CN106688160B - 用于确保电池驱动的对象、尤其是电动车的、非接触的充电过程/放电过程的方法和系统 - Google Patents

用于确保电池驱动的对象、尤其是电动车的、非接触的充电过程/放电过程的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确保电池驱动的对象（4）、特别是电动车的非接触的充电过程/放电过程的方法，其中，所述对象（4）的充电或者放电通过在充电站/放电站（6）的第一线圈（8）和对象（4）的第二线圈（10）之间的感应的能量传递来进行，其中，在所述充电站/放电站（6）的周围环境中确定出一种保护区域（18、20），将监视传感器（16）的获取区域（22、24）或者监视传感器（16）的获取区域（22、24）的分析区域调节至所述保护区域（18、20），并且在对象（4）的充电过程/放电过程期间监视在所述监视传感器（16）的获取区域（22、24）或者分析区域中的金属和/或人员的存在。除此之外，说明了一种计算机程序和系统（2），它们被设置用于实施所述方法。

Description

用于确保电池驱动的对象、尤其是电动车的、非接触的充电过 程/放电过程的方法和系统
背景技术
本发明涉及一种用于确保电池驱动的对象、尤其是电动车的、非接触的充电过程/放电过程的方法。
除此之外，说明了一种计算机程序和一种系统，它们被设置用于实施所述方法。
电池驱动的对象、尤其是电动车对于电池的充电需要一充电系统。所述充电系统可以构造为一传导的充电系统，在该充电系统中，电池驱动的对象通过一充电电缆与充电站/放电站连接。
一种替代这样的传导的充电系统的替代方案构造了非接触的充电系统，该充电系统为使用者提供了优点。在这种非接触的或者非碰触的充电系统中，在充电站的第一线圈和对象的第二线圈之间进行了感应的能量传递，其中，所述名称“第一”和“第二”在此并且接下来被任意地选取。在此，一空气间隙典型地位于所述对象和所述充电站/放电站之间，在该空气间隙中出现了具有相对高的磁的通量密度的磁性交变场。
在这种系统中存在下述必要性：确保生物、尤其是人员在充电过程/放电过程期间不被伤害。
因此存在下述必要性：探测在所述系统的周围环境中的关键的异物目标，对此一般也理解为生物、尤其是人员。
由DE 10 2009 033 236 A1公开的是一种用于将电能从一固定的单元感应地传递至电动车的装置，其中，所述固定的单元或者所述电动车具有一用于探测在预先确定的范围内的物体的存在的单元。所述用于探测的装置可以包括超声波雷达、红外线传感器或者电子的图像传感器。
在一IEEE（电气和电子工程师协会）文献G.Ombach：Design and SafetyConsiderations of Wireless Charging System for Automotive; 2014 NinthInternational Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies(EVER)（用于汽车的无线充电系统的设计和安全的注意事项；2014第九届生态车辆与可再生能源国际会议（EVER））中描述了用于探测生物的雷达系统，其中，对于运动所进行的探测在所述车辆下方进行。
发明内容
在根据本发明的、用于确保电池驱动的对象、尤其是电动车的非接触的充电过程/放电过程的方法中，其中，所述电池驱动的对象的充电或者放电通过感应的能量传递在充电站/放电站的第一线圈和电池驱动的对象的第二线圈之间进行，如此来设置：借助于输入信息来确定在所述充电站/放电站的周围环境中的保护区域，将监视传感器的获取区域或者分析区域调节至所述保护区域上，并且在所述电池驱动的对象的、非接触的充电或者放电期间，对于在所述监视传感器的获取区域或者分析区域中的金属和/或人员的存在进行监视。
