車輛電池充電系統和方法
【專利摘要】一種車輛，所述車輛包括：電池；充電板，與電池電連接；傳感器，檢測充電板附近的物體。所述車輛還包括控制系統，所述控制系統在電池充電過程期間重復地發(fā)送關聯信號，以維持通過充電板的電池充電，并響應于在充電板附近檢測到物體而中斷關聯信號的發(fā)送，以停止電池充電。
【專利說明】車輛電池充電系統和方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及車輛電池的再充電。
【背景技術】
[0002]隨著車輛推進和電池技術的進步，用于電池電動車輛(BEV)和插電式混合動力電動車輛(PHEV)的充電方法的普及度已經提高。

【發(fā)明內容】

[0003]一種車輛包括:電池；充電板，與電池電連接；傳感器，響應于在充電板附近有物體而輸出檢測信號；至少一個控制器。所述至少一個控制器在電池充電過程期間重復地發(fā)送關聯信號，從而維持通過充電板的電池充電。所述至少一個控制器還響應于接收到檢測信號而中斷關聯信號的發(fā)送，從而停止電池充電。
[0004]一種車輛包括:電池；充電板，與電池電連接；傳感器，當在充電板附近有物體時輸出檢測信號；至少一個控制器。所述至少一個控制器在通過充電板給電池充電期間向充電系統重復地發(fā)送關聯信號，從而充電系統維持電池充電。所述至少一個控制器還在從傳感器接收到檢測信號時中斷關聯信號的重復發(fā)送，從而暫停電池充電。
[0005]傳感器還被構造成:當在充電板附近沒有物體時輸出空閑信號。
[0006]所述至少一個控制器還被構造成:響應于在接收到檢測信號之后接收到空閑信號而恢復關聯信號的重復發(fā)送。
[0007]所述至少一個控制器還被構造成:響應于不再接收到檢測信號而恢復關聯信號的
重復發(fā)送。
[0008]一種用于給車輛電池充電的方法包括:響應于在充電板附近有物體而輸出檢測信號，否則輸出空閑信號；在電池充電過程期間向充電系統重復地發(fā)送關聯信號，從而充電系統維持電池充電過程；響應于接收到檢測信號而中斷關聯信號的重復發(fā)送，從而充電系統停止充電過程。
[0009]所述方法還包括:響應于接收到空閑信號而恢復關聯信號的重復發(fā)送，從而充電系統恢復充電過程。
[0010]所述方法還包括:響應于檢測信號而產生警報。
[0011]關聯信號的重復發(fā)送以預定的時間間隔發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是停駐在充電站處的車輛的圖解視圖；
[0013]圖2是用于在車輛和車輛充電器之間執(zhí)行持續(xù)的無線關聯的算法的流程圖；
[0014]圖3是用于管理感應充電的算法的流程圖，所述算法包括檢測充電區(qū)域附近的外物?！揪唧w實施方式】
[0015]在此描述本公開的實施例。然而，應該理解的是，公開的實施例僅僅是示例，其他實施例可采取各種形式及替代的形式。附圖未必合乎比例；一些特征可能會被夸大或最小化，以顯示特定組件的細節(jié)。因此，在此公開的具體的結構和功能上的細節(jié)不應該被解釋為限制，而僅僅被解釋為用于教導本領域技術人員以各種方式使用本發(fā)明的代表性基準。如本領域的普通技術人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各種特征可與在一個或更多個其他附圖中示出的特征結合，以產生未明確示出或描述的實施例。示出的特征的結合為典型應用提供代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的各種結合和變型對于具體應用或實施方式可能是想得到的。
