车辆无线充电器安全系统的制作方法

车辆无线充电器安全系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种包括电池和充电区域的车载式充电系统。该系统还包括在充电区域生成使电池充电的电充电信号的无线充电器以及安置为感测邻近充电区域的外物和生物的多个传感器。该系统进一步地包括当外物或生物邻近充电区域时控制充电器至少降低充电信号的控制器。控制器可以配置成当外物或生物邻近充电区域时终止充电信号和/或启动警报元件。
【专利说明】车辆无线充电器安全系统

【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及车辆无线充电系统，更具体地涉及降低充电系统生成的电信号对接近这些系统的外物和生物的暴露。

【背景技术】
[0002]比如手机这样的电池驱动的电子装置使用当电池电荷耗尽时必须再充电的可充电电池。电动和混合动力车辆在它们的驱动系统中也使用当电池电荷耗尽时必须再充电的可充电电池。典型地，电动或电子装置是通过导线连接物理地连接到电充电器的。混合动力和电动车辆中使用的电池也是通过导线连接典型地连接到充电器。最近，比如感应式充电器(inductive charger)这样的无线充电装置已经开发用于在电子接收器装置或车辆和发射器充电装置之间无任何物理导线连接时使这些电池充电。
[0003]通过使用电磁换能器，无线充电器生成电磁场形式的电信号以使电能从充电装置传送到电池或有被充电的电池的装置。通过使用电感线圈，感应式充电器生成磁场形式的电信号以使电能从充电装置传送到有被充电的电池的装置或车辆中的电池。已经提议将感应式充电器用在有电池的车辆的驾驶者座舱里面的各种各样的位置上供车辆使用，为了便于能够容易使用装置，典型地靠近驾驶者和其他乘客。还提议将感应式充电器供混合动力和电动车辆(例如，纯电动车辆(BEV)和插电式混合动力车辆(PHEV))的驱动系统中使用的充电电池使用。
[0004]由这些感应式充电器生成的电磁场(EMF)可以与车辆里面或者接近车辆的乘员、行人和/或外物重叠在一起。与使混合动力或电动车辆的驱动系统中使用的电池充电相联系的EMF可以是能量特别高。因此，以安全的方式提供车辆里面的无线充电器和与电动和混合动力车辆的驱动系统中使用的电池一起使用的无线充电系统是可取的。例如，使电磁场对比如车辆中的驾驶者和其他乘客这样的使用者和/或接近这些充电器和系统的外物或行人的暴露减到最少将是有利的。
[0005]在过去的十年里，贵金属(例如，钼、钯、铑和黄金)的价钱的上升已刺激了对车辆中使用的催化转换器的盗窃的增长。大部分汽车中使用的催化转换器包含贵金属。窃贼已经知道如何从停放的车辆的底部物理地移除催化转换器。对车辆经销商的威胁是严重的，因为许多经销商拥有数百辆停放在陈列室和户外停车场的车辆。卡车、厢式货车和运动型多用途车辆(SUV)特别易受催化转换器盗窃的侵害，因为这些车辆离地面较高。催化转换器的更换成本可以超过1000美元，不包括与车辆修理之前的不可操作性有关的损失。
[0006]制止和/或预防催化转换器的盗窃的已知方法依赖机械地使转换器固定到车辆的装置和组件。这些装置和组件可能由一系列旨在以不能被可能的窃贼容易地移除的配置使转换器连接到车辆的绳索、夹钳及类似物组成。这些组件和装置相当昂贵并且可能接近300美元，相当于催化转换器的更换成本的三分之一。此外，这些面向机械的催化转换器防盗装置和预防系统可以增加可感知的重量至车辆，伴随对燃油效率的不利影响。即使这些机械装置提供的保护阻止窃贼或其他可能的罪犯擅动和/或偷盗催化转换器，这些人在被阻止之前可能仍然对车辆造成显著损坏。因此，对系统造成这些损坏之前，提供可以在开始时阻止可能的罪犯损坏和/或偷盗这些催化转换器系统的催化转换器保护系统是可取的。


【发明内容】

[0007]根据本发明的一个方面，提供了无线充电系统。充电系统包括充电区域和在充电区域生成使装置充电的电充电信号的无线充电器。系统还包括邻近充电区域以感测物体的存在的接近传感器。系统进一步地包括当感测到物体时控制无线充电器至少降低电充电信号的控制器。
[0008]根据本发明的另一方面，提供了车载式无线充电系统。充电系统包括提供在车辆中的充电区域和在充电区域生成使装置充电的电磁场的无线充电器。系统还包括邻近充电区域以感测物体的存在的接近传感器。系统进一步地包括当感测到物体时控制无线充电器至少降低电磁场的控制器。
[0009]根据本发明的进一步的方面，提供了一种控制无线充电系统的方法。方法包括用无线充电器在充电区域里面生成使装置充电的电信号的步骤。方法还包括通过接近传感器感测与充电区域邻近的物体的存在的步骤。方法进一步地包括当感测到物体时控制无线充电器至少降低电信号的步骤。
[0010]本发明的一个附加方面是为车辆提供基于接近度的、包括控制器和催化转换器的催化转换器保护系统，控制器和催化转换器两者位于车辆中。保护系统进一步地包括一对电力地耦接到控制器并且邻近转换器的电极。控制器监控电极之间的电容以检测靠近转换器的车辆外部的移动。
[0011]本发明的另一方面是为车辆提供基于接近度的、包括位于车辆中的控制器和在车辆中的多个催化转换器的催化转换器保护系统。保护系统进一步地包括一对电力地耦接到控制器并且邻近每个转换器的电极。控制器监控电极之间的电容以检测靠近每个转换器的车辆外部的移动。
