CN106716180A - 用于感应充电设备的异物识别的方法以及感应充电设备 - Google Patents

用于感应充电设备的异物识别的方法以及感应充电设备 Download PDF

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Abstract

提出一种用于具有振荡回路(24)的感应充电设备(10)的异物识别的方法，该感应充电设备尤其用于手持式工具机，其中，检测所述振荡回路(24)的谐振频率(fR)和属于该谐振频率的实际品质因数(QI(fR))，并且接下来将所述实际品质因数(QI(fR))与取决于所述谐振频率(fR)的期望品质因数(QI(fR))进行比较，并且根据定义的期望品质因数区域(qS)做出关于存在异物(11)的判断。根据本发明，所述方法设置：尤其在无线能量传输期间检测所述感应充电设备(10)的内部温度(T)并且将所述实际品质因数(QI(fR))与基于所述内部温度(T)的修正因数(K)相乘。另外，本发明涉及用于执行所述根据本发明的方法的具有振荡回路(24)的感应充电设备(10)、控制与调节单元(22)以及至少一个温度传感器(36)。

Description

用于感应充电设备的异物识别的方法以及感应充电设备
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求分类的一种用于感应充电设备的异物识别的方法以及一种感应充电设备。
背景技术
已知的是：无线地给蓄电池驱动的手持式设备——例如牙刷、移动通信设备、电驱动的手持式工具等充电。对此，使用电磁场用于从感应充电设备至手持式设备的蓄电池设备的感应式能量传输，其中，感应充电设备和蓄电池设备或手持式设备分别具有线圈，这些线圈能够以小间距彼此定位并且一起基本上构成变压器。
在电磁场的范围中的设备和导电异物可以形成加热异物的涡流。如果异物是可磁化的，那么也可能通过重新磁化损耗或磁滞损耗加热异物。所述加热可能是显著的，从而感应式充电系统的运行的可靠性不再能够保证。除此之外，异物可以从电磁场中吸取能量，从而干扰了至蓄电池设备的能量传输。
从DE 10 2012 205 693 A1中已知感应式充电系统，该充电系统具有用于至蓄电池设备的无线能量传输的感应充电设备，其中，具有充电线圈的感应充电设备的谐振变压器产生交变电磁场。确定装置设置用于根据谐振变压器处的电参数检测充电线圈的区域中的对象。除此之外，感应充电设备包括用于改变谐振变压器的品质因数的控制与调节单元，以便允许低品质因数情况下的能量传输和高品质因数情况下的对象检测。
从还未公开的DE 10 2013 212 588中还已知用于感应充电设备的异物识别的方法，其中，检测感应充电设备的振荡回路的谐振频率和属于该谐振频率的实际品质因数，并且接下来将实际品质因数与取决于谐振频率的期望品质因数进行比较。然后根据所定义的期望品质因数区域，做出关于存在异物的判断。
发明内容
本发明的任务是：进一步改善从现有技术中已知的用于感应充电设备的异物识别的方法以及相应的感应充电设备并且提高异物的识别准确性。
根据本发明设置：用于感应充电设备的异物识别的方法尤其在无线能量传输期间检测感应充电设备的内部温度并且将实际品质因数与基于内部温度的修正因数相乘。另外，本发明涉及具有振荡回路和控制与调节单元的感应充电设备，该感应充电设备尤其用于手持式工具机，该感应充电设备用于执行根据本发明的用于异物识别的方法，其中，在感应充电设备中集成的温度传感器检测感应充电设备的内部温度。以这种方式，能够实现稳健的异物识别，借助所述稳健的异物识别也可以很大程度上与温度影响无关地识别小的异物。
在一种有利构型中，将期望品质因数区域的上边界和/或下边界与修正因数的倒数相乘。由此，可以获得经修正的实际品质因数与期望品质因数区域的边界之间的恒定间距，这能够与谐振频率无关地实现用于异物识别的简化比较和很大程度上的保持不变的异物识别准确性。
可以由至少一个充电线圈的所测量的电阻导出修正因数或者替代地或补充地根据所检测的内部温度计算修正因数，其中，将用于尤其25℃的平均室温的修正因数归一化到值1.0。以这种方式可以最小化或避免可能使温度检测错误的异物影响。
为了进一步改善异物识别的准确性，使修正因数在较高的、尤其高于室温的内部温度情况下的变化过程相对于实际检测的温度变得平缓。
以尤其有利的方式，至少一个温度传感器既不直接布置在振荡回路的充电线圈处也不布置成紧邻功率电路元件以及感应充电设备的其他自生热构件。因此，能够实现感应充电设备或振荡回路的平均内部温度的准确估计。
本发明的其他优点通过从属权利要求中说明的特征以及由附图和以下描述得出。
附图说明
以下根据图1至5示例性地阐述本发明，其中，附图中相同的参考标记表明具有相同功能的相同组件。附图示出：
图1以示意图示出用于执行根据本发明的用于异物识别的方法的感应充电设备以及待充电的蓄电池设备；
图2以示意性曲线图的形式示出根据现有技术的感应充电设备的控制与调节单元的关系表；
图3示出修正因数根据感应充电设备的所检测的内部温度T的变化过程的第一实施例的曲线图；
图4示出修正因数根据感应充电设备的所检测的内部温度T的变化过程的第二实施例的曲线图。
具体实施方式
图1示出用于执行根据本发明的用于识别异物11的方法的感应充电设备10。图1还示出用于未示出的手持式工具机的待充电的蓄电池设备12。感应充电设备10构成充电系统14的初级侧并且设置用于给蓄电池设备12充电，该蓄电池设备构造为手持式工具蓄电池或具有配装蓄电池的手持式工具机。然而原则上也可以设想，借助感应充电设备10给对于本领域技术人员有意义的其他蓄电池设备来充电。
