CN107079245B - 在充电站和车辆之间建立充电通信 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在车辆(100)的车辆通信单元(350)和充电站(110、111)的充电站通信单元(351)之间建立无线通信连接的方法。该方法包括借助车辆(100)的LF发射单元(201)发出低频请求信号、即LF请求信号，所述LF请求信号指示关于车辆(100)的标识符。该方法还包括通过充电站(110、111)的LF接收单元(323)接收LF请求信号。该方法还包括通过充电站通信单元(351)在广播消息中发出关于标识符的信息以及通过车辆通信单元(350)接收该广播消息。该方法还包括检验广播消息是否包含关于标识符的信息，并且当广播消息包含关于标识符的信息时，在车辆通信单元(350)和充电站通信单元(351)之间建立无线通信连接。

Description

在充电站和车辆之间建立充电通信
技术领域
本发明涉及一种用于在充电站和车辆之间建立通信的方法和相应系统。
背景技术
具有电驱动装置的车辆通常包括电池，在其中可存储用于使车辆电机运行的电能。可由供电网络为车辆电池充电。为此电池与供电网络耦合，以便将电能从供电网络输入到车辆电池中。该耦合可有线(如通过充电电缆)和/或无线(如借助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，从地面到车辆底部通过在车辆离地间隙120上的磁感应将电能传输到电池中。这例如在图1中示出。图1尤其是示出具有电能蓄能器103(如具有可充电电池103)的车辆100。该车辆100包括在车辆底部中的所谓次级线圈，该次级线圈通过未示出的阻抗匹配和整流器101与蓄能器103连接。次级线圈通常是所谓的“无线电力传输”(WPT)车辆单元102的一部分。
WPT车辆单元102的次级线圈可定位在初级线圈上方，初级线圈例如安装在车库地面上。初级线圈通常是所谓WPT地面单元111的一部分。初级线圈与电源110(在本文中也称为充电单元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电流(交流电)，由此通过感应产生磁场。该磁场在本文中也称为电磁充电场。所述电磁充电场可具有预定义的充电场频率范围。该充电场频率范围可处于LF(低频)范围中、如80－90kHz中(尤其是85kHz)。
当在离地间隙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，通过该磁场在次级线圈中感应出相应电压并因此也感应出电流。在WPT车辆单元102的次级线圈中的感应电流由整流器101整流并存储在蓄能器103(如电池)中。因此电能可无线地从电源110传输向车辆100的蓄能器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。为此充电控制器105可构造用于例如无线地与充电单元110(如暗线箱)或与WPT地面单元111进行通信。
为了通过电磁充电场进行高效的能量传输，通常要求WPT车辆单元102相对准确地定位在WPT地面单元111上方。该定位可通过确定车辆100相对于WPT地面单元111的位置来辅助。此外，为了高效的充电过程，希望以高效(即尽可能无需车辆100的驾驶员干预)且快速的方式在车辆100的充电控制器105和充电单元110之间建立通信连接，以便例如开始用于充电过程的充电通信。
发明内容
本文所涉及的技术任务是尤其是在存在多个可能的WPT地面单元111或多个充电单元110时高效且快速地建立这种通信连接。
根据一方面描述一种用于在车辆的车辆通信单元和充电站的充电站通信单元之间建立无线通信连接的方法。充电站尤其可以是用于无线地(特别是用于感应)和/或非接触式(如借助由机械手操作的充电电缆)为车辆的电能蓄能器充电的充电站。充电站可包括用于感应能量传输的WPT地面单元。通信单元可构造用于建立无线LAN(局域网)连接(如根据IEEE 802.11)。为此充电站通信单元尤其是可包括无线LAN接入点。
