CN109890649A - 包括用于感应充电的一个或多个充电站的充电站装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括用于将电能无线传输到车辆(100、300)上的一个或多个充电站(110、111、311)的充电站装置，其中，相应的充电站(110、111、311)包括：地面单元(111)，其构造用于在充电过程中产生用于将电能传输到车辆(100、300)上的电磁场；以及发射和/或接收单元(323)，其构造用于从车辆(100、300)的发射单元(201)接收或向车辆(100)的接收单元发送请求信号。该请求信号位于多个不同频率范围中的任意频率范围中。接收单元(323)还构造用于求取接收到的请求信号的信号强度。充电站装置还包括控制和通信单元，其构造用于将消息传输到车辆(100、300)的控制单元上和所选用于充电过程的充电站(110、111、311)的接收单元(323)的控制单元上，该消息包括应在哪个所选频率范围中传输请求信号的信息。

Description

包括用于感应充电的一个或多个充电站的充电站装置
技术领域
本发明涉及一种包括用于向车辆无线传输电能的一个或多个充电站的充电站装置、一种车辆以及一种用于确定车辆相对于充电站装置的充电站的位置的方法。
背景技术
具有电驱动装置的车辆通常具有电池，在其中可存储电能以运行车辆的电动机。车辆的电池可用来自电网的电能充电。为此目的，将电池与电网耦合，以便使电能从电网传输到车辆的电池中。耦合可有线地(通过充电电缆)和/或无线地(通过充电站和车辆之间的感应耦合)进行。
用于对车辆电池自动无线地进行感应充电的一种方法在于：从地面向车辆底板通过磁感应在离地间隙120上将电能传输到车辆的电池。这例如在图1中示出。图1示出具有电能存储器103(如可充电电池103)的车辆100。车辆100包括在车辆底板中的所谓的次级线圈，该次级线圈通过未示出的阻抗匹配和整流器101与存储器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、停车库或休息或停车场的地面上。初级线圈通常是所谓的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。这些单元共同构成一个充电站。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(交流)电，由此感应出磁场。该磁场在本文中也称为电磁充电场。电磁充电场可具有预定义的充电场频率范围。充电场频率范围可在LF(低频)范围内、如在80kHz和90kHz之间，或其它LF范围。
当WPT地面单元111的初级线圈和WPT车辆单元102的次级线圈之间在离地间隙120上有足够的磁耦合时，通过磁场感应出相应的电压并因此也在次级线圈中感应出电流。WPT车辆单元102的次级线圈中的感应电流通过整流器101整流并存储在存储器103中。因此电能可从电源110无线传输到车辆100的存储器103。该充电过程可在车辆100中通过充电控制器105(也称为WPT控制器105)控制。充电控制器105为此目的可构造用于例如与充电单元110(如壁箱)或与WPT地面单元111进行无线通信。
为了通过电磁充电场进行有效的能量传递，需要WPT车辆单元102相对精确地定位在WPT地面单元111上方。该定位可通过确定车辆100相对于WPT地面单元的位置来辅助。
为此目的，充电单元110可具有接收单元，该接收单元构造用于从车辆的发射单元接收请求信号。请求信号可包括车辆的无钥匙进入功能的请求信号和/或车辆的无钥匙发动机启动功能的请求信号。如果接收单元构造用于求取接收到的请求信号的信号强度，则相应请求信号的信号强度可用于确定发出请求信号的车辆相对于充电单元和尤其是相对于WPT地面单元111的位置。
当多个充电站组合成一个充电站装置时，存在相应充电站和控制该充电站的车辆之间的通信相互干扰的风险。这种情况例如出现在多个车辆控制或使用相邻充电站进行感应充电时。
另外，还存在充电站、尤其是由WPT地面单元111产生的电磁充电场干扰由相邻车辆的发射单元发出的请求信号的问题。
发明内容
本发明的任务在于提供一种包括用于将电能无线传输给相应车辆的一个或多个充电站的充电站装置，其允许无干扰地通信，以便精确地确定车辆相对于相配充电站的位置。
所述任务通过独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中描述了有利的实施方式。
根据第一方面，描述了一种包括用于将电能无线传输给相应车辆(如具有电驱动装置的车辆)的一个或多个充电站的充电站装置。车辆尤其可以是陆地交通工具、如轿车、卡车或摩托车。相应的充电站包括地面单元，其构造用于在充电过程中产生用于将电能传输给(相配的)车辆的电磁场。相应的地面单元尤其是可包括初级线圈，其构造用于产生电磁充电场。
相应的充电站还包括发射和/或接收单元，其构造用于从车辆的发射单元接收或向车辆的接收单元发送请求信号。请求信号尤其是可包括车辆的无钥匙进入功能的请求信号和/或车辆的无钥匙发动机启动功能的请求信号。发射和/或接收单元可设置在相应充电站的地面单元上或中。替代地或补充地，发射和/或接收单元可设置在相应充电站的充电单元上(如壁箱上)。
