CN107107773A - 用于为电动车辆和混合动力车辆感应充电的方法和地面单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于充电站(110、111)的地面单元(111),所述充电站用于为车辆(100)的电蓄能器(103)感应充电。该地面单元(111)包括初级线圈(211),其构造用于在存在与车辆(100)的次级线圈的电磁耦合时将电能传输至次级线圈。该地面单元(111)还包括传感器(206),其构造用于检测车辆(100)的至少一部分的图像数据。此外,该地面单元(111)包括控制单元,其构造用于提供或使用图像数据以便相对于初级线圈(211)定位次级线圈。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于为至少部分电驱动的车辆感应充电的装置和相应方法。
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。为此目的,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(通过充电电缆)和/或无线(借助充电站和车辆之间的感应耦合)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的次级线圈之间的离地间隙120上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传输至车辆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。为此目的,充电控制器105可构造用于例如无线地与充电单元110(如壁箱)或与WPT地面单元111进行通信。
为了在WPT地面单元111的初级线圈和WPT车辆单元102的次级线圈之间提供足够的磁耦合,需要所述线圈相互间的精确定位。这可能会导致十分耗时的停车入位过程,在其中车辆100在多次停车入位过程中定向在WPT地面单元111上方。在该过程中驾驶员必须待在车内和/或在车辆自动移动的情况下随时准备干预车辆自动移动(“驾驶员在环”要求)。此外,对于停车入位的车辆自动移动常常需要开发复杂的传感装置和具有高功能安全(ASIL-方法)的驾驶辅助功能。此外,通常必须在车辆(架构等)中提供适合的边界条件,以便实现这种自动停车入位功能。这可导致相对长的开发时间和相对高的、用于保障、在经销商网络中的检查设备等的成本。这种自动车辆功能还要满足常常很高的许可标准,这可导致许可批准的限制。
发明内容
本文所涉及的技术任务在于,实现对于用户简化的并且必要时自动的、在初级线圈和次级线圈之间的定位,以便为车辆感应充电。
该任务通过独立权利要求来解决。此外,有利的实施方式尤其是在从属权利要求中给出。
根据一个方面描述一种用于将初级线圈定位于车辆次级线圈下方的方法。该方法包括改变初级线圈的位置,以便实现在初级线圈和次级线圈之间的电磁耦合以用于为车辆蓄的电蓄能器感应充电。在此位置的改变例如可包括下述运动分量:初级线圈在车辆坐标系中沿X方向和/或Y方向和/或Z方向的移动和/或初级线圈的旋转、尤其是最多约+/-5°-15°的角度和/或初级线圈的俯仰和/或倾斜。电磁耦合在此优选增加至高于预定义阈值的耦合度。特别优选在此这样优化电磁耦合,使得基本上达到如下函数的最大值、优选全局最大值,该函数描述电磁耦合与初级线圈关于次级线圈的相对位置的关系。
初级线圈可通过移动装置移动并且初级线圈位置的改变可包括:移动装置促使初级线圈移动以便引起初级线圈和次级线圈之间的电磁耦合。
该方法还可包括确定一个或多个定位信号,所述一个或多个定位信号包括关于初级线圈如何相对于次级线圈定位的信息。此外,该方法还可包括根据所述一个或多个定位信号改变初级线圈的位置。优选地,定位信号可代表初级线圈关于次级线圈的相对位置。相对位置也可包括一个或多个矢量值,其代表实际位置和规定位置之间的差异或代表相应线圈表面的空间位置之间的差异。定位信号也可代表关于与最佳(相对)位置的偏差的定量信息和/或具体的移动需求,其例如包括一个或多个运动矢量或用于实施(相对)运动的规定。特别优选地,定位信号可包括至少两个、优选三个数学上相互垂直的几何参数。这种参数例如可包括直角(笛卡尔)坐标系的沿X方向、Y方向、Z方向的位置或例如在球极坐标系或特定坐标系中的类似的在数学上相互独立的参数。在此位置的改变过程可包括初级线圈和次级线圈相互间的优化的二维或三维定向。由此可优化电磁耦合,这在能量越大时引起越小的能量损失并且有可能降低朝向外部的电磁辐射。
初级线圈可设置在地面单元中。所述一个或多个定位信号可包括与地面单元连接的传感器的传感器数据(尤其是图像数据)。与地面单元的连接在此通常意味着传感器相对于地面单元的不可动或可动部分的至少一个预定位置。该连接尤其可以是固定的(可逆或不可逆的)物理连接。传感器数据可包括关于车辆的至少一部分的位置的信息(如关于车辆底部的信息)。传感器可与初级线圈连接并且因此通常更适合用于测量相对位置。作为替代方案,传感器可根据初级线圈的移动而移动。传感器因此可与初级线圈连接,或例如可通过机械或机电装置根据初级线圈的移动而移动。这种移动也可在特定的直线或弯曲轨道或导向装置上进行。
