CN106470870A - 用于使得感应式充电系统工作的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使得汽车（2）的感应式充电系统（1）工作的装置（15），该装置具有充电站（3）的位置固定的一次单元（4），且具有指配于/可指配于所述汽车（2）的二次单元（6），以及具有用于相对于所述一次单元（4）对具有所述二次单元（6）的所述汽车（2）予以定位的机构。在此规定，所述机构具有至少一个超宽带传感器（16、17、21）。

Description

用于使得感应式充电系统工作的装置和方法
本发明涉及一种用于使得汽车的感应式充电系统工作的装置，该装置具有位置固定的一次单元和指配于/可指配于该汽车的二次单元，且具有用于相对于一次单元对带有二次单元的汽车予以定位的机构。
本发明还涉及一种用于使得汽车的感应式充电系统工作的方法，带有位置固定的一次单元和指配于该汽车的二次单元，其中，相对于一次单元对具有二次单元的汽车予以定向。
背景技术
在这期间，附加于内燃机或者替代于内燃机，现代的汽车往往具有电的机器作为驱动机组。为了能给电的机器供应以特别是用于机动运行的能量，在汽车中随身携带（mitführen）了可充电的蓄电池或可充电的蓄能器。原则上可行的，通过电的机器的回收运行给蓄能器充电。但由于这一点并非在任何情况下、在任何时间都可行，所以通常设置了附加的充电系统，这些充电系统允许使用者在汽车的静止中在充电处（Stromtankstelle）或充电站给电的蓄存器充电。如今，使用者把车辆与充电站的或充电桩的充电电缆连接起来，为此，车辆首先停泊到为此设置的停靠面上。替代地，已知有无接触的充电系统，其通过感应式的能量传递给汽车的蓄能器充电。感应式充电系统为此具有一次单元和二次单元，其中，一次单元具有一次线圈、可用高频率工作的逆变器以及谐振电容器，其中，二次单元构造有二次线圈、谐振电容器和整流器。一次单元和二次单元分别形成一个振荡回路，它们的谐振频率彼此调谐。如果一次线圈通过逆变器被相应地激励，则产生磁场，该磁场穿过二次线圈，并由此在二次线圈中产生电流，该电流供蓄电池充电之用。感应式充电系统因而基于变换器的原理。
对于最佳的充电过程来说有利的是，二次单元相对于一次单元最佳地朝向。由现有技术已知一些用于通过一次单元或者相对于一次单元对具有二次单元的汽车定位的机构。
发明内容
本发明的具有权利要求1的特征的装置具有如下优点：无论在附近区域中还是在远程区域中都可以利用相同的机构相对于一次单元或感应式充电站对汽车进行定位。这些机构也可以在汽车通常地停泊于停泊面上时使用。这些机构还可以用于明确地识别出汽车，以便由此例如对充电过程授权。本发明的装置的特点在于，这些机构具有至少一个超宽带传感器。超宽带传感器被构造用于发出在物体上反射的电磁的脉冲或连续信号。反射的脉冲被超宽带传感器的接收器检测，并计算发出的信号的历经时间。通过对历经时间的测量，进行距离确定。通过使用超宽带，既可以进行附近定位或精细定位，又可以进行远程定位，从而通过相同的机构既可以进行引入的停泊过程，以及可以在停泊面上相对于一次线圈进行最终定向。由此一方面产生了成本优势，另一方面，相比于为了远程定位和附近定位采用了不同的机构的那些装置，减小了计算耗费。通过该装置求取的汽车位置可以用于对驾驶员给出他要如何移动车辆以便最佳地定位的指示，或者用于自动地控制/移动车辆以便到达最佳的位置。
优选发出处于纳秒范围内或以下的短脉冲，或者发出具有至少500MHz、优选大于1GHz的高的频率带宽的信号。由此实现厘米范围内的高的位置分辨率。这里优选地推荐2～15GHz、特别是6～8.5GHz或22～29GHz的频率范围。此外，超宽带传感器经过优选构造，从而附加地在不同的偏振方向上发射出电磁波。这些信息可以用于构建偏振测定的雷达系统，该雷达系统借助于偏振信息进行附加的物体辨别。由此特别是可以实现补充地获知在车辆与充电站之间的方位。
优选地规定，这些机构具有多个超宽带接收器。原则上规定，超宽带信号由一个发送器发出，并被多个接收器接收，以便能够确定不同的历经时间，进而确定汽车相对于充电站或一次单元的位置。超宽带传感器因而优选包括至少一个超宽带发送器和至少一个、特别是多个超宽带接收器。
