车辆电池充电系统和方法
【专利摘要】一种车辆，所述车辆包括：电池；充电板，与电池电连接；传感器，检测充电板附近的物体。所述车辆还包括控制系统，所述控制系统在电池充电过程期间重复地发送关联信号，以维持通过充电板的电池充电，并响应于在充电板附近检测到物体而中断关联信号的发送，以停止电池充电。
【专利说明】车辆电池充电系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及车辆电池的再充电。
【背景技术】
[0002]随着车辆推进和电池技术的进步，用于电池电动车辆(BEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)的充电方法的普及度已经提高。
【发明内容】
[0003]一种车辆包括:电池；充电板，与电池电连接；传感器，响应于在充电板附近有物体而输出检测信号；至少一个控制器。所述至少一个控制器在电池充电过程期间重复地发送关联信号，从而维持通过充电板的电池充电。所述至少一个控制器还响应于接收到检测信号而中断关联信号的发送，从而停止电池充电。
[0004]一种车辆包括:电池；充电板，与电池电连接；传感器，当在充电板附近有物体时输出检测信号；至少一个控制器。所述至少一个控制器在通过充电板给电池充电期间向充电系统重复地发送关联信号，从而充电系统维持电池充电。所述至少一个控制器还在从传感器接收到检测信号时中断关联信号的重复发送，从而暂停电池充电。
[0005]传感器还被构造成:当在充电板附近没有物体时输出空闲信号。
[0006]所述至少一个控制器还被构造成:响应于在接收到检测信号之后接收到空闲信号而恢复关联信号的重复发送。
[0007]所述至少一个控制器还被构造成:响应于不再接收到检测信号而恢复关联信号的
重复发送。
[0008]一种用于给车辆电池充电的方法包括:响应于在充电板附近有物体而输出检测信号，否则输出空闲信号；在电池充电过程期间向充电系统重复地发送关联信号，从而充电系统维持电池充电过程；响应于接收到检测信号而中断关联信号的重复发送，从而充电系统停止充电过程。
[0009]所述方法还包括:响应于接收到空闲信号而恢复关联信号的重复发送，从而充电系统恢复充电过程。
[0010]所述方法还包括:响应于检测信号而产生警报。
[0011]关联信号的重复发送以预定的时间间隔发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是停驻在充电站处的车辆的图解视图；
[0013]图2是用于在车辆和车辆充电器之间执行持续的无线关联的算法的流程图；
[0014]图3是用于管理感应充电的算法的流程图，所述算法包括检测充电区域附近的外物。【具体实施方式】
[0015]在此描述本公开的实施例。然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是示例，其他实施例可采取各种形式及替代的形式。附图未必合乎比例；一些特征可能会被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体的结构和功能上的细节不应该被解释为限制，而仅仅被解释为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基准。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其他附图中示出的特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的结合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种结合和变型对于具体应用或实施方式可能是想得到的。
[0016]可通过电池电(BE)以及通过包括电池电的动力源的组合给车辆提供动力。例如，可考虑动力传动系由电池和内燃发动机两者驱动的混合动力电动车辆(HEV)。在这些构造中，电池可被再充电，并且车辆充电器在电池放电之后提供电力以使电池复原。