图1示出在充电运行中的感应充电设备10和待充电的蓄电池设备12。在此，蓄电池设备12布置在感应充电设备10的壳体16的上侧上并且通过感应充电设备10的至少一个充电线圈18无线地充电。感应充电设备10具有充电电子单元20，该充电电子单元在其侧包括控制与调节单元22和振荡回路24，该振荡回路具有至少一个充电线圈18并且具有至少一个电容器19，该至少一个电容器与至少一个充电线圈18电连接。
感应充电设备10的控制与调节单元22设置用于确定谐振频率fR和属于该谐振频率的实际品质因数QI(fR)。此外，控制与调节单元22设置用于将实际品质因数QI(fR)与取决于谐振频率fR的期望品质因数QS(fR)进行比较。为此目的，控制与调节单元22具有存储器26，在该存储器中存储有关系表，该关系表对于所求取的谐振频率fR包含具有多个期望品质因数QS(fR)的期望品质因数区域qS(为此也参见关于图2的以下实施方案)。
在感应充电设备10的充电运行期间，以规律的间距执行异物识别。在异物识别时检查：可能妨害充电运行的一个或多个异物11是否位于感应充电设备10与蓄电池设备12之间或简单地仅位于感应充电设备10上和/或是否危害操作者或感应充电设备10。异物识别如此根据在还未公开的DE 10 2013 212 588中描述的方法进行，从而首先确定谐振频率fR和属于该谐振频率的实际品质因数QI(fR)。接下来，将实际品质因数QI(fR)与取决于谐振频率fR的期望品质因数QS(fR)进行比较，以便最后根据所定义的期望品质因数区域qS做出关于以下问题的判断：存在还是不存在至少一个异物11。
图2以示意性曲线图形式示出控制与调节单元22的在存储器26中存储的关系表，其中，谐振频率fR绘制在横坐标上并且品质因数Q绘制在纵坐标上。曲线图分成三个区域30、32、34。第一区域30由对于蓄电池设备12的运行的期望品质因数区域qS构成。如果实际品质因数QI(fR)处在区域30的上边界qSo与下边界之内，则认为：没有异物11位于感应充电设备10与蓄电池设备12之间的区域中。还认为：蓄电池设备12放置在感应充电设备10上并且应该被充电。第二区域32由对于不带蓄电池设备12的运行的期望品质因数区域qS构成。如果实际品质因数QI(fR)处在区域32的上边界qSo与下边界之内，则认为：没有异物11位于感应充电设备10上。还认为：没有蓄电池设备12位于感应充电设备10上。
包围第一区域30和第二区域32的第三区域34由错误区域构成。如果实际品质因数QI(fR)处在所述区域34中，则认为：存在任意的错误或者蓄电池设备12相对于感应充电设备10如此差地定位，从而不能够或仅能够非常受限地给蓄电池设备12充电。在此，错误既可以在感应充电设备10中、在蓄电池设备12中又可以在充电系统14的周围环境中。第三区域34具有两个部分区域34'、34"。在此，第三区域34的第一部分区域34'在品质因数Q方面布置在第一区域30的下边界以下。如果实际品质因数QI(fR)处在第一部分区域34'内，则认为：至少一个异物11位于感应充电设备10与蓄电池设备12之间。第三区域34的第二部分区域34"在品质因数Q方面布置在第二区域32的下边界以下。如果实际品质因数QI(fR)处在第二部分区域34"中，则认为：至少一个异物11位于感应充电设备10上。
然而，实际品质因数QI(fR)的变化过程此外也取决于温度影响。当感应充电设备10的内部温度T上升时，那么实际品质因数QI(fR)降低。相反地，实际品质因数QI(fR)随着温度值下降而升高。这主要因为：充电线圈18的内部电阻随着温度T上升而增大并且随着温度T下降而减小。但是，振荡回路24的其他构件——例如电容器——也能够具有对实际品质因数QI(fR)的相应的温度影响。温度影响不利地影响异物识别的准确性。因此，本发明的任务是：很大程度上与这种温度影响无关地保持实际品质因数QI(fR)。
根据本发明，感应充电设备10具有温度传感器36(见图1)，该温度传感器与控制与调节单元22连接并且检测感应充电设备10在至少一个充电线圈18附近的内部温度T。为了获得感应充电设备10或振荡回路24的平均内部温度T的尽可能准确的估计，温度传感器36优选地既不直接布置在充电线圈18处也不布置成紧邻功率电路元件以及感应充电设备10的其他自生热构件。以这种方式，能够在很大程度上最小化或避免构件对温度检测产生错误的温度影响，从而可以主要考虑感应充电设备10的通过至少一个充电线圈18产生的内部温度T——此外通过充电线圈18的接地(Masse)来稳定该内部温度——的影响。
根据本发明的用于异物识别的方法现在设置：尤其在无线能量传输期间检测感应充电设备10的内部温度T，并且将所测量的实际品质因数QI(fR)与基于内部温度T的修正因数K相乘。补充地设置：将期望品质因数区域qS的上边界qSo和/或下边界与修正因数K的倒数1/K相乘。可以由至少一个充电线圈18的所测量的电阻导出修正因数K，因为该电阻——如上所述——根据内部温度T而变化。替代地或补充地可以根据借助温度传感器36检测的内部温度T来计算修正因数K。
在图3中示出修正因数K根据内部温度T的变化过程。修正因数K在通过温度边界Tmin与Tmax定义的工作区域内随着内部温度T上升而非线性地增大。例如25℃的平均室温用TR标记，其中，修正因数K归一化到值K＝1.0。但是，其他值——例如23℃或24.5℃——也可以作为室温TR存储在控制与调节单元22的存储器26内。
在内部温度T的更高的值的情况下，可以通过修正因数K的根据图4的匹配再进一步改善异物识别的敏感度。在此，修正因数K直到室温TR以上稍微一点的变化过程相应于图3中的变化过程。然而，对于更高的温度值，使修正因数K的曲线现在相对于原来的、虚线示出的至最大温度值Tmax的变化过程变得平缓，这虽然引起实际检测的温度影响的略微更小的补偿，但是另一方面导致异物识别的更高的准确性。
最后还应指出：本发明的所示出的实施例既不受限于附图中示出的曲线变化过程也不受限于根据图1的感应式充电系统的构型。

