CN113352912A - 无线电力传送布置 - Google Patents

Abstract

一种无线电力传送布置（20），用于通过电感耦合跨气隙（9）进行无线电力传送，例如以用于对电动车辆的电池（31）进行充电，所述无线电力传送布置（20）包括具有用于生成磁场（28）到气隙（9）中的初级焊盘（22）的初级侧（21），以及布置在气隙（9）的另一侧的次级侧（24），该次级侧（24）拾取磁场（28）并将通过磁场（28）接收的能量提供给电池（31）。初级侧（21）例如安装在充电站处，并且次级侧（24）由电动车辆所包括。为了在电力传送期间控制充电过程，借助于两个无线收发器（35、36）在初级（21）和次级（24）之间提供无线通信信道（38）。根据本发明，无线收发器（35、36）被适配为使得它们的通信范围小于初级焊盘的最大空间程度的两倍。以这种方式，充电站和车辆之间的通信可能不被位于相同充电区域的其它充电站或车辆所接收。并且如果相同充电区域的其它车辆和其它充电站也根据本发明来适配，则它们的通信不彼此干扰或以其它方式彼此扰动，使得可以避免复杂且费力的配对过程。

Description

无线电力传送布置

技术领域

本发明涉及一种无线电力传送布置，用于通过电感耦合跨气隙进行无线电力传送，以用于对电动车辆的能量存储装置进行充电，其中该无线电力传送布置包括初级单元、由电动车辆包括的次级单元和用于控制电力传送的控制器，初级单元包括无线收发器和用于将磁场感应到气隙中的初级焊盘，次级单元包括无线收发器和用于接收通过磁场传送的电力的次级焊盘，无线收发器包括用于发射和接收通信信号的天线，并且被适配用于在初级单元和次级单元之间提供无线通信链路。

背景技术

电动车辆（EV）已经变得越来越受欢迎。术语电动车辆可以例如包括机动车辆，诸如汽车、卡车、摩托车、火车、船、轮船、潜水艇、飞机、直升机等，而且包括工业车辆，诸如叉车、AGV（自动化导向车辆）、清洁机、电梯等。电动车辆通常包括用于驱动车辆的电动机，并且它们通常包括向电动机供应能量的能量存储装置。存储在能量存储装置中的电力也可以例如用于操作这样的EV的电驱动装备，以用于提升、位移或运输任何种类的货物。

在大多数情况下，能量存储装置是可以再充电的电池。再充电通常在专用充电区域进行。通常，这样的充电区域包括多个充电站，其中两个或更多个车辆可以同时对它们的电池进行充电。在大多数情况下，每个充电站均永久安装在充电区域处，例如在站点的墙壁上或底部。为了对EV的电池进行充电，车辆被移动到充电区域，并且然后停在充电站中的一个附近，在那里电力可以从该充电站传输到车辆。

尽管铅酸电池已经并且仍然被使用，但是锂离子电池作为EV的牵引电池正被越来越频繁地使用。锂离子电池具有它们可以以高达1c的高c速率充电——其减少充电时间——的优点。因此，具有600安培小时（Ah）容量的锂离子电池可以用高达600安培（A）的电流充电，这将充电时间减少下降到约一小时，而具有相同容量的铅酸电池仅可以以约0.1c至0.2c的c速率充电，导致充电时间为五至十小时。此外，锂离子电池可以偶尔充电，而不对电池造成损坏，而铅酸电池当应用只为小分钟数的多个短充电周期时将对电池造成损坏。

然而，利用锂离子电池的高充电电流可能引起基于导线的充电器的问题，在基于导线的充电器中，充电电流经由线缆连接从充电站馈送到车辆，其中线缆通过连接器连接到源和/或电池。高充电电流将要求充电线缆具有大的铜直径和重型连接器。因此，充电线缆难以处置，并且连接器将快速磨损。在偶尔充电的情况下，这样的连接器将在几周内磨损。

为了克服充电线缆的问题，这样的电池的充电通常通过无线电力传送来完成。这样的无线电力传送系统也被指定为无线充电系统（WCS）或为电感电力传送（IPT）系统，以防电力通过电感耦合被无线传送。这样的系统确实与松散耦合的电感器一起工作。

这样的无线电力传送布置的初级侧通常连接到电力网，诸如主电源或能够提供所需电力量的任何其它供电网络。从电网接收的电力然后被转换成AC电力，该AC电力被馈送到初级焊盘。初级焊盘包括谐振器，该谐振器生成或多或少在某个方向上引导的磁场。这样的无线电力传送布置的次级侧通常由EV包括，并且包括具有谐振器的次级焊盘，所述谐振器拾取磁场并在其输出处提供AC电力。因此，车辆必须正确定位，使得由初级侧生成的磁场主要引导到车辆的次级焊盘。由次级焊盘接收的AC电力然后可以例如用于对车辆的电池进行充电或者直接驱动车辆的任何电负载。当然，由次级焊盘提供的AC电力可以首先被转换成合适的形式以对电池进行充电或驱动负载。

为了控制电力传送，该系统可以包括在初级中的控制器和在次级中的单独控制器，它们不彼此通信，诸如例如在US 9,287,040 B2（Thoratec公司）中描述的那样。

控制电力传送的另一选项是在初级和次级之间提供通信链路，使得电力传送控制可以基于初级以及次级的信息。在电池的充电期间，这样的通信链路对于电力传送的闭环控制也是需要的。这样的通信链路可以是有线或无线通信链路。然而，无线通信链路对于无线充电过程是优选的。在充电过程可以开始之前，通过在充电站和EV之间连接合适的线缆，首先在充电站和EV之间建立通信链路将是附加的努力，甚至更重要的是，这样的连接在大多数情况下将必须被手动建立。

文件EP 3 591 824 A1，台达电子（泰国）公共有限公司公开了这样一种无线充电系统，其包括用于控制目的的初级和次级之间的无线通信链路。本文件提到了多个通信技术，诸如LTE、UMTS、GSM、WLAN和蓝牙。

尽管在初级和次级之间使用无线通信一般是好主意，但是这样的技术也确实具有主要缺点，特别是在充电区域处提供多个充电站的情况下。由于这些技术的通信范围从几十米直至几百米，因此每个充电站可以接收定位在充电区域中或附近的每个车辆的通信。并且每个车辆可以接收充电区域的每个充电站的通信。因此，配对过程、即将车辆与正确的充电站配对以设立充电过程的过程是困难的，特别是在两个车辆同时到达充电区域的情况下。必须尽很大努力来区分谁正在与谁通信。

例如，所有充电站和车辆可以被分配唯一的地址，使得车辆可以寻址特定的充电站。然而，在这种情况下，车辆还必须知道该特定初级车辆的地址和物理位置，以行驶到该初级车辆，并向车辆次级给予关于初级地址的通知。

