CN103522910A

CN103522910A - 关联连接的提供

Info

Publication number: CN103522910A
Application number: CN201310265840.6A
Authority: CN
Inventors: J.霍伊尔; A.施米特
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: US20140004792A1; US9184830B2; CN103522910B; FR2992793A1; DE102012012860A1; FR2992793B1

Abstract

关联连接的提供。本发明涉及用于提供关联连接的设备和单元。

Description

关联连接的提供

技术领域

本发明涉及用于提供关联连接的设备和单元。

背景技术

诸如电动车辆的车辆的充电需要车辆与充电基础设施（即充电站）之间的通信。由于对于该通信通常使用共享介质，也就是多个消息传输可以并行地从相同的传输介质中发生，因此必须在车辆与充电站之间进行明确的分配，也就是在车辆与充电站之间进行关联连接。

这是必要的，由此保证仅与最终也应当获得电能的车辆经由输出用于对该车辆的电池充电的电能来交换信息。

在经由车辆与充电站之间的电缆充电时，采用经由充电电缆中的信号线路和接地线路进行的电力线通信。在此情况下，所述关联通过使用充电电缆和经由该充电电缆运行的通信来触发。

在感应充电、也就是无充电电缆的充电情况下，产生以下问题：车辆与充电站之间的关联由于车辆与充电站之间不存在导电连接而变得困难。

发明内容

由此本发明的任务是提供在使用无线通信的情况下以简单和价格低廉的方式实现车辆与对车辆的电池充电的充电站之间的关联。

该任务通过独立权利要求解决。本发明的扩展由从属权利要求得出。

本发明涉及用于提供车辆与充电站之间的关联连接的设备，其中所述充电站向所述车辆的电池供应能量，该设备具有以下装置：

用于与通信单元的数据天线交换数据的第一天线，该第一天线固定在车辆处；

用于与充电站的第三天线交换数据以提供车辆与充电站之间的关联连接的第二天线，该第二天线被构造为使得从第二天线辐射给第三天线的信号基本上只能被第三天线接收，所述第二天线固定在车辆处；

无线电控制器，其中第一天线和第二天线与该无线电控制器连接并且该无线电控制器根据可预先给定的标准、尤其是WLAN-无线局域网-工作，所述无线电控制器集成在车辆中。

通过使用与无线电控制器连接的第一天线和第二天线，价格低廉地实施所述设备是可能的。此外，第一、第二和第三天线以及数据天线都根据一种标准工作，从而可以通过可购买到的部件价格低廉地实现所述设备。

将关联连接理解为第二天线与第三天线的耦合，其中通过第二天线相对于第三天线的布置保证只有这两个天线能够建立共同的连接。由此保证只有经由该关联连接与充电站连接的车辆能获得对充电站的访问。

在一种扩展中，第二天线所辐射的信号的辐射特性被构造为，使得该辐射特性具有朝向第三天线方向的波瓣。由此还可以更为安全地提供该关联连接，因为第二天线与第三天线的耦合得到改善并且其它车辆的天线的耦合变得困难。

在优选的扩展中，第二天线所辐射的信号的发射功率被构造为，使得该发射功率减小为，使得所辐射的信号基本上只能在第二天线与第三天线之间的距离内被接收到。由此，所述关联连接也变得更为安全，因为所辐射的信号在第二天线和第三天线之外非常差或不能被接收到。所辐射的信号例如达到25cm、50cm或最大100cm。

在对此的一种扩展中，发射功率在第一持续时间内、尤其是在提供所述关联连接时减小，并且在第二持续时间内、尤其是在提供所述关联连接之后相对于第一持续时间的发射功率提高。由此保证安全地提供关联连接，也就是车辆与充电站的安全耦合，并且在稍后时刻还可以将该关联连接用于数据传输。通过在第二时刻提高发射功率，在该第二时刻例如第二天线与第三天线之间的数据连接借助在第一持续时间期间更换的密钥来防止免遭攻击，可以提高数据通过量。