发射和/或接收单元可构造为使得请求信号位于多个不同频率范围中的一个任意频率范围中。因此发射和/或接收单元可构造用于接收或发送分别位于多个不同频率范围之一中的请求信号。发射和/或接收单元还可构造用于求取从车辆接收的请求信号的信号强度。如果车辆的接收单元评估请求信号，则该接收单元可构造用于求取从充电站接收的请求信号的信号强度。接收到的请求信号的信号强度可用于确定已发出请求信号的车辆相对于充电站装置的特定充电站和尤其是相对于其地面单元的位置。
充电站装置还包括控制和通信单元。该控制和通信单元可以是能够管理和/或控制所述一个或多个充电站的计算机。此外，控制和通信单元还具有与一个或多个接收器交换消息的能力。所述一个或多个接收器可以是车辆和/或充电站。
控制和通信单元构造用于将消息传输给车辆的控制单元和所选用于充电过程的充电站的发射和/或接收单元的控制单元，该消息包括应在哪个所选频率范围中传输请求信号的信息。
由于充电站装置包括控制和通信单元，因此可运行多个相邻设置的充电站，在此没有在接收单元和车辆的发射单元之间交换信号时因相同或重叠的频率范围而产生相互干扰的问题。这可如下实现：分配预先由控制和通信单元确定的频率范围，在该频率范围中在车辆的发射单元和相配充电站的接收单元之间交换消息(如请求信号和响应信号)。通过组织多个频率范围并通过控制和通信单元将它们分派给充电站和车辆，可避免因使用相同频率范围而产生相互干扰。
如上所述，相应充电站的发射和/或接收单元可设置在地面单元上或中。尤其是，发射和/或接收单元可固定在固定位置上和/或在空间中具有固定定向。因此，发射和/或接收单元可构造用于个别评估接收场的各个方向分量(如X、Y和Z分量)以实现更好的分辨。由此可提高对分配给充电站之一的车辆的一个或多个请求信号的接收质量。
为了求取信号强度，相应充电站的发射和/或接收单元可构造用于接收包括请求信号的信号(如模拟电信号)。相应充电站的发射和/或接收单元还可构造用于根据请求信号的由控制和通信单元预规定的频率范围(在本文中也称为所选频率范围)来处理和/或加工接收到的信号。尤其是可隔离位于请求信号的预规定的频率范围内的接收信号的频率分量，以求取处理后的信号。然后可基于处理后的信号求取请求信号的信号强度。由此允许精确求取请求信号的信号强度，这又能实现已发出请求信号的车辆的精确位置确定。由于相邻充电站的车辆在另一频率范围内发送请求信号，因此可避免相互干扰影响。
根据一种实施方式，控制和通信单元可构造用于将消息通过一个通信信道发送给车辆的控制单元，该通信信道位于与传输请求信号的所述多个不同频率范围不同的频率范围内。作为通信信道例如可使用无线通信链路、如WLAN(无线局域网)或蓝牙。由此包含关于待用于通信的频率范围的信息的消息可在一个冗余通信信道上传输。另一优点在于，可这样选择用于该通信信道的频率范围，使得通信已经可在车辆接近充电站之前的较长距离上进行。车辆因此可及时调整待使用的频率范围并及时发送相应的请求信号，以便由相配充电站的发射和/或接收单元接收。
根据另一种实施方式，控制和通信单元可构造用于在相应消息中将关于使用不同频率范围的信息传送给分配给相邻地面单元以进行无线电能传输的车辆。以这种方式可确保在车辆和相配充电站之间的通信不会或仅非常罕见地相互影响。为了确保这一点，例如可通过控制和通信单元为特定充电站分别分配一个待使用频率范围，在此为彼此并排的充电站不同地选择频率范围。
还可规定，所述多个不同频率范围位于下述频带之一中，所述频带尤其是与预规定的充电场频率范围间隔开并且位于其上方和/或与预规定的充电场频率范围间隔开并且位于其下方：
-位于下限和250kHz之间的第一频带，所述下限比能量传输频率范围的上限高至少10kHz(如100kHz)；
-位于20kHz和上限之间的第二频带，所述上限比能量传输频率范围的下限低至少10kHz(如70kHz)。
在这两个示例性频带中假设电磁充电场位于80kHz和90kHz之间的频率范围内。通过定义的第一和第二频带确保用于通信的频率范围与电磁充电场的频率范围充分间隔开。同时，第一和第二频带足够宽，以便为请求信号的传输提供足够数量的频率范围。
在此情况下可适宜的是，所述多个频率范围均匀分布地设置在所述第一或第二频带中。相应频率范围的宽度可约为信号编码的给定基频的6倍。两个相邻频率范围之间的间隔可约为信号编码的给定基频的9倍。由此为所提出的充电站装置产生一种稳健设计。与电磁充电场的频率范围的间隔足够大。第一或第二频带中的相邻载波频率的间隔很大，在此边带可保持很窄。例如在使用第一频带时可提供六个具有下述载波频率的信道：信道0：110kHz；信道1：117.5kHz；信道2：125kHz；信道3：132.5kHz；信道4：140kHz；信道5：147.5kHz。例如可选择0.5kHz的频率作为信号编码的基频。由此围绕相应载波频率的相应频率范围的宽度为+/-1.5kHz，且边带的间隔为4.5kHz。