车辆不需要知道充电站的地址-位置-相关性的另一种方式是，在每次充电开始时，次级和初级经历仲裁例程。例如，这可以通过如下来完成：次级在进入充电区域之后，发送请求以取得与其自身的临时地址相组合的充电。该请求被可达到的距离的所有初级接收。所有空闲的初级启动，并试图给次级充电。现在仅车辆站在前方的充电站能够给予充电，所以它将知道请求车辆次级在它前方，并继续充电。所有其它充电站将再次进入待机状态。为完成配对，充电站向车辆给予关于其临时地址的通知。对于其余的充电过程，两者彼此已经标识，并且可以忽略任何其它广播。或者换句话说，一旦配对过程已经完成，充电站和车辆就知道彼此的地址，使得它们可以彼此通信以交换用于控制充电过程的数据。

然而，这样的配对过程相当复杂。它需要大量时间、专用协议，并且甚至可能需要附加的硬件。

已知的通信链路确实具有进一步的缺点。由于通常充电区域的所有充电站以及意图在该充电区域充电的所有车辆都利用相同的频带进行通信，因此可能发生干扰。此外，越多的站和车辆使用相同的频带，碰撞和阻塞的信道的概率就变得越高。附加地，在工业环境中，某些频带、诸如例如2,4GHz带也被许多不同的其它应用用于数据业务，并且因此极度繁忙。总的来说，这不仅使通信更困难，而且还可能相应地消耗比必要更多的时间，并且导致通信中断。

发明内容

因此，本发明的目的是创建一种属于最初提到的技术领域的无线电力传送布置，其允许简化的配对过程以及充电期间简单且不受干扰的通信。本发明的进一步目的是为这样的无线电力传送布置提供初级或次级焊盘，以及为无线电力传送提供对应的方法。

本发明的解决方案由权利要求1的特征指定。一种无线电力传送布置，用于通过电感耦合跨气隙进行无线电力传送，以用于对电动车辆的能量存储装置进行充电，该无线电力传送布置包括由电动车辆所包括的初级单元、次级单元和用于控制电力传送的控制器，其中初级单元包括无线收发器和用于将磁场感应到气隙中的初级焊盘，次级单元包括无线收发器和用于接收通过磁场传送的电力的次级焊盘，并且无线收发器包括用于发射和接收通信信号的天线，并且被适配用于在初级单元和次级单元之间提供无线通信链路。

根据本发明，无线通信链路具有小于初级焊盘的最大空间程度两倍的通信范围，并且其中控制器被适配以基于在电力传送期间通过无线通信链路传输的数据来控制电力传送。

尽管具有次级焊盘的次级单元由车辆构成，但是初级单元以及初级焊盘通常形成充电站的一部分，并且因此永久安装在诸如充电区域之类的场所处。然而，初级单元或只初级焊盘也可以是可移动的，使得初级单元或焊盘可以正确地定位在车辆附近，以用于使能电力传送。

初级焊盘的最大空间程度取决于初级焊盘的大小，其中焊盘的大小取决于特定应用的要求。例如，较小的焊盘可以用于要传送较小电力量的情况中，而较大的焊盘可以用于要传送较大电力量的情况中。例如，在可用空间受限的情况下，或者在次级侧被集成到较小的车辆中的情况下，也可以使用较小的焊盘。然后再次，如果车辆大或可用空间大，则可以使用较大的焊盘，独立于要传送的电力量是大还是小。焊盘的大小也可以取决于特定应用的其它情况，诸如例如环境条件或关于焊盘的相互定位精度的要求。

初级焊盘的最大空间程度通常对应于其垂直于电力传送方向的最大直径。例如，如果初级焊盘是圆形焊盘，则其最大空间程度通常是圆形焊盘的直径。如果初级焊盘是矩形焊盘，则其最大空间程度通常是焊盘的对角线。在下文中，焊盘的最大空间程度被指定为焊盘的对角线。

典型的初级焊盘的对角线范围从约10或15厘米（cm）直至两米或甚至更多米（m）。这样的焊盘通常是圆形或矩形的。然而，其它形状和大小也是可能的。

通过使用通信链路，可以避免上面的缺点，该通信链路具有小于对应初级焊盘对角线两倍的相当短的通信范围。由于短的通信范围，因此由某个充电站发送的通信信号可能仅由定位在充电站的紧附近的车辆接收。因此，仅要由特定充电站充电的车辆可以接收由该充电站发送的通信信号。并且当然，这也适用于反过来。

为了对EV的电池进行充电，因此，EV必须只定位在免费充电站附近的充电位置，并且然后充电站和车辆可以开始通信，而不干扰或以其它方式干扰或被充电区域中的其它充电站和车辆的通信所干扰。其它充电站和车辆根本不注意充电站和要在该充电站充电的车辆之间的通信。并且当然，在一对充电站和车辆之间的通信不被其它对的通信干扰或以其它方式干扰。同样这当然也对于第三方设备为真，所述第三方设备即不同于在相同区域中正在传输信号的所涉及的充电站和车辆。

因此，可以避免针对特定的方法来检测用于电力传输的充电对（充电站和车辆）的需要。

因此，配对过程非常简单，并且只包括充电站或车辆的通信请求和其它通信伙伴的对应应答。不需要分配任何地址来标识另一个通信伙伴。在本发明的优选实施例中，配对过程由车辆启动，因为只要车辆定位在某个充电站的前方，它就发送通信请求。如果车辆正确定位在充电站前方，则充电站可以接收通信请求并相应地应答。因此，车辆收发器是主收发器，并且充电站的收发器充当从收发器。只要配对完成，车辆和充电站就可以通过交换如特定应用所需的数据来彼此通信。例如，它们可以在从充电站到车辆的电力传送期间交换信息，控制器需要该信息来控制对车辆电池进行充电的过程，使得提供给车辆电池的电力与充电过程期间特定时间点的电池所需的电力量相匹配。

此外，由于有限的通信范围，因此可以避免或至少在很大程度上减少通信期间的碰撞和阻塞的信道，这也导致更快和更可靠的通信。

在该描述的上下文中，术语“通信范围”指的是距离发送器的空间区域或距离，在该空间区域或距离内，接收器可以以合理的质量接收由发送器发送的信号，其中术语“发送器”在该方面指的是发送器的天线，该天线是传输信号源。或者换句话说，术语“通信范围”指的是距离发送器的区域或距离，在该区域或距离内，接收器可以从通信信号以足够的质量检索传送的数据。取决于用于通信的编码方案、协议、错误校正、算法等，通信信号可以在距离发送器不同的距离处被正确接收。

另外，要考虑的是，从发送器看，通信范围可能在每个方向上不相同。天线可以发射定向信号，使得在某个方向上的通信范围高于在另一方向上的通信范围。在从充电站到车辆的电力传送的应用中，通信方向也可以从站在车辆应该被定位用于电力传送的方向上引导，并且也可以从车辆在站的方向上引导。