在一种扩展中，第二天线被调准为，使得从第三天线辐射的信号最大在围绕第二天线与第三天线之间的直接视线的可预先给定的范围中可被接收。由此避免了来自第二天线附近的其它天线的干扰辐射，因为第二天线的接收场可以聚焦于第三天线所辐射的信号。

如果在达到充电站的可预先给定的范围、尤其是充电位置时才激活第二天线，则对于攻击者来说关联连接的让步（Kompromittierung）变得困难。

如果在低于车辆的速度时才激活第二天线，则可以节省车辆的资源，例如电能，因为第二天线的运行要在达到充电位置时才被激活。

优选地，第二天线被安置在车辆的朝向街道一侧上，由此通过第三天线辐射的信号受到车辆的阻挡并由此很难或不能靠近第二天线环境中的其它天线。由此关联连接变得更为安全。

在本发明的一种扩展中，至少两个第二天线充电位置分别被安置在车辆的两个不同侧上，至少两个第二天线充电位置中的从所述至少两个第二天线充电位置接收由第三天线所辐射的最强信号的第二天线充电位置被用于提供关联连接。由此一方面可以通过车辆使用充电站的不同实施方式。另一方面可以在车辆的一侧上出现干扰辐射时保证可靠的关联连接。

优选的，如果第二天线所辐射的信号能至少以可预先给定的第一信号强度被第三天线接收，则车辆与充电站之间存在关联连接。在此情况下保证第二和第三天线彼此对准并且靠近地布置，使得安全的关联连接得到保证。

在本发明的扩展中，如果第二天线所辐射的信号能至少以可预先给定的第二信号强度被第三天线接收，则识别出车辆的待确定的充电位置。由此第二天线既被用于提供关联连接又被用于确定充电站上的充电位置。通过被用于确定充电站，实现了确定准确充电位置的精确度。

此外本发明涉及用于提供车辆与充电站之间的关联连接的单元，其中充电站向车辆的电池供应能量，该单元具有以下装置：

用于与第一天线交换数据的数据天线，其中该第一天线固定在车辆处并且该数据天线固定在充电站处；

充电站的、用于与第二天线交换数据以提供车辆与充电站之间的关联连接的第三天线，该第三天线被构造为使得从第三天线辐射给第二天线的信号基本上只能被第二天线接收，所述第三天线固定在充电站处；

第二无线电控制器，其中第三天线和数据天线与该第二无线电控制器连接并且该第二无线电控制器根据可预先给定的标准、尤其是WLAN-无线局域网-工作，所述第二无线电控制器集成在充电站中。

通过使用与第二无线电控制器连接的数据天线和第三天线，价格低廉地实施所述单元是可能的。此外，第一、第二和第三天线以及数据天线都根据一种标准工作，从而可以通过可购买到的部件价格低廉地实现所述单元。

优选的，第三天线所辐射的信号的辐射特性被构造为，使得该辐射特性具有朝向第二天线方向的波瓣。

由此还可以更为安全地提供该关联连接，因为第二天线与第三天线的耦合得到改善并且其它车辆的天线的耦合变得困难。

在一种扩展中，第三天线所辐射的信号的发射功率被构造为，使得该发射功率减小为，使得所辐射的信号基本上只能在第二天线与第三天线之间的距离内被接收到。由此，所述关联连接也变得更为安全，因为所辐射的信号在第二天线和第三天线之外非常差或不能被接收到。所辐射的信号例如达到25cm、50cm或最大100cm。

此外，发射功率在第一持续时间内、尤其是在提供所述关联连接时减小，并且在第二持续时间内、尤其是在提供所述关联连接之后相对于第一持续时间的发射功率提高。由此保证安全地提供关联连接，也就是车辆与充电站的安全耦合，并且在稍后时刻还可以将该关联连接用于数据传输。通过在第二时刻提高发射功率，在该第二时刻例如第二天线与第三天线之间的数据连接借助在第一持续时间期间更换的密钥来防止免遭攻击，可以提高数据通过量。