[0012]根据本发明的进一步的方面，提供了包括电池和充电区域的车载式充电系统。系统还包括在充电区域生成使电池充电的电充电信号的无线充电器，以及安置为感测邻近充电区域的外物和生物的多个传感器。系统进一步地包括当外物或生物接近充电区域时控制充电器至少降低充电信号的控制器。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了包括电池和充电区域的车载式充电系统。系统还包括在充电区域生成使电池充电的电充电信号的无线充电器，以及安置为感测邻近充电区域的外物和生物的多个电容传感器。系统进一步地包括耦接到传感器的用于评价邻近充电区域的外物和生物的存在的控制器。
[0014]根据本发明的附加方面，提供了包括车辆、车辆组件和在车辆中的控制器的车载式保护系统。系统还包括多个配置成发送与邻近组件的外物和生物的存在有关的电容数据至控制器的传感器。此外，控制器至少部分地以接收到的电容数据为基础评价接近组件的外物和生物的存在。
[0015]通过研究下述说明书、权利要求和附图，本发明的这些和其他方面、目的和特征将被本领域的技术人员所理解和领会。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]在附图中:
[0017]图1是根据几个实施例的在各种可能位置使用无线充电器的车辆的驾驶者座舱的透视图；
[0018]图2是根据一个实施例的车辆驾驶者座舱的一部分的放大图，进一步说明使用接近传感装置和控制装置以降低电磁场对车辆中的乘员的暴露的充电系统；
[0019]图3是根据另一个实施例的车辆驾驶者座舱的一部分的放大图，进一步说明使用无线充电器周围的接近传感装置的充电系统；
[0020]图4是根据一个实施例的感应充电系统的方框图；
[0021]图5是根据一个实施例的说明用于控制感应充电以降低电磁场对乘员的暴露的程序的流程图；
[0022]图6是根据附加实施例的基于接近度的催化转换器保护系统的俯视示意图；
[0023]图7A是根据另一个实施例的供两个催化转换器使用的基于接近度的催化转换器保护系统的俯视示意图；
[0024]图7B是根据进一步的实施例的供三个催化转换器使用的基于接近度的催化转换器保护系统的俯视示意图；
[0025]图7C是根据附加实施例的供四个催化转换器使用的基于接近度的催化转换器保护系统的俯视示意图；
[0026]图8是根据另一个实施例的供纯电动车辆使用的充电器安全系统的俯视示意图；
[0027]图8A是图8中描绘的充电器安全系统的侧视示意图；
[0028]图9是根据进一步的实施例的供插电式混合动力车辆使用的组合的充电器安全和保护系统的俯视不意图；
[0029]图1OA是根据附加实施例的具有环形传感器布置的安全系统的俯视示意图；以及
[0030]图1OB是根据另一个实施例的具有参考传感器的安全系统的俯视示意图。

【具体实施方式】
[0031]按照规定，这里公开了本发明的详细的实施例；然而，应该理解的是，公开的实施例只不过是可能以各种形式和可选形式实施的本发明的示例。附图不一定涉及详细设计；一些示意图可以被放大或缩小以显示功能概述。因此，这里公开的具体结构和功能细节不应理解为限制，而仅仅是教导本领域技术人员多方面地使用本发明的典型基础。
[0032]参考图1-3，总体上说明具有使用各种实施方式的无线充电系统30的乘客舱12的机动车辆10的内部。车辆10通常包括含前排驾驶者座椅14和前排乘客座椅16的座椅布置，前排驾驶者座椅14和前排乘客座椅16的每个适合容纳一个作为车辆10的乘客舱12中的乘员的人。车辆10还包括布置在前排座椅14和16之间的中央控制台18、总体上在座椅14和16的前面的仪表板20以及邻近每个座椅14和16的侧门扶手22。中央控制台18、仪表板20和扶手22以及其它车辆总成，可以配备有比如托盘和贮存箱这样的可接纳一个或多个无线充电装置的各种装置支承物。车辆10可以进一步地包括后排座椅以及位于后排就座区域中的无线充电托盘和贮存箱。
[0033]车辆10可以配备有一个或多个无线地使一个或多个装置充电的无线充电系统30，该装置包括在电子装置里面的一个或多个提供电功率的可充电电池。在一个实施例中，在中央控制台18所提供的贮存托盘或专用托盘中可以提供一个或多个无线充电系统30。无线充电系统30包括比如根据一个实施例的感应式充电器这样的无线充电器。感应式充电器典型地包括一个或多个在充电区域24里面生成典型地处于低频的电磁场(EMF)形式的电信号的电感线圈。在所示的实施例中，充电区域24可以由接纳装置的托盘或贮存箱所限定，因此当装置位于充电区域24里面时，可以通过电磁场经由电感耦合使装置充电。根据另一个实施例，无线充电系统30可以使用车辆仪表板20上所提供的一个或多个衬垫或托盘上提供的充电区域24。根据进一步的实施例，无线充电系统30可以使用具有位于从车辆车门延伸的扶手22里面的托盘中的感应式充电器(未示出)的充电区域24。在这些实施例的每一个中，无线充电系统30具有适合接纳比如可充电电池或使用可充电电池的电动装置或电子装置25这样的一个或多个装置的充电区域24，该装置可以通过充电区域中的电信号充电并且使车辆10的乘客舱12里面的驾驶者或其他乘客容易接近。可以由充电系统30充电的电子装置25的实例包括手机、平板电脑、视频游戏、照相机、收音机、照明装置以及音乐和视频播放器。