如本文中所使用的术语“单元”不一定指的是包括该单元所有组件的物理单元。除非另有提及，否则术语“单元”更准确地说指的是可以涵盖一个或多个物理单元的逻辑单元。例如，术语“初级单元”指的是几个组件的组合，诸如例如用于将从电力网接收的电力转换成AC电力的输入级，以及用于接收AC电力并用于感应磁场的初级谐振器。这两个组件可以或可以不在单个物理单元中被提供。

在本发明的优选实施例中，能量存储装置包括电池，特别是车辆的牵引电池。这样的电池可用于EV，其具有几百或甚至几千Ah的合理容量。

取决于特定应用的要求，能量存储装置可以替代地或附加地还包括电容性存储元件，诸如例如超级电容器或其它电容器。例如，如果需要高的充电和放电速率，则超级电容可能是好的选择。

由于初级和次级焊盘通常彼此相邻地定位，以便将电力从初级传送到次级，因此通信范围优选地甚至小于初级焊盘的对角线。

在电力传送期间，初级和次级焊盘之间的距离通常在从几厘米直至20 cm或30 cm的范围内。然而，在一些情况下，焊盘可以以高达约50 cm的更大距离布置。在本发明甚至更优选的实施例中，通信范围优选地小于初级焊盘的对角线但大于5 cm。

然而，也将可能的是设计收发器的天线和电子器件，使得通信范围低于5 cm或者是初级焊盘对角线的两倍以及以上。

一般而言，宽范围的频率可以用于无线通信。收发器可以例如被适配用于使用大约在3 kHz和1 GHz之间的无线电频率的通信，这取决于例如在给定位置处的特定用途可用什么频率范围。

在本发明的优选实施例中，使用中频（MF）范围至非常高频（VHF）范围内的频率，即大约在300 kHz和300 MHz之间。

在甚至更优选的实施例中，收发器被适配用于使用3 MHz和50 MHz之间的频率进行通信。电磁频谱的这一部分或多或少属于ISM频带的较低范围，所述ISM频带是国际上为工业、科学和医疗（ISM）目的保留的，并且可用于未经许可的用途。ISM带的这一部分以及更高的部分也被其它无线通信技术使用，所述其它无线通信技术诸如例如是无绳电话、蓝牙设备、近场通信（NFC）设备、车库门开启器、婴儿监视器和无线计算机网络（WiFi）。

最优选地，收发器被适配用于在10 MHz和15 MHz之间的频率进行通信。这是NFC（近场通信）技术也使用的频率范围，所述NFC技术是使得两个电子设备能够在通常少于一米的相对短的距离之上建立通信的技术。然而，NFC不是单个的定义明确的标准，而是具有不同先决条件、通信协议等的不同标准集。并且NFC出于几个原因不适合于本发明中所需的无线通信。首先，例如，如在本发明中存在的高度受干扰的环境中，NFC不工作，在该环境中，收发器位于接近用于电力传送的初级和次级焊盘。其次，通信的协议、数据速率和定时不符合本发明的需要，例如关于电力传送的闭环控制。另外，NFC确实允许高错误率，并且此外，通常不具有碰撞避免的高需求。这两种性质与本发明的应用相矛盾。此外，初级焊盘不仅发射用于电力传送的能量场，而且无意地发射噪声。有意的能量场以及无意的噪声二者大规模地影响焊盘之间的无线通信。放置在接近这样的无线充电系统的某处的标准NFC天线将在能量传送频率下感应高电压，这可能损坏NFC收发器。并且噪声将破坏数据传送。并且一些NFC标准，例如为高达一米的较大通信距离定义的那些NFC标准，是为单工通信设计的，并且因此通常不允许如在本发明中所要求的双工或半双工通信。

因此，收发器必须被设计成针对电力场频率和由初级创建的噪声鲁棒。

收发器设计的一个方面是天线的放置。一般而言，将可能的是将天线定位在焊盘之外但在它们的通信范围内的某处，以允许数据交换。然而，在这样的布置中，可能发生这样的情况，尽管充电站和车辆可以彼此通信，但是因为初级焊盘和次级焊盘移位或以其它方式相距太远而不能传送电力，所以电力传送是不可能的。

为了确保只要建立通信，从初级到次级进行电力传送就是可能的，收发器的天线优选地被布置成使得无线通信通过气隙发生。这最好通过将天线包括在相应的初级或次级焊盘中来实现。

在本发明的进一步优选实施例中，收发器被适配为使得它们的通信范围被限制在焊盘正前方的空间区域。或者换句话说，如果收发器中的一个被布置在另一个焊盘的横向限制之外，则通信是不可能的。在这样的实施例中，通信范围被限制在由发送焊盘的边界在接收焊盘的方向上垂直于该焊盘的心理位移所创建的圆柱形区域。

如果收发器（优选为两个收发器）的天线不布置在靠近焊盘边缘的区域中，而是布置在相应焊盘的中心区域中，所述相应焊盘即接收器属于的初级或次级单元的焊盘，则实现该方面中的最好结果。

将天线放置在焊盘的电力传送线圈的中心具有无线电力传送以及无线通信独立于焊盘的取向的优点。只要天线彼此面对，例如，如果焊盘不是在相同的方向上取向，而是被布置成相对彼此扭曲，这就不重要。

如果天线放置在焊盘边缘附近，则重要的是焊盘相对于彼此具有正确的取向，使得电力传送和通信可以同时发生。例如，如果焊盘中的一个相对于另一个焊盘稍微扭曲，则通信或电力传送或者甚至二者可能不工作。

独立于焊盘的相对取向，电力传送以及无线通信当然仅可以在初级焊盘和次级焊盘被定位成使得焊盘中心的天线相对于彼此正确布置的情况下工作。术语“正确布置”由此意味着焊盘布置在允许的公差内。这些公差可以例如包括关于焊盘距离的偏差的允许值以及平行于焊盘的两个方向上的偏移量。或者换句话说，在初级中只一个天线和次级中只一个天线的情况下，可以解决无线电力传送系统的整个位置公差。

收发器的天线例如并且优选地布置在相应焊盘的（一个或多个）电力线圈的顶部上，其中那些（一个或多个）线圈的顶侧指定在电力传送期间引导到另一个焊盘的一侧。

因此，收发器优选地被适配为使得它们的通信范围不仅被限制在焊盘正前方的空间区域，而且此外相对于运行通过焊盘中心的轴或多或少地对称。

并且当然，仅在天线的通信范围至少稍微大于电力传送场的范围的情况下，同时的电力传送和通信才可能工作。或者换句话说，为了确保初级和次级之间的通信可以进行，收发器优选地被设计成使得通信范围的空间延伸大于充电期间初级和次级焊盘之间的距离。

在该连接中，术语“距离”指的是充电期间在垂直于相应焊盘的方向上焊盘之间的距离。然而，通信范围不必比焊盘之间的距离大得多，其仅稍微延伸超出电力传送场的范围就足够了。