利用本发明的措施，首先确定出在充电站/放电站的周围环境中的保护区域、就是说一空间上的保护区域。与不是借助于输入信息而是仅仅通过传感器功率确定出保护区域的装置——即一直监视尽可能大的、就是说最大的保护区域——相反，利用本发明的措施能够减少所述系统的错误触发率，因为实现了仅探测或者分析下述事件：该事件对于所述充电系统/放电系统或者对于在所述充电系统/放电系统的附近的人员来说是关键的。
在本发明的框架内将一种站理解为充电站/放电站：该站不仅能够被设置用于对于电池驱动的对象的仅进行充电，而且能够被设置用于对其仅进行放电。尤其是在所述概念中也包括下述站：该站不仅被设置用于充电，而且被设置用于放电。例如能够设置的是，根据电池驱动的对象的状态首先进行完全的放电，并且在其后进行充电。本发明与这种充电策略/放电策略无关。
在一步骤中，将监视传感器的获取区域或者监视传感器的分析区域调节至所述保护区域。对于下述情况：将监视传感器的分析区域调节至保护区域，则获取了例如关于异物目标的地点信息，并且借助于所述地点信息确定出，所述异物目标是位于所述保护区域的内部还是外部。如果包含着关于所述目标的距离信息的传感器信号也可供使用，那么就能够借助于所述保护区域的定义的阈值来进行调节。如果异物目标位于一种至所述充电站/放电站的大于所述阈值的距离中，则不触发反应。
在一步骤中，对于金属和/或人员的存在进行监视，这在当前公开的框架中也被称为异物目标识别、尤其是金属识别或者生物识别。所述金属识别例如通过感应的金属传感器来进行。所述生物识别例如通过识别运动或者通过探测生物的参数和特性——如热量、身体的含水量、在生物或者类似物处的光的反射特性——来进行。
根据本发明的一种实施方式，在充电过程/放电过程期间，借助于输入信息来动态地确定出所述保护区域。如果所述保护区域在充电过程/放电过程期间连续地或者以有规律的时间间隔基于输入信息来进行适配，则称为所述保护区域的动态的确定。所述输入信息在此由用于获取充电功率/放电功率、耦合品质、在对象和充电站/放电站之间的侧向偏移、在对象和充电站/放电站之间的空气间隙的大小的传感器和/或用于获取在所述充电站/放电站中的磁的通量密度的传感器来获取。
所述保护区域的动态的确定能够例如基于获取到的充电功率/放电功率来进行，其中，该充电功率/放电功率不仅能够在所述充电站/放电站的侧面上被获取，而且能够在电池驱动的对象的侧面上被获取。
对此替代的或者对此附加的是，所述保护区域能够动态地借助于获取到的线圈的耦合品质来确定，其中，所述耦合品质典型地与充电功率/放电功率相关联。
对此替代的或者对此附加的是，所述保护区域能够在充电过程/放电过程期间，借助于获取到的所述对象至充电站/放电站的距离、尤其是借助于在所述对象和所述充电站/放电站之间的侧向偏移的大小和/或其间的空气间隙的大小来动态地确定。为了测量所述对象至充电站/放电站的距离，能够使用例如GPS、室内-GPS，还有超声波传感器、雷达传感器、激光雷达传感器或者视频传感器。空气间隙的大小的测量尤其能够通过获取超声波信号的信号持续时间来实现。
对此替代的或者对此附加的是，所述保护区域能够在充电过程/放电过程期间借助于对于在所述充电站/放电站中的磁的通量密度所进行的测量来动态地确定。所述磁的通量密度的测量在此能够通过外部的传感器、例如磁场传感器在所述充电站/放电站中或者在电池驱动的对象中或者在所述系统的外部区域中——即在所述充电站/放电站的外部——进行。尤其是霍尔传感器适合作为磁场传感器。
在一种替代的实施方式中，所述保护区域能够在充电过程/放电过程之前借助于输入信息一次性地确定。这优选借助于电池驱动的对象的特性来进行，例如借助于定义的标称-充电功率/放电功率来进行，其能够被确定在例如22kW、7kW或者3.5kW的数额上，和/或在下述情况下来进行：确定出对象尺寸对于从所述充电站/放电站至所述对象的距离的影响。在电动车的情况下，提供了车辆参数。这种车辆参数能够例如通过车辆级别（例如小型车、SUV）、车辆大小和车辆轮廓来被定义。