[0016]可通過電池電(BE)以及通過包括電池電的動力源的組合給車輛提供動力。例如，可考慮動力傳動系由電池和內燃發(fā)動機兩者驅動的混合動力電動車輛(HEV)。在這些構造中，電池可被再充電，并且車輛充電器在電池放電之后提供電力以使電池復原。
[0017]參照圖1，示出了根據一個或多個實施例的車輛充電系統，所述車輛充電系統總體上由標號10指示。感應充電用于將電力從車輛充電器12提供給車輛14，以使電池復原。充電站16被示出為容納將通過感應充電進行充電的車輛14。車輛14停駐在收納車輛充電器12的充電站16處。車輛充電器12可被連接以接收諸如在普通的家庭車庫內可獲得的家用電流。
[0018]車輛14包括收納在設置于車輛14下側的感應充電板18內的副線圈。車輛副感應充電板18電連接到車輛電池。車輛14還包括AC-DC電力變換器，以將從車輛充電器12接收的AC電整流和濾波成將被電池接收的DC電。車輛充電器12設置在車輛14之下的地面中，并包括收納在相應的主感應充電板20內的主充電線圈。主感應充電板20總體上是水平的，并被定位成與車輛副感應充電板18有一定的距離。主感應充電板20的高度可調節(jié)，以產生便于車輛14充電的合適間隙。電流被提供給主線圈，主線圈圍繞主感應充電板20產生電磁場。當車輛副感應充電板18與被供以電力的主感應充電板20處于接近關系時，車輛副感應充電板18通過位于產生的電磁場內而接收電力。在副線圈中感應出電流，該電流隨后被傳送到車輛電池，從而產生再充電效應。車輛副感應充電板18和主感應充電板20之間的間隙慮及車輛定位的改變，還慮及容納具有不同行駛高度的可選的授權車輛。
[0019]在替代實施例(未示出)中，充電站主感應充電板被構造成總體上位于豎直位置，例如，位于直立墻上或直立墻附近。車輛將具有位于例如作為前保險杠或后保險杠的一部分的前豎直部分或后豎直部分上的對應的副感應充電板。當車輛被開到充電站并停放在指定的充電位置時，主感應充電板和副感應充電板取得接近關系。與車輛停放位置的改變部分地相關，將有針對性地重新設置主感應充電板和副感應充電板之間的間隙。
[0020]再次參照圖1，車輛14設置有控制器22。盡管車輛控制器22被示出為單個控制器，但是車輛控制器22可包括用于控制多個車輛系統的多個控制器。例如，車輛控制器22可以是車輛系統控制器/動力傳動系控制模塊(VSC/PCM)。在這點上，VSC/PCM的車輛充電控制部分可以是嵌入于VSC/PCM內的軟件，或者可以是單獨的硬件裝置。車輛控制器22通常包括任意數量的微處理器、ASIC、1C、存儲器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPR0M)和軟件代碼，以彼此協作而執(zhí)行一系列操作。車輛控制器22內的微處理器還包括計時器，以追蹤在時間基準和選定事件之間經過的時間間隔。指定的時間間隔被編程為使得控制器以可選的時間間隔提供特定的命令信號并監(jiān)測給定的輸入。車輛控制器與車輛電池電通信，并接收指示電池充電水平的信號。車輛控制器22還利用通用總線協議(例如，CAN)通過車輛硬線連接與其他控制器通信，并且還采用無線通信。
[0021]車輛充電器12設置有具有無線通信手段的充電器控制器24。類似地，充電器控制器24具有嵌入式軟件，并可被編程為調節(jié)由車輛充電器12提供的電力流。充電器控制器24包括的軟件也包括計時器，以追蹤在指定的事件之間經過的時間。在選定的條件下或者在接收到指定的指令時，充電器控制器24可啟用、禁用或減少流過充電器12的電力流。車輛充電器12被構造成從車輛控制器22接收指示充電指令的信號。
