CN113544934A

CN113544934A - 感应充电方法及相关充电装置

Info

Publication number: CN113544934A
Application number: CN202080022291.8A
Authority: CN
Inventors: L·格雷拉; M·菲凯; F·卢瓦塞勒
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-10-22
Also published as: FR3094149A1; US20220190643A1; FR3094149B1; WO2020188106A1

Abstract

本发明提出了用充电装置对便携式用户设备进行感应充电的充电方法，充电装置包括至少两个发射线圈并且具有能够接收所述设备以对其充电的充电表面，所述充电装置在充电期间周期性地接收来自便携式设备的信号，所述信号包括代表便携式设备所需的充电功率与所述设备接收的充电功率之间的偏差的值，该方法包括以下步骤：a）将便携式设备置于充电表面上并激活第一充电线圈（步骤E0），b）确定充电条件参数（步骤E1），c）如果充电条件参数大于代表充电限制条件的预定阈值（步骤E1），则d）激活与所述充电线圈相邻的线圈同时保持第一线圈激活（步骤E2），e）如果代表所需充电功率与接收功率之间的偏差的值小于第一阈值（步骤E4），则f）停用第一线圈（步骤E5），g）否则，重复前面的步骤。

Description

感应充电方法及相关充电装置

技术领域

本发明是关于机动车领域，并且更具体地涉及对用户设备的电池进行感应充电的方法、以及相关充电装置和包括这样的装置的机动车辆。

背景技术

如今，许多机动车辆包括使得能够对移动电话的电池进行再充电的车载充电模块。

该充电器可以包括连接电话的连接器或将电话置于其上以进行感应再充电的表面。

在后一种解决方案中，感应充电装置包括至少一个发射天线，并且电话包括接收天线，接收天线采用基本上设置在电话中心的线圈的形式，这尤其是为了使得能够实现电话的良好平衡和足够的充电效率，如在例如WPC（英语为“Wireless Power Consortium”，无线充电联盟）标准中主张的那样。

为了实现使得能够有效地为电话的电池再充电的感应耦合，电话的接收天线的中心需要与该装置的发射天线之一的中心以大约10mm的容差基本对准。

此外，当期望覆盖较大的充电表面时，装置需要包括多个天线，这使得装置复杂且昂贵。否则，需要挪动电话以将其接收天线与装置的发射天线对准，这呈现较大缺陷。

在所有情况下，当车辆行驶时，移动电话可能会发生多次移动，驾驶者于是必须在驾驶时不断将电话与发射天线重新对准，这可以被证实是危险的，因此呈现较大缺陷。

解决该缺陷的一种已知解决方案涉及使用这样的充电装置：其一个或多个发射天线被机动化以便移位，以增大充电表面并且不再需要手动将电话与发射天线对准。这样的解决方案极其复杂且昂贵，这呈现较大缺陷，尤其是对于入门级车辆。此外，这样的机动化充电装置不一定适用于各种各样的电话尺寸，这呈现较大缺陷。

现有技术的另一解决方案涉及当电话无法再接收到足够的充电功率时根据电话的移位来切换充电线圈。实际上，当电话相对于被激活的充电线圈偏心时，电话无法再接收到足够的功率并且因此，要么电话停止充电，要么电话向充电装置发送停止充电请求。充电装置于是重新开始用于寻找相对于电话最对准的充电天线（即，最能够有效地为电话充电的天线）的方法。这个过程是通过装置的每个充电天线顺序地发送“数字ping”（即电流脉冲）来实现的，相对于电话最对准的线圈将接收到对该数字ping的响应，并且充电装置将激活用该天线进行充电。

这种在充电期间切换天线的方法的缺陷在于，它伴随着充电的短暂停止以及在充电停止和充电重新开始时针对用户的声音、视觉或振动通知，这可以被证实对于驾驶车辆时的用户而言非常烦扰。

本发明的目的是提供一种简单、可靠、高效且廉价的再充电解决方案。

发明内容

本发明提出了一种用充电装置对便携式用户设备进行感应充电的充电方法，该充电装置包括至少两个发射线圈并且具有能够接收所述设备以对其充电的充电表面，所述充电装置在充电期间周期性地接收来自便携式设备的信号，所述信号包括代表便携式设备所需的充电功率与所述设备接收的充电功率之间的偏差的值，该方法的特征在于其包括以下步骤：

• 将便携式设备置于充电表面上并激活第一充电线圈（步骤E0），

• 确定充电条件参数（步骤E1），

• 如果充电条件参数大于代表充电限制条件的预定阈值（步骤E1），则

• 激活与所述充电线圈相邻的线圈同时保持第一线圈激活（步骤E2），

• 如果代表所需充电功率与接收功率之间的偏差的值小于第一阈值（步骤E4），则

• 停用第一线圈（步骤E5），

• 否则，重复前面的步骤。

根据本发明的方法，充电条件参数是基于以下值计算的：连接到第一充电线圈的交流直流转换器的输入端的直流电压的值、所述转换器的输入端的直流电流的值、在第一充电线圈中流动的交流电流的值、所述第一充电线圈两端的交流电压的值、以及便携式用户设备接收到的功率的值。