在这样将天线放置在焊盘的中心的情况下，其中进行通信的大部分物理空间是其中完成电力传送的相同物理空间。所以通信和电力传送的场确实重叠。

由于该重叠，通信必须针对电力场频率和由初级侧（即由焊盘和/或由初级侧的其它电子组件）创建的噪声鲁棒。

为了避免天线被电力场损坏，收发器（优选地为两个收发器）的天线包括至少一个线圈，该线圈被成形和布置为使得在电力传送期间由磁场在所述至少一个线圈中感应所得到的电压最小化。或者简单地说，天线被设计和布置为使得由用于电力传送的磁场在（一个或多个）天线线圈中感应所得到的电压为零或接近零。

由于天线的这样的设计，电力传输场和通信天线不彼此干扰或损坏。

一般存在两种不同的方式来实现这样的天线。天线被设计为使得尽可能少的磁通量流过天线的（一个或多个）线圈。或者天线包括两个或更多个线圈，所述两个或更多个线圈被布置为使得流过这些线圈的磁通量尽可能地彼此补偿。当设计天线时，也必须考虑相应焊盘的形状和布置。

在第一实施例中，初级焊盘例如包括在公共平面中彼此相邻布置的两个电力线圈，其中在电力传送期间，电流正在电力线圈的第一线圈中在一个方向上流动，并且电流正在电力线圈的第二线圈中在相反方向上流动。这样的线圈布置通常被称为DD线圈布置。因此，由这样的线圈布置生成的磁场以相反的方向流过两个线圈，但是在焊盘的中心，磁场基本上平行于线圈的公共平面。线圈可以由单个的公共导线形成，或者它们可以由不同的导线形成，并且每个线圈可以包括一匝或多匝。在这样的情况下，天线优选地包括平行于包括电力线圈的公共平面布置的环形线圈。或者换句话说，因为天线的环形线圈被布置在焊盘的中心，所以它被布置为平行于磁场线，因此没有或者非常少的磁场磁通量流过环形天线线圈。

取决于特定的应用，环形线圈可以具有单匝，或者其可以包括两匝或更多匝。

在另一实施例中，初级焊盘包括环形电力线圈，该环形电力线圈在初级焊盘的中心感应出或多或少均匀的磁场。再次，电力线圈可以包括一匝或多匝。在这种情况下，收发器天线包括八形线圈，即一种线圈，包括由单个导线形成的两个串联环，其中两个环具有相反的循环指向。当这样的天线线圈布置在电力场中时，八形线圈的第一环拾取磁场，因此在该第一环中感应第一电压，并且八形线圈的第二环也拾取磁场，因此在具有相反符号的该第二环中感应第二电压。或者换句话说，由磁场引起的第一环中的电压导致与由第二环中的磁场感应的电压产生的第二环中的电流相比在相反方向上的电流，使得电流完全或至少在很大程度上彼此补偿。

在本发明的另一优选实施例中，控制器被适配为建立用于电力传送的闭环控制的闭控制环路，其中所述闭控制环路包括所述无线通信链路。

控制电力传送的控制器可以布置在初级单元中或次级单元中。为了正确和高效地控制电力传送，控制器必须能够控制初级中磁场的生成，由此考虑来自次级的信息，诸如例如电池充电状态（电池SOC）、电池电压、充电电流设置点、充电电压设置点、充电电力设置点。控制器还可能需要进一步的过程数据，比如实际电流、温度和来自两侧的状态信息、日志数据或功耗数据等。

因此，如果控制器被布置在初级中，则在次级中生成的至少一些上述信息必须被传送到初级中的控制器。这是通过无线通信链路从次级收发器向初级收发器发送以数据形式的对应信息来完成的。同样，为了控制电力传送，控制器可以考虑在初级中直接生成的进一步的信息。由此生成的术语可以包括测量、读出、计算或以其它方式确定所需信息。然而，在初级中生成的信息可以例如通过对应的有线、光学或适合传送数据的其它连接直接提供给控制器。基于上述信息的全部或一部分，控制器可以控制电力传送，例如通过控制从电网到被馈送给初级焊盘的AC电力的电力转换，所述AC电力诸如AC电压或电流的频率、相位和/或幅度。控制器还可以通过例如控制初级焊盘的谐振电路的谐振频率来控制初级焊盘生成的磁场，从而控制电力传送。

然而，如果控制器被布置在次级中，则在次级中直接生成的信息可以被直接提供给控制器。然而，在初级中生成的至少一些上述信息必须经由无线通信链路传送到次级中的控制器。并且由控制器确定的用于控制电力传送的控制信号确实必须被传送到初级，以便控制从电网到AC电力的电力转换和/或相应地控制初级焊盘。

因此，通过在电力传送期间使用无线通信链路将所需信息从初级传送到次级和/或从次级传送到初级，控制器关闭控制环路，并且因此可以高效地施行从初级到次级的电力传送的闭环控制。

然而，控制器优选地布置在初级单元中，即在充电站中。以这种方式，提供一个单个控制器用于控制从该充电站到任何数量车辆的电力传送是足够的。如果控制器将被布置在次级中，即在车辆中，则每个车辆将必须包括这样的控制器。

在本发明的进一步优选实施例中，至少一个收发器被适配用于半双工通信，诸如例如时分双工通信。这例如是因为收发器被适配为在发射模式和接收模式之间切换来实现的，这例如可以通过将天线连接到收发器的发射器部分或收发器的接收器部分的开关来实现。

当然，优选地，两个收发器被相应地适配。

代替提供可以在发射模式和接收模式之间切换的收发器，可以提供单独的发射器和接收器单元，每个具有其自己的天线。这样的布置一般还将允许在初级和次级之间进行全双工通信，然而这也可能需要附加的措施来避免由两个方向上的同时数据传输产生的干扰或其它扰动。

通常，收发器包括天线匹配电路，以便将天线输入阻抗与连接到天线的无线电模块的阻抗相匹配。匹配越好，天线传送的电力就越高，或者可以降低传输的电力以实现相同的通信范围，并且接收电路的灵敏度变得越高。这样的匹配电路通常包括并联和/或串联连接的电感或电容元件。

尽管匹配电路通常只用于与阻抗匹配，但是在本发明的优选实施例中，天线匹配电路不仅用于匹配目的，而且包括第一高通滤波器，用于减振用于电力传送的磁场频率。

在本发明的优选实施例中，第一高通滤波器包括一个或多个串联连接的电容元件。然而，匹配电路还可以包括串联和/或并联连接的进一步元件，以便提供所需的匹配，并产生第一高通滤波器的期望截止频率。例如，第一高通滤波器的截止频率必须高于由初级焊盘产生的磁场的频率，这可以取决于特定的应用。在一些应用中，磁场的频率例如大约在几kHz到几百kHz之间。

在电力传送系统中，其中电力传送场例如具有50 kHz的频率，并且其中通信频率例如在10 MHz和15 MHz之间，高通滤波器被设计为具有100 kHz和5 MHz之间的截止频率。

为了从通过通信链路传输的通信信号中提取出数据，收发器通常还包括调制/解调电路（调制解调器）。该调制解调器还提供提取的数据以供进一步处理，所述提取的数据通常为数字信号。