优选的，第三天线被调准为，使得从第二天线辐射的信号最大在围绕第二天线与第三天线之间的直接视线的可预先给定的范围中可被接收。由此避免了第三天线附近的其它天线的干扰辐射，因为第二天线的接收场可以聚焦于第三天线所辐射的信号。

在一种扩展中，在车辆达到充电站的可预先给定的范围、尤其是充电位置时才激活第三天线。由此对于攻击者来说关联连接的让步变得困难。

优选的，在低于车辆的一速度时才激活第三天线，从而可以节省车辆的资源，例如电能，因为第二天线的运行要在达到充电位置时才被激活。

在一种扩展中，第三天线被安装在充电站的地面处或地面中。由此可以实现被安置在车辆底侧的第二天线的良好耦合。此外，通过安置在底板上或底板中可以保证鲁棒的实现，因为车辆也可以经由第三天线行驶。

在优选的扩展中，至少两个第三天线充电位置分别被安置在充电站的不同位置处，至少两个第三天线充电位置中的从所述至少两个第三天线充电位置接收由第二天线所辐射的最强信号的第三天线充电位置被用于提供关联连接。由此一方面可以通过充电站操纵具有不同的第二天线定位的车辆。另一方面可以在充电站的第三天线中的第一个的位置处出现干扰辐射时保证另一个第三天线所位于的位置处的可靠的关联连接。

优选的，如果第三天线所辐射的信号能至少以可预先给定的第一信号强度被第二天线接收，则车辆与充电站之间存在关联连接。在此情况下保证第二和第三天线彼此对准并且靠近地布置，使得安全的关联连接得到保证。

此外，如果第三天线所辐射的信号能至少以可预先给定的第二信号强度被第二天线接收，则识别出车辆的待确定的充电位置。由此第三天线既被用于提供关联连接又被用于确定充电站上的充电位置。通过被用于确定充电站，实现了确定准确充电位置的精确度。

本发明还涉及所述设备在可以构造为电动车辆的车辆中的使用。

最后，本发明涉及至少一个单元在充电站中的使用。

附图说明

借助附图详细阐述本发明及其扩展。具体地：

图1示出向充电站驶去的车辆

图2示出位于充电站上的车辆

图3示出第一天线和第二天线到无线电控制器的连接

图4示出所发射的信号的方向特性

图5示出第二天线的接收范围的限制。

具有相同功能和作用的元件在附图中配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1在其左侧示出车辆CAR，该车辆应当在充电站LSTAT处充电。为此如在图2中所看到的，车辆朝着充电站的预先给定的充电位置驶去。该充电位置被定义为，使得充电线圈LAD1必须位于至充电站的发射线圈LAD2的特定几何定位下。

在达到充电位置之后，对车辆和充电站进行明确的关联，以防止外来的车辆基于所述车辆的关联数据而可以被充电。

车辆具有两个天线，第一天线ANT1用于与通信单元的数据天线PNT交换数据。在当前的例子中，充电站也包括具有数据天线的通信单元，车辆例如可以用该数据天线从互联网调用多媒体数据。车辆的第二天线ANT2安装在和位于车辆的底部处，在达到充电位置时直接位于充电站的第三天线ANT3上方。第三天线被安置在充电站的地面覆盖层上或地面覆盖层中。

如图3所示，第一天线和第二天线经由信号线路SIG1、SIG2与无线电控制器FC连接。无线电控制器例如具有HF调制单元（HF-高频），利用该HF调制单元可以将经过调制的无线电信号经由信号线路提供给天线以用于辐射出去。替换的，天线中的每一个也可以具有专用的HF调制单元。此外无线电控制器具有诸如通信控制器的数据处理单元，利用该数据处理单元可以经由数据线路LAN接收或发送例如车辆的数据并且根据可预先给定的无线传输标准、例如根据IEEE802.11（IEEE-国际电气和电子工程师协会）的WALN（WLAN无线局域网）来制备并且发送或接收该数据。无线电控制器是车辆的一部分。