该方法包括借助车辆的LF发射单元发出低频(LF)请求信号。在此所述LF请求信号指示关于车辆的标识符。尤其是LF请求信号可包含关于发出该LF请求信号的车辆身份的信息。LF请求信号可包括车辆的无钥匙访问功能的和/或无钥匙发动机启动功能的请求信号。LF发射单元和LF请求信号的发射频率可介于20－140kHz的LF频率范围中。
该方法还包括通过充电站的LF接收单元接收LF请求信号。充电站的LF接收单元可与具有无钥匙访问功能和/或无钥匙发动机启动功能的车辆钥匙的接收单元构造相同。通常LF请求信号仅具有极为有限的有效范围(如5、4或3米或更小)。因此从通过充电站的LF接收单元对LF请求信号的接收可推导出该车辆位于充电站周围(该周围相应于LF请求信号的有效范围)的有限范围内。
此外，该方法还包括通过充电站通信单元在广播消息中发出关于标识符的信息。广播消息可周期性地(如每秒10次)通过充电站通信单元被发出，以便指示该充电站通信单元处于其能够建立通信连接的有效范围内。除了关于车辆标识符的信息外，广播消息也可包括用于识别进行发射的充电站通信单元(如WLAN SSID)的信息。广播消息尤其是可包括无线LAN信标消息或信标消息。关于车辆标识符的信息可设置在信标消息的供应商扩展部分中。
该方法还包括通过车辆通信单元接收广播消息。车辆通信单元或车辆于是可检验广播消息是否包含关于标识符的信息。当确定广播消息包含关于标识符的信息时，(必要时仅在此情况下才)可在车辆通信单元和充电站通信单元之间建立无线通信连接。尤其是可通过车辆通信单元发出用于在车辆通信单元和充电站通信单元之间建立无线通信连接的请求。
将关于标识符的信息插入广播消息中允许车辆以节约成本和时间的方式确定哪个充电站紧邻车辆。此外在充电站和车辆之间能够快速建立通信连接(以便进行例如用于充电过程的充电通信)。
该方法还可包括通过车辆通信单元接收相应多个充电站的相应多个充电站通信单元的多个广播消息。例如在停车场上或车库中充电站可位于相邻的停车位上。在这种情况下，LF请求信号有可能被多个充电站的多个充电站通信单元接收。此外，在此情况下车辆通信单元可接收不同充电站通信单元的多个广播消息，在此一个或多个广播消息可包含关于车辆标识符的信息。
该方法还可包括确定多个广播消息中的包含关于标识符的信息的一个或多个广播消息。此外，可从多个充电站通信单元中确定已发出所确定的所述一个或多个广播消息的一个或多个充电站通信单元。因此可确定与车辆的距离小于或等于LF请求信号的有效范围的一个或多个充电站。
此外，该方法还可包括选择所确定的一个或多个充电站通信单元之一以用于建立无线通信连接。该选择例如可通过车辆乘客手动进行。为此可输出关于相应于所确定的所述一个或多个充电站通信单元的一个或多个充电站的信息，使得车辆乘客可选择一个适合的充电站。必要时可生成视觉输出，通过该视觉输出识别所选择的充电站通信单元的充电站，以便更简单地定位在所选择的充电站上。
充电站通信单元的广播消息还可包括关于通过该充电站通信单元接收到的LF请求信号的信号强度的信息。基于信号强度例如可确定车辆和充电站之间的相对位置和/或距离。可根据LF请求信号的信号强度选择充电站通信单元以用于建立无线通信连接。尤其是可选择车辆可以有利方式驶达的充电站。
该方法还可包括确定关于车辆轨迹的信息。尤其是可确定车辆的行驶方向和/或转向角度。(必要时也)可根据关于车辆轨迹的信息选择充电站通信单元以用于建立无线通信连接。由此可进一步改善“可驶达的”充电站的选择。
根据另一方面描述一种用于为车辆的电能蓄能器充电的充电站。所述充电站包括LF接收单元，其构造用于接收在充电站周围的车辆的LF发射单元的低频请求信号、即LF请求信号。在此充电站周围通常由LF请求信号的有效范围限定。所述LF请求信号包括关于车辆的标识符(或ID)。
充电站还包括充电站通信单元，其构造用于在广播消息中发出关于标识符的信息。充电站通信单元还构造用于基于车辆的车辆通信单元的请求在车辆通信单元和充电站通信单元建立无线通信连接。