尽管调制解调器通常只用于提取传输的数据，但是在本发明的优选实施例中，调制解调器不仅用于数据提取并提供代表提取的数据的数字信号，而且调制解调器包括第二高通滤波器，用于进一步减振或者甚至阻塞用于电力传送的磁场频率。

第二高通滤波器优选地包括在调制解调器的输入处提供的RC电路。例如，RC电路包括并联的终端电阻器和串联的电容器。

再次，第二高通滤波器被设计为使得其截止频率高于磁场频率。

此外，天线匹配电路和线缆匹配电路的元件一起也可以用作高通滤波器。这样的高通滤波器可以例如由天线匹配电路的串联电容器和线缆匹配电路的并联电阻器提供。

在本发明的进一步优选实施例中，调制解调器附加地包括用于放大第二高通滤波器的输出的放大器、用于生成放大器输出的包络信号的包络检测器、用于从包络检测器的输出移除噪声的低通滤波器以及用于将低通滤波器的输出转换成数字信号的比较器。比较器例如将接收的和滤波的信号与参考电压进行比较，以从接收的信号提取数据。

然而，在初级和次级之间的通信不仅受磁场和噪声影响，而且取决于初级和次级焊盘的距离和横向偏移。特别地，接收的信号的幅度取决于天线之间的距离以及取决于其它条件而变化，所述其它条件诸如例如环境条件，比如其它电磁场的存在。因此，在本发明的另一优选实施例中，在电力传送期间，或者甚至针对每次通信，诸如例如在每次传输通信消息之前，为每次新的电力传送调整参考信号。为了调整参考信号，发送收发器传输定义的信号序列，诸如例如在预确定时间量内为高并且然后在预确定时间量内为低的信号。根据接收的信号，接收收发器确定低信号的电平以及高信号的电平，并由此确定参考电平，例如精确地在接收的低电平和高电平之间。该信号序列当然也可以包括适合于由此确定接收的信号的高电平和低电平以及参考电平的其它高和低信号序列。

然而，也可以使用其它调制解调器架构。

本发明关于初级或次级焊盘的解决方案如下。根据本发明的初级或次级焊盘（即如上面所描述的用于无线电力传送布置的初级或次级焊盘包括对应无线收发器的天线。

如上面进一步概述的，有利的是包括将收发器的天线提供到相应的焊盘中，使得在电力传送期间的无线通信通过初级和次焊盘之间的气隙发生。

本发明关于用于无线电力传送的方法的解决方案如下。这样的方法包括以下步骤：利用初级单元的初级焊盘将磁场感应到气隙中，利用车辆所包括的次级单元的次级焊盘接收通过磁场传送的电力，以及在初级单元和次级单元之间提供无线通信链路。根据本发明，该方法进一步包括以下步骤：为无线通信链路提供小于初级焊盘的最大空间程度两倍的通信范围，以及通过在电力传送期间通过无线通信链路传输数据来控制无线电力传送。

其它有利的实施例和特征的组合来自下面的详细描述和整个权利要求。

附图说明

用于解释实施例的附图示出：

图1是根据本发明的具有无线充电系统的充电应用的示意性表示；

图2是根据本发明的无线充电系统的框图；

图3是在初级和次级焊盘之间具有较大距离的通信范围和电力传输范围的示意性表示；

图4是在初级和次级焊盘之间具有较短距离的通信范围和电力传输范围的示意性表示；

图5是从上方具有用于在初级侧和次级侧之间进行通信的天线的初级焊盘的示意性表示；

图6是从侧面向上看如图7中所示出的具有通信天线的初级焊盘；

图7是从上方具有通信天线的另一初级焊盘的示意性表示；

图8是从侧面向上看如图9中所示出的具有通信天线的初级焊盘；

图9是供在本发明中使用的收发器的框图；

图10是供在本发明中使用的收发器的框图；

图11是供在本发明中使用的解调器的框图；

图12是供在本发明中使用的解调器电路的示意性表示；

图13是供在本发明中使用的天线和对应线缆的示意性表示；以及

图14是传输信号和对应解调信号的示意性表示。

在各图中，相同的组件被给予相同的参考符号。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的无线电力传送布置用于对车辆的牵引电池11进行充电的用途。在该示例中，车辆是由电动机13电驱动的叉车10。

无线电力传送布置的初级侧包括壁盒1和初级焊盘2。壁盒1安装在房屋5的墙壁7上，诸如例如车库、汽车端口、充电站、停车区等。壁盒1连接到房屋5的供电网络6，壁盒1从供电网络6接收要传送到车辆的能量。初级焊盘2安装在房屋5的另一墙壁8上或附近，并借助于固定线缆3连接到壁盒1。初级焊盘2可以部分或完全集成到墙壁8中，使得它在墙壁8附近将需要更少或不需要额外的空间。初级焊盘2也可以安装在与壁盒1相同的墙壁7上。或者初级焊盘2和壁盒1可以集成到同一外壳中。初级焊盘2也可以水平布置在车库、汽车端口、停车区域等的地面上。

叉车10包括电力传送布置的次级侧4，该次级侧4包括次级焊盘以及一些进一步的电子器件和电力电子器件，以转换和提供从初级焊盘2接收的能量，以供叉车10内的进一步使用。

壁盒1从电源网络6接收能量，将其转换成AC电力，并经由线缆3将其提供给初级焊盘2。初级焊盘2生成磁场，该磁场被引导到初级焊盘2和叉车10的次级侧4之间的气隙9中，所述叉车10的次级侧4定位在初级焊盘2附近，以无线接收通过磁场传送的能量。从初级侧到次级侧4的电力传送由包括在壁盒1中的控制器（图1中未示出）控制。然而，控制器也可以包括在初级焊盘2中或在次级侧4中。

叉车10进一步包括具有BMS 12（电池管理系统）的电池11和被馈送有来自电池11的能量的两个电动机13、14。然而，电动机13、14也可以直接被馈送有来自初级侧的能量。电动机13用于驱动叉车10，并且电动机14用于驱动叉车10的升降机15。BMS 12管理流入电池11和通常还从电池11流出的能量。

为了向叉车10的电池11提供充电电流，次级侧4经由充电线16连接到电池11，并且次级侧4也通过信号线17连接到BMS 12。为了对电池11进行充电，BMS 12定义在特定时间点允许或需要的充电电流，并经由信号线17将该设置值提供给次级侧4，例如包括在次级侧4中的充电控制器（未示出）。次级侧4例如测量提供给电池11的实际电流，将该实际电流与设置的电流进行比较，并由此计算误差信号，该误差信号经由被无线收发器19建立的无线通信链路18传输到壁盒1。或者更一般地阐述，由控制器控制电池11充电所需的信息经由无线通信链路18在壁盒1和次级侧4之间交换。基于这些信息，控制器然后控制初级侧，使得所需的电力量被传送到次级侧。

