经公共线圈在移动装置和车辆之间的感应电力和数据传送的制作方法

1.本公开涉及诸如蜂窝电话的移动装置和车辆之间的无线通信和电力传送。


背景技术：

2.近场通信(nfc)是一组通信协议，用于在距离小于例如4厘米的电子装置之间进行无线通信。与bluetooth或wi-fi不同，nfc依靠电磁感应来便于数据或电力的传送。
3.qi是一种开放接口标准，它限定在包括4厘米或更短的距离上的线圈之间经由电磁感应进行无线电力传送。


技术实现要素：

4.一种车辆包括：线圈，其邻近车辆外部车身面板布置；能量存储单元；以及一个或多个控制器。一个或多个控制器用来自能量存储单元的电流以第一频率驱动线圈，以将电力从能量存储单元无线传送到邻近线圈的蜂窝电话，并且用来自能量存储单元的电流以大于第一频率的第二频率驱动线圈，以将数据无线传送到蜂窝电话。
5.一种方法包括：用来自能量存储单元的电流驱动车辆的线圈，使得线圈产生热量；用来自能量存储单元的电流以第一频率驱动线圈，以将电力从能量存储单元无线传送到邻近线圈的蜂窝电话；以及用来自能量存储单元的电流以大于第一频率的第二频率驱动线圈，以将数据无线传送到蜂窝电话。
6.一种用于车辆的通信和电力系统包括能量存储单元、电路和线圈，所述线圈经由电路与能量存储单元电连接。线圈从邻近线圈的蜂窝电话无线接收电力，以经由电路传送到能量存储单元，并且从蜂窝电话无线接收包含来自蜂窝电话的数据的电力。
附图说明
7.图1是车辆的示意图。
8.图2是图1的线圈的示意图。
9.图3是经由图1的线圈产生热量和传送数据的算法的流程图。
10.图4是经由图1的线圈产生热量和传送电力的算法的流程图。
11.图5是用于经由图1的线圈传送数据和电力的算法的流程图。
12.图6是经由图1的线圈产生热量和接收电力的算法的流程图。
13.图7是经由图1的线圈产生热量和接收数据的算法的流程图。
14.图8是用于经由图1的线圈接收电力和数据的算法的流程图。
具体实施方式
15.本文描述了实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可以采用不同和替代的形式。附图不一定按比例绘制。一些特征可能被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是
仅仅作为教导本领域技术人员的代表性基础。
16.近场通信(nfc)可以用于在无源部件内感应电流。这意味着无源装置可能不需要自己的电源。相反，它们可由有源nfc部件在进入范围时产生的电磁场供电。此外，nfc规范的最近更新允许nfc发射器以高达1瓦的速率向nfc装置输送电力。根据qi标准的电力传送也可以用于在无源部件内感应电流。因此，本公开涉及基于电话的钥匙特征、车辆和nfc/qi相关活动。
17.某些车辆制造商具有基于电话的钥匙特征，称为电话即钥匙，例如，它使用蓝牙低能耗技术进行通信和装置定位，或超宽带。根据车联网联盟(ccc)的数字钥匙标准，一些下一代电话即钥匙系统可以包括nfc技术作为备用通信手段。符合此ccc标准的电话可能能够经由nfc接口通信一段时间，即使当它们的电池荷电状态太低而不允许电话通电时。这是因为电话中的nfc功能可在备用电池电力上操作。
18.用于在电话残余电池电量下提供nfc通信的电话的ccc标准将允许在电话不加电并且不作为电话工作时发生nfc对话。然而，ccc标准没有限定它必须存储此电力多长时间，可以发生多少次nfc对话，单个事件是否可在电话的正常操作温度(通常为0c到40c)之外发生，或在正常电话操作的温度端点附近电量如何降低。
19.尽管已知在车辆外部提供qi充电器用于为电话充电，但是qi还没有出现在所有具有nfc的电话中或所有具有符合ccc的nfc的电话中。
20.当用户的电话电池荷电状态太低以至于电话不能操作并且电话没有任何备用电力剩余时，用户可能无法用他们的电话解锁或启动车辆。尽管符合ccc数字钥匙的电话将支持备用电力nfc操作，但此功能可能不会无限期持续。电话的电池可以在延长的一段时间耗尽，或环境条件可能会导致电话的备用电力迅速减少。
21.当用户的车辆电池荷电状态太低以至于访问系统无法工作时，用户可能无法用他们的电话访问车辆。如果车辆电池荷电状态过低，即使电话有电，仍然可能无法访问车辆。目前，一些车辆配有可以用于解锁车辆的机械刀片钥匙。一旦进去，用户就可以释放发动机罩，然后为电池充电。然而，对于数字钥匙用户来说，携带机械钥匙可能是不理想的。