根据另一方面描述一种车辆(尤其是道路车辆、如轿车、载货车或摩托车)。该车辆包括低频发射单元、即LF发射单元，其构造用于发出LF请求信号，所述LF请求信号指示关于车辆的标识符。此外，车辆还包括车辆通信单元，其构造用于接收充电站的充电站通信单元的广播消息。车辆通信单元还构造用于检验广播消息是否包含关于标识符的信息。此外，车辆通信单元构造用于在广播消息包含关于标识符的信息时在车辆通信单元和充电站通信单元之间建立无线通信连接。
根据另一方面描述一种软件(SW)程序。该SW程序可构造用于在一个或多个处理器上(如部分在充电站的处理器上并且部分在车辆的处理器上)实施并且由此用于实施本文所描述的方法。
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，其构造用于在处理器上实施并且由此用于实施本文所描述的方法。
应注意，本文中所描述的方法、装置和系统不仅可单独使用，而且也可结合其它本文中所描述的方法、装置和系统来使用。另外，本文中所描述的方法、装置和系统的任何方面可以多种方式相互组合。
附图说明
下面借助实施例详细说明本发明。附图如下：
图1为示例性车辆和示例性充电站的框图；
图2a为车辆的示例性组件；
图2b为车辆钥匙的示例性组件；
图3为车辆在WPT地面单元上方的定位过程；
图4为在存在多个WPT地面单元时车辆的定位过程。
具体实施方式
如开头所述，本文涉及在车辆100和充电站110之间高效和快速地建立无线通信连接。可用充电站110的识别和必要时车辆100在充电站110的WPT地面单元111上方的定位可借助低频(LF)无线技术来进行，所述低频无线技术例如用于车辆100的无钥匙访问功能。
不同车辆制造商提供这种向车辆100的无钥匙访问功能(也被称为“智能钥匙”)(在宝马中例如以“舒适进入”(CA)之名)。无钥匙访问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或起动车辆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。门把手211上或附近的接近传感器212检测该运动。随后通过车辆100的一个或多个发射单元201发出特定LF信号(LF：低频)。该信号也可称为请求信号。换句话说，所述一个或多个发射单元201可构造用于发出(特别是在LF范围内的)电磁场、即请求信号。所述一个或多个发射单元201的示例性发射频率介于20－140kHz的频率范围内(如20kHz、124kHz、125kHz、127kHz、133kHz或135kHz)。
由一个或多个发射单元201发出的电磁场包括请求信号。发出的请求信号可包括多个部分。请求信号的第一部分可设计用于唤醒驾驶员钥匙220中的接收单元223、即使其准备好接收进一步的信息(参见图2b)。请求信号的另一部分可包括用于识别车辆100的信息。由所述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地发射。
钥匙220中的接收单元223构造用于接收由所述一个或多个发射单元201发出的信号或信号部分并且确定信号或信号部分的信号强度或场强。此外，接收单元223可构造用于确定已发出请求信号的发射单元201的标识符或标志。钥匙220的钥匙发射单元221借助响应信号响应接收到的请求信号。响应信号通常以与请求信号不同的(通常更高的)频率范围被传送。例如响应信号可以433MHz(即在HF(高频)范围内)的响应频率被传送。
如图2a所示，车辆100通常包括多个发射单元201。这些发射单元201可设置在车辆100中的不同位置上。所述多个发射单元201中的每个发射单元201都可发出请求信号(如信号脉冲)。这些请求信号可在时间上彼此错开并且必要时可具有预定义的顺序。替代或附加地，请求信号可具有单义的标志，由该标志可知请求信号由哪个发射单元201发出。钥匙220和/或车辆100的接收单元204可借助该标志和/或顺序将请求信号分别单义地与多个发射单元201中的一个发射单元201相关联。因此可确定各个请求信号的相应信号强度并且因此也可确定发射单元201与接收单元223之间的相应距离。由于发射单元201位于车辆100中的不同位置上，因此对于相应多个发射单元201产生多个距离。借助三角测量法可确定车辆100和接收单元223之间的相对距离。必要时也可确定车辆100关于接收单元223的定向。