[0017]参照图1，示出了根据一个或多个实施例的车辆充电系统，所述车辆充电系统总体上由标号10指示。感应充电用于将电力从车辆充电器12提供给车辆14，以使电池复原。充电站16被示出为容纳将通过感应充电进行充电的车辆14。车辆14停驻在收纳车辆充电器12的充电站16处。车辆充电器12可被连接以接收诸如在普通的家庭车库内可获得的家用电流。
[0018]车辆14包括收纳在设置于车辆14下侧的感应充电板18内的副线圈。车辆副感应充电板18电连接到车辆电池。车辆14还包括AC-DC电力变换器，以将从车辆充电器12接收的AC电整流和滤波成将被电池接收的DC电。车辆充电器12设置在车辆14之下的地面中，并包括收纳在相应的主感应充电板20内的主充电线圈。主感应充电板20总体上是水平的，并被定位成与车辆副感应充电板18有一定的距离。主感应充电板20的高度可调节，以产生便于车辆14充电的合适间隙。电流被提供给主线圈，主线圈围绕主感应充电板20产生电磁场。当车辆副感应充电板18与被供以电力的主感应充电板20处于接近关系时，车辆副感应充电板18通过位于产生的电磁场内而接收电力。在副线圈中感应出电流，该电流随后被传送到车辆电池，从而产生再充电效应。车辆副感应充电板18和主感应充电板20之间的间隙虑及车辆定位的改变，还虑及容纳具有不同行驶高度的可选的授权车辆。
[0019]在替代实施例(未示出)中，充电站主感应充电板被构造成总体上位于竖直位置，例如，位于直立墙上或直立墙附近。车辆将具有位于例如作为前保险杠或后保险杠的一部分的前竖直部分或后竖直部分上的对应的副感应充电板。当车辆被开到充电站并停放在指定的充电位置时，主感应充电板和副感应充电板取得接近关系。与车辆停放位置的改变部分地相关，将有针对性地重新设置主感应充电板和副感应充电板之间的间隙。
[0020]再次参照图1，车辆14设置有控制器22。尽管车辆控制器22被示出为单个控制器，但是车辆控制器22可包括用于控制多个车辆系统的多个控制器。例如，车辆控制器22可以是车辆系统控制器/动力传动系控制模块(VSC/PCM)。在这点上，VSC/PCM的车辆充电控制部分可以是嵌入于VSC/PCM内的软件，或者可以是单独的硬件装置。车辆控制器22通常包括任意数量的微处理器、ASIC、1C、存储器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPR0M)和软件代码，以彼此协作而执行一系列操作。车辆控制器22内的微处理器还包括计时器，以追踪在时间基准和选定事件之间经过的时间间隔。指定的时间间隔被编程为使得控制器以可选的时间间隔提供特定的命令信号并监测给定的输入。车辆控制器与车辆电池电通信，并接收指示电池充电水平的信号。车辆控制器22还利用通用总线协议(例如，CAN)通过车辆硬线连接与其他控制器通信，并且还采用无线通信。
[0021]车辆充电器12设置有具有无线通信手段的充电器控制器24。类似地，充电器控制器24具有嵌入式软件，并可被编程为调节由车辆充电器12提供的电力流。充电器控制器24包括的软件也包括计时器，以追踪在指定的事件之间经过的时间。在选定的条件下或者在接收到指定的指令时，充电器控制器24可启用、禁用或减少流过充电器12的电力流。车辆充电器12被构造成从车辆控制器22接收指示充电指令的信号。
[0022]车辆控制器22被构造成与充电器控制器24无线地通信。可通过RFID、NFC、蓝牙或其他无线方法实现无线通信。在至少一个实施例中，所述无线通信用于在启动充电过程之前完成车辆14和车辆充电器12之间的关联过程。所述关联过程可包括:车辆控制器22向充电器控制器24发送指示验证(authentication)请求的信号。然后,控制器22从充电器控制器24接收响应信号，并使用该响应信号来确定是否将初始验证状态授予车辆充电器12。验证会受许多指定因素的影响，所述指定因素包括制造商、额定功率、安全钥匙和/或其他验证因素。基于充电器控制器24的合适的响应信号，车辆控制器22在车辆14和车辆充电器12之间确定肯定性关联。一旦检测到已经过验证的充电器，车辆控制器22便向充电器控制器24提供启动信号，以指示充电系统启动充电过程。初始的无线请求和后续的验证响应构成这两个装置之间的关联“握手”。所述关联还在车辆14和车辆充电器12之间提供进一步的安全通信和命令信号。如果车辆控制器22没有接收到肯定性验证响应，则可提供命令信号以防止充电。
