DE102016222999A1 - Coil unit and vehicle with secondary coil unit - Google Patents

Coil unit and vehicle with secondary coil unit Download PDF

Info

Publication number
DE102016222999A1
DE102016222999A1 DE102016222999.0A DE102016222999A DE102016222999A1 DE 102016222999 A1 DE102016222999 A1 DE 102016222999A1 DE 102016222999 A DE102016222999 A DE 102016222999A DE 102016222999 A1 DE102016222999 A1 DE 102016222999A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coil unit
unit
coil
electromagnetic field
alternating electromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102016222999.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Norman Geissler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102016222999.0A priority Critical patent/DE102016222999A1/en
Publication of DE102016222999A1 publication Critical patent/DE102016222999A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/04—Systems determining presence of a target
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/124—Detection or removal of foreign bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/126—Methods for pairing a vehicle and a charging station, e.g. establishing a one-to-one relation between a wireless power transmitter and a wireless power receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Spuleneinheit zur kabellosen Übertragung von elektrischer Leistung zu oder von einer Spulengegeneinheit über ein elektromagnetisches Wechselfeld, wobei die Spuleneinheit zumindest eine Ultraschall-Sender-Detektoreinheit umfasst, und die Ultraschall-Sender-Detektoreinheit dazu eingerichtet ist, in einen Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfeldes Ultraschallwellen zu emittieren und einen reflektierten Anteil der emittierten Ultraschallwellen zu detektieren.Coil unit for wireless transmission of electrical power to or from a coil counter unit via an alternating electromagnetic field, wherein the coil unit comprises at least one ultrasonic transmitter-detector unit, and the ultrasonic transmitter-detector unit is adapted to emit ultrasonic waves in a propagation space of the alternating electromagnetic field and to detect a reflected portion of the emitted ultrasonic waves.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit zur kabellosen Übertragung von elektrischer Leistung zu oder von einer Spulengegeneinheit über ein elektromagnetisches Wechselfeld sowie ein Fahrzeug mit einer Sekundärspuleneinheit zum kabellosen Übertragen von elektrischer Leistung über ein elektromagnetisches Wechselfeld von einer das elektromagnetische Wechselfeld generierenden fahrzeugexternen Primärspuleneinheit zur Sekundärspuleneinheit.The invention relates to a coil unit for the wireless transmission of electrical power to or from a coil counter unit via an alternating electromagnetic field and a vehicle with a secondary coil unit for wireless transmission of electrical power via an alternating electromagnetic field from the electromagnetic alternating field generating vehicle external primary coil unit to the secondary coil unit.

Elektro- und Hybridfahrzeuge können meist an einer externen Ladeeinheit kabelgebunden geladen werden. Komfortabler ist kabelloses Laden, das durch induktive Ladeverfahren umsetzbar ist. Aus dem Stand der Technik sind induktive Leistungsübertragungssysteme bekannt, siehe etwa GB 2 347 801 A1 . Die Induktionsladevorrichtung besteht üblicherweise aus einer fahrzeugexternen Spuleneinheit mit einer Primärspule und einer fahrzeugseitigen Spuleneinheit mit einer Sekundärspule. Beim induktiven Laden stehen sich die beiden Spulen räumlich gegenüber und bilden einen Übertragungs- oder Ausbreitungsbereich, in dem das elektromagnetische Übertragungsfeld im Wesentlichen befindlich ist. Nach dem Stand der Technik, siehe etwa die Schrift DE102011076186A1 , sind Systeme bekannt, die den Übertragungs- bzw. Ausbreitungsbereich mittels einer Temperatursensorik überwachen, um Fremdkörper im Übertragungs- bzw. Ausbreitungsbereich zu erkennen.Electric and hybrid vehicles can usually be charged to an external charging unit wired. More convenient is wireless charging, which can be implemented by inductive charging. Inductive power transmission systems are known in the art, see for example GB 2 347 801 A1 , The induction charging device usually consists of a vehicle-external coil unit with a primary coil and a vehicle-side coil unit with a secondary coil. In inductive charging, the two coils face each other spatially and form a transmission or propagation region in which the electromagnetic transmission field is located substantially. According to the state of the art, see about the font DE102011076186A1 , Systems are known which monitor the transmission or propagation area by means of a temperature sensor to detect foreign bodies in the transmission or propagation area.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Spuleneinheit zur kabellosen Übertragung von elektrischer Leistung zu oder von einer Spulengegeneinheit über eine elektromagnetisches Wechselfeld sowie ein verbessertes Fahrzeug mit einer Sekundärspuleneinheit zum kabellosen Übertragen von elektrischer Leistung über ein elektromagnetisches Wechselfeld von einer das elektromagnetische Wechselfeld generierenden fahrzeugexternen Primärspuleneinheit zur Sekundärspuleneinheit bereitzustellen.It is an object of the invention to provide an improved coil unit for wireless transmission of electric power to or from a coil counter unit via an electromagnetic alternating field and an improved vehicle having a secondary coil unit for wirelessly transmitting electric power via an alternating electromagnetic field from a primary coil unit generating the electromagnetic alternating field to provide the secondary coil unit.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Spuleneinheit gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a coil unit according to claim 1 and by a vehicle according to claim 5. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß umfasst die Spuleneinheit zumindest eine Ultraschall-Sender-Detektoreinheit, die dazu eingerichtet ist, in einen Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfeldes Ultraschallwellen zu emittieren und einen reflektierten Anteil der emittierten Ultraschallwellen zu detektieren.According to the invention, the coil unit comprises at least one ultrasonic transmitter-detector unit, which is set up to emit ultrasonic waves in a propagation space of the alternating electromagnetic field and to detect a reflected portion of the emitted ultrasonic waves.