[0034]车辆充电系统30包括一个或多个用于在充电区域24中生成使比如可充电电池或包含可充电电池的电子装置这样的装置充电的电充电信号的无线充电器。无线充电器可以包括生成电磁场的感应式充电器。感应式充电器可以包括一个或多个位于比如衬垫这样的充电区域24的下面或底部表面上的用于在充电区域24中生成电磁场的电感线圈。为了使一个或多个可充电电池充电，电磁场进入充电区域24并且旨在耦合到提供在装置25中一个或多个电感线圈以便向那里传送电能。因此，电磁场存在于充电区域24里面。当就座在车辆里面的乘员与无线充电系统特别是充电区域24靠得很近时，防止电磁场传输入使用者的身体是可取的。无线充电系统30使用一个或多个邻近充电区域24的、感测比如靠近或邻近充电区域24的人的身体部分这样的物体的存在的接近传感器32，并且当感测到物体时降低充电信号。
[0035]如图2所示，接近传感装置可以包括一个或多个至少位于充电区域的一侧的接近传感器32。图中示出了第一和第二接近传感器32，第一接近传感器32位于托盘里面的充电区域24和车辆座椅14之间，并且另一个接近传感器32位于充电区域24的相对侧和对侧座椅16之间。根据另一个实施例，如图3所示，充电区域24可能实质上被一个或多个接近传感器32所围绕。在所示的实施例中，四个单独的接近传感器32可以围绕着充电区域24的周边布置。根据另一个实施例，单个接近传感器32可以成形为围绕充电区域24。在进一步的实施例中，一个或多个接近传感器32可以位于充电区域24的下面或充电区域24上面的盖中或其它适合于检测与充电区域24邻近的物体的位置。
[0036]根据一个实施例，接近传感器32可以是电容式传感器。接近传感器32提供感测使用者关于一个或多个接近传感器的接触或邻近的感测激活场(sense activat1nfield)，比如感测物体28——如使用者的手臂、腿或手指——的存在。在这个实施例中，每个接近传感器32的感测激活场是电容场，并且使用者的身体部分具有引起感测激活场中的变化或扰动的导电性能和介电性能，这对本领域的技术人员来说应该是显而易见的。然而，本领域的技术人员应该领会的是，可以使用比如但不限于电感式传感器、光学传感器、温度传感器、电阻式传感器、超声波传感器、激光器、场效应传感器、类似的东西或它们的组合这样的附加或可选类型的接近传感器感测与充电区域24邻近的物体。示例性的接近传感器在2009年4月9日的爱特梅尔公司触摸传感器设计指南的 10620D-AT42-04/09 (Apri 19, 2009 ATMEL " Touch Sensors Design
Guide, 10620D-AT42-04/09)中描述，通过引用的方式将其整个参考结合于此。
[0037]接近传感器32可以配置成提供由距离阈值TD所示的可调范围，在距离阈值TD内感测物体。如图2所示，通过改变距离阈值TD可以调整可调范围。根据一个实例，可以调整距离阈值TD以感测处于在2和12厘米之间可调的范围之内的物体。通过使用软件调整一个或多个电容式传感器的脉冲时间(burst length)可以实现这些，以便调整接近传感器的感测激活场相对于充电区域24的距离。因此，无线充电系统30可以具有可调的接近传感装置以适应多种多样的车辆和充电器配置以及使用者。此外，应该领会的是，在检测到比如电话上键盘的使用这样的装置使用的情况下，可以减少或延缓充电。
[0038]根据一个实施例，当在充电区域里面或在12厘米(12cm)的距离之内检测到物体时，接近传感器32可以感测到物体与充电区域邻近。在一个实施例中，当接近传感器感测到物体时，无线充电系统控制无线充电器至少降低电充电信号。根据另一个实施例，当感测到物体与充电区域邻近时，无线充电系统禁止或关掉充电。根据进一步的实施例，当感测到在比如距充电区域12厘米这样的第一距离的物体时，无线充电系统可以首先降低电充电信号，然后当检测到在比如距充电区域2厘米这样的第二更近距离的物体时，无线充电系统可以进一步地降低或关掉电充电信号。如果一个人使身体部分放置在非常靠近充电区域24或直接在充电区域24中，电信号功率从而可以降低到仍然维持对装置的充电和延缓充电的等级。
[0039]接近传感器32可以包括具有固定的开关频率或动态的开关频率的电容式传感器。用动态开关频率，通过改变频率，可与充电信号频率重叠或落入与充电信号频率相同的频带中的频率可以避免对它的干扰。此外，为了避免干扰，可以采用屏蔽充电器所使用的那些频率的电容式开关电路，或者充电器可以屏蔽接近传感器所使用的频率。
[0040]参考图4，进一步说明具有控制电路的无线充电系统30，控制电路在一个实施例中显示为包括微处理器40和存储器44的控制器40a。控制器40a可以包括其它或附加的模拟和/或数字电路。保护程序100和可调的触发距离参数150储存在存储器44里面。控制器40a接收作为输入的接近传感器32的输出和表明例如打开或关闭这样的当前充电器状态的信号。控制器40a关于保护程序100处理输入，并且当接近传感器感测到物体时生成至具有电感线圈27的感应式充电器26的输出以便至少降低或禁止充电器26在充电区域里面生成电充电信号。通过选择调整触发距离参数150，可以调整接近传感器32的传感范围。