[0023]如上面关于图1所提到的，在车辆副感应充电板18和主感应充电板20之间存在间隙。关于该间隙，外物有机会进入到充电电磁场中。在此公开了一种充电管理方法，所述方法包括对外物进入到接近充电电磁场的区域中的检测以及后续的响应。至少一个物体传感器设置在车辆14上或者充电站16处。产生包含一对感应充电板附近的区域的检测区域。联合使用的多个物体传感器可提供更加全面的检测区域。另外，各种传感器类型适用于这种应用。在至少一个实施例中，雷达传感器设置在车辆14上，以监测充电电磁场附近的区域。可选地，超声感测技术或红外感测技术可适合用于物体检测的目的。
[0024]车辆控制器22被构造成从物体传感器接收输出信号，并使用这些数据来增强提供给车辆充电器12的指令。针对外物侵入到充电电磁场中，物体传感器监测感应板附近的区域。物体传感器在充电启动之前以及在充电过程期间起作用。如果在感应充电板18附近检测到物体，则从传感器输出指示物体存在的检测信号。如果在感应充电板附近没有检测到物体，则传感器输出指示在充电板18附近没有外物的空闲信号(clearance signal)。车辆控制器22被构造成:如果从传感器中的任何传感器接收到检测信号，则使充电器控制器24禁用车辆充电器12。一旦充电被禁用，车辆控制器22便使物体传感器重新起作用，以继续监测感应板附近的区域。如果从所有的传感器均接收到后续的空闲信号，则车辆控制器22可被编程为向充电器控制器24发送恢复信号。恢复信号指示恢复之前被物体检测禁用的电池充电过程的指令。
[0025]车辆充电器12被构造成要求车辆14重复地发送信号，以保持肯定性关联并维持持续的充电过程。车辆控制器22可间歇地或者持续地发送关联信号。在至少一个实施例中，以预定的时间间隔重复地发送关联信号。还可通过与充电相关的事件(例如，如指定的阈值电池充电水平或者由车辆充电器传送的预定的累积能量阈值)来触发关联信号的开始和/或终止。充电器控制器24可被编程为:如果在指定的时间间隔内没有从车辆接收到信号，则禁用主感应充电板20。如上所述，充电系统被构造成:当在车辆副感应充电板18附近检测到物体时，禁用充电。利用对持续的关联信号的需要作为当在充电电磁场附近检测到外物时禁用充电的手段是合适的。在至少一个实施例中，车辆控制器22被构造成:响应于从传感器中的任何传感器输出检测信号，中断向车辆充电器12重复地发送关联信号。关联信号的中断使得供应到主感应充电板20的电力被切断。因此，经由充电板18提供给电池的电流降为零。可另外提供冗余的终止信号，以禁用车辆充电器12。
[0026]一旦物体已经离开充电板附近并且不再被检测到，充电系统10便被构造成恢复被禁用的充电过程。可再次使用关联信号作为控制由车辆充电器12执行的充电过程的手段。如上所述，物体传感器在关联信号中断期间保持起作用。一旦不再检测到外物，便从传感器输出空闲信号。车辆控制器22响应于来自传感器的空闲信号而恢复关联信号的重复发送。因此，促使车辆充电器12恢复经由感应充电板20的电池充电。还可提供肯定性充电恢复信号，以命令车辆充电器12恢复被禁用的充电过程。如果已经过去的时间超过预定时间段，则充电系统可经历车辆14和充电器12之间的初始的无线关联，以开始新的充电过程。
[0027]车辆控制器22还被构造成产生多个警报信号。参照图1，车辆14在乘客室的内部设置有用户显示器26。用户显示器26用作操作者的警报机构。控制器22可产生多个不同的车内显示消息。例如，产生显示警报，该显示警报通知操作者检测到物体和/或禁用充电过程。车辆喇叭是另外的警报机构，其能够响应于在充电电磁场附近检测到物体而提供外部可听见的警报信号。喇叭警报脉冲持续时间和重复模式可被设置得独一无二，以将障碍物检测事件与产生喇叭脉冲的其他事件区分开。
[0028]在图2中总体上以方法200示出了描述持续关联过程的算法的方法。在步骤202中，车辆控制器开始充电过程，例如，车辆控制器在车辆和车辆充电器之间的初始关联已经实现之后开始充电过程。然后，车辆控制器在步骤208中确定在当前时间和初始时间基准TO之间是否已经过去了指定的时间间隔T2。如果没有过去指定的时间间隔T2，则在步骤204中，控制器保持在休眠状态，并且不向充电器提供关于车辆充电的命令信号。然后，控制器返回到步骤208，以相对于指定的时间间隔T2再次判断当前时间距离时间基准TO的时间间隔。应该理解的是，时间间隔T2可足够短，以接近车辆和充电器之间持续关联的时间间隔。
