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Die Erfindung betrifft eine Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung für mindestens eine zur induktiven Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung ein Stromversorgungssystem und eine mobile Batterieelektronik. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Untersuchen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung auf ein Fremdobjekt und ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2012 201 547 A1 ist ein kabelloses Ladesystem mit Effizienzanzeige beschrieben. Das kabellose Ladesystem weist ein Energieversorgungsgerät mit einer ersten Induktivität und ein mobiles elektrisches Gerät mit einer zweiten Induktivität auf, wobei das mobile elektrische Gerät über eine induktive Energieübertragung zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität aufladbar sein soll. Das Energieversorgungsgerät hat außerdem noch eine dritte Induktivität, welche an die erste Induktivität angebunden ist. Durch eine Messung eines Spannungsabfalls an der dritten Induktivität soll es möglich sein, einen Koppelfaktor bezüglich einer Effizienz des Ladevorgangs zum Aufladen des mobilen elektrischen Geräts festzulegen. Der Koppelfaktor soll in Echtzeit auf einem Display anzeigbar sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung für mindestens eine zur induktiven Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Stromversorgungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4, eine mobile Batterieelektronik mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5, ein Verfahren zum Untersuchen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung auf ein Fremdobjekt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft auf einfache Weise realisierbare Möglichkeiten zum Detektieren mindestens eines unerwünschten Fremdobjekts in zumindest einer Teilumgebung der mindestens einen elektrischen Vorrichtung. Eine Anwesenheit des mindestens einen Fremdobjekts löst innerhalb eines kurzen Zeitraums eine relativ signifikante Änderung der Güte der Induktionseinrichtung (Spule) aus. Mittels der vorliegenden Erfindung kann somit eine Fremdobjekt-Detektion sowohl während einer fortgesetzten oder unterbrochenen induktiven Energieübertragung als auch vor einem Beginn der induktiven Energieübertragung verlässlich ausgeführt werden.
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Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung selbst dann ausführbar ist, wenn die elektrische Vorrichtung getrennt (um einen vergleichsweise großen Abstand beabstandet) von der weiteren elektrischen Vorrichtung vorliegt. Deshalb kann mittels der vorliegenden Erfindung bereits vor einem Zusammenführen der beiden elektrischen Vorrichtungen, zwischen welchen eine induktive Energieübertragung erwünscht ist, die Teilumgebung der elektrischen Vorrichtung auf das Vorliegen des mindestens einen Fremdobjekts untersucht werden.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich auch besonders gut zum Überwachen eines Zwischenspalts/Luftspalts, welcher mittels der induktiven Energieübertragung zu überbrücken ist. Insbesondere metallische oder ferritische Fremdobjekte können mittels der vorliegenden Erfindung verlässlich festgestellt/nachgewiesen werden, da sich die in ihnen entstehenden Verluste als Veränderung eines Wirkwiderstands der Induktionseinrichtung deutlich bemerkbar machen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Nachweisbarkeit derartiger Fremdobjekte limitiert ist.