根据本发明的一种实施方式，所述保护区域是能够以离散的步骤来进行调节的。这能够导致本发明的、特别成本低廉的转换。在此，能够设置精确地研发出两个、三个或者四个保护区域的系统，尤其是例如研发出第一模式：在该模式中监视近区域；以及第二模式：在该模式中监视近区域和远区域。一但所述保护区域由于充电系统/放电系统的不同的磁性散射场或者由于充电站/放电站至所述对象的距离而变化，则待监视的保护区域就改变。
根据一种实施方式，所述监视传感器的获取区域通过调节发送功率来进行调节。尤其是在基于雷达传感器的系统中，所述传感器的获取区域是通过发送功率可调节的。对于较高的作用范围，所述发送功率被提高；并且对于较低的范围，所述发送功率被减小。替代的是，敏感度能够通过其他的传感器特定的参数来进行改变。
根据一种优选的实施方式，干扰影响（Störeinflüsse）作为在调节所述监视传感器的发送功率时的另一输入值被考虑，例如在传感器上的水膜——该水膜限制了所述传感器的作用范围——或者其他方面的污染物。在此，例如在第一步骤中探测所述环境影响，并且在第二步骤中借助于获取到的干扰影响和确定出的保护区域来调节所述监视传感器的发送功率。
根据一种优选的实施形式，在探测到在所述监视传感器的获取区域或者分析区域中存在金属和/或人员时，进行了下述形式的反应：切断所述充电过程/放电过程、暂时地或者有条件地中断所述充电过程/放电过程、减少充电过程/放电过程的充电功率/放电功率、给出能够由其他的控制装置继续处理的相应的输出信号、和/或输出视觉的或者听觉的警告信号。有条件的中断能够在出现下述条件的情况下再次被取消：探测到的金属体或者涉及到的人员再次从所述监视传感器的获取区域或者分析区域中出来。
关于探测到在所述监视传感器的获取区域或者分析区域中存在金属和/或人员的信息能够例如被传递至控制装置，该控制装置不仅能够设置在电池驱动的对象侧，而且能够设置在充电站/放电站侧。所述控制装置实施整个系统的反应。在此，能够设置义务反应（Pflichtreaktion）：例如在所述保护区域中识别到金属或者识别到生物时切断所述功率传递，以及可选的附加反应：例如当一生物只是靠近时减小所述功率。
根据另一方面建议了一计算机程序，根据该计算机程序实施在本文中所描述的方法中的一种方法，其中，所述计算机程序在一可程序化的计算机机构上执行。所述计算机程序可以是指例如用于实施充电系统/放电系统的软件-模块、软件程序或者软件-子程序，该充电系统/放电系统带有电池驱动的对象和充电站/放电站。所述计算机程序能够存储在电池驱动的对象上、存储在充电站/放电站上，或者分配地存储在它们之上，尤其是在永久的或者可再次写入的、可机读的存储介质上，或者配属于计算机机构，例如在一可携带的存储器上，诸如CD-ROM、DVD、蓝光光盘（Blu-ray-Disc）、USB条或者存储卡。对此替代的或者附加的是，所述计算机程序能够在一计算机机构上、例如在服务器或者云服务器上为了下载而被提供，例如通过诸如互联网的数据网络，或者通过诸如电话线的通讯连接或者无线连接来提供。
根据本发明的另一方面，说明了带有充电站/放电站并且带有电池驱动的对象、尤其是电动车的系统，其中，所述充电站/放电站和所述电池驱动的对象为了充电和/或放电而具有线圈。所述系统此外包括用于获取在所述充电站/放电站的周围环境中的金属和/或人员的存在的监视传感器。所述系统此外包括控制装置，设置了该控制装置，来借助于输入信息确定在充电站/放电站的周围环境中的保护区域，来将所述监视传感器的获取区域或者分析区域调节至所述保护区域，并且在电池驱动的对象的充电过程/放电过程期间监视在所述监视传感器的获取区域或者分析区域中的金属和/或人员的存在。
优选的是，所述系统被构造和/或设置用于实施所描述的方法。与此相应的是，在所述方法的框架内描述的特征相应地适用于所述系统，并且反之，在所述系统的框架内描述的特征相应地适用于所述方法。
所述控制装置能够配属于所述充电站/放电站或者电池驱动的对象。能够替代地设置的是，不但电池驱动的对象而且充电站/放电站都配备以控制装置，所述控制装置共同地实施根据本发明的方法。
根据本发明的其他方面，为了在这种系统中的使用而提供了一充电站/放电站以及一电池驱动的对象。