[0022]車輛控制器22被構造成與充電器控制器24無線地通信。可通過RFID、NFC、藍牙或其他無線方法實現無線通信。在至少一個實施例中，所述無線通信用于在啟動充電過程之前完成車輛14和車輛充電器12之間的關聯過程。所述關聯過程可包括:車輛控制器22向充電器控制器24發(fā)送指示驗證(authentication)請求的信號。然后,控制器22從充電器控制器24接收響應信號，并使用該響應信號來確定是否將初始驗證狀態(tài)授予車輛充電器12。驗證會受許多指定因素的影響，所述指定因素包括制造商、額定功率、安全鑰匙和/或其他驗證因素?；诔潆娖骺刂破?4的合適的響應信號，車輛控制器22在車輛14和車輛充電器12之間確定肯定性關聯。一旦檢測到已經過驗證的充電器，車輛控制器22便向充電器控制器24提供啟動信號，以指示充電系統啟動充電過程。初始的無線請求和后續(xù)的驗證響應構成這兩個裝置之間的關聯“握手”。所述關聯還在車輛14和車輛充電器12之間提供進一步的安全通信和命令信號。如果車輛控制器22沒有接收到肯定性驗證響應，則可提供命令信號以防止充電。
[0023]如上面關于圖1所提到的，在車輛副感應充電板18和主感應充電板20之間存在間隙。關于該間隙，外物有機會進入到充電電磁場中。在此公開了一種充電管理方法，所述方法包括對外物進入到接近充電電磁場的區(qū)域中的檢測以及后續(xù)的響應。至少一個物體傳感器設置在車輛14上或者充電站16處。產生包含一對感應充電板附近的區(qū)域的檢測區(qū)域。聯合使用的多個物體傳感器可提供更加全面的檢測區(qū)域。另外，各種傳感器類型適用于這種應用。在至少一個實施例中，雷達傳感器設置在車輛14上，以監(jiān)測充電電磁場附近的區(qū)域。可選地，超聲感測技術或紅外感測技術可適合用于物體檢測的目的。
[0024]車輛控制器22被構造成從物體傳感器接收輸出信號，并使用這些數據來增強提供給車輛充電器12的指令。針對外物侵入到充電電磁場中，物體傳感器監(jiān)測感應板附近的區(qū)域。物體傳感器在充電啟動之前以及在充電過程期間起作用。如果在感應充電板18附近檢測到物體，則從傳感器輸出指示物體存在的檢測信號。如果在感應充電板附近沒有檢測到物體，則傳感器輸出指示在充電板18附近沒有外物的空閑信號(clearance signal)。車輛控制器22被構造成:如果從傳感器中的任何傳感器接收到檢測信號，則使充電器控制器24禁用車輛充電器12。一旦充電被禁用，車輛控制器22便使物體傳感器重新起作用，以繼續(xù)監(jiān)測感應板附近的區(qū)域。如果從所有的傳感器均接收到后續(xù)的空閑信號，則車輛控制器22可被編程為向充電器控制器24發(fā)送恢復信號?；謴托盘栔甘净謴椭氨晃矬w檢測禁用的電池充電過程的指令。
[0025]車輛充電器12被構造成要求車輛14重復地發(fā)送信號，以保持肯定性關聯并維持持續(xù)的充電過程。車輛控制器22可間歇地或者持續(xù)地發(fā)送關聯信號。在至少一個實施例中，以預定的時間間隔重復地發(fā)送關聯信號。還可通過與充電相關的事件(例如，如指定的閾值電池充電水平或者由車輛充電器傳送的預定的累積能量閾值)來觸發(fā)關聯信號的開始和/或終止。充電器控制器24可被編程為:如果在指定的時間間隔內沒有從車輛接收到信號，則禁用主感應充電板20。如上所述，充電系統被構造成:當在車輛副感應充電板18附近檢測到物體時，禁用充電。利用對持續(xù)的關聯信號的需要作為當在充電電磁場附近檢測到外物時禁用充電的手段是合適的。在至少一個實施例中，車輛控制器22被構造成:響應于從傳感器中的任何傳感器輸出檢測信號，中斷向車輛充電器12重復地發(fā)送關聯信號。關聯信號的中斷使得供應到主感應充電板20的電力被切斷。因此，經由充電板18提供給電池的電流降為零?？闪硗馓峁┤哂嗟慕K止信號，以禁用車輛充電器12。