本发明还涉及一种用于为便携式用户设备充电的充电装置，该充电装置旨在车载在车辆中，该充电装置包括至少两个发射线圈并且具有能够接收所述设备以对其充电的充电表面，所述充电装置在充电期间周期性地接收来自便携式设备的信号，所述信号包括代表便携式设备所需的充电功率与所述设备接收的充电功率之间的偏差的值，该充电装置的特征在于其包括：

• 用于计算充电条件参数并将所述参数与代表充电限制条件的预定阈值进行比较的部件，

• 用于根据所述比较的结果同时激活相邻的至少一个充电线圈的部件，

• 第一比较部件，其用于将代表便携式设备所需的充电功率与所述设备接收的充电功率之间的偏差的值与第一阈值（TH1）进行比较，

• 用于根据所述比较的结果停用和激活相邻的至少一个充电线圈的部件。

优选地，用于确定充电条件参数并将所述参数与代表充电限制条件的预定阈值进行比较的部件、用于根据所述比较的结果同时激活相邻的充电线圈的部件、用于将代表便携式设备所需的充电功率与所述设备接收的充电功率之间的偏差的值与第一阈值进行比较的第一比较部件、以及用于根据所述比较的结果停用和激活相邻的充电线圈中的至少一个的部件采用包含在微控制器中的软件的形式。

本发明还涉及一种计算机程序产品，其特征在于其包括一组程序代码指令，当所述程序代码指令由一个或多个处理器执行时将该一个或多个处理器配置为实施根据上述特征中任一项的充电方法。

最后，本发明适用于包括根据前述特征中的任一项的充电装置的任何机动车辆。

附图说明

通过阅读接下来的描述，本发明的其他特征和优点将进一步显现。该描述纯粹是例证性的，并且应参考附图来阅读，其中：

图1示意性地示出了便携式用户设备置于其上的充电装置，设备的接收线圈与充电装置的发射线圈B1对准，

图2示意性地示出了便携式用户设备置于其上的充电装置，设备的接收线圈未与装置的发射线圈B1、B2、B3中的任何一个对准，

图3是根据本发明的充电方法的流程图。

图4示出了根据本发明的充电装置的交直流电压转换器、以及用于确定充电条件参数的测量。

具体实施方式

图1示出了旨在车载在机动车辆中并且包括充电表面S的充电装置D，例如移动电话P的便携式用户设备置于充电表面S上。充电装置包括三个发射线圈，第一线圈B1、第二线圈B2和第三线圈B3。第一线圈B1相对于充电装置D居中并且在上平面中，即比其他两个线圈B2、B3所在的平面更靠近充电表面S。这种布置仅用于例示性目的，因此三个线圈可以并置于同一平面内，也可以有三个以上的线圈。

在图1中，移动电话P的接收线圈A1与充电装置D的第一线圈B1或上线圈B1对准。由于两个线圈对准，因此装置D的第一线圈B1对电话P进行的感应充电具有最佳效率。在预先步骤中，充电装置D利用位于第一线圈B1对面的接收线圈A1检测到了移动电话P在充电表面S上的位置，并且通过激活所述线圈B1而触发了充电。这种用于激活充电线圈的方法在现有技术中是已知的，并且如前所述借助于装置的发射线圈B1、B2、B3发射“数字ping”并接收来自移动电话P的存在消息来实现该方法。由于该激活方法是现有技术中已知的，因此在此将不再详述。

如前所述，在本示例中，由于充电装置D不具有任何用于保持便携式设备P或移动电话P的机构，便携式设备P或移动电话P因此可能在车辆加速或减速期间或在由于车辆移动而引起的振动期间在充电表面S上挪动，并相对于已激活的充电线圈（在本示例的情况下为线圈B1）移位。

这在图2中示出。在图2中，移动电话P已相对于第一线圈B1移位并且现在同时位于第一线圈B1的一部分上方和第三线圈B3的较大部分上方。在这个新位置，根据现有技术，由于用第一线圈B1进行的充电不再是最优的，因此充电停止（停止充电可以由移动电话P触发），使得充电装置D可以识别要激活的新线圈，在这种情况下是第三线圈B3，从而使得能够重新获得最佳充电效率。因此，现有技术的这种充电方法出现了充电的短暂停止，并且如前所述，向用户发送两个通知，一个通知他们充电停止，另一个通知他们充电重新开始进行，这在用户驾驶时可能是烦扰的。

