-
Die Erfindung betrifft ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug mit einer Primärspule und/oder einer Sekundärspule und einer Überwachungseinrichtung zur Erfassung eines Fremdkörpers in einem Magnetfeld zwischen der Primärspule und der Sekundärspule, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Bei der induktiven Energieübertragung im Fahrzeugbereich entstehen in der Regel hohe magnetische Wechselfelder, insbesondere zwischen einer Primärspule, durch welche eine Energie an einer Ladestation bereitgestellt wird und der Sekundärspule, durch welche im Fahrzeug eine magnetische Energie in eine elektrische Energie zurückverwandelt wird.
-
Um einen hohen Wirkungsgrad und einen sicheren sowie akzeptablen Betrieb zu gewährleisten, sollen Fremdkörper, Fremdstoffe oder Lebewesen, nachfolgend zusammenfassend „Fremdkörper” genannt, aus dem Magnetfeld zwischen Primärspule und Sekundärspule ferngehalten werden.
-
Dies kann folgende Gründe haben. Zum einen können durch das magnetische Wechselfeld in einen Fremdkörper Wirbelströme induziert werden. Dadurch kann es zu einer Aufheizung des Fremdkörpers kommen. Der Wirkungsgrad der Energieübertragung in das Fahrzeug sinkt. Ebenfalls kann auch eine Sicherheit der Energieübertragung beeinträchtigt sein, insbesondere wenn es während einer unbeobachteten, längeren Ladephase wegen der Wirbelstrominduktion zu einer starken Erhitzung des Fremdkörpers kommt. Ebenso kann der Fall eintreten, dass Tiere oder Menschen zumindest mit ihren Gliedmaßen in das Magnetfeld gelangen, so dass in das Lebewesen Körperströme induziert werden. Dadurch kann zumindest eine Akzeptanz der induktiven Lademethode beeinträchtigt sein.
-
Die
DE 10 2011 076 186 A1 schlägt deswegen unterschiedliche Mittel zum Fernhalten von Gegenständen, Schmutz, Nässe oder Tieren aus dem Energieübertragungsweg eines induktiven Energieübertragungssystems vor. Dabei kann eine Erfassung eines Fremdkörpers durch Sensoren, wie Lichtschranken, Bewegungsmeldern, Metalldetektoren, Kameras oder Hydrometern erfolgen. Im Fall einer positiven Erfassung eines Fremdkörpers wird der Energieübertragungsweg durch Schwenken oder Rütteln von dem Fremdkörper befreit. Ebenfalls kann ein Gebläse oder eine Waschdüse dazu eingesetzt werden, den Fremdkörper aus dem Energieübertragungsweg zu entfernen.
-
Die
DE 20 2009 009 689 U1 geht ebenfalls von dem Problem aus, einen Fremdkörper in einem Energieübertragungsweg bei einer Vorrichtung zum induktiven Laden eines Kraftfahrzeugs beobachten zu können. Sie schlägt dazu eine berührungslose Fremdkörpererkennung vor, insbesondere in Form eines Ultraschall-, Radar-, Infrarot- oder Bildsensors.
-
Die
WO 2012/047 779 A1 beschreibt ein System zum Laden eines Fahrzeugs mittels drahtloser Übertragung von elektrischer Energie. Hierzu ist auf einem Boden ein erster Resonator angeordnet und an dem Fahrzeug ein zweiter Resonator befestigt. Um ein Vorhandensein eines metallischen Fremdkörpers erkennen zu können, der sich im Bereich der Resonatoren befindet, wird vorgeschlagen, in dem System zum Laden des Fahrzeugs eine konventionelle Magnetometer-Architektur vorzusehen.
-
In WIKIPEDIA – Magnetometer (Version vom 20.07.2014) werden Magnetometer aufgezählt, deren Wirkungsweise auf sehr unterschiedlichen physikalischen Effekten beruhen. Unter anderem wird ein Faraday-Magnetometer erwähnt, das den Faraday-Effekt nutzt.
-
In WIKIPEDIA – Faraday-Effekt (Version vom 20.07.2014) wird eine Polarisationsdrehung von Licht beim Durchgang des Lichts durch ein transparentes Medium aufgrund des Faraday-Effekts beschrieben. Es werden Magnetometer mit Lichtleitkabeln erwähnt, deren Funktionsweise auf dem Faraday-Effekt beruht.