Auf diese Weise wird erreicht, dass im Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfelds Ultraschallwellen reflektierende Gegenstände erkannt werden können. Aufgrund der langen Zeitdauer beim kabellosen Übertragen von elektrischer Leistung, z.B. beim induktiven Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ist es ausreichend, wenn während des Übertragungsvorgangs Ultraschallwellen in größeren zeitlichen Abständen entsandt werden als zum Beispiel beim Einsatz von Ultraschall-Sender-Detektoreinheiten für Parkanwendungen.In this way it is achieved that in the propagation space of the alternating electromagnetic field ultrasonic waves reflecting objects can be detected. Due to the long duration of wireless transmission of electrical power, e.g. when inductive charging an electric or hybrid vehicle, it is sufficient if during the transmission process ultrasonic waves are sent at greater intervals than, for example, when using ultrasonic transmitter detector units for parking applications.

Es ist von besonderer Bedeutung, dass nicht der Spalt zwischen der Primärspuleneinheit und der Sekundärspuleneinheit überwacht wird, sondern der gesamte Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfelds, der auch über diesen Spalt hinausragt. Dabei kommt es auf die gesamte „Ausleuchtung“ des Wellenfeldes an.It is of particular importance that not the gap between the primary coil unit and the secondary coil unit is monitored, but the entire propagation space of the electromagnetic alternating field, which also protrudes beyond this gap. It all depends on the entire "illumination" of the wave field.

Weiterhin erfordert der Einsatz der Ultraschall-Sender-Detektoreinheit eine Korrektur der vom Untergrund reflektierten Schallwellen, falls die Ultraschall-Sender-Detektoreinheit Bestandteil der Sekundärspuleneinheit ist, oder der vom Unterboden des Fahrzeugs reflektierten Schallwellen, falls die Ultraschall-Sender-Detektoreinheit Bestandteil der Primäreinheit ist. Im ersteren Fall werden Schallwellen vom Untergrund, d.h. dem Parkplatzbelag bzw. der Primärspuleneinheit selbst reflektiert und detektiert, auch wenn kein Gegenstand im Spalt befindlich ist. Durch eine Laufzeitmessung der Schallwellen sowie durch Erfassung der Detektionsintensität der Schallwellen ist feststellbar, ob die Wellen vom Untergrund reflektiert werden oder ob ein Gegenstand im Spalt befindlich ist. Eine Untergrundreflexion stellt ein Rauschen als Offset bei der Detektion des reflektierten Wellenanteils dar oder - anders ausgedrückt - eine Reflexion bei stets gleichem Abstand. Damit ist, auch wenn lediglich eine Positiv-/Negativinformation über die Existenz eines Gegenstands im Ausbreitungsraum erzielt werden soll, eine kombinierte Laufzeit- und Intensitätsmessung erforderlich.Furthermore, the use of the ultrasonic transmitter-detector unit requires a correction of the reflected sound waves from the ground, if the ultrasonic transmitter-detector unit is part of the secondary coil unit, or reflected from the underbody of the vehicle sound waves, if the ultrasonic transmitter-detector unit is part of the primary unit , In the former case, sound waves from the ground, i. the parking deck or the primary coil unit itself reflected and detected, even if no object is located in the gap. By measuring the propagation time of the sound waves and by detecting the detection intensity of the sound waves, it can be determined whether the waves are reflected by the ground or whether an object is located in the gap. A background reflection represents a noise as an offset in the detection of the reflected wave component or, in other words, a reflection at always the same distance. Thus, even if only positive / negative information about the existence of an object in the propagation space is to be obtained, a combined transit time and intensity measurement is required.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Spuleneinheit eine Primärspule und die Spulengegeneinheit eine Sekundärspule ist, wobei die Spuleneinheit das elektromagnetische Wechselfeld generiert, das elektromagnetische Wechselfeld von der Spuleneinheit schaltbar ist, und das elektromagnetische Wechselfeld von der Spuleneinheit abschaltbar oder schwächbar ist, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet.Furthermore, it is advantageous if the coil unit is a primary coil and the coil counter unit is a secondary coil, wherein the coil unit generates the electromagnetic alternating field, the alternating electromagnetic field from the coil unit is switchable, and the alternating electromagnetic field from the coil unit can be switched off or weakened when the reflected portion the emitted ultrasonic waves exceeds a predefinable reflection threshold.

