DE102017223799A1

DE102017223799A1 - A method for wireless energy transmission from an energy end device to a consumer and wireless energy end device for performing the method

Info

Publication number: DE102017223799A1
Application number: DE102017223799.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Eckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur drahtlosen, insbesondere induktiven, Energieübertragung von einer Energiesendevorrichtung (14) mit zumindest zwei primärseitigen Sendespulen (22a, 22b, 22c) zu einem Verbraucher (18). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zumindest zwei primärseitigen Sendespulen (22a, 22b, 22c) während eines Ladezyklus (T_cycle) derart im Wechsel betrieben werden, dass in einem ersten Teilzyklus des Ladezyklus (T_cycle) eine erste Sendespule (22a) die Energieübertragung und zumindest eine zweite Sendespule (22b) eine Fremdobjekterkennung durchführt und in zumindest einem weiteren Teilzyklus die Energieübertragung durch die zumindest eine zweite Sendespule (22b) und die Fremdobjekterkennung durch die erste Sendespule (22a) durchgeführt wird.

A method for wireless, in particular inductive, energy transmission from an energy transmission device (14) with at least two primary-side transmission coils (22a, 22b, 22c) to a consumer (18) is proposed. According to the invention, the at least two primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) are alternately operated during a charging cycle (T _cycle ) in such a way that in a first part cycle of the charging cycle (T _cycle ) a first transmitting coil (22a) the energy transmission and at least one second transmission coil (22b) carries out a foreign object detection and in at least one further partial cycle the energy transmission is performed by the at least one second transmission coil (22b) and the foreign object detection by the first transmission coil (22a).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen, insbesondere induktiven, Energieübertragung von einer Energiesendevorrichtung mit zumindest zwei primärseitigen Sendespulen zu einem Verbraucher. Weiterhin betrifft die Erfindung eine drahtlose Energiesendevorrichtung, insbesondere eine induktive Ladevorrichtung, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for wireless, in particular inductive, energy transmission from an energy transmission device with at least two primary-side transmitting coils to a consumer. Furthermore, the invention relates to a wireless energy transmission device, in particular an inductive charging device, for carrying out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, akkubetriebene Handgeräte wie Zahnbürsten, Mobilfunkgeräte, oder Computer sowie elektrisch betriebene Handwerkzeuge, Messgeräte, Gartengeräte oder dergleichen drahtlos mit Energie zu versorgen. Zukünftig werden auch die Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeuge, wie eBikes, eScooter oder PKW, Busse, LKW, etc. drahtlos geladen. Ein weiterer Anwendungsfall für die drahtlose Energieübertragung sind Geräte, die ohne weiteren Energiespeicher oder nur mit kleinem Energiespeicher beispielsweise in Form von Kondensatoren ausgestattet sind und die die drahtlos übertragene Energie direkt verbrauchen. Zu derartigen Geräten gehören Küchengeräte, wie Mixer, Töpfe, etc. die direkt auf einem Induktionskochfeld betreibbar sind, aber zunehmend auch Notebooks, Leuchten, Lüfter oder dergleichen. In der Regel erfolgt die drahtlose Energieübertragung mittels eines elektromagnetischen Felds von einer primärseitigen Energieversorgungseinrichtung zu einem sekundärseitigen Verbraucher, wobei die Primärseite und die Sekundärzeit jeweils mindestens eine Spule aufweisen, die in geringem Abstand zueinander positionierbar sind und so zusammen im Wesentlichen einen Transformator bilden.It is known to supply battery-powered handheld devices such as toothbrushes, mobile devices, or computers and electrically operated hand tools, gauges, gardening tools or the like with wireless power. In the future, the energy storage of electrically powered vehicles such as eBikes, eScooter or cars, buses, trucks, etc. will be charged wirelessly. Another application for wireless energy transmission are devices that are equipped without additional energy storage or only with a small energy storage, for example in the form of capacitors and directly consume the wirelessly transmitted energy. Such devices include kitchen appliances such as blenders, pots, etc., which are operable directly on an induction hob, but increasingly laptops, lights, fans or the like. As a rule, the wireless energy transmission takes place by means of an electromagnetic field from a primary-side power supply device to a secondary-side load, wherein the primary side and the secondary time each have at least one coil, which are positioned at a small distance from each other and thus together form a transformer substantially.

Gerät ein elektrisch leitfähiges Fremdobjekt in den Bereich des elektromagnetischen Feldes der Spulen, können sich jedoch Wirbelströme bilden, die das Fremdobjekt erwärmen. Ist das Fremdobjekt magnetisierbar, so kann dieses auch durch Ummagnetisierungs- bzw. Hystereseverluste erwärmt werden. Die Erwärmung kann beträchtlich sein, sodass eine Betriebssicherheit des drahtlosen Energieübertragungssystems nicht mehr gewährleistbar ist. Außerdem kann das Fremdobjekt Energie aus dem elektromagnetischen Feld entziehen, sodass die Energieübertragung zum Verbraucher gestört ist.When an electrically conductive foreign object enters the electromagnetic field region of the coils, however, eddy currents may form which heat the foreign object. If the foreign object can be magnetized, this can also be heated by magnetic reversal or hysteresis losses. The heating can be considerable, so that a reliability of the wireless power transmission system is no longer guaranteed. In addition, the foreign object can withdraw energy from the electromagnetic field, so that the energy transfer to the consumer is disturbed.

Aus der DE 10 2012 205 693 A1 ist ein induktives Ladesystem bekannt mit einer Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung zu einer Akkuvorrichtung, wobei ein Resonanztransformator der Induktionsladevorrichtung mit einer Ladespule ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Eine Bestimmungseinrichtung ist zur Erfassung eines Objekts im Bereich der Ladespule in Abhängigkeit eines elektrischen Parameters am Resonanztransformator vorgesehen. Außerdem umfasst die Induktionsladevorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit zur Veränderung eines Gütefaktors des Resonanztransformators, um eine Energieübertragung bei einem niedrigen Gütefaktor und eine Erfassung des Objekts bei einem hohen Gütefaktor zu erlauben.From the DE 10 2012 205 693 A1 An inductive charging system is known with an induction charging device for wireless energy transmission to a rechargeable battery device, wherein a resonance transformer of the induction charging device with a charging coil generates an electromagnetic alternating field. A determination device is provided for detecting an object in the region of the charging coil as a function of an electrical parameter at the resonance transformer. In addition, the induction charging device includes a control unit for varying a quality factor of the resonance transformer to allow energy transfer at a low quality factor and detection of the object at a high quality factor.

Aus der DE 10 2013 212 588 ist ferner ein Verfahren zur Fremdobjekterkennung für eine Induktionsladevorrichtung bekannt, bei dem eine Resonanzfrequenz und eine dazu gehörige Ist-Güte einer Schwingkreisschaltung der Induktionsladevorrichtung erfasst werden und nachfolgend die Ist-Güte mit einer von der Resonanzfrequenz abhängigen Soll-Güte verglichen wird. Anhand eines definierten Soll-Gütebereichs wird dann eine Entscheidung über das Vorhandensein eines Fremdobjekts getroffen.From the DE 10 2013 212 588 Furthermore, a method for foreign object detection for an induction charging device is known, in which a resonance frequency and an associated actual quality of a resonant circuit of the induction charging device are detected and subsequently the actual quality is compared with a dependent of the resonance frequency target quality. Based on a defined target quality range, a decision is then made about the presence of a foreign object.

Die WO 2017/172023 A1 offenbart eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung mit unterschiedlich ausgestalteten, primärseitigen Spulen-Arrays, wobei die Sendespulen jeweils mit im Wesentlichen gleicher Resonanzfrequenz arbeiten. The WO 2017/172023 A1 discloses a wireless energy transfer device having differently configured, primary-side coil arrays, the transmit coils each operating at substantially the same resonant frequency.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Fremdobjekterkennung für eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung sowie die entsprechenden drahtlosen Energieübertragungsvorrichtungen weiter zu verbessern und die Energieübertragung weiter zu optimieren.It is an object of the invention to further improve the methods known from the prior art for foreign object detection for a wireless energy transmission device as well as the corresponding wireless energy transmission devices and to further optimize the energy transmission.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäß sind zumindest zwei primärseitige Sendespulen vorgesehen, die während eines Ladezyklus derart im Wechsel betrieben werden, dass in einem ersten Teilzyklus des Ladezyklus eine erste Sendespule die Energieübertragung und zumindest eine zweite Sendespule eine Fremdobjekterkennung durchführt und in zumindest einem weiteren Teilzyklus die Energieübertragung durch die zumindest eine zweite Sendespule und die Fremdobjekterkennung durch die erste Sendespule durchgeführt wird. Auf diese Weise kann eine unterbrechungsfreie, drahtlose Energieübertragung bei gleichzeitiger Detektion von Fremdobjekten gewährleistet werden, was zu einem schnellen und sicheren Energieübertragungsvorgang führt.According to the invention, at least two primary-side transmitting coils are provided which are operated alternately during a charging cycle such that in a first subcycle of the charging cycle a first transmitting coil performs the energy transmission and at least one second transmitting coil performs foreign object detection and in at least one further subcycle the energy transmission through the at least one second transmitting coil and the foreign object detection is performed by the first transmitting coil. In this way, an uninterrupted, wireless energy transmission can be ensured with simultaneous detection of foreign objects, resulting in a fast and secure energy transmission process.

