CN107005088B - 用于运行将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆的充电站的方法和系统 - Google Patents

用于运行将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆的充电站的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于运行将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆的充电站的方法和系统，其中，初级绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，其中，初级绕组被设计为平面的、特别是扁平绕组，其中，设有与初级绕组平行布置的用于数据传输的绕组(3)，其中，绕组(3)具有两个子绕组，所述两个子绕组能基于开关装置的开关位置、特别也就是基于极性变换开关的开关位置，沿相同方向或沿相反方向运行，其中，在初级绕组未通电时，子绕组沿相反方向运行，而在初级绕组通电时，子绕组沿相同方向运行。

Description

用于运行将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆的充电站的 方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行充电站的方法和系统，该充电站用于将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆。
背景技术
由文献DE 10 2012 010 014 B3已知了，确定在通信线圈的子绕组之间的感应耦合强度并将其用于定位车辆。
发明内容
因此本发明的任务在于，对用于运行将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆的充电站的方法加以改进，其中，应能实现简单的停车入位和充电。
根据本发明，该任务通过根据权利要求1中所述特征的方法和根据权利要求9中所述特征的系统完成。
在用于将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆的充电站的运行方法中，本发明的重要特征在于，初级绕组由两个沿相反方向缠绕/卷绕的子绕组组成，
其中，初级绕组被设计为平面的、特别是扁平绕组，
其中，设有与初级绕组平行/并行布置的用于数据传输的绕组，
其中，该绕组具有两个子绕组，所述两个子绕组能基于开关装置的开关位置、特别也就是基于极性变换开关的开关位置，沿相同方向或沿相反方向运行，
其中，在初级绕组未通电时，子绕组沿相反方向运行，而在初级绕组通电时，子绕组沿相同方向运行。
在此优点是，在初级绕组未通电时，能在使用多个绕组的情况下以简单的方式实现确定车辆的位置。因为仅需确定在各个子绕组与相应的在次级侧布置的子绕组之间的感应耦合强度以及各个绕组与相应的次级侧的绕组之间的感应耦合强度。由所述耦合强度的值随后能实现至少粗略地确定车辆的位置和/或取向并能借助所确定的位置辅助停到次级绕组与初级绕组之间最佳感应耦合的位置上。于是通过位置显示/指示能以简单的方式为车辆驾驶员找到最佳位置。另选地，通过将所确定的位置输送给调控器，该调控器通过控制车辆的转向角来将车辆引导到最佳位置上，甚至能实现自动的或至少半自动的停车入位。借助多个绕组还能实现数据传输、即用于通信的信号传输。为此能分别将所述绕组之一用作发射器，而将在次级侧的、即在车辆侧的相应的绕组用作接收器。反之，也能将一个绕组用作接收器，而将在次级侧的、即在车辆侧的相应的绕组用作发射器。在改进方案中也能在初级侧和/或次级侧使用与相应的绕组连接的收发器。在到达最佳位置之后，初级绕组能通电。
在一个有利的设计方案中，绕组的第一子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影被初级绕组的第一子绕组所包围/包含，而绕组的第二子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影被初级绕组的第二子绕组所包围。在此优点是，在初级绕组通电时，在绕组中不感生电压，这是因为在子绕组中感生出的单独电压彼此抵消。
在一个有利的设计方案中，在初级绕组通电时，由初级绕组的第一子绕组在绕组的第一子绕组中感生出的电压和由初级绕组的第二子绕组在绕组的第二子绕组中感生出的电压在数值上相等。在此优点是，在初级绕组通电时，在绕组中又未感生出电压。
在一个有利的设计方案中，在车辆的底侧上布置有次级绕组，该次级绕组被设计为平面的，特别是被设计为与初级绕组平行的绕组，该次级绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，特别是其中，在具有最佳感应耦合的车辆位置中，由第一子绕组包绕的面在初级绕组的绕组平面中的垂直投影被第一子绕组所包围，而由第二子绕组包绕的面在初级绕组的绕组平面中的垂直投影被初级绕组的第二子绕组所包围。在此优点是，虽然初级绕组和次级绕组这二者均由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，然而当车辆被尽可能准确地停入最佳位置中、也就是说次级绕组与初级绕组之间感应耦合强度最佳的位置中时，仍然能传输高功率。
