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Die Erfindung betrifft eine induktive Ladeeinheit zum induktiven Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines elektrischen Kraftfahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum induktiven Aufladen.
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Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen üblicherweise einen elektrischen Energiespeicher auf, der den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich um einen Akkumulator, beispielsweise eine sogenannte Hochvoltbatterie, handeln. Das Aufladen des elektrischen Energiespeichers kann kabelgebunden oder kabellos erfolgen.
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In diesem Kontext offenbart die
JP 2000 184 511 eine Diebstahlsicherung für ein Ladegerät beim Aufladen eines Kraftfahrzeugs. Die
CN 205 017 033 U beschreibt das Ansteuern einer Kamera, wenn eine Inklination eines Ladegeräts erfasst wird.
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Das kabellose Laden kann mittels induktiver Energieübertragung erfolgen. Hierbei wird eine elektrische Leistung zum Aufladen des Energiespeichers mittels eines elektromagnetischen Feldes übertragen. Das elektromagnetische Feld kann mittels einer fahrzeugexternen Ladeeinheit, welche insbesondere eine Spule zum Aufbauen des elektromagnetischen Feldes aufweist, erzeugt werden.
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Beim induktiven Laden eines Kraftfahrzeugs können Übertragungsleistungen von 11 kW und mehr erreicht werden. Derartige Übertragungsleistungen bedingen ein stark ausgeprägtes elektromagnetisches Feld. Bei derartigen Übertragungsleistungen kann das elektromagnetische Feld kritische Stärken erreichen, die für Mensch und Tier gefährlich sein können. Beispielsweise kann ein Herzschrittmacher in seiner Funktion gestört werden. Folglich ist sicherzustellen, dass vorbestimmte kritische Werte für das elektromagnetische Feld in für Menschen zugänglichen Bereichen nicht überschritten werden. Hierfür kommen eine Detektionseinheiten infrage, welche Lebendobjekte in einem Bereich um die fahrzeugexterne Ladeeinheit herum detektieren.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gewährleistung eines unvermindert hohen Sicherheitsniveaus bei verringertem Aufwand zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht aus von einer induktiven Ladeeinheit zum induktiven Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs mit
- - einer Primärspule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes, und
- - einer Überwachungseinheit, welche dazu ausgebildet ist, eine Beschleunigung und/oder Schräglage der induktiven Ladeeinheit zu erfassen und ein entsprechendes Überwachungssignal auszugeben.
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Insbesondere kann die induktive Ladeeinheit dazu ausgebildet sein, in einem Ladebetrieb mit einer Sekundärspule des Kraftfahrzeugs wechselzuwirken. Die Primärspule kann hierzu dazu ausgebildet sein, eine elektrische Spannung in die Sekundärspule zu induzieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die induktive Ladeeinheit während eines bestimmungsgemäßen Aufladevorgangs unter dem Kraftfahrzeug liegt.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist eine Steuereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Überwachungssignal das elektromagnetische Wechselfeld der Primärspule auszuschalten. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in einem laufenden Ladebetrieb der induktiven Ladeeinheit diese abgeschaltet wird, wenn diese während eines Ladevorgangs aus einer bestimmungsgemäßen Position entfernt wird. Dadurch kann gewährleistet werden, dass eine Person, die das induktive Ladegerät aus der bestimmungsgemäßen Position entfernt, nicht gefährdet wird. Im oben genannten Beispiel, bei welchem die induktive Ladeeinheit während des bestimmungsgemäßen Frankens und dem Kraftfahrzeug liegt, ist sichergestellt, dass das elektromagnetische Wechselfeld automatisch ausgeschaltet wird, wenn die induktive Ladeeinheit unter dem Kraftfahrzeug hervorgezogen wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Primärspule dazu ausgebildet ist, das elektromagnetische Wechselfeld aus einem durch sie fließenden Primärstrom zu erzeugen, und die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zum Ausschalten des elektromagnetischen Wechselfeldes den Primärstrom zu unterbrechen.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Überwachungssignal das elektromagnetische Wechselfeld der Primärspule zu auszuschalten, wenn die Beschleunigung und/oder die Schräglage der induktiven Ladeeinheit ein vorbestimmtes Maß überschreitet. Dieses vorbestimmte Maß kann beispielsweise in der induktiven Ladeeinheit beziehungsweise Überwachungseinheit hinterlegt sein.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinheit einen ein Pendel umfassenden Beschleunigungssensor aufweist. Ein solcher Beschleunigungssensor kann nach Art eines Tilt-Sensors eines Flipperautomaten ausgeführt sein. Das Pendel kann innerhalb einer leitenden Metallumfassung, beispielsweise einem Metallring, angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist das Pendel kegelförmig ausgeführt. In diesem Fall kann durch Einstellen der Höhe des Pendels die Empfindlichkeit vorgebbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass das elektromagnetische Wechselfeld der Primärspule auszuschalten ist, sobald das Pendel einen leitenden Kontakt mit der Metallumfassung aufweist.
