的控制单元(202)，其中，所述车辆(100)包括充电线圈(102)，通过所述充电线圈引起所述电磁干扰场(322)。
7.根据前述任一项权利要求所述的控制单元(202)，其中，所述控制单元(202)设计用于确定所述反向场(321)，使得通过所述反向场(321)与所述干扰场(322)的叠加而在所述第一区域(210)内获得相消干涉。
8.根据前述任一项权利要求所述的控制单元(202)，其中，
-所述控制单元(202)设计用于改变所述反向场(321)，以便在围绕所述车辆的和/或在所述车辆(100)中的第二区域(210)内减小干扰场(322)；和
-所述第二区域(210)包括围绕所述车辆的和/或在所述车辆(100)中的至少一个部位，所述部位不在所述第一区域(210)中。
9.根据前述任一项权利要求所述的控制单元(202)，其中，
-所述车辆(100)包括在该车辆(100)的不同部位处的多个发送单元(201)；
-所述控制单元(202)设计用于引起所述多个发送单元(201)发出相应的多个反向场(321)，所述多个反向场减小所述干扰场(322)在相应的多个区域(210)内的场强度。
10.一种用于屏蔽在车辆中的和/或围绕车辆(100)的电磁干扰场(322)的方法，其中，所述方法(400)包括：
-确定(401)所述干扰场(322)的一个或多个特性；和
-发出(402)反向场(321)，所述反向场减小所述干扰场(322)在围绕所述车辆的和/或在所述车辆(100)中的第一区域(210)内的场强度。
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