CN107276237A - 通过电容耦合器向后门的无线电力传输 - Google Patents

通过电容耦合器向后门的无线电力传输 Download PDF

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Abstract

公开了一种向后门无线电力传输的系统。示例公开的车辆包括在车辆的车身中的配置为通过无线电容传输来传输电力的发射电路。示例车辆还包括在车辆的后门中的配置为通过无线电容传输来接收电力的接收电路。

Description

通过电容耦合器向后门的无线电力传输
技术领域
本公开总体上涉及车辆的电力总线，以及更具体地涉及通过电容耦合向后门的无线电力传输。
背景技术
后车门通过铰链连接连接至车辆(比如皮卡车、运动型多用途车辆、掀背式轿车等)。逐渐地，后门容纳需要电力的电子装置。目前，线束将后门中的电子装置连接至车辆的电源和数据总线。为了移除后门，线束在后门从车辆移除之前首先要从后门分离。然后，线束在后门修复之后重新连接。连接和分离线束是耗费时间的并且在装载或卸载车辆期间增加移除后门的复杂性。此外，这种过程随着时间消逝会损坏线束。同样，由于后门是移动部分，所以需要适当的保护以确保线束中的金属丝不会在车辆边缘处被损坏。
发明内容
所附权利要求限定本申请。本公开总结实施例的各个方面并且不应该用于限制权利要求。如通过查阅下面的附图和详细描述将对本领域普通技术人员显而易见的是，根据在此描述的技术预期其他实施方式，并且这些实施方式旨在被包含在本申请的范围内。
公开提供用于通过电容耦合器无线地传输电力的系统的示例性实施例。示例公开的车辆包括在车辆的车身或接头中的发射电路，该发射电路配置为通过无线电容传输来传输电力。示例车辆还包括在车辆的后门中的配置为通过无线电容传输来接收电力的接收电路。
另一示例公开的车辆包括在车辆的车身中的第一导电板。示例车辆还包括在车辆的后门中的第二导电板。在示例中，当后门关闭时第二导电板与第一导电板对准。此外，示例车辆包括在车辆的车身中的发射电路、以及在车辆的后门中的接收电路。在示例车辆中，当第一和第二导电板对准时，发射电路传输电力至接收电路。
附图说明
为了更好地理解本发明，可以参考在下面的附图中显示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制并且相关元件可以被省略、或在某些情况下比例可能已经被放大，以便强调并且清楚地说明在此描述的新特征。此外，如本领域已知的，可以不同地设置系统部件。此外，在附图中，相同的附图标记指定在几个视图中的相应部分。
图1是根据本公开的教导的具有至后门的无线电力传输的车辆；
图2描绘图1的车辆的后门的分解图；
图3描绘用于无线地传输电力至图1和2的后门的电子电路的框图。
具体实施方式
虽然本发明可以以各种形式具体体现，但一些示例性且非限制性的实施例在附图中被显示并且将在下文被描述，应理解本公开被认为是本发明的范例并且不旨在把本发明限制为图示的具体实施例。
如下面更详细地公开，车辆(例如，皮卡车、运动型多用途车辆、掀背式轿车等)的后门中的电子装置(例如，传感器、车灯、电子控制单元(ECU)等)通过无线电力传输接收电力。后门是具有在底部的铰链连接并且向下翻转的车辆的后车门。举升式车门是具有在顶部的铰链连接并且向上升起的车辆的后车门。如在此所使用的，术语“后门”指的是后门和举升式车门二者。无线电力传输技术可以通过空气隙传输电力。感应电力传输(IPT)使用通过磁场耦合在一起的初级线圈和次级线圈。IPT技术使用通常20千赫(kHz)至10兆赫(MHz)的高频信号，以产生磁场。这种高频信号可以产生大量的电磁干扰(EMI)。此外，磁场被导电体(例如，车辆的车身)屏蔽并且可以在导电体中感应生热涡流。如在此在下面所讨论的，为了无线地传输电力，车辆使用电容电力传输(CPT)。CPT使用通过电场耦合的导电板。CPT技术可以通过车辆的导电体来传输电力并且不产生大量的EMI。
在下面公开的示例中，CPT后门电路包括在车辆的车身中的发射电路以及在后门中的接收电路。此外，车辆的车身具有两个或两个以上的导电板并且后门具有两个或两个以上的相应导电板。当后门关闭时，导电板与后门的相应导电板对准。此外，当后门关闭时，导电板通过比如空气(有时被称为“空气隙”)这样的非导电材料分隔开。当导电板对准时，发射电路在接收电路中感应电流，这为电耦合至接收电路的电子装置提供电力。
图1是根据本公开的教导的具有配置为无线地传输电力至后门104的车身102的车辆100。车辆100可以是标准汽油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆、或任何其他类型的车辆。车辆100可以是非自主的、半自主的、或自主的。车辆100包括与机动性有关的部件，比如具有发动机、变速器、悬架、传动轴、和/或车轮等的动力传动系统。
在图示示例中，车身102包括电池106、发射电路108、发射器板110、以及车载通信平台112。电池106提供直流(DC)电力至电力总线。在一些示例中，电池106是12.6伏特(V)的机动车电池。此外或可选地，电池106是电动车辆电池。发射电路108电耦合至电池106和发射器板110。如下面关于图3所讨论的，发射电路108将来自电池106的DC电力转换为交流(AC)信号。AC信号应用于发射器板110以在开关频率下产生交变电场。
示例后门104包括接收电路104、接收器板116、电子部件118、以及无线数据传输节点120。接收电路114电耦合至接收器板116、电子部件118、以及无线数据传输节点120。当后门关闭时，接收器板116通过交变电场电耦合至发射器板110。如下面关于图3所讨论的，接收电路114将由交变电场感应的电流调整为直流电力以供应至电子部件118、以及无线数据传输节点120。在一些示例中，接收电路供应多达50瓦特的电力至电子装置118和/或无线通信节点120。电子部件118包括车灯、传感器和/或电子控制单元(ECU)。在一些示例中，电子部件118包括配置为捕获车辆后面的视频和/或图像的摄像机。