22.主要用于电动车辆的其他解决方案允许用户经由向可以经由外部端口访问的端子或电线供电来释放发动机罩。一旦打开，用户就可以为电池充电。然而，这些解决方案也具有挑战：它们不是直接直观的，并且在燃气车辆上不理想。本文的概念可以有助于缓解上面提到的问题中的一些。
23.可以实现外部nfc读取器来经由nfc输送电力。(尽管符合ccc的电话可能具有nfc电力收发器功能，但符合ccc的电话可能不具备qi功能)。假设电话可以经由nfc接受电力，则这可以允许用户经由nfc在车辆的外部nfc读取器处为他们的电话充电。可以通过音频或视频警报或信号来指示充电会话已经开始。已知装置(诸如设置为电话即钥匙装置的装置等)的充电时间可能是有限的。对于未知装置，还可以限制或阻止充电时间。在充电限制处，可以向未知装置传输消息，声明用户可以支付少量费用，可以继续充电。
24.可以实现外部nfc读取器，所述外部nfc读取器也用作qi无线充电器，以经由qi输送电力。也就是说，nfc和qi使用同一个线圈，而不是两个单独的线圈。此类读取器通常可在nfc限定的频率下操作，并且可以间歇性地切换到qi限定的频率，以检查qi启用的装置。这可以允许用户经由qi在车辆的外部nfc读取器处对他们的qi启用电话充电。可以通过音频
或视频警报或信号来指示充电会话已经开始。类似于上面，已知装置(诸如设置为电话即钥匙装置的装置等)的充电时间可能是有限的。对于未知装置，还可以限制或阻止充电时间。在充电限制处，可以向未知装置传输消息，声明用户可以支付少量费用，可以继续充电。
25.可以实现外部nfc读取器来经由nfc接受电力。这可以允许用户经由nfc用他们的启用nfc的电话(假设所述电话可以经由nfc输送电力)为车辆内部的能量存储源充电。可以通过音频或视频警报或信号来指示充电会话已经开始。当存储源的荷电状态足够时，用户可以使用他们启用nfc的电话解锁车门(例如，驾驶员车门)。此场景假设：(i)用户的装置被设置为钥匙，并且能量源可以为主模块供电，所述主模块可以认证装置并且发出解锁命令；以及(ii)存储源不是车辆电池，而是能够输送足够的电力来释放驾驶员门闩锁的临时电力存储装置。一旦进去，用户就可以拉动发动机罩释放和为辅助电池充电。
26.可以实现外部nfc读取器，所述外部nfc读取器也用作qi无线充电装置，并且可以经由qi接受电力。即如上所述，同一个线圈用于nfc和qi活动。当车辆电池电量低或没有nfc装置交易发生时，此读取器可接受qi充电。它还可允许用户经由qi用他们启用nfc的电话为车辆内部的能量存储源充电。可以通过音频或视频警报或信号来指示充电会话已经开始。当存储源的荷电状态足够时，用户可以使用他们启用nfc的电话解锁驾驶员车门。此场景假设用户的装置被设置为钥匙，并且能量源可以为主模块供电，所述主模块可以认证装置并且发出解锁命令。一旦进去，用户就可以拉动发动机罩释放和为辅助电池充电。
27.为了管理电话太冷而使nfc收发器不能在电话残余电池电量下工作的场景，车辆nfc/qi接口可以首先使用线圈来产生热量(例如，用ac电力或dc电力驱动线圈来加热线圈，并且由此加热电话)。它可以间歇性地dc驱动线圈，然后nfc/qi驱动线圈，以检查电话是否开始经由nfc通信，然后返回到dc，然后返回到nfc对话，持续某个预定时间段(例如，3分钟)。例如，如果由适当的传感器(例如，温度传感器)检测到的环境温度小于例如35
°
f，并且其检测到线圈处的感应变化，但没有检测到正常工作的电话，则车辆可以这样做。
28.这些解决方案中的一些或全部可以组合到一个系统中，所述一个系统经由nfc和qi来输送电量和接受电量。此外，可以包括磁性附接系统，以在对用户的电话充电时将用户的电话保持在适当的位置，因此用户不必举起它。
29.对nfc和qi使用相同线圈的系统的好处在于，可在不增加外部nfc读取器的封装大小的情况下在一个系统中提供通信和无线充电。门把手中和b柱贴花下方用于包装电子产品的空间已经有限。
30.参考图1，车辆10包括线圈12、nfc电路14(符合nfc标准的电路)、qi电路16(符合qi标准的电路)、能量存储单元18(例如，电池、超级电容器等)以及一个或多个控制器20。鉴于nfc电路14和qi电路16具有由它们相应的标准限定的已知布置和功能，本文不需要更详细地讨论它们。nfc电路14、qi电路16和能量存储单元18与一个或多个控制器20通信和/或受其控制。此外，线圈12、nfc电路14和qi电路16被布置成从能量存储单元18接收能量，并且能量存储单元18可以从nfc电路14和/或qi电路16接收能量，如下所述。