从而可以在达到充电位置时仅第一天线是活跃的，并且在达到充电位置时，在关闭第一天线之后激活第二天线。替换于此的，还可以激活两个天线，例如工作在诸如2.4GHz和5GHz的不同无线电频率上或者工作在相同的频带中。此外可以将多个第二天线装配在车辆的不同位置处，其中为了产生关联连接仅采用具有从第三天线发送的信号的最高信号功率的第二天线。在这种情况下不具有最高信号的第二天线也被关闭。

第二天线还可以被安置在车辆的前侧、顶侧、驾驶员侧或副驾驶侧上。

在达到充电位置之后，第二天线向第三天线发送无线电信号，以便可以通过由第二天线和第三天线之间的无线连接组成的关联连接交换关联信息。为了尽可能安全地保证只有该车辆和充电站相互经由该关联连接通信，第二或第三天线所辐射的信号的相应辐射特性AST具有朝向分别另一天线方向的波瓣、也就是第二天线具有朝向第三天线方向而第三天线具有朝向第二天线方向的波瓣。图4在二维空间中示例性示出从第二天线朝向第三天线方向辐射的这种辐射特性。当然可以理解，该辐射特性也可以在三维空间中构造为波瓣。该波瓣尤其可以通过特殊的天线布置或通过构造的布置（例如光阑）实现为，使得仅实现在天线的一个角度片段中的辐射。

此外，例如第二天线所辐射的信号的发射功率被减小为，使得所辐射的信号基本上只能在第二天线与第三天线之间的距离内才能接收到。实践中这意味着，发射功率被减小为，使得在大于第二天线与第三天线之间距离的距离中可以很差地接收到无线电信号，使得不再能对该无线电信号进行有意义的重建，例如误差率超过例如25%的高的值。

此外，第二或第三天线还可以具有不允许所辐射的信号经由除相应天线以外的天线传输的保护设备。从而第二天线位于车辆的底部侧上，对准放入充电站的地面中的第三天线。在此情况下，可以在第三天线周围存在接地的金属板，该金属板防止从第二天线辐射的信号被反射或所辐射的信号在第三天线的作用范围之外被继续传递。当车辆的底部例如由金属部件组成时，该底部同样抵制从第三天线辐射的信号的继续传递。从而可以通过在车辆侧或充电站侧上的附加屏蔽装置来实现关于关联连接的可靠性的提高。

此外，金属光阑X被设置在第二天线前，使得从第三天线辐射的信号最大在围绕第二天线与第三天线之间的直接视线SL的可预先给定区域BL（例如1.5cm）中可被接收到，参见图5。在此情况下，例如将第二天线与第三天线之间的最短连接理解为直接视线。在根据图5的例子中，金属光阑的贯通区域是圆形的。一般来说，该贯通区域也可以具有其它形状。此外，作为金属光阑的其它设备也可以定义可预先给定的区域。此外，该区域也可以是变化的，例如依据车辆的速度而变化，因为随着速度的下降可以假定车辆在充电站上的定位精度增加，并且由此随着该区域的减小可以减小其它无线电系统的干扰性影响并由此更可靠地提供关联连接。

此外，在低于车辆的可预先给定速度（例如5km/h）时第二天线才被接通。车辆与充电站之间的关联连接可以通过以下方式被识别出来，即第二天线所辐射的信号功率被第三天线识别并且在超过可预先给定的第一信号强度时关联连接作为存在的被建立。

此外，也可以借助第二和第三天线来识别精确的充电位置。如果车辆如图1和图2中所示的那样缓慢运动到待确定的充电位置上，则在第二和第三天线的一定距离中从第二天线辐射的信号也只能微弱地被第三天线检测。如果随着时间该所辐射的信号或所识别的信号的信号强度增加，则离充电位置越来越近，直到通过第三天线识别到至少一个可预先给定的第二信号强度。从而本发明除了提供关联连接之外还可以在找到车辆与充电站之间的最佳充电位置时支持精确的定位。