[0029]一旦指定的时间间隔T2已经过去，车辆控制器便在步骤210中确定车辆是否处于扭矩启用状态。如果车辆处于扭矩启用状态，则在步骤212中，车辆控制器提供指示命令停止或禁用车辆充电器的信号。然后，控制器将在步骤214中将计时器重置为时间基准T0，接着在步骤206中返回到初始关联过程。
[0030]如果在步骤210中车辆没有处于扭矩启用状态，例如，车辆处于停放状态，则车辆控制器在步骤216中确定车辆是否需要来自充电器的电力。如果车辆电池充电水平超过指定阈值，以及如果在停驻于充电站时没有必要给其他车辆活动提供电力，则车辆控制器在步骤226中提供指示命令禁用或停止车辆充电器的信号。应该理解的是，持续关联过程的阈值充电水平可与最初开始充电过程所要求的电池阈值水平相同或不同。
[0031]如果在步骤216中电池充电水平低于指定的阈值充电水平或者如果车辆需要来自充电器的电力以便于车辆活动，则车辆控制器在步骤218中将关联信号发送到车辆充电器。在步骤218中发送的关联信号重新肯定任何之前的关联，并维持给定的充电过程。如果在步骤220中车辆充电器没有接收到该信号，则在步骤212中，车辆控制器或充电器控制器可被构造成停止充电，这是因为时间间隔T2已经过去且没有接收到肯定关联的信号。然后，控制器将在步骤214中将计时器重置为时间基准T0，接着在步骤206中返回到初始关联过程。
[0032]一旦车辆充电器在步骤220中接收到关联信号，便在步骤222中继续启用充电过程并维持充电状态。然后，在步骤224中，控制器重置计时器并返回到步骤202。根据T2的持续时间，可考虑在车辆控制器通过方法200循环时定期地或持续地发送关联信号。
[0033]根据图3，示出了方法300，通过方法300，车辆控制器至少部分地基于在充电电磁场附近是否有外物而确定是启用车辆充电还是禁用车辆充电。在步骤302中，车辆控制器开始充电过程。会需要如上所讨论的关联请求和肯定性响应来启用充电过程的选择。电池电量低于满电量同时电池位于相关的充电站附近可促使对充电状态的选择。在步骤306中，车辆控制器使物体传感器起作用，以监测感应充电板周围的区域。物体传感器一旦起作用，便向车辆控制器输出指示物体检测状态的信号。在步骤308中，车辆控制器使用从物体传感器接收到的数据来确定在充电电磁场附近是否有外物。如果没有检测到物体，则在步骤310中，车辆控制器发送使车辆充电器能够开始提供电力的命令信号。在步骤312中，车辆控制器还清除可被存储在存储器中的与之前检测到物体的事件相关的任何警报发送标志。然后，控制器返回到步骤302和步骤306，以恢复物体检测。
[0034]再次参照图3，如果物体传感器在步骤308中检测到物体，则车辆控制器在步骤314中禁止充电器提供电力。如果电池充电过程已经在进行，则步骤314包括响应于物体检测信号中断该过程。如上面所讨论的，可通过肯定性终止命令或者通过暂停关联信号的重复发送来使电池充电过程中断。暂停关联信号的重复发送使车辆和充电器失去关联，并使电池充电停止。如果充电过程尚未开始，则步骤314包括提供指示命令防止充电启动的信号。
[0035]在步骤316中，车辆控制器确定是否已经向车辆操作者发送了指示检测到物体并禁用车辆充电的之前的警报。之前的警报由存储在控制器的存储器内的警报发送标志指示。如果已经发送了之前的警报，则控制器返回到步骤306，并使物体传感器重新起作用，以检测在充电电磁场附近是否仍有外物。然而，如果没有发送之前的警报，则在步骤318和步骤320中响应于检测到物体而产生警报。如步骤318所示，所述警报可以是可听见的，以车辆喇叭脉冲的形式存在。外部喇叭脉冲可具有不同的持续时间和/或重复模式，以通知远离车辆的操作者。车辆喇叭脉冲还可使充电电磁场附近的动物离开该区域。所述警报还可包括发送到操作者的移动通信装置的文本消息。如步骤320所示，提供车内警报以通知车辆内部的操作者。显示消息和可听见的音调通知驾驶员在充电电磁场附近已经检测到物体。在提供操作者警报之后，在步骤322中，车辆控制器设置内部警报发送标志，以便存储向操作者发出了通知的指示。然后，控制器返回到步骤306，并使物体传感器起作用。这样，对充电电磁场进行重新判断，并且如果在充电电磁场附近不再检测到物体，则步骤308可允许恢复充电。