本发明提出了使得能够减轻现有技术的缺陷的充电方法，在这种情况下，根据本发明的充电方法使得能够连续充电，不会由于因电话在充电表面S上的移动引起的充电线圈的停用/激活而中断充电。

图3示出了根据本发明的充电方法。

在预备步骤E0中，移动电话P置于充电装置D的充电表面S上，并且发射线圈（例如第一线圈B1）被识别为具有最高充电率的充电线圈并且因此被激活以对移动电话进行充电（步骤E0）。

在第一步骤E1中，计算充电条件参数Pc并将其与代表充电限制条件的预定阈值Pth进行比较。例如，如果充电条件参数大于预定阈值，则这意味着充电不是最佳的并且移动电话大概已相对于线圈B1移位了并且无法再完整地接收该线圈发射的场。

根据本发明，充电条件参数Pc计算如下：

【数学式1】

Pc = A + k1 * VDC + k2 * IDC + k3 * IAC + k4 * VAC + k5 * RPP

其中：

k1、k2、k3、k4、k5：系数

A：数字值，

VDC：AC/DC（AC：英语为“alternating current”，交流；DC：英语为“directcurrent”，直流）转换器输入端的直流电压（V）的值，

IDC：AC/DC转换器输入端的直流电流（A）的值，

IAC：在第一线圈B1中流动的交流电流（A）的值，

VAC：第一线圈B1两端的交流电压（V）的值，

RPP：移动电话P接收到的功率（W）的值。

图4示出了充电装置的交流电压/直流电压转换器以及用于计算充电条件参数的上述测量。

移动电话P接收到的功率的值由所述电话P周期性地传输给充电装置。

当然，充电参数Pc可以是根据基于VDC、IDC、IAC、VAC和RPP参数计算的任何其他类型的数学公式计算的，例如，指数、对数类型。

换言之，充电参数Pc还可以例如基于本领域技术人员已知的以下值来计算：

• Qieff：充电效率，其是基于RPP、VDC和IDC计算出的

• ESR：英语为“Equivalent Serial Resistance”，充电装置的线圈B1的“等效串联电阻”

• 线圈B1的电感，

• Qfactor：在第一线圈B1两端测得的品质因数，

• AC_phase：在第一线圈B1两端测得的两个交流信号之间的相位的值，

• 等等。

如果充电条件参数Pc大于预定阈值Pth，则在第二步骤（步骤E2）中，除了第一线圈B1之外，激活与线圈B1相邻的线圈中的至少一个，并且不停用线圈B1。例如，首先与第一线圈B1同时激活第二线圈B2。

如果充电条件参数Pc小于预定阈值Pth，则用线圈B1继续充电并且不激活线圈B2（或B3）。

在线圈B2被激活的情况下，所述线圈B2因此产生电磁通量。在移动电话P移位且如今还部分地位于第二线圈B2上方的情况下，所述移动电话将接收到两个线圈B1、B2中的每一个的电磁场。

移动电话P周期性地向充电装置D发送信号，所述信号包括代表移动电话P所需的功率与所述电话实际接收到的功率之间的偏差的值，这是为了调制和/或控制充电。这种类型的消息在定义“Qi”标准的WPC（“无线充电联盟”）规范中称为“控制误差（CONTROLERROR）”消息。在这种情况下，“控制误差”消息采用值的形式，其要么代表充电功率增大请求，要么代表充电功率减小请求，这取决于移动电话P的实际功率需求和充电装置D提供的功率。“控制误差”消息的取值范围是-127到+128，没有单位。

在这种情况下，接收来自两个线圈的场的移动电话P在第三步骤E3期间发送“控制误差”消息，以指示需要减小接收功率。该“控制误差”信息由充电装置D接收。在这种情况下，接收功率过高并且“控制误差”消息请求减小充电功率，例如“控制误差”=-20。

在第四步骤（步骤E4）期间，然后将这样接收到的代表偏差的值“控制误差”与第一预定阈值TH1进行比较，第一预定阈值TH1代表只有通过激活单个发射线圈才能接收到的最大充电减小量。

如果代表偏差的值“控制误差”小于所述第一阈值TH1，例如，TH1=-10，则停用第一线圈B1，而第二线圈B2继续被激活，并且因此继续用第二线圈B2充电，而不在线圈改变期间停止充电，因为明智地，第一线圈B1的停用发生在第二线圈B2的激活之后。

否则，如果代表偏差的值“控制误差”大于所述第一阈值TH1（步骤E4），则该方法返回步骤E0，重复步骤E1，并针对另一相邻线圈（在本示例中为第三线圈B3）重复后续步骤（E2至E5）。