传感器优选可以是图像传感器和/或光发射或光检测传感器、如LED传感器或激光传感器。图像传感器在此可构造为相机,其检测可见或不可见光谱范围内的光。传感器可具有相应的计算单元、如图像处理单元以用于提供或分析传感器数据、如图像数据、对象数据、点群数据、边缘数据或坐标数据。与可想到的(仅)借助安装在车辆上的传感器进行的定位过程相比,借助尤其是与地面单元连接的传感器检测次级线圈的位置具有多种优点。根据本发明的传感器尤其是不像车辆底部上的相应传感器那样暴露于环境条件和应力下。
该方法还可包括尤其是借助图像处理装置和/或对象识别装置和/或图案识别装置分析传感器数据,以便确定初级线圈相对于次级线圈的位置。在利用其它功能原理的传感器中,尤其是基于识别传感器数据中的特定图案、过滤数据等,可相应处理传感器数据。
该方法也可包括尤其是针对每辆车进行一次性或周期性的、手动或半自动的训练。在训练时定位过程借助其它手段进行,并且根据该定位过程确定训练数据,所述训练数据(在暂存后)用于一次或多次后续实施该方法。
在训练时加入的其它手段在此可以是部分通过人控制的定位装置和/或连接或使用另一测量装置或计算单元或实施为此设计的计算机程序产品。
训练数据可用于(更简单、更精确、更快速地)实施该方法。例如训练数据可在例如确定定位信号时用于找到最佳的相对位置。这种训练数据可代表校正数据和/或车辆或充电站或环境和/或传感器的特定特性。
在此可根据已知或训练或确定的、车辆部分与次级线圈的几何关系来确定优选包括初级线圈和次级线圈的相对位置的定位信号。
替代或附加地,该方法也可包括训练数据的输入、无线传输或确定。例如结合一个车辆确定的训练数据可用于另一(相同或不同类型的)车辆中,和/或在实施方法时借助一个地面单元确定的训练数据可用于借助另一地面单元实施该方法。
传感器、优选图像传感器可构造用于识别车辆的预定部分、优选显著部分。“显著”在此可指这样的部分,其可特别好地借助传感器被检测和/或被识别或被测量。尤其是可借助在传感器数据中与预定图案增大的重合度或增大的相关度来识别预定部分。这些部分优选可以是:次级线圈的一部分、和/或车辆轮胎的一部分、和/或车轴的一部分。
在此检测或识别车辆的多个部分可用于在各次识别之间的可信度测试或用于分解未规定的定位情况。因此图像传感器可构造用于识别车辆的至少两个或更多部分并且用于确定关于至少两个或更多所识别部分的位置和/或角度。优选地在此也可使用例如基于(立体几何)三角测量的方法,该方法用于确定相对位置和/或定位信号,所述定位信号包括三维数据或具有两个或三个空间分量的运动数据。
该方法可包括生成(预定的)光图案和/或光脉冲、尤其是(预定的)光脉冲序列以及检测关于光脉冲序列的传感器数据。光图案或光脉冲优选可至少部分在红外范围内生成。产生光图案和/或光脉冲或(预定的)光脉冲序列的时间间隔可与检测传感器数据的时间间隔同步。
根据光图案、光脉冲或光图案和/或光脉冲序列检测到的传感器数据在此与在车辆底部下方极弱或不规则的光中检测到的例如常用的(照相)图像数据相比尤为有利。尤其是车辆底部通常涉及非常脏的环境。借助光图案、光脉冲或光图案和/或光脉冲序列(尤其是在红外范围内)能够可靠地检测车辆部分。优选在此借助图案识别装置处理传感器数据。因此该方法可格外稳健或者说无干扰且精确地实施。
所述一个或多个定位信号可包括第二传感器数据,尤其是来自设置在车辆上的第二传感器、尤其是图像传感器的图像数据。第二图像数据可包括关于初级线圈的信息。
该方法可包括从车辆底部向地面方向发射电磁和/或声学信号并检测所发射信号的反射。所述一个或多个定位信号可与检测到的所发射信号的反射有关。所发射的电磁信号可包括光学信号,其大部分辐射能量可处于可见或不可见光谱中。声学信号优选可以是超声波信号。特别优选地,电磁和/或声学信号包括特定图案、如图像图案,振幅调制图案和/或相位调制图案。
与地面单元连接的传感器可构造用于检测机器可读代码(如QR代码、快速响应代码)。这种代码例如可由图像传感器或激光扫描仪检测。代表车辆技术参数、尤其是关于次级线圈或车辆蓄能器的信息可根据借助传感器例如从车辆底部读取的机器可读代码的数据来确定。定位信号和/或车辆的充电运行可根据检测到的信息运行。这种方法对于服务于各种不同车辆的充电站、如可安装在停车库、停车场、购物中心等中的公共充电站特别有利。因此,这些充电站可自动适配于各种不同(分别最佳)的充电运行和标准。机器可读代码可以是QR(=快速响应)代码。该代码可通过车辆制造商、服务商或由驾驶员自行安装在车辆的特定部分(尤其是次级线圈)上。特别优选地,该代码可反射图案、如在红外范围内的对比图案。有利的是用于反射在红外光范围内的特定光图案的代码。该图案也可包括冗余信息或检查数字,使得当图案的一部分污染较严重时仍可基于检测到的图案部分进行识别。因此这种图案在机器可读代码受污染时仍可识别。
