-
Die Erfindung betrifft ein induktives Ladegerät, mit dem Energiespeicher wie z. B. Akkumulatoren, beispielsweise eines Handwerkzeugs, induktiv geladen werden können. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gerät mit einem induktiv aufladbaren Energiespeicher, beispielsweise ein Handwerkzeug mit einem Akkupack.
-
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines Fremdobjektes bei einem induktiven Ladevorgang.
-
Stand der Technik
-
Im Stand der Technik sind verschiedenste Ausführungsformen von Ladegeräten bekannt. Beispielsweise ist es aus
US 2010/0084918 A1 bekannt, bei einem induktiven Ladegerät ein Fremdobjekt mit Hilfe eines Drucktasters zu erfassen. Auf diese Weise wird eine Fehlfunktion des Ladegeräts vermieden. Zudem ist es bekannt, ein Fremdobjekt mit Hilfe von Temperatursensoren zu erkennen.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein induktives Ladegerät mit einer einfachen und sicheren Detektionseinrichtung zum Erkennen eines Fremdobjekts in einem Ladebereich bereitzustellen. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Gerät mit einem aufladbaren Energiespeicher bereitzustellen, das ein Fremdobjekt im Ladebereich mit einfachen Mitteln sicher und zuverlässig erkennen kann.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Ladegerät gemäß Patentanspruch 1 durch das Gerät mit aufladbarem Energiespeicher gemäß Patentanspruch 9 und durch das Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein Vorteil des beschriebenen Ladegeräts besteht darin, dass im Ladebereich ein temperaturempfindliches Dehnelement vorgesehen ist, wobei das Dehnelement abhängig von der Temperatur seine Größe und/oder seine Spannung ändert. Somit kann bei einer durch ein Fremdobjekt erzeugten Temperaturänderung das Fremdobjekt erkannt werden. Zur Erfassung der Größe des Dehnelements kann ein Sensor vorgesehen sein, der mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Die Auswerteeinheit erkennt eine Temperaturerhöhung im Bereich des Dehnelements abhängig vom Sensorsignal. Weiterhin kann das Ladegerät in der Weise ausgebildet sein, dass ein Ladevorgang nicht gestartet wird, beendet wird oder mit veränderten Parametern durchgeführt wird, wenn ein Fremdobjekt erkannt wurde. Mit Hilfe des temperaturempfindlichen Dehnelements ist eine einfache und sichere Erkennung einer unerwarteten Temperaturänderung im Ladebereich zuverlässig möglich. In analoger Weise ist auch die Erkennung eines Fremdobjekts mit Hilfe des beschriebenen Dehnelements auch oder nur auf der Seite des Geräts mit aufladbarem Energiespeicher gemäß Anspruch 7 möglich.
-
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor als Drucksensor ausgebildet. Mit Hilfe des Drucksensors kann ein zuverlässiges Signal über die durch eine Temperatur im Dehnelement erzeugte Längenänderung erfasst werden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor als Wegemesssensor ausgebildet. Auch mit Hilfe eines Wegemesssensors kann eine zuverlässige Aussage über eine Dehnung des Dehnelements getroffen werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dehnelement in Form einer Dehnplatte ausgebildet. Die Dehnplatte weist den Vorteil auf, dass das Dehnelement gegenüber einer Durchbiegung stabil ist und somit eine Veränderung der Position einer Seitenkante des Dehnelements im Wesentlichen nur von einer Temperaturänderung und nicht von einer Gewichtauflage beeinflusst wird. Somit können Fehlmessungen aufgrund von Gewichtsbelastung reduziert oder sogar ausgeschlossen werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dehnelement an einer Seite mit einem Gehäuse des Ladegeräts verbunden und der Sensor ist zwischen einer anderen Seite des Dehnelements und einem weiteren Rand des Gehäuses angeordnet. Auf diese Weise kann die Größenänderung bzw. die Längenänderung des Dehnelements gegenüber dem Gehäuse des Ladegeräts sicher und zuverlässig ermittelt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Sensoren vorgesehen, wobei die zwei Sensoren eine Dehnung des Dehnelements in zwei Richtungen erfassen, die wenigstens teilweise senkrecht aufeinander ausgerichtet sind. Auf diese Weise wird die Erfassung der Dehnung des Dehnelements abhängig von der Temperatur präziser möglich. Die in den abhängigen Ansprüchen in Bezug auf das Ladegerät beschriebenen Weiterbildungen können in gleicher Weise auf das Gerät mit dem aufladbaren Energiespeicher angewendet werden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung ein induktives Ladegerät;
-
2 in einer schematischen Teildarstellung das induktive Ladegerät mit einem aufladbaren Gerät;
-
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Messanordnung; und
-
4 eine weitere Ausführungsform des Dehnelements.
-
Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, elektrisch leitende Fremdkörper, die sich im Ladebereich des induktiven Ladegeräts oder des induktiv aufzuladenden Geräts befinden, mit Hilfe eines Dehnelements zu detektieren, wobei das Dehnelement abhängig von der vorliegenden Temperatur eine unterschiedliche Länge in einer Dimension oder in mehreren Dimensionen aufweist. Befindet sich ein elektrisch leitender Fremdkörper beispielsweise beim Start des induktiven Ladevorgangs im Ladebereich, so wird der elektrisch leitende Fremdkörper aufgrund des induzierten Stroms erwärmt. Der erwärmte Fremdkörper erwärmt wiederum das temperaturempfindliche Dehnelement. Die augrund der Temperaturerhöhung resultierende Längenänderung des Dehnelements wird mit geeigneten Sensoren erfasst. Die Sensoren sind mit einer Auswerteeinheit verbunden, die das oder die Sensorsignale mit Vergleichswerten vergleicht. Überschreitet das Sensorsignal einen Vergleichswert, so wird ein Fremdobjekt erkannt. Bei Erkennen eines Fremdobjektes wird von der Auswerteeinheit ein Erkennungssignal akustisch oder optisch ausgeben kann oder den Ladevorgang beeinflusst, insbesondere unterbricht.
-
Das Dehnelement kann beispielsweise in Form einer Dehnplatte ausgebildet sein, die wenigstens in einer Dimension frei beweglich am Ladegerät gelagert ist. Weiterhin können als Sensoren Druck- oder Wegemesssensoren verwendet werden, die die Längenänderung der Dehnplatte erfassen. Beispielsweise kann durch einen Vergleich der mit Hilfe eines Drucksensors und eines Wegemesssensors erfassten Messungen eine Fehlinterpretation verhindert werden. Weiterhin ist die Anzahl der Sensoren frei wählbar. Es können ein Sensor oder mehrere Sensoren verwendet werden. Zudem können bei der Verwendung von mehreren Sensoren nur Drucksensoren oder nur Wegemesssensoren oder Druck- und Wegemesssensoren verwendet werden. Weiterhin kann die Messung der Sensoren absolut oder relativ in Bezug auf die Zeit, d. h. eine zeitliche Änderung des Sensorsignals, erfasst werden. Zudem kann ein weiterer Sensor in Form eines Umgebungstemperatursensors vorgesehen sein, um einen Einfluss beispielsweise einer erhöhten Umgebungstemperatur auf die Längenänderung des Dehnelements zu erfassen und bei der Auswertung, ob ein Fremdobjekt vorliegt, zu berücksichtigen. Zudem kann im zu ladenden Gerät ein zusätzlicher Temperatursensor vorgesehen sein, der die Temperatur des Energiespeichers, insbesondere die Zellentemperatur des Akkupacks erfasst und an die Auswerteeinheit und/oder an das Ladegerät übermittelt. Weiterhin ist ein Steuergerät vorgesehen, das den Ladevorgang im Ladegerät steuert und beispielsweise die Leistung des induktiven Ladestroms erfasst und mit dem Sensor bzw. den Sensoren verbunden ist und die Funktion einer Auswerteeinheit übernimmt.
-
Ein Messalgorithmus zur Erkennung eines Fremdobjekts im Ladebereich des Ladegeräts kann beispielsweise mit Hilfe von zwei Sensoren folgendermaßen ausgebildet sein. Stehen die vom ersten Sensor und vom zweiten Sensor erfassten Messwerte in einem festgelegten Verhältnis, beispielsweise zur Umgebungstemperatur, dann ist kein Fremdobjekt vorhanden. Das festgelegte Verhältnis kann mit Hilfe von Experimenten ermittelt werden. Weiterhin kann die zeitliche Änderung der Sensorsignale des ersten und des zweiten Sensors verwendet werden, um ein Fremdobjekt zu erkennen. Eine Überprüfung kann beispielsweise darin liegen, dass überprüft wird, ob die zeitliche Änderung des Sensorsignals des ersten Sensors im Wesentlichen der zeitlichen Änderung des Sensorsignals des zweiten Sensors entspricht, d. h, beispielsweise in einem prozentualen Bereich von weniger als 10% Unterschied liegt. Ist dies der Fall, so wird kein gefährliches Fremdobjekt erkannt. Vorzugsweise kann zusätzlich überprüft werden, ob die zeitliche Änderung des Sensorsignals des ersten und/oder des zweiten Sensors in einem festgelegten zweiten Verhältnis zur zeitlichen Änderung Umgebungstemperatur liegt. Weicht beispielsweise die zeitliche Änderung des Signals des ersten und/oder des zweiten Sensors weniger als 10% von der zeitlichen Änderung der Umgebungstemperatur ab, dann liegt kein Fremdobjekt vor. Ist die Abweichung größer, wird ein Fremdobjekt erkannt.
-
Eine weitere Überprüfung kann darin bestehen, dass ein Fremdobjekt erkannt wird, wenn die zeitliche Änderung des Sensorsignals des ersten und/oder des zweiten Sensors größer als ein Vergleichswert ist und vorzugsweise nicht in einem festgelegten Verhältnis zu einer zeitlichen Änderung der Umgebungstemperatur liegt. Auf den Vergleich mit der Umgebungstemperatur kann auch verzichtet werden. In diesen Fällen wird ein Fremdobjekt im Ladebereich erkannt. Weiterhin kann ein Fremdobjekt erkannt werden, wenn das Sensorsignal des ersten und/oder des zweiten Sensors einer Temperatur entspricht, die einen festgelegten Grenzwert über einer Vergleichstemperatur, insbesondere der erfassten Umgebungstemperatur, liegt.
-
Weiterhin kann ein Fremdobjekt erkannt werden, wenn das Sensorsignal des ersten Sensors sich um mindestens einen festgelegten Wert vom Sensorsignal des zweiten Sensors unterscheidet. Dann liegt nämlich eine ungleichmäßige Erwärmung des Dehnelements vor, so dass ein sich erwärmendes Fremdobjekt in einem Bereich des Dehnelements angeordnet sein kann.
-
Weiterhin kann ein Fremdobjekt erkannt werden, wenn sich eine zeitliche Änderung des Signals des ersten Sensors sich von der zeitlichen Änderung des Signals des zweiten Sensors um mindestens einen festgelegten Differenzwert unterscheidet. Dann liegt eine größere zeitliche Temperaturänderung in verschiedenen Bereichen des Dehnelements vor. Auch diese Situation deutet auf ein Fremdobjekt hin. Die beschriebene Auswertung wird vom Steuergerät oder von einer Auswerteeinheit des Ladegeräts oder von einer Auswerteeinheit des aufladbaren Geräts durchgeführt.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann anstelle eines Druck- oder Wegemesssensors auch ein Zugsensor verwendet werden. In diesem Fall ist das Dehnelement zwischen dem Gehäuse des Ladegeräts oder dem Gehäuse des aufladbaren Geräts und einem Sensor vorgespannt. Bei einer Temperaturänderung, insbesondere bei einer Temperaturerhöhung, sinkt der Messwert, der vom Zugsensor erfasst wird.
-
Das Dehnelement, das wenigstens teilweise die Ladefläche bildet, kann aus einem Material mit folgenden Eigenschaften ausgebildet sein: nicht-metallisch, ausreichend großer Längen-Ausdehnungskoeffizient, geringe spezifische Wärmekapazität, ausreichend gute Wärmeleitung und eine ausreichende Festigkeit gegenüber einer Durchbiegung. Als Materialien können beispielsweise Keramik, Glas, glasfaserverstärkte Kunststoffe usw. verwendet werden.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein induktives Ladegerät 1, das ein Gehäuse 3 mit einem auf der Oberseite angeordneten Ladebereich 2 aufweist. Im Ladebereich 2 ist ein Dehnelement 5 vorgesehen. Das Ladegerät 1 kann auch als Mehrfachladegerät ausgebildet sein, das mehrere Ladebereiche 2 mit jeweils einer induktiven Ladevorrichtung aufweist. Das Ladegerät 1 ist über einen Anschluss 4 mit einer Stromversorgung verbunden und weist eine Vorrichtung zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines Akkupacks, auf. Zum Laden des zu ladenden Geräts wird das Gerät 6 im Ladebereich 2 auf oder an das Ladegerät 1 gestellt (2). Das Dehnelement 5 ist beispielsweise in Form einer Dehnplatte ausgebildet. Das Dehnelement 5 ist temperaturempfindlich und dehnt sich beispielsweise bei einer Temperaturerhöhung um ein bestimmtes Maß aus. Dieser Effekt wird dazu verwendet, um das Vorhandensein eines Fremdkörpers im Ladebereich 2 zu erfassen. Ein elektrisch leitender Fremdkörper wird bei einem induktiven Ladevorgang des Ladegeräts 1 erwärmt. Befindet sich der Fremdkörper im Bereich des Dehnelements 5, so wird die Wärme des Fremdkörpers auf das Dehnelement 5 übertragen. Entsprechend erfolgt eine Ausdehnung des Dehnelements 5. Zum Nachweis der Ausdehnung ist wenigstens ein Sensor vorgesehen, der eine Änderung der Länge oder Größe des Dehnelements 5 oder eine Änderung einer Vorspannung Spannung des Dehnelements 5 erfasst.
-
2 zeigt in einer schematischen Darstellung den Ladebereich 2 des Ladegeräts 1 und ein auf dem Ladebereich 2 liegendes, zu ladendes Gerät 6. Das Gerät 6 weist einen induktiv aufladbaren elektrischen Energiespeicher 7, beispielsweise einen Akkupack und eine induktive Ladevorrichtung auf. Zwischen dem Gerät 6 und dem Ladegerät 1 liegt ein Fremdkörper 8 im Ladebereich 2 auf dem Dehnelement 5 auf. Das Dehnelement 5 ist an einer ersten Seite 9 mit einem Randbereich 10 des Gehäuses 3 verbunden. Auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite 11 weist das Dehnelement 5 eine Abschlussleiste 12 auf. Die Abschlussleiste 12 ist beweglich gegenüber einem zweiten Randbereich 13 des Gehäuses des Ladegerätes 1 gelagert. Zwischen der Abschlussleiste 12 und dem zweiten Randbereich 13 des Gehäuses 3 ist ein Sensor 14 vorgesehen. Der Sensor 14 ist mit einer Steuereinheit 15 verbunden. Die Steuereinheit 15 steuert den induktiven Ladevorgang des Ladegeräts 1. Der Sensor 14 kann in Form eines Drucksensors oder eines Wegemesssensors vorgesehen sein, mit dem beispielsweise eine Längenänderung des Dehnelements 5 oder eine Änderung der Vorspannung des Dehnelements 5 erfasst werden kann. Der Fremdkörper 8 erwärmt sich während des induktiven Ladevorgangs und gibt Wärme an das Dehnelement 5 ab. Das Dehnelement 5 ändert aufgrund der erhöhten Temperatur die Länge, so dass eine Längenänderung mit Hilfe des Sensors 14 oder eine Druckänderung zwischen der Abschlussleiste 12 des Dehnelements 5 und dem zweiten Randbereich 13 mit Hilfe des Sensors 14 erfasst werden kann. Der Sensor 14 gibt die Längenänderung oder die Druckänderung an die Steuereinheit 15 weiter. Abhängig von der gewählten Ausführung kann eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, die mit dem bzw. den Sensoren 14 verbunden ist. Die Auswerteeinheit ist zudem mit der Steuereinheit 15 verbunden. In dem dargestellten Beispiel übernimmt die Steuereinheit 15 die Aufgabe der Auswerteeinheit und es kann auf die Auswerteeinheit verzichtet werden. Auf die Abschlussleiste 12 kann auch verzichtet werden. Bei dieser Ausführungsform ist der Sensor 14 zwischen dem Dehnelement und dem zweiten Randbereich 13 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform kann das Dehnelement auch auf einer Tragestruktur des Gehäuses des Ladegeräts aufliegen und gegen eine Durchbiegung geschützt sein.
-
Die Steuereinheit 15 ist in einer weiteren Ausführungsform mit einem Umgebungstemperatursensor 16 verbunden. Wie eingangs erläutert, erkennt die Steuereinheit 15 aufgrund des Sensorsignals und/oder aufgrund der zeitlichen Änderung des Sensorsignals einen Fremdkörper 8 im Ladebereich 2. In einer weiteren Ausführungsform kann, wie oben bereits erläutert, zusätzlich zur Erkennung des Fremdkörpers die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Durch den Umgebungstemperatursensor kann eine Erhöhung der Umgebungstemperatur erkannt werden und somit eine ähnliche oder gleiche Temperaturerhöhung, die von dem oder den Sensoren 14, 18 erfasst wird, der Umgebung und nicht einem Fremdkörper zugeordnet werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, ist nicht nur entlang einer ersten Seite 11 sondern auch entlang einer weiteren Seite 17 ein weiterer Sensor 18 vorgesehen. 3 zeigt ein einer schematischen Darstellung einen Blick von oben auf einen Ladebereich 2 eines Ladegeräts 1. Der weitere Sensor 18 kann als Drucksensor oder als Wegesensor ausgebildet sein. Ist der weitere Sensor 18 als Drucksensor ausgebildet, so ist er zwischen einer weiteren Abschlussleiste 19 und einem weiteren Randbereich 20 des Gehäuses 3 eingespannt. Auf diese Weise können Längenänderungen des Dehnelements 5 in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen erfasst werden. Somit kann eine präzisere Erfassung der Längenänderung oder Änderung der Vorspannung des Dehnelements 5 festgestellt werden. Der weitere Sensor 18 ist, wie der Sensor 14, mit der Steuereinheit 15 verbunden. Die Steuereinheit 15 verwendet vorzugsweise die Sensorsignale des Sensors 14 und des weiteren Sensors 18, um, wie einleitend erläutert, einen Fremdkörper 8 zu detektieren. Die Anordnung der zwei oder mehr Sensoren 14, 18 kann in verschiedensten Geometrien erfolgen.
-
4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Dehnelement 5 nicht eine quadratische oder rechteckige Form aufweist, wobei zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete Seitenkanten des Dehnelements 5 mit einem Festanschlag 10 des Gehäuses 3 verbunden sind, sondern in 4 ist das Dehnelement 5 nur mit einer ersten Seite 9 mit einem Randbereich 10 des Gehäuses verbunden. Das Dehnelement 5 weist eine Dreieckform auf, wobei an jeder der zwei freien Seiten 11, 17 jeweils ein Sensor 14 bzw. ein weiterer Sensor 18 vorgesehen sind.
-
Der Sensor 14 und der weitere Sensor 18 sind beispielsweise als Drucksensoren oder Wegemesssensoren ausgebildet und zwischen den freien Seiten des Dehnelements 5 und einem zweiten bzw. einem weiteren Randbereich 13, 20 des Gehäuses 3 eingespannt. Die zwei freien Seiten des Dehnelements 5 stehen in rechten Winkel zueinander.
-
Die beschriebenen Sensoren 14, 18 können auch als Zugsensoren ausgebildet sein, die zwischen dem Dehnelement 5 und dem Gehäuse 3 eingespannt sind. Erwärmt sich das vorgespannte Dehnelement 5 aufgrund eines Fremdobjekts, so dehnt sich das Dehnelement 5 aus und die Vorspannung sinkt. Die veränderte Vorspannung wird mit Hilfe des oder der Zugsensoren 14, 18 erfasst.
-
Das Dehnelement 5 und die Sensoren 14, 18 können auch im Gerät 6 analog zum Ladegerät angeordnet sein. Zudem kann eine Auswerteeinheit im Gerät 6 angeordnet sein, die die Signale des oder der Sensoren erfasst und auswertet. Weiterhin kann die Auswerteeinheit mit einem Umgebungstemperatursensor und/oder mit einem Temperatursensor verbunden sein, der die Temperatur des Energiespeichers erfasst.
-
Die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des Energiespeichers werden von der Auswerteeinheit bei dem Erkennen eines Fremdobjektes berücksichtigt.
-
Erkennt die Auswerteeinheit aufgrund des Sensorsignals ein Fremdobjekt, so kann die Auswerteeinheit ein Alarmsignal abgeben. Zudem kann die Auswerteeinheit bei Erkennen eines Fremdobjektes ein Fehlersignal an die Steuereinheit 15 im Ladegerät übermitteln. Die Steuereinheit 15 kann das Aufladen des Gerätes 6 unterbrechen oder in der Leistung begrenzen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2010/0084918 A1 [0003]