如上所述，用于相对于车辆100定位钥匙220的方法可以类似方式对于车辆100在地面单元111上方的定位而调整。为此地面单元111可设有一个或多个接收单元323(类似于钥匙220的接收单元223)以用于接近的车辆100的发射单元201的请求信号。这在图3中示出。图3尤其是示出接近地面单元111的车辆100。该车辆100应这样定位，使得地面单元111和车辆单元102之间的距离尽可能小。
图3所示地面单元111包括两个用于车辆100的发射单元201的请求信号的接收单元323。通过使用位于地面单元111的相应多个不同位置上的多个接收单元323，可提高车辆100相对于地面单元111位置确定的精度。但原则上一个唯一的接收单元323就足以用于确定车辆100相对于地面单元111的位置和/或旋转(尤其是当车辆100具有多个发射单元201时)。在一种替代方案中，车辆100可具有一个唯一的发射单元201。在此情况下可借助多个接收单元323检测多个信号强度来确定位置。
车辆100的控制器202可构造用于导入用于定位车辆100的方法。尤其是该控制器202可引起车辆100的发射单元201发出请求信号。例如车辆100的驾驶员可引起定位过程的启动(例如通过按压车辆100中的按键或通过菜单选择)。
地面单元111的一个或多个接收单元323构造用于接收请求信号并且确定接收到的请求信号的信号强度并且发送回车辆100。为此可使用另一通信方法。车辆100尤其是可包括通信单元350，该通信单元构造用于与地面单元111或充电单元110的相应通信单元351进行通信。通信单元350、351为此可使用无线通信方法(如WLAN或蓝牙)。通过通信单元350、351，充电单元110可与车辆100通信。尤其是所确定的信号强度可通过通信单元351、350(如通过WLAN)传送给车辆100。使用通信单元350、351来提供从充电单元110到车辆100的返回通道是有利的，因为如此可省却在充电单元110中安装钥匙发射单元221。通信单元351、350通常也为充电通信所需，以便实施充电过程。
车辆100的控制器202构造用于借助请求信号的信号强度确定车辆100的各个发射单元201和地面单元111的各个接收单元323之间的距离。然后可由这些距离(如通过使用三角测量法)确定车辆100相对于地面单元111的位置和/或车辆100相对于地面单元111的旋转。
尤其是在公共充电装置中，可能存在多个相邻的充电站110，其具有相应的WPT地面单元111。在这种情况下不容易确保车辆100的通信单元350开始与多个充电站110中的车辆100应定位于其中的充电站110的通信单元351的通信连接。这种情况例如在图4中示出。图4尤其是示出两个与地面单元111相邻的WPT地面单元411，其具有用于车辆100的发射单元201的请求信号的接收单元423和用于与车辆100的通信单元350进行通信的通信单元451。
如上所述，车辆100的发射单元201(又称为LF发射单元201)构造用于发出包含车辆100和/或发射单元201的标志的请求信号。该请求信号尤其是可由第一地面单元111或第一充电站110的LF接收单元323接收和分析。
第一地面单元111的通信单元351可构造用于发出一个或多个信标消息。这种信标消息可以规则的间隔(如每秒10次)发射。在信标消息内例如可传送通信单元351的名称(如SSID、服务集标识符)。通信单元351可以是接入点(AP)、尤其是WLAN AP。
第一地面单元111的通信单元351可构造用于在信标消息范围内发出关于LF发射单元201或车辆100的标志的信息。车辆100的相应通信单元350可从该信标消息中提取该标志并且因此识别第一地面单元111已接收到请求信号。另一方面，相邻的地面单元411的信标消息通常不包含LF发射单元201或车辆100的标志。因此，车辆100的通信单元350可单义地识别应与哪个地面单元111建立通信连接。
