CN106132760A - 结合感应充电系统提供车辆功能 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于结合充电系统提供一个或多个车辆功能、尤其是无钥匙进入功能的方法和一种相应的装置。描述了一种用于充电系统(110、111、101、102、105)的控制单元(205)，该充电系统用于将电能传输至车辆(100)。该充电系统(110、111、101、102、105)包括一个或多个线圈，通过所述线圈产生电磁充电场。所述控制单元(205)构造用于检测发射单元(201)发出或将发出受到充电场干扰的信号。此外，所述控制单元(205)构造用于在检测到发射单元(201)发出或将发出所述信号时中断电磁充电场。

Description

结合感应充电系统提供车辆功能
技术领域
本发明涉及一种用于结合电动车辆的无线充电装置、如感应充电系统提供一个或多个车辆功能、尤其是无钥匙进入功能的方法和一种相应的装置。
背景技术
具有电动驱动装置的车辆通常具有电池，在电池中可存储用于车辆电机运行的电能。车辆电池可从电力网充电。为此目的，电池与电力网连接，以便电能从电力网传输到车辆电池中。该连接可有线(通过充电线)和/或无线(通过在充电站和车辆之间的感应耦合)地进行。
一种用于为车辆电池自动、无线、感应充电的方法在于，从地面到车辆底板在离地间隙120上通过磁感应将电能传输至电池。这例如在图1中示出。尤其是图1示出具有电能存储器103(例如具有可充电电池103)的车辆100。车辆100在车辆底板中具有所谓的次级线圈，该次级线圈通过未示出的阻抗匹配和整流器101与存储器103连接。次级线圈是所谓的“无线电力传输”(WPT)车辆单元102的常见部件。
WPT车辆单元102的次级线圈可定位于初级线圈上方，在此初级线圈例如安装在车库地面上。初级线圈是所谓的WPT地面单元111的常见部件。初级线圈与电源110(在本文中也被称为充电单元110)连接。电源110可包括射频发生器，其在WPT地面单元111的初级线圈中产生AC(交流)电，由此产生感应磁场。在本文中该磁场被称为电磁充电场。在离地间隙120上在WPT地面单元111的初级线圈和WPT车辆单元102的次级线圈之间存在足够的磁耦合时，通过磁场在次级线圈中感应出相应电压并因此还感应出电流。在WPT车辆单元102的次级线圈中的感应电流通过整流器101整流并存储于存储器103(如电池)中。因此电能可无线地从电源110传输至车辆100的能量存储器103。充电过程在车辆100中可通过充电控制器105(也称为WPT控制器105)来控制。充电控制器105可为此目的构造用于例如无线地与充电单元110(例如与壁盒)或与WPT地面单元111通信。
由交流电在单元111、102的线圈中产生的电磁充电场可干扰地影响环境。例如可通过电磁场不利地影响车辆100或相邻车辆100的功能。尤其是可通过电磁场不利地影响车辆100的无钥匙进入功能和/或无钥匙发动机启动功能。无钥匙进入功能和/或无钥匙发动机启动功能可涉及这样的车辆功能，在其中车辆钥匙通过无线通信连接与车辆100通信，以便在无需用户操作车辆钥匙的情况下能够进入车辆100和/或启动车辆100的发动机。车辆钥匙可例如保留在用户口袋里。
发明内容
本文涉及这样的技术任务，即结合车辆感应充电过程无干扰地提供车辆功能、尤其是无钥匙进入功能和/或发动机启动功能。
该任务通过独立权利要求来解决。有利的实施方式主要在从属权利要求中给出。
根据一个方面描述了一种用于充电系统的控制单元，该充电系统用于将电能无线传输至车辆。该充电系统例如可以是感应充电系统。车辆例如可包括轿车、卡车和/或摩托车。充电系统可包括一个或多个线圈，通过所述线圈产生电磁充电场。充电场通常包括在预定义的充电场频率范围内的频率分量。充电场频率范围可处于LF(低频)范围内、如80-90kHz。通过电磁充电场可将电能传输至车辆。
通过充电场获取电能的车辆或相邻车辆可提供车辆功能，该车辆功能包括发出信号。该信号可由车辆或相邻车辆的发射单元发出。所述信号可包括这样的频率分量，其信号频率范围可处于LF范围内、如20-140kHz之间。
控制单元构造用于检测(例如车辆或相邻车辆的)发射单元发出或将发出信号以便提供车辆功能。在此该信号受到充电场干扰，例如因为信号频率范围和充电场频率范围彼此重叠和/或彼此相邻和/或因为信号接收器(例如在本文中所描述的第一和/或第二接收单元)受到充电场频率范围干扰。充电场对所发出的信号的干扰可不利地影响所提供的车辆功能。
因此，控制单元构造用于在检测到发射单元发出或将发出信号时中断电磁充电场。由此可确保车辆或相邻车辆的车辆功能不受感应充电过程干扰。
所提供的车辆功能可以是无钥匙进入功能和/或车辆发动机的无钥匙发动机启动功能。在此情况下，信号可包括车辆发射单元发送给车钥匙第一接收单元的请求信号，用于提供进入功能和/或发动机启动功能。通过自动关闭充电场能够降低车钥匙接收单元对频率选择性和信号处理的要求。因此可为车钥匙使用节能、节省空间并且节省成本的接收单元。
为了检测发射单元发出信号，充电系统可包括第二接收单元，该第二接收单元构造用于接收由发射单元发出的信号。第二接收单元可具有比第一接收单元更高的频率选择。尤其是第二接收单元可构造用于即使在充电场存在时也可接收由发射单元发出的至少一部分信号。控制单元于是可构造用于确定第二接收单元是否已接收到至少一部分信号并且因此检测到发射单元发出信号。由此可以以可靠的方式识别是否应在车辆或相邻车辆中提供车辆功能。
由发射单元发出的信号可包括多个信号部分，它们被顺序依次发送。信号的第一部分可设计用于使信号接收单元准备好接收信号的其余部分。第二接收单元(即充电系统的接收单元)可构造用于接收信号的该第一部分，并且控制单元可构造用于检测信号的该第一部分已发出。随后可中断充电场。该中断可这样进行，即在通过发射单元发出信号的其余部分时充电场已经中断并且因此不再干扰信号的传输。因此可确保能够在不重新使用信号的情况下提供车辆功能。因此可无时延地提供车辆功能。
控制单元可构造用于接收经由车辆总线发送的消息。在此所述消息显示发射单元发出或将发出信号。为了接收该消息，控制单元可访问车辆总线(例如车辆的CAN总线)。通过考虑车辆总线上的消息可提高检测发射单元发送信号的可靠性。此外，必要时可避免用于充电系统的第二接收单元的成本。
所述消息可包括(例如当车辆功能涉及进入功能时)车辆车门的接近传感器关于检测到接近的消息。基于接近消息可在发出信号之前就已经检测到应发出信号。因此可事先在发送信号之前就已经中断充电场。
替代或补充地，总线上的消息可包括车辆进入功能和/或发动机启动功能的控制器关于发送请求信号的消息。
控制单元可构造用于使充电系统的地面单元中断电磁充电场。替代或补充地，控制单元可构造用于使地面单元和/或充电系统的初级线圈的电流供应中断。通过该措施可确保充电场在短时间内、即以较小时延中断。
根据另一方面描述一种车辆(如轿车、卡车或摩托车)。该车辆包括用于通过电磁充电场接收电能的次级线圈。该车辆还包括在本文中所描述的控制单元，通过该控制单元可中断充电场，以便能够不受干扰地提供车辆或相邻车辆的车辆功能。
根据另一方面描述了一种用于通过电磁充电场将电能传输至车辆的充电系统的充电装置。所述充电装置包括用于例如从电力网提供电能的充电单元。所述充电装置还包括用于产生充电场的地面单元(其包括初级线圈)。所述充电装置还包括在本文中所描述的控制单元，通过该控制单元可中断充电场，以便能够不受干扰地提供待充电车辆或相邻车辆的车辆功能。
根据另一方面描述一种用于在车辆或相邻车辆中提供车辆功能的方法。所述车辆构造用于通过电磁充电场接收电能。所述方法包括检测车辆或相邻车辆的发射单元发出或将发出关于车辆功能的信号。在此该信号受到充电场干扰。所述方法还包括在检测到发射单元发出或将发出信号时中断电磁充电场。
根据另一方面描述一种软件(SW)程序。该SW程序可构造用于在处理器(如控制单元或控制器)上运行并且由此实施在本文中所描述的方法。
根据另一方面描述一种存储介质。该存储介质可包括SW程序，该SW程序构造用于在处理器上运行并且由此实施在本文中所描述的方法。
应注意，在本文中所描述的方法、装置和系统不仅可单独、而且也可结合其它在本文中所描述的方法、装置和系统来使用。此外，本文中所描述的方法、装置和系统的任何方面可以各种方式相互组合。尤其是权利要求的特征可以各种方式相互组合。
附图说明
下面借助实施例详细说明本发明。附图如下：
图1为示例性的用于为车辆感应充电的装置；
图2a为示例性的包括次级线圈和用于与车钥匙通信的一个或多个发射单元的车辆；
图2b为示例性的车钥匙；和
图3为示例性的用于提供车辆的车辆功能、如无钥匙进入功能的方法。
具体实施方式
如开头所述，本文涉及结合感应充电系统提供车辆功能。以车辆功能“无钥匙进入”为例来说明本发明。但本发明也可用于其它车辆功能，其受到在感应充电过程中产生的电磁辐射影响和/或干扰。
不同汽车制造商提供进入车辆100的无钥匙进入功能(也称为“智能钥匙”)(在BMW中例如以“舒适进入(Comfort Access)”为名)。无钥匙进入功能允许驾驶员在不使用钥匙锁原理的情况下打开车门210或启动车辆100的发动机(参见图2a)。为了打开车门210，驾驶员抓住门把手211。接近传感器212在门把手上或门把手211附近感测、即检测该运动。接着通过车辆100的一个或多个发射单元201发送特定LF信号(LF：低频)。换言之，所述一个或多个发射单元201可构造用于发出(特别是在低频范围内的)电磁场。所述一个或多个发射装置201的示例性发射频率介于20-140kHz(如20kHz、124kHz、125kHz、127kHz、133kHz或135kHz)的范围内。
由一个或多个发射单元201发出的电磁场可包括信号(也称为请求信号)。所发出的请求信号可以包括多个部分。请求信号的第一部分可用于唤醒在驾驶员的钥匙220中的接收单元223，以便准备接收进一步的信息。请求信号的另一部分可包括用于识别车辆100的信息。由一个或多个发射单元201发出的请求信号的不同部分可错时发送。
钥匙220中的接收单元223构造用于接收由一个或多个发射单元201发送的信号或信号部分并且确定信号或信号部分的信号强度。钥匙220的钥匙发射单元221以响应信号响应接收到的请求信号。该响应信号通常在不同于请求信号的另一(通常更高的)频率范围内传输。例如可传输响应频率为433MHz(即在HF(高频)范围内)的响应信号。
响应信号可包括多个部分。响应信号的第一部分可用于识别钥匙220并且响应信号的另一部分可包括用于请求信号的所测得的信号强度的指示器。车辆100的一个或多个接收单元204可接收响应信号和/或响应信号部分并且传送到车辆100的控制器202。控制器202可构造用于检验钥匙220是否匹配车辆100。此外，可通过三角测量或查表来计算钥匙220相对于车辆100的位置。当估算的钥匙220的位置与接近传感器212的位置(如被触摸车门210和/或被触摸门把手211的周围)匹配时，则打开车门210和/或整个车辆100。
上述用于在车辆100和钥匙220之间的标识匹配/位置匹配的过程通常需要约100ms的时间。也就是说，上述过程基于很短的时间通常不会被驾驶员察觉，因此驾驶员在抓住门把手211时即可直接打开车门210。用于标识匹配的类似过程通常也在发动机起动时进行。
如上所述，可装配车辆100以便为车辆电池103感应充电。这在图2a中通过WPT车辆单元102来表示。为了感应充电，房屋设备的电流、电压和频率可转换到感应充电系统的工作区域中。这种转换可通过AC/AC转换器单级地进行或通过上游的AC/DC转换器和下游的DC/AC转换器双级地进行。相应的转换器可设置在充电单元110(如在感应壁箱中)和/或在WPT地面单元111(其包括初级线圈)中。在WPT地面单元111中建立具有特定频率的电磁充电场。充电场的频率在此通常介于80-90kHz之间。通过充电场在WPT车辆单元102中在次级线圈中产生电流。感应交流电被整流和滤波，由此产生的直流电可供应给车辆100的车载电力网和/或为车辆电池103充电。
因此，用于感应充电的频率(80-90kHz)与用于发送无钥匙进入功能的请求信号的频率范围(20-140kHz)处于相邻和/或相同的频率范围中。尤其是，用于感应充电的频率处于可干扰无钥匙进入功能请求信号的接收的频率范围中。为了使钥匙220保持低的能量消耗，钥匙220的接收单元223通常相对灵敏并且具有相对较少的频率选择性。因此感应充电系统的电磁充电场可在钥匙220中产生干扰。尤其是这可导致无钥匙进入功能在感应充电系统被激活时不起作用或仅有限地起作用。
因此在本文中提出这样构造感应充电系统，使得其可检测请求信号应由或已由车辆100的一个或多个发射单元201发送向钥匙220。此外，充电系统构造用于在检测到应发送或已发送请求信号时(至少暂时)中断感应充电过程。通过中断感应充电过程可确保由一个或多个发射单元201发出的请求信号可无干扰地被钥匙220的接收单元223接收。由此可确保无干扰地提供无钥匙进入功能。在请求信号传输到钥匙220后，感应充电过程可被重新激活。例如可在通过车辆100的接收单元204接收到响应信号后重新开始充电过程。
感应充电系统可包括接收单元203，该接收单元构造用于(至少暂时)接收请求信号。借助接收单元203，感应充电系统因此可检测是否已由一个或多个发射单元201发出请求信号。
换言之，可在感应充电系统上连接接收单元203。这种接收单元203在图2a中示例性作为车辆100的部件示出。接收单元203可构造用于以窄带方式、即以相对高的频率选择性测量请求信号的频率范围。尤其是可这样构造接收单元203，使得接收单元203不受单元102、111的线圈的电磁充电场干扰。将这种接收单元203用作感应充电系统的一部分之所以可能是因为在感应充电系统中比在钥匙220的接收单元223中存在较少的能量限制，因此可进行更复杂的信号处理以便隔离请求信号。此外已知在充电系统中充电场的某些特性(如频率)。也可在隔离请求信号时考虑这些已知的特性。
感应充电系统(如控制单元205)因此可借助由接收单元203获得的信号来检测是本车还是相邻车辆100发出了请求信号。一旦检测到这点，在由充电系统产生激活的电磁充电场时可关闭感应充电系统。控制单元205在图2a中示例性作为车辆100的部件示出。替代或补充地，控制单元205可以是充电站110和/或WPT地面单元111的部件。此外，控制单元205也可作为与车辆100和充电站110/地面单元111分开的单元被提供。
电磁充电场的关闭可如此快地进行，以致仅干扰部分请求信号(如仅仅请求信号的用于唤醒钥匙220中的接收单元223的部分)。但钥匙220的接收单元223通常仍可接收请求信号的其余部分(尤其是包括识别车辆100的部分)并且因此执行其功能。因此最小化或消除由于无钥匙进入功能与感应充电的结合引起的限制。尤其是不会延长交换请求信号和响应信号的过程的持续时间。
替代或补充地，例如如果识别到在预定义的时间内(如几毫秒)没有接收到关于请求信号的响应，则可由一个或多个发射单元201反复发送请求信号。电磁充电场的关闭可在预定义的时间内进行，从而在重复发送请求信号时不再存在由电磁充电场引起的干扰。因此钥匙220的接收单元223可无干扰地接收请求信号的重复并且因此执行其功能。
接收单元203可安装在充电单元110(如感应壁盒)、WPT地面单元111、WPT车辆单元102、WPT控制器105中和/或单独安装。安装在WPT地面单元111中之所以是有利的是因为在WPT地面单元111中建立用于感应充电的电磁场并且因此在检测到请求信号后可作出快速反应、即快速关闭。此外，为了将次级线圈定位于初级线圈上方，WPT地面单元111可包括LF接收单元，该LF接收单元必要时可用于获取请求信号。由此可减少用于提供用于请求信号的接收单元203的成本。
感应充电过程的快速关闭可安装在充电单元110中(例如在感应壁盒中)或在WPT地面单元111中。对于快速关闭充电过程有利的是，中断转换器(AC/AC或AC/DC、DC/AC)的控制或断开电流回路。
替代或补充地，可使用其它表示请求信号发出的标志。例如可分析在车辆100的总线(如CAN(控制器区域网络)总线)上的信号。通常，检测到接近车辆100门把手211的接近传感器212通过车辆100的总线传输。感应充电系统的控制单元205可构造用于接收该“接近”信号并且随后关闭感应充电系统。
替代或补充地，感应充电系统的控制单元205可构造用于接收经由总线交换的消息：即已由车辆100的一个或多个发射单元201发送请求信号，并且随后关闭感应充电系统。
图3示出用于提供车辆100的车辆功能、尤其是进入功能和/或发动机启动功能的示例性方法300的流程图。车辆功能的提供包括发出请求信号。车辆100构造用于通过电磁充电场获取电能。在此请求信号受到充电场干扰，例如因为请求信号和充电场包括处于相同和/或相邻频率范围内的频率分量。
方法300包括检测301车辆100或相邻车辆100的发射单元201发出或将发出关于车辆功能的请求信号。该方法300还包括在检测到发射单元201发出或将发出信号时中断302电磁充电场。在预定义的时间间隔之后和/或在车辆功能执行之后，可重新建立充电场以便继续感应充电过程。
总之，应指出，在本文中所描述的措施允许结合感应充电系统提供车辆100的无钥匙进入功能和/或发动机启动功能。在此感应充电系统可用于为也提供进入功能和/或发动机启动功能的车辆充电，和/或为相邻车辆充电。
本发明不局限于所显示的实施例。尤其是应注意，说明书和附图仅意在说明所建议的方法、装置和系统的原理。

Claims (10)

1.用于充电系统(110、111、101、102、105)的控制单元(205)，该充电系统用于将电能传输至车辆(100)，其中，该充电系统(110、111、101、102、105)包括一个或多个线圈，通过所述线圈产生电磁充电场，其中，该控制单元(205)构造用于
检测发射单元(201)发出或将发出受到充电场干扰的信号，
在检测到发射单元(201)发出或将发出所述信号时中断电磁充电场。
2.根据权利要求1所述的控制单元(205)，其中，所述信号包括发射单元(201)发送给车钥匙(220)的第一接收单元(223)的请求信号，用于提供车辆(100)或相邻车辆(100)的进入功能和/或发动机启动功能。
3.根据上述权利要求之一所述的控制单元(205)，其中，
所述充电系统(110、111、101、102、105)包括第二接收单元(203)，该第二接收单元构造用于接收由发射单元(201)发送的信号；并且
所述控制单元(205)构造用于确定第二接收单元(203)是否接收到至少一部分该信号。
4.根据上述权利要求之一所述的控制单元(205)，其中，所述控制单元(205)构造用于接收通过车辆(100)总线发送的消息，所述消息显示发射单元(201)发出或将发出信号。
5.根据权利要求4所述的控制单元(205)，其中，所述消息包括
－车辆(100)的车门(210)的接近传感器(212)关于检测到接近的消息；和/或
－车辆(100)的进入功能和/或发动机启动功能的控制器(202)关于发送请求信号的消息。
6.根据上述权利要求之一所述的控制单元(205)，其中，所述控制单元(205)构造用于使充电系统(110、111、101、102、105)的地面单元(111)中断电磁充电场。
7.根据上述权利要求之一所述的控制单元(205)，其中，所述控制单元(205)构造用于使充电系统(110、111、101、102、105)的地面单元(111)的电流供应中断。
8.车辆(100)，其包括：
－用于通过电磁充电场接收电能的次级线圈；和
－根据上述权利要求之一所述的控制单元(205)。
9.用于通过电磁充电场将电能传输至车辆(100)的充电系统(110、111、101、102、105)的充电装置(110、111)，其中，所述充电装置(110、111)包括：
－用于从电力网提供电能的充电单元(110)；
－用于产生充电场的地面单元(111)；和
－根据权利要求1至7之一所述的控制单元(205)。
10.用于在车辆(100)或相邻车辆(100)中提供车辆功能的方法(300)，其中，所述车辆(100)构造用于通过电磁充电场接收电能，该方法(300)包括:
－检测(301)车辆(100)或相邻车辆(100)的发射单元(201)发出或将发出关于车辆功能的信号，该信号受到充电场干扰；
－在检测到发射单元(201)发出或将发出信号时中断(302)电磁充电场。
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