在一个有利的设计方案中，在车辆侧同样设有与次级绕组平行/并行布置的用于数据传输的绕组，其中，该绕组具有两个子绕组，所述两个子绕组能基于开关装置的开关位置、特别也就是基于极性变换开关的开关位置，沿相同方向或沿相反方向运行，其中，在次级绕组未通电时，子绕组沿相反方向运行，而在次级绕组通电时，子绕组沿相同方向运行。在此优点是，通过单纯地改变开关位置能这样运行绕组，即不感生出电压。在初级绕组未通电时，平行布置的、转动了90°的、以相同方式设计的绕组也不感生电压，从而能将两个绕组彼此独立地用于通信或位置确定。
在用于将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆的充电站的运行方法中的重要特征在于，
初级绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，
其中，初级绕组被设计为平面的、特别是扁平绕组，
其中，设有与初级绕组平行布置的用于数据传输的绕组，
其中，绕组具有两个沿相反方向缠绕的子绕组，
其中，设有与初级绕组平行布置的用于数据传输的附加绕组，
其中，附加绕组在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第一子绕组的重叠部、特别是重叠面积大小和附加绕组在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第二子绕组的重叠部、特别是重叠面积大小在数值上相等，
其中，在初级绕组未通电时，将所述绕组用于数据传输和/或用于确定车辆相对于初级绕组的相对位置，特别是不将附加绕组用于数据传输，
其中，在初级绕组通电时，将附加绕组用于数据传输，特别是不将绕组用于数据传输。在此优点是，借助开关装置接通或不接通附加绕组。这一点在此基于初级绕组通电或不通电而实现。因此通过附加绕组能在不通电时实现定位和在通电时实现通信。附加绕组几乎可以说在功能上代替了所述由沿相反方向缠绕的子绕组组成的绕组。
在一个有利的设计方案中，在初级绕组未通电时，将另一个与初级绕组平行布置的、由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成的另外的绕组用于数据传输和/或用于确定车辆相对于初级绕组的相对位置，特别是其中，所述另外的绕组的每个子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第一子绕组的重叠面积大小和所述另外的绕组的该相应子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第二子绕组的重叠面积大小在数值上相等，特别是其中，将所述另外的绕组相对于绕组转动了90°地布置，特别是其中，在初级绕组通电时，也能将所述另外的绕组用于数据传输。在此优点是，在任何情况下都能实施数据传输。
在一个有利的设计方案中，将附加绕组设计为矩形线圈。在此优点是，能实现良好地利用可用的面并能实现简单地制造成印制电路版图。
在用于实施前述方法的系统中的重要特征在于，开关装置被设置成，在初级绕组通电时，开关装置具有第一开关位置，而在初级绕组未通电时，开关装置具有另一个开关位置。在此优点是，能以简单的方式实施切换。
其它优点由从属权利要求中得出。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员来说，特别是由任务的提出和/或通过与现有技术的比较而提出的任务中得出权利要求和/或各个权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。
附图说明
现在根据附图详细描述本发明:
在图1中示出用于将电能感应式传输到车辆的根据本发明的装置的、由两个沿相反方向缠绕的子绕组(A，B)组成的初级绕组1。
在图2中示出用于数据传输的绕组，该绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组2组成。
在图3中示出用于数据传输的绕组，该绕组由两个沿相同方向缠绕的子绕组3组成。
在图4中示出附加绕组4。
在图5中详细示出由子绕组3组成的、具有接头(53，54，55，56)的绕组。
在图6中示出由子绕组3组成的绕组的驱控装置6。
具体实施方式
如在附图中所示，初级绕组1被布置在地面上并由两个沿相反方向缠绕的子绕组(A，B)组成，所述两个子绕组被设计为扁平绕组，由所述两个子绕组相应包绕的面积具有相同的大小并被布置在相同的平面、即地面平面中。车辆的行驶平面平行于该平面。在车辆的底侧上，即在车辆的朝向地面的侧上布置有次级线圈，其同样由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，由这些子绕组包绕的面积具有相同的大小。