所述概念“电池”和“电池驱动的”在当前的描述中与通常的语言用法相适配地用于蓄电池或者蓄电池驱动的。在所述电池中，电池单池优选在空间上合并，并且在电路技术上相互连接，例如串联或者并联地连接成模块，以便能够以所述电池单池来提供被要求的功率数据。
尤其是所述电池驱动的对象可以是机动车辆，其中，它的电池与该机动车辆的驱动系统相连接。所述机动车辆能够构造为纯电动车，并且仅仅包括一个电的驱动系统。所述机动车辆可以替代地构造为混合动力车辆，它包括电的驱动系统和内燃机。在一些变形方案中能够设置的是，所述混合动力车辆是外部可充电的（PHEV：插接式混合动力电车（plug-in hybrid electric vehicle））。
所述监视传感器优选包括雷达传感器、红外线传感器、超声波传感器、视频系统和/或感应的金属识别传感器。此外，能够设置热量传感器，该热量传感器能够确定金属块的变热。所述监视区域的适配据此不仅能够用于生物识别，而且能够用于感应的金属识别。
在此优选的是带有至少500MHz、优选至少1GHz的频率带宽的超宽带-雷达传感器。这种带宽允许了较好的分离能力和对象的多目标分辨率。此外优选的是带有从2至24GHz、优选从3.1至4.8GHz或者从6至8.5GHz的频率范围的雷达传感器。可替代的是，带有从76至81GHz的频率范围的雷达传感器是特别优选的。在这些较高的频率时，原则上能够使用较小的天线，这能够导致传感器的较小的构造空间。较高的载波频率也实现了更好的多普勒分辨率，它在测量速度和距离时能够为了更高的准确性而被使用。
本发明的优点
由当前的发明提供了一种在非接触的充电系统/放电系统中用于一次性地或者动态地适配保护区域的方法。所述介绍的系统实现了对象识别、特别是金属识别和生物识别。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在接下来的描述中进一步被阐述。附图示出：
图1 根据本发明的实施方式的、带有电池驱动的对象和充电站/放电站的系统的侧视图；和
图2 来自于图1的系统的俯视图。
具体实施方式
图1示出了一种带有电池驱动的对象4和一充电站/放电站6的系统2。所述电池驱动的对象4、在此例如是电动车接下来也简称为对象4。
所述充电站/放电站6具有一第一线圈8。所述对象4具有一第二线圈10。所述第一和第二线圈8、10也能够分别通过多个相互组合的单个线圈8、10，就是说通过一中线圈系统来构成。通过所述线圈8、10，借助于感应的能量传递来对于所述对象4进行充电和/或放电。
在非接触的充电过程或者放电过程时，典型地在所述对象4和所述充电站/放电站6之间存在一空气间隙12，该空气间隙的大小影响所述线圈8、10的耦合品质。因此为了充电，所述对象4连同它的第二线圈10尽可能精准地定位在所述充电站/放电站6的第一线圈8之上，以便使得耦合最大化。
图2示出来自于图1的系统2的俯视图，其中，在此另外示出一监视传感器16、一控制装置26和一输入信息传感器28，它们配属于所述系统2。在图2中，所述监视传感器16、所述控制装置26和所述输入信息传感器28描绘在车辆的外部。这对于本发明来说不是限制性的。所述监视传感器16、所述控制装置26和/或所述输入信息传感器28也能够替代性地配属于所述对象4，例如作为在车辆底盘处的传感器机构。能够替代地设置的是，集成进一在基础设施侧的充电垫中。
所述对象4以一种相对于所述充电站/放电站6的侧向偏移14进行布置。所述侧向偏移14也如同所述空气间隙12那样是一种影响所述线圈8、10耦合品质的参数。所述侧向偏移14能够关于所述对象4和所述充电站/放电站6的、尤其是也关于所述线圈8、10的任意参数进行定义。例如，如果所述第二线圈10直接布置在所述第一线圈8之上，则所述侧向偏移14能够假定为零。
所述系统2包括监视传感器16，其中，在此示例性地示出仅仅一个监视传感器16。一般设置多个监视传感器16，以便详细地获取电池驱动的对象4和所述充电站/放电站6的周围环境。所述监视传感器16能够包括超声波传感器、雷达传感器、红外线传感器、一视频系统和金属识别传感器，例如超宽带雷达传感器。