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Bevorzugter Weise ist mittels der Mess- und Auswerteeinrichtung eine zeitliche Ableitung der Güte der Induktionseinrichtung als die aktuelle Ist-Größe fortlaufend oder zyklisch bestimmbar und mit dem vorgegebenen Schwellwert vergleichbar. Unter der aktuellen Ist-Größe kann auch eine Steigung/ein Gradient der Güte der Induktionseinrichtung verstanden werden. Unter der Güte ist vorzugsweise das Verhältnis eines induktiven Blindwiderstands der Induktionseinrichtung zum Wirkwiderstand der Induktionseinrichtung zu verstehen. Zum Festlegen der aktuellen Ist-Größe kann auch ein Betrag einer der hier aufgezählten Größen ermittelt werden. Zum Ausführen der vorliegenden Erfindung können somit einfach aufgebaute und kostengünstige Messelemente eingesetzt werden. Zusätzlich sind die zum Auswerten der aktuellen Ist-Größe ausgeführten Verfahrensschritte/Funktionen mittels einer einfach aufgebauten, wenig Bauraum benötigenden und kostengünstigen Elektronik durchführbar. Außerdem ist eine Überwachung der Güte, wie sie für die vorliegende Erfindung ausgeführt wird, mit einer ausreichend hohen relativen Genauigkeit möglich. Somit müssen bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung (nahezu) nie Fehlmessungen/Fehlergebnisse in Kauf genommen werden, die aus absoluten Messungenauigkeiten resultieren. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass anstelle der zeitlichen Änderung/der zeitlichen Ableitung der Güte auch mindestens eine entsprechende oder dazu korrelierende Größe als die aktuelle Ist-Größe bestimmt und mit dem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Mess- und Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die aktuelle Ist-Größe für genau die Induktionseinrichtung zu bestimmen, welche zur zumindest Teilausführung der induktiven Energieübertragung zusammen mit mindestens einer weiteren Induktionseinrichtung der weiteren elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist. Somit ist die vorliegende Erfindung ausführbar, ohne dass dazu die elektrische Vorrichtung mit einer zusätzlichen Induktionseinrichtung auszustatten ist, welche zur induktiven Energieübertragung selbst nicht nutzbar ist. Die vorliegende Erfindung trägt somit zur Reduzierung der Herstellungskosten für die zur induktiven Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung bei. Zusätzlich kann aufgrund des mittels der vorliegenden Erfindung gewährleisteten Verzichts auf eine zusätzliche Induktionseinrichtung der Bauraumbedarf der elektrischen Vorrichtung verringert werden. Die vorliegende Erfindung kann somit insbesondere zur Minimierung von elektrischen Geräten beitragen.
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Die vorausgehend ausgeführten Vorteile sind auch bei einem Stromversorgungssystem, welches zur induktiven Energieübertragung von und/oder zu einer mobilen Batterieelektronik ausgelegt ist, mit einer derartigen Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung gewährleistet. Das Stromversorgungssystem kann ortsfest (z.B. als Ladepad zum Laden/Entladen eines Elektro- oder Hybridfahrzeug) oder mobil ausgebildet sein.
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Ebenso sind die Vorteile realisierbar mittels einer mobilen Batterieelektronik, welche zur induktiven Energieübertragung von und/oder zu einem Stromversorgungssystem ausgelegt ist, und mit einer entsprechenden Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung ausgestattet ist. Die mobile Batterieelektronik kann beispielsweise eine Batterieelektronik eines Kraftfahrzeugs oder eines Mobilgeräts, insbesondere eines Mobiltelefons oder eines tragbaren Computers, sein. Insbesondere kann die Batterieelektronik eine Fahrzeugbatterie sein. Die mobile Batterieelektronik kann eine integrierte Energiespeichereinheit/Batterie umfassen oder dazu ausgelegt sein, mit einer beabstandet vorliegenden Energiespeichereinheit/Batterie zusammenzuwirken. Mittels der mobilen Batterieelektronik ist die Energiespeichereinheit/Batterie aufladbar und/oder entladbar. Die mobile Batterieelektronik ist auch in einem Gerät verbaubar, welches bei einem Vorliegen der Energiespeichereinheit/Batterie in einem aufgeladenen Zustand auch getrennt von dem Stromversorgungssystem seinen Betrieb ausführen kann. Vorteilhafterweise ist ein Anordnen der mobilen Batterieelektronik, bzw. das damit ausgestattete Gerät, nahe an dem Stromversorgungssystem nur zum Aufladen/Entladen der Energiespeichereinheit/Batterie notwendig.
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Die oben beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Ausführen des Verfahrens zum Untersuchen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung auf ein Fremdobjekt gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine zeitliche Ableitung der Güte der Induktionseinrichtung als die aktuelle Ist-Größe fortlaufend oder zyklisch bestimmt und mit dem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Das Vorliegen mindestens eines Fremdobjekts kann somit vergleichsweise schnell festgestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die aktuelle Ist-Größe für genau die Induktionseinrichtung bestimmt, welche zur zumindest teilweisen Ausführung der induktiven Energieübertragung eingesetzt wird. Somit wird auch zum Ausführen des Verfahrens keine Ausstattung der elektrischen Vorrichtung mit einer zusätzlichen Induktionseinrichtung benötigt. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann jedoch auch die aktuelle Ist-Größe bezüglich einer zeitlichen Änderung einer Güte einer zur induktiven Energieübertragung nicht nutzbaren Induktionseinrichtung, bzw. bezüglich einer dazu entsprechende oder korrelierende Größe, bestimmt und verglichen werden.
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Des Weiteren kann während eines Bestimmens der aktuellen Ist-Größe die Induktionseinrichtung mit einer Frequenz gleich einer Übertragungsfrequenz der induktiven Energieübertragung bestromt werden. Als Alternative dazu kann die mindestens eine Frequenz/Messfrequenz, mit welcher die Induktionseinrichtung während des Bestimmens der aktuellen Ist-Größe bestromt wird, auch in Hinblick auf eine maximale Änderung der Güte bei einem Vorliegen mindestens eines Fremdobjekts optimiert werden.
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Zusätzlich kann eine initiale Kalibrierung der mindestens einen aktuellen Ist-Größe ausgeführt werden, indem die Güte der Induktionseinrichtung bestimmt wird. Dies geschieht vorzugsweise bei einem erstmaligen Bestimmen der zeitlichen Ableitung der Güte der Induktionseinrichtung. Umgebungsbedingungen werden somit bei der initialen Kalibrierung automatisch „mitberücksichtigt“.
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Auch das Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen gewährleistet die oben beschriebenen Vorteile. Das Verfahren ist entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsformen der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung weiterbildbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung; und
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2 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Untersuchen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung auf ein Fremdobjekt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung.
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Die in 1 schematisch dargestellte Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 ist zum (direkten) Zusammenwirken mit mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung ausgebildet. Beispielhaft ist die elektrische Vorrichtung als eine ortsfeste elektrische Vorrichtung, speziell als ein (ortsfestes oder mobiles) Stromversorgungssystem 11, ausgebildet. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 jedoch auch für ein (direktes) Zusammenwirken mit einer mobilen/verstellbaren/verfahrbaren elektrischen Vorrichtung ausgelegt sein. Dazu kann die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 wahlweise in die mobile elektrische Vorrichtung als Untereinheit integriert oder zum Zusammenwirken mit der getrennt dazu anordbaren mobilen elektrischen Vorrichtung ausgelegt sein. Insbesondere kann die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 dazu geeignet sein, mit einer mobilen Batterieelektronik mit einer integrierten oder angebundenen Energiespeichereinheit/Batterie, wie z.B. einer Fahrzeugbatterieelektronik, zusammenzuwirken.
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In der Ausführungsform der 1 ist die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 in das Stromversorgungssystem 11 integriert. Als Alternative dazu kann die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 in einer anderen Ausführungsform auch als eigenes Bauteil mit dem getrennt davon vorliegenden Stromversorgungssystem 11 als der elektrischen Vorrichtung zusammenwirken.
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Die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 weist eine Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 auf, welche dazu ausgelegt ist, eine aktuelle Ist-Größe bezüglich einer zeitlichen Änderung einer Güte einer Induktionseinrichtung 12 des Stromversorgungssystems 11 fortlaufend oder zyklisch zu bestimmen. (Bei einem alternativen oder ergänzenden Zusammenwirken der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 mit einer mobilen elektrischen Vorrichtung kann die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 entsprechend auch dazu ausgelegt sein, die aktuelle Ist-Größe bezüglich der zeitlichen Änderung der Güte einer (nicht dargestellten) Induktionseinrichtung der mobilen elektrischen Vorrichtung fortlaufend oder zyklisch zu bestimmen.) In der Ausführungsform der 1 weist die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 beispielhaft ein Netzwerk 14 zur Gütemessung und eine Auswerteelektronik 16 auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in 1 wiedergegebenen Komponenten 14 und 16 der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 lediglich beispielhaft zu interpretieren sind.
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Die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 ist zusätzlich dazu ausgelegt, die aktuelle Ist-Größe mit einem vorgegebenen Schwellwert, welcher z.B. auf der Auswerteelektronik 16 hinterlegt ist, zu vergleichen. Die Anwesenheit mindestens eines Fremdobjekts in einer Umgebung der Induktionseinrichtung 12 führt in der Regel zu einer Änderung der Güte innerhalb eines vergleichsweise kurzen Zeitraums. Die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 kann somit anhand des Vergleichs der aktuellen Ist-Größe mit einem vorgegebenen Schwellwert relativ schnell erkennen, ob das mindestens eine Fremdobjekt in der Umgebung der Induktionseinrichtung 12 vorliegt. Auch ein plötzliches Eindringen des mindestens einen Fremdobjekts in die Umgebung der Induktionseinrichtung 12 ist mittels des Vergleichs der aktuellen Ist-Größe mit einem vorgegebenen Schwellwert rasch erkennbar. Die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 realisiert somit die Möglichkeit, mittels eines fortlaufenden oder zyklischen Überwachens der aktuellen Ist-Größe ein unerwünschtes Fremdobjekt schnell zu erkennen.
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Sofern die aktuelle Ist-Größe über dem vorgegebenen Schwellwert liegt, ist die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 zusätzlich dazu ausgelegt, mindestens ein Steuersignal 18 an das Stromversorgungssystem 11 als die (eigene) elektrische Vorrichtung auszugeben, mittels welchem das Stromversorgungssystem 11 derart ansteuerbar ist, dass eine induktive Energieübertragung zwischen dem Stromversorgungssystem 11 und einer weiteren elektrischen Vorrichtung nicht startbar, zumindest für eine vorgegebene Wartezeit unterbindbar oder beendet ist. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 auch dazu ausgelegt sein, das mindestens eine Steuersignal 18 an die weitere elektrische Vorrichtung, welche zur induktiven Energieübertragung mit dem Stromversorgungssystem 11 als der (eigenen) elektrischen Vorrichtung eingesetzt wird/eingesetzt werden soll, auszugeben. In diesem Fall ist die weitere elektrische Vorrichtung mittels des mindestens einen Steuersignals 18 derart ansteuerbar, dass die induktive Energieübertragung nicht startbar, zumindest für die vorgegebene Wartezeit unterbindbar oder beendet ist.
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Mittels der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 kann somit eine geplante, aber noch nicht begonnene induktive Energieübertragung zumindest zeitweise ausgesetzt werden, sofern mindestens ein Fremdobjekt vorliegt. Entsprechend kann auch nach einem Beginn mit einer induktiven Energieübertragung, sofern das plötzliche Auftauchen des mindestens einen Fremdobjekt während eines Fortführens oder eines kurzzeitigen Unterbrechens der induktiven Energieübertragung festgestellt wird, die fortgeführte oder unterbrochene induktive Energieübertragung zumindest für die vorgegebene Wartezeit ausgesetzt/unterbunden werden. Sofern gewünscht, kann die induktive Energieübertragung in den hier beschriebenen Fällen auch (langfristig) beendet werden. Somit ist gewährleistbar, dass selbst bei einem unerwünschten Vorliegen/Auftauchen des mindestens einen Fremdobjekts im/nahe am Energieübertragungspfad eine Überhitzung des mindestens einen Fremdobjekts nicht zu befürchten ist. Insbesondere kann relativ schnell auf das unerwünschte Fremdobjekt reagiert werden, ohne dass dessen Erhitzung zu befürchten ist.
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Bei einem Einsatz der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 ist somit das Risiko eines unerwünschten Erhitzens des mindestens einen Fremdobjekts durch die zur induktiven Energieübertragung generierten magnetischen Wechselfelder verlässlich behoben. Außerdem ist mittels der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 sicherstellbar, dass das mindestens eine Fremdobjekt nicht durch von den magnetischen Wechselfeldern induzierte elektrische Wirbelströme beschädigt/zerstört wird. Die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 steigert somit die Personensicherheit und die Betriebssicherheit von benachbarten Geräten/Vorrichtungen (z.B. eines ortsfesten oder mobilen Stromversorgungssystems und eines Fahrzeugs mit einer Fahrzeugbatterie) während der induktiven Energieübertragung. Die vorliegende Erfindung verbessert somit den Sicherheitsstandard für induktive Energieübertragungen. Dazu wird bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung keine Limitierung der generierten magnetischen Wechselfelder benötigt. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Vorteile ohne einen zusätzlichen Einsatz eines weiteren Objekt-Detektiersystems, wie beispielsweise eines Metall-, Video-, Radar-, Sonar- oder Lidar-Detektiersystems, gewährleistet sind.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform kann die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 ebenso dazu ausgelegt sein, mindestens ein (nicht-skizziertes) Fremdobjekt-Informationssignal an mindestens eine Informationsausgabeelektronik auszugeben, mittels welchem die mindestens eine Informationsausgabeelektronik zur Ausgabe zumindest eines Fremdobjekt-Warnsignals ansteuerbar ist. Die mindestens eine Informationsausgabeelektronik kann eine Leuchtanzeige, wie z.B. ein Warnlicht, eine Bildanzeigeeinrichtung (Monitor) und/oder eine Tonausgabeeinrichtung sein. Somit kann ein Benutzer auf vielfältige Weise über die Detektion des mindestens einen Fremdobjekts informiert werden. Dazu kann die mindestens eine Informationsausgabeelektronik in die (eigene) elektrische Vorrichtung und/oder die weitere elektrische Vorrichtung integriert sein. Mittels der Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 kann jedoch auch mindestens eine getrennt von den elektrischen Vorrichtungen angeordnete Informationsausgabeelektronik, z.B. über ein Funksignal, zur Ausgabe zumindest des Fremdobjekt-Warnsignals ansteuerbar sein. Damit kann der Benutzer gezielt auf die Anwesenheit des mindestens einen Fremdobjekts aufmerksam gemacht werden. Der Benutzer hat somit die Möglichkeit, das mindestens eine Fremdobjekt vor einem Beginn oder einer Wiederaufnahme der induktiven Energieübertragung zu entfernen.
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Die Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 ermöglicht somit induktive Energieübertragungen unter Einhaltung eines verbesserten Sicherheitsstandards. Trotz der für die induktiven Energieübertragungen generierten magnetischen Wechselfelder ist mittels der Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung 10 das Risiko behebbar, das in mindestens einem nicht erkannten/detektierten Fremdobjekt elektrische Wirbelströme induziert werden. Somit entfällt auch das Risiko einer Erhitzung des mindestens einen Fremdobjekts durch ohmsche Verluste.
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Unter der induktiven Energieübertragung kann sowohl eine Energieübertragung von der (eigenen) elektrischen Vorrichtung zu der weiteren elektrischen Vorrichtung als auch eine Energieübertragung von der weiteren elektrischen Vorrichtung zu der (eigenen) elektrischen Vorrichtung verstanden werden. Beispielsweise wird die induktive Energieübertragung zum Aufladen der Energiespeichereinheit/Batterie der weiteren elektrischen Vorrichtung mittels des Stromversorgungssystems 11 oder zum Abgeben von Energie einer Energiespeichereinheit/Batterie an das Stromversorgungssystem 11 ausgeführt. In beiden Fällen findet die induktive Energieübertragung ohne einen Einsatz eines zwischen dem Stromversorgungssystem 11 und der weiteren elektrischen Vorrichtung mit der mobilen Energiespeichereinheit/Batterie verlaufenden Stromkabels statt.
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Die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 kann speziell dazu ausgelegt sein, die aktuelle Ist-Größe für genau die Induktionseinrichtung 12 zu bestimmen, welche zur zumindest Teilausführung der induktiven Energieübertragung zusammen mit mindestens einer weiteren Induktionseinrichtung der weiteren elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist. Mittels der Induktionseinrichtung 12 des Stromversorgungssystems 11 und der weiteren Induktionseinrichtung ist in diesem Fall ein Transformator realisierbar, welcher auch einen vergleichsweise großen Zwischenspalt/Luftspalt überbrücken kann. Eine derartige Ausbildung der Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 gewährleistet auch den Vorteil, dass keine zusätzliche Induktionseinrichtung benötigt wird, welche zur induktiven Energieübertragung nicht-nutzbar ist. Als Alternative dazu kann jedoch auch die aktuelle Ist-Größe bezüglich einer zeitlichen Änderung einer Güte einer zusätzlichen und zur induktiven Energieübertragung nicht-nutzbaren Induktionseinrichtung festgelegt werden. Sofern die zusätzliche und zur induktiven Energieübertragung nicht-nutzbare Induktionseinrichtung eingesetzt wird, ist diese vorzugsweise nahe an dem mittels der induktiven Energieübertragung zu überbrückenden Zwischenspalt/Luftspalt angebracht. Allerdings ist eine Anbringposition der zusätzlichen und zur induktiven Energieübertragung nicht-nutzbaren Induktionseinrichtung relativ frei wählbar.
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Die Induktionseinrichtung 12 kann beispielsweise mindestens eine Spule sein. Ebenso ist für die zusätzliche und zur induktiven Energieübertragung nicht-nutzbare Induktionseinrichtung mindestens eine Spule verwendbar. Auch als die weitere Induktionseinrichtung kann mindestens eine Spule eingesetzt werden.
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Vorteilhafter Weise ist mittels der Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 eine zeitliche Ableitung der Güte der Induktionseinrichtung 12 als die aktuelle Ist-Größe fortlaufend oder zyklisch bestimmbar und mit dem vorgegebenen Schwellwert vergleichbar. Die vorgegebene Überwachungsfrequenz kann beispielsweise bei einer Sekunde, zehn Sekunden oder einer Minute liegen. Für den Schwellwert können Werte von 0,5% Änderung der Güte pro Sekunde, 1% Änderung der Güte pro Sekunde, 1,5% Änderung der Güte pro Sekunde oder 2% Änderung der Güte pro Sekunde herangezogen werden. Diese Zahlenwerte sind jedoch lediglich beispielhaft zu interpretieren.
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In der Ausführungsform der 1 wird das mindestens eine Steuersignal 18 an eine Steuerung 20 des Stromversorgungssystems 11 ausgegeben. Das Stromversorgungssystem 11 ist auf diese Weise mittels des mindestens einen Steuersignals 18 ansteuerbar. Das Stromversorgungssystem 11 der 1 weist zusätzlich zu den Komponenten 12 bis 16 und 20 noch eine mittels eines ersten Kommunikationssignals 22 mit der Steuerung 20 interagierende Leistungselektronik 24 auf, an welche ein Netzwerk 28 zur Leistungsübertragung angebunden ist. Das Netzwerk 28 zur Leistungsübertragung kann mittels eines zweiten Kommunikationssignals 26 mit der Steuerung 20 interagieren. Zusätzlich ist das Netzwerk 28 zur Leistungsübertragung zusammen mit dem Netzwerk 14 an die Induktionseinrichtung 12 angebunden, wobei vorzugsweise Schalter in die Leitungen zwischen dem Netzwerk 28 zur Leistungsübertragung und der Induktionseinrichtung 12 und/oder in die Leitungen dem Netzwerk 14 und der Induktionseinrichtung 12 eingesetzt sind. Außerdem hat das Stromversorgungssystem 11 noch einen Frequenzgenerator 30, welcher mittels eines dritten Kommunikationssignals 32 mit der Steuerung 20 zusammenwirken kann. Der Frequenzgenerator 30 ist an die Mess- und Auswerteeinrichtung 14 und 16 elektrisch angebunden. Des Weiteren kann auch das Netzwerk 14 mittels eines vierten Kommunikationssignals 34 mit der Steuerung 20 wechselwirken. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in 1 dargestellten Komponenten des Stromversorgungssystems 11 lediglich beispielhaft zu interpretieren sind. Das Stromversorgungssystem 11 kann mit nahezu beliebigen Fertigungstoleranzen hergestellt sein, ohne dass dies die realisierte Fremdobjektdetektion beeinträchtigt. Insbesondere ist der Aufbauaufwand der zur Fremdobjektdetektion eingesetzten Komponenten vergleichsweise gering.
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Das Stromversorgungssystem 11 kann in einen Straßenboden oder in eine auf dem Straßenboden auflegbare Ladeplatte integriert sein. Eine mit dem Stromversorgungssystem 11 zusammenwirkende mobile Batterieelektronik, speziell deren weitere Induktionseinrichtung, kann z.B. in einen Unterboden eines Kraftfahrzeugs montiert sein.
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2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Untersuchen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung auf ein Fremdobjekt.
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Das anhand der 2 schematisch wiedergegebene Verfahren kann beispielsweise mit der vorausgehend beschriebenen Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung ausgeführt werden. Die Ausführbarkeit des Verfahrens ist jedoch nicht auf die Verwendung einer derartigen Steuer- und/oder Überwachungsvorrichtung limitiert.
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Zum Ausführen des Verfahrens werden fortlaufend oder zyklisch die Verfahrensschritte S1 und S2 ausgeführt. Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte S1 und S2 mit einer vorgegebenen Überwachungsfrequenz/Abfragefrequenz nacheinander wiederholt. Beispielsweise kann mit dem fortlaufenden oder zyklischen Ausführen der Verfahrensschritte S1 und S2 bereits vor einem Beginn einer induktiven Energieübertragung zwischen der elektrischen Vorrichtung und einer weiteren elektrischen Vorrichtung begonnen werden. Als Alternative oder als Ergänzung dazu können die Verfahrensschritte S1 und S2 auch während der fortgeführten induktiven Energieübertragung und/oder während eines (mehrmaligen kurzzeitigen) Unterbrechens der induktiven Energieübertragung ausgeführt werden.
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In dem Verfahrensschritt S1 erfolgt ein fortlaufendes oder zyklisches Bestimmen einer aktuellen Ist-Größe bezüglich einer zeitlichen Änderung einer Güte einer Induktionseinrichtung der elektrischen Vorrichtung. Insbesondere kann eine zeitliche Ableitung der Güte der Induktionseinrichtung als die aktuelle Ist-Größe fortlaufend oder zyklisch bestimmt und mit dem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden. Vorzugsweise wird bei einem erstmaligen Ausführen des Verfahrensschritts S1, z.B. nach einem Anschluss der Induktionseinrichtung an das Stromnetz oder nach einer vorübergehenden Trennung der Induktionseinrichtung vom Stromnetz, eine initiale Kalibrierung der mindestens einen aktuellen Ist-Größe ausgeführt, indem die Güte der Induktionseinrichtung bestimmt wird. Dies ist vorteilhaft, da bei einem erstmaligen Ausführen des Verfahrensschritts S1 mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von einem Fremdkörper-freien Startzustand ausgegangen werden kann, bzw. dieser von einem Benutzer durch Interaktion mit einer Steuereinrichtung bestätigt werden kann. Die initiale Kalibrierung der mindestens einen aktuellen Ist-Größe erfolgt somit unter definierten und sichergestellten Randbedingungen. Insbesondere kann durch Fachpersonal, den Anwender, bei Fertigung oder durch ein komplementäres Verfahren das Vorliegen der definierten und sichergestellten Randbedingungen gewährleistet werden.
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In dem Verfahrensschritt S2 wird die bestimmte aktuelle Ist-Größe mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Sofern die aktuelle Ist-Größe über dem vorgegebenen Schwellwert liegt, werden ein Verfahrensschritt S3 und/oder ein Verfahrensschritt S4 ausgeführt.
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Der Verfahrensschritt S3 umfasst ein Ansteuern der elektrischen Vorrichtung und/oder einer weiteren elektrischen Vorrichtung derart, dass eine induktive Energieübertragung zwischen der elektrischen Vorrichtung und der weiteren elektrischen Vorrichtung nicht startbar, zumindest für eine vorgegebene Wartezeit unterbunden oder beendet wird. Auch das hier beschriebene Verfahren gewährleistet somit den oben schon erläuterten vorteilhaften Sicherheitsstandard. Sofern die induktive Energieübertragung lediglich für die vorgegebene Wartezeit unterbunden wird, kann nach Ablauf der vorgegebenen Wartezeit durch ein erneutes Ausführen der Verfahrensschritte S1 und S2 untersucht werden, ob das mindestens eine Fremdobjekt noch vorliegt. Sofern dies nicht der Fall ist, kann die induktive Energieübertragung wieder gestartet werden. Somit kann das hier beschriebene Verfahren auch auf ein kurzzeitiges Auftauchen des mindestens einen Fremdobjekts, welches relativ schnell behoben ist/wird, reagieren.
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Als Alternative oder als Ergänzung zu dem Verfahrensschritt S3 kann in dem Verfahrensschritt S4 mindestens eine Informationsausgabeelektronik zum Ausgeben zumindest eines Fremdobjekt-Warnsignals angesteuert werden. Beispiele für eine einsetzbare Informationsausgabeelektronik sind oben schon beschrieben.
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Das hier beschriebene Verfahren realisiert eine einfache Methode zur Detektion von Fremdobjekten, insbesondere in einem Zwischenspalt/Luftspalt eines induktiven Ladesystems. Es gewährleistet eine hohe Empfindlichkeit und eine vorteilhafte Erkennungssicherheit. Der zum Ausführen des Verfahrens benötigte Arbeitsaufwand ist vergleichsweise gering.
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Bei einer Ausführung des Verfahrens kann eine Häufigkeit der Überwachung, z.B. über die Überwachungsfrequenz/Abfragefrequenz, so gewählt werden, dass ein Einfluss sich langsamer ändernder Störgrößen, wie beispielsweise eine Temperatur, eine Alterung und/oder eine Luftfeuchtigkeit, von einem Eindringen mindestens eines Fremdobjekts eindeutig unterscheidbar sind. Somit können äußere Störgrößen verlässlich von einem unerwünschten Eindringen mindestens eines Fremdobjekts unterschieden werden.
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Die mittels der Verfahrensschritte S1 und S2 ausgeführte Überwachung der Güte kann entweder während eines kurzzeitigen Abschaltens der induktiven Energieübertragung, insbesondere durch Nutzung eines davon getrennten Messvorgangs, oder ohne die Unterbrechung der induktiven Energieübertragung durch Überwachung geeigneter elektrischer Parameter realisiert werden. Somit kann die Überwachungsart gezielt an einen gewünschten Betriebsvorgang angepasst werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit des Verfahrensschritts S1 wird die aktuelle Ist-Größe für genau die Induktionseinrichtung bestimmt, welche zur zumindest teilweisen Ausführung der induktiven Energieübertragung eingesetzt wird. Für eine Überwachung der Güte kann somit z.B. eine im elektronischen Energieübertragungspfad bereits vorhandene und zur induktiven Energieübertragung nutzbare Spule verwendet werden. Insbesondere kann während eines Bestimmens der aktuellen Ist-Größe die Induktionseinrichtung/Spule mit einer Frequenz gleich einer Übertragungsfrequenz der induktiven Energieübertragung bestromt werden. In diesem Fall entspricht eine Messfrequenz einer Betriebsfrequenz der Leistungsübertragung. Die Messfrequenz kann z.B. in einem Frequenzbereich zwischen 30 kHz bis 150 kHz liegen. Vor Allem kann die aktuelle Ist-Größe ermittelt werden, während mittels der Induktionseinrichtung/Spule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld generiert wird, welches in der weiteren (nicht direkt bestromten) Induktionseinrichtung/Spule einen entsprechenden Strom induziert. Alternativ sind jedoch auch zusätzliche Messeinrichtungen denkbar, welche auch erweiterte Messmöglichkeiten und erweiterte Messbereiche erlauben.
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Die oben beschriebenen Verfahrensschritte S1 bis S4 können auch zum Ausführen eines Verfahrens zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen genutzt werden. Mittels ihnen kann zumindest eine Teilumgebung mindestens einer der zwei elektrischen Vorrichtungen auf ein darin und/oder nahe daran vorliegendes Fremdobjekt untersucht werden. Das Untersuchen der Teilumgebung kann vor einem Beginn einer induktiven Energieübertragung, während der fortgeführten induktiven Energieübertragung und/oder während eines Unterbrechens der induktiven Energieübertragung erfolgen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das hier beschriebene Verfahren zum Untersuchen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung auf ein Fremdobjekt auch zur Fremddetektion ohne eine induktive Energieübertragung ausführbar ist. Insbesondere kann das Verfahren ausgeführt werden, bevor die beiden elektrischen Vorrichtungen zusammengebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012201547 A1 [0002]