根据本发明的一种有利的改进规定，在汽车上且在一次单元上分别设置一个或多个超宽带传感器，其中，相应的超宽带传感器可以具有一个或多个发送器和/或一个或多个接收器。通过多个超宽带传感器特别是超宽带接收器，可以提高装置的分辨率或精度。
根据本发明的一种有利的改进规定，超宽带传感器被构造用于相互通信。原则上，如前已述，借助于超宽带传感器就已经可以通过发出信号和接收其反射来确定或者至少估计出汽车或二次单元相对于一次单元的位置。但如果既在汽车上还在充电站处分别设置至少一个超宽带传感器，则还可以实现使得这些超宽带传感器相同通信。确切地说，在此规定，这些超宽带传感器之一发出信号，该信号被另一超宽带传感器检测和分析。为此例如可以给发出的信号设有编码，该编码被另一超宽带传感器检测和读出。然后，接收的超宽带传感器根据该编码发回信号，该信号必要时也设有编码。由此可以例如采用简单且快速的方式对二次单元和/或一次单元进行识别，以便对充电过程授权。此外优选地规定，在汽车上且在一次单元上分别设置多个超宽带接收器或超宽带传感器。在此，这些超宽带接收器可以不仅用于定位，而且用于识别汽车和/或充电站或一次单元。
根据本发明的一种有利的改进规定，这些机构具有至少一个识别设备。该识别设备例如可以如前所述那样构造，以便能够读出合适的识别特征。
此外根据本发明的一种有利的改进规定，这些机构具有汽车的里程检测设备。借助于该里程检测设备例如检测汽车的车轮移动和/或检测转角，通过该里程检测设备可以实现对通过一个超宽带传感器或多个超宽带传感器检测到的/获知的位置予以参考或核实。
此外优选地规定，汽车的超宽带传感器和/或接收器设置在该汽车的底部、前侧或后侧。特别地，发送器和/或接收器指配于同样设置在底部上的二次单元，以便特别是实现相对于一次单元对二次单元最佳地定位。
本发明的具有权利要求8的特征的方法的特征在于，针对定位过程借助于至少一个超宽带传感器相对于充电站确定汽车的当前位置。汽车的位置在此不仅意为汽车相距充电站的距离，而且意为汽车相对于充电站、特别是相对于一次单元的方向。由此产生已述的优点。其它特征和优点也由前面已述内容以及由从权利要求得到。
特别优选地规定，在进行充电过程之前，特别是在进行定位过程之前或之后，对汽车和/或充电站予以识别。这种识别在此优选借助于一个或多个分别可以具有一个或多个接收器的超宽带传感器进行，和/或借助于一个单独的识别设备进行。优选地，为了相对于充电站来定位或者确定汽车的位置，利用超宽带传感器发出各个电磁的脉冲，接收被反射的脉冲，并计算所述脉冲的历经时间，用于位置确定。替代于脉冲，优选发出连续信号例如正弦信号。接收器在频域测量接收信号的沿不同频率的幅度和相位。然后根据傅立叶变换又产生时域内的数据。优选发出很短的脉冲，如前已述。替代地，优选如前所述那样借助于相互通信的超宽带传感器进行识别。
特别优选地，沿不同的偏振方向发出电磁波，如前已述，以便借助于偏振信息进行附加的物体辨别。物体的反射（Rückstreuen）特性除了与所用的频率有关外，还与入射的电磁波的偏振有关。这一点通过该方法的优选设计被利用来例如识别汽车和/或充电站，从而能够进行配对，即，将汽车与充电站联系起来，或者对充电过程进行授权。
下面参照附图详述本发明。为此：
图1A和1B以不同的视图示出用于汽车的感应式充电系统；
图2以示意性的详图示出该充电系统；
图3示出用于使得该充电系统工作的有利的装置的第一实施例；
图4示出该装置的第二实施例；
图5示出该装置的第三实施例；
图6示出该装置的第四实施例；
图7示出该装置的有利改进；和
图8A和8B以简化的流程图示出用于使得该装置工作的不同的方法。
图1以侧视图（图1A）和俯视图（图1B）示出用于汽车2的感应式充电系统1。该汽车2具有至少一个电的机器作为驱动装置，其与电的蓄能器（这两者在此并未示出）连接。为了能够独立于电的机器的回收工作给蓄能器供应以能量，设置有充电系统1，其包括带有一次单元4的位置固定的充电站3以及包括安置在汽车2的底部5上的二次单元6。