[0041]图5中说明了根据一个实施例的保护程序100。程序100从步骤102开始并且继续进行至判定步骤104以判定是否无线充电器打开，以及如果没有打开则返回到步骤104。如果判定无线充电器打开，程序100继续进行判定步骤106以判定是否已用接近传感器感测到与充电区域邻近的物体。通过邻近，感测到的物体可以位于充电区域中或者充分接近充电区域，比如在12厘米之内。如果没有感测到与充电区域邻近的物体，程序100返回到步骤104。如果用接近传感器感测到与充电区域邻近的物体，程序100继续进行至步骤108以降低或禁止对充电区域里面的装置充电。应该领会的是，当不再判定物体与充电区域邻近时，无线充电继续。因此，当感测到与充电区域邻近的物体时，降低或消除充电区域里面的电磁场强度。
[0042]因此，当检测到与充电区域邻近的比如人的身体部分这样的物体时，无线充电系统有利地降低或禁止充电区域里面的电磁场形式的电信号。这有利地防止了电磁场透入人的身体。无线充电系统特别适合于在使用者典型地使个人电子装置放置在伸手可及处这样的车辆中的使用。然而，该系统还可能对其它应用有用。应该领会的是，当接近传感器不再感测到物体时，可以增加和重新开始无线充电。
[0043]根据图6所示的附加实施例，可以使用基于接近度的催化转换器保护系统170保护车辆173中的催化转换器171的完整。系统170包括一对电极174和175，电极174和175两者电力地耦接到控制器177。如图所示，催化转换器171包括左侧172a、右侧172b、正面部分176a和后面部分176b。同样地，车辆173包括左侧173a、右侧173b、正面部分178a和后面部分178b。
[0044]电极174和175分别邻近催化转换器171的左侧172a和右侧172b (参照图6)。电极174和175可以由优化它们之间的电容的变化的检测的材料制造。电极174和175也可以邻近催化转换器171的正面部分176a和后面部分176b。此外，电极174和175可以位于其它方向，条件是它们邻近催化转换器171的两个相对侧或表面(例如，分别是正面和后面部分176a和176b)。
[0045]控制器177配置在保护系统170里面监控电极174和175之间的电容以检测在车辆173外部并且邻近转换器171的物体的移动。邻近催化转换器171的物体、动物和/或个人的移动将引起测量的电极174和175之间的电容相对于基准阈值的变化。使用这个数据，控制器177可以评价非法的个人和/或非法的个人所使用的物体是否停留在催化转换器171面前。系统170的一个优势是它可以检测邻近转换器171的非法的个人的存在，先于他或她擅动或者以其它方式试图移除催化转换器171。
[0046]保护系统170可以使用控制器177在邻近转换器171的非法的个人损坏车辆173和/或转换器171之前发出警报。可选地，控制器177可以电力地耦接到警报元件180，以启动向在车辆173附近的非法的个人或其他人发信号的警报器。警报元件180也可以用来向处于远距离位置的包括车辆拥有者这样的其他人发出邻近转换器171的这些非法的个人和/或物体的存在的信号。警报元件180可以配置为音响装置(例如，喇叭)或视觉装置(例如，闪光或频闪灯)。警报元件180也可以配置成类似于已知的车载式防盗信号组件和方案(例如，交替次序的前照灯、尾灯和其它信号灯闪光，随后是一系列听得见的喇叭信号)。警报元件180还可以包括根据控制器177的异常电阻等级的测量通知政府当局、车辆拥有者和/或其它责任主体(例如，商业防盗服务)的无线发射装置。当无线装置并入警报元件180时，为了提高逮捕转换器窃贼或正在行动的破坏分子的机会，系统170也可以配置成无声并且在车辆上没有视觉指示。警报元件180甚至可以包括邻近催化转换器171安装的照相机装置(未示出)以获得可能的窃贼和/或其他非法的个人的影像证据。此外，警报元件180可以配置为能够生成多个警报信号的可变输出类型的警报组件。例如，警报元件180可以是能够产生可变分贝等级的喇叭或能够产生可变光强度等级的信号灯。
[0047]通过测量电极174和175之间的电容，控制器177可以检测邻近催化转换器171的非法的个人(例如，可能的催化转换器窃贼)、动物或物体(例如，被用于盗窃和/或擅动催化转换器的设备)的存在。在一种检测方法中，控制器177可以使电极174和175之间的测量电容与预定的电容阈值相比较。电容阈值是以处于在电极之间没有非法的个人、动物或物体的正常操作状态下的电极174和175之间的测量电容为基础。因此，由控制器177检测的超过阈值的电容等级可以表明非法的个人、动物或物体的存在。于是，测量电容等级一超过该阈值，这个控制器177就可以通过警报元件180发出警报。
[0048]在另一种方法中，控制器177配置成从瞬态响应过滤掉不表明邻近转换器171的非法的个人或物体的存在的误报读数。例如，猫、狗、啮齿动物、在车辆173下面随着风而移动的枯枝或草以及其它这样效果的物体的存在可以引起由控制器177测量的电极174和175之间的电容等级的变化。由于这些情况经常是短期的和/或造成电容等级的变化低于由非法的个人和/或物体的存在所引起的那些电容等级的变化，控制器177过滤它们是可能的。例如，除了与上述瞬态响应有关的数据以外，可以生成表明非法的个人和物体的存在的电容经验数据。电容振幅和持续时间的预定阈值可以基于这些经验数据被编程至控制器177以允许控制器177过滤掉这些瞬态响应。
