CN110536811A - 具有物体识别的感应式能量传输装置的组件及用于运行感应式能量传输装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应式能量传输装置的组件(10)，其中，组件(10)具有物体识别装置，物体识别装置至少具有第一和第二电感器(13、14)，其中，第一电感器(13)通过组件(10)的能量传输线圈(13)构成，能量传输线圈被预定的测量电流加载，并且，组件(10)具有测量装置(12)，能量传输单元(11)和评估装置(15)。测量装置(12)设计成，如此产生测量电流，使得由此由能量传输线圈(13)产生的磁场具有比借助于能量传输单元(11)的传输电流产生的磁场更小的场强，并且，至少所述第二电感器(14)构造成测量线圈(14)，其中，评估装置(15)从测量线圈(14)的测量信号中识别导电的物体的存在。

Description

具有物体识别的感应式能量传输装置的组件及用于运行感应 式能量传输装置的方法

技术领域

本发明涉及一种具有物体识别/目标识别/对象识别的感应式能量传输装置的组件。此外，本发明涉及一种用于运行具有物体识别的感应式能量传输装置的方法。

背景技术

具有物体或金属物体识别的感应式能量传输装置的组件是已知的。在此，感应式能量传输装置用于，通过能量传输的磁场将能量从静止的组件、例如固定的充电站传输给可安装在机动车中的移动的组件，以由此例如为机动车的电池充电。当在静止的组件的线圈或电感线圈和移动的组件的线圈或电感线圈之间存在金属物体，准确地说导电的物体时，存在安全风险，因为通过由能量传输的磁场感应的涡电流将该金属对物体剧烈加热。物体自身可能被损坏或者引起火灾。例如，当在路面中或上提供所述静止的组件并且向停在路面上的机动车进行能量传输时，是这种情况，其中，在道路上在机动车下方例如存在铝合金接线盒或者有导电覆层的纸。为了避免安全风险，必要的是，仅仅当在能量传输的磁场中不存在这种物体时才进行能量传输。下文中，可通过物体识别装置识别或探测的物体指的是金属物体或导电的物体。如果探测或识别了这种物体，可阻止能量传输。

在感应式能量传输装置中已知用于探测这种物体或者使由于被加热的物体引起的安全风险最小化的机构。

从专利文献DE 20 2009 009 693 U1中已知一种用于从至少具有初级电感线圈的静止单元感应式地向车辆传输电能的装置。在此，该装置具有用于探测导电物体存在的机构。在此，初级电感线圈用作用于探测的测量电感线圈或测量线圈，也可使用多个独立的测量电感线圈。在此，通过预定强度的测量电流加载测量线圈。通过以下方式探测导电的物体，即，测量线圈的测量场在物体中产生涡电流，涡电流对相应的测量线圈的磁性反作用引起该测量线圈的阻抗变化。此时不利的是，通过仅仅一个线圈、即初级线圈进行测量，由此，降低了探测的精度，或者必须通过测量电流操控多个测量线圈，这带来在装置的功率电子技术上高的复杂性。

从专利文献DE 10 2014 220 224 A1中已知一种用于通过具有初级线圈和次级线圈的磁性耦合的线圈对无接触地为可电池运行的物体充电的方法。规定，使在线圈之间的磁场尽可能小，因为该磁场通过感应的涡电流导致可能位于线圈之间的金属物体加热。通过使该磁场最小化减小了该加热以及进而带来的安全风险。缺点在于，即便在金属物体位于线圈之间时也为电池运行的物体充电，从而还是导致一定程度的加热。

发明内容

本发明的目的是，提供一种感应式能量传输装置的组件，其具有用于探测导电物体的机构，其中，尤其有效地设计该机构。

该目的根据独立权利要求实现。通过从属权利要求、以下描述和附图描述本发明的优点。

为此规定，感应式能量传输装置的组件具有物体识别或物体识别装置。物体识别装置具有至少两个电感器。在此，第一电感器通过组件的能量传输线圈构成，根据组件的类型，能量传输线圈可为初级线圈或次级线圈。因此，能量传输线圈也用于，在能量传输中将能量传输给感应式能量传输装置的另一组件。在一运行模式中，在能量传输线圈中，通过传输电流产生传输磁场。在与能量传输运行不同的另一运行模式中，能量传输线圈被加载预定的测量电流。测量电流设置成用于物体识别。此时，如此选择预定的测量电流，使得与用于能量传输的传输电流相比，测量电流更小。例如，测量电流仅仅为传输电流的值的百分之几。