此外，在充电站与车辆之间的其它距离中可以将借助第一天线和数据天线的数据连接用于车辆朝着充电站的方向的定位。在达到充电站与车辆之间的可预先给定的距离时才可以使用由第二和第三天线构成的连接来代替该数据连接地进行定位。

在当前的例子中，第二天线被集成在车辆底侧上，并且第三天线被集成在充电站的地面处或地面中。本发明不限于这些变型。第二天线和第三天线也可以安装在车辆和充电站处的其它位置处，但是条件是在达到充电位置时可以提供可靠的关联连接。

用于提供车辆与充电站之间的关联连接的设备可以至少部分地以软件和/或完全以硬件实施和执行。所述设备的各个步骤例如可以按照机器可读代码的形式存放在存储器中并且通过耦合到存储器的处理器读取和处理。

已借助例子阐述了本发明及其扩展。本发明不限于这些例子。而是也可以将各个实施方式任意组合。尤其是可以将涉及第二天线的扩展——如对方向特性的限制、发射功率的减小或在接收时范围的限制——替换或附加于第二天线地也转用于第三天线。

Claims

1.用于提供车辆（CAR）与充电站（LSTAT）之间的关联连接的设备（DEV1），其中所述充电站（LSTAT）向所述车辆（CAR）的电池供应能量，该设备具有以下装置：

用于与通信单元的数据天线（PNT）交换数据的第一天线（ANT1），该第一天线（ANT1）固定在车辆（CAR）处；

用于与充电站（STAT）的第三天线（ANT3）交换数据以提供车辆（CAR）与充电站（LSTAT）之间的关联连接的第二天线（ANT2），该第二天线（ANT2）被构造为使得从第二天线（ANT2）辐射给第三天线（ANT3）的信号基本上只能被第三天线（ANT3）接收，所述第二天线（ANT2）固定在车辆（CAR）处；

无线电控制器（FC），其中第一天线（ANT1）和第二天线（ANT2）与该无线电控制器（FC）连接并且该无线电控制器（FC）根据可预先给定的标准、尤其是WLAN-无线局域网-工作，所述无线电控制器（FC）集成在车辆（CAR）中。

2.根据权利要求1的设备（DEV1），其中第二天线（ANT2）所辐射的信号的辐射特性（AST）被构造为，使得该辐射特性（AST）具有朝向第三天线（ANT3）方向的波瓣。

3.根据权利要求1或2的设备（DEV1），其中第二天线（ANT2）所辐射的信号的发射功率被构造为，使得该发射功率减小为，使得所辐射的信号基本上只能在第二天线（ANT2）与第三天线（ANT3）之间的距离内被接收到。

4.根据权利要求3的设备（DEV1），其中发射功率在第一持续时间内、尤其是在提供所述关联连接时减小，并且在第二持续时间内、尤其是在提供所述关联连接之后相对于第一持续时间的发射功率提高。

5.根据上述权利要求之一的设备（DEV1），其中第二天线（ANT2）被调准为，使得从第三天线（ANT3）辐射的信号最大在围绕第二天线（ANT2）与第三天线（ANT3）之间的直接视线（SL）的可预先给定的范围（BL）中能被接收。

6.根据上述权利要求之一的设备（DEV1），其中在达到充电站（LSTAT）的可预先给定的范围、尤其是充电位置时激活第二天线（ANT2）。

7.根据上述权利要求之一的设备（DEV1），其中在低于车辆（CAR）的一速度时激活第二天线（ANT2）。

8.根据上述权利要求之一的设备（DEV1），其中第二天线（ANT2）被安置在车辆（CAR）的朝向街道一侧处。

9.根据权利要求1至7之一的设备（DEV1），其中至少两个第二天线（ANT2）分别被安置在车辆的两个不同侧处，至少两个第二天线（ANT2）中的从所述至少两个第二天线（ANT2）接收由第三天线（ANT3）所辐射的最强信号的第二天线（ANT2）能被用于提供关联连接。