Unter einer „drahtlosen Energiesendevorrichtung“ soll insbesondere eine primärseitige Vorrichtung zum drahtlosen, insbesondere induktiven, Übertragen von Energie an einen sekundärseitigen Verbraucher, insbesondere einen wiederaufladbaren Energiespeicher, verstanden werden. Ein Beispiel für eine drahtlose Energieübertragung ist ein induktives Ladesystem für einen Akkupack einer Handwerkzeugmaschine. Die Erfindung kann jedoch auch auf die verschiedensten Arten der drahtlosen Energieübertragung sowie Energiesende- und - empfangsvorrichtungen angewendet werden, bei denen infolge der zu übertragenden Energie bzw. der Sendeleistung eine Fremdobjekterkennung sinnvoll oder notwendig ist. Dies kann auch eine drahtlose Energieübertragung umfassen, die optisch, akustisch, kapazitiv oder auf Grundlage von Luftströmungen oder dergleichen basiert. Der Begriff „drahtlos“ soll nicht derart verstanden werden, dass für die Energieübertragung auf Drähte jeglicher Art verzichtet werden muss. Insbesondere Spulendrähte, wie sie zur induktiven Energieübertragung notwendig sind, erfüllen trotzdem das Kriterium der drahtlosen Energieübertragung, da drahtlos in diesem Kontext lediglich den Verzicht auf eine direkte Draht- bzw. Kabelverbindung zwischen Energiesendevorrichtung und Verbraucher bezeichnet.A "wireless energy transmission device" is to be understood in particular as a primary-side device for the wireless, in particular inductive, transmission of energy to a secondary-side consumer, in particular a rechargeable energy store. An example of a wireless energy transmission is an inductive charging system for a battery pack of a handheld power tool. However, the invention can also the various types of wireless energy transmission and energy transmission and reception devices are used, in which a foreign object detection is useful or necessary due to the energy to be transmitted or the transmission power. This may also include wireless energy transfer based on optical, acoustical, capacitive or air flow based or the like. The term "wireless" should not be understood to mean that it is necessary to dispense with wires of any kind for energy transfer. In particular, coil wires, as they are necessary for inductive energy transmission, nevertheless fulfill the criterion of wireless energy transmission, since wireless in this context only the renunciation of a direct wire or cable connection between the energy end device and consumer called.

Unter einem „Ladezyklus“ soll insbesondere der Zeitraum zur Detektion der Resonanzfrequenz und zur Berechnung der dazu gehörigen Ist-Güte der Schwingkreisschaltung der drahtlosen Energiesendevorrichtung sowie der Vergleich der Ist-Güte mit einer von der Resonanzfrequenz abhängigen Soll-Güte gefolgt von einer Fremdobjekterkennung und einer Betriebsarten-Entscheidung verstanden werden. Dabei sind Zyklusdauern von wenigen Millisekunden bis zu 10 Sekunden denkbar, wobei in Verbindung mit einer induktiven Ladevorrichtung für Akkupacks von Elektrowerkzeugen ein durchaus üblicher Wert bei ca. 3 Sekunden liegt. Je nach zu übertragender Leistung und damit verbundener Fremdobjekterkennung können diese Werte jedoch ohne Einschränkung der Erfindung auch deutlich länger ausfallen.The term "charge cycle" is intended in particular to refer to the period of time for the detection of the resonant frequency and the calculation of the associated actual quality of the resonant circuit of the wireless energy end device and the comparison of the actual quality with a desired quality dependent on the resonant frequency, followed by a foreign object detection and an operating mode Decision to be understood. Cycle times of a few milliseconds up to 10 seconds are conceivable, and in connection with an inductive charging device for battery packs of power tools, a quite usual value is about 3 seconds. Depending on the power to be transmitted and the associated foreign object detection, however, these values can also be significantly longer without restricting the invention.

Vorzugsweise weist die Energiesendevorrichtung zumindest eine Steuer- oder Regeleinheit auf, die zumindest dazu vorgesehen ist, eine drahtlose Energieübertragung zu steuern oder zu regeln. Unter einem „Verbraucher“ soll dabei insbesondere eine Vorrichtung zum temporären Speichern und/oder verbrauchen elektrischer Energie, beispielsweise ein Akkumulator oder ein direkt mit der drahtlos übertragenen, elektrischen Energie versorgtes Gerät, wie ein Radio, eine Leuchte, ein Mixer oder dergleichen, verstanden werden. Es sind verschiedene, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende, wiederaufladbare Energiespeicher denkbar; insbesondere soll darunter jedoch ein Lithium-Ionen-Akkumulator verstanden werden.Preferably, the energy transmission device has at least one control or regulation unit, which is at least provided to control or regulate a wireless energy transmission. A "consumer" is intended to mean, in particular, a device for temporarily storing and / or consuming electrical energy, for example an accumulator or a device directly supplied with the wirelessly transmitted, electrical energy, such as a radio, a luminaire, a mixer or the like , There are various, a professional appear useful, rechargeable energy storage conceivable; in particular, however, it should be understood to include a lithium-ion accumulator.

Des Weiteren soll unter einer „Steuer- oder Regeleinheit“ insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.Furthermore, a "control unit" should be understood to mean, in particular, a unit having at least one control electronics. By "control electronics" is meant in particular a unit with a processor unit and with a memory unit and with an operating program stored in the memory unit. The fact that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state.

Unter einer „Fremdobjekterkennung“ soll insbesondere eine Erkennung und/oder eine Überprüfung eines Vorhandenseins von Fremdobjekten, insbesondere in einer Umgebung der drahtlosen Energiesendevorrichtung und/oder des Verbrauchers, verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere das Erkennen und/oder das Überprüfen eines Vorhandenseins von Fremdobjekten, die in einem Kontaktbereich zwischen der drahtlosen Energiesendevorrichtung und dem Verbraucher angeordnet sind und während einer drahtlosen Energieübertragung zu deren Beeinträchtigung führen können, verstanden werden. Unter „Fremdobjekten“ sollen dabei insbesondere metallische und/oder magnetische Bauteile, Teilstücke oder andere Objekte verstanden werden.A "foreign object detection" is to be understood in particular as detecting and / or checking for the presence of foreign objects, in particular in an environment of the wireless energy transmission device and / or the consumer. Preferably, it should be understood in particular as the detection and / or checking of the presence of foreign objects, which are arranged in a contact area between the wireless energy transmission device and the consumer and can lead to their impairment during a wireless energy transmission. In this case, "foreign objects" are to be understood as meaning in particular metallic and / or magnetic components, parts or other objects.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Wechsel zwischen den zumindest zwei primärseitigen Sendespulen derart erfolgt, dass stets im Wesentlichen dieselbe Energie bzw. Leistung an den Verbraucher übertragen wird. Somit kann wirkungsvoll auf Totzeiten während der drahtlosen Energieübertragung verzichtet werden, was den Energieübertragungsvorgang beschleunigt und etwaige Ummagnetisierungseffekte und Hystereseverluste reduziert.In a further embodiment of the method according to the invention, it is provided that the change between the at least two primary-side transmitting coils takes place in such a way that essentially the same energy or power is always transmitted to the consumer. Thus, effectively eliminating dead times during wireless energy transfer, which accelerates the energy transfer process and reduces any Ummagnetisierungseffekte and hysteresis.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zumindest zwei primärseitigen Sendespulen jeweils im zeitlichen Mittel über mehrere Ladezyklen die gleiche Energie bzw. Leistung übertragen. Dabei können die Teilzyklen eines Ladezyklus jeweils gleich oder unterschiedlich lang sein. Somit kann neben dem Schutz der Geräte vor Zerstörungen beispielsweise infolge hoher Temperaturen durch Fremdobjekte auch eine hohe Benutzersicherheit und Nutzerfreundlichkeit sowie das Einhalten vorgeschriebener Richtwerte erreicht werden.In a further embodiment, it is provided that the at least two primary-side transmitting coils each transmit the same energy or power in the time average over a plurality of charging cycles. The sub-cycles of a charging cycle can each be the same or different lengths. Thus, in addition to the protection of the devices from destruction, for example due to high temperatures caused by foreign objects, a high level of user safety and user-friendliness as well as compliance with prescribed guide values can be achieved.

Alternativ ist denkbar, dass die zumindest zwei primärseitigen Sendespulen jeweils im zeitlichen Mittel über mehrere Ladezyklen eine unterschiedliche Energie bzw. Leistung übertragen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die primärseitigen Sendespulen unterschiedliche Größen aufweisen.Alternatively, it is conceivable that the at least two primary-side transmitting coils each transmit a different energy or power in the time average over a plurality of charging cycles. This is particularly advantageous if the primary-side transmitting coils have different sizes.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die primärseitigen Sendespulen beim Wechsel der Teilzyklen steilflankig, d.h. möglichst mit einer Rechteckflanke, umgeschaltet werden. Dadurch sind besonders schnelle Wechsel zwischen den einzelnen Sendespulen möglich. Alternativ kann aber auch ein Umschalten mit weichen Flanken z.B. mit einem Gradienten zwischen 0,1 und 100, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 20, realisiert sein, um Umschaltverluste in den Sendespulen und/oder elektromagnetische Störungen zu vermeiden bzw. zu reduzieren.Furthermore, it is proposed that the primary-side transmitting coils when changing the sub-cycles steeply, ie as possible with a square edge, are switched. As a result, particularly fast change between the individual transmission coils are possible. Alternatively, but also a Switching with soft edges, for example, with a gradient between 0.1 and 100, particularly preferably between 0.5 and 20, realized to avoid switching losses in the transmitting coils and / or electromagnetic interference or reduce.