为了实施根据本发明的充电方法D，充电装置D还包括：

a. 用于计算充电条件参数Pc并将所述参数与预定阈值进行比较的部件，

b. 用于同时激活充电线圈的部件，

c. 第一比较部件，其用于将代表移动电话P所需的功率与所述电话实际接收的功率之间的偏差的值“控制误差”与第一最小阈值TH1进行比较，

d. 用于根据所述比较的结果停用和激活充电线圈的部件。

单独或组合地考虑的用于确定充电条件参数并将充电条件参数与代表充电限制条件的预定阈值进行比较的部件、用于同时激活充电线圈的部件、用于将代表偏差的值“控制误差”与第一阈值TH1进行比较的第一比较部件、以及用于根据所述比较的结果停用和激活充电线圈的部件采用包含在微控制器中的软件的形式，微控制器位于充电装置D的印刷电路板10中。

因此，本发明巧妙地使得即使在移动电话P在充电表面上移位时也能够在不中断和重新开始充电的情况下用另一线圈继续充电，因此没有对驾驶者而言烦扰的通知。

Claims

1.用充电装置（D）对便携式用户设备（P）进行感应充电的充电方法，充电装置（D）包括至少两个发射线圈（B1、B2、B3）并且具有能够接收所述设备（P）以对其充电的充电表面（S），所述充电装置（D）在充电期间周期性地接收来自便携式设备（P）的信号，所述信号包括代表便携式设备（P）所需的充电功率与所述设备（P）接收的充电功率之间的偏差的值（“控制误差”），该方法的特征在于其包括以下步骤：

a）将便携式设备（P）置于充电表面（S）上并激活第一充电线圈（B1）（步骤E0），

b）基于充电装置（D）的测量来确定充电条件参数（Pc）（步骤E1），

c）如果充电条件参数（Pc）大于代表充电限制条件的预定阈值（Pth），所述充电限制条件意味着充电不是最优的（步骤E1），则

d）激活与所述充电线圈（B1）相邻的线圈（B2）同时保持第一线圈（B1）激活（步骤E2），

e）如果代表所需充电功率与接收功率之间的偏差的值（“控制误差”）小于第一阈值（TH1）（步骤E4），则

f）停用第一线圈（B1）（步骤E5），

g）否则，重复前面的步骤。

2.根据前一权利要求所述的充电方法，其特征在于，充电条件参数（Pc）是基于以下值计算的：连接到第一充电线圈（B1）的交流直流转换器的输入端的直流电压的值（VDC）、所述转换器的输入端的直流电流的值（IDC）、在第一充电线圈（B1）中流动的交流电流的值（IAC）、所述第一充电线圈（B1）两端的交流电压的值（VAC）、以及便携式用户设备（P）接收到的功率的值（RPP）。

3.用于为便携式用户设备（P）充电的充电装置（D），充电装置（D）旨在车载在车辆中，充电装置（D）包括至少两个发射线圈（B1、B2、B3）并且具有能够接收所述设备（P）以对其充电的充电表面（S），所述充电装置（D）在充电期间周期性地接收来自便携式设备（P）的信号，所述信号包括代表便携式设备（P）所需的充电功率与所述设备（P）接收的充电功率之间的偏差的值（“控制误差”），充电装置（D）的特征在于其包括：

a）用于基于充电装置（D）的测量来计算充电条件参数（Pc）并将所述参数与代表充电限制条件的预定阈值（TH1）进行比较的部件，所述充电限制条件意味着充电不是最优的，

b）用于根据所述比较的结果同时激活相邻的充电线圈（B1、B2、B3）的部件（M2），

c）第一比较部件（M3），其用于将代表便携式设备（P）所需的充电功率与所述设备（P）接收的充电功率之间的偏差的值（“控制误差”）与第一阈值（TH1）进行比较，

d）用于根据所述比较的结果停用和激活相邻的充电线圈中的一个的部件（M4）。

4.根据权利要求3所述的充电装置（D），其特征在于，用于确定充电条件参数（Pc）并将所述参数（Pc）与代表充电限制条件的预定阈值（Pth）进行比较的部件（M1）、用于根据所述比较的结果同时激活相邻的充电线圈（B1、B2、B3）的部件（M2）、用于将代表便携式设备（P）所需的充电功率与所述设备（P）接收的充电功率之间的偏差的值（“控制误差”）与第一阈值（TH1）进行比较的第一比较部件（M3）、以及用于根据所述比较的结果停用和激活相邻的充电线圈中的至少一个的部件（M4）采用包含在微控制器（10）中的软件的形式。

5.计算机程序产品，其特征在于其包括一组程序代码指令，当所述程序代码指令由一个或多个处理器执行时将该一个或多个处理器配置为实施根据权利要求1至2中的任一项所述的充电方法。

6.机动车辆，其包括根据权利要求3至6中的任一项所述的充电装置（D）。