组件具有测量装置，能量传输单元和评估装置。例如，能量传输单元是电子装置或功率电子装置，借助于该电子装置可产生传输电流，传输电流在能量传输线圈中产生用于传输能量的磁场。测量装置设计成，产生尤其是相对于传输电流更小的测量电流。由此得到的优点是，一方面，对于测量装置的用于识别物体的磁场，不需要附加的线圈。另一方面，通过测量装置保证，磁场具有低的场强，使得如果物体定位该磁场中，物体不加热，因为用于加热的涡电流过小。可如此调整测量电流，使得始终遵守所有需满足的在能量传输之外产生的磁场的标准和磁场的极限值。通过能量传输线圈也可用于产生用于探测的磁场，使得物体识别非常有效，并且不需要附加的用于产生该磁场的线圈。

组件的至少第二电感器构造成测量线圈。测量线圈接收由能量传输线圈通过测量电流产生的磁场。测量线圈根据该磁场产生测量信号并且将该测量信号发送给评估装置或者转发到评估装置处。评估装置构造成，根据测量信号探测，磁场中，即在组件附近的预定的区域中是否存在导电的物体。在水平的组件中，预定的区域可为以确定的距离在组件上方或周围的区域。为此，评估装置例如可将接收的测量信号与在物体不存在时的标定步骤中接收的、所储存的测量信号比较。如果接收的测量信号与所储存的测量信号不同，评估装置可识别或探测到，存在物体。评估装置也可通过以下方式探测到物体存在，即，测量信号具有预定的、与物体相关的电压。此外，评估装置设置成，在信号中输出物体是否存在。

优点在于，当存在物体时，例如通过信号可阻止能量传输。因此，在这种情况中，能量传输单元不产生传输电流，从而不产生可能加热存在的物体的磁场。测量线圈通过与第一电感器不同的第二电感线圈构成的优点在于，由此能尤其准确地识别物体，因为测量电流不必流过测量线圈。例如，由此也能可靠地识别非常小的物体。测量线圈也提供的优点是，其不必设计成被测量电流或传输电流加载，从而测量线圈可有效地设计成仅仅用于接收磁场并且由此可设计得小并且节省材料。

本发明也包括组件的改进方案，通过改进方案得到其它优点。

在一种改进方案中，组件在其表面上具有多个测量线圈，其中，测量线圈空间分散地布置。在此，测量线圈也可被护板从外部保护。测量线圈例如可安装在外护板和能量传输线圈之间。多个测量线圈空间分散的优点是，由此可识别物体的空间位置。测量线圈分散单独地联结到评估装置上并且分别将相应的测量信号发送给评估装置。如果物体位于测量线圈中的一个上方，则该单个测量线圈的测量信号与其它测量线圈的信号不同。由此，评估装置识别出物体的位置并且也可在信号中输出物体的位置。尤其在小的物体中，由此得到的优点是，例如可为机动车的驾驶员示出物体的位置，并且驾驶员可在不必长时间寻找的情况下移除该物体。

在组件的一种改进方案中规定，相对于能量传输单元独立地，提供产生测量电流的测量装置。这指的是，作为能量传输单元的组件的附加，提供测量装置的组件。例如，不仅能量传输单元而且测量装置联接到能量传输线圈的接头上。由此产生的优点是，即便当能量传输单元未被激活时，也进行物体识别。于是，仅当测量装置和评估装置识别到不存在物体时，才激活能量传输单元。优点在于，在这种情况中，能量传输单元不消耗不必要的能量。由此，提高了感应式能量传输装置的效率。

在一种改进方案中规定，测量装置和能量传输单元至少具有公共的元件。为此，测量装置可集成到能量传输单元的功率电子装置中。例如，测量装置通过自己的电连接将测量电流输入到能量传输线圈、例如同样输入到能量传输单元中。优点在于，不必非必要地双重地提供电组件。在共同的不带电的元件(例如不必被激活的电阻或线圈)中，可得到的优点是，即便在未激活能量传输单元时测量装置也可为激活的。

一种改进方案规定，测量装置和能量传输单元的公共的元件是中间电路电容。中间电路电容可具有中间电路电压，中间电路电压适合被能量传输单元用于从中产生用于能量传输线圈的传输电流。在这种情况中，测量装置设定成，降低、即减小中间电路电压。通过由测量装置减小中间电路电压，保证，不超过预定的测量电流，并且由此得到的测量装置的磁场的场强位于预定的值范围中。该值范围是这样的值范围，即，在其中，通过磁场不能加热导电物体或者仅仅能很低程度地加热导电物体。

一种改进方案规定，至少在预定的值范围中可变地调整通过测量装置由测量电流产生的磁场频率。为此，测量装置例如具有换流器，换流器可通过相应的操控信号产生具有不同频率的交变电压，该交变电压施加在能量传输线圈上并且引起测量电流。在此，磁场频率相应于所产生的交变电压的频率。优点在于，测量装置的磁场频率不必具有与能量传输单元相同的频率。有利地，能量传输单元的频率最优地用于尽可能有效的能量传输。相反地，通过该改进方案可以有利的方式优化测量装置的频率以用于识别物体。

组件的一种改进方案规定，测量装置的频率与能量传输单元的频率不同。这指的是，能量传输单元产生具有与测量装置的频率不同的频率的磁场。由此也得到的优点是，尤其是即便当已经传输了能量并且在能量传输期间导电的物体到达能量传输的磁场中，该物体也能被测量装置识别而能量传输单元的磁场不干扰测量装置的磁场。也可行的是，如此设计物体识别过程，使得其中使用多个不同的频率。因此，在一个测量过程中，测量装置一次地或多次地先后改变磁场频率。优点在于，能在不同频率中尤其好地识别不同物体。因此，通过该改进方案保证，能尤其可靠地识别存在的不同类型的导电物体。

在一种改进方案中规定，组件是感应式能量传输装置的静止的组件，或者能量传输装置的移动的组件。静止的组件例如可在固定的充电站处提供，配备有移动组件的机动车可在该充电站上充电。

在组件的一种改进方案中规定，该组件是静止的组件，并且具有车辆接近装置。车辆接近装置设计成，用信号示出为了充电过程驶向该组件的车辆或机动车的接近。例如，在车辆接近装置中提供WLAN接收器或摄像机，其中，当机动车接近该组件时，WLAN接收器可识别机动车的WLAN信号并且摄像机可光学地识别机动车。车辆接近装置设计成，当车辆接近时，用信号向控制装置示出。于是，当车辆尚未到达用于能量传输的停车位置或者具有该组件的充电位置时，控制装置已经能开始物体识别过程。即，当感应式能量传输装置的两个组件尚未相对彼此布置或耦联时，就开始进行物体识别。于是，优点在于，当导电的物体位于静止的组件上时，在驾驶员将其机动车停放在物体上之前，已经通知机动车的驾驶员。由此，在机动车的位置停止在静止的组件上之前，车辆驾驶员已经能移除物体，并且随后才将其机动车行驶到静止的组件上。由此，驾驶员不必再从静止的组件上开走机动车以除去物体，由此节省了时间和能量。

本发明也包括用于运行具有物体识别装置的感应式能量传输装置的方法。该物体识别装置至少包括第一和第二电感器。在此，能量传输线圈用作第一电感器。在此，能量传输线圈例如是在静止的组件上提供的初级线圈。在该方法中，该初级线圈被预定的测量电流加载。在此，由尤其是相对于传输装置独立的测量装置产生测量电流，传输装置将用于为例如机动车充电的充电电流输入到能量传输线圈中。此外，由至少一个第二电感器接收所产生的磁场，并且根据该磁场产生对应的测量信号。该测量信号被发送给装置的选择部，其中，当在预定的感应式能量传输装置的附近识别到物体时，选择部将第一信号发送给控制装置。通过以下方式确定所述预定的附近，即，在所述预定的附近之内，物体可能由于电的能量传输的磁场被剧烈加热。于是，当评估装置通过测量信号识别到物体位于所述预定的附近之内时，阻止能量传输。由此保证，物体不被能量传输的磁场加热并且进而没有风险。

本发明也包括根据本发明的方法的如下改进方案，即，其具有例如已经结合根据本发明的组件的改进方案描述的特征。出于这一原因，在此不再次描述根据本发明的方法的相应的改进方案。

附图说明

下文描述本发明的实施例。为此，唯一的附图以示意性的方框图示出了根据本发明的组件。

具体实施方式

以下解释的实施例为本发明的优选的实施方式。在这些实施例中，所描述的实施方式的组成部分分别表示单独的、被视为彼此独立的本发明的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明，并且进而也单独地或者以与所示出的组合不同的组合被视为本发明的组成部分。此外，也可通过已经描述的本发明的特征中的其它特征补充所描述的实施方式。

在图中，示出了根据本发明的感应式能量传输装置的组件10。组件10具有能量传输单元11，测量装置12，能量传输线圈13和测量线圈14。测量线圈14与评估装置15耦联。在一个实施例中，组件10是联接到供电网络16上的静止的组件。相反地，移动的组件可联接到电池上。

在能量传输模式中，组件10可与另一组件10'耦联，从而可借助于在组件之间的感应式传输来传输能量。在静止的组件10中，在此能量传输线圈13是初级线圈，相反地，在移动的组件10'中，能量传输线圈13可为次级线圈。

在能量传输之前，必须保证，在两个线圈，即，例如初级线圈和次级线圈之间不存在导电物体。因为，导电物体可能通过能量传输的磁场加热，从而例如可能引起火灾并且可能形成安全风险。当金属物体为具有金属和纸的烟盒时，是这种情况。因此，组件10设有物体识别。该物体识别通过测量装置12，能量传输线圈13，测量线圈14和评估装置15提供。在此，或者可提供唯一的测量线圈14，或者提供多个测量线圈14。测量装置12产生电流，该电流被输入能量传输线圈13中并且由此产生磁场。该磁场如此小，使得不加热可能存在的导电物体。为此，切断能产生具有预定的强度的测量电流的测量装置12。该测量电流小于由能量传输单元11产生的传输电流。在预定的区域中、也就是说磁场中的物体如此改变该磁场，使得当物体存在时，测量线圈14接收到与当这种物体不存在时不同的磁场。测量线圈14产生相应的测量信号，该测量信号被发送给耦联的评估装置15。为此，评估装置设计成，获取相应的测量信号，并且进行解读，并且识别出，是否存在物体。如果存在物体，评估装置15输出第一信号，当物体不存在时，评估装置例如可输出第二信号。

如果输出第二信号，例如可激活能量传输单元11，从而进行给移动的组件的能量传输。如果输出第一信号，相反地阻断能量传输单元，从而不存在由于存在的物体带来的安全风险，因为其未被加热。

测量装置12可产生具有不同频率的磁场。在用于探测可能存在的位于能量传输的磁场中的物体的测量过程中，可使用多个不同频率。由此得到的优点是，在测量或探测中可滤除干扰，并且使结果更准确。因此实现，也能识别更小的物体或不同类型的物体。

在另一实施例中，将测量装置12集成到能量传输单元11中，从而几个电组件不仅被测量装置12而且被能量传输单元11使用。其例如可为中间电路电容。当能量传输单元11从该中间电路电容中提取电压并且通过逆变器产生用于能量传输的高频信号时，测量装置12首先降低中间电路电容的中间电路电压。这意味着，中间电路电压例如可下降到其原始值的10％。由此保证，测量电流不超过预定的值，并且由此用于物体识别的磁场仅仅达到不加热物体或者仅仅很低程度地加热物体的场强，从而该物体没有安全风险。

通过本发明，为用于感应式能量传输的、仅仅具有一个线圈(电流被输入该线圈中)的系统扩展了单独的/额外的小的电子装置。该小的电子装置或辅助电子装置或测量装置在探测过程中在感应式能量传输装置的主线圈中产生电流并且进而产生磁场。也可行的是，为了保证在逆变器的输入部上的低的电压，根据布置在上游的电网输入部匹配中间电路电压，并且由此保证更小的场强。通过以下方式得到优点，即，通过使用感应式能量传输系统的线圈，不必安装其它大面积的线圈。由此，减小了结构空间和总成本。尤其是在停车过程之前进行物体识别时，也即当车辆尚未停在静止的组件上时，为了开始能量传输，可行的是，进行物体识别并且同时保持在电场和/或磁场上要求的极限值。

总地来说示例表明，具有仅仅一个被输入电流的电感线圈的感应式能量传输装置的组件如何提供有效且准确的物体识别。

Claims (10)

1.一种感应式能量传输装置的组件(10)，其中，所述组件(10)具有物体识别装置，该物体识别装置至少具有第一和第二电感器(13、14)，其中，所述第一电感器(13)通过组件(10)的能量传输线圈(13)构成，至少在一运行模式中，所述能量传输线圈被加载预定的测量电流，其特征在于，所述组件(10)具有测量装置(12)，能量传输单元(11)和评估装置(15)，所述测量装置(12)设计成如此产生测量电流，使得因此由能量传输线圈(13)产生的磁场具有比借助于能量传输单元(11)的传输电流产生的磁场更小的场强，至少所述第二电感器(14)构造成测量线圈(14)，该测量线圈与评估装置(15)耦联，其中，所述评估装置(15)设置成，从测量线圈(14)的测量信号探测导电的物体的存在并且在信号中输出。

2.根据权利要求1所述的组件(10)，其特征在于，在组件(10)的表面上空间分散地提供多个测量线圈(14)，耦联到测量线圈(14)上的评估装置(15)设计成，从测量线圈相应的测量信号中识别出物体的空间位置并且作为信号输出。

3.根据上述权利要求中任一项所述的组件(10)，其特征在于，通过独立于能量传输单元(11)的测量电子装置(12)提供产生测量电流的测量装置(12)。

4.根据权利要求1或2所述的组件(10)，其特征在于，测量装置(12)集成到所述能量传输单元(11)中，至少一个公共的元件不仅是所述能量传输单元(11)的元件而且也是所述测量装置(12)的元件。

5.根据权利要求4所述的组件(10)，其特征在于，所述公共的元件是中间电路电容，所述测量装置(12)降低中间电路电压，从而保证预定的测量电流和由此产生的更小的磁场强度。

6.根据上述权利要求中任一项所述的组件(10)，其特征在于，能在预定的值范围中可变地调整所述测量装置(12)的磁场频率。

7.根据权利要求6所述的组件(10)，其特征在于，所述测量装置(12)的磁场频率与通过能量传输单元(11)产生的磁场频率不同，和/或物体识别过程设计成，将其中多个不同的频率先后用于物体识别。

8.根据上述权利要求中任一项所述的组件(10)，其特征在于，所述组件(10)是感应式能量传输装置的静止的或者移动的组件(10)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的组件(10)，其特征在于，所述组件(10)是静止的组件(10)，所述组件的车辆接近装置设计成，用信号示出车辆的接近，控制装置构造成，在车辆的如下位置之前进行物体识别过程，即，在所述位置中所述组件(10)与感应式能量传输装置的另一组件(10)相对布置以进行能量传输。

10.一种用于运行具有物体识别装置的感应式能量传输装置的方法，所述物体识别装置至少具有第一和第二电感器(13、14)，其中，能量传输线圈(13)用作第一电感器(13)，所述能量传输线圈被加载预定的测量电流，其中

a)由测量装置(12)产生测量电流；

b)至少第二电感器(14)接收由第一电感器(13)产生的磁场并且产生对应的测量信号；

c)评估装置(15)评估所述测量信号，当在感应式能量传输装置预定的附近探测到物体时，产生第一信号并且发送给控制装置，以及

d)至少在第一信号被控制装置接收的情况下，阻止能量传输。