[0049]同样地，天气状况(例如，雪、冰、灰尘等的积聚)在相当长的一段时间内可以引起电极174和175之间的测量电容的细微变化。因此，这些变化在很长的一段时间内可能超过给定的上限阈值(例如，基于先前开发的经验数据)，但是在性质上不同于由邻近转换器171的非法的个人和/或物体的存在所引起的短时间内的突然变化。在一种这样的检测方案中，例如，仅当检测到电极174和175之间的电容变化超过预定的电容阈值达到预定时间段，控制器177就引起警报元件180的启动。使用这两个阈值，保护系统170可以使用控制器177将在较长的一段时间内生成的不表明非法的个人和/或物体的存在的误报读数作为漂移过滤掉。
[0050]根据另一种检测方案，根据超过第一预定阈值达到第一预定的时间段的电极174和175之间的电容变化的检测，控制器177可以启动警报元件180至第一输出电平。第一警报等级可犹如警告指示。那些警告指示可以用于刺激啮齿动物、宠物和其它动物离开催化转换器171。在一些情况下，警告指示还能刺激仅部分地进入电极174和175之间的检测区域的非法的个人离开车辆。然而，这个时候，保护系统170更可能面临评价电极174和175之间的测量的电容等级是否实际上是由非法的个人、动物或物体所引起的需要。因此，根据超过第二预定阈值达到第二预定的时间段的电极174和175之间的电容等级的变化的检测，检测方案需要控制器177启动警报元件180至第二完全警报等级。可以使用各种各样的方案从瞬态条件(例如，啮齿动物)调除不表明接近催化转换器171的非法的个人或物体的存在的误报。应该理解的是，控制器177使用的检测方案可以使用各种阈值电容等级、用于这些变化的阈值持续时间和这些阈值的多重等级，以便有效地区分邻近转换器171的非法的个人和物体的存在以及来自其它瞬态条件的误报。这些方案可以通过常规试验法开发，以评价在电极174和175之间观察到的由各种可能的瞬态条件所引起的、不表明邻近催化转换器171的非法的个人和物体的存在的电容变化。
[0051]图6中还描绘了，保护系统170可选地可使用子系统来保护电力地耦接到控制器177和警报元件180的电源179。特别是，系统170可以包括邻近电源179的电极181和182。类似于布置在邻近催化转换器171的左和右侧172a和172b (或正面和后面部分176a和176b)的电极174和175，这些电极181和182可以布置在邻近电源179的两个相对侧。当系统170布置有邻近电源179的电极181和182时，控制器177也监控电极181和182之间的电容变化以检测邻近电源179的非法的个人和物体的移动。早先描述的忽视误报并检测这些与催化转换器171有关的非法的个人和物体的方案，可以同样地使用于靠近电源179的这些个人和物体的检测。此外，警报元件180 (例如，喇叭、汽笛或其它警报装置)可以位于电极181和182的检测区域里面，或者位于由电极174和175所形成的区域里面。这提供了针对擅动警报元件180的保护。
[0052]根据图7A-7C所示的其它实施例，可以使用基于接近度的催化转换器保护系统190来检测邻近位于给定的车辆173中并且关于引擎192的排气系统(未示出)布置的多个催化转换器(即，转换器171a、171b、171c、171d等)的非法的个人和物体的存在。图7A-7C中描绘的系统190使用的组件和检测方案几乎和保护系统170使用的那些组件和方案(参照图6)完全相同。例如，一对电极174和175被控制器177利用于检测与邻近多个转换器171a、171b、171c和171d的一个或多个的非法的个人和物体的存在有关的电容的变化。基于接近度的保护系统190中使用的电极174和175所提供的宽广的覆盖范围可提供优于有多个催化转换器的车辆中使用的以电阻为基础的系统(参照通过引用的方式结合于此的专利申请号为13/726,441的美国专利文件)所提供的成本节约。这是因为以电阻为基础的系统通常需要用于每个催化转换器的多个电阻元件和监控电路。
[0053]在系统190中，电极174和175可以分别位于车辆的左和右侧173a和173b。此夕卜，电极174可以位于邻近车辆173中的最左边的转换器171a和171c的左侧(例如，参照图7C)。同样地，电极175可以位于邻近车辆173中的最右边的转换器171b和171d的右侧(例如，参照图7C)。总之，目的是使用电极174和175，以使它们限定了在它们之间的区域，该区域有效地覆盖了多个催化转换器171a、171b、171c和171d。例如，电极174和175还可以位于邻近车辆173的正面和后面部分178a和178b以跨越多个转换器171a、171b、171c和171d。因此，保护系统190可以使用电极174和175以检测与邻近车辆173中使用的多个转换器171a、171b、171c和/或171d中的任何转换器的移动有关的电容变化。此外，警报元件180可以位于电极174和175的检测区域以提供针对擅动警报元件180的保护。
[0054]根据图8和8A所示的附加实施例，充电器安全系统200可以用于使它的电池206充电期间所产生的EMF对电池驱动的电动车辆201附近的外物和生物的暴露减到最少。如图所示，车辆201可以包括耦接到电动机204的再生制动总成202。电池206可以配置在车辆201里面以驱动电动机204。此外，车辆201可以是任何具有含电池206的电力推进装置特征的车辆。电池206典型地由一组布置成驱动车辆201的可充电电池组成。此外，通过到车辆201的外部有线连接(例如，外部120V或220V充电插头)，充电器端口 208可以用来使电池206充电。