Bei dieser Variante der Erfindung erfolgt die Spaltüberwachung durch die das elektromagnetische Wechselfeld emittierende Spuleneinheit. Die Primärspule ist also dazu eingerichtet, den Spalt mittels der Ultraschall-Sender-Detektoreinheit zu überwachen und das elektromagnetische Wechselfeld abzuschalten oder zu drosseln, falls ein Gegenstand im Spalt detektiert wird. Das ist der Fall, wenn die Reflexion z.B. einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, der den Offset der Untergrundreflexion darstellt. Alternativ oder zusätzlich kann zur Detektion ein vorgebbarerer Laufzeitschwellwert unterschritten werden, um eine Abweichung von der Untergrundreflexion festzustellen.In this variant of the invention, the gap monitoring is performed by the electromagnetic alternating field emitting coil unit. The primary coil is thus adapted to monitor the gap by means of the ultrasonic transmitter-detector unit and to turn off or throttle the electromagnetic alternating field, if an object is detected in the gap. This is the case if, for example, the reflection exceeds a predefinable threshold, which represents the offset of the background reflection. Alternatively or additionally, a predeterminable transit time threshold value can be undershot for detection in order to determine a deviation from the background reflection.

Nach einer anderen Ausführungsform kann die Spuleneinheit eine Sekundärspule und die Spulengegeneinheit eine das elektromagnetische Wechselfeld generierende Primärspule sein, wobei die Spuleneinheit dazu eingerichtet ist, eine Warninformation auszugeben, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet.According to another embodiment, the coil unit may be a secondary coil and the coil counter unit a primary coil generating the alternating electromagnetic field, wherein the coil unit is adapted to output a warning information when the reflected portion of the emitted ultrasonic waves exceeds a predetermined reflection threshold.

Demgemäß ist die Überwachung Funktionsumfang der sekundärseitigen Spule, die das elektromagnetische Wechselfeld nicht emittiert. Es kann dann eine entsprechende Warninformation durch die Sekundärspuleneinheit abgegeben werden. Falls eine Kommunikationsverbindung zwischen der Sekundärspuleneinheit und der Primärspuleneinheit möglich ist, kann die Warninformation direkt an die Primärspuleneinheit übermittelt werden und/oder die Sekundärspuleneinheit anhand der Warninformation die Primärspuleneinheit direkt schalten. Schalten meint in diesem Dokument das elektromagnetische Wechselfeld abzuschalten oder zu drosseln, falls ein Gegenstand im Spalt detektiert wird.Accordingly, the monitoring function of the secondary side coil, which does not emit the alternating electromagnetic field. It can then be issued by the secondary coil unit corresponding warning information. If a communication connection between the secondary coil unit and the primary coil unit is possible, the warning information can be transmitted directly to the primary coil unit and / or the secondary coil unit can switch the primary coil unit directly on the basis of the warning information. Switching in this document means switching off or throttling the alternating electromagnetic field if an object is detected in the gap.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung basiert darauf, dass ein System die erfindungsgemäße Spuleneinheit sowie eine Spulengegeneinheit umfasst, wobei das elektromagnetische Wechselfeld von dem System schaltbar ist, und das elektromagnetische Wechselfeld abschaltbar oder schwächbar ist, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet.Another embodiment of the invention is based on a system comprising the coil unit according to the invention and a coil counter unit, wherein the alternating electromagnetic field can be switched by the system, and the alternating electromagnetic field can be switched off or weakened if the reflected portion of the emitted ultrasonic waves exceeds a predefinable reflection threshold value.