如果现在将车辆移动到下述这种位置上，即次级绕组相对于初级绕组1居中地布置，其中，次级绕组的一个子绕组在所述平面中的垂直投影仅布置在被初级绕组1的子绕组之一A包绕的面中，而次级绕组的另一个子绕组在平面中的垂直投影仅布置在被初级绕组1的另一个子绕组B包绕的面中。
因此在到达这个在初级绕组1与次级绕组之间的感应耦合强度最佳的位置之后能将电功率传输到车辆。在此，将中频电流施加到初级绕组1中。次级绕组与电容串联或并联，其中，这样形成的谐振电路的谐振频率基本上等于该中频电流的频率。
借助这种谐振传输能实现高效率——即使在由于制造引起的或由于取向引起的偏差的情况下。
除了所述的功率传输之外也在车辆与充电站侧之间设计有通信信道。为此设有平面的绕组，其与初级绕组1平行布置。
如在图2中所示，由沿相反方向缠绕的子绕组组成的绕组2与初级绕组1平行布置。所述两个子绕组中的每一个都有一半被初级绕组1的第一子绕组覆盖，而另一半被初级绕组1的另外的子绕组覆盖。
因此，馈入初级绕组1中的电流整体上没有在绕组2中感生出电压。
被布置在车辆的底侧上的次级绕组和初级绕组1一样地设计并且平行于该初级绕组布置。为了通信，还在车辆侧布置有相应于图2的绕组，该绕组和绕组2一样由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，其分别有一半被次级绕组的子绕组之一覆盖。
因此也就能实现绕组2与车辆侧的相应绕组之间的通信，而不受由初级绕组1所产生的磁场影响。因为当车辆和因此次级绕组被定向成，使得初级绕组1的第一子绕组A覆盖次级绕组的第一子绕组，也就是说次级绕组的第一子绕组在初级绕组1的绕组平面中的垂直投影被初级绕组1的第一子绕组A完全包围，并且初级绕组1的第二子绕组B同样也覆盖次级绕组的第二子绕组，也就是说次级绕组的第二子绕组在初级绕组1的绕组平面中的垂直投影被初级绕组1的第二子绕组B完全包围时，那么用于通信的各绕组2最佳地被感应耦合，这是因为它们在绕组平面中的垂直投影重合。在此，由初级绕组1所产生的磁场不产生干扰，这是因为整体上在绕组2中或在在车辆侧的相应绕组中感生出的电压由于分别沿相反方向缠绕的子绕组而消失。
如在图3中所示，在初级绕组1上布置有用于通信的另一个绕组3，该绕组由沿相同方向缠绕的子绕组组成。在此然而这样布置绕组3的第一子绕组，即在初级绕组1的绕组平面中的垂直投影完全位于初级绕组1的第一子绕组A内部，也就是说被其包围。同样地，这样布置绕组3的第二子绕组，即在初级绕组1的绕组平面中的垂直投影完全位于初级绕组1的第二子绕组B内部，也就是说被其包围。
因此，由初级绕组所产生的磁场整体上又没有在绕组3上感生出电压，这是因为在绕组3的第一子绕组上感生出的电压和在绕组3的第二子绕组上感生出的电压数值相等但是具有相反的符号。
在车辆侧还设有这样的绕组，其第一子绕组被布置成，在次级绕组的绕组平面中的垂直投影完全位于次级绕组的第一子绕组内部，也就是说被其包围。同样地，该绕组的第二子绕组被布置成，在次级绕组的绕组平面中的垂直投影完全位于次级绕组的第二子绕组内部，也就是说被其包围。
因此，由初级绕组所产生的磁场整体上又没有在该车辆侧的绕组上感生出电压，这是因为在该绕组的第一子绕组上感生出的电压和在该绕组的第二子绕组上感生出的电压数值相等但是具有相反的符号。
根据图2的绕组2总体上被设计为矩形。根据图3的绕组3与其垂直地定向。因此，施加在绕组2上的交流电流没有在绕组3中感生出电压。反之亦然。
以这种方式能实现双向的不受干扰的通信，也就是说从作为发射器的绕组2到相应的作为接收器的在车辆侧的绕组的出去信道(Hinkanal)和从作为发射器的、相应于绕组3的在车辆侧的绕组到作为接收器的绕组3的返回信道。
作为图3中的绕组3的替代，也可以使用根据图4的未分开的绕组4。在此，绕组4在绕组平面中的垂直投影的面积的一半被初级绕组1的第一子绕组A包围，而另一半被初级绕组1的另外的子绕组B包围。
因此能实现与由初级绕组1所产生的交流磁场无关的、从绕组4到相应的在车辆侧的绕组的通信。因为其要么根据关于图3的说明来设计，要么又是未分开的，其中，该绕组在绕组平面中的垂直投影的面积的一半被次级绕组的第一子绕组包围，而另一半被次级绕组的另外的子绕组包围。
如在图5中所示，绕组3具有绕组3的第一子绕组的第一接头53和绕组3的第一子绕组的第二接头54以及绕组3的第二子绕组的第一接头55和绕组3的第二子绕组的第二接头56。
如在图6中所示，根据换向开关7和极性变换开关5的开关位置向相应的接头(53，54，55，56)输入电压。
只要初级绕组未通电并且例如车辆还在接近初级绕组，则能通过确定各个子绕组相对彼此的感应耦合强度来实现对车辆的定位。为此不仅使用绕组2而且也使用绕组3，其中，这样选择驱控装置6或开关(5，7)的开关位置，即沿相反方向使用绕组3的子绕组。
通过确定耦合强度、也就是说例如：
-绕组2的第一子绕组与在车辆侧布置的相应的绕组的第一子绕组的耦合强度，和
-绕组2的第一子绕组与在车辆侧布置的相应的绕组的第二子绕组的耦合强度，和
-绕组2的第二子绕组与在车辆侧布置的相应的绕组的第一子绕组的耦合强度，和
-绕组2的第二子绕组与在车辆侧布置的相应的绕组的第二子绕组的耦合强度，
以及还有