31.参考图1和图2，nfc电路14和qi电路16各自跨线圈12电连接。对于根据qi协议的操作，可能期望线圈12有效地具有比根据nfc协议的操作更多的匝数。如此，在此示例中，线圈12和nfc电路14以及qi电路16之间的互连件包括在一个或多个控制器20的控制下的开关22、23、24。一个或多个控制器20因此可在根据nfc协议用来自能量存储单元18的电力(其中
以约13.56mhz的频率)驱动nfc电路14(和线圈12)之前，命令开关22、23断开，并且命令开关24闭合，以便于经由线圈12的通信和/或电力传送。一个或多个控制器20还可在根据qi协议用来自能量存储单元18的电力(其中，以80khz到300khz范围内的频率)驱动qi电路16(和线圈12)之前命令开关22、23闭合和命令开关24断开，以便于经由线圈12的电力传送。
32.上面提到的通信和电力传送可以通过放置在线圈12附近的具备nfc和/或qi功能的蜂窝电话26(或其他移动装置，诸如平板电脑等)来进行。然而，如前面提出的，蜂窝电话26还可以与一个或多个控制器20通信和/或将电力传送到能量存储单元18。也就是说，线圈12可以根据qi标准从蜂窝电话26无线接收电力，其中此类电力经由qi电路16被传送到能量存储单元18。并且，线圈12可以根据nfc协议从蜂窝电话26无线接收电力，包含来自蜂窝电话26的供一个或多个控制器20经由nfc电路14进行解译的数据。
33.下面的流程图表示了本文设想的各种算法。一些操作可以被省略、组合或以不同的顺序或在不同的时间执行。在这些示例中，操作被示为由nfc电路14、qi电路16和/或一个或多个控制器20执行。然而，如下所述，这不一定需要是所述情况。
34.参考图3，在操作28处，确定温度是否小于阈值。如果是，则在操作30处，可以用来自能量存储单元18的交流或直流驱动线圈12，使得线圈12产生热量。在操作32处，然后可以根据nfc协议用来自能量存储单元18的交流驱动线圈12，以经由线圈12无线传送数据。所述算法然后可以返回到操作28。
35.返回到操作28，如果否，算法可以前进到操作32。
36.参考图4，在操作34处，确定温度是否小于阈值。如果是，则在操作36处，可以用来自能量存储单元18的电流驱动线圈12，使得线圈12产生热量。在操作38处，然后可以根据qi协议用来自能量存储单元18的交流驱动线圈12，以经由线圈12无线传送电力。所述算法然后可以返回到操作34。
37.返回到操作34，如果否，算法可以前进到操作38。
38.参考图5，在操作40处，线圈12可以根据nfc协议由来自能量存储单元18的交流驱动，以在操作40处经由线圈12无线传送数据。在操作42处，可以根据qi协议由来自能量存储单元18的交流驱动线圈12，以经由线圈12无线传送电力。
39.参考图6，在操作44处，确定温度是否小于阈值。如果是，则在操作46处，可以用来自能量存储单元18的电流驱动线圈12，使得线圈12产生热量。在操作48处，在线圈12处接收到的电力然后可以被传送到能量存储单元18。所述算法然后可以返回到操作44。
40.返回到操作44，如果否，算法可以前进到操作48。
41.参考图7，在操作50处，确定温度是否小于阈值。如果是，则在操作52处，可以用来自能量存储单元18的电流驱动线圈12，使得线圈12产生热量。在操作54处，然后可以解译在经由线圈12接收到的电力中包含的数据。所述算法然后可以返回到操作50。
42.返回到操作50，如果否，则算法可以前进到操作54。
43.参考图8，在操作56处，在线圈12处接收到的电力然后可以被传送到能量存储单元18。在操作58处，可以解译经由线圈12接收到的电力中包含的数据。
44.如上面提出的，本文公开的算法、方法或过程可以被输送到计算机、控制器或处理装置或由所述计算机、控制器或处理装置实现，所述计算机、控制器或处理装置可以包括任何专用电子控制单元或可编程电子控制单元。类似地，算法、方法或过程可以以多种形式存