Claims (8)

1.一种用于具有振荡回路(24)的感应充电设备(10)的异物识别的方法，该感应充电设备尤其用于手持式工具机，其中，检测所述振荡回路(24)的谐振频率(fR)和属于该谐振频率的实际品质因数(QI(fR))，并且接下来将所述实际品质因数(QI(fR))与取决于所述谐振频率(fR)的期望品质因数(QS(fR))进行比较，并且根据定义的期望品质因数区域(qS)做出关于存在异物(11)的判断，其特征在于，尤其在无线能量传输期间检测所述感应充电设备(10)的内部温度(T)并且将所述实际品质因数QI(fR)与基于所述内部温度(T)的修正因数(K)相乘。
2.根据权利要求1所述的用于异物识别的方法，其特征在于，将所述期望品质因数区域(qS)的上边界(qSo)和/或下边界与所述修正因数(K)的倒数(1/K)相乘。
3.根据上述权利要求中任一项所述的用于异物识别的方法，其特征在于，由所述至少一个充电线圈(18)的所测量的电阻导出所述修正因数(K)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的用于异物识别的方法，其特征在于，根据所检测的内部温度(T)计算所述修正因数(K)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的用于异物识别的方法，其特征在于，将用于平均室温(TR)的修正因数(K)归一化到值1.0，所述平均室温尤其是25℃。
6.根据上述权利要求中任一项所述的用于异物识别的方法，其特征在于，使修正因数(K)在较高的内部温度(T)的情况下的变化过程相对于实际检测的温度(T)变得平缓，所述内部温度尤其高于所述室温(TR)。
7.一种具有振荡回路(24)和控制与调节单元(22)的感应充电设备(10)，该感应充电设备尤其用于手持式工具机，其中，所述控制与调节单元(22)检测所述振荡回路(24)的谐振频率(fR)和属于该谐振频率的实际品质因数(QI(fR))，并且接下来将所述实际品质因数(QI(fR))与取决于所述谐振频率(fR)的期望品质因数(QS(fR))进行比较，并且根据定义的期望品质因数区域(qS)做出关于存在异物(11)的判断，其特征在于，尤其在无线能量传输期间，在所述感应充电设备(10)中集成的至少一个温度传感器(36)检测所述感应充电设备(10)的内部温度(T)，并且所述控制与调节单元(22)将所述实际品质因数QI(fR)与基于所述内部温度(T)的修正因数(K)相乘。
8.根据权利要求6所述的感应充电设备(10)，其特征在于，所述至少一个温度传感器(36)既不直接布置在所述振荡回路(24)的充电线圈(18)处也不布置成紧邻功率开关元件以及所述感应充电设备(10)的其他自生热构件。
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