CN204131233U - 用于给电动车辆感应充电的充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于给电动车辆感应充电的充电装置，其包括用于进行感应充电的充电线圈(LS)以及对象探测器(5)，其中，该对象探测器(5)具有：带有至少一个介电区域(10)的主体，该介电区域具有平面延伸的平侧面(20)；至少一个向介电区域(10)提供电磁波(55)的波源(50)；以及用于检测取决于电磁波在介电区域(10)中的传播情况的至少一个值的检测装置和分析装置，其中，该分析装置设计用于根据该至少一个值推测平侧面(20)上的和/或附近的对象的存在情况和/或该对象的至少沿平侧面的位置。

Description

用于给电动车辆感应充电的充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于给特别是电动车辆感应充电的充电装置。 

背景技术

在具有可充电的电能存储装置的、例如可充电的蓄电池的电动车辆中，必须定期通过充电而向能量存储装置输送所需的能量。目前，无接触式地、特别是通过感应充电使能量存储装置充电的充电方案具有越来越重要的意义。 

在感应充电时，嵌入充电站的底部中的线圈作为初级线圈产生交变磁场，该交变磁场被安装在相应的电动车辆的底面上的、作为次级线圈的接收线圈接收并转换为充电电流。 

在感应充电时，在充电站的充电线圈和电动车辆的充电线圈之间典型地存在气隙，借助于感应充电场能够越过该气隙传输高功率。 

在感应充电期间可能会通过在金属中形成的涡流电流而将处在气隙中的金属异物加热并且例如引起火灾。此外，在感应充电时进入气隙中的生物组织、例如进入气隙中的人体部分或动物也可能会受到损害。 

如果在人体中-例如由于医学治疗-而存在金属件、特别是钉子、螺栓或夹板，则情况会特别危险，因为金属件可能会附加地大大升温。同样成问题的例如还有动物身上的金属项圈。 

因此必须在感应充电期间探测气隙中的对象、例如异物等。 

已知了一种具有带电结构的板件，原则上来说，利用该板件能够进行这种探测。例如平面可以设有按键，该按键能够通过对象而按向平面的方向并随后操纵电子开关。通过这种方式能够确定对象的存在情况以及位置。多个或全部按键的信号通过导线传输至分析单元。 

此外还已知了一种基于电容式、电阻式或感应式工作原理的触摸屏：在触摸屏中通常这样确定对象的位置，即沿触摸屏的边棱有电流流经特定的导线，而该导线的位置是已知的。也就是说，沿触摸屏的边棱必须根据不同的分辨率连接多条导线，并且该板件必须设有引导电流的结构。 

但始终所需的电接触在感应式充电系统中是成问题的，这是因为电线和电缆有可能在感应充电时通过涡流电流升温，通过导体回路能感应高电压，和/或有可能这样影响充电线圈的电场，即能量效率在感应充电时降低。 

此外还存在这样的附件，即设有用于在感应充电时监控气隙的主动式传感器。然而，这些附件容易因受到污染或损毁而发生故障、并不足够精确或者具有高度的横向敏感性，因此也不能提供实践中所要求的可靠性和稳固性。 

实用新型内容

本实用新型的目的因此在于，提出用于给特别是电动车辆感应充电的、一种经过改进的充电装置和一种经过改进的方法，利用该装置和方法能够在充电时可靠地、稳固地、特别是不容易受到污染地进行对气隙的监控。 

该目的通过一种用于给电动车辆感应充电的充电装置实现，所述充电装置包括用于进行感应充电的充电线圈以及对象探测器，其中，所述对象探测器具有：带有至少一个介电区域的主体，所述介电区域具有平面延伸 的平侧面；至少一个向所述介电区域提供电磁波的波源；以及用于检测取决于所述电磁波在所述介电区域中的传播情况的至少一个值的检测装置和分析装置，其中，所述分析装置设计用于根据所述至少一个值推测所述平侧面上的和/或附近的对象的存在情况和/或所述对象的至少沿所述平侧面的位置。 