[0055]系统200包括电池206、充电区域210和无线充电接收器214。无线充电接收器214收集并整流由无线充电站(车外)212在充电区域210中生成的电信号(例如，可能携带或可能不携带信息的EMF)以命令为电池206充电。同样地，充电接收器214提供一种为用于车辆201操作的电池206充电的可选方法。充电接收器214可以通过导线215耦接到电池206。可以使用车辆201下面的无线充电站212在充电接收器214中通过例如感应生成EMF和/或其它电信号。由无线充电站212生成的EMF和由充电接收器214生成的任何附加的EMF和/或其它电信号可以限定如图8和8A所示的充电区域210。取决于充电站212和接收器214里面的线圈的形状，充电区域210可以限定为矩形、椭圆形、圆形或其它类似的形状。该充电区域210在充电接收器214和站212的附近。在充电接收器214和站212的操作期间处于充电区域210中的外物(例如，金属工具、硬币和其它含铁和非含铁物体，包括易受EMF的暴露影响的物体)和生物(例如，行人、车辆乘员、接近车辆201的个人、动物和宠物)可暴露于各种EMF等级。
[0056]充电器安全系统200进一步地包括一对邻近充电区域210布置的传感器216。将传感器216安置为感测邻近充电区域210的外物和生物的存在。如图8和8A所示，一个传感器216放置在车辆201的左侧并且另一个传感器216放置在车辆201的右侧,两个传感器216位于与充电区域210的外部边界邻近。应该理解的是，为了感测邻近充电区域210的外物和生物的存在，传感器216可以放置在车辆201里面或车辆201上的其它位置。还应该清楚的是，可以使用任何数量的邻近充电区域210的传感器216和布局配置，这取决于系统200中利用的传感器类型、所需的灵敏度、无线充电站212里面的充电器线圈的形状以及与比如成本、燃油效率和空间约束这样的车辆设计有关的其它因素。还应该理解的是，在车辆201中用于其它用途的传感器(例如，配置成启动升降门的接近传感器)也可以在系统200中使用以充当传感器216。
[0057]传感器216还可以包含能够评价例如传感器之间的测量的电容等级的微处理器(未示出)。这些电容等级根据邻近充电区域210的外物和生物的存在变化。由传感器216所提供的其它数据(取决于使用为传感器216的传感器的类型)也可以用于感测这些物体和生物的存在。例如，为了这个目的，传感器216可以使用红外线、热量、振动以及其它类型的接近传感器。因此，传感器216可以配置成确定在充电区域210附近的外物和生物的存在。
[0058]充电器安全系统200还包括控制器217。该控制器可以通过传感器导线218耦接到传感器216。控制器217也可以通过控制导线219耦接到充电接收器214。控制器217可以配置成至少以由传感器216通过传感器导线218提供给它的数据为基础，通过控制导线219控制充电接收器214。同样地，控制器217可以直接依赖由传感器216所提供的数据和评价。可选地，控制器217可以包含布置成至少部分地以接收自传感器216的数据为基础评价邻近充电区域210的外物和生物的存在的微处理器(未示出)和其它有关组件。于是，当外物或生物邻近充电区域210时，控制器217可以控制充电接收器214至少降低充电区域210中的电信号。控制器217也可以响应于这些物体和/或生物的存在终止充电区域210中的这些电信号。控制器217也可以通过充电站212里面的发射机和充电接收器214里面的接收器线圈之间的低频(LF)或射频(RF)通信为充电站212提供降低或终止发射机功率的指令。在其它配置中，通过利用传输这些指令的车辆201的远程进入系统(未示出)、远程信息通信装置(未示出)或其它无线装置，控制器217能够引起充电站212里面的发射机功率的终止或降低。同样地，为了提高安全性，可以利用控制器217使EMF对这些物体和生物的暴露减到最少或消除EMF对这些物体和生物的暴露。
[0059]还如图8和8A所示，充电器安全系统200中使用的控制器217可以耦接到警报元件220。根据邻近充电区域210的外物或生物的检测，控制器217可以启动警报元件220发出这些物体和/或生物的存在的信号。例如，警报元件220可以是喇叭、汽笛、视觉指示器或其它发信号的元件。当被启动时，警报元件220可以在充电站212和充电接收器214的操作期间阻止生物移动到或停留在邻近充电区域210。为了安全，警报元件220也可以用来阻止个人放置外物在充电区域210附近。例如，在充电站212和充电接收器214的操作期间，放置于邻近充电区域210的金属工具可以遭受来自与充电车辆201中的电池206有关的无线充电行动所生成的EMF的大量能量。这些能量可以引起金属工具升温，对邻近车辆201的个人造成安全危害。
[0060]此外，如果外物没有从邻近充电区域210处移除(例如，邻近充电区域210的饮料罐)，控制器217可以被编程在预定的一段时间之后停用警报元件220。控制器217使警报元件220停用的这些行动可以保存电池206中的电荷和/或电池的寿命。此外，如果控制器217已经通过远程信息处理、W1-F1、蓝牙、双向远程遥控输入装置或其它无线装置降低或消除充电区域210中的充电信号，控制器217可以无线地通知例如车辆201的使用者。然后，控制器217可以通知这个人与充电区域210中的电信号的终止或降低有关的增加的充电时间。