10.根据上述权利要求之一的设备（DEV1），其中如果第二天线（ANT2）所辐射的信号能至少以可预先给定的第一信号强度被第三天线（ANT3）接收，则车辆（CAR）与充电站（LSTAT）之间存在关联连接。

11.根据权利要求9的设备（DEV1），其中如果第二天线所辐射的信号能至少以可预先给定的第二信号强度被第三天线（ANT3）接收，则识别出车辆（CAR）的待确定的充电位置。

12.用于提供车辆（CAR）与充电站（LSTAT）之间的关联连接的单元（DEV2)，其中充电站（LSTAT）向车辆（CAR）的电池供应能量，该单元具有以下装置：

用于与第一天线（ANT1）交换数据的数据天线（PNT），其中该第一天线固定在车辆（CAR）处并且该数据天线（PNT）固定在充电站（LSTAT）处；

充电站（STAT）的、用于与第二天线（ANT2）交换数据以提供车辆（CAR）与充电站（LSTAT）之间的关联连接的第三天线（ANT3），该第三天线（ANT3）被构造为使得从第三天线（ANT3）辐射给第二天线（ANT2）的信号基本上只能被第二天线（ANT2）接收，所述第三天线（ANT3）固定在充电站（STAT）处；

第二无线电控制器（FC2），其中第三天线（ANT3）和数据天线（PNT）与该第二无线电控制器（FC2）连接并且该第二无线电控制器（FC2）根据可预先给定的标准、尤其是WLAN-无线局域网-工作，所述第二无线电控制器（FC2）集成在充电站中。

13.根据权利要求12的单元（DEV2），其中第三天线（ANT3）所辐射的信号的辐射特性（AST）被构造为，使得该辐射特性（AST）具有朝向第二天线（ANT2）方向的波瓣。

14.根据权利要求12或13的单元（DEV2），其中第三天线（ANT3）所辐射的信号的发射功率被构造为，使得该发射功率减小为，使得所辐射的信号基本上只能在第二天线（ANT2）与第三天线（ANT3）之间的距离内被接收到。

15.根据权利要求14的单元（DEV2），其中发射功率在第一持续时间内、尤其是在提供所述关联连接时减小，并且在第二持续时间内、尤其是在提供所述关联连接之后相对于第一持续时间的发射功率提高。

16.根据权利要求12至15之一的单元（DEV2），其中第三天线（ANT3）被调准为，使得从第二天线（ANT2）辐射的信号最大在围绕第二天线（ANT2）与第三天线（ANT3）之间的直接视线（SL）的可预先给定的范围（BL）中能被接收。

17.根据权利要求12至16之一的单元（DEV2），其中在车辆（CAR）达到充电站（LSTAT）的可预先给定的范围、尤其是充电位置时激活第三天线（ANT3）。

18.根据权利要求12至17之一的单元（DEV2），其中在低于车辆（CAR）的一速度时激活第三天线（ANT3）。

19.根据权利要求12至18之一的单元（DEV2），其中第三天线（ANT3）被安置在充电站（STAT）的地面处或地面中。

20.根据权利要求12至18之一的单元（DEV2），其中至少两个第三天线（ANT3）分别被安置在充电站（LSTAT）的不同位置处，至少两个第三天线（ANT3）中的从所述至少两个第三天线（ANT3）接收由第二天线（ANT2）所辐射的最强信号的第三天线（ANT3）被用于提供关联连接。

21.根据权利要求12至20之一的单元（DEV2），其中如果第三天线（ANT3）所辐射的信号能至少以可预先给定的第一信号强度被第二天线（ANT2）接收，则车辆（CAR）与充电站（LSTAT）之间存在关联连接。

22.根据权利要求21的单元（DEV2），其中如果第三天线（ANT3）所辐射的信号能至少以可预先给定的第二信号强度被第二天线（ANT2）接收，则识别出车辆（CAR）的待确定的充电位置。

23.根据权利要求1至11之一所述的至少一个设备（DEV1）在车辆（CAR）中的使用。

24.根据权利要求12至22之一所述的至少一个单元（DEV2）在充电站（LSTAT）中的使用。