收发器19中的一个包括在次级侧4中，并且收发器19中的一个包括在初级焊盘2中。每个收发器19的天线当然也可以由收发器电子器件分离，并借助于合适的线缆连接到其。

由于初级焊盘2和次级侧4之间的距离在几厘米到最大几分米的范围内，因此收发器19被适配用于相当短的通信范围。收发器被设计为使得它们的最大通信范围稍微高于电力传送期间初级焊盘2和次级侧4之间的距离。以这种方式，确保了没有另一车辆或另一初级侧的其它收发器可以接收收发器19之间发送的信号。

图2示出了根据本发明的无线充电系统20的框图。

无线充电系统20包括初级侧21和次级侧24。初级侧21进一步包括控制器27，用于控制从初级侧21到次级侧24的电力传送。并且初级侧21包括用于将来自电力网的输入电力29转换成AC电力的电子部件23，以及从电子部件23接收AC电力并由此生成磁场28以跨气隙9无线传输电力的初级焊盘22。次级侧24包括次级焊盘25，所述次级焊盘25拾取磁场28并将通过磁场28接收的电力转换成AC输出电力。次级侧24进一步包括电子部件26，该电子部件26连接到次级焊盘25，并将AC输出电力转换成输出电力，该输出电力然后在无线电力传送布置20的输出处作为输出电力34提供。

次级侧24由车辆10构成，并且输出电力34被提供给车辆10的电池31，用于对电池31进行充电。在这种情况下，输出电力34是DC输出电力。流入和流出电池31的电力由BMS 32控制，所述BMS 32经由通信链路33与次级侧24通信。电子部件26例如包括与BMS 32通信的充电控制器，以便控制从次级侧24流动到电池31的电力。由于车辆10包括BMS 32以及次级侧24，因此通信链路33是有线通信链路，诸如例如CAN总线。因此，BMS 32控制流入和流出电池31的电力，并相应地向次级侧24提供由此所需的信息，诸如电力、电流和/或电压的设置点等。

为了在初级侧21和次级侧24之间建立通信，两侧包括提供无线通信信道38的收发器35、36。初级侧21中的收发器35包括在初级焊盘22中。取决于特定应用的要求，收发器35的天线和电子器件也可以分离，并经由合适的线缆彼此连接。次级侧21中的收发器36包括在电子部件26中，并且其天线36’布置在次级焊盘25中，并且通过合适的线缆连接到收发器36。取决于特定应用的要求，收发器36的天线和电子器件也可以实现为集成到次级焊盘25中的单个单元。因此，初级侧21和次级侧24之间的无线通信信道38运行通过气隙9，并相应地通过用于电力传送的磁场28。

控制器27控制通过气隙8从初级侧21到次级侧24的电力传送，以便满足应用的要求，在这种情况下，满足车辆的要求、以及特别是BMS 32的要求，并且可能还满足来自其它源的进一步要求。控制器27控制初级侧21，例如以满足由BMS 32请求的某个输出电力34。

为了接收所需的信息并将对应的控制信号传输到相关的组件，控制器27在初级侧21内经由通信线37连接到电子部件23以及收发器35，并且进一步经由无线通信信道38还连接到次级侧24。在初级侧内的通信、即在控制器27、电子部件23和收发器35以及可能的进一步组件之间的通信可以通过诸如例如CAN总线的有线通信技术实现。

从控制器27接收的信息可以例如包括电池SOC和电压、充电电流、电压和/或电力设置点，通常还包括进一步的数据，诸如实际电流、电压和/或电力、来自两侧的温度和状态信息、日志数据或功耗数据等。

在这样的配置中，控制信号例如包括控制电子部件23内的电力转换、初级焊盘22生成磁场28的信号，并且还可以包括控制次级侧24生成输出电力34的信号。为了转换输入电力29，电子部件23通常包括转换器布置，该转换器布置例如包括AC/DC级、DC链路和DC/AC反相器，该DC/AC反相器向初级焊盘22提供AC电力。控制信号然后例如还包括控制反相器开关切换的信号。然而，控制器27也可以控制无线充电系统20的其它部件和组件。

图3和4示出了初级焊盘42和次级焊盘45之间的通信范围和电力传输范围的示意性表示。收发器或其天线未分别示出。

图3示出了以较大距离44布置的焊盘42、45，并且在图4中示出了它们以较短的距离44’布置。两个图还示出了初级焊盘42的通信范围43以及初级焊盘的电力传送范围46。可以看出，在垂直于焊盘42、45的方向上，电力传送范围46不在初级焊盘42的表面上开始，而是在初级焊盘42上方的距离48处开始。距离48例如约为100 mm。并且电力传送范围46延伸到初级焊盘42上方的某个距离49。距离49例如约为150 mm。垂直于焊盘42、45的通信范围43的延伸大于电力传送范围46在该方向上的最大延伸。可以进一步看出，平行于焊盘42、45的通信范围43的延伸小于焊盘24、45的长度。

在图3中可以看出，初级焊盘42和次级焊盘45之间的距离44小于通信范围43，但大于电力传输范围46的可达到的距离。因此，焊盘可以彼此通信，但是不可能进行电力传送。另外，图3示出通信范围43小于焊盘42、45的对角线。由于焊盘42、45的对角线在图3中不可见，因此示出清楚地小于通信范围43的焊盘42、45的长度40。并且由于长度40等于或小于焊盘42、45的直径，因此独立于焊盘42、45的形状，通信范围43小于焊盘42、45的对角线。长度40与被示出为空间区域的通信范围43的比较简单地通过比较通信范围43内每个点距发送器的距离来完成。如图3中示意性示出的，发送器的位置41在焊盘42的顶部和中心。

在图4中，在初级焊盘42和次级焊盘45之间的距离44’小于通信范围43，并且小于电力传输范围46的可达到的距离。因此，焊盘不仅可以彼此通信，而且从初级焊盘42到次级焊盘45的电力传送是可能的。

图3和图4进一步示出了次级焊盘42处的参考47的位置。参考47定位在次级焊盘45的中心，并且定位在朝向初级焊盘42引导的焊盘62的表面上。因此，只要参考47在电力传送范围46内，从初级焊盘42到次级焊盘45的电力传送就是可能的且高效的。如可以看出的，在参考47在电力传送范围46之外之前，焊盘42、45也可以相对于彼此水平位移某个距离，即平行于焊盘42、45。

图5和6示出了初级焊盘52的示意性表示，该初级焊盘52具有圆形线圈53和天线57，用于初级侧和次级侧之间的通信。图5是从上方看的视图，并且视图6是从侧面向上看的视图。

初级焊盘52包括大致圆形的铁氧体芯板53和布置在铁氧体芯板53上的圆形线圈54，所述圆形线圈54具有对应于圆形铁氧体芯板53的直径的直径59。线圈54内流动的电流由箭头55示出，以逆时针方向流动。在电力传送期间，线圈54中流动的电流生成磁场56，如图6中运行通过线圈54的中心区域的场线所示出的。