所述系统2包括一第一保护区域18和一第二保护区域20，它们示出为具有到所述充电站/放电站6或者至所述第一线圈8的统一的距离的范围。所述保护区域18、20也能够在没有示出的实施方式中涉及所述对象4的第二线圈10的周围环境，或者涉及所述第一线圈8和所述第二线圈10的共同的周围环境。在后一种情况中，所述保护区域18、20能够定义为例如下述范围：该范围由至所述两个线圈8、10的不变的相加的距离所限制，就是说由椭圆形所限制。
所述监视传感器16的第一获取区域22配属于所述第一保护区域18。所述监视传感器16的第二获取区域24配属于所述第二保护区域20，该第二获取区域大于所述第一获取区域22。所述监视传感器16的获取区域22、24的大小例如通过发送功率的控制来进行调节。替代的是，可以确定出所述获取区域22、24的分析区域。
为了确定出所述获取区域22、24，所述监视传感器16被所述控制装置26所操控。所述控制装置26将所述输入信息传感器28的数据和/或测量值处理为所述操控的输入值、就是说作为决策依据。在此，虽然在图2中仅示出了一个输入信息传感器28，但是一般设置的是，使用多于一个输入信息传感器28。所述输入信息传感器28能够包括例如下述传感器：该传感器用于获取充电功率/放电功率、耦合品质、在对象4和充电站/放电站6之间的侧向偏移14、在对象4和充电站/放电站6之间的空气间隙12的大小、或者用于获取在所述充电站/放电站6中的磁的通量密度，或者包括获取标称-充电功率/放电功率或者例如车辆参数的通讯器。
所述保护区域18、20和所述获取区域22、24由所述控制装置26借助于由所述输入信息传感器28所获取的输入信息来进行调节。对于下述情况：例如在所述充电站/放电站6中的测量出的充电功率/放电功率、耦合品质或者磁的通量密度大于相应的定义的阈值，则所述控制装置26就将所述系统2调节至较大的第二保护区域20和较大的第二获取区域24。对于下述情况也是这样：例如测量出的在对象4和充电站/放电站6之间的侧向偏移14或者测量出的在对象4和充电站/放电站6之间的空气间隙12的大小小于相应的定义的阈值，则所述控制装置26就将所述系统2调节至较大的第二保护区域20和较大的第二获取区域24。对于下述情况：获知一小的车辆应当进行充电，则所述控制装置26就将所述系统2调节至较小的第一保护区域18和较小的第一获取区域22；在一大的车辆时，调节至较大的第二保护区域20和较大的第二获取区域24。
所述控制装置26另外与所述充电站/放电站6的控制开关30连接，其中，在替代的实施方式中，一这样的控制开关30也能够存在于所述对象4中。所述控制装置26处理所述监视传感器16的信息，并且借助于所述监视传感器16的测量值或者数据来控制所述控制开关30，从而使得在所述监视传感器16的获取区域22、24中探测到存在金属和/或人员时，能够进行下述形式的反应：切断充电过程/放电过程、中断所述充电过程/放电过程、减少充电过程/放电过程的充电功率/放电功率、给出能够由其他的控制装置（没有示出）继续处理的相应的输出信号、或者输出一种视觉的或者听觉的警告信号。
本发明不被限制于在此所描述的实施例和在本文中所强调的方面。更确切地说，在由权利要求所说明的范围内，大量的、处于本领域技术人员的手段的框架内的变化方案是可能的。

Claims (15)

1.用于确保对于电池驱动的对象（4）所进行的非接触的充电过程/放电过程的方法，其中，所述电池驱动的对象（4）的充电或者放电通过在充电站/放电站（6）的第一线圈（8）和电池驱动的对象（4）的第二线圈（10）之间的感应的能量传递来进行，包括下述步骤：
- 借助于输入信息来在所述充电站/放电站（6）的周围环境中确定出保护区域（18、20），
- 将监视传感器（16）的获取区域（22、24）或者将监视传感器（16）的获取区域（22、24）的分析区域调节至所述保护区域（18、20）上，并且