-整个绕组2与在车辆侧布置的相应的绕组的第一子绕组的耦合强度，和
-整个绕组2与在车辆侧布置的相应的绕组的第二子绕组的耦合强度，和
-整个绕组2与整个在车辆侧布置的相应的绕组的耦合强度，
能确定车辆的位置和/或取向。
也能实现通信、即数据的交换。
当车辆被停放在初级绕组1与次级绕组之间最强感应耦合的位置中后，也就是说当到达下述的位置——在该位置中次级绕组的第一子绕组的垂直投影被初级绕组的第一子绕组A所包围，并且在该位置中次级绕组的第二子绕组的垂直投影被初级绕组的第二子绕组B所包围——时，初级绕组被通电。
由于由初级绕组所产生的交流磁场随后在绕组3中感生出电压，其中，在绕组3的各子绕组中感生出的电压相加，因此开关位置被改变，从而绕组3的子绕组被沿相同方向接入并因此由初级绕组1在绕组3的各子绕组中感生出的电压彼此抵消。仅有由相应的在车辆侧布置的绕组所产生的交流磁场在绕组3中感生出不为零的电压。在此，相应的在车辆侧布置的绕组同样沿相同方向运行。优选地，驱控装置6连同开关5和7也在车辆侧设置。
绕组2和绕组3被彼此垂直地布置。
绕组(2，3，4)优选地被设计为印制电路版图。
在另一个根据本发明的实施例中，代替绕组3使用未分开的矩形线圈。
在又一个根据本发明的实施例中，除了绕组2和绕组3之外附加地使用未分开的矩形线圈4。
因此在初级绕组1未通电时，仅将绕组2和绕组3用于确定车辆的位置。在初级绕组1通电时，将未分开的矩形线圈4用于数据传输。这是因为在被分开的绕组3中由通电的初级绕组1感生出高电压，从而该绕组3不能用于数据交换。由于矩形线圈4与初级绕组1的两个子绕组重叠，从而通电的初级绕组1在矩形线圈4中不感生电压，因此能够实现从矩形线圈4出发到相应的在车辆侧布置的矩形线圈的数据传输，该在车辆侧布置的矩形线圈同样也与次级绕组的沿相反方向缠绕的子绕组重叠，从而在其中不感生电压。
附图标记列表：
1 初级绕组
2 由沿相反方向缠绕的子绕组组成的绕组
3 由沿相同方向缠绕的子绕组组成的绕组
4 未分开的附加绕组
5 极性变换开关
6 驱控装置
7 换向开关
53 绕组3的第一子绕组的第一接头
54 绕组3的第一子绕组的第二接头
55 绕组3的第二子绕组的第一接头
56 绕组3的第二子绕组的第二接头

Claims (22)

1.一种用于运行充电站的方法，该充电站用于将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆，
其中，初级绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，
其中，初级绕组被设计为平面的，
其特征在于，
设有与初级绕组平行布置的用于数据传输的第一绕组(3)，
其中，该第一绕组(3)具有两个子绕组，所述第一绕组的所述两个子绕组能基于开关装置的开关位置沿相同方向或沿相反方向运行，
其中，在初级绕组未通电时，所述第一绕组(3)的子绕组沿相反方向运行，而在初级绕组通电时，所述第一绕组(3)的子绕组沿相同方向运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初级绕组被设计为扁平绕组。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开关装置是极性变换开关。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一绕组(3)的第一子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影被初级绕组的第一子绕组所包围，而所述第一绕组(3)的第二子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影被初级绕组的第二子绕组所包围。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在初级绕组通电时，由初级绕组的第一子绕组在所述第一绕组(3)的第一子绕组中感生出的电压和由初级绕组的第二子绕组在所述第一绕组(3)的第二子绕组中感生出的电压在数值上相等。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在车辆的底侧上布置有被设计为平面的次级绕组，该次级绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，
其中，在具有最佳感应耦合的车辆位置中，由次级绕组的第一子绕组包绕的面在初级绕组的绕组平面中的垂直投影被初级绕组的第一子绕组所包围，而由次级绕组的第二子绕组包绕的面在初级绕组的绕组平面中的垂直投影被初级绕组的第二子绕组所包围。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述次级绕组被设计为与初级绕组平行的绕组。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在车辆侧同样设有与次级绕组平行布置的用于数据传输的第二绕组，其中，该第二绕组具有两个子绕组，所述第二绕组的所述两个子绕组能基于开关装置的开关位置沿相同方向或沿相反方向运行，其中，在次级绕组未通电时，所述第二绕组的子绕组沿相反方向运行，而在次级绕组通电时，所述第二绕组的子绕组沿相同方向运行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述开关装置是极性变换开关。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在车辆的底侧上布置有被设计为平面的次级绕组，该次级绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，