储为可由计算机或控制器执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在诸如只读存储器装置的不可写存储介质上的信息和可改地存储在诸如光盘、随机存取存储器装置或其他磁性和光学介质的可写存储介质上的信息。算法、方法或过程也可在软件可执行对象中实现。替代地，可以使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路、现场可编程门阵列、状态机或其他硬件部件或装置)或固件、硬件和软件部件的组合来整体或部分实施所述算法、方法或过程。
45.尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。例如，短语“蜂窝电话”更通常地表示“移动装置”。
46.如前所描述的，各个实施例的特征可以被组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言相较其他实施例或现有技术实现方式提供了优点或是优选的，但是本领域普通技术人员应认识到，一个或多个特征或特性可以被折衷以实现期望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实现方式。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、大小、可服务性、重量、可制造性、易组装性等。这样，描述为就一个或多个特性而言较其他实施例或现有技术实现方式不太期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。
47.根据本发明，提供一种车辆，其具有：线圈，其邻近车辆外部车身面板布置；能量存储单元；以及一个或多个控制器，其被编程为用来自能量存储单元的电流以第一频率驱动线圈，以将电力从能量存储单元无线传送到邻近线圈的蜂窝电话，并且用来自能量存储单元的电流以大于第一频率的第二频率驱动线圈，以将数据无线传送到蜂窝电话。
48.根据实施例，一个或多个控制器还被编程为选择性地致动与线圈连接的开关，以有效地改变线圈的匝数。
49.根据实施例，一个或多个控制器还被编程为在用电流以第一频率驱动线圈之前选择性地致动开关以有效地增加线圈的匝数。
50.根据实施例，一个或多个控制器还被编程为在用电流以第二频率驱动线圈之前，选择性地致动开关以有效地减少线圈的匝数。
51.根据实施例，一个或多个控制器还被编程为用来自能量存储单元的电流驱动线圈，使得线圈产生热量。
52.根据实施例，线圈被配置为从蜂窝电话为能量存储单元无线接收电力。
53.根据实施例，线圈还被配置为从蜂窝电话无线接收数据。
54.根据本发明，一种方法包括：用来自能量存储单元的直流驱动车辆的线圈，使得线圈产生热量；用来自能量存储单元的电流以第一频率驱动线圈，以将电力从能量存储单元无线传送到邻近线圈的蜂窝电话；以及用来自能量存储单元的电流以大于第一频率的第二频率驱动线圈，以将数据无线传送到蜂窝电话。
55.在本发明的一方面，所述方法包括致动与线圈连接的开关，以有效地改变线圈的匝数。
56.在本发明的一方面，所述方法包括在用电流以第一频率驱动线圈之前致动开关以有效地增加线圈的匝数。
57.在本发明的一方面，所述方法包括在用电流以第二频率驱动线圈之前，致动开关以有效地减少线圈的匝数。
58.在本发明的一方面，用直流驱动线圈响应于环境温度小于预定值。
59.在本发明的一方面，所述方法包括经由线圈从蜂窝电话为能量存储单元无线接收电力。
60.在本发明的一方面，所述方法包括经由线圈从蜂窝电话无线接收数据。
61.根据本发明，提供一种用于车辆的通信和电力系统，其具有：能量存储单元；电路；以及线圈，其经由电路与能量存储单元电连接，并且被配置为从邻近线圈的蜂窝电话无线接收电力以经由电路传送到能量存储单元，并且从蜂窝电话无线接收数据。
62.根据实施例，本发明的特征还在于一个或多个控制器，其被编程为用来自能量存储单元的交流驱动线圈，以将电力从能量存储单元无线传送到蜂窝电话。
63.根据实施例，本发明的特征还在于一个或多个控制器，其被编程为用来自能量存储单元的交流驱动线圈，以将数据无线传送到蜂窝电话。
64.根据实施例，本发明的特征还在于一个或多个控制器，其被编程为用来自能量存储单元的电流驱动线圈，使得线圈产生热量。
65.根据实施例，其中用电流驱动线圈响应于环境温度小于阈值。
66.根据实施例，本发明的特征还在于开关，其连接到线圈并且被配置为有效改变线圈的匝数。