- 在电池驱动的对象（4）的充电过程/放电过程期间，监视在所述监视传感器（16）的获取区域（22、24）或者分析区域中的金属和/或人员的存在。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护区域（18、20）在充电过程/放电过程期间基于获取到的充电功率/放电功率、获取到的第一和第二线圈（8、10）的耦合品质、获取到的所述电池驱动的对象（4）至所述充电站/放电站（6）的距离来进行确定。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述保护区域（18、20）借助于所述电池驱动的对象（4）的特性来进行确定。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述保护区域（18、20）能够以离散的步骤进行调节。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述监视传感器（16）的获取区域（22、24）通过调节所述监视传感器（16）的发送功率来进行调节。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，干扰影响作为在调节所述监视传感器（16）的发送功率时的另一输入值被考虑。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在探测到在所述监视传感器（16）的获取区域（22、24）或者分析区域中存在金属和/或人员时，进行下述形式的反应：关断充电过程/放电过程、暂时地或者有条件地中断所述充电过程/放电过程、减少充电过程/放电过程的充电功率/放电功率、给出能够由其他的控制装置继续处理的相应的输出信号、和/或输出视觉的或者听觉的警告信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池驱动的对象（4）是电动车。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述保护区域（18、20）在充电过程/放电过程期间借助于在所述电池驱动的对象（4）和所述充电站/放电站（6）之间的侧向偏移（14）的值和/或空气间隙（12）的值，和/或借助于测量在所述充电站/放电站（6）中的磁的通量密度来进行确定。
10.带有充电站/放电站（6）、电池驱动的对象（4）的系统（2），其中所述充电站/放电站（6）和电池驱动的对象（4）为了充电和/或放电而具有线圈（8、10），用于获取在所述充电站/放电站（6）的周围环境中的金属和人员存在的监视传感器（16）、以及控制装置（26），其中，设置了所述控制装置（26），来借助于输入信息在所述充电站/放电站（6）的周围环境中确定出保护区域（18、20），来将所述监视传感器（16）的获取区域（22、24）或者分析区域调节至所述保护区域（18、20），并且在所述电池驱动的对象（4）的充电过程/放电过程期间，监视在所述监视传感器（16）的获取区域（22、24）或者分析区域中的金属和/或人员的存在。
11.根据权利要求10所述的系统（2），其特征在于，所述监视传感器（16）包括雷达传感器、红外线传感器、视频系统和/或感应的金属识别传感器，雷达传感器带有至少500MHz的频率带宽，并且带有从2至24GHz的频率范围，或者带有从76至81GHz的频率范围。
12.根据权利要求10所述的系统（2），其特征在于，所述电池驱动的对象（4）是电动车。
13.根据权利要求11所述的系统（2），其特征在于，所述雷达传感器带有至少500MHz的频率带宽并且带有从2至24GHz的频率范围或者带有从76至81GHz的频率范围。
14.根据权利要求13所述的系统（2），其特征在于，所述雷达传感器带有至少1GHz的频率带宽。
15.根据权利要求13所述的系统（2），其特征在于，所述雷达传感器带有从3.1至4.8GHz或者从6至8.5GHz的频率范围。
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