Ein solches System besteht aus einer Primärspulen- und Sekundärspuleneinheit mit Ultraschallwellen-basierter Überwachung des Spaltes zwischen Primärspule und Sekundärspule und Schaltbarkeit des das elektromagnetischen Wechselfeldes bei Detektion eines Gegenstandes im Spalt.Such a system consists of a primary coil and secondary coil unit with ultrasonic wave-based monitoring of the gap between the primary coil and secondary coil and switchability of the alternating electromagnetic field upon detection of an object in the gap.

Außerdem ist ein Fahrzeug erfindungsgemäß, das zumindest eine Ultraschall-Sender-Detektoreinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, in einen Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfeldes Ultraschallwellen zu emittieren und einen reflektierten Anteil der emittierten Ultraschallwellen zu detektieren, wobei das Fahrzeug weiterhin dazu eingerichtet ist, eine Kommunikationsverbindung mit der Primärspuleneinheit herzustellen, und durch das Fahrzeug eine Warninformation an die Primärspuleneinheit übermittelbar ist, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet, um das elektromagnetische Wechselfeld abzuschalten oder zu schwächen.In addition, a vehicle according to the invention comprising at least one ultrasonic transmitter-detector unit configured to emit ultrasonic waves in a propagation space of the alternating electromagnetic field and to detect a reflected portion of the emitted ultrasonic waves, the vehicle is further configured to communicate with the primary coil unit, and by the vehicle warning information to the primary coil unit can be transmitted when the reflected portion of the emitted ultrasonic waves exceeds a predetermined reflection threshold to turn off or weaken the alternating electromagnetic field.

Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:The invention is based on the following considerations:

Das induktive Laden von elektrifizierten Fahrzeugen beruht auf dem Prinzip, dass das Fahrzeug mit der Empfangsspule, auch Sekundärspule genannt, räumlich oberhalb der Sendespule, auch Primärspule genannt, parkt. Die Sekundärspule ist typischerweise im Bereich des Vorderwagens im Unterflur verortet. Der Bereich zwischen den Spulen sollte vor dem Beginn des Ladevorgangs und auch während des Ladevorgangs auf Fremdkörper geprüft werden, um eine unerwünschte Wirkung des wechselnden, die Ladeleistung über den Spalt übertragenden Magnetfeldes mit einem im Spalt befindlichen Fremdkörper zu vermeiden. Typische Systeme zum induktiven Laden detektieren metallische Objekte zwischen Sende- und Empfangsspule während des Ladens durch Detektion der Veränderung der sekundärseitigen Empfangsleistung, d.h. mit anderen Worten durch eine Bestimmung der Verlustleistung beim Übertragen der Ladeleistung.The inductive charging of electrified vehicles is based on the principle that the vehicle with the receiving coil, also called secondary coil, spatially above the transmitting coil, also called primary coil, parked. The secondary coil is typically located in the area of the front car in the underfloor. The area between the coils should be inspected for foreign matter prior to charging and during the charging process in order to avoid any undesirable effect of the alternating magnetic field transferring power across the gap with a foreign object in the gap. Typical inductive charging systems detect metallic objects between the transmit and receive coils during charging by detecting the change in secondary receive power, i. in other words, by determining the power loss when transmitting the charging power.