[0026]一旦物體已經離開充電板附近并且不再被檢測到，充電系統10便被構造成恢復被禁用的充電過程。可再次使用關聯信號作為控制由車輛充電器12執(zhí)行的充電過程的手段。如上所述，物體傳感器在關聯信號中斷期間保持起作用。一旦不再檢測到外物，便從傳感器輸出空閑信號。車輛控制器22響應于來自傳感器的空閑信號而恢復關聯信號的重復發(fā)送。因此，促使車輛充電器12恢復經由感應充電板20的電池充電。還可提供肯定性充電恢復信號，以命令車輛充電器12恢復被禁用的充電過程。如果已經過去的時間超過預定時間段，則充電系統可經歷車輛14和充電器12之間的初始的無線關聯，以開始新的充電過程。
[0027]車輛控制器22還被構造成產生多個警報信號。參照圖1，車輛14在乘客室的內部設置有用戶顯示器26。用戶顯示器26用作操作者的警報機構。控制器22可產生多個不同的車內顯示消息。例如，產生顯示警報，該顯示警報通知操作者檢測到物體和/或禁用充電過程。車輛喇叭是另外的警報機構，其能夠響應于在充電電磁場附近檢測到物體而提供外部可聽見的警報信號。喇叭警報脈沖持續(xù)時間和重復模式可被設置得獨一無二，以將障礙物檢測事件與產生喇叭脈沖的其他事件區(qū)分開。
[0028]在圖2中總體上以方法200示出了描述持續(xù)關聯過程的算法的方法。在步驟202中，車輛控制器開始充電過程，例如，車輛控制器在車輛和車輛充電器之間的初始關聯已經實現之后開始充電過程。然后，車輛控制器在步驟208中確定在當前時間和初始時間基準TO之間是否已經過去了指定的時間間隔T2。如果沒有過去指定的時間間隔T2，則在步驟204中，控制器保持在休眠狀態(tài)，并且不向充電器提供關于車輛充電的命令信號。然后，控制器返回到步驟208，以相對于指定的時間間隔T2再次判斷當前時間距離時間基準TO的時間間隔。應該理解的是，時間間隔T2可足夠短，以接近車輛和充電器之間持續(xù)關聯的時間間隔。
[0029]一旦指定的時間間隔T2已經過去，車輛控制器便在步驟210中確定車輛是否處于扭矩啟用狀態(tài)。如果車輛處于扭矩啟用狀態(tài)，則在步驟212中，車輛控制器提供指示命令停止或禁用車輛充電器的信號。然后，控制器將在步驟214中將計時器重置為時間基準T0，接著在步驟206中返回到初始關聯過程。
[0030]如果在步驟210中車輛沒有處于扭矩啟用狀態(tài)，例如，車輛處于停放狀態(tài)，則車輛控制器在步驟216中確定車輛是否需要來自充電器的電力。如果車輛電池充電水平超過指定閾值，以及如果在停駐于充電站時沒有必要給其他車輛活動提供電力，則車輛控制器在步驟226中提供指示命令禁用或停止車輛充電器的信號。應該理解的是，持續(xù)關聯過程的閾值充電水平可與最初開始充電過程所要求的電池閾值水平相同或不同。
[0031]如果在步驟216中電池充電水平低于指定的閾值充電水平或者如果車輛需要來自充電器的電力以便于車輛活動，則車輛控制器在步驟218中將關聯信號發(fā)送到車輛充電器。在步驟218中發(fā)送的關聯信號重新肯定任何之前的關聯，并維持給定的充電過程。如果在步驟220中車輛充電器沒有接收到該信號，則在步驟212中，車輛控制器或充電器控制器可被構造成停止充電，這是因為時間間隔T2已經過去且沒有接收到肯定關聯的信號。然后，控制器將在步驟214中將計時器重置為時間基準T0，接著在步驟206中返回到初始關聯過程。
[0032]一旦車輛充電器在步驟220中接收到關聯信號，便在步驟222中繼續(xù)啟用充電過程并維持充電狀態(tài)。然后，在步驟224中，控制器重置計時器并返回到步驟202。根據T2的持續(xù)時間，可考慮在車輛控制器通過方法200循環(huán)時定期地或持續(xù)地發(fā)送關聯信號。