图2以简化的视图示出充电系统1的基本结构。一次单元4具有整流器7，该整流器把电网的交流电压转变为直流电压。此外，一次单元4具有高频地工作的逆变器8，以便由直流电压在一次线圈9中产生所希望的交流电压。一次线圈9特别是与谐振电容器一起形成充电系统1的一次振荡回路。
二次单元6具有二次振荡回路，其由二次线圈10与相应的谐振电容器一起形成。有益地，由二次单元和一次单元构成的振荡回路彼此调谐。二次线圈10与整流器11连接，该整流器与汽车的可重复充电的蓄能器12处于连接中。
充电系统1因而基于变换器的原理，其中，功率通过磁性的交变磁场从一次单元4传递至二次单元6，其中，一次线圈9和二次线圈10通过磁性的谐振相互耦接。由于借助逆变器8在一次线圈9中产生交流电压，所以产生了磁场，该磁场穿过二次线圈10并在那里引起相应的电流。整流器11把交流电压或交流电流转变为直流电压或直流电流，以便给蓄能器12充电。
如由图1A和1B可见，为了进行充电过程，需要使得二次单元6相对于一次单元4定向或适当地定位，从而由线圈9产生的磁场穿过二次线圈10。为了便于定向，可以在公路地面14上例如用标记13来表示充电站3，如图1A和1B中所示。为了简化定位，特别是也可以自动地进行定位，下面提出了一种用于使得充电系统1工作的装置15。该装置15规定，利用超宽带系统来定位汽车2。图3～7分别以汽车2和充电站3的俯视图示出装置15的不同的实施例。图3示出根据第一实施例的装置1的设计，在该第一实施例中，一次单元4配设有多个超宽带传感器16和17。在此，在当前实施例中分别将两个超宽带传感器16设置在一次单元4的相对置的纵向侧18（该一次单元例如被构造成充电板），并把另一对超宽带传感器16设置在面向汽车2的端侧19，且将两个超宽带传感器17设置在背离汽车2的端侧20。此外在图3中示出朝向汽车2的方向的超宽带传感器17的工作区域。总之，全部超宽带传感器16、17都朝向一次单元4的方向。
在汽车2上，也在前端设置有两个超宽带传感器21，其工作区域在汽车2的行驶方向上向前朝向。每个超宽带传感器16、17、21都具有至少一个发送器和至少一个、必要时多个接收器。
超宽带传感器16、17、21优选发出各个电磁脉冲。这些脉冲在物体上被反射，所述物体的电特性不同于传播媒介（例如空气）。反射的脉冲被超宽带传感器16、17、21记录/检测，并确定其历经时间。于是，通过对历经时间的测量，确定出相应的传感器相距物体的距离，脉冲曾在该物体上被反射。也可以替代脉冲而发出连续信号例如正弦信号。于是，接收器在频域内针对不同的频率串行地测量接收信号的幅度和相位。然后，特别是按照傅立叶变换在时域内产生可再次读取的数据。
替代地规定，车辆上的超宽带传感器21与充电站3的超宽带传感器16、17通信。为此，超宽带传感器16、17、21中的至少一个超宽带传感器发出一个信号，该信号特别是设有用于识别的编码。超宽带传感器16、17、21中的另一个超宽带传感器检测该信号，读出该编码，且例如可以判定所检测的信号是否是允许的信号，即例如与一次单元适配的二次单元的信号。如果情况如此，接收的超宽带传感器就发出应答信号，以便确认正面的识别，从而可以对充电过程授权。
优选发出特别是处于纳秒范围内、例如处于子纳秒范围内的很短的脉冲，例如发出具有高的至少500MHz、优选大于1GHz的频率带宽的信号。由此实现厘米范围内的高的位置分辨率。这里优选地推荐2～15GHz、特别是6～8.5GHz或22～29GHz的频率范围。
附加地可以由一个或多个超宽带传感器16、17、21沿不同的偏振方向发出电磁波。这些信息可以用于构建偏振测定的雷达系统，该雷达系统借助于偏振信息进行附加的物体辨别。在此利用物体的如下特性：入射的电磁波的反射根据偏振来进行。装置15的角度分辨率借助于不同传感器的组合来实现。这些信号在需要时巧妙地相互抵消（verrechnen），从而能够优选完全地扫描或检测要监视的空间。
在根据图3的第一实施例中提出，装置15基本上整合到充电站3中。超宽带传感器16、17的工作区域优选超出充电板或一次单元4。安置在纵向侧18的超宽带传感器16特别是用于在一次单元4上进行异物识别。超宽带传感器17和21特别是用于利用其二次单元6通过一次单元4对汽车2定位，其中，超宽带传感器17也用于异物识别，超宽带传感器21用于耦接或充电过程的授权。
由前述附图已知的部件标有相同的附图标记，故就此参见上述说明。下面将主要仅仅再介绍区别。
图4示出装置15的第二实施例，该第二实施例与前述实施例的区别在于，一次单元4仅配设有四个超宽带传感器16、17，其中，超宽带传感器16、17分别配设在矩形的特别是方形的一次单元4的顶角处，从而工作区域或相应的主轴至少投影地经过一次单元4的中点。装置15的根据图4的实施例的工作方式相应于前述实施例的工作方式。只是所用的超宽带传感器16的数量有所减少，由此一方面降低了成本和计算耗费，但另一方面也降低了位置检测的分辨率。替代地也可考虑的是，使得在端侧19的超宽带传感器16在靠近的汽车2的方向上朝向，和/或使得超宽带传感器17相互指向地朝向。
图5示出装置15的第三实施例，其中，在一次单元4上仅设置一个超宽带传感器17，该超宽带传感器位于面向汽车2的端侧19，且其工作区域从一次单元4离开朝向靠近的车辆2的方向。超宽带传感器17在此用作汽车2的车道线。汽车2的超宽带传感器21还用于汽车2的定位和耦接或授权。为此优选将超宽带传感器21设置在汽车2的底部5上。
图6示出装置15的第四实施例，在该实施例中，两个超宽带传感器17并非直接指配给一次单元4，确切地说，而是指配给充电站3或充电站3的用标记13标明的端部，并且经过定向，使得这些工作区域延伸经过一次单元4并相互交叠，如图6中所示。在此，超宽带传感器17、21也如前述那样工作，以便对汽车2定位。超宽带传感器17有益地整合到用标记13标明的停车位中，或者整合到充电站3的停靠区域中，使得这些超宽带传感器检测关键的区域，即一次单元4的区域。
图7所示为图3和4的装置15的示例性的侧视图。二次单元6与超宽带传感器21一起设置在汽车2的车辆底部5上。一次单元4作为充电板整合到公路14中地设置，其中，一次单元4配设有超宽带传感器17，这些超宽带传感器既位于面向汽车2的端侧19，又位于背离汽车的端侧20。超宽带传感器17的工作区域在此优选超出一次单元4。超宽带传感器17的检测宽度根据所希望的“激活区域”来设定，在该激活区域内要借助于超宽带传感器对汽车2进行定位。
根据图7的实施例还规定，二次单元6设有一些标志或一些明确的特征22，它们能实现利用充电站3识别出汽车2或二次单元6。为此设置了检测这些特征22的识别设备23。
当然也可以考虑的是，这些特征22并不设置在汽车2上，而是替代地或附加地设置在充电站3或公路14上。在此，这些特征22并非必须一定向下朝向公路4或向上朝向汽车2的底部5的方向。确切地说，也可考虑的是，这些特征22在旁侧安置在汽车2和/或充电站3上。于是，识别设备23必须予以相应的构造或设计，以便能够检测这些特征22。在装置15整合在汽车2上的情况下，优选地规定，装置15在有充电意愿时由驾驶员激活或者自动地在到达充电站时被激活。到达充电站例如可以通过与汽车2的导航系统的导航数据的比较来获知。在充电站3侧可考虑的是，装置15或者设置在那里的超宽带传感器16和/或17以规定的间隔、优选定期的间隔发出信号或者连续地发出信号。
替代地优选规定，如前所述，利用超宽带传感器16、17、21来一同构造（mitbilden）识别设备23。在此特别是规定，超宽带传感器16、17、21或者其中的至少一个超宽带传感器发出具有用于识别的编码的信号，该信号被另一超宽带传感器16、17、21检测且必要时予以确认或至少予以分析。根据超宽带传感器16、17、21设置在哪里而定，定位方法可以不同地实施。如下步骤的顺序也可以有所不同，原则上，如下步骤是重要的：授权、定位和建立通信。为了尽可能简单地设计充电过程，充电站3与汽车2之间的一对一的指配是有利的，且在建立通信之前有时是强制需要的。
图8A和8B示出用于使得充电系统1工作的方法的不同的流程。根据图8A，在第一步骤S1中借助于导航系统选出并起动充电站3。在随后的步骤S2中特别是借助于装置15进行远程定位，在随后的步骤S3中同样借助于装置15相对于一次单元4对二次单元6进行微调。一旦汽车2与充电站3相应地朝向，就在步骤S4中进行授权。为此特别是检测或读出在汽车2上的或者在充电站3上的特征22，以便对汽车2和/或充电站3进行识别。一旦进行了授权，就在步骤S5中建立汽车2和充电站3之间的通信，其例如用于检测汽车2的电的蓄能器的充电状态并根据该状态来控制充电站3。
图8B中的方法与前述方法的区别在于，在根据步骤S2进行远程定位之前，进行授权即步骤S4，且进行通信建立即步骤S5。
此外可考虑的是，首先借助于装置15相对于一次单元4对汽车2或二次单元6仅仅进行位置确定，然后借助于里程数据对汽车2进行定位。但这些里程数据也可以替代地用作借助于装置15的定位的参考。
原则上，装置15在其只有一个超宽带发送器和多个超宽带接收器时就已经可以使用了，这些超宽带接收器通过一个或多个超宽带传感器16、17、21形成。超宽带传感器16、17、21优选连续地工作，以便保证高的分辨率。超宽带传感器，或者发送器和/或接收器，可以采用不同的安置方案整合到充电站3或汽车2中。为了对汽车2或二次单元6定位，优选连续地检测相距明确的发送器/在相反侧的接收器的距离。标准化地将超宽带传感器设置在充电站3处是有利的。
在停车过程或定位过程期间，可以使用汽车2的已有的环境传感机构，例如超声传感器、摄像设备或雷达设备，以便避免与外界物相撞，并向驾驶员通报是否能够到达充电站处的如先前描述地那样获知的目标位置。获知的位置例如可以用于利用相应的声学的或视觉的信号来支持驾驶员手动地泊车，借助于主动的转向干预和/或加速来便于半自动的泊车，或者进行全自动的泊车过程。

Claims (10)

1.一种用于使得汽车（2）的感应式充电系统（1）工作的装置（15），该装置具有充电站（3）的位置固定的一次单元（4），且具有指配于/可指配于所述汽车（2）的二次单元（6），以及具有用于相对于所述一次单元（4）对带有所述二次单元（6）的所述汽车（2）予以定位的机构，其特征在于，所述机构具有至少一个超宽带传感器（16、17、21）。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机构具有多个超宽带接收器（16、17、21）。
3.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述汽车上且在所述一次单元（4）上分别设置至少一个超宽带传感器（16、17、21）。
4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述超宽带传感器（16、17、21）被构造用于相互通信。
5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述汽车（2）上且在所述一次单元（4）上分别设置多个超宽带传感器（16、17、21）。
6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述机构具有至少一个识别设备（23）。
7.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述机构具有里程检测设备。
8.一种用于使得汽车的感应式充电系统工作的方法，带有充电站（3）的位置固定的一次单元（4）和指配于该汽车（2）的二次单元（6），其中，相对于所述一次单元（4）对具有所述二次单元（6）的所述汽车（2）予以定位，其特征在于，借助于至少一个超宽带传感器（16、17、21）确定所述汽车（2）的当前位置。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在进行充电过程之前，对所述汽车2的和/或所述充电站（3）的身份予以检查。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个超宽带传感器（16、17、21）被控制用来发出各个电磁脉冲或连续信号。
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