[0036]在替代实施例中，车辆控制器可被构造成断开连接到副线圈的车辆电路内的开关，以禁止进一步的车辆充电。
[0037]上述方法的一个优点在于提供感测，这有助于防止对可进入感应充电电磁场的外物造成伤害。所述方法另外的有益方面在于:在检测到物体之后持续监测，加之如果检测到物体离开充电电磁场则恢复充电过程。例如，物体可能会短暂地经过充电电磁场。物体检测将导致充电过程的中断。上述方法避免了由暂时的物体检测引起的长期中断而导致车辆充电保持不完全。瞬时检测事件未必会使操作者返回到未被完全充电的车辆。
[0038]在此公开的过程、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其他磁介质和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述过程、方法或算法可利用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的结合被整体或部分地实现。
[0039]尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被结合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或多个期望的特性方面优于其他实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或多个特点或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或多个特性方面不如其他实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。
【权利要求】
1.一种车辆,包括: 电池； 充电板，与电池电连接； 传感器，被构造成响应于在充电板附近有物体而输出检测信号； 至少一个控制器，被构造成在电池充电过程期间重复地发送关联信号，从而维持通过充电板的电池充电，并响应于接收到检测信号而中断关联信号的发送，从而停止电池充电。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，传感器还被构造成:响应于在充电板附近没有物体而输出空闲信号。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造成:响应于在接收到检测信号之后接收到空闲信号而发送恢复信号，从而恢复通过充电板的电池充电。
4.如权利要求2所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造成:响应于在接收到检测信号之后接收到空闲信号而重复地发送关联信号，从而恢复通过充电板的电池充电。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造成:在充电过程期间，以预定的时间间隔重复地发送关联信号。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造成:在发送关联信号之前，使传感器起作用。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造成:在关联信号中断期间，继续接收来自传感器的输出。
8.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被构造成:响应于接收到检测信号而发送终止信号，从而停止通过充电板的电池充电。
9.如权利要求1所述的车辆，所述车辆还包括警报机构，所述警报机构与所述至少一个控制器通信，并被构造成响应于检测信号而产生警报。
【文档编号】B60L11/18GK103568858SQ201310298131
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】道格拉斯·雷蒙德·马丁, 埃里克·迈克尔·拉维易 申请人:福特全球技术公司