在初级焊盘52的中心，布置了对应收发器（未示出）的天线57。天线57包括具有两个天线线圈环57.1、57.2的线圈，所述两个天线线圈环57.1、57.2彼此连接，使得它们形成8形线圈。箭头58示出了如由磁场56在天线环57.1、57.2中感应的电压引起的分别用于两个天线线圈环57.1、57.2的8形线圈内流动的电流所得到的方向。

如可以看出的，只要天线57布置在线圈54的中心（即在焊盘52的中心），流动通过两个线圈环57.1、57.2的磁就是相等的。由于两个线圈环57.1、57.2具有不同的循环指向，因此两个线圈环57.1、57.2中的感应电压相等，但是它们具有不同的符号，使得它们彼此补偿。因此，由磁场56感应的天线57内所得到的电压为零或至少非常接近于零，独立于磁场的强度。

图7和图8示出了另一初级焊盘62的示意性表示。图7是从上方看的视图，并且图8是从侧面向上看的视图。

初级焊盘62包括大致矩形的铁氧体芯板63和电力线圈，其中两个线圈64.1、64.2彼此相邻地布置在铁氧体芯板63上。在焊盘62的中心区域，线圈64.1、64.2的一匝或多匝平行运行。初级焊盘62具有对应于矩形铁氧体芯板63的对角线的直径69。

初级焊盘62被设计为使得在一个线圈64.1中流动的电流与在另一个线圈64.2中流动的电流在相反方向上运行。而线圈64.1中的电流以顺时针方向运行，线圈64.2中的电流以逆时针方向运行，如由箭头65所示出的。因此，在电力传送期间，线圈64.1、64.2中流动的电流生成磁场66，如由图8中的一些场线所示出的。磁场66从焊盘62下方向上运行通过线圈64.2，越过线圈64.1，通过线圈64.1回到焊盘62下方，并在焊盘62下方越过线圈64.2。因此，在焊盘的正上方的焊盘62的中心所得到的磁场66一般平行于焊盘62。

对应收发器（未示出）的天线67被精确地布置在初级焊盘62的中心，并直接在其顶部。天线67包括单个圆形线圈。因此，天线67基本上平行于由电力线圈64.1、64.2生成的磁场66的场线布置。但是，即使磁场66的一些磁通线流过天线67的线圈，这些磁通线也运行回通过天线67的线圈，因为在铁氧体芯板63上方的电力线圈64.1、64.2生成的磁场66相对于垂直于线圈64.1、64.2并布置在线圈64.1、64.2之间的平面一般对称。因此，几乎没有任何所得到的磁通量流过天线67线圈，使得在天线67线圈中基本上没有由电力传送场源发感应的电压。

图9示出了供在本发明中使用的通信系统的框图。该通信系统包括第一微处理器70，该第一微处理器70提供要传输给传输器电子器件71的数据。传输器电子器件71经由线缆73连接到发送天线75，其中线缆匹配电路72提供在传输器电子器件71和线缆73之间，并且天线匹配电路74提供在线缆73和发送天线75之间。然后，数据经由无线传输76无线传输到接收天线75’，经由线缆73’提供给接收器电子器件71’，其中天线匹配电路74’提供在接收天线75’和线缆73’之间，并且线缆匹配电路72’提供在线缆73’和接收器电子器件71’之间。接收器电子器件71’将传输的数据提供给微处理器70’以用于进一步处理。

而图9只示出了单个通信方向，即从微处理器70到微处理器70’，通信系统也可以以相同的方式在另一个方向上从微处理器70’向微处理器70传输数据。通信系统的组件被适配用于这样的双向通信。

图10示出了供在本发明中使用的收发器80的框图。在传输路径中，收发器80包括传输器82、线缆匹配电路84和RF（射频）开关85。传输器82从微处理器等（未示出）接收数据81，并准备数据81用于传输，诸如例如通过利用合适的调制技术对其进行调制。所得到的传输信号83经由线缆匹配电路84提供给RF开关，并进一步提供给RF开关85。天线线缆（未示出）将收发器80的RF开关连接到天线（未示出）以传输传输信号83。为了传输传输信号，借助于控制信号88控制RF开关85进入传输模式，即将传输路径连接到将收发器连接到天线的天线线缆。控制信号88例如也是从微处理器接收的。

在接收路径中，收发器包括线缆匹配电路86和解调电路87。为了接收由另一个收发器发送的传输信号83，经由控制信号88控制RF开关85进入接收模式，即将天线线缆连接到线缆匹配电路86。然后，接收的传输信号83由解调电路87解调，并且该提取的数据81被提供以供进一步使用。数据81例如被提供给微处理器以用于进一步处理。

图11示出了供在本发明中使用的解调器90的框图。经由包括解调器90的收发器的天线接收的所接收的RF信号97已经例如经由天线匹配电路、天线线缆和线缆匹配电路被提供给解调器90。

为了提取经由传输信号97传输的数据，解调器90在其输入处包括高通滤波器91，随后为放大器92（即RF放大器），其放大接收的且高通滤波的RF信号97。放大器92随后为包络检测器93，其包括整流器、低通滤波器94和比较器95，用于生成代表与接收的传输信号97一起传输的数据的数字信号96。数字信号96然后被提供以用于进一步处理，例如提供给微处理器。

图12示出了供在本发明中使用的解调器的示例性电路100的示意性表示。

电路100包括在输入101处的高通滤波器102，随后为放大器103。放大器103的输出被提供给包络检测器104，其随后为低通滤波器105。最后，低通滤波器105的输出被提供给比较器106的输入，所述比较器106生成代表在输入101处接收的数据的数字输出信号115。

输入101处的高通滤波器102包括RC电路，在放大器103的输入处具有串联电容器109和电阻器107。在图12中所示出的实施例中，这里以两个并联电阻器的形式实现的并联电阻器108是将解调器连接到天线的RF线缆的线终端电阻器。放大器103借助于运放110（运算放大器）放大接收的信号，所述运放110的输出连接到包络检测器104，所述包络检测器104借助于二极管111检测接收的和放大的信号的包络。包络检测器104的输出然后被提供给低通滤波器105，所述低通滤波器105从整流的包络信号移除高频。低通滤波器包括例如具有串联电阻器和并联电容器的RC电路。为了从接收的信号中提取出数据，将低通滤波信号与参考信号112进行比较。这是借助于包括运放113的比较器106完成的，其中参考信号112连接到运放113的正输入，并且其中低通滤波包络信号连接到运放113的负输入。运放113的输出提供在电路100的输出处供应的所得到的数字信号115。

参考信号的电平例如可以是固定的，针对每个新的充电过程而确定，或者优选地，通过发送初始信号序列、测量接收的信号的高电平和低电平并由此确定参考信号的电平以最好地在接收的信号的高电平和低电平之间进行区分，来针对要被传输的每个消息而确定。