[0061]参考图9，其描绘了根据进一步的实施例的组合的车辆安全和保护系统250。组合系统250可以用于使EMF对插电式混合动力车辆电池驱动的电动车辆201a附近的外物和生物的暴露减到最少。在对车辆201a中的电池206充电的期间，这些EMF可以在充电区域210中生成。车辆201a包括耦接到电动机204的再生制动总成202。电池206设置在车辆201a里面为电动机204提供电力。此外，通过到车辆201a (未示出)的外部有线连接(例如，外部120V或220V充电插头)，充电器端口 208可以用来使电池206充电。
[0062]如图9的描绘，组合的车辆安全和保护系统250以与安全系统200 (参照图8、8A)类似的方式操作，来使EMF对邻近车辆201a的充电区域210的外物和生物的暴露减到最少或消除EMF对邻近车辆201a的充电区域210的外物和生物的暴露。除非另有说明，图9描绘的组合的安全系统250和图8、8A描绘的安全系统200中的同样编号的组件配置成彼此类似并以同样的方式操作。例如，可以放置系统250的传感器216以感测邻近车辆201a的充电区域210的外物和生物的存在。
[0063]此外，如图9所示，车辆201a包括内燃机222并且内燃机222可以耦接到再生制动总成202。内燃机222进一步地连接到包括催化转换器元件224的排气系统225。注意，一些车辆201a的配置具有一个催化转换器元件224或两个以上的催化转换器元件224。此夕卜，传感器216可以邻近催化转换器元件224在车辆201a里面以向后的方向延伸(参照图9)。传感器216也可以配置成更紧密地跟随车辆201、201a里面的充电器安全装置(例如，图8、8A描绘的系统200)和组合的安全系统(例如，包含转换器元件224的系统250)的特定轮廓。因此，也可以使用组合的安全和保护系统250阻止或防止对催化转换器元件224的盗窃和擅动。当以这种方式使用时，组合系统250依赖传感器216检测邻近催化转换器元件224的非法的个人或物体的存在。控制器217也可以利用来自传感器216的数据评价这些物体和生物的存在，并且响应于这些条件启动警报元件220。早先描述的与系统170 (参照图6)和190 (参照图7A-7C)有关的技术和方法也可以被图9描绘的组合的安全和保护系统250所利用。
[0064]如图9所不,一个传感器216放置在车辆201a的左侧并且另一个传感器216放置在车辆201a的右侧，两个传感器216邻近充电区域210的外部边界。此外，传感器216放置为邻近催化转换器元件224。然而，应该理解的是，为了感测邻近充电区域210和催化转换器元件224的外物和生物的存在，传感器216可以放置在车辆201a里面或车辆201a上的其它位置。还应该清楚的是，可以使用任何数量的邻近充电区域210和/或催化转换器元件224的传感器216，这取决于系统250中利用的传感器类型、所需的灵敏度以及与车辆201a的设计有关的其它因素(例如，成本、燃油效率、空间约束等)。
[0065]参考图10A,其描绘了根据另一个实施例的利用一对环形传感器256a、256b的安全系统260。除非另有说明，安全系统260以与系统200同样的方式操作并且利用与系统200相同的同样编号的组件(参照图8、8A)。然而，在系统260中，传感器216被内部环形传感器256a和外部环形传感器256b所取代，内部环形传感器256a和外部环形传感器256b两者配置成邻近充电区域210并且耦接到控制器217。安全系统260中使用的传感器256a和256b相比于系统200和250所利用的传感器216 (参照图8、8A和9)，可以更有效地检测邻近充电区域210的外物和生物的存在。另一方面，图1OA描绘的传感器256a和256b具有比传感器216更多的表面面积，因此需要更多的空间并具有更多的重量一对某些车辆应用来说并不理想的属性。此外，当传感器256a和256b在类似于组合系统250 (参照图9)的安全系统260中使用时，只有它们无法用于感测邻近充电区域210和催化转换器224 (参照图9)两者的外物和生物的存在的组合目的。为了达到这个目的，另一组传感器256a和256b (或类似的传感器)需要放置于邻近催化转换器224并且耦接到控制器217。
[0066]因此，应该清楚的是，各种各样的传感器216、256a、256b以及其它基于它们在车辆201、20Ia中的布置，可以用在系统200、250和260中(参照图8、8A、9和10A)来检测邻近充电区域210、催化转换器元件224和/或其它车载式组件的外物和生物的存在。车辆201、201a里面的不同数量和配置的传感器216、256a、256b可以用于这些功能。此外，类似于传感器216、256a和256b的追加数量和尺寸的传感器可以放置在车辆201、201a里面以提供更多的充电区域210覆盖范围和额外的灵敏度。与传感器216、256a、256b等有关的车辆201、201a里面的空间和重量约束可以通过所需的对邻近充电区域210、催化转换器元件224和其它车载式组件的外物和生物的精确检测的需要来进行平衡。