相应充电站的发射和/或接收单元可包括接收单元，其构造用于将电磁场(其包括请求信号)转换为模拟信号(如接收到的信号)。此外，相应充电站的接收单元可包括信号处理单元，其构造用于相对于在所选频率范围中的模拟电信号衰减在电磁充电场的充电场频率范围中的模拟电信号。这意味着信号处理单元可构造用于相对于接收到的信号的其它信号分量在其信号强度中减小接收到的信号的基于电磁充电场的分量。由此可减少或避免在求取请求信号的信号强度时由电磁充电场引起的不准确性。从而提高了车辆相对于相配于其的充电站的位置确定精度。
相应充电站的发射和/或接收单元还可构造用于使信号处理单元适配于请求信号的频率范围。尤其是信号处理单元可适配为，使得相对于其它分量强调接收到的信号的基于请求信号的分量。由此可改善信噪比并因此提高系统的灵敏度和有效范围。
作为替代方案，相应充电站的发射和/或接收单元可构造用于相对于在所有所述多个不同频率范围内的模拟电信号衰减在充电场频率范围内的模拟电信号，并且在所选频率范围中的模拟电信号比在所述多个不同频率范围的其余频率范围中的模拟电信号更少地衰减。信号处理单元因此可静态地设计并且相对于在充电场频率范围内的所选信号分量强调所有可能的所述多个不同频率范围的信号分量。
相应充电站的发射和/或接收单元还可包括模数转换器，其构造用于将由模拟电信号导出的信号转换成数字信号。此外，接收单元还可包括滤波器单元，其构造用于相对于在所述多个不同频率范围中的其它频率范围内的数字信号强调在所选频率范围中的数字信号。尤其是可隔离和/或强调位于请求信号的频率范围内的数字信号分量。
此外，发射和/或接收单元可包括求取单元，其构造用于求取在滤波器单元的输出端上的信号的信号强度。在滤波器单元的输出端上的信号可主要包括接收到的信号的分量。因此可精确确定请求信号的信号强度。
滤波器单元可包括具有固定基频的数字滤波器，该固定基频是所选频率范围的载波频率。因此充电站可在从控制和通信单元获得消息——在其中传输请求信号的待使用的所选频率范围——之后有针对性地调整或过滤车辆使用的频率范围。
根据另一种实施方式，响应于从应通过地面单元向其传输电能的车辆的发射单元接收到请求信号，相应充电站的发射和/或接收单元可构造用于提供所求取的信号强度以用于求取车辆相对于地面单元的位置。尤其是，所求取的信号强度可被传输给车辆，以便能够将车辆定位在相配的地面单元上方。根据另一种实施方式，地面单元可将信号转换为笛卡尔坐标或极坐标中的位置并将其传输给车辆。
根据第二方面，描述了一种车辆，其包括可通过从充电站无线传输电能来充电的存储器。所述车辆包括车辆单元，其构造用于在充电过程中从充电站的地面单元接收电磁充电场。该车辆还包括接收单元，其构造用于从地面单元接收位置求取信号或坐标，该位置求取信号位于多个不同频率范围中的一个任意频率范围中。位置求取信号是响应于车辆发出的请求信号的响应信号，其包括所求取的信号强度以用于求取车辆相对于地面单元的位置。通过包含在位置求取信号中的信息，车辆可定位在地面单元上方。最后，车辆包括控制单元，其构造用于从如本文所描述的充电站装置的控制和通信单元接收消息，该消息包括车辆应在哪个所选频率范围中向地面站的接收单元或反过来传输请求信号的信息。
车辆还可包括一个或多个发射单元，其具有各自的或共同的信号处理单元，所述信号处理单元构造用于将数字信号转换成模拟电信号，所述信号处理单元构造用于通过控制单元适配于所选频率范围的载波频率。
换句话说，所描述的车辆具有下述特征：由所述一个或多个发射单元发出的请求信号以所选频率范围的载波频率发出，该载波范围由充电站装置的控制和通信单元在消息中指示。由此可由充电站装置确定多个车辆在哪个频率上将其各自的请求信号发送给充电站装置的相配充电站。由此能够可靠避免因相邻车辆和/或充电站的信号传输引起的干扰。
根据另一方面，描述了一种用于确定车辆相对于如本文所描述的充电站装置的多个充电站中的一个充电站的位置的方法。该方法包括识别车辆接近多个充电站中的一个充电站。该方法还包括将消息传输给车辆的控制单元和所选用于充电过程的充电站的接收单元的控制单元，该消息包括应在多个不同频率范围的哪个所选频率范围中传输请求信号的信息。该方法还包括由车辆或充电站发送请求信号，该请求信号位于所选频率范围中。最后，该方法包括在充电站或车辆上接收信号，接收到的信号包括请求信号。根据请求信号的所选频率范围处理接收到的信号。最后，基于处理后的信号求取请求信号的信号强度以及借助所求取的信号强度求取车辆相对于充电站的位置。
根据另一方面，描述了一种软件程序，其可构造用于由处理器(如控制器)执行，以便由此实施本文中所描述的方法。
根据另一方面，描述了一种存储介质。该存储介质可包括构造用于在处理器上执行的并由此实施本文中所描述的方法的软件程序。
附图说明
下面参考实施例详细阐述本发明。附图如下：
图1示出用于对车辆进行感应充电的示意性装置；
图2示出具有一个次级线圈和用于与车钥匙通信的多个发射单元的示例性车辆；
图3示出两个示例性彼此并排设置的地面单元以及两个分配给所述地面单元的车辆；
图4示出地面单元的示意性、示例性接收单元；
图5示出用于充电场的频率范围和用于传输请求信号和位置求取信号的多个不同频率范围的划分示意图；
图6示出根据本发明的充电站装置的示意图，其包括多个充电站和一个接近充电站装置的车辆；
图7示出根据本发明的车辆的发射单元的示意图；
图8示出多个相邻频率范围的示意图，通过其可看出解调时的滤波原理；