Eine Erkennung, ob sich Objekte im Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärspule befinden, lässt sich über verschiedene andere Messprinzipien umsetzen. Aufgrund der bekannten Wirkung von magnetischen Feldern, insbesondere Wechselfeldern, die eine Erwärmung von metallischen oder elektrisch leitenden Objekten hervorrufen, ist beispielsweise auch eine Detektion über thermosensitive Messmittel naheliegend, die eine Temperaturänderung der Gegenstände erkennen. Diese Technik ist insbesondere naheliegend, da eine Erwärmung von Gegenständen im Spalt das Ereignis darstellt, das bevorzugt erkannt werden und anschließend darauf reagiert werden soll. Insoweit macht man sich die an sich unerwünschte Wechselwirkung von Fremdkörper und Wechselfeld zum Zwecke der Fremdkörperdetektion nach dem „Rauchmelderprinzip“ sogar zu Nutze. Rauch ist einerseits unerwünscht, andererseits selbst das Detektionsmedium für Warnsysteme.Detecting whether there are objects in the air gap between the primary and secondary coils can be implemented using various other measuring principles. Due to the known effect of magnetic fields, in particular alternating fields, which cause a heating of metallic or electrically conductive objects, for example, a detection of thermosensitive measuring means is obvious, which detect a change in temperature of the objects. This technique is particularly obvious since heating of objects in the gap is the event that is preferred to be detected and subsequently reacted thereto. In that regard, one makes the undesirable interaction of foreign body and alternating field for the purpose of foreign body detection according to the "smoke detector principle" even to good use. On the one hand, smoke is undesirable, on the other hand it is itself the detection medium for warning systems.

Wichtig erscheint es deshalb, Objekte, die während des Ladevorgangs zwischen die Spulen, also unter das Auto gelangen, zuverlässig und frühzeitig zu erkennen, bevorzugt bevor messbar Verlustleistung auftritt oder das Objekt eine Temperaturänderung zeigt. Es ist eine Beeinflussung der im Spalt während der Leistungsübertragung befindlichen Objekte (z.B. Erwärmung von Metallen) zur oder während deren Erkennung bestmöglich auszuschließen. So ist zum Beispiel bei Thermosensoren oder Infrarotsensoren nachteilig, dass ein Objekt zuerst die Wirkung des magnetischen Feldes erfährt, sich somit erwärmt und danach erst erkannt werden kann. Sofern das Objekt noch optisch vom Infrarotdetektor isoliert ist, beispielsweise durch eine nichtmetallische Abdeckung, könnte eine Erkennung zusätzlich erschwert sein. Es wird deshalb eine alternative, noch sensiblere Erkennung von Objekten im Spalt als die Detektion der Verlustleistung oder von Temperaturänderungen vorgeschlagen, die bei allen Betriebszuständen kostengünstig und effektiv ist.Therefore, it seems important to reliably and early detect objects which come between the coils during the charging process, ie under the car, preferably before measurable power loss occurs or the object shows a change in temperature. It is an influence on the objects located in the gap during power transmission (eg heating of metals) to exclude as possible or during their detection as possible. For example, in thermosensors or infrared sensors, it is disadvantageous that an object first experiences the effect of the magnetic field thus heated and then can be recognized. If the object is still optically isolated from the infrared detector, for example by a non-metallic cover, a detection could be made even more difficult. It is therefore proposed an alternative, even more sensitive detection of objects in the gap as the detection of power loss or temperature changes, which is inexpensive and effective in all operating conditions.

Es wird die Integration von Ultraschallsensoren - und detektoren in das induktive Ladesystem vorgeschlagen. Um den Bereich starker Feldstärken vor Fremdobjekten oder Zugriff (d.h. im Wesentlichen den Spalt zwischen Primär- und Sekundärspule) effektiv zu schützen, werden Ultraschallsensoren und - detektoren in das Ladesystem integriert und auf den Spalt gerichtet.The integration of ultrasonic sensors and detectors in the inductive charging system is proposed. To effectively protect the range of high field strengths from foreign objects or access (i.e., substantially the gap between the primary and secondary coils), ultrasonic sensors and detectors are integrated into the charging system and directed to the gap.

Es könnten sich dabei in einer einfachen Ausbaustufe einer Sensor-Detektor-Kombination handeln, die im Kraftfahrzeugbau bereits an anderer Stelle und mit anderer Funktion Anwendung finden, z.B. im Bereich der optisch-akustischen Einparkhilfen.This could be a simple expansion stage of a sensor-detector combination already used elsewhere in the automotive industry and with a different function, e.g. in the field of optical-acoustic parking aids.

Die Anordnung der Sensor-Detektor-Kombination sollte dabei so erfolgen, dass ein Objekt, welches sich unter das Fahrzeug in Richtung der Spulen bewegt, erkannt wird und der Ladevorgang ggf. eingeschränkt oder unterbrochen wird.The arrangement of the sensor-detector combination should be such that an object which moves under the vehicle in the direction of the coil is detected and the charging process may be limited or interrupted.