根据本实用新型的充电装置具有用于感应充电的充电线圈。根据本实用新型的充电装置还进一步包括对象探测器。根据本实用新型的充电装置的对象探测器具有主体，该主体具有至少一个带有在平面上延伸的平侧面的介电区域。此外，对象探测器还具有向该介电区域供应电磁波、特别是微波的波源、特别是微波源，以及至少一个用于检测取决于电磁波在介电区域内的传播情况的至少一个值的检测装置和分析装置，该分析装置设计用于根据该至少一个值来推测平侧面上的和/或附近的对象的存在情况和/或该对象的至少沿平侧面的位置。 

在本申请书的范畴内，优选地可将“平侧面附近”这一说法理解为“在真空中与平侧面保持最大10个电磁波波长的距离”。特别是能够将该说法理解为“在真空中与平侧面在真空中保持最大3个电磁波波长的距离”，优选地理解为“在真空中与平侧面在真空中保持最大1个电磁波波长的距离”，理想情况下理解为“在真空中与平侧面在真空中保持最大半个电磁波波长的距离”。 

在根据本实用新型的充电装置的对象探测器中，在介电区域中传播的电磁波承担这种功能，即沿平侧面探测介电区域。通过这种方式，对于根据本实用新型的充电装置的对象探测器来说，在平面中延伸的平侧面上不必大量布线。因此很容易利用根据本实用新型的对象探测器来实现特别是面积明显超过目前常见的触摸屏尺寸的平侧面。 

根据本实用新型，在根据本实用新型的充电装置的对象探测器中可以不再使用电线和电缆。因此，充电线圈的磁场和对象探测器的部件不会互相产生消极影响。 

此外，在根据本实用新型的充电装置中，对象探测器设计得非常牢固，特别是车辆可从其上碾过，同时也设计成对污染和其它外部影响不敏感。因此能够借助于根据本实用新型的充电装置的对象探测器在感应充电时可靠地且相对于污染牢靠地对气隙进行监控。 

在根据本实用新型的充电装置的对象探测器中，介电区域优选地、至少部分地被吸收体材料围绕。在本实用新型的这一改进方案中有效地避免了在介电区域内形成电磁驻波。介电区域内的电磁驻波将会通向平侧面上的某些区域，即电磁波的场效应强度消失的区域。因此，在平侧面的这些/这个位置上或者附近，对象探测器是几乎不敏感的。而借助于吸收体材料则能够将电磁波有效地从介电区域内导出，电磁驻波因此也无法形成。对象探测器的敏感性因而在本改进方案中得到明显改进。 

在根据本实用新型的充电装置的对象探测器中，波源优选地设计为微波源并且由此设计用于为介电区域提供微波。微波源适宜地包括与耦合输入装置相连接的微波发射装置，该耦合输入装置设计用于将由微波发射装置发射出的微波耦合输入介电区域中，这特别是借助于波导管供给装置和/或借助于耦合销钉和/或借助于开槽耦合装置实现。 

在根据本实用新型的充电装置的对象探测器中，主体适宜地是扁平件、特别是板件，或者具有扁平件、特别是板件。因此比较容易实现在其操作方面与传统的触摸屏类似的结构。同时，有利的是，正如在前面已经说明的那样，在本实用新型的这一改进方案中，对象探测器在尺寸上也是能够非常自由地缩放的。 

在本实用新型的一种优选的改进方案中，对象探测器的主体具有层结构、特别是带有平侧面的介电层。层结构中的层的材料、厚度和顺序适宜这样选择，即电磁波的引导、特别是微波的引导在主体内部是最优的。 

在根据本实用新型的充电装置的对象探测器中，层结构适宜地具有背对平侧面布置的金属层。因此例如能够使介电区域的厚度减半，这通过这种方式实现，即将介电区域连接在该金属层上。正如本身已知的那样，通过这种方式并借助于金属层能够将介电层设计为“镜绝缘波导(mirror dielectric waveguide)”。 

层结构适宜地具有背对平侧面的层，该层由超材料制成。特别是能够将该超材料设计成金属，其中，该超材料构成接地平面，该接地平面以本身已知的方式具有特定的空间结构以避免形成涡流电流。 

在根据本实用新型的充电装置中，对象探测器的主体适宜地设计为具有窄边的扁平件，其中，一个/多个检测装置布置优选的全部在窄边中的至少一个窄边上或者沿着该至少一个窄边布置。特别优选的是，主体是具有边棱式的窄边的板件。检测装置则布置在一个、多个或者全部边棱上。检测装置适宜地是微波接收装置。 

检测装置适宜地设计用于检测接收到的电磁波的、特别是接收到的微波的场强度和/或能量和/或功率和/或强度/或振幅和/或相位，或者设计用于检测取决于前述值的一个或多个值。 

在根据本实用新型的充电装置的对象探测器中，介电区域优选地设计具有至少为1.5和/或最高为10的介电常数。介电区域特别地设计为具有至少为2和/或最高为5、优选地最高为3的介电常数。 

介电区域优选地设计具有塑料或者是由塑料制成的。在本实用新型的一种同样优选的改进方案中，介电区域设计具有陶瓷或者是由陶瓷制成的。特别优选的是，介电区域设计具有塑料-陶瓷-合成物或者由其制成。 

介电区域适宜地设计具有聚四氟乙烯(PTFE)。该介电区域可替换地或者附加地和同样优选地设计具有高密度聚乙烯(high-density polyethylene，HD-PE)。 

特别优选的是将介电区域设计成由聚四氟乙烯或高密度聚乙烯制成。 

根据本实用新型的充电装置优选的是初级充电装置。 

可替换的和同样优选的是，根据本实用新型的充电装置是次级充电装置。 

适宜的是，在根据本实用新型的充电装置中，至少平侧面倾斜于、优选地接近或完全垂直于平侧面位置上的充电线圈的充电磁场的方向定向。 

在根据本实用新型的充电装置中，充电线圈优选地具有耦合面，该耦合面设计用于与相符的充电装置中的另一个充电线圈进行感应耦合，其中，至少平侧面布置在充电线圈的耦合面的一侧且背对耦合面定向。 

根据本实用新型的方法是一种用于借助于初级充电装置和次级充电装置越过处于初级充电装置和次级充电装置之间的气隙给特别是电动车辆感应充电的方法，在该方法中，将根据本实用新型的充电装置如前所述地用作初级充电装置和/或次级充电装置，其中，对象探测器被用于对气隙旁的或者气隙内部的对象进行探测、特别是进行位置探测，其中，借助于波源向介电区域中提供电磁波，借助于至少一个检测装置检测至少一个取决于电磁波在介电区域内的传播情况的值，并且其中，借助于分析装置并根据该值推测平侧面上的和/或附近的对象的存在情况，和/或推测该对象的至少沿平侧面的位置。 

在根据本实用新型的方法中，考虑将对象探测器优选地用于对金属对象进行探测、特别是位置探测。该对象探测器可替换地或附加地和同样优选地被用于对这样的对象进行探测、特别是位置探测，即：与主体的介电区域的介电常数相比，该对象具有更大的或相同大小的介电常数。 

优选的是，在根据本实用新型的方法中，借助于至少一个耦合器和/或借助于至少一个波导管供给装置和/或借助于耦合销钉和/或借助于开槽耦合装置为至少主体的介电区域提供电磁波。 

在根据本实用新型的方法中，适当地确定至少一个电磁波信号到对象和/或从对象到至少一个检测装置的至少一个运行时间，其中，考虑借助于分析装置将运行时间用于确定对象的位置。这种信号适宜地借助于波脉冲、特别是微波脉冲实现。 

适宜地在连续波运行(连续波CW＝continuous wave)中或调频连续波(FMCW)运行中或者脉冲式地为介电区域提供电磁波。 

附图说明

后面将通过在附图中示出的实施例详细地说明本实用新型。图中示出： 

图1在透视图中示意性地示出根据本实用新型的、用于实施根据本实用新型的一种用于给电动车辆感应充电的方法的充电装置的对象探测器， 

图2在纵剖面图中示意性地示出在特定的时间点上在根据图1的对象探测器的绝缘主体内部形成的微波场的场分布图， 

图3在横截面图中示意性地示出在特定的时间点上在根据图1的对象探测器的绝缘主体内部形成的微波场的场分布图， 

图4在透视图中示意性地示出根据图1的对象探测器，并且此时在绝缘主体上布置了金属对象， 

图5在纵剖面图中示意性地示出在特定的时间点上在根据图1的对象探测器的绝缘主体内部、且是在根据图1的情况下形成的微波场的场分布图， 

图6在横截面图中示意性地示出在特定的时间点上在根据图1的对象探测器的绝缘主体内部、且是在根据图4的情况下形成的微波场的场分布图， 

图7在纵剖面图中示意性地示出在特定的时间点上在根据图1的对象探测器的绝缘主体内部形成的微波场的场分布图，并且此时在绝缘主体上布置了绝缘对象， 

图8在横截面图中示意性地示出在特定的时间点上在根据图1的对象探测器的绝缘主体内部、且是在根据图7的情况下形成的微波场的场分布图，以及 

图9在横截面图中示意性地示出根据本实用新型的充电装置，并且该充电装置此时正在实施根据本实用新型的用于给电动车辆感应充电的方法。 

具体实施方式

在图1中示出的、根据本实用新型的充电装置(见图9)的对象探测器5具有绝缘板件10形式的绝缘体，该绝缘体具有两个平侧面15，20，这两个平侧面被板件10的四个窄边25，30，35，40限定界限。板件10设计为扁平的长方体。在图1中(未明确示出)，板件10被吸收微波的吸收体材料围绕着。正如在图2中示出的那样，微波发射装置50辐射出微 波55，微波沿平侧面15，20传播。由于板件10的周围都是吸收体材料，因此在板件10中不会形成驻波。 

如果正如在图4中示出的那样，将金属对象60置于板件10的平侧面20上，那么微波55在板件10内部的传播特性会发生变化(见图5)。该金属对象60在一定程度上使沿其传播的微波55形成波束(图5和6)并改变微波55接下来的空间传播特性。 

如果用绝缘对象65代替金属对象60(图7和8)，并且其中，绝缘对象65的介电常数高于板件10的绝缘材料的介电常数，那么绝缘对象65会在一定程度上形成微波降，该微波降将在板件10内部传播的微波55有效地从板件10中耦合输出。 

沿窄边布置微波接收装置(仅在图9中明确地用参考标号“RE”标出)，该微波接收装置探测前述微波场的前述调制。微波接收装置与从微波接收装置中获得探测信号的分析装置信号连接。 

绝缘板件10容许微波沿平侧面15，20在板件10内部仅产生不完全的影响。在平侧面15，20上形成衰减场，正如在前面说明的那样，通过板件10上的绝缘或金属对象65，60对该衰减场进行调制。由此造成微波场在板件10的内部的传播发生变化，并且微波接收装置的探测信号由此发生改变，因此，借助于分析装置不仅推测出金属对象60或绝缘对象65的存在情况，而且也能够分别推测出金属对象60的或绝缘对象65的位置。 

在示出的实施例中，绝缘板件10由塑料制成，该塑料例如具有2.3的介电常数。在未特地示出的其它实施例中，板件10可以由另一种介电质、例如另一种塑料、陶瓷或陶瓷-塑料-合成物制成。绝缘板件10例如由聚四氟乙烯或由高密度聚乙烯制成。正如在前面说明的那样，借助于本身从雷达技术中已知的运行时间测量对位置探测进行补充。电磁波55在板 件10的内部散播的信号便是被用于实现这一目的的。也可以借助于所考虑的这一运行时间来对金属对象60或绝缘对象65进行位置确定。 

在未特地示出的其它实施例中，可在绝缘板件10的在图1中朝下的平侧面15上涂上金属层。因此，在该实施例中降低了绝缘板件10的厚度，该绝缘板件10与金属涂层一起共同形成“镜绝缘波导(mirror dielectric waveguide)”。 

在最后提到的这些实施例中，金属层设计为金属超材料。金属层形成接地平面，该接地平面以本身已知的方式在空间上结构以避免形成涡流电流。 

在图9中示出的、根据本实用新型的充电装置是初级充电装置，也就是说，它包括初级充电线圈PLS，该初级充电线圈为具有次级充电线圈SLS的次级充电装置提供能量。所示出的、根据本实用新型的充电装置形成用于电动车辆EFZ的充电站。 

充电装置的初级充电线圈PLS设计为扁平线圈并且平整地置于充电装置的底部B上。初级充电线圈PLS的离开底部B的面形成初级充电线圈PLS的耦合面，能量能够借助于充电磁场从该耦合面中传输到电动车辆EFZ的次级充电线圈中，并且该耦合面指向在与电动车辆充电时形成的气隙的方向。 

充电装置的对象探测器5的板件10在平面上连接在初级充电线圈的耦合面上。板件10的背对初级充电线圈PLS的平侧面20在底面侧限定感应充电时的气隙LS的界限。气隙LS在另一方面通过驶向充电站的电动车辆EFZ上的次级充电线圈SLS来限定界限。处在对象探测器5的板件10上的对象O、例如异物、动物等等能够利用对象探测器5如前所述地被探测到。由此能够借助于根据本实用新型的充电装置可靠地且牢靠地监控气隙LS。 

Claims (22)

1.一种用于给电动车辆(EFZ)感应充电的充电装置，所述充电装置包括用于进行感应充电的充电线圈(PLS)以及对象探测器(5)，其中，所述对象探测器(5)具有：带有至少一个介电区域(10)的主体，所述介电区域具有平面延伸的平侧面(20)；至少一个向所述介电区域(10)提供电磁波(55)的波源(50)；以及用于检测取决于所述电磁波在所述介电区域(10)中的传播情况的至少一个值的检测装置和分析装置，其中，所述分析装置设计用于根据所述至少一个值推测所述平侧面(20)上的和/或附近的对象的存在情况和/或所述对象的至少沿所述平侧面的位置。 

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述介电区域(10)至少部分地被吸收体材料围绕着。 

3.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，所述主体和/或至少所述主体的所述介电区域(10)具有或者是扁平件。 

4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述扁平件是板件。 

5.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，所述主体具有层结构。 

6.根据权利要求4所述的充电装置，其特征在于，所述主体具有层结构。 

7.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于，所述层结构是具有带有所述平侧面(20)的介电层。 

8.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于，所述层结构背对所述平侧面(20)地具有金属层。 

9.根据权利要求6所述的充电装置，其特征在于，所述层结构背对所述平侧面(20)地具有金属层。 

10.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于，所述层结构背对所述平侧面(20)地具有由超材料制成的层。 

11.根据权利要求9所述的充电装置，其特征在于，所述层结构背对所述平侧面(20)地具有由超材料制成的层。 

12.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，所述主体设计为具有窄边(25，30，35，40)的扁平件，并且检测装置布置在所有的窄边(25，30，35，40)中的至少一条窄边上或沿着所述至少一条窄边布置。 

13.根据权利要求11所述的充电装置，其特征在于，所述主体设计为具有窄边(25，30，35，40)的扁平件，并且检测装置布置在所有的窄边(25，30，35，40)中的至少一条窄边上或沿着所述至少一条窄边布置。 

14.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，所述检测装置设计用于检测所述电磁波(55)的信号的运行时间，并且所述分析装置设计用于从检测到的所述运行时间中确定对象(60；65)的至少沿所述平侧面的所述位置。 

15.根据权利要求13所述的充电装置，其特征在于，所述检测装置设计用于检测所述电磁波(55)的信号的运行时间，并且所述分析装置设计用于从检测到的所述运行时间中确定对象(60；65)的至少沿所述平侧面的所述位置。 

16.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置是初级充电装置或次级充电装置。 

17.根据权利要求15所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置是初级充电装置或次级充电装置。 

18.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，至少所述平侧面(20)倾斜于所述平侧面位置上的所述充电线圈(PLS)的充电磁场的方向定向。 

19.根据权利要求17所述的充电装置，其特征在于，至少所述平侧面(20)倾斜于所述平侧面位置上的所述充电线圈(PLS)的充电磁场的方向定向。 

20.根据权利要求18所述的充电装置，其特征在于，至少所述平侧面(20)接近或完全垂直于所述平侧面位置上的所述充电线圈(PLS)的充电磁场的方向定向。 

21.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，所述充电线圈(PLS)具有耦合面，所述耦合面设计用于与相符的充电装置中的另一个充电线圈进行感应耦合，其中，至少所述平侧面(20)布置在所述充电线圈(PLS)的耦合面的一侧且背对所述耦合面定向。 

22.根据权利要求19所述的充电装置，其特征在于，所述充电线圈(PLS)具有耦合面，所述耦合面设计用于与相符的充电装置中的另一个充电线圈进行感应耦合，其中，至少所述平侧面(20)布置在所述充电线圈(PLS)的耦合面的一侧且背对所述耦合面定向。