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Zu Erfindung gehört außerdem Verfahren zum induktiven Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines elektrischen Kraftfahrzeugs, bei welchem
- - mittels einer induktiven Ladeeinheit ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, und
- - kraftfahrzeugseitig aus dem elektromagnetischen Wechselfeld eine elektrische Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers erzeugt wird, wobei
- - währenddessen eine Beschleunigung und/oder Schräglage der induktiven Ladeeinheit erfasst und ein entsprechendes Überwachungssignal ausgegeben wird, wobei erfindungsgemäß
- - abhängig von dem Überwachungssignal das elektromagnetische Wechselfeld der Primärspule ausgeschaltet wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 ausschnittsweise ein Kraftfahrzeug und eine induktive Ladeeinheit in einem schematischen Blockschaltbild; und
- 2 eine beispielhafte Ausführungsform eines Beschleunigungssensors der induktiven Ladeeinheit.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, welches insbesondere als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgeführt ist. Mit anderen Worten weist das Kraftfahrzeug 10 einen elektrischen Antrieb auf (in der 1 nicht dargestellt). Zur Versorgung des elektrischen Antriebs weist das Kraftfahrzeug 10 einen elektrischen Energiespeicher 13 auf. Der elektrische Energiespeicher ist durch ein internes Ladegerät 12 des Kraftfahrzeugs 10 aufladbar. Das interne Ladegerät 12 kann mittels einer Sekundärspule 11 des Kraftfahrzeugs 10 mit elektrischer Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 13 versorgt werden. Die Sekundärspule 11 ist dazu ausgebildet, aus einem elektromagnetischen Wechselfeld 20 eine elektrische Leistung, insbesondere eine elektrische Spannung beziehungsweise einen elektrischen Strom, zu erzeugen. Insbesondere kann durch das elektromagnetische Wechselfeld 20 eine elektrische Spannung in der Sekundärspule 11 induziert werden.
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Eine induktive Ladeeinheit 1 ist dazu ausgebildet, das elektromagnetische Wechselfeld 20 zu erzeugen. Zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfeldes 20 weist die Ladeeinheit 1 eine Primärspule 20 auf. Während eines Ladevorgangs befindet sich die induktive Ladeeinheit 1 vorteilhafterweise in einer bestimmungsgemäßen Relativposition relativ zu dem Kraftfahrzeug 10 beziehungsweise der Sekundärspule 11. In dieser bestimmungsgemäßen Relativposition ist die Primärspule 2 der Ladeeinheit 1 in der Lage, mit der Sekundärspule 11 wechselzuwirken. Zum Aufladen des Kraftfahrzeugs 10 induziert die Ladeeinheit 1 mittels der Primärspule 2 somit eine elektrische Spannung in der Sekundärspule 11. Das elektromagnetische Wechselfeld 20 dient hierbei als Übertragungsmedium.
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Die induktive Ladeeinheit 1 weist eine Steuereinheit 3 auf, welche beispielsweise Leistungselektronik und/oder einen Umrichter aufweisen kann. Beispielsweise ist die Steuereinheit 3 dazu ausgebildet, eine elektrische Spannung beziehungsweise einen elektrischen Strom, welche/welcher eingangsseitig über ein Anschlusskabel 16 aus dem Stromnetz empfangen wird, derart umzuformen und an die Primärspule 2 anzulegen beziehungsweise in die Primärspule 2 einzuprägen, dass ein bestimmungsgemäßes Wechselfeld 20 erzeugt wird.
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Eine Überwachungseinheit 4 der induktiven Ladeeinheit 1 ist dazu ausgebildet, eine Beschleunigung und/oder Schräglage der induktiven Ladeeinheit 1 zu erfassen. Hierzu kann die Überwachungseinheit 4 einen Beschleunigungssensor 5 aufweisen. Zusätzlich ist die Überwachungseinheit 4 dazu ausgebildet, ein Überwachungssignal auszugeben, welches die Beschleunigung beziehungsweise die Schräglage der induktiven Ladeeinheit 1 charakterisiert. Beispielsweise kann das Überwachungssignal einen Absolutwert oder einen Relativwert der Schräglage und/oder der Beschleunigung angeben. Der jeweilige Relativwert kann bezogen auf einen jeweiligen vorbestimmten Bezugswert angegeben werden. Durch den vorbestimmten Bezugswert kann ein vorbestimmtes Maß für die Schräglage und/oder Beschleunigung definiert sein, welches in einem Betrieb der induktiven Ladeeinheit 1 nicht überschritten werden darf. Alternativ oder zusätzlich kann das Überwachungssignal angeben, ob der jeweilige vorbestimmte Bezugswert durch einem momentan erfassten Wert für die Schräglage und/oder die Beschleunigung überschritten wird.
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Die Steuereinheit 3 ist dazu ausgebildet, das elektromagnetische Wechselfeld 20 abhängig von dem Überwachungssignal auszuschalten. Insbesondere ist die Steuereinheit 3 dazu eingerichtet, das elektromagnetische Wechselfeld 20 abzuschalten, wenn die Schräglage und/oder Beschleunigung der induktiven Ladeeinheit das oben genannte vorbestimmte Maß überschreitet. Beispielsweise wertet die Steuereinheit 3 hierzu das Überwachungssignal auf geeignete Weise aus. Im Allgemeinen kann die Steuereinheit 3 anhand des Überwachungssignals ermitteln, ob das vorbestimmte Maß für die Schräglage und/oder Beschleunigung überschritten wird. Beispielsweise vergleicht die Steuereinheit 3 hierzu den Absolutwert der Schräglage und/oder der Beschleunigung mit dem vorbestimmten Bezugswert, welcher in diesem Fall in der Steuereinheit 3 hinterlegt sein muss. Alternativ kann dies bereits aus dem Überwachungssignal selbst hervorgehen, wie oben beschrieben ist. In einer anderen Ausführungsform wird durch die Überwachungseinheit 4 überprüft, ob das vorbestimmte Maß für die Schräglage und/oder Beschleunigung überschritten ist. In diesem Fall kann das Überwachungssignal einen Befehl zum Abschalten des elektromagnetischen Wechselfeldes 20 an die Steuereinheit 3 übermitteln, wenn das vorbestimmte Maß für die Schräglage und/oder die Beschleunigung überschritten wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 3 zum Abschalten des elektromagnetischen Wechselfeldes 20 die Spannungszufuhr und/oder die Stromzufuhr zur Primärspule 2 unterbricht. Beispielsweise wird durch die Steuereinheit 3 die Primärspule 2 von dem Anschlusskabel 16 elektrisch getrennt. Um Spannungsspitzen zu vermeiden, kann die induktive Ladeeinheit 1 optional eine Freilaufeinrichtung (nicht in der Fig. dargestellt) aufweisen. Die Freilaufeinrichtung kann zumindest eine Freilaufdiode und/oder zumindest einen Widerstand aufweisen. Die Freilaufeinrichtung ermöglicht eine Aufnahme und einen Abbau der im elektromagnetischen Wechselfeld 20 gespeicherten Energie durch die Ladeeinheit 1. Auf diese Weise kann das elektromagnetische Wechselfeld 20 besonders schnell abgebaut werden.
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Wird die induktive Ladeeinheit 1 während eines Aufladevorgangs bewegt, beispielsweise unter dem Kraftfahrzeug 10 herausgezogen, so wird dies durch die Überwachungseinheit 4 erfasst. Durch geeignete Wahl des vorbestimmten Bezugswertes kann sichergestellt werden, dass das elektromagnetische Wechselfeld 20 diesem Fall abgeschaltet wird, um eine Gefährdung von Personen auszuschließen.
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Zuletzt zeigt die 2 den Beschleunigungssensor 5 in einer schematischen Schnittansicht. Zur Orientierung ist in der 2 die Erdbeschleunigung g eingezeichnet. Innerhalb eines Gehäuses 9 des Beschleunigungssensors 5 ist ein elektrisch leitfähiger Pendelkörper 6 aufgehängt. Vorliegend ist der Pendelkörper 6 als Kegel ausgeführt. Durch den Pendelkörper 6 und seine Aufhängung 8 ist ein Pendel ausgebildet. Die Aufhängung 8 kann mechanisch betrachtet nach Art einer Schnur ausgeführt sein. Die mechanische Aufhängung 8 ist vorliegend elektrisch leitfähig ausgeführt und elektrisch leitend mit dem Pendelkörper 6 verbunden. Beispielsweise ist die Aufhängung 8 als flexibler Draht ausgeführt. Um den Pendelkörper 6 herum ist ein metallisch leitfähiger Ring 7 angeordnet. Der metallisch leitfähige Ring ist mit der Aufhängung 8 elektrisch leitend verbunden. Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über das Gehäuse 9, welches zumindest partiell elektrisch leitfähig ausgeführt ist. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können die Aufhängung 8 und der Ring 7 mittels einer elektrischen Verbindung, beispielsweise einem Kabel, verbunden sein. Tritt eine Beschleunigung, insbesondere rechtwinklig zur Erdbeschleunigung g, an dem Beschleunigungssensor 5 auf, so wird der Pendelkörper 6 aus seiner Ruhelage ausgelenkt. Überschreitet diese Beschleunigung ein vorbestimmtes Maß, so berührt der Pendelkörper 6 den Ring 7. Liegt ein elektrischer Potenzialunterschied zwischen dem Ring 7 und dem Pendelkörper 6 vor, so resultiert eine solche Bewahrung in einem Stromfluss. Dieser Stromfluss kann als das Überwachungssignal erfasst werden.
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Durch Verschieben des Ringes 7 in seiner Höhe h kann die Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors 5 einstellbar sein beziehungsweise eingestellt werden. Durch die Position des Ringes in seiner Höhe h kann das vorbestimmte Maß an Beschleunigung beziehungsweise Schräglage, dessen Überschreitung zur Abschaltung des elektromagnetischen Wechselfeldes 20 führt, eingestellt beziehungsweise vorgegeben werden. Die Verschiebung des Ringes in seiner Höhe h erfolgt insbesondere zumindest teilweise parallel zur Erdbeschleunigung g, wenn sich die Ladeeinheit 1 in ihrer bestimmungsgemäßen Relativposition bezogen auf das Kraftfahrzeug 10 befindet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die induktive Ladeeinheit 1 zusätzlich Erkennungseinrichtung zum Erkennen lebende Objekte, insbesondere Menschen oder Tiere, aufweist. Wird ein lebendes Objekt im Bereich des elektromagnetischen Wechselfeld 20 erkannt, so kann das elektromagnetische Wechselfeld 20 abgeschaltet werden oder ein Einschalten des elektromagnetischen Wechselfeldes 20 gesperrt werden. Auf diese Weise ist ein besonders umfassender Schutz gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladeeinheit
- 2
- Primärspule
- 3
- Steuereinheit
- 4
- Überwachungseinheit
- 5
- Beschleunigungssensor
- 6
- Anschlusskabel
- 7
- Ring
- 8
- Aufhängung
- 9
- Gehäuse
- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Sekundärspule
- 12
- Ladegerät
- 13
- Energiespeicher
- 16
- Anschlusskabel
- 20
- Wechselfeld
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000184511 [0003]
- CN 205017033 U [0003]
