用于車輛無線充電系統的電磁場控制系統及方法與流程

本發明涉及電磁場控制系統和方法。更具體地，本發明涉及用于車輛無線充電系統的電磁場控制系統和方法，其將從諸如電動車輛和混合動力車輛這樣的、要求對電池充電的車輛的無線充電系統輸出的電磁場的大小控制在安全范圍內。

背景技術：

通常，電動車輛具有由作為功率源的電池功率驅動的驅動馬達。混合動力電動車輛也包括作為功率源的引擎。進一步地，電動車輛通過當啟動或加速車輛時，使用由電池功率操作的馬達的輔助功率而具有改善的燃料效率。特別地，電動車輛包括具有電池和由電池功率驅動的馬達并且使用馬達扭矩作為功率源的電動車輛(EV)、混合動力電動車輛(HEV)、增程式電動車輛(RE-EV)等等。換句話說，電動車輛包括以上所述的三種形式的車輛以及具有電池和通過使用電池功率用作功率源的馬達的所有車輛。

已經開發了可適于要求大量功率的應用的技術，例如，應用于電動車輛、插件混合動力車輛等等的電池充電。在電動車輛中，要求對高容量電池頻繁地充電，以用于驅動，并且當前通常使用有線充電，其中用于傳輸電力的插頭被插到車輛的充電入口。

然而，為了解決有線充電具有的不方便問題，正在積極地研究無線充電。無線充電技術基于使用電磁感應或諧振發送和接收電力。為了實施無線充電，在功率發送側和功率接收側兩者中都要求具有線圈的無線充電裝置。特別地，在用于對電動車輛或插入式混合動力車輛充電的無線充電裝置中，由于要求傳輸大量的電力以減少高容量電池的電池充電時間，因此可產生不良的電磁波(例如，電磁場)，其可不利地影響人類身體、相鄰電磁器械等等。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在于提供用于車輛無線充電系統的電磁場控制系統以及方法，其控制車輛無線充電系統的功率發送側的輸出功率，以用于更有效地充電，同時最小化在車輛無線充電系統內生成的不良電磁波的不利影響。

特別地，本發明提供電磁場控制系統，其可包括：磁場傳感器，其鄰近可使用無線充電系統充電的車輛設置或者設置在車輛內，并被配置為檢測電磁場的大小；以及輸出控制器，其被配置為基于電磁場的規定值與由磁場傳感器檢測的電磁場的大小之間的比較，調整無線充電系統的功率發送側的輸出功率。

在本發明的示例性實施例中，磁場傳感器可被實施為霍爾效應傳感器。磁場傳感器可設置在車輛的底板上以及可選地，磁場傳感器可設置在由指導方針界定的多個區域中，所述指導方針用于建立所述車輛附件或所述車輛中的可允許的電磁場。輸出控制器可被配置為調整功率發送側的輸出功率，以觀察(例如，遵照)關于對安裝有磁場傳感器的多個區域中的每一個界定的、電磁場的可允許大小的指導方針。

另外，磁場傳感器可安裝在車輛內的座椅的頭枕、座椅靠背、座墊以及腳支撐部分當中的至少一個位置中。輸出控制器可被配置為使用電磁場的規定值以及由磁場傳感器檢測的電磁場的大小之間的差異，對無線充電系統的功率發送側的輸出功率執行比例-積分-導數(PID)控制。

進一步地，當在磁場傳感器的操作中出現錯誤時，輸出控制器可被配置為將無線充電系統的功率發送側的輸出功率減小為小于規定水平。另外，在開始無線充電系統的充電操作之前打開電磁控制系統，并且在終止無線充電系統的充電操作之后關閉電磁控制系統。

本發明的示例性實施例可進一步包括處理器，其包括模擬數字轉換模塊，其被配置為將從磁場傳感器輸出的電磁場檢測信號轉換為數字值，以及單元轉換模塊，其被配置為將由模擬數字轉換模塊轉換的數字值轉換為基于可與電磁場的規定值比較的單元的值。特別地，處理器可被配置為將由單元轉換模塊轉換的值提供給輸出控制器。

本發明的示例性實施例可進一步包括就座傳感器，其設置在車輛的 座椅中并被配置為檢測乘客是否坐在座椅上(例如，被配置為檢測座椅上的移動或壓力)。另外，就座傳感器可設置在車輛的座椅中或鄰近車輛的座椅，并且，輸出控制器可被配置為使用由設置在乘客占用的座椅中的磁場傳感器檢測的電磁場的大小，調整無線充電系統的功率發送側的輸出功率，所述座椅由就座傳感器檢測。輸出控制器可進一步被配置為通過將電磁場的規定值與電磁場的大小當中的最大值比較來調整無線充電系統的功率發送側的輸出功率，其中電磁場由設置在乘客占用的座椅中的磁場傳感器檢測，所述座椅由就座傳感器檢測。

此外，本發明提供一種電磁場控制方法，其可包括：電磁場檢測操作，其中磁場傳感器可被配置為檢測鄰近可使用無線充電系統充電的車輛的電磁場或者在車輛內或外部的電磁場；以及控制操作，其中輸出控制器可被配置為基于電磁場的規定值與在電磁場檢測操作中檢測的電磁場的大小之間的比較，調整無線充電系統的功率發送側的輸出功率。

在本發明的示例性實施例中，電磁場檢測操作可包括檢測由指導方針界定的多個區域中的電磁場，所述指導方針建立可允許鄰近車輛或在車輛內的電磁場。此外，控制操作可包括調整功率發送側的輸出功率，以觀察(例如，遵照)關于對電磁場被檢測的多個區域中的每一個界定的、電磁場的可允許大小的指導方針。本發明的實施例可進一步包括就座檢測操作，其中就座檢測器可被配置為檢測乘客是否坐在車輛的座椅上。電磁場檢測操作可包括檢測車輛的座椅中的電磁場，并使用在乘客占用的座椅中檢測到的電磁場的大小，調整無線充電系統的功率發送側的輸出功率，其中在就座檢測操作中座椅被檢測。

根據以上所述的電磁場控制系統和方法，當對電動車輛或混合動力電動車輛內的電池充電時，能夠通過將對電磁場的暴露限制為小于工業標準或指導方針推薦的電磁場的最大可允許水平來最小化對附近人們或附近電磁裝置的不利影響。此外，能夠在安全電磁場暴露極限內進行最大功率傳輸。

進一步地，根據電磁場控制系統和方法，可對每個乘客乘坐的座椅通過磁場傳感器檢測電磁場的大小，并且，無線充電系統可被操作用于將電磁場的檢測大小維持在安全范圍內。因此，可最大化充電效率， 同時可防止就座的乘客受到電磁場的不利影響。具體地，由于電磁場控制系統和方法可基于由就座傳感器檢測到的占用座椅中電磁場的大小當中的最大值來調整功率發送側的輸出功率，因此占用座椅中電磁場的大小可被維持為小于電磁場的規定值，從而能夠進行有效的控制。

根據電磁場控制系統和方法，電磁場控制系統可在開始無線充電系統的充電操作之前啟動操作，并可在終止無線充電系統的無線操作之后終止操作。因此，可安全地執行無線充電系統的充電操作。

附圖說明

本發明的以上和其他目的、特征和其他優點將從以下結合隨附附圖的詳細描述被更加清楚地理解，其中：

圖1為示出根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統的方框圖；

圖2到圖4示出安裝根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統的示例；

圖5為示出根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統的方框圖；

圖6示出其中安裝根據本發明的另一示例性實施例的電磁場控制系統的磁場傳感器和就座傳感器的示例；

圖7為示出其中安裝根據本發明的各種示例性實施例的電磁場控制系統的磁場傳感器的位置的視圖；以及

圖8為示出根據本發明的各種示例性實施例的電磁場控制系統的控制方法的視圖。

具體實施方式

應當理解，如本文中使用的術語“車輛”或“車”或其他相似的術語包括機動車輛，通常例如包括運動型多用途車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用汽車的客運汽車，包括各種船艇和艦船等的船只，航空器，以及包括混合動力車、電動車、插件混合動力車、氫動力車和其他替代燃料汽車(比如來自于非石油資源的燃料)。如本文，混合 動力車是具有兩個或更多動力源的車輛，比如，汽油動力和電動力車輛。

盡管示例性實施例被描述為使用多個單元來執行示例性過程，但是應當理解，通過一個或多個模塊也可以執行示例性過程。另外，術語控制器/控制單元應被理解為指的是包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置成儲存模塊，并且處理器被具體地配置成執行所述的模塊從而執行在下文進一步描述的一個或多個處理。

此外，本發明的控制邏輯可被實施為在計算機可讀介質上的非臨時性計算機可讀介質，其中計算機可讀介質包括由處理器、控制器/控制單元等執行的可執行程序指令。計算機可讀介質的示例包括，但不局限于，ROM、RAM、光盤只讀存儲器(CD-ROMs)、磁帶、軟盤、閃存、智能卡和光數據存儲設備。計算機可讀記錄介質也可分布在網絡連接的計算機系統中從而計算機可讀介質以分布式方式儲存和執行，比如，通過遠程信息處理服務器或控制器局域網絡(CAN)。

本文使用的術語只是為了描述特殊實施例，并非旨在限制本發明。除非上下文另外明確指出，否則如本文使用的單數形式“一/一個”和“該”也包括復數形式。應當進一步理解，當在本說明書中使用時，術語“包括”和/或“包含”限定了特征、整數、步驟、操作、要素和/或部件的存在，但不排除其中一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、要素、部件和/或集合的存在或添加。如本文使用的術語“和/或”包括相關列出項的一個或多個的任何和全部組合。

下文中，參考隨附附圖詳細描述根據本發明的各種實施例的電磁控制系統。

圖1為根據本發明的示例性實施例的電磁控制系統的方框圖。參考圖1，根據本發明的示例性實施例的電磁控制系統10可包括：磁場傳感器11，其在可使用無線充電系統20充電的車輛內或鄰近設置，并被配置為檢測電磁場的大小；以及輸出控制器13，其被配置為基于電磁場的規定值以及由磁場傳感器11檢測的電磁場的大小之間的比較，調整無線充電系統20的功率發送側的輸出功率。

磁場傳感器11可為霍爾效應傳感器，其被配置為檢測電磁場的大小并產生對應于該大小的電壓值。特別地，本發明的示例性實施例可 通過亂真電磁(EM)發射檢測電磁場的大小，所述亂真電磁(EM)發射不直接用于無線充電系統中的功率傳輸。由于用于功率傳輸的線圈的不對準、外部對象、制造商在設計初級線圈和次級線圈時的差異等等，因此亂真EM發射具有各種方向性。因此，應用于本發明的示例性實施例的霍爾效應傳感器可為多軸霍爾效應傳感器(例如，三軸霍爾效應傳感器)，其被配置為在各種方向中由亂真EM發射檢測電磁場的大小。

進一步地，輸出控制器13可被配置為輸出信號，以用于基于電磁場的規定值以及由磁場傳感器11檢測的電磁場的大小之間的比較，調整無線充電系統20的功率發送側的輸出功率。例如，無線充電系統20可包括功率控制器21，其被配置為通過調整被提供到初級線圈23的功率的大小來調整從初級線圈23傳輸的功率。輸出控制器13可被配置為操作功率控制器21，以通過將信號輸出到無線充電系統20的功率控制器21來調整被提供到初級線圈23的功率的大小，以用于調整功率發送側的輸出功率。因此，輸出控制器13可被配置為調整功率發送側的輸出功率。

根據如以描述構造的本發明的示例性實施例，當對電動車輛或混合動力電動車輛(或其他環境友好型車輛)內的電池充電時，輸出控制器13可被配置為調整鄰近車輛或車輛內的電磁場暴露，以跟隨電磁場的規定值。換句話說，當電磁場的規定值被設置為小于工業標準或指導方針推薦的水平時，則當對車輛電池充電時，可滿足(例如觀察、遵照、符合)相應標準或指導方針推薦的水平，從而可移除對附近人們、電磁器械等等的不利影響。此外，可在滿足標準或指導方針的該種推薦水平的范圍中傳輸最大功率。在本發明的示例性實施例中，通過確定磁場傳感器11的適當位置，可實現電磁場的不利影響的有效降低。

圖2到圖4為示出用于安裝根據本發明的示例性實施例的電磁控制系統的磁場傳感器的位置的各種示例的視圖。首先，參考圖2，磁場傳感器11可安裝在車輛1內。無線充電系統20的功率發送側的初級線圈23可設置在地面上，其中車輛1停在所述地面處或在所述地面上移動。無線充電系統20的功率接收側的次級線圈17可安裝在將暴露于 外部的車輛的車身底部中，所述次級線圈17可被配置為通過與初級線圈23電磁耦合產生電動力。

當對電動車輛或混合動力電動車輛的電池無線充電時，充電可在乘客在車輛中時進行或繼續。特別地，由對應于無線充電系統20的功率發送側的初級線圈23產生的電磁場中的一些可不利地影響車輛中的乘客。因此，如圖2中所示，磁場傳感器11可安裝在車輛內，并且，輸出控制器13可被配置為調整無線充電系統20的輸出功率，以調整車輛中電磁場的大小，以對應于(或小于)電磁場的規定值(例如，電磁場的推薦值，其被已知為對人類身體安全)。因此，可實現乘客在車輛中時對人類身體無害的無線充電。

特別地，如圖2中所示，由于可在車輛的車身底部安裝功率接收側的次級線圈17，因此磁場傳感器11可安裝在車輛底板上，其為在車輛內部鄰近次級線圈17的位置。由于車輛中磁場的大小隨著到次級線圈17的距離的減小而增大，因此該種構造可為優選的。因此，通過將電磁場的大小調整為小于最靠近次級線圈17的位置中的電磁場的規定值，安全范圍內的電磁場暴露在車輛內部電磁場被測量為實質上較小的其他位置中。

如圖2所示，磁場傳感器11可設置在車輛底板的各種位置中，諸如在座椅31之下、乘客的腳在其上休息的車輛底板等等。此外，如圖3和圖4所示，本發明的示例性實施例包括安裝在基于指導方針劃分的多個區域中的磁場傳感器11，所述指導方針建立車輛附件或車輛內可允許的電磁波(例如，電磁場)，并且輸出控制器13可被配置為調整初級線圈的輸出以滿足用于其中安裝磁場傳感器的相應區域中的電磁場大小的指導方針。

在圖3和圖4中，用參考數字‘R1’、‘R2’和‘R3’標記的區域為在汽車工程師協會(SAE)的電磁場(EMF)指導方針中定義的區域。特別地，‘R1’為被推薦用于滿足人類和醫療裝置的安全指導方針的區域，‘R2’為與車輛車身側相鄰的區域，其中應滿足人類和醫療裝置的安全指導方針，‘R3’為其中應用車輛內部的指導方針的區域。

本發明的示例性實施例考慮在鄰近(例如，也包括在車輛附近或周 圍)車輛和在車輛內的每個位置中檢測的電磁場的大小，并且可調整無線充電系統20的輸出，以便所暴露的電磁場的大小滿足被要求用于相應區域的水平。作為結果，本發明的示例性實施例可遵守社會或法律定義的關于電磁場的指導方針，并且可通過考慮對應于車輛周圍和車輛內部中的每個區域的電磁場大小，更有效地在滿足指導方針的范圍內對電池充電。

在圖3中，參考數字‘16’表示處理器，其被配置為收集并處理從磁場傳感器11輸出的信號。通過圖5中示出的示例性實施例的描述說明處理器單元16的詳細描述。特別地，圖5示出根據本發明的另一個示例性實施例的電磁控制系統。參考圖5，除了圖1中示出的示例性實施例以外，根據本發明的另一個示例性實施例的電磁控制系統可進一步包括處理器16，其被配置為接收從磁場傳感器11輸出的電磁場檢測信號，以及就座傳感器15，其被配置為檢測乘客是否在車輛內。

處理器16可被配置為收集從磁場傳感器11輸出的信號，并將所收集的信號轉換為由輸出控制器13處理的值。可用作磁場傳感器11的霍爾效應傳感器為轉換器(converter)類型，并且可被配置為輸出響應于周圍電磁場的大小的模擬電壓值。由于從磁場傳感器11輸出的信號可為模擬電壓值，因此被實施為數字運算單元的輸出控制器13可不直接使用用于操作處理的值。因此，輸出控制器13可包括附加裝置，以用于轉換信號。

因此，處理器16可包括模擬數字轉換模塊，其被配置為將從磁場傳感器11輸出的電磁場檢測信號轉換為數字值，以及單元轉換模塊，其被配置為將模擬數字轉換模塊轉換的數字值轉換為基于可與電磁場的規定值比較的單元的值。通過應用處理器16，可有效地處理從多個磁場傳感器11輸出的多個信號，并且可減少輸出控制器13的操作負荷。

另外，就座傳感器15可被配置為檢測車輛的座椅是否由乘客或其他對象占用。就座傳感器15可安裝在車輛的座墊中，以感應就座乘客的重量，或者可安裝在車輛的側面(例如，支柱結構或門)以及可被實施為紅外線傳感器，其被配置為使用紅外線檢測乘客是否存在于車輛中。然而，可使用用于檢測乘客的各種類型的傳感器。

圖6示出其中根據圖5示出的示例性實施例安裝電磁控制系統的磁場傳感器和就座傳感器的示例。如圖6中所示，為了基于占用座椅的位置調整車輛的多個座椅31的電磁場，圖5的示例性實施例可在多個座椅31的每個中或者在與多個座椅31的每個相鄰的位置中安裝一個或多個磁場傳感器11和就座傳感器15。

圖7為示出其中安裝根據本發明的各種示例性實施例的電磁場控制系統的磁場傳感器的位置的視圖。特別地，其中在圖7中安裝磁場傳感器的位置可應用于圖5中示出的示例性實施例，其中磁場傳感器11可安裝在車輛座椅31中。