机器可读代码可包括一个或多个下述数据:一个或多个优化的充电曲线(电流/时间)、和/或一个或多个关于充电过程的频率信息、和/或关于次级线圈在车辆底部内的位置的信息、一个或多个关于次级线圈在车辆内、尤其是相对于机器可读代码的布置的几何参数等。在此例如通过检测(易于被传感器识别的)机器可读代码的位置和读取的信息也可确定关于次级线圈的定位信号。
替代或附加地,在本方法的情况下,关于优化的充电曲线(电流/时间)的信息和/或一个或多个关于充电过程的频率信息和/或关于次级线圈在车辆底部内的位置的信息也可通过无线通信、如NFC(近场通信)、WLAN、蓝牙等传输。在此例如也可根据可用的充电时间、例如来自导航系统数据的待行驶里程确定优化的车辆充电运行。在此也可在车辆和地面单元之间实施双向通信。
所述一个或多个定位信号可包括车辆的反馈信号。在此反馈信号可借助车辆系统和/或借助为此设置的与车辆连接的附加装置生成。相应的车辆系统和/或所述装置在此可构造用于发射反馈信号和/或用于接收至少一个定位信号。
该方法还可包括基于一个或多个定位信号确定定位程度或者说定位质量和/或耦合度。在此定位质量表示初级线圈和次级线圈之间的定向的质量。耦合度表示初级线圈和次级线圈之间的电磁耦合的质量。可这样改变初级线圈的位置,使得改善定位质量和/或耦合度。
初级线圈的位置和/或初级线圈和次级线圈之间的相对运动的实施和/或所述一个或多个定位信号的确定可与车辆的当前充电状态有关。例如可在代表高充电需求(如>50%、>70%、或>80%)的第一充电状态中生成和/或转换具有第一低容差阈值的定位信号。例如可在代表低充电需求(如<50%、<30%、或<20%)的第二充电状态中生成和/或转换具有第二容差阈值的定位信号。几何位置和/或耦合度的优化尤其是可根据在充电过程中预期传输能量的多少来进行。
必要时也可在充电过程期间进行初级线圈和/或次级线圈的移动的定向。可根据充电电流的变化来重新优化电磁耦合。几何相对位置的改变可根据经过的时间和/或根据车辆的初始充电状态来进行。根据充电电流,通常存在特定的、用于在线圈之间的几何定向的不同最佳值。在充电过程开始时所传输的充电电流可以是在充电过程结束时的5-50倍。在移动初级线圈时尤为有利的是调整初级线圈的位置以便实现新的最佳值。这种后续运动例如可在充电过程完成1/3、2/3和/或3/3之后进行。
该方法还可包括通过无线网络向车辆用户发送关于初级线圈位置变化的信息。由此可通知用户定位过程的信息。
该方法可包括确定用于相对于次级线圈定位初级线圈的整体运动。该整体运动可分为第一运动分量和第二运动分量。初级线圈的位置可根据第一运动分量改变。次级线圈的位置可根据第二运动分量改变。在此优选涉及预先计算的运动,其可实现最佳耦合度或高于预定阈值的耦合度。特别优选地,第二运动分量也通过控制车辆底盘高度、尤其是通过控制减振器、空气悬架等的致动器来实现。
该方法还可包括确定控制信号,该控制信号与用户电子设备的输入单元(如所谓的人机界面)上的输入有关。初级线圈的定位可根据该控制信号进行。用户电子设备优选是移动设备、优选移动电话、智能电话、笔记本电脑、超级本等。另外,用户设备也可以是所谓的智能衣服(Smart Clothes)的一部分。智能衣服(也称为I-Wear)应理解为配有电子设备或功能的服装。尤其是智能衣服的电子部件和/或传感部件在此通常这样集成到服装中,使得它们无法从外部看到。智能服装的在功能上用于实施本方法的电子部件也可以是柔性的(可弯曲的)并且构造成可适配于身体形状或身体运动或身体状态。
该方法还可包括使代表初级线圈位置的显示信息通过输出单元、如用户电子设备的屏幕输出。在此所显示的位置优选可以是相对位置。代替位置也可输出移动建议和/或关于已实施的和/或通过自动方法计划的移动的校正需求。该方法可包括使代表行动建议和/或关于车辆和/或线圈移动的校正需求的显示信息通过用户电子设备的输出单元输出。
特别优选地,显示信息也包括关于充电过程的其它信息:如从车辆确定或接收的充电状态、和/或为实现最佳耦合度对于车辆驾驶员的具体驾驶指示(如转向指示、转向方向、油门、刹车)、和/或驾驶动作的推荐时刻和/或顺序。特别优选地,显示信息还包括操作元件,借助它们可控制或影响、例如调整定位过程和/或充电过程。
优选地,显示信息包括多个图形显示信息、尤其是符号、状态栏或关于定位和/或充电过程的显示。显示信息可至少部分是“合成的”、即计算产生的图像信息,该图像信息基于所确定的、关于定位过程和/或充电过程的值来显示。特别优选地,显示信息包括符号显示的、初级线圈和次级线圈之间的相对位置。此外,显示信息也可包括一部分真实的、基于传感器数据的图像。特别优选地,显示信息可在真实的图像中例如以符号的形式扩充在本方法中产生的信息(如行动建议),所述真实的图像由传感器数据、尤其是图像数据生成。