车辆100因此通过所述一个或多个LF发射单元201发出消息(即请求信号)。不同的LF发射单元201可通过附加的位或子ID和/或通过请求信号的时间变化来区分。地面单元111、411中的一个或多个LF接收单元323、423搜寻这些请求信号。接收至少一个请求信号的地面单元111、411可检测车辆100的存在并且必要时确定车辆100相对于相应地面单元111、411的相对位置(基于接收到的请求信号的信号强度)。
根据车辆100的位置和/或根据请求信号的有效范围有可能只有一部分可用地面单元111、411可接收请求信号。地面单元111、411可基于接收到的请求信号(必要时以协作方式)确定：车辆100接近多个地面单元111、411中的哪个地面单元111或车辆100定位于哪个地面单元111上方。被确定的地面单元111随后可借助充电站通信单元351(尤其是通过WLAN连接)发送关于一个或多个接收到的请求信号的数据。尤其是可发送车辆100或LF发射单元201的ID。此外可发送关于接收到的请求信号的信号强度的信息。发出的信息可用于周期性的信标消息(如借助所谓的供应商扩展部分)中。必要时可加密所发出的信息以便加强隐私保护(例如借助随机数以及随机数和ID的哈希值)。
车辆100扫描信标消息。尤其是车辆通信单元350可扫描信标消息。此外，可将包含车辆100和/或LF发射单元201的ID的信标消息过滤出。因此可确定应与哪个地面单元111和相应充电站通信单元351建立充电通信。
可选地，车辆100(即车辆通信单元350)可根据请求信号的信号强度拣选接收到的信标消息。尤其是有可能多个接收到请求信号的地面单元111、411发出相应信标消息。这些信标消息可包含关于接收到的请求信号的信号强度的信息。因此基于信号强度，车辆100(即车辆通信单元350)可选择车辆100应定位于其上方并且应与之建立充电通信连接的地面单元111。例如车辆100可借助信号强度和/或借助自身的运动向量和/或借助转向角度确定车辆100驶向哪个地面单元111。随后可与该地面单元111的充电站通信单元351建立连接。
因此，可确定必要时拣选出的可用地面单元111、411列表。车辆100的车辆通信单元350必要时可逐个与可用地面单元111、411列表中的地面单元111、411的充电站通信单元351、451建立通信连接，以便实现定位和/或达成充电过程。一旦识别适合的地面单元111，可中断对可用地面单元111、411列表中的地面单元的扫描。
所选择的地面单元111可构造用于向车辆100的驾驶员发出视觉信号(例如通过内置灯具)以表明充电过程应借助所选择的地面单元111来进行。替代或附加地，车辆100可在显示器上为驾驶员显示关于所选择的地面单元111的信息(或关于识别的地面单元111、411列表的信息)。
通过在本文中所描述的方法可以节约成本和时间的方式在车辆100和多个相邻的充电站110中的一个充电站110之间建立通信连接。所描述的方法可简单地应用并能建立安全的通信连接。
此外，本发明不局限于所显示的实施例。尤其是应注意，说明书和附图仅应说明所提出的方法、装置和系统的原理。

Claims (10)

1.用于在车辆(100)的车辆通信单元(350)和充电站(110、111、411)的充电站通信单元(351、451)之间建立无线通信连接的方法，该方法包括：
－借助车辆(100)的LF发射单元(201)发出低频请求信号、即LF请求信号，所述LF请求信号指示关于车辆(100)的标识符，并且所述LF请求信号包括车辆(100)的无钥匙访问功能的和/或无钥匙发动机启动功能的请求信号；
－通过充电站(110、111、411)的LF接收单元(323、423)接收所述LF请求信号，所述LF接收单元与具有无钥匙访问功能和/或无钥匙发动机启动功能的车辆钥匙的接收单元构造相同；
－通过充电站通信单元(351、451)在广播消息中发出关于标识符的信息，充电站通信单元(351、451)的广播消息还包括关于通过该充电站通信单元(351、451)接收到的LF请求信号的信号强度的信息；并且
－通过车辆通信单元(350)接收所述广播消息；
－检验所述广播消息是否包含关于标识符的信息；并且
－当所述广播消息包含关于标识符的信息时，在车辆通信单元(350)和充电站通信单元(351、451)之间建立无线通信连接。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