Objekte jeglicher Art, die während des Ladevorgangs zwischen die Spulen geraten könnten, werden durch die Ultraschallsensoren erkannt und eine mögliche Beeinflussung der Objekte durch das Magnetfeld vermieden. Die Anwendung von Ultraschallsensoren und - detektoren ermöglicht eine kontaktfreie, annähernd räumliche Überwachung. Hierzu ist keine natürliche oder künstliche Beleuchtung erforderlich, d.h. das System ist auch bei Dunkelheit funktionsfähig.Objects of any kind, which might get between the coils during the charging process, are detected by the ultrasonic sensors and a possible influence of the magnetic field on the objects is avoided. The use of ultrasonic sensors and detectors enables non - contact, almost spatial monitoring. No natural or artificial lighting is required for this purpose, i. The system is functional even in the dark.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass das System auch bei Dunkelheit sensibel ist und nicht erst, wenn Ladeleistung übertragen wird wie etwa bei thermosensitiven Systemen, bei denen das zu detektierende Objekt auf das Übertragungsfeld „reagiert“. Die Ultraschall-Sensor-Detektor-Kombination beruht auf Emission von Schallwellen, Reflexion der Schallwellen am Objekt und Detektion der reflektierten Schallwellen. Es wird dabei in einer Auswerteelektronik der Ultraschallsensor-Detektor-Kombination ein „Bild“ des leeren überwachten Feldes abgespeichert und dieses gegen das jeweils aktuell gemessene Bild verglichen.Another advantage is that the system is sensitive even in the dark and not only when charging power is transmitted as in thermosensitive systems in which the object to be detected "reacts" to the transmission field. The ultrasonic sensor-detector combination is based on emission of sound waves, reflection of the sound waves on the object and detection of the reflected sound waves. In this case, an "image" of the empty monitored field is stored in a transmitter of the ultrasonic sensor-detector combination and this is compared against the currently measured image.

Vorteilhaft erscheint die Funktion sowohl in öffentlichen Bereichen als auch im Werkstattbereich: Es kann detektiert werden, ob Gegenstände sich in der Nähe des Übertragungsweges befinden. Aufgrund der verbesserten Erkennung von Objekten im Luftspalt könnten sich auch neue Möglichkeiten in der Integration der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugs ergeben.The function appears advantageous both in public areas and in the workshop area: It can be detected whether objects are located in the vicinity of the transmission path. Due to the improved detection of objects in the air gap, new possibilities could also arise in the integration of the secondary coil within the vehicle.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigt schematisch

  • 1 Fahrzeug mit Sekundärspule und Ultraschall-Sender-Detektoreinheit beim induktiven Laden an einer fahrzeugexternen Primärspule
In the following, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. This results in further details, preferred embodiments and further developments of the invention. In detail shows schematically
  • 1 Vehicle with secondary coil and ultrasonic transmitter-detector unit for inductive charging on a vehicle-external primary coil

Es zeigt 1 schematisch die Silhouette des Unterbodenbereichs (5) eines Fahrzeugs (1). Das Fahrzeug ist mit einer Sekundärspuleneinheit (2) ausgestattet, über welche an einer fahrzeugexternen Primärspuleneinheit (3) ein Energieversorgungssystem des Fahrzeugs mit elektrischer Leistung speisbar oder ein Energiespeicher des Fahrzeugs ladbar ist. Die Primärspuleneinheit ist auf dem Fahr- und Standuntergrund (6) des Fahrzeugs befindlich oder in diesem oder auf diesem integriert. Das Fahrzeug umfasst weiterhin eine Ultraschall-Sender-Detektoreinheit (4), die in den Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfeldes Ultraschallwellen (4a) emittiert. Falls ein Gegenstand (7) in dem Bereich zwischen der Primärspuleneinheit und der Sekundärspuleneinheit befindlich ist, kommt es zu einer Reflexion (7a) der Ultraschallwellen, die von der Detektoreinheit detektierbar ist und die von der Reflexion des Untergrunds abweicht. Auf diese Weise ist die Existenz des Gegenstands in dem Spalt feststellbar.It shows 1 schematically the silhouette of the underbody area ( 5 ) of a vehicle ( 1 ). The vehicle is equipped with a secondary coil unit ( 2 ), via which on a vehicle-external primary coil unit ( 3 ) An energy supply system of the vehicle with electric power can be fed or an energy storage of the vehicle is loadable. The primary coil unit is on the driving and standing ground ( 6 ) of the vehicle or integrated in this or on this. The vehicle further comprises an ultrasonic transmitter-detector unit ( 4 ), which in the propagation space of the alternating electromagnetic field ultrasonic waves ( 4a ) emitted. If an item ( 7 ) is located in the region between the primary coil unit and the secondary coil unit, there is a reflection ( 7a ) of the ultrasonic waves, which is detectable by the detector unit and which deviates from the reflection of the background. In this way, the existence of the object in the gap is detectable.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • GB 2347801 A1 [0002]GB 2347801 A1 [0002]
  • DE 102011076186 A1 [0002]DE 102011076186 A1 [0002]