车载通信平台112包括硬件(例如，处理器、存储器、存储装置、天线等)和软件以控制无线网络接口。无线数据传输节点120包括硬件(例如，处理器、存储器、存储装置、天线等)以与车载通信平台112无线地通信。在一些示例中，车载通信平台112和无线数据传输节点120实施低功耗蓝牙(BLE)以无线地通信。在蓝牙特别兴趣小组维护的蓝牙规范4.0(以及随后的修订版本)的卷6中提出了BLE协议。可选地，在一些示例中，车载通信平台112和无线数据传输节点120实施其他短程无线协议，比如ZigBee(紫蜂)(IEEE 802.15.4)。车载通信平台112和无线数据传输节点120将电子部件118通信地耦合至车辆100的数据总线(例如，控制器局域网(CAN)总线等)。例如，无线数据传输节点120可以提供来自摄像机的视频和/或图像至数据总线以在信息娱乐主机单元的中央控制台显示器上显示。
图2描绘图1的车辆100的后门104的分解图。车身102包括发射电路108。在图示示例中，发射电路108在车身102的货厢202中。可选地，在一些示例中，发射电路108在车身102的一个壁204中。两个或两个以上的发射器板110位于车架210的侧部206和/或底部208上，该车架210限定用于后门104的在货厢202的端部处的开口。发射器板110中的至少一个连接至第一电线212a并且发射器板110中的至少一个连接至第二电线212b。在一些示例中，发射器板110中的一个连接至第一电线212a并且发射器板110中的两个连接至第二电线212b。所以后门104在没有干扰的情况下关闭，发射器板110内置于侧部车架206和/或底部车架208中以或者(a)与各自的侧部车架206和/或底部车架208齐平，或者(b)凹进入各自的侧部车架206和/或底部车架208中。在一些示例中，发射器板110定位至侧部车架206和/或底部车架208中以便当后门104关闭时，发射器板110和接收器板116之间的距离最小化同时仍然保持间隙。可选地或另外，在一些示例中，发射器板110可以嵌入至将后门104连接至车辆100的车身102的铰链接头中。在一些示例中，用介电材料(例如，聚乙烯、聚丙烯等)涂覆发射器板110。
后门104包括接收电路114。接收器板116中的两个或两个以上定位在后门104的侧壁214和/或底壁216上。接收器板116中的至少一个连接至第一电线218a并且接收器板116中的至少一个连接至第二电线218b。在一些示例中，接收器板116中的一个连接至第一电线218a并且接收器板116中的两个连接至第二电线218b。所以后门104在没有干扰的情况下关闭，接收器板116内置于侧壁214和/或底壁216中以或者(a)与各自的侧壁214和/或底壁216齐平，或者(b)凹进入各自的侧壁214和/或底壁216中。在一些示例中，接收器板116定位至侧壁214和/或底壁216中以便当后门104关闭时，(a)发射器板110和接收器板116之间的距离最小化同时仍然保持间隙，以及(b)在车体102中的发射器板116与后门104中的相应接收器板116对准。在一些示例中，接收器板116位于后门104的铰链接头内。在一些示例中，用介电材料(例如，聚乙烯、聚丙烯等)涂覆接收器板116。
图3描绘无线地传输电力至图1和2的后门的电子电路300的框图。在图示示例中，电子电路包括电池106、发射电路108、发射器板110、接收电路114、接收器板116、以及电子部件118。在图示示例中，电池106通过电力总线电耦合至电力逆变器302。电力逆变器302将电池106的直流电力转换为交流电力。电力逆变器302电耦合至功率补偿电路304。功率补偿电路304基于电力逆变器302的开关频率以及发射器板110和接收器板116之间的电容来调谐发射电路108的谐振角频率以提高发射电路108的效率。在图示示例中，功率补偿电路304通过第一电线212a电耦合至发射器板110中的一个并且通过第二电线212b电耦合至发射器板110中的另一个。
电子部件118电耦合至整流器306。整流器306将由接收器板116接收到的交流电力转换为直流电力以由电子部件118使用。整流器306通过第一电线218a电耦合至接收器板116中的一个并且通过第二电线218b电耦合至接收器板116中的另一个。
CPT的效率衡量从电池106输入至CPT的多少比例电力可供在后门104中的电子部件118上使用。当接收器板116和发射器板110之间的电容耦合增加时效率提高。此外，效率随着板110和116之间的介电材料(例如，空气、聚乙烯等)的更高介电常数而提高。接收器板116和发射器板110之间的电容随着板110和116的面积增加而增加，并且随着板110和116之间的距离的增加而减少。
电力逆变器302、功率补偿电路304以及整流器306可以通过分立部件、集成电路、微处理器、专用集成电路(ASIC)等的任意组合来实施。例如，功率补偿电路304可以包括电感器以调谐发射电路108的谐振角频率。作为另一示例，整流器306可以是二极管电桥。
在本申请中，转折连词的使用旨在包括连词。定冠词或不定冠词的使用不旨在指示基数。特别地，对“该”物体或“一(a)”和“一(an)”物体的引用也旨在表示多个可能的这样的物体中的一个。此外，连词“或”可以用于表达同时存在而不是相互排斥的可选方案的特征。也就是说，连词“或”应该理解为包括“和/或”。术语“包括(includes)”、“包括(including)”、和“包括(include)”是包括性的并且具有分别与“包含(comprises)”、“包含(comprising)”和“包含(comprise)”相同的范围。
上述实施例、以及特别是任何“优选”的实施例，是实施方式的可能示例并且仅提出以用于清楚地理解本发明的原则。在大体上不背离在此描述的技术的精神和原则的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有的修改旨在在此包括在本公开的范围内并且由下面的权利要求保护。