图13示出了供在本发明中使用的天线和对应线缆的另一示例。图13示出了连接到天线匹配电路121的天线120，所述天线匹配电路121包括串联电容器122和并联电容器123。该示例中的天线120是具有三匝的圆形天线，其中最外部匝和最内部匝连接到天线匹配电路121。天线匹配电路121经由线缆124连接到用于电力传送场的滤波器125。滤波器125包括跨线缆127连接的电容器126和电感127的串联电路。如上面已经概述的，收发器被适配为在发射模式和接收模式之间切换。为此，图13中示出了连接到滤波器125的RF开关129。因此，开关129由例如微处理器控制，或者将传输路径130连接到线缆124，或者将接收路径131连接到线缆124。应当注意，该示例中的接收路径131还包括终端电阻器128。

在该示例中，天线匹配电路121和终端电阻器不仅用于匹配目的，而且天线匹配电路121的电容器122和终端电阻器128一起确实形成一种高通滤波器，该高通滤波器抑制通过电力传送场接收的通信信号中的电力传送场的频率。

图14示出了传输的信号和对应解调信号的示意性图示。在水平轴上，时间利用每分区20 µs（微秒）来表示。

传输信号140是具有13.56 MHz的载波频率的调制信号，所述载波频率与NFC协议使用的频率相同。传输信号140在图14的上部在垂直轴上以每分区1 V（伏）示出。正比特由具有约4 V的幅度的信号区段表示，并且负比特由具有0 V的幅度的信号区段表示。正比特的幅度也可以具有不同的幅度，其中幅度可以是固定的，或者其中幅度对于每个新的电力传送或者甚至在电力传送期间是动态适配的。并且如本领域中已知的，负比特也可以由具有非零幅度的信号区段来表示，该非零幅度不同于正比特的幅度。并且另外，正比特和负比特的表示也可以反相，使得正比特由小幅度或零幅度表示，并且负比特由高幅度表示。

图14的中间部分进一步示出了接收信号141，即在解调电路输入处接收的信号。接收信号141在垂直轴上以每分区0.5 V示出，并且具有约1 V的幅度。可以看出，尽管信号已经通过电力传送场传输，并且还已经受到噪声影响，但是电力传送场和噪声在很大程度上被衰减，使得解调产生清楚解码的数字信号142，如图14的下部所示出的，其中在垂直轴上每分区0.5 V，并且其中信号电平为5 V。数字信号142然后被转发到例如微处理器以用于进一步处理。如可以看出的，解码的数字信号142与传输信号140相比只具有某个延迟。

总之，应当注意，本发明不仅使得在电力从初级侧传送到次级侧之前能够实现简化的配对过程，还使得在电力传送期间在初级侧和次级侧之间能够实现简单且相当安全的通信，尽管在电力传送期间高磁场的存在引起了恶劣的环境。

Claims (17)

1.一种无线电力传送布置，用于通过电感耦合跨气隙进行无线电力传送，以用于对电动车辆的能量存储装置进行充电，其中

a）无线电力传送布置包括电动车辆所包括的初级单元、次级单元和用于控制电力传送的控制器，

b）初级单元包括无线收发器和用于将磁场感应到气隙中的初级焊盘，

c）次级单元包括无线收发器和用于接收通过磁场传送的电力的次级焊盘，

d）无线收发器包括用于发射和接收通信信号的天线，并且被适配用于在初级单元和次级单元之间提供无线通信链路，

其特征在于

无线通信链路具有小于初级焊盘的最大空间程度两倍的通信范围，并且其中所述控制器被适配为基于在电力传送期间通过无线通信链路传输的数据来控制电力传送。

2.根据权利要求1所述的无线电力传送布置，其中所述能量存储装置包括电池，特别是车辆的牵引电池。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述无线收发器被适配用于小于初级焊盘的最大空间程度但优选大于5厘米的通信范围。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述收发器被适配用于在3 kHz和1 GHz之间的频率下通信，所述频率优选地在300 kHz和300 MHz之间，甚至更优选地在3 MHz和50 MHz之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述收发器的天线被布置为使得无线通信通过气隙发生。

6.根据权利要求5所述的无线电力传送布置，其中所述天线中的至少一个、优选两个被布置在相应焊盘的中心区域。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的无线电力传送布置，其中在充电期间，所述通信范围的空间延伸大于初级和次级焊盘之间的距离。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述天线中的至少一个、优选两个包括至少一个线圈，其中所述至少一个线圈被成形和布置为使得在电力传送期间由磁场在所述至少一个线圈中感应所得到的电压最小化。

9.根据权利要求8所述的无线电力传送布置，其中所述初级焊盘包括在公共平面中彼此相邻布置的两个电力线圈，其中在电力传送期间，电流正在电力线圈的第一线圈中在一个方向上流动，并且电流正在电力线圈的第二线圈中在相反方向上流动，其中所述至少一个天线包括平行于公共平面布置的环形线圈。

10.根据权利要求8所述的无线电力传送布置，其中所述初级焊盘包括感应磁场的环形传输线圈，其中所述天线中的至少一个、优选两个包括被布置为拾取由环形传输线圈感应的磁场的八形线圈。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述控制器被适配为建立用于电力传送的闭环控制的闭控制环路，其中所述闭控制环路包括所述无线通信链路。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述收发器中的至少一个、优选两个被适配用于半双工通信，其中所述至少一个收发器被适配为在发射模式和接收模式之间切换。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述收发器中的至少一个、优选两个包括具有第一高通滤波器的天线匹配电路，所述第一高通滤波器用于减振用于电力传送的磁场频率，其中所述第一高通滤波器包括串联连接的一个或多个电容元件。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的无线电力传送布置，其中所述收发器中的至少一个、优选两个包括调制/解调电路，用于从通信信号中提取出数据，并提供代表所提取的数据的数字信号，其中所述调制/解调电路包括第二高通滤波器，用于减振用于电力传送的磁场频率，其中所述第二高通滤波器优选包括RC电路。

15.根据权利要求14所述的无线电力传送布置，其中所述调制/解调电路进一步包括用于放大第二高通滤波器的输出的放大器、用于生成放大器的输出的包络信号的包络检测器、用于从包络检测器的输出移除噪声的低通滤波器以及用于将低通滤波器的输出转换成数字信号的比较器。

16.一种根据权利要求1至14中任一项所述的用于无线电力传送布置的初级或次级焊盘，其中所述初级或次级焊盘包括对应无线收发器的天线。

17.一种方法，用于通过电感耦合跨气隙进行无线电力传送，以用于对电动车辆的能量存储装置进行充电，所述方法包括以下步骤

a）利用初级单元的初级焊盘将磁场感应到气隙中，

b）利用车辆所包括的次级单元的次级焊盘接收通过磁场传送的电力，

c）在初级单元和次级单元之间提供无线通信链路，

其特征在于

为无线通信链路提供小于初级焊盘的最大空间程度两倍的通信范围，以及通过在电力传送期间通过无线通信链路传输数据来控制无线电力传送。

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