[0033]根據圖3，示出了方法300，通過方法300，車輛控制器至少部分地基于在充電電磁場附近是否有外物而確定是啟用車輛充電還是禁用車輛充電。在步驟302中，車輛控制器開始充電過程。會需要如上所討論的關聯請求和肯定性響應來啟用充電過程的選擇。電池電量低于滿電量同時電池位于相關的充電站附近可促使對充電狀態(tài)的選擇。在步驟306中，車輛控制器使物體傳感器起作用，以監(jiān)測感應充電板周圍的區(qū)域。物體傳感器一旦起作用，便向車輛控制器輸出指示物體檢測狀態(tài)的信號。在步驟308中，車輛控制器使用從物體傳感器接收到的數據來確定在充電電磁場附近是否有外物。如果沒有檢測到物體，則在步驟310中，車輛控制器發(fā)送使車輛充電器能夠開始提供電力的命令信號。在步驟312中，車輛控制器還清除可被存儲在存儲器中的與之前檢測到物體的事件相關的任何警報發(fā)送標志。然后，控制器返回到步驟302和步驟306，以恢復物體檢測。
[0034]再次參照圖3，如果物體傳感器在步驟308中檢測到物體，則車輛控制器在步驟314中禁止充電器提供電力。如果電池充電過程已經在進行，則步驟314包括響應于物體檢測信號中斷該過程。如上面所討論的，可通過肯定性終止命令或者通過暫停關聯信號的重復發(fā)送來使電池充電過程中斷。暫停關聯信號的重復發(fā)送使車輛和充電器失去關聯，并使電池充電停止。如果充電過程尚未開始，則步驟314包括提供指示命令防止充電啟動的信號。
[0035]在步驟316中，車輛控制器確定是否已經向車輛操作者發(fā)送了指示檢測到物體并禁用車輛充電的之前的警報。之前的警報由存儲在控制器的存儲器內的警報發(fā)送標志指示。如果已經發(fā)送了之前的警報，則控制器返回到步驟306，并使物體傳感器重新起作用，以檢測在充電電磁場附近是否仍有外物。然而，如果沒有發(fā)送之前的警報，則在步驟318和步驟320中響應于檢測到物體而產生警報。如步驟318所示，所述警報可以是可聽見的，以車輛喇叭脈沖的形式存在。外部喇叭脈沖可具有不同的持續(xù)時間和/或重復模式，以通知遠離車輛的操作者。車輛喇叭脈沖還可使充電電磁場附近的動物離開該區(qū)域。所述警報還可包括發(fā)送到操作者的移動通信裝置的文本消息。如步驟320所示，提供車內警報以通知車輛內部的操作者。顯示消息和可聽見的音調通知駕駛員在充電電磁場附近已經檢測到物體。在提供操作者警報之后，在步驟322中，車輛控制器設置內部警報發(fā)送標志，以便存儲向操作者發(fā)出了通知的指示。然后，控制器返回到步驟306，并使物體傳感器起作用。這樣，對充電電磁場進行重新判斷，并且如果在充電電磁場附近不再檢測到物體，則步驟308可允許恢復充電。
[0036]在替代實施例中，車輛控制器可被構造成斷開連接到副線圈的車輛電路內的開關，以禁止進一步的車輛充電。
[0037]上述方法的一個優(yōu)點在于提供感測，這有助于防止對可進入感應充電電磁場的外物造成傷害。所述方法另外的有益方面在于:在檢測到物體之后持續(xù)監(jiān)測，加之如果檢測到物體離開充電電磁場則恢復充電過程。例如，物體可能會短暫地經過充電電磁場。物體檢測將導致充電過程的中斷。上述方法避免了由暫時的物體檢測引起的長期中斷而導致車輛充電保持不完全。瞬時檢測事件未必會使操作者返回到未被完全充電的車輛。
[0038]在此公開的過程、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計算機/通過處理裝置、控制器或計算機實現，所述處理裝置、控制器或計算機可包括任何現有的可編程電子控制單元或者專用的電子控制單元。類似地，所述過程、方法或算法可以以多種形式被存儲為可被控制器或計算機執(zhí)行的數據和指令，所述多種形式包括但不限于永久地存儲在非可寫存儲介質(諸如，ROM裝置)上的信息以及可變地存儲在可寫存儲介質(諸如，軟盤、磁帶、CD、RAM裝置以及其他磁介質和光學介質)上的信息。所述過程、方法或算法還可被實現為軟件可執(zhí)行對象?？蛇x地，所述過程、方法或算法可利用合適的硬件組件(諸如，專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、狀態(tài)機、控制器或其他硬件組件或裝置)或者硬件、軟件和固件組件的結合被整體或部分地實現。