-
Die
DE 696 19 688 T2 erwähnt, dass für elektrische Geräte in zunehmendem Maße optische Stromwandler verwendet werden, die optische Fasern aufweisen, welche für Magnetfelder empfindlich sind. Hierbei wird eine monomodale Faser verwendet, die als Glasfaserspule ausgebildet ist, welche einen elektrischen Leiter umgibt. Infolge des magnetooptischen Faraday-Effekts wird in Reaktion auf eine Veränderung eines in dem Leiter fließenden Stroms die Polarisierung eines Lichts verschoben, das die Glasfaserspule durchläuft. Es wird ein faseroptischer Stromsensor mit einer Lichtquelle, einem Detektor und drei Faraday-Effekt-Erfassungselementen beschrieben, die optisch in Serie geschaltet sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives Laden eines Kraftfahrzeugs effizienter und sicherer zu gestalten.
-
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
-
Die Erfindung umfasst ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug. Das System weist eine Primärspule auf, die insbesondere dazu eingerichtet ist, mit einer Energieversorgung verbunden zu werden, um ein magnetisches Wechselfeld zu generieren. Ein System allein mit einer Primärspule betrifft im Wesentlichen ein System, das in einer Ladestation oder in einer Tankstelle zum induktiven Laden eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.
-
Alternativ weist das System eine Sekundärspule auf, die insbesondere dazu eingerichtet ist, von einem magnetischen Wechselfeld, welches durch eine Primärspule erzeugt wird, durchdrungen zu werden, so dass in die Sekundärspule ein Strom induziert wird. Dieser Strom trägt die drahtlos von der Primärspule übertragene elektrische Energie. Der Strom kann in einen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator und/oder einen Kondensator, gespeichert werden. Ein System allein mit einer Primärspule betrifft im Wesentlichen ein System, das in einem Kraftfahrzeug zum induktiven Laden an einer Ladestation oder Tankstelle eingesetzt wird.
-
Alternativ weist das System sowohl eine Primär- als auch eine Sekundärspule auf. Ein solches System kann insbesondere ein Kit zur Aufrüstung eines Kraftfahrzeugs für ein induktives Laden sein, wobei das Kit ebenfalls eine Primärspule für eine Ladestation umfasst.
-
Erfindungsgemäß umfasst das System eine Überwachungseinrichtung zur Erfassung eines Fremdkörpers in einem Magnetfeld zwischen der Primärspule und der Sekundärspule. Dabei ist der Begriff „zwischen” nicht nur im geometrischen Sinn zu verstehen. Vielmehr bezeichnet dieser Begriff auch einen Ort, durch den das Magnetfeld, welches von der Primärspule erzeugt wird, verläuft. Die Überwachungseinrichtung weist mehrere Lichtwellenleiter auf. Außerdem weist die Überwachungseinrichtung einen Lichtsensor auf, der dazu eingerichtet ist, an einer Lichtwelle, die in einem Lichtwellenleiter geführt ist, einen durch das Magnetfeld bewirkten magneto-optischen Effekt zu erfassen, wobei die Überwachungseinrichtung an jedem Lichtwellenleiter je eine Lichtquelle aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist die Überwachungseinrichtung an jedem Lichtwellenleiter je einen Lichtsensor auf, der dazu eingerichtet ist, an einer in dem jeweiligen Lichtwellenleiter geführten Lichtwelle einen durch das Magnetfeld bewirkten magneto-optischen Effekt zu erfassen.
-
Eine Überwachungseinrichtung im Sinn der Erfindung umfasst wenigstens einen Beobachter für einen oder mehrere Parameter. Zusätzlich kann eine Überwachungseinrichtung eine Auswerteeinrichtung oder eine Bewertungseinrichtung umfassen, die insbesondere einen erfassten Wert oder einen Wert auf Basis eines erfassten. Werts mit einem, insbesondere vorgegebenen, Wert vergleicht. Insbesondere kann die Überwachungseinrichtung auf Basis des Vergleichs eine Steuerreaktion auslösen.
-
Die Überwachungseinrichtung umfasst erfindungsgemäß einen Lichtwellenleiter. Ein Lichtwellenleiter im Sinn der Erfindung ist insbesondere ein dielektrischer Wellenleiter. Er kann aus konzentrischen Schichten aufgebaut sein, in deren Zentrum insbesondere ein lichtführender Kern liegt, der umgeben sein kann von einem Mantel mit einem etwas niedrigeren Brechungsindex sowie insbesondere von weiteren Schutzschichten aus Kunststoff. Ein Lichtwellenleiter kann insbesondere kabelförmig sein, so dass er insbesondere flexibel biegbar ist. Insbesondere kann der Lichtwellenleiter eine oder mehrere Fasern umfassen, in denen jeweils eine Lichtwelle geleitet wird. Ein Lichtwellenleiter kann in der Verschalung der Überwachungseinrichtung angeordnet sein. Ein Lichtwellenleiter kann für eine binäre Erfassung, ob sich ein Fremdkörper im Magnetfeld befindet in einem mäandrierenden Verlauf im felddurchdrungenen Bereich angeordnet sein. Alternativ kann ein Lichtwellenleiter solche Dimensionen aufweisen, dass er die Fläche einer Primär- oder eine Sekundärspule abdeckt oder überdeckt. Insbesondere kann der Lichtwellenleiter quaderförmig bzw. plattenförmig ausgestaltet sein.
-
Die Überwachungseinrichtung umfasst erfindungsgemäß ebenfalls einen Lichtsensor. Dieser Lichtsensor ist dazu eingerichtet eine Lichtwelle zu erfassen. Eine Lichtwelle kann insbesondere als monochromatisches Licht gesendet werden. Insbesondere auf Basis einer entsprechenden Auswertung der erfassten Lichtwelle kann der Lichtsensor einen magneto-optischen Effekt erfassen, welcher durch das Magnetfeld, welches zwischen der Primärspule und der Sekundärspule besteht, bewirkt ist und insbesondere durch ein in dem Magnetfeld befindlichen Fremdkörper.
-
Die Überwachungseinrichtung kann insbesondere eine Auswerteelektronik umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Überwachungseinrichtung auch eine Steuerelektronik und/oder eine Kommunikationselektronik umfassen, insbesondere so dass ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung entsprechend einer Auswertung der Überwachung gesteuert werden kann und/oder ein Auswertungsergebnis zu einer externen Steuerung kommuniziert werden kann.
-
Ein magneto-optischer Effekt im Sinn der Erfindung ist ein Effekt eines Magnetfelds, insbesondere des Magnetfelds zwischen Primärspule und Sekundärspule, auf eine Lichtwelle, insbesondere auf eine im Lichtwellenleiter des erfindungsgemäßen Systems geführten Lichtwelle. Insbesondere umfasst ein magneto-optischer Effekt den Faraday-Effekt. Dieser Effekt beschreibt u. a. eine Drehung einer Polarisationsebene einer polarisierten elektromagnetischen Welle in einem Medium, wenn darin ein magnetischer Fluss herrscht.
-
Durch das erfindungsgemäße System kann vorteilhaft eine Erfassung eines Fremdkörpers mit hoher Präzision erfolgen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass die Überwachungseinrichtung geschützt von Umwelteinflüssen, z. B. in einem Gehäuse, angebracht werden kann. Im Vergleich zu einer kamera- oder radar-basierten Überwachungseinrichtung benötigt das erfindungsgemäße System vorteilhaft keine 'freie Sicht' auf den zu erfassenden Raum. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Überwachung energetisch unabhängig vom Magnetfeld erfolgt. Durch die Überwachung wird dem Magnetfeld keine Energie entzogen.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Überwachungseinrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule angeordnet. Dazu kann die Überwachungseinrichtung insbesondere durch eine externe Halterung befestigt sein, welche die Überwachungseinrichtung während des Ladevorgangs im Magnetfeld positioniert. Diese kann insbesondere mechanisch beweglich sein, so dass die Überwachungseinrichtung vorzugsweise nach Beendigung des Ladevorgangs wieder eingeklappt wird. Die mechanische Halterung kann insbesondere am Kraftfahrzeug befestigt sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine mechanische Halterung der Überwachungseinrichtung an einer Ladestation oder Tankstelle befestigt sein. Nach einer Ausführungsform ist die mechanische Halterung der Überwachungseinrichtung samt dem Lichtwellenleiter in variablen Positionen ausrichtbar, um das Magnetfeld aktiv vermessen können. Vorteilhaft kann dadurch ein Fremdkörper sensitiver erfasst werden, da durch das aktive Vermessen ein Lichtwellenleiter mit einer größeren Wahrscheinlichkeit an eine Position im Magnetfeld eingebracht werden kann, bei dem der magneto-optischen Effekt größer ist als an anderen Positionen und somit eine Auswirkung eines Fremdkörpers besser erfasst werden kann. Insbesondere kann der Lichtwellenleiter dadurch so positioniert werden, dass die darin geführte Lichtwelle parallel zum Magnetfeld verläuft. Außerdem kann durch eine bewegliche Anordnung der Überwachungseinrichtung diese vorteilhaft für verschiedene Fahrzeugtypen, die eine unterschiedliche, insbesondere unterschiedlich hoch, angeordnete Sekundärspule aufweisen, angepasst werden.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Überwachungseinrichtung an der Primärspule angeordnet. Dies betrifft insbesondere Ausführungen der Erfindung, welche keine Sekundärspule aufweisen. Ein solches System ist insbesondere dazu eingerichtet, in einer Ladestation oder Tankstelle betrieben zu werden, welche dazu eingerichtet ist, Kraftfahrzeuge induktiv mit elektrischer Energie zu versorgen. Vorteilhaft kann das System dadurch insbesondere unabhängig von der Ausführungsform der Sekundärspule sein. Im Allgemeinen kann die Überwachungseinrichtung an einem Gehäuse oder an einer Spule angeordnet sein. Insbesondere befindet der Lichtwellenleiter sich dabei im felddurchdrungenen Bereich.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Überwachungseinrichtung an der Sekundärspule angeordnet. Dies betrifft insbesondere Ausführungen der Erfindung, welche keine Primärspule aufweisen. Ein solches System ist insbesondere dazu eingerichtet, in einem Kraftfahrzeug eingebaut zu werden.
-
Ein solches Kraftfahrzeug kann vorteilhaft an einer beliebigen Ladestation oder Tankstelle, also insbesondere unabhängig von der Ausführungsform der Primärspule, induktiv geladen werden und von den Vorteilen der Erfindung profitieren. Denn durch die Anordnung einer Überwachungseinrichtung an der Sekundärspule kann das durch die Primärspule generierte Magnetfeld zwischen Primärspule und Sekundärspule überwacht werden.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet, einen Parameter der Lichtwelle auf eine Beeinflussung durch das Magnetfeld hin zu. überwachen. Ein Parameter der Lichtwelle kann insbesondere ein Abweichungswinkel β sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Parameter, der von der Überwachungseinrichtung überwacht wird, eine Größe sein, welche von dem Abweichungswinkel β abhängig ist. Insbesondere kann ein Parameter eine Lichtintensität h, insbesondere eine Helligkeit, sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Parameter eine Zeit t, insbesondere eine Laufzeit, sein oder ein Wegunterschied bzw. eine Phasenverschiebung Δd.
-
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das System eine Lichtquelle, die dazu eingerichtet ist, durch den Lichtwellenleiter polarisiertes Licht zu senden. Polarisiertes Licht kann entweder voll polarisiert oder teilweise polarisiert sein. Polarisiertes Licht kann insbesondere linear polarisiert sein. Der Lichtsensor ist dabei insbesondere dazu eingerichtet, eine Abweichung der Lichtwelle von einer vorgegebenen Polarisationsachse zu erfassen, insbesondere einen Abweichungswinkel zu erfassen. Ein Abweichungswinkel β kann insbesondere ein Winkel zwischen einer erfassten Polarisationsachse, insbesondere am Ausgang des Lichtwellenleiters und/oder am Eingang des Lichtsensors, und einer vorgegebenen anfänglichen Polarisationsachse einer Lichtwelle sein, die insbesondere am Ausgang einer Lichtquelle und/oder am Eingang des Lichtwellenleiters definiert ist. Die Lichtwelle ist dabei insbesondere linear polarisiert. Zusätzlich oder alternativ kann der Lichtsensor dazu eingerichtet sein, eine vom Abweichungswinkel abhängige Größe zu erfassen. Insbesondere kann eine solche abhängige Größe eine Lichtintensität h, insbesondere eine Helligkeit, sein. Die Lichtintensität kann insbesondere abhängig vom Abweichungswinkel β sein. Insbesondere wird bei der Erfassung der Lichtintensität eine Lichtwelle in der anfänglich vorgegebenen Polarisationsachse gemessen, so dass eine Drehung der Polarisationsachse durch das Magnetfeld beim Lichtsensor eine Verringerung der Lichtintensität in der anfänglichen Polarisationsachse bewirkt.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Lichtsensor dazu eingerichtet, eine Laufzeit einer Lichtwelle und/oder einen Wegunterschied zwischen der Lichtwelle und einer weiteren Lichtwelle zu erfassen. Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes laufen Lichtwellen ggf. auch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und benötigen deshalb unterschiedlich lange Zeiten, um den Lichtwellenleiter zu durchlaufen. Der Laufzeitunterschied wird insbesondere umso größer, je höher der Strom ist und je mehr Windungen der Lichtwellenleiter aufweist. Dabei kann der Laufzeitunterschied insbesondere auch in einen Wegunterschied übersetzt werden. Vorteilhaft kann der Wegunterschied sehr genau gemessen werden und damit ein Einfluss eines Fremdkörpers auf das Magnetfeld sehr genau ermittelt werden.
-
Die Überwachungseinrichtung weist mehrere Lichtwellenleiter auf. Insbesondere kann die Überwachungseinrichtung zehn, 20, 30, 50, 100 Lichtwellenleiter umfassen. Diese können insbesondere zueinander geneigt angeordnet sein. Insbesondere können ein oder mehrere Lichtwellenleiter zu einem oder mehreren anderen Lichtwellenleitern geneigt angeordnet sein. Eine solche Neigung kann insbesondere rechtwinklig sein. Mehrere Lichtwellenleiter können zu einer Matrix angeordnet sein. Damit kann vorteilhaft eine zweidimensionale Erfassung eines Fremdkörpers erfolgen. Sich überkreuzende Lichtwellenleiter können insbesondere an einem oder mehreren Kreuzungen miteinander so verbunden sein, dass Licht entsprechend an der Kreuzung abzweigen kann. Damit ist vorteilhaft nicht für jeden Lichtwellenleiter eine Lichtquelle erforderlich.
-
Die Überwachungseinrichtung weist mehrere Lichtwellenleiter auf und je eine Lichtquelle und/oder je einen Lichtsensor an jedem Lichtwellenleiter. Alternativ weist die Überwachungseinrichtung je einen Lichtsensor am Ende jedes Lichtwellenleiters auf, aber nicht an jedem Ende einer jeden Lichtquelle. Insbesondere weist die Überwachungseinrichtung mehrere Lichtwellenleiter auf, aber nur eine einzige Lichtquelle, die insbesondere so angeordnet ist, dass alle Lichtwellenleiter mit Licht versorgt werden. Vorteilhaft kann dadurch Raum und Kosten für mehrere Lichtquellen gespart werden und insbesondere eine Lichtwelle mit gleichen Parametern durch verschiedene Lichtwellenleiter gesendet werden.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Überwachungseinrichtung des Systems dazu eingerichtet, auf Basis des erfassten magneto-optischen Effekts einen Ladeprozess freizugeben und/oder fortzuführen. Eine Freigabe kann insbesondere durch ein Freigabesignal erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Beendigung eines Stoppsignals eine Freigabe auslösen. Ebenso kann ein Freigabesignal und/oder ein Ausbleiben eines Stoppsignals eine Fortführung eines Ladeprozesses bewirken. Eine Beendigung eines Freigabesignals oder ein Stoppsignal kann dabei insbesondere indizieren, dass ein Fremdkörper erfasst wurde. Vorteilhaft kann dadurch flexibel auf einen Fremdkörper zwischen der Primärspule und Sekundärspule reagiert werden.
-
Zusätzlich oder alternativ kann die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet zu sein, den Ladeprozess, insbesondere einen Parameter des Ladeprozesses, zu verändern und/oder abzubrechen. Eine Veränderung des Ladeprozesses kann insbesondere dann erfolgen, wenn ein Fremdkörper erfasst wurde, aber die dadurch entstehende Gefahr noch nicht so hoch eingeschätzt wird, dass ein Stoppen des Ladeprozesses erforderlich ist. Die Veränderung kann insbesondere den Ladestrom oder die Ladespannung betreffen. Zusätzlich oder alternativ kann die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet sein, einen Ladeprozess abzubrechen, insbesondere wenn ein Fremdkörper im Magnetfeld erfasst wurde oder eine durch einen Fremdkörper im Magnetfeld erzeugte Gefahr einen vorbestimmten Schwellwert für eine solche Gefahr übersteigt. Vorteilhaft kann dadurch flexibel auf einen Fremdkörper zwischen der Primärspule und Sekundärspule reagiert werden.
-
Erfindungsgemäß weist ein Kraftfahrzeug ein System nach einer Ausführungsform der Erfindung auf. Insbesondere umfasst das System dabei lediglich eine Sekundärspule, welche eine Überwachungseinrichtung mit einem Lichtwellenleiter umfasst. Zusätzlich oder alternativ ist eine Überwachungseinrichtung an Teilen des Kraftfahrzeugs angebracht, die nicht durch die Sekundärspule umfasst werden. Vorteilhaft kann ein Kraftfahrzeug mit einem System nach einer Ausführungsform der Erfindung an beliebigen Ladestationen oder Tankstellen aufgeladen werden, wobei eine Überwachung auf Fremdkörper unabhängig von einer Ladestation oder einer Tankstelle ist, weil sie durch das Kraftfahrzeug erfolgt.
-
Erfindungsgemäß weist eine Ladestation oder eine Tankstelle, zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs ein System nach einer Ausführungsform der Erfindung auf. Insbesondere umfasst das System dabei lediglich eine Primärspule, welche eine Überwachungseinrichtung mit einem Lichtwellenleiter umfasst. Zusätzlich oder alternativ kann eine Überwachungseinrichtung an Teilen der Ladestation oder der Tankstelle angebracht sein, die nicht durch die Primärspule umfasst sind. Vorteilhaft kann eine Ladestation oder Tankstelle mit einem System nach einer Ausführungsform der Erfindung beliebige Kraftfahrzeuge laden, wobei eine Überwachung auf Fremdkörper unabhängig von einem Kraftfahrzeug ist, weil sie durch die Ladestation oder die Tankstelle erfolgt.
-
Die Erfindung umfasst zusätzlich ein Verfahren zum Erfassen eines Fremdkörpers in einem Magnetfeld zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist. Eine Lichtwelle wird durch mehrere Lichtwellenleiter gesendet. Eine Lichtwelle wird empfangen. Dies kann insbesondere am Ende des die Lichtwelle führenden Lichtwellenleiters erfolgen. Ein magneto-optischer Effekt wird erfasst. Dies erfolgt insbesondere durch eine Auswertung von erfassten Parametern der Lichtwelle. Die Energieübertragung wird auf Basis des Ergebnisses des Schließens gesteuert.
-
In einer Alternative ist ein Lichtsensor dazu eingerichtet, an einer Lichtwelle, die in einem der Lichtwellenleiter geführt ist, einen durch das Magnetfeld bewirkten magneto-optischen Effekt zu erfassen, wobei an jedem Lichtwellenleiter je eine Lichtquelle vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich ist an jedem Lichtwellenleiter je ein Lichtsensor vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, an einer in dem jeweiligen Lichtwellenleiter geführten Lichtwelle einen durch das Magnetfeld bewirkten magneto-optischen Effekt zu erfassen.
-
Es wird auf eine Anwesenheit eines Fremdkörpers zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule auf Basis des erfassten magneto-optischen Effekts geschlossen. Ein solcher Schluss kann insbesondere durch einen Vergleich mit einem abgespeicherten magneto-optischen Effekt, i. e. einem Referenzwert, erfolgen, der insbesondere in einer Situation aufgenommen ist, in der sich kein Fremdkörper zwischen Primärspule und Sekundärspule befunden hat. Bei Verwendung mehrerer Lichtwellenleiter (LC), insbesondere bei Verwendung einer Matrix von Lichtwellenleitern, kann entsprechend ein Referenzmuster bestimmt werden, das eine Magnetfeldsituation markiert, in der kein Fremdkörper sich im Magnetfeld (B) befindet. Vorzugsweise wird ein Vergleich mit einem Referenzwert oder einem Referenzmuster auf Basis eines oder mehrerer Parameter durchgeführt, welche durch die Lichtquelle erfasst werden, oder eines von einem oder mehreren erfassten Parametern abhängigen Parameters. Zusätzlich oder alternativ kann ein solcher Schluss auf Basis einer Höhe eines vom Lichtsensor erfassten magneto-optischen Effekts, insbesondere auf Basis eines erfassten Parameters erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann ein solcher Schluss auf Basis einer zeitlichen oder räumlichen Änderung, also einer ersten Ableitung nach Zeit und/oder Ort, erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann ein solcher Schluss auf Basis einer höheren zeitlichen oder räumlichen Ableitung erfolgen. Auf Basis des Ergebnisses des Schließens wird die Energieübertragung gesteuert. Die Schritte werden insbesondere von einer externen Steuerungseinrichtung umgesetzt oder von einer Steuerungseinrichtung, welche von dem System umfasst wird. Nach einer Ausführungsform erfolgt ein Schließen auf einen Fremdkörper durch einen relativen Vergleich der Werte eines Referenzmusters einer Lichtwellenleiter-Matrix. Insbesondere kann dann auf einen Fremdkörper im Magnetfeld geschlossen werden, wenn sich in einem erfassten Referenzmuster Inhomogenitäten zeigen. Ein solcher Schluss ist insbesondere dann begründet, wenn ein Magnetfeld ohne Fremdkörper ein homogenes, insbesondere rotationsfreies, Magnetfeld ist.
-
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Steuern wenigstens einen der folgenden Schritte: Es wird ein Ladevorgang freigegeben oder fortgeführt. Ein solcher Schritt kann insbesondere dann erfolgen, wenn kein Fremdkörper erfasst wurde. Alternativ kann ein solcher Schritt erfolgen, wenn zwar ein Fremdkörper erfasst wurde, aber eine durch diesen Fremdkörper begründete Gefährdung als entsprechend niedrig eingestuft wurde, so dass der Ladevorgang weitergeführt werden kann. Als weiterer Schritt kann eine Warninformation versendet werden. Dieser wird insbesondere dann erfolgen, wenn ein Fremdkörper im Magnetfeld erfasst wurde. Als weiterer Schritt kann ein Ladeparameter verändert werden. Eine solche Veränderung kann insbesondere eine Verringerung eines in die Primärspule eingeprägten Stroms und/oder eine Verringerung einer an der Primärspule anliegenden Spannung betreffen. Eine solche Anpassung der Ladecharakteristik erfolgt insbesondere dann, wenn ein Fremdkörper im Magnetfeld erfasst wurde, aber deswegen nicht unbedingt ein Abbruch des Ladevorgangs erfolgen muss. Als weiterer Schritt kann eine Verhinderung eines Starts eines Ladevorgangs erfolgen. Dieser Schritt erfolgt insbesondere, wenn ein Fremdkörper erfasst wurde und bei einer Ladung von einer entsprechend hohen Gefährdung auszugehen ist. Insbesondere unter ähnlichen Bedingungen kann auch ein Abbrechen eines Ladevorgangs erfolgen, und/oder dann, wenn ein Fremdkörper erst nach Starten eines Ladevorgangs erfasst wird.
-
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird in einem Schritt eine Gefährdungssituation auf Basis des erfassten magneto-optischen Effekts bestimmt. Eine solche Bestimmung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass überwacht wird, ob sich ein Betrag einer erfassten Größe über einem vorgegeben Schwellwert befindet oder zumindest gleich diesem ist. Abhängig von der Gefährdungssituation kann das Steuern der Energieübertragung ausgeführt werden. Insbesondere kann die Energieübertragung gestoppt, freigegeben, fortgeführt und/oder geändert werden. Dadurch kann vorteilhaft flexibel auf ein Vorhandensein eines Fremdkörpers reagiert werden. Beispielsweise muss eine Energieübertragung nicht unbedingt gestoppt oder abgebrochen werden, wenn sich ein Fremdkörper im Magnetfeld zwischen dem Spulenpaar befindet. Vielmehr kann entsprechend einer durch den Fremdkörper begründeten Gefährdungssituation die Energieübertragung fortgeführt, insbesondere nur angepasst werden, vorzugsweise dann, wenn durch den Fremdkörper nur eine hinreichend kleine Gefahr ausgeht.
-
Die einzelnen Weiterbildungen und Ausführungsformen können vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt teilweise schematisiert:
-
1 eine Vorrichtung zur Überwachung eines Spulenzwischenraums auf einen Fremdkörper nach dem Stand der Technik,
-
2 eine Ausführungsform der Erfindung, mit einer Überwachungseinrichtung an der Sekundärspule eines Kraftfahrzeugs, und
-
3 eine Anordnung von Lichtwellenleitern einer Überwachungseinrichtung eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 illustriert eine Vorrichtung zur Überwachung eines Spulenzwischenraums auf einen Fremdkörper nach dem Stand der Technik. Ein Kraftfahrzeug V, welches elektrisch betrieben wird, weist eine Batterie A auf. Die Batterie ist an eine Sekundärspule SC gekoppelt. In die Sekundärspule SC kann durch ein Magnetfeld Strom induziert werden, der zur Ladung der Batterie A verwendet wird. Das Magnetfeld wird durch eine in einer Ladestation oder Tankstelle befindlichen Primärspule PC erzeugt, welche mit einer Energiequelle T verbunden ist. Das Kraftfahrzeug V ist mit Radarsensoren S ausgestattet, welche den Raum zwischen Primärspule PC und Sekundärspule SC überwachen und gegebenenfalls einen Fremdkörper FO erfassen.
-
2 illustriert eine Ausführungsform der Erfindung. Dabei befindet sich ebenfalls ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug V an einer Ladestation oder Tankstelle T, um aufgeladen zu werden. Das Kraftfahrzeug V umfasst eine Sekundärspule SC, welche an eine Batterie A angeschlossen ist, um diese mit Strom zu versorgen. Die Ladestation oder Tankstelle T umfasst eine Primärspule PC, welche in einen Boden unter dem Kraftfahrzeug V eingelassen ist und ein magnetisches Wechselfeld B erzeugt, so dass in die Sekundärspule SC der Ladestrom induziert wird. Insbesondere durch eine automatische Parkfunktion kann das Kraftfahrzeug V hinreichend genau über der Primärspule PC geparkt werden, so dass sich eine maximale Überdeckung der Spulen einstellt. An der Sekundärspule SC angeordnet, befindet sich eine Überwachungseinrichtung MM. Diese weist einen Lichtwellenleiter LC auf, der mäandrierend unter der Spulenfläche verlegt ist. Außerdem weist die Überwachungseinrichtung MM eine Lichtquelle LS auf, die am Anfang des Lichtwellenleiters LC in diesen eine linear polarisierte Lichtwelle W einleitet. Am Ende des Lichtwellenleiters LC ist ein Lichtsensor S angeordnet, der dazu eingerichtet ist, eine Abweichung der erfassten, linear polarisierten Lichtwelle W von einer vorgegebenen Polarisationsachse zu erfassen. Bei einer ungestörten Ladung erfasst der Lichtsensor S einen bestimmten Abweichungswinkel β*. Dieser Abweichungswinkel wurde zuvor erfasst und abgespeichert. Der aktuell erfasste Abweichungswinkel β wird mit dem Abweichungswinkel β* verglichen. Wenn eine Differenz der beiden Abweichungswinkel einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, wird auf eine relevante Gefährdung durch einen Fremdkörper FO im Magnetfeld B geschlossen. In diesem Fall wird ein Warnhinweis kommuniziert. Dieser Warnhinweis führt insbesondere zu einer visuellen und einer akustischen Anzeige an der Ladestation oder Tankstelle, so dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs V oder ein Betreiber der Ladestation oder der Tankstelle unmittelbar auf das Problem hingewiesen wird. Gleichzeitig wird der Ladevorgang solange gestoppt, bis die Überwachungseinrichtung MM den Fremdkörper FO im Spulenzwischenraum nicht mehr erfasst und/oder an der Ladestation oder Tankstelle der Ladevorgang manuell freigegeben wird.
-
3 illustriert eine Lichtwellenleiter-Matrix einer Überwachungseinrichtung MM eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Lichtwellenleiter-Matrix besteht aus einem Gitter horizontaler und vertikaler Lichtwellenleiter LC. Alle Lichtwellenleiter LC sind so miteinander verbunden, dass ein Lichtstrahl, der an einem Knotenpunkt K eines horizontalen und eines vertikalen Lichtwellenleiters LC ankommt, in allen drei Richtungen weitergeleitet wird. Die oberen Enden der vertikalen Lichtwellenleiter LC sind mit einem horizontalen Lichtwellenleiter LC abschließend verbunden. Die rechten Enden der horizontalen Lichtwellenleiter LC sind mit einem vertikalen Lichtwellenleiter LC abschließend verbunden. Die unteren Enden der vertikalen Lichtwellenleiter LC sind jeweils mit einem Lichtsensor S abgeschlossen. Ebenso sind die linken Enden der horizontalen Lichtwellenleiter LC jeweils mit einem Lichtsensor S abgeschlossen. Das rechte Ende des mittleren horizontalen Lichtwellenleiters LC, welches mit der Mitte des rechten, abschließenden vertikalen Lichtwellenleiters LC verbunden ist, weist eine Lichtquelle LS auf, die in den Knotenpunkt K eine linear polarisierte Lichtwelle W einstrahlen kann. Diese Lichtwelle W wird durch den rechten vertikalen Lichtwellenleiter LC auf alle horizontalen Lichtwellenleiter LC verteilt und über die anderen Knotenpunkte auch auf die anderen vertikalen Lichtwellenleiter LC übertragen. Die Lichtwellenleiter-Matrix überdeckt die durch eine Spule, z. B. eine Primärspule oder eine Sekundärspule SC, aufgespannte Fläche, durch die ein Magnetfeld B durchströmen soll. Vorteilhaft ist durch diese Konstruktion nur eine Lichtquelle LS erforderlich. Damit sinkt ein Kostenaufwand, der durch mehrere Lichtquellen LS und insbesondere durch deren Synchronisation, verursacht würde. Außerdem lässt sich durch die Konstruktion eine Lage eines Fremdkörpers FO zweidimensional bestimmen.