[0067]图1OB描绘了根据进一步的实施例的配置成过滤掉与邻近充电区域210的外物和生物的存在无关的瞬态条件的充电器安全系统280。如图所示，安全系统280可以类似于图8描绘的系统200地在车辆201中利用。尤其，安全系统280包括以与结合系统200所不出的传感器216 (图8)类似的方式配置的传感器216。然而,系统280也包括通过参考传感器导线268耦接到控制器217的参考传感器270。应该理解的是，系统280 (包括参考传感器270)还可以在使用类似于图9描绘的具有邻近充电区域210和催化转换器224的传感器216的组合系统250的系统的车辆201a中利用。
[0068]安全系统280可以依赖由参考传感器270和传感器216提供的数据来过滤与邻近充电区域210和/或催化转换器元件224(参照图9)的外物和生物的存在无关的瞬态条件。尤其，为了这个目的，控制器217可以依赖由参考传感器270和传感器216提供的组合数据。例如，车辆201、201a可以在劲风中移动(例如，车辆可以围绕着它的长轴顺时针或逆时针方向地斜移)，这引起由传感器216感测的数据(例如，电容等级)的轻微变化。
[0069]例如，由劲风所引起的车辆201、201a的移动可以轻微地改变传感器216之间的距离，因此引起由传感器216测量的电容等级的变化。然而，控制器217可以依靠由参考传感器270提供的附加数据以过滤掉这些瞬态条件。可能的是，由劲风引起的车辆201、201a的移动将改变传感器216之间的测量的电容等级，但是对参考传感器270和其中一个传感器216之间的测量电容有较小的影响。可以被系统280 (或另一个使用系统280的构思的安全和保护系统)过滤的其它瞬态条件包括不太可能受EMF暴露的影响和/或与特定车辆组件(例如，图9描绘的催化转换器元件224)的保护不相关的邻近充电区域210的枯枝、碎片、垃圾和其它物体的移动。
[0070]通过利用与车辆201、201a、参考传感器270和传感器216的特定几何结构有关的算法和预定关系式，控制器217可以区分瞬态条件和邻近充电区域210和/或催化转换器224的外物和生物的存在。更进一步地，作为时间的函数的预定关系式和算法可以编程至控制器217，以将其它已知的与被系统280作为目标的外物和生物无关的瞬态条件纳入考虑。例如，系统280和控制器217可能配置成保护宠物(例如，狗和猫)不受EMF的暴露，同时不对邻近充电区域210的昆虫的移动或存在作出反应。控制器217的这些编程可能以参考传感器270和传感器216响应于可能进入充电区域210中的宠物、昆虫和其它物体的存在所测量的不同信号的在先认识为基础。
[0071]上述结构可以在不背离本发明构思的情况下做出变化和修改。此外，这些构思旨在被权利要求所覆盖，除非这些权利要求通过其语言另有明确阐述。
【权利要求】
1.一种车载式充电系统,其特征在于,包含: 电池； 充电区域； 在充电区域中生成使电池充电的电充电信号的无线充电器； 安置为感测邻近充电区域的外物和生物的多个传感器；以及 控制器，当外物或生物邻近充电区域时，该控制器控制充电器至少减少充电信号。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，控制器进一步地配置成当外物或生物邻近充电区域时终止充电信号。
3.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，控制器进一步配置成当外物或生物邻近充电区域时启动警报组件。
4.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，多个传感器生成电容数据以感测邻近充电区域的外物和生物。
5.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，多个传感器耦接到控制器，并且进一步地，其中控制器至少部分地以来自传感器的输入数据为基础评估邻近充电区域的外物和生物的存在。
6.—种车载式充电系统,其特征在于,包含: 电池； 充电区域； 在充电区域生成使电池充电的电充电信号的无线充电器； 安置为感测邻近充电区域的外物和生物的多个电容传感器；以及 耦接到传感器的用于评估邻近充电区域的外物和生物的存在的控制器。
7.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，控制器进一步地配置成当外物或生物邻近充电区域时终止充电信号。
8.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，控制器进一步地配置成当外物或生物邻近充电区域时启动警报组件。
9.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，控制器至少部分地以来自传感器的输入数据为基础评估邻近充电区域的外物和生物的存在。
10.根据权利要求9所述的充电系统，其特征在于，多个传感器包括参考传感器。
【文档编号】H02J7/00GK104167773SQ201410205773
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】约翰·罗伯特·范·维米尔斯, 理查德·威廉·考茨, 斯图尔特·G·索尔特, 康奈尔·路易斯·加德纳, 唐·大卫·普赖斯 申请人:福特全球技术公司