根据另一方面描述一种用于充电站的地面单元,所述充电站用于为车辆的电蓄能器感应充电。该地面单元包括初级线圈,其构造用于在存在与车辆次级线圈的电磁耦合时将电能传输至次级线圈。此外,地面单元包括移动装置,其构造用于移动初级线圈,以便在初级线圈和次级线圈之间引起电磁耦合。
此外,充电站可包括用于将车辆至少大致定位于地面单元上方的装置。该装置可包括一个或多个物理构造的限制装置、如地面上的凹陷或突起。
地面单元可包括尤其是多边形或圆形的框架。移动装置可包括一个或多个与该框架连接的轨道。此外,移动装置可包括致动器,其构造用于使初级线圈沿所述一个或多个轨道移动。替代或附加地,移动装置可包括旋转装置,该旋转装置构造用于使初级线圈围绕初级线圈的垂直轴线旋转。替代或附加地,移动装置可包括一个或多个轮子和/或滚轮,其构造用于使初级线圈移动。
地面单元可包括传感器、尤其是图像传感器。该传感器可构造用于从下方、尤其是斜下方检测车辆底部的传感器数据、尤其是图像数据。
地面单元可包括照明装置,其构造用于生成一个或多个光脉冲或预定的光脉冲序列。传感器、尤其是图像传感器可构造用于检测光脉冲在车辆底部上的反射。
地面单元可包括控制单元,其构造用于实施本文中所描述方法的一个或多个特征。
根据另一方面描述一种用于监控初级线圈在车辆的次级线圈下方的定位过程的电子设备。该电子设备包括输出单元,其构造用于输出关于初级线圈的位置和车辆的次级线圈的位置的显示信息。此外,该设备包括输入单元,其构造用于检测电子设备的用户输入。此外,该设备包括通信单元,其构造用于根据检测到的输入发出控制信号以便引起初级线圈和/或次级线圈的移动。
根据另一方面描述一种用于充电站的地面单元,所述充电站用于为车辆的电蓄能器感应充电。该地面单元可包括任意在本文中所描述的特征。地面单元包括初级线圈,其构造用于在存在与车辆次级线圈的电磁耦合时将电能传输至次级线圈。地面单元还包括图像传感器,其构造用于检测车辆(尤其是车辆底部)的至少一部分的图像数据。此外,地面单元包括控制单元,其构造用于提供或使用图像数据以便相对于初级线圈定位次级线圈。
根据另一方面描述一种用于将地面单元的初级线圈相对于车辆的次级线圈定位的方法。该方法包括通过地面单元的传感器确定传感器数据,所述图像数据包括关于车辆的至少一部分的位置的信息。此外,该方法包括根据传感器数据改变初级线圈和/或次级线圈的位置。
根据另一方面描述一种用于将车辆的次级线圈相对于充电站的地面单元的初级线圈定位的方法。车辆的次级线圈的位置可通过控制车辆的致动器来改变。车辆的致动器尤其可以是车辆底盘的致动器。该致动器例如可包括驱动马达、转向马达和/或车辆底盘的垂直动态致动器,以例如用于改变底盘高度、车辆底盘的俯仰角或侧倾角等。
本文中所描述的特征也可与所述方法组合使用。所述方法尤其是包括由与地面单元连接的传感器(尤其是图像传感器)的传感器数据确定定位信号。该方法还包括将定位信号传输至车辆。在此定位信号的传输可直接或间接、如通过网络或借助用户电子设备进行。该方法还包括根据所传输的定位信号控制车辆致动器,以便在初级线圈和次级线圈之间引起用于为车辆的电蓄能器感应充电的电磁耦合。
根据另一方面描述一种车辆(如轿车、载货车或摩托车或电动自行车),其包括用于存储电能的电蓄能器;用于从定位于车辆底部下方的初级线圈接收电能的次级线圈;和构造用于实施本文中所描述的方法的控制单元。
根据另一方面描述一种计算机程序产品。该计算机程序产品可构造用于在处理器上(如在控制器上)运行并且由此实施本文中所描述的方法。
应注意,在本文中所描述的方法、装置和系统不仅可单独使用,而且也可结合本文中所描述的其它方法、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。尤其是权利要求的特征可以多种方式相互组合。
附图说明
下面参考实施例详细说明本发明。附图如下:
图1为感应充电系统的示例性组件;
图2a和2b为示例性WPT地面单元的结构;
图3为用于控制WPT地面单元和/或车辆的定位的示例性电子设备;
图4为用于为感应充电过程定位线圈的示例性系统。
具体实施方式
如开头所述,本文涉及用于相对于WPT车辆单元102的次级线圈定位WPT地面单元111的初级线圈的方法和装置,以便实现在初级线圈和次级线圈之间的相对高的、相应于边界条件优化的(必要时最大可能的)磁耦合并且因此实现高效的感应充电过程。
在此目的在于允许车辆100的驾驶员将其车辆100(例如在车库中或在公共充电场所内)停放在感应充电站110、111附近(即尤其是在WPT地面单元111附近)。车辆100的乘员随后可立即下车并离开车辆100。车辆100相对于WPT地面单元111的精确定位不需要通过驾驶员进行。尤其是车辆100的驾驶员无须在车辆100中等待直至车辆100自动停车入位到充电单元(即WPT地面单元111)上方。
另一方面,充电站110、111构造用于自动适应次级线圈的位置。在此车辆100的驾驶员不需要等待定位过程结束。在WPT地面单元111自动定位于WPT车辆单元102下方之后(这可能需要约10-30秒时间),充电过程可自动开始。
此外可提供如下装置,通过该装置可实现车辆100和地面单元111之间的遥控定位。尤其是可通过车辆100的驾驶员的个人电子设备(如智能电话)上的软件应用来手动完成遥控定位。例如驾驶员可在出现定位困难的情况下(例如当车辆相对于地面单元111倾斜定位时)通过无线网络(如GSM、UMTS、LTE、WLAN)接收到相应消息(如SMS、MMS、电子邮件等)。由此驾驶员可被指示需要手动定位。然后,驾驶员可通过本文中所描述的装置进行车辆100和地面单元111之间的遥控定位。
替代或附加于车辆100自动定位在感应充电线圈上方(即地面单元111的初级线圈上方),可通过移动地面单元111和/或使用遥控装置实现车辆100和地面单元111之间的定位。
图2a示出一种示例性地面单元111的结构。该地面单元111包括初级线圈211,所述初级线圈可动地设置地面单元111的框架之内。初级线圈211尤其是可在水平面中沿最多两个方向(x方向和y方向)移动。此外可提供初级线圈211的旋转运动。在所示示例中,初级线圈211包括两个滑轨203,所述滑轨允许初级线圈211沿第一方向(如y方向)运动。地面单元111还包括一个横轨201,通过该横轨,初级线圈211可沿第二方向(如x方向)运动。横轨201可通过轮子202(如通过齿轮202)在滑轨203上移动。初级线圈211还可通过旋转接头204可旋转地设置在地面单元111内。
地面单元111可包括控制单元205,该控制单元构造用于控制初级线圈211的运动。尤其是可控制适合的马达,以使初级线圈211沿第二方向在横轨201上运动和/或使初级线圈211沿第一方向在滑轨203上运动和/或使初级线圈211借助旋转接头204旋转。
控制单元205可构造用于确定一个或多个定位信号,所述一个或多个定位信号提供关于初级线圈211如何相对于车辆100的次级线圈定位的信息。例如所述一个或多个定位信号可包括:
-在初级线圈211和次级线圈之间的电磁场的信号强度。例如次级线圈可在定位过程中产生电磁测试场。初级线圈211可通过感应耦合接收该测试场。此外,可确定接收到的测试场的信号强度。由该信号强度可推导出在初级线圈211和次级线圈之间的耦合度和因此在初级线圈211和次级线圈之间的相对定位。
-相机206的图像数据。地面单元111可如图2a所示包括相机206,该相机构造用于检测车辆100的底部的图像数据。尤其是相机206可设置在可动的初级线圈211上。此外,相机206可向上定向,以便能够检测WPT车辆单元102(尤其是次级线圈)。
控制单元205可构造用于根据所述一个或多个定位信号移动初级线圈211。尤其是控制单元205可构造用于这样移动初级线圈211,使得提高(必要时最大化)在初级线圈211和次级线圈之间的耦合度和/或使初级线圈211和次级线圈的定向相一致。
图2b示出地面单元111的另一种示例性结构。该地面单元111包括初级线圈211,所述初级线圈固定在地面单元111上。此外,地面单元111包括多个滚轮和/或轮子221,通过它们可使地面单元111移动。所述滚轮和/或轮子221尤其是可构造用于使地面单元111在水平面的两个方向(如x方向和y方向)上移动。此外,可通过滚轮和/或轮子221实现地面单元111的旋转。控制单元205可构造用于控制马达,以便使地面单元111借助滚轮和/或轮子221移动。为此目的,尤其是可分析一个或多个定位信号,以便实现地面单元111在车辆100的WPT车辆单元102下方的精确定位。
图2b中的地面单元111还包括照明单元207。该照明单元207可构造用于发射可见光范围内的光,以便显示初级线圈211的位置并且使相机(例如车辆100底部上的相机)可进行识别。图2a中所示的初级线圈211也可具有这种照明单元207。替代或附加地,WPT车辆单元102也可具有这种照明单元207,以便使地面单元111的相机206可识别次级线圈的位置。
因此,在本文中描述了一种用于为车辆100感应充电的方法和相应装置,在其中供应感应电流的线圈211或该线圈211的一部分借助调控技术过程移动到车辆100下方,使得供应电流的线圈211(即初级线圈)对准接收电流的线圈(即次级线圈)。这具有以下优点,即,车辆100在需要时无须再被精确地(以手动或自动方式)定位于地面单元111上方。取而代之,车辆100只需通过驾驶员相对粗略地定位。精确定位随后可(自动和/或手动)通过初级线圈211的移动进行。
在此如图2a所示,供应电流的线圈211可在固定不动的或安装就位的框架内借助调节控制装置201、202、203、204移动。供应电流的线圈211于是可沿x方向和y方向、如借助蜗杆传动机构201、202、203移动。围绕z轴线的旋转例如可支承地(在滚珠轴承204上)和/或借助齿轮传动机构进行。用于移动初级线圈211的调节控制装置和相应的驱动装置因此可低成本地提供。
替代或附加地,供应电流的线圈211或者说地面单元111可设有滚轮和/或轮子221和自身的电驱动装置,其构造用于使线圈211(例如直接在车库地面上)前行。初级线圈211或者说地面单元111可例如在四个轮子211上在车库地面上移动。这种被驱动的滚轮/轮子221可低成本地提供。必要时可在地面上设置限制标记、凹陷和/或突起或一个或多个轨道,以便在需要时限制初级线圈211或者说地面单元111的移动半径。替代或附加地,可为车辆100提供这种标记,以便至少简化车辆100通过驾驶员的粗略定位。
替代或附加地,供应电流的(下侧)线圈211可设有相机206,该相机产生和/或传输关于供应电流的线圈211相对于接收电流的线圈(即次级线圈)的定位的定位信号。必要时这可以是无线传输的视频图像。图像数据的传输尤其是可无线地通过WLAN传输至车辆100和/或安装在车辆中的装置和/或驾驶员的移动电话/智能电话和/或地面单元111的控制单元205。
此外说明一种用于传感器、尤其是相机206的保护机构。该保护机构可构造为相机的可移出部件和/或相机的保护装置。该保护机构构造用于在识别待充电车辆驶近时移出相机的一部分、如前透镜或打开挡盖或光圈。因此可更好地保护有可能敏感的传感器免受环境条件影响。由相机通过基本上“从下向上”的方式所拍摄的在车辆底部上的次级线圈或其保持装置的图像数据允许车辆100的驾驶员监控初级线圈211在车辆100下方的移动。当车辆100替代或附加于初级线圈211的移动而移动(自动或通过用户手动)时,也存在该优点。因此通过使用相机206简化了定位。
可这样构造传感器,使得其可至少暂时同时检测初级线圈和次级线圈的传感器数据。在此可简化定位数据的确定。在本示例中传感器可构造为广角相机。
初级线圈211的相机206可低成本地提供(如具有电子器件和App功能和/或WLAN功能的智能电话相机)。特别有利且低成本的是具有WLAN的相机206。图像数据和后续附加图形的分析可在车辆100中和/或驾驶员的电子设备(如智能电话)上和/或地面单元111的控制单元205中的计算单元上进行。
替代或附加地可在车辆底部上安装另一传感器、在本示例中为摄像机,其向下定向。但这种相机的缺点在于车辆相机可相对快地被污染。相反,在此提出的、在“下侧”供应电流的线圈211上的相机206较少暴露于环境因素下并且也无须满足汽车要求和认证。
下侧线圈211和/或充电场所地面(如地面单元111)可设有在可见光谱和/或红外光谱中的照明装置207、尤其是一个或多个LED,该照明装置可构造用于在定位过程中自动接通。光例如可作为顺序闪光被触发。闪光的时刻可与相机206的拍摄时刻同步。例如顺序红外闪光可使车辆100的尤其是红外反射部件良好地在相机图像中被识别。
由充电装置110、111(即下侧供应电流的线圈211连同控制单元205)传输的数据可包括图像数据,所述图像数据可借助图像处理装置或对象识别装置来分析。
尤其是可分析图像数据以便确定两个线圈的位置相互间的重合程度。替代或附加地,可确定相对位置的一个或多个参数。替代或附加地,可确定可用于校正或优化相对位置的指示或命令。例如可借助在车辆100中、在相机206中和/或在电子设备(如智能电话)中的软件来生成这种用于定位的辅助数据。
图3示出一种示例性的电子设备320、如具有触摸屏的智能手机。该电子设备320包括输入单元321和输出单元322。例如可在触摸屏上显示用于提供输入单元321的交互输入元件。在所示示例中,输入单元321包括四个光标,借助所述光标可检测关于特定运动方向的输入。
输出单元322例如可包括屏幕。在输出单元322上可图像地显示地面单元111和车辆100的定位。尤其是可显示地面单元111的图像311和车辆100的图像300以及WPT车辆单元102的图像302。所显示的图像311、300、302例如可借助一个或多个相机206的图像数据来创建。
电子设备320因此可构造用于在输出单元322上显示在地面单元111和车辆100之间的定位情况。此外,电子设备320可构造用于检测用户通过输入单元321的输入。输入的目的可在于使地面单元111和/或车辆100移动。电子设备320还可构造用于基于检测到的输入生成用于地面单元111和/或车辆100的控制信号,通过控制信号引起地面单元111和/或车辆100的相应于检测到的输入的移动。电子设备320还可构造用于向地面单元111和/或车辆100发送控制信号。因此可通过电子设备320遥控地面单元111和/或车辆100的移动。通过控制信号引起的运动可在输出单元322上显示(如通过图3所示的箭头示出)。因此可在需要时通过电子设备320手动进行地面单元111和车辆100之间的定位,且车辆100的驾驶员无须返回车辆100的停放位置。
因此定位过程可通过车辆100的用户借助电子设备320(如智能电话和/或车辆100中的显示器)上的图形用户界面来影响/控制。电子设备320(或在电子设备320上运行的操作软件)可这样设计,使得用户只须规定地面单元111和/或车辆100的合成运动方向,而作为地面单元111和/或车辆100的个别运动的组合的轨迹被自动确定。为此目的,图形界面可包括真实的、借助传感器(如相机206)拍摄和/或识别的对象。在此所识别的对象(如地面单元111和/或车辆100)可通过虚拟形体/图像311、300代表,如通过特殊设计的扩充来代表。
电子设备320的用户因此可看到供应电流的线圈211或者说地面单元111在其车辆100(真实地或至少部分符号地示出)下方的移动并且该移动可在同一输出单元322内(即在同一屏幕内)和/或通过输入单元321(如通过旋钮)被影响。
在一种优选实施方案中,供应电流的线圈211或该线圈211的一部分构造用于基本上自动调节关于次级线圈的最佳位置。用户可在屏幕322上看到线圈211的移动并且必要时也可同时进行影响、如加速、校正、停止、转向等。定位过程的监控或控制优选可借助图形显示或者说借助图形界面(操作符号、如箭头)和/或通过旋转电子设备320来进行,该旋转可被自身的传感装置解释为移动请求。
上述远程监控和/或遥控的提供也可借助APP来实现,该APP在车辆100的车载计算机上和/或智能电话上运行。尤其是至少一部分操作软件可在车辆100的计算机单元中运行。
车辆100可包括基本上向下定向的传感器,该传感器构造用于监控初级线圈211和次级线圈之间的相对位置。尤其是在此可以在车辆100的显示屏上和/或计算机上和/或用户的智能手机320上以借助图像或信号处理装置处理的传感器数据创建的人工“合成图像”的形式可视化显示。优选可涉及红外LED传感器。这种传感器可类似于计算机鼠标中的位置检测单元构造。由该传感器提供的数据可作为定位信号在定位初级线圈211和/或车辆100时加以考虑。
地面单元111的用于定位供应电流的线圈211的调节控制装置(即尤其是控制单元205)可从车辆100接收无线(如通过WLAN)传输的信号,该信号包括关于已达到的定位质量或定位参数的信息。因此调控回路可闭合以控制定位过程。所传输的信号可用作操纵变量或用作输入信息,其用于确定地面单元111的移动致动器的操纵变量。
控制单元205因此可使用调控回路来定位初级线圈211。在此调控装置通常一直调控线圈位置,直至实现预定的几何参数和/或与最大可能的感应质量的预定偏差和/或最大的感应耦合或者说适配最佳能量传递效率。
通过使用调控回路(其必要时也考虑来自车辆100的反馈),可直接监控并且必要时最大化待实现的耦合度。因此可显著提高车辆充电的能量效率。这种最佳状态通常无法通过仅将车辆粗略定位于初级线圈211上方来实现。
控制单元205可构造用于无线地向用户的电子设备320(如移动电话)和/或向用户的家庭网络发送关于成功和/或失败的定位的信号。由此可终止监控定位过程的必要性。
如上所述,初级线圈211的移动也可与可自动定位的车辆组合使用。例如车辆100可构造用于自动(相对粗略地)定位在地面单元111附近。随后可通过移动供应电流的线圈211实现精确并且快速的精细定位(例如通过旋转初级线圈211)。因此车辆100很难实施的运动(如旋转)可简单且快速地由初级线圈211来进行。从而可显著降低车辆驾驶员的时间花费。
车辆100的移动和初级线圈211的移动可相互协调。尤其是例如可通过控制单元205确定相对运动的整体需求和与目标位置的偏差(X、Y、Z、旋转)来实现精确定位。整体需求、即整体运动于是可被划分为能够过车辆100进行的车辆运动分量和能够通过初级线圈211进行的线圈运动分量。因此可进一步加速定位过程。此外可提高定位过程的效率。
图4示出一种包括车辆100、充电站110、111和电子设备320的系统,它们可通过网络400相互通信,以便交换关于初级线圈211和次级线圈的定位的数据。本文中所描述的方法可通过车辆100、充电站110、111和/或电子设备320的任意组合来实现。
尤其是应指出,本文所描述的方法例如可通过专用系统来实施,该系统例如设置在充电站110、111上。此外车辆100可构造用于实施本文所描述的方法。此外,电子设备320(如智能电话或移动电话)可构造用于实施本文所描述的方法。
本文所描述方法具有许多优点:避免了对车辆驾驶员造成有可能在车辆自动移动时产生的危险和伤害(如财产和人身伤害)。避免了对车辆解决方案的可能很高的要求(对待满足的功能安全性的ASIL开发)。省却了车辆系统的复杂技术关联性。尤其是省却了用于车辆的大量特殊装备和架构前提,由此产生成本优势。不存在向后兼容性限制。尤其是车辆外部解决方案通常具有更高的灵活性,因为充电装置也可独立于车辆的开发过程中被开发。由此大幅减少了车辆的开发时间和开发成本。本文中所描述的解决方案也很容易被批准用于公共地面上。尤其是简化了许可批准,因为该系统与维也纳公约、认证过程等无关。通过本文中所描述的方法可减少用于定位线圈的时间花费。可更快速地准备充电过程。此外,无需通过驾驶员实施复杂的停车入位过程。此外也可使用较小的停车场/车库,因为初级线圈可比车辆更灵活地移动。此外,通过所描述的用户界面可提高用户友好性。
本发明不限于所示实施例。尤其应注意,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 (17)
1.用于充电站(110、111)的地面单元(111),所述充电站用于为车辆(100)的电蓄能器(103)感应充电,该地面单元(111)包括:
-初级线圈(211),其构造用于在存在与车辆(100)的次级线圈的电磁耦合时将电能传输至次级线圈;
-传感器(206),其构造用于检测车辆(100)的至少一部分的传感器数据;
-控制单元,其构造用于提供或使用传感器数据以便相对于初级线圈(211)定位次级线圈。
2.根据权利要求1所述的地面单元(111),其中,所述传感器(206)构造用于检测机器可读代码、尤其是QR代码。
3.根据权利要求2所述的地面单元(111),其中,所述机器可读代码包括一个或多个下述数据:
-一个或多个优化的充电曲线,和/或
-一个或多个关于充电过程的频率信息,和/或
-代表次级线圈在车辆底部内的位置的信息,和/或
-一个或多个代表次级线圈在车辆内、尤其是相对于机器可读代码的布置的几何参数。
4.根据上述权利要求之一所述的地面单元(111),其中,所述传感器(206)构造用于检测关于车辆(100)底部的传感器数据、尤其是图像数据。
5.根据上述权利要求之一所述的地面单元(111),其中,
-所述传感器(206)与初级线圈(211)连接;和/或
-所述传感器(206)根据初级线圈(211)的移动而移动。
6.根据上述权利要求之一所述的地面单元(111),其中,所述地面单元(111)构造用于尤其是借助图像处理装置和/或对象识别装置来分析传感器数据、尤其是连续图像或图像序列的图像数据,以便确定初级线圈(211)相对于次级线圈的位置。
7.根据上述权利要求之一所述的地面单元(111),其中,所述传感器(206)构造用于识别车辆的预定部分、尤其是次级线圈的一部分、和/或车辆轮胎的一部分、和/或车轴的一部分。
8.根据上述权利要求之一所述的地面单元(111),其中,所述传感器(206)构造用于识别车辆的至少两个或更多部分并且用于确定关于至少两个或更多所识别部分的位置和/或角度。
9.根据上述权利要求之一所述的地面单元(111),其中,所述传感器(206)构造用于基于传感器数据、尤其是图像数据确定关于车辆的技术参数的信息、尤其是关于车辆的次级线圈或蓄能器的信息。
10.根据上述权利要求之一所述的地面单元(111),还包括:
-移动装置(201、202、204、221),其构造用于移动初级线圈(211),以便在初级线圈(211)和次级线圈之间引起电磁耦合。
11.根据权利要求10所述的地面单元(111),其中,
-所述地面单元(111)包括框架;
-所述移动装置(201、202、204、221)具有与所述框架连接的一个或多个轨道(201、203);并且
-所述移动装置(201、202、204、221)具有致动器,所述致动器构造用于使初级线圈(211)沿所述一个或多个轨道移动。
12.根据权利要求10至11之一所述的地面单元(111),其中,所述移动装置(201、202、204、221)具有旋转装置(204),所述旋转装置构造用于使初级线圈(211)围绕初级线圈(204)的垂直轴线旋转。
13.根据权利要求10至12之一所述的地面单元(111),其中,所述移动装置(201、202、204、221)具有一个或多个轮子和/或滚轮(221),所述轮子和/或滚轮构造用于使初级线圈(211)移动。
14.根据权利要求4至13之一所述的地面单元(111),其中,
-所述地面单元(111)包括照明装置(207),所述照明装置构造用于生成光图案和/或一个或多个光脉冲;
-所述传感器(206)构造用于检测光图案和/或所述一个或多个光脉冲在车辆(100)底部上的反射。
15.用于将地面单元(111)的初级线圈(211)定位于车辆(100)的次级线圈下方的方法,所述方法包括:
-通过地面单元(111)的传感器(206)确定传感器数据,所述传感器数据包括关于车辆(100)的至少一部分的位置的信息;并且
-根据传感器数据改变初级线圈(211)和/或次级线圈的位置。
16.用于将车辆(100)的次级线圈相对于地面单元(111)的初级线圈(211)定位的方法,其中,车辆(100)的次级线圈的位置能够通过控制车辆(100)的致动器来改变,所述方法包括:
-由与地面单元(111)连接的传感器(206)的传感器数据确定定位信号;
-将定位信号传输至车辆(100);并且
-根据所传输的定位信号控制车辆(100)的致动器,以便在初级线圈(211)和次级线圈之间引起电磁耦合以用于为车辆(100)的电蓄能器(103)感应充电。
17.计算机程序产品,其构造用于在处理器上运行并且由此实施根据权利要求15至16之一所述的方法。
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