其中，在具有最佳感应耦合的车辆位置中，由次级绕组的第一子绕组包绕的面在初级绕组的绕组平面中的垂直投影被初级绕组的第一子绕组所包围，而由次级绕组的第二子绕组包绕的面在初级绕组的绕组平面中的垂直投影被初级绕组的第二子绕组所包围。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述次级绕组被设计为与初级绕组平行的绕组。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在车辆侧同样设有与次级绕组平行布置的用于数据传输的第二绕组，其中，该第二绕组具有两个子绕组，所述第二绕组的所述两个子绕组能基于开关装置的开关位置沿相同方向或沿相反方向运行，其中，在次级绕组未通电时，所述第二绕组的子绕组沿相反方向运行，而在次级绕组通电时，所述第二绕组的子绕组沿相同方向运行。
13.一种用于运行充电站的方法，该充电站用于将电能感应式传输到具有蓄能器的车辆，
其中，初级绕组由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成，
其中，初级绕组被设计为平面的，
其特征在于，
设有与初级绕组平行布置的用于数据传输的第一绕组(3)，
其中，该第一绕组(3)具有两个沿相反方向缠绕的子绕组，
其中，设有与初级绕组平行布置的用于数据传输的附加绕组(4)，
其中，附加绕组(4)在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第一子绕组的重叠部和附加绕组(4)在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第二子绕组的重叠部在数值上相等，
其中，在初级绕组未通电时，使用所述第一绕组(3)来进行数据传输和/或确定车辆相对于初级绕组的相对位置，
其中，在初级绕组通电时，使用附加绕组(4)来进行数据传输。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，初级绕组被设计为扁平绕组。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，附加绕组(4)在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第一子绕组的重叠面积的大小和附加绕组(4)在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第二子绕组的重叠面积的大小在数值上相等。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在初级绕组未通电时，不使用附加绕组(4)来进行数据传输；在初级绕组通电时，不使用所述第一绕组(3)来进行数据传输。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，在初级绕组未通电时，使用另一个与初级绕组平行布置的、由两个沿相反方向缠绕的子绕组组成的另外的绕组(2)来进行数据传输和/或确定车辆相对于初级绕组的相对位置。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述另外的绕组(2)的每个子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第一子绕组的重叠面积的大小和所述另外的绕组(2)的相应子绕组在初级绕组的平面中的垂直投影与初级绕组的第二子绕组的重叠面积的大小在数值上相等。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述另外的绕组(2)相对于所述第一绕组(3)转动了90°地布置。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在初级绕组通电时，也能使用所述另外的绕组(2)来进行数据传输。
21.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，将附加绕组(4)设计为矩形线圈。
22.一种用于实施根据权利要求1至21中任一项所述的方法的系统，
其特征在于，
开关装置被设置成，在初级绕组通电时，开关装置具有第一开关位置，而在初级绕组未通电时，开关装置具有另一个开关位置。
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