－通过车辆通信单元(350)接收相应多个充电站(110、111、411)的相应多个充电站通信单元(351、451)的多个广播消息；
－确定所述多个广播消息中的包含关于标识符的信息的一个或多个广播消息；并且
－从所述多个充电站通信单元(351、451)中确定已发出所确定的所述一个或多个广播消息的一个或多个充电站通信单元(351、451)；并且
－选择所确定的所述一个或多个充电站通信单元(351、451)之一以用于建立无线通信连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据LF请求信号的信号强度选择充电站通信单元(351、451)以用于建立无线通信连接。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，
－该方法还包括确定关于车辆(100)轨迹的信息；并且
－根据关于车辆(100)轨迹的信息选择充电站通信单元(351、451)以用于建立无线通信连接。
5.根据权利要求2或3所述的方法，还包括：生成视觉输出，通过该视觉输出识别所选择的充电站通信单元(351、451)的充电站(110、111、411)。
6.根据权利要求2或3所述的方法，还包括：输出关于相应于所确定的所述一个或多个充电站通信单元(351、451)的一个或多个充电站(110、111、411)的信息。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述LF发射单元(201)的发射频率介于20－140kHz的LF频率范围中。
8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，
－所述无线通信连接包括无线LAN连接；
－所述充电站通信单元(351、451)包括无线LAN接入点；并且
－所述广播消息包括无线LAN信标消息。
9.用于为车辆(100)的电能蓄能器(103)充电的充电站(110、111、411)，其中，所述充电站(110、111、411)包括：
－LF接收单元(323、423)，其构造用于接收在充电站(110、111、411)周围的车辆(100)的LF发射单元(201)的低频请求信号、即LF请求信号，所述LF请求信号指示关于车辆(100)的标识符，所述LF请求信号包括车辆(100)的无钥匙访问功能的和/或无钥匙发动机启动功能的请求信号，并且所述LF接收单元与具有无钥匙访问功能和/或无钥匙发动机启动功能的车辆钥匙的接收单元构造相同；和
－充电站通信单元(351、451)，其构造用于在广播消息中发出关于标识符的信息；并且基于车辆(100)的车辆通信单元(350)的请求在车辆通信单元(350)和充电站通信单元(351、451)之间建立无线通信连接，其中，充电站通信单元(351、451)的广播消息还包括关于通过该充电站通信单元(351、451)接收到的LF请求信号的信号强度的信息。
10.车辆(100)，其包括：
－低频发射单元、即LF发射单元(201)，其构造用于发出LF请求信号，所述LF请求信号指示关于车辆(100)的标识符，所述LF请求信号包括车辆(100)的无钥匙访问功能的和/或无钥匙发动机启动功能的请求信号；和
－车辆通信单元(350)，其构造用于：
－接收充电站(110、111、411)的充电站通信单元(351、451)的广播消息，其中，所述充电站(110、111、411)包括构造用于接收LF请求信号的LF接收单元(323、423)，并且所述LF接收单元与具有无钥匙访问功能和/或无钥匙发动机启动功能的车辆钥匙的接收单元构造相同，其中，充电站通信单元(351、451)的广播消息还包括关于通过该充电站通信单元(351、451)接收到的LF请求信号的信号强度的信息；
－检验所述广播消息是否包含关于标识符的信息；以及
－在所述广播消息包含关于标识符的信息时在车辆通信单元(350)和充电站通信单元(351、451)之间建立无线通信连接。
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