[0039]盡管在上面描述了示例性實施例，但是這些實施例并不意在描述了權利要求所包含的所有可能的形式。在說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應該理解的是，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可進行各種改變。如前所述，各個實施例的特征可被結合，以形成可能未被明確描述或示出的本發(fā)明的進一步的實施例。盡管各個實施例可能已被描述為提供優(yōu)點或者在一個或多個期望的特性方面優(yōu)于其他實施例或現有技術的實施方式，但是本領域普通技術人員應該認識到，一個或多個特點或特性可被折衷，以實現期望的整體系統屬性，期望的整體系統屬性取決于具體的應用和實施方式。這些屬性可包括但不限于成本、強度、耐久性、生命周期成本、可銷售性、外觀、包裝、尺寸、維護保養(yǎng)方便性、重量、可制造性、裝配容易性等。因此，被描述為在一個或多個特性方面不如其他實施例或現有技術的實施方式的實施例并不在本公開的范圍之外，并且可被期望用于特定的應用。
【權利要求】
1.一種車輛,包括: 電池； 充電板，與電池電連接； 傳感器，被構造成響應于在充電板附近有物體而輸出檢測信號； 至少一個控制器，被構造成在電池充電過程期間重復地發(fā)送關聯信號，從而維持通過充電板的電池充電，并響應于接收到檢測信號而中斷關聯信號的發(fā)送，從而停止電池充電。
2.如權利要求1所述的車輛，其中，傳感器還被構造成:響應于在充電板附近沒有物體而輸出空閑信號。
3.如權利要求2所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被構造成:響應于在接收到檢測信號之后接收到空閑信號而發(fā)送恢復信號，從而恢復通過充電板的電池充電。
4.如權利要求2所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被構造成:響應于在接收到檢測信號之后接收到空閑信號而重復地發(fā)送關聯信號，從而恢復通過充電板的電池充電。
5.如權利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被構造成:在充電過程期間，以預定的時間間隔重復地發(fā)送關聯信號。
6.如權利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被構造成:在發(fā)送關聯信號之前，使傳感器起作用。
7.如權利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被構造成:在關聯信號中斷期間，繼續(xù)接收來自傳感器的輸出。
8.如權利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被構造成:響應于接收到檢測信號而發(fā)送終止信號，從而停止通過充電板的電池充電。
9.如權利要求1所述的車輛，所述車輛還包括警報機構，所述警報機構與所述至少一個控制器通信，并被構造成響應于檢測信號而產生警報。
【文檔編號】B60L11/18GK103568858SQ201310298131
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權日:2012年7月19日
【發(fā)明者】道格拉斯·雷蒙德·馬丁, 埃里克·邁克爾·拉維易 申請人:福特全球技術公司