Claims (13)

1.一种车辆，所述车辆包含：
在所述车辆的车身中的发射电路，所述发射电路配置为通过无线电容传输来传输电力；以及
在所述车辆的后门中的接收电路，所述接收电路配置为通过无线电容传输来接收电力。
2.如权利要求1所述的车辆，包括：
电耦合至所述发射电路的第一组板，所述第一组板设置在接收所述后门的车架中；以及
电耦合至所述接收电路的第二组板，所述第二组板设置在所述后门中，当所述后门关闭时所述第二组板与所述第一组板对准。
3.如权利要求1所述的车辆，其中所述发射电路通过电力总线电连接至所述车辆的电池。
4.如权利要求1所述的车辆，其中所述后门包括：
电耦合至所述接收电路的摄像机；以及
电耦合至所述接收电路和所述摄像机的第一无线通信节点，所述第一无线通信节点通过第二无线通信节点通信地耦合至所述车辆的数据总线。
5.一种车辆，所述车辆包含：
在所述车辆的车身中的第一导电板；
在所述车辆的后门中的第二导电板，当所述后门关闭时所述第二导电板与所述第一导电板对准；
在所述车辆的所述车身中的发射电路；以及
在所述车辆的所述后门中的接收电路，当所述第一导电板和所述第二导电板对准时所述发射电路传输电力至所述接收电路。
6.如权利要求1所述的车辆，其中当所述后门关闭时，所述第一导电板不接触所述第二导电板。
7.如权利要求1所述的车辆，包括：
在所述车辆的所述车身中的第一无线收发器；以及
所述车辆的所述后门中的第二无线收发器。
8.如权利要求7所述的车辆，其中所述第一无线收发器和所述第二无线收发器将所述后门的传感器通信地耦合至所述车辆的数据总线。
9.如权利要求7所述的车辆，其中所述第一收发器和所述第二收发器使用低功耗蓝牙协议通信。
10.如权利要求7所述的车辆，其中所述第二无线收发器电耦合至所述接收电路，所述第二无线收发器从所述接收电路接收电力。
11.如权利要求1所述的车辆，其中所述第一导电板设置在所述车身的车架的相对侧部内，当所述后门关闭时所述车架接受所述后门。
12.如权利要求1所述的车辆，其中所述第二导电板设置在所述后门的相对侧部内。
13.如权利要求1所述的车辆，包括电耦合至所述接收电路的摄像机，所述摄像机从所述接收电路接收电力。
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