Mit besonderem Vorteil führt beim Wechsel mit weichen Flanken die erste Sendespule die Energieübertragung und die zumindest eine zweite Sendespule die Fremdobjekterkennung in einem ersten Teilzyklus des Ladezyklus durch, während in zumindest einem zweiten Teilzyklus des Ladezyklus die Sendeleistung der ersten Sendespule derart stetig verringert und die Sendleistung der zumindest einen zweiten Sendspule derart stetig erhöht wird, dass in zumindest einem weiteren Teilzyklus die Energieübertragung durch die zumindest eine zweite Sendespule und die Fremdobjekterkennung durch die erste Sendespule erfolgt. Dabei können die einzelnen Teilzyklen gleich oder unterschiedlich lang sein.When changing with soft edges, the first transmission coil with particular advantage performs the foreign transmission detection in a first part cycle of the charging cycle, while in at least a second part cycle of the charging cycle, the transmission power of the first transmission coil continuously reduced and the transmission power of at least one second transmission coil is continuously increased in such a way that in at least one further partial cycle the energy is transmitted through the at least one second transmission coil and the foreign object detection by the first transmission coil. The individual sub-cycles can be the same or different lengths.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass in einem ersten Teilzyklus des Ladezyklus die primärseitigen Sendespulen die Energieübertragung mit jeweils im Wesentlichen gleicher Sendeleistung durchführen und in zumindest einem zweiten Teilzyklus des Ladezyklus die Sendeleistung der ersten Sendespule zur Energieübertragung erhöht und gleichzeitig die Sendleistung der zumindest einen zweiten Sendspule zur Fremdobjekterkennung reduziert wird. Ergänzend kann zudem vorgesehen sein, dass in zumindest einem weiteren Teilzyklus des Ladezyklus die Sendeleistung der ersten Sendespule zur Fremdobjekterkennung verringert und gleichzeitig die Sendleistung der zumindest einen zweiten Sendspule zur Energieübertragung erhöht wird. In erster Linie erfolgt dadurch zwar eine kurzfristige Erhöhung der Abwärme, die aber durch die thermische Masse der Sendespulen aufgefangen werden kann.Alternatively, it can also be provided that in a first subcycle of the charging cycle, the primary-side transmitting coils carry out the energy transmission, each with substantially the same transmission power and increases the transmission power of the first transmission coil for energy transmission in at least a second subcycle of the charging cycle and at the same time the transmission power of at least one second transmitting coil is reduced to Fremdobjekterkennung. In addition, it can also be provided that the transmission power of the first transmission coil for foreign object detection is reduced in at least one further subcycle of the charging cycle and at the same time the transmission power of the at least one second transmission coil for energy transmission is increased. In the first place, although this is done by a short-term increase in the waste heat, but can be absorbed by the thermal mass of the transmitting coil.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass beim Einsatz von n Sendespulen während des Ladezyklus im Wechsel n-1 Sendspulen für die Energieübertragung und eine Sendespule für die Fremdobjekterkennung herangezogen werden.Furthermore, it is proposed that n-1 transmission coils for energy transmission and a transmission coil for foreign object detection be used when charging n transmission coils are used during the charging cycle.

Die Erfindung betrifft zudem eine drahtlose Energiesendevorrichtung mit mindestens zwei primärseitigen Sendespulen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sind Leistungsbereiche der drahtlos zu übertragenen Energie innerhalb einer unteren Leistungsgrenze von 5 W und einer oberen Leistungsgrenze von 30 W, insbesondere 15 W, denkbar. Als Beispiel für entsprechende Energiesendevorrichtungen seien hier stellvertretend Notebooks, Tablets, Smartphones, aber auch Radios, Leuchten, kleinere Mess- und Handwerkzeuggeräte etc. genannt. Ebenso kann die Erfindung aber auch für drahtlose Energiesendevorrichtungen für einen Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie innerhalb einer unteren Leistungsgrenze von 30 W und einer oberen Leistungsgrenze von 200 W, insbesondere 65 W, ausgelegt sein. Stellvertretend für diesen Leistungsbereich seien viele Motor angetriebene Geräte, wie z.B. Elektrohandwerkzeuge, wie Bohrmaschinen, Schleifgeräte, Sägen, Hobel, Schleifer, etc. oder Küchengeräte, wie Mixer, Küchenmaschinen sowie Elektrofahrzeuge, wie Elektrofahrräder, Scooter, etc. genannt. Die Erfindung eignet sich aber auch für drahtlose Energiesendevorrichtungen mit einem Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie oberhalb einer unteren Leistungsgrenze von 200 W, insbesondere 2000 W, wie elektrisch angetriebene PKW, LKW, Busse, Gabelstapler oder dergleichen und Küchengeräte wie Elektrogrills, Kochtöpfe oder dergleichen sowie stationär betriebene Elektrowerkzeugmaschinen und Industrieanlagen.The invention additionally relates to a wireless energy transmission device having at least two primary-side transmitting coils for carrying out the method according to the invention. Power ranges of the energy to be transmitted wirelessly within a lower power limit of 5 W and an upper power limit of 30 W, in particular 15 W, are conceivable. Letters, tablets, smartphones, as well as radios, lights, smaller measuring and hand-held power tools, etc. are mentioned here as examples of corresponding energy-transmitting devices. However, the invention may also be designed for wireless power transmission devices for a power range of the wirelessly transmitted energy within a lower power limit of 30 W and an upper power limit of 200 W, in particular 65 W. Representative of this power range are many motor driven devices, e.g. Electric hand tools, such as drills, grinders, saws, planers, grinders, etc. or kitchen appliances, such as mixers, food processors and electric vehicles, such as electric bicycles, scooters, etc. called. However, the invention is also suitable for wireless power transmission devices with a power range of wirelessly transmitted power above a lower power limit of 200 W, in particular 2000 W, such as electrically driven cars, trucks, buses, forklifts or the like and kitchen appliances such as electric grills, cooking pots or the like and stationary power tools and industrial equipment.

Je nach Topologie und Größe der drahtlosen Energiesendevorrichtung kann es vorteilhaft sein, die primärseitigen Sendespulen konzentrisch oder in einem Spulen-Array anzuordnen. Dabei sollten die primärseitigen Sendespulen im Wesentlichen dieselbe Soll-Güte aufweisen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass jede Sendespule sowohl zur Energieübertragung als auch zur Fremdobjekterkennung gleichermaßen geeignet ist, ohne dass eine aufwändige Anpassung der Spulen-Güte an die jeweils anderen Spulen erforderlich ist.Depending on the topology and size of the wireless energy transmission device, it may be advantageous to arrange the primary-side transmission coils concentrically or in a coil array. The primary-side transmitting coils should have substantially the same nominal quality. In this way, it is ensured that each transmission coil is equally suitable both for energy transmission and for foreign object detection, without the need for a complex adaptation of the coil quality to the respective other coils.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.Further advantages of the invention will become apparent from the features specified in the dependent claims and from the drawings and the description below.

Ausführungsbeispieleembodiments

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 11 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.The invention will be described below with reference to the 1 to 11 explained by way of example, wherein like reference numerals in the figures indicate like components with a same operation.

Es zeigen

1: ein drahtloses Energieübertragungssystem mit einer primären Energiesendevorrichtung und einem sekundärseitigen Verbraucher in einer schematischen Darstellung,
2: ein schematisches Diagramm der unterschiedlichen Arbeitsbereiche der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung,
3: einen Programmablaufplan des Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung in einer schematischen Darstellung,
4: ein ersten Ausführungsbeispiel der primären Energiesendevorrichtung mit zwei konzentrisch angeordneten Sendspulen,
5: ein zweites Ausführungsbeispiel der primären Energiesendevorrichtung mit einem aus drei Sendespulen bestehenden Spulen-Array,
6: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms der Sendeleistungen für zwei Sendespulen,
7: ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms der Sendeleistungen für zwei Sendespulen,
8: ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms der Sendeleistungen für zwei Sendespulen,
9: ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms der Sendeleistungen für zwei Sendespulen,
10: ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms der Sendeleistungen für drei Sendespulen und
11: ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms der Sendeleistungen für drei Sendespulen.

Show it

1 FIG. 2: a schematic diagram of a wireless energy transmission system with a primary energy end device and a secondary side consumer, FIG.
2 FIG. 3 is a schematic diagram of the different work areas of the wireless power transmission device. FIG.
3 FIG. 2: a program flow chart of the method for wireless energy transmission in a schematic representation,
4 A first embodiment of the primary energy end device with two concentrically arranged transmitting coils,
5 FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the primary energy end device with a coil array consisting of three transmitting coils, FIG.
6 FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the method according to the invention on the basis of a time diagram of the transmission powers for two transmitting coils, FIG.
7 FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the method according to the invention on the basis of a time diagram of the transmission powers for two transmitting coils, FIG.
8th FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of the method according to the invention with reference to a time diagram of the transmission powers for two transmitting coils, FIG.
9 FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of the method according to the invention on the basis of a time diagram of the transmission powers for two transmitting coils, FIG.
10 A fifth embodiment of the method according to the invention with reference to a time chart of the transmission powers for three transmitting coils and
11 : A sixth embodiment of the method according to the invention with reference to a time chart of the transmission powers for three transmitting coils.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein drahtloses Energieübertragungssystem 10 in Form eines induktiven Ladesystems mit einer als Ladevorrichtung 12 ausgebildeten primären Energiesendevorrichtung 14 und einem als Akkupack 16 ausgebildeten sekundärseitigen Verbraucher 18 für eine nicht gezeigte Handwerkzeugmaschine. Ebenso kann der Verbraucher 18 aber auch ein in der Handwerkzeugmaschine fest integrierter Akku sein. Wie eingangs erwähnt, ist die Erfindung jedoch nicht auf induktive Ladesysteme für Handwerkzeugmaschinen und deren Akkus bzw. Akkupacks eingeschränkt. Vielmehr kann sie auf die verschiedensten Arten der drahtlosen Energieübertragung sowie Energiesende- und -empfangsvorrichtungen angewendet werden, bei denen eine Fremdobjekterkennung sinnvoll oder notwendig ist. Dies kann auch eine drahtlose Energieübertragung umfassen, die optisch, akustisch, kapazitiv oder auf Grundlage von Luftströmungen oder dergleichen basiert. 1 shows a wireless power transmission system 10 in the form of an inductive charging system with a charging device 12 trained primary energy end device 14 and one as a battery pack 16 trained secondary consumers 18 for a hand tool, not shown. Likewise, the consumer can 18 but also be in the hand tool firmly integrated battery. However, as mentioned above, the invention is not limited to inductive charging systems for handheld power tools and their batteries or battery packs. Rather, it can be applied to a variety of wireless energy transmission and energy transmission and reception devices where foreign object detection is useful or necessary. This may also include wireless energy transfer based on optical, acoustical, capacitive or air flow based or the like.

1 zeigt den auf einer Oberseite eines Gehäuses 20 der drahtlosen Ladevorrichtung 12 positionierten Akkupack 16. Er wird über zumindest zwei in der Ladevorrichtung 12 integrierte, primärseitige, konzentrisch zueinander angeordnete Sendespulen 22a, 22b und eine in dem Akkupack 16 integrierte, sekundärseitige Empfangsspule (nicht dargestellt) des drahtlosen Energieübertragungssystems 10 geladen. Das drahtlose Energieübertragungssystem 10 weist dazu eine primärseitige Elektronikeinheit 24 in der Ladevorrichtung 12 auf, die ihrerseits eine Steuer- und Regeleinheit 26 sowie eine die Sendespulen 22a, 22b aufweisende Schwingkreisschaltung 28 umfasst. 1 shows that on a top of a case 20 the wireless charger 12 positioned battery pack 16 , He will have at least two in the loader 12 integrated, primary-side, concentrically arranged transmission coils 22a . 22b and one in the battery pack 16 integrated, secondary-side receiver coil (not shown) of the wireless power transmission system 10 loaded. The wireless power transmission system 10 has a primary-side electronics unit 24 in the loader 12 which in turn is a control unit 26 as well as the transmitting coils 22a . 22b having resonant circuit circuit 28 includes.

Die Steuer- und Regeleinheit 26 des drahtlosen Energieübertragungssystems 10 ist dazu vorgesehen, eine Resonanzfrequenz fres und eine dazu gehörige Ist-Güte Q_act(f_res) zu bestimmen. Des Weiteren vergleicht die Steuer- und Regeleinheit 26 die Ist-Güte Q_act mit einer von der Resonanzfrequenz fres abhängigen Soll-Güte Q_tar(f_res). Zu diesem Zweck weist die Steuer- und Regeleinheit 26 einen Speicher 30 auf, der für die ermittelte Resonanzfrequenz fres einen Soll-Gütebereich q_tar mit mehreren Soll-Güten Q_tar(f_res) enthält (vgl. hierzu auch die nachfolgenden Ausführungen zu den 2 und 3).The control unit 26 of the wireless power transmission system 10 is intended to determine a resonance frequency fres and an associated actual quality Q _act (f _res ). Furthermore, the control unit compares 26 the actual quality Q _act with a target quality Q _tar (f _res ) dependent on the resonant frequency fres. For this purpose, the control unit 26 a memory 30 on, which for the determined resonant frequency fres contains a desired quality range q _tar with a plurality of desired qualities Q _tar (f _res ) (compare also the subsequent remarks on FIGS 2 and 3 ).

Während der drahtlosen Energieübertragung erfolgt innerhalb eines Ladezyklus mit der Zyklusdauer T_cycle in definierten Zeitabständen eine Fremdobjekterkennung, bei der überprüft wird, ob sich ein oder mehrere Fremdobjekte 32, die die Energieübertragung beeinträchtigen und/oder ein Sicherheitsrisiko darstellen könnten, zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 oder einfach nur auf der Energiesendevorrichtung 14 befinden. Die Fremdobjekterkennung arbeitet im Wesentlichen derart, dass zunächst die Resonanzfrequenz fres und die dazu gehörige Ist-Güte Q_act(f_res) bestimmt werden und nachfolgend die Ist-Güte Q_act(f_res) mit der von der Resonanzfrequenz fres abhängigen Soll-Güte Q_tar(f_res) verglichen wird. Abschließend erfolgt anhand des definierten Soll-Gütebereichs q_tar eine Entscheidung über den Betriebszustand des drahtlosen Energieübertragungssystems 10 bzw. der Energiesendevorrichtung 14. Der Einfachheit halber sollen die Begriffe Ladezyklus und Zyklusdauer im Folgenden beide mit T_cycle bezeichnet werden.During the wireless energy transfer takes place within a charging cycle with the cycle time T _cycle at defined intervals a foreign object detection, in which it is checked whether one or more foreign objects 32 that could interfere with energy transfer and / or pose a security risk between the energy end device 14 and the consumer 18 or just on the power transmission device 14 are located. The foreign object detection operates essentially in such a way that initially the resonance frequency fres and the associated actual quality Q _act (f _res ) are determined and subsequently the actual quality Q _act (f _res ) with the desired quality Q dependent on the resonance frequency fres _tar (f _res ) is compared. Finally, based on the defined target quality range q _tar, a decision is made about the operating state of the wireless energy transmission system 10 or the energy end device 14 , For the sake of simplicity, the terms charge cycle and cycle duration are both referred to below as T _cycle .

2 zeigt die im Speicher 30 der Steuer- und Regeleinheit 26 abgelegten Soll-Gütebereiche q_tar in Form eines schematischen Diagramms, bei dem auf der Abszisse die Resonanzfrequenz fres und auf der Ordinate die Güte Q aufgetragen ist. Das Diagramm ist in drei Bereiche 34, 36, 38 (38a, 38b) aufgeteilt. Ein erster Bereich 34 definiert einen Soll-Gütebereich q_tar für einen Betrieb mit dem Verbraucher 18. Liegt die Ist-Güte Q_act(f_res) zwischen einer oberen Grenze q_{tar_up} und einer unteren Grenze q_{tar_lo} des ersten Bereichs 34, wird davon ausgegangen, dass sich kein die Energieübertragung beeinflussendes Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet. Ferner wird in diesem Bereich von einer drahtlosen Energieübertragung von der Energiesendevorrichtung 14 zum Verbraucher 18 ausgegangen. Ein zweiter Bereich 36 definiert einen Soll-Gütebereich q_tar für einen Standby-Betrieb ohne aufliegenden Verbraucher 18. Liegt die Ist-Güte Q_act(f_res) zwischen der oberen Grenze q_{tar_up} und der unteren Grenze q_{tar_lo} des zweiten Bereichs 36, wird davon ausgegangen, dass sich weder ein Fremdobjekt 32 noch ein Verbraucher 18 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet. 2 shows those in memory 30 the control unit 26 stored target quality ranges q _tar in the form of a schematic diagram in which the resonance frequency fres is plotted on the abscissa and the quality Q is plotted on the ordinate. The diagram is in three areas 34 . 36 . 38 (38a, 38b) split. A first area 34 defines a target quality range q _tar for operation with the consumer 18 , If the actual quality Q _act (f _res ) lies between an upper limit q _{tar_up} and a lower limit q _{tar_lo of} the first range 34 , it is assumed that no foreign object influencing the transfer of energy 32 on the wireless power transmission device 14 located. Furthermore, in this area of a wireless power transmission of the energy end device 14 to the consumer 18 went out. A second area 36 defines a target quality range q _tar for a standby mode without resting consumers 18 , Is the actual quality Q _act (f _res ) between the upper limit q _{tar_up} and the lower limit q _{tar_lo of} the second range 36 , it is assumed that neither a foreign object 32 still a consumer 18 on the wireless power transmission device 14 located.

Ein zwei Teilbereiche 38a, 38b aufweisender dritter Bereich 38 ist von einem Fehlerbereich gebildet. Grundsätzlich kann ein Fehler sowohl in dem drahtlosen Energieübertragungssystem 10, in der Energiesendevorrichtung 14, in dem Verbraucher 18 als auch in einer Umgebung des Energieübertragungssystems 10 liegen. Ein erster Teilbereich 38a ist bezogen auf die Güte Q unterhalb der unteren Grenze q_{tar_lo} des ersten Bereichs 34 und ein zweiter Teilbereich 38b unterhalb der unteren Grenze q_{tar_lo} des zweiten Bereichs 36 angeordnet. Liegt die Ist-Güte Q_act(f_res) innerhalb des ersten Teilbereichs 38a, wird davon ausgegangen, dass sich während der Energieübertragung mindestens ein Fremdobjekt 32 in einem diese beeinflussenden Bereich auf der Energiesendevorrichtung 14 oder zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 befindet. Auch kann davon ausgegangen werden, dass ein beliebiger Fehler vorliegt, oder dass der Verbraucher 18 derart ungünstig auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 positioniert ist, dass eine Energieübertragung nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist. Liegt die Ist-Güte Q_act(f_res) innerhalb des zweiten Teilbereichs 38b, wird davon ausgegangen, dass sich während des Standby-Betriebs mindestens ein Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet.A two sections 38a . 38b having third area 38 is formed by a defect area. Basically, a fault can occur both in the wireless power transmission system 10 , in the power transmission device 14 in which consumer 18 as well as in an environment of the energy transfer system 10 lie. A first subarea 38a is relative to the Q quality below the lower limit q _{tar_lo of} the first range 34 and a second subarea 38b below the lower limit q _{tar_lo of} the second area 36 arranged. Is the actual quality Q _act (f _res ) within the first subrange 38a , it is assumed that during the transfer of energy at least one foreign object 32 in an area affecting this on the power transmission device 14 or between the energy end device 14 and the consumer 18 located. It can also be assumed that there is any error or that the consumer 18 so unfavorable on the wireless power transmission device 14 is positioned that an energy transfer is not possible or only to a very limited extent. Is the actual quality Q _act (f _res ) within the second subrange 38b , it is assumed that at least one foreign object during standby operation 32 on the wireless power transmission device 14 located.

Für den Verlauf der Ist-Güte Q_act gilt folgender in 2 zu erkennender, nichtlinearer Zusammenhang. Vergrößert sich der Abstand zwischen dem Verbraucher 18 und der Energiesendevorrichtung 14, so steigen sowohl die Resonanzfrequenz fres als auch die Ist-Güte Q_act(f_res) an. Entsprechendes ist zu beobachten, wenn der Verbraucher 18 unabhängig von der Richtung auf der Oberfläche der Energiesendevorrichtung 14 außerhalb ihrer optimalen Position - dem Zentrum der für die Energieübertragung verwendeten, primärseitigen Sendespulen 22a, 22b - verschoben bzw. positioniert wird. Diese beiden Fälle beschreiben durchaus häufig vorkommende Szenarien. So muss ein lateraler Versatz des Verbrauchers 18 zu der Energiesendevorrichtung 14 erlaubt sein, da ein Benutzer in der Regel die sekundärseitige Empfangsspule des Verbrauchers 18 nicht immer exakt mittig über die Sendespulen 22a, 22b der Energiesendevorrichtung 14 positionieren können wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Energiesendevorrichtung 14 eine ebene Oberfläche ohne mechanische Führungshilfen für den Verbraucher 18 aufweist, oder wenn - wie im Falle eines zu ladenden Fahrzeugs - die Positionen der primärseitigen Sendespulen 22a, 22b und/oder der zumindest einen sekundärseitigen Empfangsspule nicht genau bekannt bzw. einsehbar sind. Weiterhin ist insbesondere bei einem direkten Aufsetzen des Verbrauchers 18 auf die Energiesendevorrichtung 14 auch ein vertikales Verkanten infolge von Fremdobjekten 32 zwischen dem Verbraucher 18 und der Energiesendevorrichtung 14 denkbar.For the course of the actual quality Q _act , the following applies in 2 recognizable, nonlinear context. Increases the distance between the consumer 18 and the power transmission device 14 , both the resonance frequency fres and the actual quality Q _act (f _res ) increase. The same is observed when the consumer 18 regardless of the direction on the surface of the energy end device 14 out of their optimal position - the center of the primary-side transmission coils used for energy transmission 22a . 22b - moved or positioned. These two cases describe quite common scenarios. So must a lateral offset of the consumer 18 to the power transmission device 14 be allowed, as a user usually the secondary-side receiver coil of the consumer 18 not always exactly centered over the transmitter coils 22a . 22b the energy end device 14 will be able to position. This is especially the case when the energy end device 14 a flat surface without mechanical guide aids for the consumer 18 or, as in the case of a vehicle to be loaded, the positions of the primary-side transmitting coils 22a . 22b and / or the at least one secondary-side receiving coil are not exactly known or visible. Furthermore, in particular with a direct placement of the consumer 18 on the energy end device 14 also a vertical tilting due to foreign objects 32 between the consumer 18 and the power transmission device 14 conceivable.

3 zeigt einen Programmablaufplan des Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung. Nach dem Start 40 wird im ersten Schritt 42 ein so genannter Power-On-Self-Test (POST) der Energiesendevorrichtung 14 durchgeführt. Der Start 40 kann automatisch mit dem Auflegen des Verbrauchers 18 auf die Energiesendevorrichtung 14 oder manuell durch Betätigung eines nicht gezeigten Tasters an der Energiesendevorrichtung 14 und/oder dem Verbraucher 18 erfolgen. Ist der POST in Schritt 42 erfolgreich durchlaufen worden, initialisiert die Steuer- und Regeleinheit 26 der Energiesendevorrichtung 14 die Resonanzfrequenz fres, die Ist-Güte Q_act(f_res) und die Zyklusdauer T_cycle der nachfolgenden Verfahrensschritte in einem zweiten Schritt 44 mit fres = f_stdby, Q_act,n(f_res) = 0 und T_cycle = T_min, wobei f_stdby eine zulässige Resonanzfrequenz im Standby-Betrieb (vergleiche 2) und T_min eine minimale Zyklusdauer (z.B. 10 ms) beschreiben. Alternativ ist es ebenso möglich, T_cycle initial auf T_min = 0 zu setzen. 3 shows a flowchart of the method for wireless power transmission. After the start 40 will be in the first step 42 a so-called power-on-self-test (POST) of the energy end device 14 carried out. The start 40 can automatically with the hang up of the consumer 18 on the energy end device 14 or manually by pressing a button, not shown, on the power transmission device 14 and / or the consumer 18 respectively. Is the POST in step 42 successfully completed, initializes the control unit 26 the energy end device 14 the resonance frequency fres, the actual quality Q _act (f _res ) and the cycle time T _{cycle of} the subsequent method steps in a second step 44 with fres = f _stdby , Q _{act, n} (f _res ) = 0 and T _cycle = T _min , where f _stdby a permissible resonance frequency in standby mode (cf. 2 ) and T _{min describe} a minimum cycle time (eg 10 ms). Alternatively, it is also possible to initially set T _cycle to T _min = 0.

Im nächsten Schritt 46 wird zunächst für die initialisierte Resonanzfrequenz eine Ist-Güte Q_act,n+1(f_res) gemessen und nachfolgend im vierten Schritt 48 mit der initialisierten Ist-Güte Q_act,n(f_res) verglichen. Da es unmittelbar nach dem Start des Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung keine Übereinstimmung zwischen der initialisierten und der gemessenen Ist-Güte gibt, folgt mit einem fünften Schritt 50 ein von der Steuer- und Regeleinheit 26 durchgeführter Teilprozess in Gestalt eines Frequenz-Durchlaufs derart, dass die Steuer- und Regeleinheit 26 eine nicht dargestellte Frequenzeinheit der primärseitigen Elektronikeinheit 24 ansteuert, wobei die Frequenzeinheit der Schwingkreisschaltung 28 vorgeschaltet ist. Dem Fachmann ist die Ansteuerung einer derartigen Schwingkreisschaltung zur Durchführung eines Frequenzdurchlaufs im Wesentlichen bekannt. Daher soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Unter einem „Frequenzdurchlauf“ soll im Kontext des Verfahrens ein Prozess verstanden werden, bei dem in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz innerhalb eines definierten Frequenzbereichs nach einem lokalen Maximum einer erfassten bzw. gemessenen Ist-Güte der drahtlosen Energieübertragung gesucht wird. Ist ein derartiges lokales Maximum gefunden, wird der Frequenzumlauf in der Regel beendet, so dass nicht sämtliche Frequenzpunkte durchlaufen werden müssen.In the next step 46 First, an actual quality Q _{act, n + 1} (f _res ) is measured for the initialized resonance frequency and subsequently in the fourth step 48 compared with the initialized actual quality Q _{act, n} (f _res ). Since there is no match between the initialized and the measured actual quality immediately after the start of the wireless power transmission method, a fifth step follows 50 one from the control unit 26 performed sub-process in the form of a frequency pass such that the control unit 26 a frequency unit, not shown, of the primary-side electronics unit 24 controls, wherein the frequency unit of the resonant circuit 28 upstream. The person skilled in the art, the control of such a resonant circuit circuit for performing a frequency sweep is substantially known. Therefore, it should not be discussed in detail. A "frequency sweep" in the context of the method should be understood to mean a process in which, depending on the resonant frequency within a defined frequency range, a local maximum of a detected or measured actual quality of the wireless energy transmission is sought. If such a local maximum is found, the frequency revolution is usually terminated, so that not all frequency points must be traversed.

Zur Ermittlung der Resonanzfrequenz fres wird in dem fünften Schritt 50 während des Frequenzdurchlaufs eine Resonanzüberhöhung an den die drahtlose Energieübertragung durchführenden, primärseitigen Sendespulen 22a, 22b erfasst. Aus der an der Stelle der Resonanzüberhöhung ermittelten Amplitude kann dann in bekannter Weise die Ist-Güte Q_act,n+1(f_res) berechnet werden; die Stelle der Resonanzüberhöhung entspricht der ermittelten Resonanzfrequenz fres. Diese beiden Werte werden nun mit den in dem Speicher 30 der Steuer- und Regeleinheit 26 hinterlegten Soll-Gütebereich q_tar (Schritt 52, siehe auch 2) in einem siebten Schritt 54 verglichen. For determining the resonance frequency fres, in the fifth step 50 during the frequency sweep, a resonance peak to the wireless energy transfer performing, primary-side transmitting coils 22a . 22b detected. The actual quality Q _{act, n + 1} (f _res ) can then be calculated in a known manner from the amplitude determined at the location of the resonance peaking; the location of the resonance peak corresponds to the determined resonance frequency fres. These two values will now be in memory 30 the control unit 26 stored target quality range q _tar (step 52 , see also 2 ) in a seventh step 54 compared.

Liegt die Ist-Güte Q_act,n+1(f_res) zwischen der oberen und der unteren Grenze q_{tar_up}, qt_{ar_lo} des ersten Bereichs 34 gemäß 2, kann davon ausgegangen werden, dass sich für die anstehende drahtlose Energieübertragung kein diese beeinflussendes Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet, so dass das Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung den nachfolgenden, aus vier Teilschritten 56.1, 56.2, 56.3, 56.4 bestehenden Teilprozess 56 durchläuft, in dem eine Kommunikation zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 aufgebaut und überprüft wird. Im ersten Teilschritt 56.1 wird von der Steuer- und Regeleinheit 26 der Energiesendevorrichtung 14 ein Synchronisations-Impuls erzeugt und vorzugsweise über die primärseitige Sendespule 22 und die sekundärseitige Empfangsspule an den Verbraucher 18 gesendet. Alternativ wäre für die Kommunikation zwischen Energiesendevorrichtung 14 und Verbraucher 18 auch eine andere drahtlose Datenübertragung, z.B. per Bluetooth, optisch, akustisch oder dergleichen, denkbar. Werden nach dem Synchronisations-Impuls die notwendigen Empfangsdaten „Rx Data“ des Verbrauchers 18 im zweiten Teilschritt 56.2 durch die primärseitige Elektronikeinheit 24 der Energiesendevorrichtung 14 empfangen, kann die Kopplung zwischen Energiesendevorrichtung 14 und Verbraucher 18 im dritten Teilschritt 56.3 überprüft werden. Ist die Überprüfung der Kopplung und der Empfangsdaten erfolgreich, wird im vierten Teilschritt 56.4 entschieden, die drahtlose Energieübertragung zum Verbraucher 18 gemäß einem achten Schritt 58a zu starten. Ist sie dagegen nicht erfolgreich, wird von einem Fehler und/oder einem Fremdobjekt 32 in einem alternativen, achten Schritt 58c ausgegangen.If the actual quality Q _{act, n + 1} (f _res ) lies between the upper and lower limits q _{tar_up} , qt _{ar_lo of} the first range 34 according to 2 , it can be assumed that for the upcoming wireless energy transfer no foreign object affecting this 32 on the wireless power transmission device 14 is located, so that the wireless energy transfer method the following, consists of four substeps 56.1 . 56.2 . 56.3 . 56.4 existing sub-process 56 passes through, in which a communication between the energy end device 14 and the consumer 18 is constructed and checked. In the first step 56.1 is from the control unit 26 the energy end device 14 generates a synchronization pulse and preferably via the primary-side transmitting coil 22 and the secondary-side receiving coil to the consumer 18 Posted. Alternatively would be for the communication between energy end device 14 and consumers 18 also another wireless data transmission, eg via Bluetooth, optical, acoustic or the like, conceivable. After the synchronization pulse, the necessary receive data "Rx Data" of the consumer 18 in the second step 56.2 through the primary-side electronics unit 24 the energy end device 14 can receive, the coupling between energy transmission device 14 and consumers 18 in the third step 56.3 be checked. If the verification of the coupling and the received data is successful, the fourth sub-step succeeds 56.4 decided, the wireless power transmission to the consumer 18 according to an eighth step 58a to start. If, on the other hand, it is unsuccessful, it will result in an error and / or a foreign object 32 in an alternative, eighth step 58c went out.

Liegt die Ist-Güte Q_act,n+1(f_res) zwischen der oberen und der unteren Grenze q_{tar_up}, q_tar-lo des zweiten Bereichs 36 gemäß 2, wird davon ausgegangen, dass sich das drahtlose Energieübertragungssystem 10 in einem Standby-Betrieb befindet und kein Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 liegt. Somit springt das Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung ausgehend vom sechsten Schritt 52 direkt in einen weiteren alternativen, achten Schritt 58b.If the actual quality Q _{act, n + 1} (f _res ) lies between the upper and lower limits q _{tar_up} , q _{tar-lo of} the second range 36 according to 2 , it is assumed that the wireless power transmission system 10 is in standby mode and not a foreign object 32 on the wireless power transmission device 14 lies. Thus, the wireless power transmission method jumps from the sixth step 52 directly into another alternative, eighth step 58b ,

Ergibt der Vergleich zwischen der Ist-Güte Qact,n+i(fres) und der Soll-Güte Q_tar(f_res) im sechsten Schritt 52, dass die Ist-Güte Q_act,n+1(f_res) außerhalb des Soll-Gütebereichs q_tar liegt, so wird gemäß den obigen Ausführungen zu 2 in Schritt 58c ein Fehler und/oder ein vorhandenes Fremdobjekt 32 angenommen.If the comparison between the actual quality Qact, n + i (fres) and the target quality Q _tar (f _res ) results in the sixth step 52 in that the actual quality Q _{act, n + 1} (f _res ) lies outside the desired quality range q _tar , then according to the above statements 2 in step 58c an error and / or an existing foreign object 32 accepted.

Ausgehend von den drei möglichen, achten Schritten 58a (Betrieb zur drahtlosen Energieübertragung), 58b (Standby-Betrieb), 58c (Fehler oder Fremdobjekt erkannt) wird in einem neunten Verfahrensschritt 60 entschieden, ob die eingestellte Zyklusdauer T_cycle eine maximale Zyklusdauer Tmax von z.B. drei Sekunden überschritten hat. T_cycle definiert die Periodendauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ladezyklen des Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung. Die Schritte 46 bis 58 des Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung dauern dagegen in der Regel nur wenige Millisekunden und hängen maßgeblich von der Rechenleistung der primärseitigen Steuer- und Regeleinheit 26 ab. So lange die Zyklusdauer T_cycle die maximale Zyklusdauer T_max in dem neunten Schritt 60 noch nicht überschritten hat, wird sie in einen zehnten Schritt 62a sukzessive oder einmalig auf einen festgelegten Wert erhöht. Während des Durchlaufs der Schritte 60 und 62a ist das eigentliche Verfahren zur Betriebsarten- und/oder Fehler- bzw. Fremdobjekterkennung gemäß der Schritte 46 bis 58 bereits abgeschlossen, so dass abhängig von der in dem sechsten Schritt 54 vorgenommenen Entscheidung so lange die drahtlose Energieübertragung gemäß Schritt 58a, der Standby-Betrieb gemäß Schritt 58b oder eine Unterbrechung der Energieübertragung bzw. des Standby-Betriebs gemäß Schritt 58c erfolgt, bis T_cycle die maximale Zyklusdauer T_max überschritten hat. Danach wird in Schritt 62b entschieden, ob das Verfahren wiederholt oder beendet werden soll. Im Falle einer Wiederholung, werden in einem elften Schritt 64 die bisher hinterlegte Ist-Güte Q_act,n(f_res) auf den Wert der aktuellen Ist-Güte Q_act,n+1(f_res) des zurückliegenden Zyklus und die Zyklusdauer T_cycle auf den Minimalwert Tmin gesetzt. Danach beginnt das Verfahren mit dem dritten Schritt 46 und der Messung einer neuen Ist-Güte Q_act,n+1(f_res) erneut, wobei der nachfolgende Frequenzdurchlauf gemäß Schritt 50 ausgelassen wird, wenn sich bisher hinterlegte und neue Ist-Güte wegen Q_act,n+1(f_res) = Q_act,n(f_res) nicht unterscheiden.Starting from the three possible, eighth steps 58a (Wireless power transmission operation), 58b (Standby mode), 58c (error or foreign object detected) is in a ninth step 60 decided whether the set cycle duration T _cycle has exceeded a maximum cycle duration Tmax of, for example, three seconds. T _cycle defines the period between two successive charging cycles of the method for wireless energy transmission. The steps 46 to 58 In contrast, the method of wireless energy transmission usually last only a few milliseconds and depend significantly on the computing power of the primary-side control unit 26 from. As long as the cycle duration T _cycle the maximum cycle duration T _max in the ninth step 60 has not yet passed, she is in a tenth step 62a successively or once increased to a specified value. During the pass of the steps 60 and 62a is the actual method for mode and / or fault or Fremdobjekterkennung according to the steps 46 to 58 already completed, so that depends on the in the sixth step 54 Make the decision as long as the wireless power transmission according to step 58a , the standby mode according to step 58b or an interruption of the power transmission or the standby operation according to step 58c takes place until T _cycle has exceeded the maximum cycle duration T _max . After that, in step 62b decided whether the procedure should be repeated or terminated. In case of a repeat, will be in an eleventh step 64 the previously deposited actual quality Q _{act, n} (f _res ) is set to the value of the current actual quality Q _{act, n + 1} (f _res ) of the previous cycle and the cycle duration T _cycle to the minimum value Tmin. Thereafter, the process begins with the third step 46 and the measurement of a new actual quality Q _{act, n + 1} (f _res ) again, wherein the subsequent frequency sweep according to step 50 is omitted if previously stored and new actual quality because Q _{act, n + 1} (f _res ) = Q _{act, n} (f _res ) do not differ.

Wurde im ersten Schritt 42 ein Fehler während des POST festgestellt oder wurde im elften Schritt 64 entschieden, den Zyklus nicht zu wiederholen, wird das Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung mit dem abschließenden Schritt 66 gestoppt.Was in the first step 42 an error was detected during the POST or was in the eleventh step 64 decided not to repeat the cycle, the procedure for wireless energy transfer with the final step 66 stopped.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die zumindest zwei primärseitigen Sendespulen (22a, 22b) während eines Ladezyklus T_cycle derart im Wechsel betrieben werden, dass in einem ersten Teilzyklus T₁ des Ladezyklus T_cycle die erste Sendespule 22a die Energieübertragung und die zweite Sendespule 22b die Fremdobjekterkennung durchführt und in zumindest einem weiteren Teilzyklus T₂ die Energieübertragung durch die zweite Sendespule 22b und die Fremdobjekterkennung durch die erste Sendespule 22a durchgeführt wird. In 4 ist dazu exemplarisch eine Draufsicht der als induktive Ladevorrichtung 12 ausgebildeten drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 nach 1 gezeigt. Innerhalb des Gehäuses 20 sind die bereits in 1 angedeuteten, konzentrisch zueinander angeordneten, primärseitigen Sendespulen 22a, 22b zur Durchführung des erfindungsgemäßen und nachfolgend erläuterten Verfahrens zu erkennen.According to the invention, it is now provided that the at least two primary-side transmitting coils ( 22a . 22b) during a charging cycle T _cycle are operated in alternation such that in a first subcycle T ₁ of the charging cycle T _cycle, the first transmitting coil 22a the energy transfer and the second transmission coil 22b performs the Fremdobjekterkennung and in at least one other subcycle T ₂ the energy transfer through the second transmitter coil 22b and the foreign object detection by the first transmitting coil 22a is carried out. In 4 is an example of a top view of the inductive charging device 12 trained wireless energy transmission device 14 to 1 shown. Inside the case 20 are already in 1 indicated, concentric with each other, primary-side transmitting coils 22a . 22b to recognize the implementation of the method according to the invention and explained below.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der induktiven Ladevorrichtung 12 mit einem aus drei Sendespulen 22a, 22b, 22c bestehenden Spulen-Array 68. Sowohl die Anordnung als auch die Anzahl der Sendespulen kann von den gezeigten Ausführungsbeispielen abweichen und ist maßgeblich von der zu übertragenden Sendeleistung und/oder der Größe der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 bzw. des Verbrauchers 18 und dessen sekundärseitiger Empfangsspule abhängig. So ist auch denkbar, dass mehr als drei Spulen mit nicht kreisrunder Form, sondern beispielsweise einer wabenförmigen Ausgestaltung zum Einsatz kommen. Zudem kann ein teilweises Überlappen einzelner Spulen angedacht sein. Dem Fachmann sind zahlreiche Beispiele von Spulen-Arrays aus dem Stand der Technik bekannt. Daher soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden. Die nachfolgende Beschreibung basiert maßgeblich auf den beiden in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen, die jedoch nicht als die Erfindung einschränkend verstanden werden sollen. 5 shows a further embodiment of the inductive charging device 12 with one of three transmitting coils 22a . 22b . 22c existing coil array 68 , Both the arrangement and the number of transmitting coils may differ from the exemplary embodiments shown and is decisive for the transmission power to be transmitted and / or the size of the wireless energy transmission device 14 or the consumer 18 and its secondary-side receiving coil dependent. Thus, it is also conceivable that more than three coils with non-circular shape, but for example, a honeycomb configuration are used. In addition, a partial overlapping of individual coils can be considered. Numerous examples of prior art coil arrays are known to those skilled in the art. Therefore, it should not be discussed further here. The following description is based largely on the two in the 4 and 5 shown embodiments, which should not be understood as limiting the invention.

In 6 ist ein Diagramm des Verlaufs der Sendleistungen P_22a und P_22b der beiden primärseitigen Sendespulen 22a, 22b gemäß des in den 1 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiels der induktiven Ladevorrichtung 12 über die Zeit t aufgetragen. in einem ersten Teilzyklus T₁ des Ladezyklus T_cycle beträgt die Sendleistung P_22a der ersten Sendspule 22a 100 %, während die zweie Sendspule 22b nicht zur Energieübertragung beiträgt (Sendeleistung P_22b = 0). In diesem ersten Teilzyklus T₁ führt die erste Sendespule 22a daher die Energieübertragung und die zweite Sendespule 22b die Fremdobjekterkennung durch. In dem nachfolgenden zweiten Teilzyklus T₂ erfolgt ein Wechsel mit harten Flanken derart, dass nun die erste Sendespule 22a die Fremdobjekterkennung übernimmt, während die zweite Sendespule 22b mit einer Sendeleistung P_22b = 100 % für die Energieübertragung herangezogen werden kann. Somit ist eine unterbrechungsfreie Energieübertragung mit einer stets im Wesentlichen konstanten Energie bzw. Leistung an den Verbraucher ohne Totzeiten gewährleistet. Zudem übertragen beide primärseitigen Sendespulen 22a, 22b jeweils im zeitlichen Mittel über eine Folge von mehreren Ladezyklen T_cycle die gleiche Energie bzw. Leistung.In 6 is a diagram of the course of the broadcasting services P _22a and P _22b the two primary-side transmitting coils 22a . 22b according to the in 1 and 4 shown embodiment of the inductive charging device 12 applied over time t. in a first subcycle T ₁ the charging cycle T _cycle is the transmission power P _22a the first transmission coil 22a 100%, while the two send coil 22b does not contribute to energy transfer (transmission power P _22b = 0). In this first subcycle T ₁ leads the first transmission coil 22a therefore the energy transfer and the second transmitter coil 22b the foreign object recognition by. In the following second subcycle T ₂ A change with hard edges takes place in such a way that now the first transmission coil 22a the foreign object detection takes over while the second transmission coil 22b with a transmission power P _22b = 100% can be used for energy transfer. Thus, an uninterruptible power transmission is guaranteed with an always substantially constant energy or power to the consumer without dead times. In addition, both transmit primary-side transmission coils 22a . 22b each time averaged over a series of several charging cycles T _cycle the same energy or power.

Im Unterschied zu 6, wo die Teilzyklen T₁ und T₂ innerhalb des Ladezyklus T_cycle jeweils gleich lang sind, zeigt 7 einen Wechsel zwischen den Sendespulen 22a und 22b mit unterschiedlich langen Teilzyklen T₁ , T₂ und T₃ bzw. T₄ , T₅ und T₆ . Auch hier ist jedoch gewährleistet, dass beide Sendespulen 22a, 22b jeweils im zeitlichen Mittel über eine Folge von mehreren Ladezyklen T_cycle die gleiche Energie bzw. Leistung unterbrechungsfrei übertragen. Dabei übernimmt die erste Sendespule 22a in den Teilzyklen T₂ , T₄ und T₆ die Fremdobjekterkennung, während dies in den Teilzyklen T₁ , T₃ und T₅ durch die zweite Sendespule 22b erledigt wird. Jeweils gegenläufig dazu erfolgt die Energieübertragung. Wie in 6, so werden auch in 7 die Sendespulen mit harten Flanken umgeschaltet.In contrast to 6 where the subcycles T ₁ and T ₂ within the charging cycle T _{cycle are} each the same length, shows 7 a change between the transmitter coils 22a and 22b with different lengths of subcycles T ₁ . T ₂ and T ₃ or. T ₄ . T ₅ and T ₆ , Again, however, it is ensured that both transmit coils 22a . 22b each time averaged over a series of multiple charging cycles T _cycle the same energy or power transmitted without interruption. The first transmission coil takes over 22a in the subcycles T ₂ . T ₄ and T ₆ foreign object detection while doing so in the subcycles T ₁ . T ₃ and T ₅ through the second transmitting coil 22b is done. In each case in opposite directions, the energy transfer takes place. As in 6 , so will be in 7 Switched the transmitter coils with hard edges.

Auch 8 zeigt einen Wechsel zwischen den Sendespulen 22a und 22b mit harten Rechteckflanken. Im Unterschied zu den 6 und 7 erfolgt hier jedoch die Energieübertragung während der Teilzyklen T₁ und T₄ über beide Sendespulen 22a, 22b zeitgleich zu gleichen Teilen, z.B. zu je 50 % der maximalen Sendeleistung. In den gegenüber den Teilzyklen T₁ und T₄ deutlich kürzeren Teilzyklen T₂ und T₃ wechseln sich dann die beiden Sendspulen 22a und 22b mit der Energieübertragung und der Fremdobjekterkennung derart ab, dass im Teilzyklus T₂ die Sendeleistung der ersten Sendespule 22a auf 100 % und die der zweiten Sendespule 22b auf nahezu null gesetzt wird, während dieses Verhältnis im nachfolgenden Teilzyklus T₃ vertauscht wird. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es ebenso möglich ist, die Sendeleistungen beider Sendespulen während der Teilzyklen T₁ und T₄ unterschiedlich einzustellen, so dass z.B. im Teilzyklus T₁ die erste Sendespule 22a mit 70 % und die zweite Sendespule 22b mit 30 % und im Teilzyklus T₄ die erste Sendespule 22a mit 30 % und die zweite Sendespule 22b mit 70 % die Energie bzw. Leistung überträgt. Zudem müssen die Teilzyklen T₂ und T₃ nicht zeitlich aneinandergrenzen, sondern können durch einen Teilzyklus mit von beiden Sendespulen 22a, 22b durchgeführter Energieübertragung entsprechend T₁ und T₄ unterbrochen werden. Ebenso ist denkbar, dass während der Teilzyklen T₂ bzw. T₃ die erste bzw. zweite Sendespule 22a, 22b kurzzeitig mit einer Überlast betrieben wird. Zwar erfolgt dadurch eine kurzzeitige Erhöhung der Abwärme, die aber durch die thermischen Massen der Sendespulen 22a, 22b aufgefangen werden kann und demzufolge keinen negativen Einfluss auf die Energieübertragung und die Fremdobjekterkennung hat.Also 8th shows a change between the transmitter coils 22a and 22b with hard rectangular edges. Unlike the 6 and 7 Here, however, the energy transfer takes place during the subcycles T ₁ and T ₄ over both transmitting coils 22a . 22b at the same time in equal parts, eg at 50% of the maximum transmission power. In the opposite to the subcycles T ₁ and T ₄ significantly shorter subcycles T ₂ and T ₃ then change the two send coils 22a and 22b with the energy transfer and the Fremdobjekterkennung such that in the subcycle T ₂ the transmission power of the first transmission coil 22a to 100% and that of the second transmitter coil 22b is set to near zero while this ratio is in the subsequent subcycle T ₃ is exchanged. It should be noted at this point that it is equally possible for the transmission powers of both transmission coils during the subcycles T ₁ and T ₄ set differently, so that eg in the subcycle T ₁ the first transmission coil 22a with 70% and the second transmitter coil 22b with 30% and in the subcycle T ₄ the first transmission coil 22a with 30% and the second transmitter coil 22b with 70% of the energy or power transfers. In addition, the subcycles must T ₂ and T ₃ not temporally contiguous, but can through a subcycle with from both transmit coils 22a . 22b performed energy transfer accordingly T ₁ and T ₄ to be interrupted. It is also conceivable that during the subcycles T ₂ or. T ₃ the first or second transmitting coil 22a . 22b is briefly operated with an overload. Although this results in a short-term increase in the waste heat, but by the thermal masses of the transmitting coil 22a . 22b Consequently, it has no negative impact on energy transfer and foreign object recognition.

In 9 erfolgt der Wechsel zwischen den Teilzyklen T₁ und T₃ des Ladezyklus T_cycle, in denen jeweils eine der beiden Sendespulen 22a, 22b die Energieübertragung zu 100 % übernimmt, mit weichen Flanken in den entsprechenden Teilzyklen T₂ und T₄ . So wird im Teilzyklus T₂ des Ladezyklus T_cycle die Sendeleistung P_22a der ersten Sendespule 22a stetig verringert und die Sendleistung P_22b der zweiten Sendspule 22b stetig erhöht, während dies im Teilzyklus T₄ genau umgekehrt ist. Dies hat den Vorteil, dass etwaige elektromagnetische Störungen durch ein hartes Umschalten der Sendespulen 22a, 22b vermieden bzw. verringert werden können. Während der beiden Teilzyklen T₂ und T₄ mit den weichen Flanken teilen sich die beiden Sendespulen 22a und 22b entsprechend ihrer momentanen Leistungen P_22a , P_22b die Energieübertragung derart, dass die Energie bzw. Leistung über die gesamt Zyklusdauer T_cycle in Summe stets nahezu konstant ist. In den beiden Teilzyklen T₁ und T₃ wechseln sich die beiden Sendespulen 22a, 22b mit der Energieübertragung und der Fremdobjekterkennung gemäß der Beschreibung zu den vorherigen 6 bis 8 ab.In 9 the change takes place between the subcycles T ₁ and T ₃ of the charging cycle T _cycle , in which one of each of the two transmission coils 22a . 22b the energy transfer to 100% takes over, with soft edges in the corresponding sub-cycles T ₂ and T ₄ , So is in the subcycle T ₂ the charging cycle T _cycle the transmission power P _22a the first transmission coil 22a steadily decreasing and transmitting power P _22b the second transmission coil 22b steadily increased while this is in the subcycle T ₄ exactly the opposite is true. This has the advantage that any electromagnetic interference due to a hard switching of the transmitting coils 22a . 22b can be avoided or reduced. During the two subcycles T ₂ and T ₄ with the soft flanks, the two transmission coils divide 22a and 22b according to their current performance P _22a . P _22b the energy transfer such that the energy or power over the entire cycle duration T _cycle in sum is always almost constant. In the two subcycles T ₁ and T ₃ the two transmitter coils change 22a . 22b with the energy transfer and the foreign object recognition according to the description of the previous ones 6 to 8th from.

Mit Bezug auf 5, in der ein aus drei primärseitigen Sendespulen 22a, 22b, 22c bestehendes Spulen-Array 68 gezeigt ist, soll in den 10 und 11 das erfindungsgemäße Verfahren für drei Sendespulen erläutert werden. 10 zeigt das Verfahren für einen Wechsel zwischen den Sendespulen 22a, 22b, 22c mit harten flanken, während in 11 ein Wechsel mit weichen Flanken dargestellt ist. Wie man den beiden 10 und 11 entnehmen kann, genügt es nun, die Sendeleistung jeder einzelnen Sendespule 22a, 22b, 22c auf maximal 50 % zu beschränken, um trotzdem weiterhin die volle Energie bzw. Leistung an den Verbraucher 18 zu übertragen. Dabei übernehmen in 10 in einem ersten Teilzyklus T₁ die beiden Sendespulen 22a und 22b die Energieübertragung zu gleichen Teilen, während die Sendespule 22c die Fremdobjekterkennung durchführt. Im nachfolgenden zweiten Teilzyklus T₂ wird die Fremdobjekterkennung dann durch die Sendespule 22b und im dritten Teilzyklus T₃ durch die Sendespule 22c übernommen, während sich die jeweils übrigen Sendespulen die Energieübertragung teilen. Mit Vorteil können die für die Energieübertragung zuständigen Sendespulen auch ohne Einzelüberlastung mit mehr als 50 % ihrer maximalen Sendeleistung betrieben werden, um so z.B. ein Schnellladen oder ein Laden von Verbrauchern höherer Leistungsklassen zu realisieren.Regarding 5 in which one of three primary-side transmitting coils 22a . 22b . 22c existing coil array 68 is shown in the 10 and 11 the method according to the invention for three transmitting coils will be explained. 10 shows the method for a change between the transmitting coils 22a . 22b . 22c with hard flanks while in 11 a change with soft edges is shown. How to get the two 10 and 11 It can now be understood that the transmission power of each individual transmission coil is sufficient 22a . 22b . 22c to a maximum of 50%, in order to still continue the full energy or performance to the consumer 18 transferred to. Take over in 10 in a first subcycle T ₁ the two transmitter coils 22a and 22b the energy transfer in equal parts while the transmitting coil 22c performs the foreign object detection. In the following second subcycle T ₂ the foreign object detection is then through the transmitting coil 22b and in the third subcycle T ₃ through the transmitter coil 22c taken over while sharing the other transmission coils energy transfer. Advantageously, the transmission coils responsible for the energy transmission can be operated without individual overload with more than 50% of their maximum transmission power, so as to realize such as a fast charging or charging consumers of higher power classes.

11 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren für drei Sendespulen 22a, 22b, 22c mit weichen Flanken, wobei der Gradient der Flanken abhängt von der Zyklusdauer T_cycle sowie der Anzahl der Sendespulen und ggf. der Sendeleistung beim Übergang von der Energieübertragung zur Fremdobjekterkennung. Beispielsweise ergibt sich für die Sendespule 22a der Gradient der abfallenden Flanke im Teilzyklus T₄ zu P_22a/T₄ = 6*P_22a/T_cycle. Dabei ergeben sich dieselben Vorteile, wie bereits zu den 9 und 10 beschrieben. Bei Verwendung von mehr als drei Sendespulen gelten die für zwei und drei Sendespulen angestellten Überlegungen entsprechend. Sprich, für n > 1 Sendespulen kann beispielsweise die Leistung je Sendespule um das (n-1)-Fache der Gesamtleistung geringer gewählt werden, wenn jeweils eine Sendespule des Spulen-Arrays für die Fremdobjekterkennung herangezogen wird. 11 shows the inventive method for three transmitting coils 22a . 22b . 22c with soft edges, wherein the gradient of the edges depends on the cycle time T _cycle and the number of transmitting coils and possibly the transmission power during the transition from the energy transfer to foreign object detection. For example, results for the transmission coil 22a the gradient of the falling edge in the subcycle T ₄ to P _22a / T ₄ = 6 * P _22a / T _cycle . This results in the same advantages as already to the 9 and 10 described. When more than three transmit coils are used, the considerations made for two and three transmit coils apply accordingly. For example, for n> 1 transmit coils, the power per transmit coil can be selected to be smaller by the (n-1) -fold of the total power, if in each case one transmit coil of the coil array is used for the foreign object detection.

Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf die gezeigten Ausführungsbeispiele gemäß der 1 bis 11 noch auf die genannten Leistungswerte und die gezeigte Anzahl der Teilzyklen beschränkt ist. Alternativ zu den obigen Ausführungsbeispielen ist zum Beispiel auch denkbar, dass ein aus n Sendespulen bestehendes Spulenpaar derart ausgelegt ist, dass n-1 Sendespulen ausschließlich zur Energieübertragung und eine Sendespule ausschließlich zur kurzzeitigen Fremdobjekterkennung dient.It should finally be noted that the invention is not limited to the embodiments shown in the 1 to 11 is still limited to the stated power values and the number of subcycles shown. As an alternative to the above exemplary embodiments, it is also conceivable, for example, for a pair of coils consisting of n transmitting coils to be designed in such a way that n-1 transmitting coils are used exclusively for energy transmission and a transmitting coil exclusively for short-term foreign object detection.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012205693 A1 [0004]
DE 102013212588 [0005]
WO 2017/172023 A1 [0006]

Claims

Method for wireless, in particular inductive, energy transmission from an energy transmission device (14) having at least two primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) to a consumer (18), characterized in that the at least two primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) during a charging cycle (T _cycle ) are operated in alternation such that in a first part cycle of the charging cycle (T _cycle ), a first transmission coil (22a) the energy transmission and at least one second transmission coil (22b) performs a Fremdobjekterkennung and in at least one further subcycle energy transfer by the at least one second transmitting coil (22b) and the foreign object detection by the first transmitting coil (22a) is performed.

Method according to Claim 1 , characterized in that the change between the at least two primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) takes place such that always substantially the same energy or power is transmitted to the consumer. (no dead time for energy transfer)

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) in each case transmit the same energy or power in the time average over a plurality of charging cycles (T _cycle ).

Method according to Claim 3 , characterized in that the sub-cycles of a charging cycle (T _cycle ) are each the same length.

Method according to one of the preceding Claims 1 or 2 , characterized in that the at least two primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) each transmit a different energy or power in the time average over a plurality of charging cycles (T _cycle ).

Method according to one of the preceding Claims 1 to 3 and 5 , characterized in that the sub-cycles of a charging cycle (T _cycle ) are each different in length.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) are switched over to the steep edge when changing the partial cycles.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 6 , characterized in that the primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) are switched when changing the sub-cycles with soft edges.

Method according to Claim 8 , characterized in that in a first part cycle of the charging cycle (T _cycle ), the first transmission coil (22a) performs the energy transmission and the at least one second transmission coil (22b) the Fremdobjekterkennung, in at least a second part cycle of the charging cycle (T _cycle ) the transmission power of the transmission power of the at least one second transmission coil (22b) is steadily increased, and that in at least one further partial cycle the energy transmission by the at least one second transmission coil (22b) and the foreign object detection by the first transmission coil (22a) is carried out.

Method according to one of the preceding Claims 1 to 8th , characterized in that in a first part cycle of the charging cycle (T _cycle ), the primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) perform the energy transmission, each with substantially the same transmission power and in at least a second part cycle of the charging cycle (T _cycle ), the transmission power of the first Transmitter coil (22a) increases energy transmission and at the same time the transmission power of the at least one second transmission coil (22b) is reduced to the Fremdobjekterkennung.

Method according to Claim 10 , characterized in that in at least one further subcycle of the charging cycle (T _cycle ) reduces the transmission power of the first transmission coil (22a) for foreign object detection and at the same time the transmission power of the at least one second transmission coil (22b) is increased for energy transmission.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when using n transmitting coils (22a, 22b, 22c) during the charging cycle in alternation n-1 transmitting coils (22a, 22b, 22c) for the energy transmission and a transmitting coil (22b, 22c, 22a) are used for foreign object recognition.

Wireless energy transmission device (14) having at least two primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) for carrying out the method according to one of the preceding claims.

Wireless power transmission device (14) after Claim 13 , characterized in that the primary-side transmitting coils (22a, 22b) are arranged concentrically.

Wireless power transmission device (14) after Claim 13 . characterized in that the primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) are arranged in a coil array (68).

Wireless energy transmission device (14) according to one of the preceding Claims 13 to 15 , characterized in that the primary-side transmitting coils (22a, 22b, 22c) have substantially the same desired quality (Q _tar (f _res )).