图9示出用于处理在预规定的频率范围中传输的信号的接收单元的示意图；
图10示出根据本发明的充电站装置的示意图以及用于分配所选频率范围的原理；和
图11示出由充电站装置的充电站的接收单元处理在所选频率范围中的请求信号的示意图。
具体实施方式
如开头结合图1所述，本文涉及确定车辆100相对于充电站的WPT地面单元111的位置。具体而言，本文涉及当相应充电站的多个这种地面单元111彼此相邻地设置在一个充电站装置中时确定车辆100相对于一个WPT地面单元111的位置。
在提供无钥匙进入功能的范围内，需要测量车辆100和车钥匙之间的相对位置。该已知原理在所述用于确定车辆100和WPT地面单元111之间的相对位置的方法中被调整和利用。由此可实现低成本且可靠的位置确定。
不同汽车制造商提供进入车辆100的无钥匙进入功能(也称为“智能钥匙”)。无钥匙进入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或启动车辆100的发动机，如图2中示意性所示。为了打开车门210，驾驶员抓住门把手211。门把手上或门把手211附近的(如电容式)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发送特定LF信号(LF：低频)。该信号可称为请求信号。所述一个或多个发射单元201因此构造用于发出(尤其是LF范围内的)电磁场作为请求信号。所述一个或多个发射单元201的示例性发射频率优选介于20kHz和70kHz之间以及100kHz和150kHz之间。
由所述一个或多个发射单元201发出的电磁场包括请求信号，该请求信号可包括多个部分。请求信号的第一部分可包括用于标识车辆100的信息。一个或多个其它部分可用于评估所发出请求信号的信号强度。可选地，请求信号的一部分也可用于唤醒驾驶员的钥匙220中的接收单元223，即，使其准备接收进一步的信息。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发送。
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发送的信号或信号部分并且求取信号或信号部分的信号强度或信号场强度。钥匙220的钥匙发射单元221以响应信号响应接收到的请求信号，该响应信号在本说明书中也称为位置求取信号。
响应信号可由多个部分组成。响应信号的第一部分可用于标识密钥220并且响应信号的另一部分可包括用于请求信号的所测得的信号强度的标识符。车辆100的一个或多个接收单元204可接收响应信号和/或响应信号部分并将其传送给车辆100的控制器202。控制器202可构造用于检验钥匙220是否与车辆100匹配。此外，可通过三角测量或查找表来计算钥匙相对于车辆100的位置，这基于多个请求信号的所测得的信号强度进行。当求取的位置位于被操作门把手211周围的预先定义的区域内时，则打开车门210和/或整个车辆100。
如图2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中的不同位置处。所述多个发射单元201中的每个发射单元201可发送请求信号(如信号脉冲)。这些请求信号可彼此错时发送并且必要时具有预定义的顺序。替代地或补充地，请求信号可具有唯一的识别码。钥匙220和/或车辆100的接收单元204可借助识别码和/或顺序将这些请求信号唯一地分配给所述多个发射单元201中的相应一个发射单元201。由此可求取各个请求信号的相应信号强度并且因此也可求取发射单元201和钥匙220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。从而可借助三角测量法确定车辆100和钥匙220之间的相对位置。也可确定车辆100相对于钥匙220的方位。
上述用于车辆100和钥匙220之间的身份或位置匹配的过程通常需要小于100ms的时间段。这意味着，上述过程基于很短的时间段通常不会被驾驶员察觉，因此驾驶员在握住门把手211时可直接打开车门210。用于身份匹配的类似过程通常在发动机启动时进行。
用于相对于车辆100定位钥匙220的方法可以类似的方式用于将车辆100定位在地面单元111上方。为此地面单元111可设有一个或多个类似于钥匙220的接收单元223的接收单元323(接收单元323可以是发射和/或接收单元的一部分；在下文中仅涉及接收功能并且因此使用术语“接收单元”)，用于接收接近的车辆100的发射单元201的请求信号。这在图3的右半部分中示意性示出。尤其是图3示出了接近地面单元111的车辆100(右侧)。该车辆100应这样定位，使得在地面单元111和车辆单元102之间产生尽可能小的距离。与地面单元111相邻地示出另一地面单元311，在该地面单元上方已经停有另一车辆300(即为了充电过程而停放)。
图3中示出的地面单元111包括两个接收单元323用于车辆100的发射单元201的请求信号。通过使用位于地面单元111上的相应多个不同位置处的多个接收单元323可提高对车辆100相对于地面单元111的位置的确定精度。但原则上单个接收单元323足以确定车辆100相对于地面单元111的位置和/或旋转(尤其是当车辆100包括多个发射单元201时)。相反，当地面单元111包括多个接收单元323时，一个发射单元201足以在有限情况下完全确定位置。
车辆100的控制器202可构造用于启动用于定位车辆100的方法。尤其是控制器202可引起车辆100的发射单元201发送请求信号。车辆100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通信。通信单元350为此可使用无线通信方法、如WLAN或蓝牙。通过通信单元350，充电单元110可与车辆100通信，以便通过请求信号开始定位过程。
地面单元111的所述一个或多个接收单元323构造用于接收请求信号并求取接收到的请求信号的信号强度并将其发送回车辆100。所求取的信号强度可在一个或多个响应信号中被发送回车辆100的接收单元204，这与无钥匙进入功能的情况一样。替代地或补充地，所求取的信号强度可借助通信单元350、如通过WLAN传输给车辆100。
车辆100的控制器202构造用于基于请求信号的信号强度求取车辆100的各个发射单元201与地面单元111的各个接收单元323之间的距离。然后例如可在使用三角测量法的情况下从这些距离确定车辆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。
因此，车辆100的精确位置的确定需要精确求取请求信号的信号强度。如上所述，车辆100的存储器103(电池)的感应充电通过由地面单元11建立具有特定充电场频率的电磁充电场来实现。充电场的频率在此通常介于80kHz至90kHz之间。在WPT车辆单元102中通过充电场在次级线圈中感应出电流。对该感应交流电进行整流和滤波，使得用由此产生的直流电可供给车辆100的车载电网和/或可为存储器103充电。
用于感应充电的在80kHz至90kHz范围内的充电场频率位于用于由发射单元201发出请求信号的相邻频率范围中。在此，在多个相邻充电站或充电单元的情况下，用于传输请求信号和响应信号(位置求取信号)的频率可能相互干扰。这则可导致不能以足够的精度确定车辆的请求信号的信号强度。
为了能够在相应充电站的多个地面单元彼此相邻设置的情况下避免彼此成对相配的地面单元和车辆之间的干扰而提出，代替固定或制造商相关的频率，使用能够可变分配的频率来至少传输请求信号。为了能够预先确定接近地面单元111的车辆100应在哪个频率上或在多个频带的哪个频带中发送请求信号，使用一个配置给多个充电站的控制和通信单元，该控制和通信单元构造用于向车辆100的控制单元(如控制器202)和所选用于充电过程的充电站111的接收单元323的控制单元传输消息，该消息包括车辆应在哪个所选频率范围中发送传输信号的信息。
所述(上级)控制和通信单元与车辆100的控制单元或充电站111的接收单元323的控制单元之间的通信借助无线通信方法、如WLAN或蓝牙进行。由此在到达充电站111之前就已经可确定发射单元201应在哪个频率范围内、即以哪个载波频率将请求信号传输给地面单元111的接收单元323的控制单元。
如上所述，可为请求信号的个别发射过程提供车辆的识别码和/或个别发射单元201的识别码。由于使用相邻地面单元111、311(或充电站)的车辆100、300可能相互干扰，所以可在上级控制和通信单元的控制下为车辆100、300分配不同的频率范围(信道)。由于不同车辆100、300现在以不同频率发送，因此可减少相应车辆的识别码和/或各个发射单元201的识别码。在一种替代变型方案中，相应车辆100、300的发射单元201可以固定顺序接通并且在车辆100、300与相配的地面单元111、311之间同步的时刻以暂停来标记新周期。剩余分配产生由车辆100、300和相配的地面单元111、311已知的时间条件。还可替代地，根据系统设计使用一些识别码位可以是有意义的。但待传输位数对于测量持续时间、滤波要求和传输识别码所需的带宽具有显著影响。
图5示出不同频率范围的示例性示意图，其可用于动态分配用于传输请求信号的频率范围。附图标记600表示80kHz和90kHz之间的充电场频率范围。与其间隔开地且以附图标记650标记地示出一个示例性频带，其例如包括100kHz和150kHz之间的频率。在频带650中多个载波频率fi-1、fi、fi+1以附图标记610、620、630标记并且彼此具有相应间隔641。在所述的在100kHz和150kHz之间的频带中，在间隔641例如为7.5kHz时可分布有六个载波频率fi、如在110kHz(信道0)、117.5kHz(信道1)、125kHz(信道2)、132.5kHz(信道3)、140kHz(信道4)和147.5kHz(信道5)处。围绕每个载波频率610、620和630，基于位模式、谐波等的调制，产生边带611、612或621、622或631、632。载波频率610、620和630的边带611、612；621、622；631、632的宽度例如大约为信号编码的基频的3倍。当基频f＝0.5kHz时，边带611、612；621、622；631、632分别为1.5kHz宽。由此在相邻载波频率之间分别产生约4.5kHz的间隔640。载波频率的这种分布因此能实现六个信道，通过它们，相应请求信号可无干扰地传输给相配的地面单元。频带650的上述宽度(50kHz)和载波频率的数量(i＝6)能实现稳健的设计，在其中在用于传输请求信号的频率范围与充电系统频率范围600之间存在足够大的间隔，同时载波频率之间的间隔也很大并且用于编码位模式的边带尽可能窄。
当然，根据信道的数量、频带650的宽度和信号编码的其它基频也可产生另外的载波频率、载波频率间隔等。
可通过调制方法的参数化来进行频率转换，即一次性确定车辆在哪个频率范围中以哪个载波频率与相配的地面单元进行通信。由此可有效过滤相邻的频率范围和尤其是高能充电场频率。
图6示意性示出该过程。以附图标记1表示的充电站装置例如包括六个充电站，它们位于成对相对置设置的停车位P0、P2、P4(上排)以及P1、P3、P5(下排)上。为充电站装置1配置上级控制和通信单元360。该控制和通信单元如上所述构造用于在车辆100接近充电站装置1时向车辆100的控制单元355和设置用于充电过程的充电站110(在此例如是在停车位P2中)的控制单元112传送消息。为此控制和通信单元360具有附图中不再示出的通信装置，通过其，控制和通信单元360例如经由WLAN将消息传输给车辆100的通信单元350和充电站110的通信单元351。例如假设为具有地面单元111的停车位P2分配具有特定载波频率、如125kHz的信道2。车辆100的控制单元355以相应的载波频率fi控制车辆的发射单元的调制器356。由此这样处理由发射单元201发出的LF信号，使得该信号以频率fi传输给充电站110的接收线圈401。由于充电站110的控制单元112也已经获得具有载波频率fi的信道2的待使用频率范围，因此以载波频率fi加载解调器113。从而可通过信号评估单元114以载波频率fi来评估LF信号(请求信号)。
当另一在图6中未示出的车辆接近充电站装置1时，该过程以上述方式重复，在此选择另一频率范围。
在此可规定，为各个充电停车位P0、P2、P4、P1、P3、P5分别分配一个固定频率范围，即其固定信道。作为替代方案可规定，通过控制和通信单元360选择一个正空闲的信道，然后将其用于车辆和由车辆控制的充电站之间的信号交换。
图7示例性示出一种具有多个车辆侧发射单元201的车辆侧幅度调制器。该幅度调制器包括已经提到的控制单元355，该控制单元以所选载波频率(fi)以及例如车辆的识别码来加载也已提及的调制器356。识别码例如可通过图7中所示的位模式“0101 1011”表征。作为替代方案，当应向相配的充电站的接收单元传输请求信号——由其可确定场强——时，也可由控制单元355为调制器356供应恒定信号。调制器356处理供应给其的信息并将这些信息供应给低通滤波器357。由低通滤波器产生的信号被供应给放大器358。控制单元355例如在循环顺序中控制开关元件359，以便向多个发射单元201传输用于传输给充电站的相应请求信号。
为了确保能够以足够的精度确定请求信号的信号强度，在地面单元111的接收单元中进行信号处理，通过该信号处理优选隔离请求信号的频率分量。尤其是接收单元可为此包括模拟输入滤波器，其构造用于从电磁场中过滤出请求信号并阻挡(或衰减)电磁场的其它频率(尤其是充电场频率范围)。
图4示出用于地面单元311的一种示例性接收单元323的框图。接收单元323包括接收线圈401，该接收线圈构造用于接收也包括请求信号的电磁场并将其转换为电流。接收单元323还包括信号处理单元402，其构造用于这样处理模拟电信号，使得电磁充电场的频率分量相对于请求信号的预先约定的频率分量衰减。
接收单元323还包括模数(A/D)转换器，其构造用于对处理后的模拟信号进行采样并将其转换为数字信号。在此使用的采样频率取决于由控制和通信单元预先确定的频率范围(在本文中称为所选频率范围)。此外，接收单元323包括数字滤波器单元404，其构造用于隔离由特定车辆100发出的请求信号的特定频率分量。数字滤波器单元404的数字滤波器尤其是可取决于接近车辆100的发射单元201发送其请求信号的所选频率范围。最后，接收单元323包括求取单元405，其构造用于基于滤波后的信号求取接收到的请求信号的信号强度。所求取的信号强度随后可传输给车辆100。
该过程可参考图8中所示的三个载波频率610、620和630以及各相配的边带611、612或621、622或631、632看出。在此假设已由控制和通信单元预先选择具有载波频率fi或620的信道i用于传输请求信号。在解调之前借助具有小边缘陡度的带通进行已经提到的粗滤波。为此接收线圈401可与图9中可见的、包括电容器410和412以及线圈411的布线连接。通过模拟滤波以由附图标记660表示的特性曲线来衰减频率。如此衰减的信号供应给同步解调器413，由可调的振荡器414向该同步解调器供应所选载波频率fi作为时钟频率。在同步解调器413的输出端产生的数字信号供应给具有固定极限频率的低通滤波器415，由此产生图8中以附图标记661表示的衰减边缘。从而实现小边缘陡度，同时花费较少。在低通滤波器415的输出端产生的信号供应给求取单元405(图4)，以用于评估幅度和识别码。
接收单元323的信号处理单元402可构造用于接收在多个不同频率范围中的请求信号。为此信号处理单元402可适配于特定请求信号的频率范围，即由控制和通信单元360预规定的频率范围。为此信号处理单元402可包括多个并联连接的电容器，它们可借助相应多个开关并联连接。通过变化的并联连接的电容器数量，由线圈401和一个或多个电容器410组成的接收电路(LC电路)可适配于不同频率范围。
信号的评估、滤波以及解调可数字地进行。由此可实现软件形式的灵活性。硬件和软件之间的接口可任意选择。尤其是可通过软件毫无问题地实现用于识别单次测量的慢数据速率。另外，通过解调可有针对性地抑制干扰源。在通过80kHz和90kHz之间的能量传输进行的感应充电方法中，这些干扰源占主导地位。
图10示出一种充电站装置1，在其中例如六对彼此相对置设置的停车位P0、...、P5和P0'、...、P5'并排设置。由图10无问题地可见，在此为相应停车位分别固定分配一个频率(通过信道0、2、4、1、3、5表示)。例如两个车辆100、300驶入侧向偏移的且相对置的停车位P1'和P4中。以椭圆形边框130、330示出可干扰其它具有相同频率的系统的相应区域。在此显而易见的是，由于为相应停车位设置固定频率，被分配信道1的车辆100不能“干扰”其它具有信道1的停车位。这同样适用于被分配信道4的车辆300。
可这样为接近充电站装置1的车辆分派信道，使得在寻找空闲充电站时通过控制和通信单元360循环查询空闲信道(相当于查询用于传输请求信号的空闲频率范围)。通过识别车辆接近哪个充电站(例如通过车辆与充电站装置1的控制和通信单元360或基于相机的系统之间的通信)，可将分派给该充电站的信道(频率范围)在消息中传输给车辆，从而该车辆将其通信调整到分配给该信道的频率范围。
图11示出一种具体的示例性解调器。在此为唯一的接收线圈401分别配置信号处理单元402、A/D转换器403、放大器407、滤波器单元404、相位确定单元406(向其供应所选载波频率fi)、求取单元405和另一滤波器单元408以及另一A/D转换器409的元件。在已经描述的单元402至407之外，为了测量请求信号的幅度，设置具有低通滤波器的所述另一滤波器单元408以及A/D转换器409。这些附加元件确保高信噪比和有效范围。由于在解调之后基本上在低频侧进行滤波，因此代替带通仅需要边缘陡度小得多的低通，这意味着低花费。然后由求取单元405提供在请求信号中的识别码420，由A/D转换器409提供接收线圈401的信号强度。
通过有针对性地分配不同频率避免相互干扰。基于用于传输识别码的可能的低比特率，相应信道可设计得很窄。因此可实现高信噪比和因此实现高测量精度。同时提高对干扰频率、如充电频率范围的鲁棒性。
如果仅使用一个频率信道，则不需要复杂的时分复用机制。基于该方法的灵活性可实现独立于制造商的标准化解决方案。
此外，可使用不受环境影响的在车辆中经验证的定位技术。在车辆中，已有技术也可用于车辆定位。
另一优点在于对无钥匙进入系统受感应能量传输影响的鲁棒性。
附图标记列表
1 充电站装置
100 车辆
101 整流器
102 WPT车辆单元
103 存储器(电池)
105 充电控制器(WPT控制器)
110 充电单元
111 WPT地面单元
112 控制单元
113 解调器
114 信号评估单元
120 离地间隙
201 发射单元
202 控制器
204 接收单元
210 车门
211 门把手
212 传感器
220 钥匙
221 钥匙发射单元
223 接收单元
300 车辆
311 充电站
322 接收单元
323 接收单元
350、351 通信单元
355 控制单元
356 调制器
360 控制和通信单元
401 接收线圈
402 信号处理单元
403 A/D转换器
404 滤波器单元
405 求取单元
406 相位确定装置
407 放大器
408 滤波器单元
409 A/D转换器
420 识别码
421 信号强度
500 分量
501、502、503、504 传输功能
509 频率
510 电容器
511 开关
512 带阻滤波器
520 衰减功能
521、522 频率范围
621、622 频率范围

Claims (15)

1.包括用于将电能无线传输给相应车辆(100、300)的一个或多个充电站(110、111、311)的充电站装置，其中，
相应充电站(110、111、311)包括：
-地面单元(111)，该地面单元构造用于在充电过程中产生用于将电能传输给车辆(100、300)的电磁充电场；以及
-发射和/或接收单元(323)，该发射和/或接收单元构造用于从车辆(100、300)的发射单元(201)接收或向车辆(100)的接收单元发送请求信号，该请求信号位于多个不同频率范围中的一个任意频率范围中；
并且该充电站装置包括控制和通信单元，该控制和通信单元构造用于将消息传输给车辆(100、300)的控制单元和所选用于充电过程的充电站(110、111、311)的接收单元(323)的控制单元，该消息包括应在哪个所选频率范围中传输请求信号的信息。
2.根据权利要求1所述的充电站装置，其中，所述控制和通信单元构造用于将消息通过通信信道传输给车辆(100、300)的控制单元，该通信信道位于与传输请求信号的所述多个不同频率范围不同的频率范围内。
3.根据权利要求1或2所述的充电站装置，其中，所述控制和通信单元构造用于在相应消息中将使用的不同频率范围传输给分配给相邻地面单元(111)以无线传输电能的车辆(100、300)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的充电站装置，其中，所述多个不同频率范围位于两个下述频带之一中，所述频带与预规定的充电场频率范围间隔开并且位于其上方和/或与预规定的充电场频率范围间隔开并且位于其下方：
-位于下限和250kHz之间的第一频带，所述下限比能量传输频率范围的上限高至少10kHz；
-位于20kHz和上限之间的第二频带，所述上限比能量传输频率范围的下限低至少10kHz。
5.根据权利要求4所述的充电站装置，其中，所述多个频率范围均匀分布地设置在所述第一或第二频带中，并且相应频率范围的宽度约为信号编码的给定基频的6倍，并且两个相邻的频率范围之间的间隔约为信号编码的给定基频的9倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的充电站装置，其中，所述请求信号包括车辆(100、300)的无钥匙进入功能的请求信号和/或车辆的无钥匙发动机启动功能的请求信号。
7.根据前述权利要求中任一项所述的充电站装置，其中，所述发射和/或接收单元(323)包括：
-接收单元(401)，该接收单元构造用于将电磁场转换为模拟电信号；和
-信号处理单元(402)，该信号处理单元构造用于对在电磁充电场的充电场频率范围中的模拟电信号相对于在所选频率范围中的模拟电信号进行衰减。
8.根据权利要求7所述的充电站装置，其中，所述发射和/或接收单元(323)构造用于使信号处理单元(402)适配于请求信号的频率范围。
9.根据权利要求7或8所述的充电站装置，其中，所述发射和/或接收单元(323)构造用于
-相对于在所有所述多个不同频率范围内的模拟电信号衰减在充电场频率范围内的模拟电信号；并且
-使在所选频率范围中的模拟电信号比在所述多个不同频率范围的其余频率范围更少地衰减。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的充电站装置，其中，所述发射和/或接收单元(323)包括：
-模数转换器(403)，该模数转换器构造用于将由模拟电信号导出的信号转换成数字信号；
-滤波器单元(404)，该滤波器单元构造用于对在所选频率范围中的数字信号相对于在所述多个不同频率范围中的其它频率范围中的数字信号进行强调；
-求取单元(405)，该求取单元构造用于求取在滤波器单元(404)的输出端上的信号的信号强度。
11.根据权利要求10所述的充电站装置，其中，所述滤波器单元(404)包括具有固定基频的数字滤波器，该固定基频是所选频率范围的载波频率。
12.根据前述权利要求中任一项所述的充电站装置，其中，响应于从应通过地面单元(111)向其传输电能的车辆(100、300)的发射单元(201)接收到请求信号，所述发射和/或接收单元(323)构造用于提供所求取的信号强度以用于求取车辆(100、300)相对于地面单元(111)的位置。
13.车辆(100、300)，包括：
-车辆单元(102)，该车辆单元构造用于在充电过程中从充电站(110、111、311)的地面单元(111)接收电磁充电场；
-接收单元(204)，该接收单元构造用于从地面单元(111)接收位置求取信号，该位置求取信号位于多个不同频率范围中的一个任意频率范围中；
-控制单元，该控制单元构造用于从根据前述权利要求中任一项所述的充电站装置的控制和通信单元接收消息，该消息包括车辆(100、300)应在哪个所选频率范围中向地面站的接收单元(323)或反过来传输请求信号的信息。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中，该车辆包括一个或多个发射单元(201)，所述发射单元具有各自的或共同的信号处理单元(402)，所述信号处理单元构造用于将数字信号转换成模拟电信号，所述信号处理单元(402)构造用于通过控制单元适配于所选频率范围的载波频率。
15.用于确定车辆(100)相对于根据前述权利要求中任一项所述的充电站装置的多个充电站(110、111、311)中的一个充电站(110、111、311)的位置的方法，该方法包括：
-识别车辆接近所述多个充电站(110、111、311)中的一个充电站；
-将消息传输给车辆的控制单元(100)和所选用于充电过程的充电站(110、111、311)的接收单元(323)的控制单元，该消息包括应在多个不同频率范围的哪个所选频率范围中传输请求信号的信息；
-由车辆(100)或充电站(110、111)发送请求信号，该请求信号位于所选频率范围中；
-在充电站(110、111)或车辆(100)上接收信号，接收到的信号包括请求信号；
-根据请求信号的所选频率范围处理接收到的信号；
-基于处理后的信号求取请求信号的信号强度；并且
-借助所求取的信号强度求取车辆(100)相对于充电站(110、111)的位置。
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