Claims (5)

Spuleneinheit zur kabellosen Übertragung von elektrischer Leistung zu oder von einer Spulengegeneinheit über ein elektromagnetisches Wechselfeld, dadurch gekennzeichnet, dass - die Spuleneinheit zumindest eine Ultraschall-Sender-Detektoreinheit umfasst, und - die Ultraschall-Sender-Detektoreinheit dazu eingerichtet ist, in einen Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfeldes Ultraschallwellen zu emittieren und einen reflektierten Anteil der emittierten Ultraschallwellen zu detektieren.Coil unit for wireless transmission of electrical power to or from a coil counter unit via an alternating electromagnetic field, characterized in that - the coil unit comprises at least one ultrasonic transmitter-detector unit, and - the ultrasonic transmitter-detector unit is adapted to a propagation space of the electromagnetic Alternating field to emit ultrasonic waves and to detect a reflected portion of the emitted ultrasonic waves. Spuleneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Spuleneinheit eine Primärspule ist und die Spulengegeneinheit eine Sekundärspule ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Spuleneinheit das elektromagnetische Wechselfeld generiert, - das elektromagnetische Wechselfeld von der Spuleneinheit schaltbar ist, und - das elektromagnetische Wechselfeld von der Spuleneinheit abschaltbar oder schwächbar ist, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet.Coil unit according to Claim 1 wherein the coil unit is a primary coil and the coil counter unit is a secondary coil, characterized in that - the coil unit generates the alternating electromagnetic field, - the alternating electromagnetic field of the coil unit is switchable, and - the alternating electromagnetic field from the coil unit is switched off or weakened, if the reflected portion of the emitted ultrasonic waves exceeds a predefinable reflection threshold. Spuleneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Spuleneinheit eine Sekundärspule ist und die Spulengegeneinheit eine das elektromagnetisches Wechselfeld generierende Primärspule ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Spuleneinheit dazu eingerichtet ist, eine Warninformation auszugeben, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet.Coil unit according to Claim 1 wherein the coil unit is a secondary coil and the coil counter unit is a primary generating alternating electromagnetic field, characterized in that - the coil unit is adapted to output a warning information when the reflected portion of the emitted ultrasonic waves exceeds a predetermined reflection threshold. System umfassend eine Spuleneinheit gemäß Anspruch 1 und umfassend die Spulengegeneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass - das elektromagnetische Wechselfeld von dem System schaltbar ist, und - das elektromagnetische Wechselfeld abschaltbar oder schwächbar ist, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet.System comprising a coil unit according to Claim 1 and comprising the coil counter unit, characterized in that - the alternating electromagnetic field from the system is switchable, and - the alternating electromagnetic field is switched off or weakened when the reflected portion of the emitted ultrasonic waves exceeds a predetermined reflection threshold. Fahrzeug mit einer Sekundärspuleneinheit zum kabellosen Übertragen von elektrischer Leistung über eine elektromagnetisches Wechselfeld von einer das elektromagnetische Wechselfeld generierenden fahrzeugexternen Primärspuleneinheit zur Sekundärspuleneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass - das Fahrzeug zumindest eine Ultraschall-Sender-Detektoreinheit umfasst, - die Ultraschall-Sender-Detektoreinheit dazu eingerichtet ist, in einen Ausbreitungsraum des elektromagnetischen Wechselfeldes Ultraschallwellen zu emittieren und einen reflektierten Anteil der emittierten Ultraschallwellen zu detektieren, - das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, eine Kommunikationsverbindung mit der Primärspuleneinheit herzustellen, und - durch das Fahrzeug eine Warninformation an die Primärspuleneinheit versendbar ist, wenn der reflektierte Anteil der emittierten Ultraschallwellen einen vorgebbaren Reflexionsschwellwert überschreitet, um das elektromagnetische Wechselfeld abzuschalten oder zu schwächen.Vehicle with a secondary coil unit for wireless transmission of electrical power via an alternating electromagnetic field from the electromagnetic alternating field generating vehicle external primary coil unit to the secondary coil unit, characterized in that - the vehicle comprises at least one ultrasonic transmitter-detector unit, - the ultrasonic transmitter-detector unit to set is to emit in a propagation space of the alternating electromagnetic field ultrasonic waves and to detect a reflected portion of the emitted ultrasonic waves, - the vehicle is adapted to establish a communication link with the primary coil unit, and - by the vehicle warning information to the primary coil unit is dispatched when the reflected portion of the emitted ultrasonic waves exceeds a predetermined reflection threshold to turn off or weaken the alternating electromagnetic field.
DE102016222999.0A 2016-11-22 2016-11-22 Coil unit and vehicle with secondary coil unit Pending DE102016222999A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016222999.0A DE102016222999A1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Coil unit and vehicle with secondary coil unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016222999.0A DE102016222999A1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Coil unit and vehicle with secondary coil unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016222999A1 true DE102016222999A1 (en) 2018-05-24