如圖7中所示，磁場傳感器11可設置在頭枕311、座椅靠背313、座墊315以及相應座椅的腳支撐部分317當中的至少一個位置中。在根據如以上描述構造的本發明的另一個示例性實施例的電磁場控制系統中，輸出控制器13可被配置為使用由磁場傳感器檢測的電磁場的大小調整無線充電系統20的功率發送側的輸出功率，所述磁場傳感器可設置在由就座傳感器15檢測的占用座椅中。

具體地，輸出控制器13可被配置為通過將電磁場的規定值與由磁場傳感器檢測的電磁場大小當中的最大值比較來調整無線充電系統的功率發送側的輸出功率，所述磁場傳感器可設置在由就座傳感器15檢測的占用座椅中。作為結果，輸出控制器13可被配置為將乘客乘坐的其他座椅中電磁場的大小調整為小于電磁場的規定值。

根據圖5所示的本發明的另一個示例性實施例的電磁場控制系統，可為每個乘客乘坐的座椅檢測電磁場的大小，并且無線充電系統可被操作用于將在乘客占用的座椅中檢測到的電磁場的大小維持為小于電磁場的規定值。因此，在其中電磁場可不會不利地影響就座乘客的范圍中最大化充電效率。

圖8示出根據本發明的各種示例性實施例的電磁控制系統的控制方法。參考圖8，輸出控制器13可被配置為計算(131)電磁場的規定值以及由磁場傳感器檢測(110)的電磁場值之間的差異，使用所述差異執行PID控制(132)，并且，輸出無線充電系統20的輸出功率的預設值。

可將輸出功率的預設值發送到無線充電系統20，并且，無線充電 系統20的功率控制器21可被配置為基于輸出功率的預設值調整被提供到初級線圈23的功率。然后，可執行通過初級線圈23的無線電能傳輸(201)。可通過磁場傳感器11再次檢測(110)由無線電能傳輸產生的電磁場當中的不良分量，并可將由磁場傳感器11檢測的電磁場值再次輸入到輸出控制器13，并且，可計算電磁場值和電磁場的規定值之間的差異。

當重復該種控制回路時，由磁場傳感器11檢測的電磁場值逐漸地逼近電磁場的規定值，并且理想地，兩個值之間的差異可為零。在該控制循環中，當將輸出功率的預設值發送到無線充電系統20時，或者當在無線充電系統20的功率傳輸之后通過磁場傳感器11檢測電磁場時，由于外部對象(例如，硬幣、易拉罐等等)、陳舊裝備、溫度變化、車輛移動、車輛形狀等等的原因會產生干擾。雖然有該類干擾，但由于根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統的控制方法可應用PID控制，因此輸出功率的預設值可基本上不改變(例如，可最低程度地改變)，并且電磁場檢測值可跟隨電磁場的規定值。

此外，在本發明的示例性實施例中，輸出控制器13可被配置為監控在磁場傳感器11的操作中是否發生錯誤，并且可被配置為當在磁場傳感器11的操作中發生錯誤時，將無線充電系統20的功率發送側的輸出功率調整為小于規定水平。換句話說，當在磁場傳感器11中發生錯誤時，輸出控制器13可忽視或不考慮由磁場傳感器11檢測的值，并且可被配置為將功率發送側的輸出功率調整為低于幾乎不產生電磁場的不利影響的最低水平。

即使電磁場未被檢測到，本發明的示例性實施例也可防止無線充電系統不利地將人類身體和其他對象暴露于電磁場。此外，根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統可在開始無線充電系統的充電操作之前打開，并且可在終止無線充電系統的充電操作之后關閉。因此，根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統的輸出控制器13可被配置為監測無線充電系統20的操作狀態，在開始無線充電系統20的充電操作之前檢測磁場傳感器11和就座傳感器15的狀態，然后提供功率以啟動用于調整電磁場的操作。另外，根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統的輸出控制器13可被配置為在確認終止了無線充電 系統20的充電操作之后，終止用于調整電磁場的操作。

如以上所描述，根據本發明的示例性實施例的電磁場控制系統可監控無線充電系統20的操作，在開始無線充電系統20的充電操作之前啟動其操作，以及在終止無線充電系統20的充電操作之后終止操作。因此，通過無線充電系統20，能夠實現安全充電操作。

雖然本發明的示例性實施例已經被公開用于說明性目的，但本領域技術人員將理解的是，在不脫離如在隨附權利要求中公開的本發明的范圍和精神的情況下，能夠進行各種修改、添加和替換。