Family

ID=62069147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016222999.0A Pending DE102016222999A1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Coil unit and vehicle with secondary coil unit

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016222999A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2347801A (en) 1999-03-10 2000-09-13 Ea Tech Ltd Electric vehicle battery charger
DE102009033236A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Conductix-Wampfler Ag Device for inductive transmission of electrical energy
DE102011076186A1 (en) 2011-05-20 2012-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement and method for eliminating a disturbance of a wireless energy transmission

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2347801A (en) 1999-03-10 2000-09-13 Ea Tech Ltd Electric vehicle battery charger
DE102009033236A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Conductix-Wampfler Ag Device for inductive transmission of electrical energy
DE102011076186A1 (en) 2011-05-20 2012-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement and method for eliminating a disturbance of a wireless energy transmission

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015111259A1 (en) Ultrasonic and infrared object detection for wireless charging of electric vehicles
DE102014222486A1 (en) Method for monitoring an inductive transmission path and charging system for inductively charging an electric vehicle
DE102009046230A1 (en) Collision monitoring for a motor vehicle
DE102015015022A1 (en) Apparatus and method for determining wetness on a roadway
DE102013219131A1 (en) Device and method for detecting a foreign body in a magnetic field intended for conduction-free energy transfer
DE102013110280A1 (en) Positioning system for vehicles
DE102012205285A1 (en) Device for inductive power transmission
DE112017002538T5 (en) Object perception device and object perception method
DE102015224013A1 (en) Method for operating a monitoring device for monitoring an inductive energy transmission device
DE102011090050A1 (en) Method for determining a position of a piston in a piston accumulator by means of inductive sensors and suitably designed piston accumulator
DE102010021053B3 (en) Faults detecting method for measuring operation of ultrasound measuring arrangement of motor car, involves determining faults of measuring operation based on comparison of radius of object with velocity-dependent minimum radius
DE102016222999A1 (en) Coil unit and vehicle with secondary coil unit
AT511497B1 (en) METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETECTING A SEATPLACE ACCELERATION
DE102016221695A1 (en) Control device for a motor vehicle, motor vehicle and trailer
DE102012213958A1 (en) Foreign body monitoring in inductive charging
DE102018106063A1 (en) Sensor arrangement for a contactless charging system
DE102017006156A1 (en) Living object detection by means of vehicle-side ultrasonic sensors for inductive charging systems
DE102018005995A1 (en) Method for monitoring a charging process of an energy storage device of a motor vehicle, and charging system for monitoring a charging process
DE102018009272A1 (en) Plug connection system for charging an energy store of a motor vehicle and method for automatically producing a plug connection
DE102014012016A1 (en) System and method for the inductive transmission of electrical energy for a motor vehicle
EP2936200A1 (en) Method for the detection of a noise component in an electrical receive signal of an ultrasound sensor, ultrasound sensor device and motor vehicle
DE102019218140A1 (en) Method and device for ultrasound-based condition monitoring of components of a means of locomotion
DE102019216687A1 (en) Circuit arrangement for an ultrasonic sensor of a means of locomotion for determining an interference signal component in a measurement signal of the ultrasonic sensor
DE102013223794A1 (en) Energy transmission system and method for diagnosing a power transmission system
DE102017210409A1 (en) Component of an inductive energy transfer device with object recognition and method for operating an inductive energy transfer device

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication