-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Laden einer Fahrzeugbatterie sowie eine Vorrichtung zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs einer Fahrzeugbatterie gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs einer Fahrzeugbatterie.
-
Ein Verfahren zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie ist aus der
DE 20 2009 009 689 U1 bekannt. Hierbei wird mittels einer Einrichtung zur Detektion des Vorhandenseins eines Gegenstands innerhalb eines vorbestimmten Raums, der zumindest einen während einer Energieübertragung zwischen einer Primärinduktivität und einer Sekundärinduktivität liegenden Raum umfasst, überwacht. Diese Einrichtung zur Detektion kann mindestens einen berührungslosen Sensor, insbesondere einen Infrarotsensor oder einen elektrischen Bildsensor, aufweisen. Die Einrichtung zur Detektion umfasst des Weiteren eine Auswerteeinrichtung, mittels welcher ein von dem berührungslosen Sensor ausgesendetes Signal auswertbar ist. Ein Ausgang der Auswerteeinrichtung ist mit einer Steuereinheit verbunden, welche eine Stromversorgungseinheit der Primärinduktivität steuert. Ein an dem Ausgang der Auswerteeinrichtung ausgegebenes Signal, welches die Anwesenheit eines Fremdkörpers in dem Raum anzeigt, löst eine Deaktivierung einer Stromversorgung der Primärinduktivität durch die Steuereinrichtung aus. Unabhängig davon, welche Kriterien in der Auswerteeinrichtung zur Erkennung des Fremdkörpers zur Anwendung kommen, und ob und wie verschiedene Kriterien gegebenenfalls miteinander verknüpft werden, gibt die Auswerteeinrichtung immer dann, wenn sie einen Fremdkörper erkennt, ein Ausgangssignal an eine Anzeigeeinrichtung aus, welche eine optische und/oder akustische Warnung abgibt. Darüber hinaus ist die Auswertungseinheit auch mit der Steuereinheit der Ladestation verbunden und gibt an diese ein Signal aus, welches die Energieübertragung, das bedeutet die Bestromung der Primärspule, unterbricht. Somit wird die Bestromung der Primärspule immer dann unterbrochen, wenn der Gegenstand bzw. der Fremdkörper zwischen der Primärinduktivität und der Sekundärinduktivität ermittelt worden ist.
-
Überdies ist aus der
DE 10 2016 009 666 A1 eine Vorrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs bekannt. Diese Vorrichtung umfasst zumindest eine fahrzeugexterne Primärspule sowie zumindest eine fahrzeugseitige Sekundärspule. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung eine Kamera zur Überwachung einer Fahrzeugumgebung, wobei die Kamera an einem Fahrzeugunterboden angeordnet ist. Ein Erfassungsbereich der Kamera, welche insbesondere als Infrarotkamera ausgebildet sein kann, deckt zumindest einen Bereich der fahrzeugseitigen Sekundärspule ab.
-
Überdies ist aus der
DE 10 2014 201 821 A1 eine Ladeeinrichtung mit Positionierungshilfe bekannt. Diese Ladeeinrichtung weist eine Kamera oder ein Spiegelsystem auf, welches auf einen Raumabschnitt gerichtet ist, wobei der Raumabschnitt zumindest teilweise einen Raumabschnitt überlappt, auf welchen eine Lichtquelle gerichtet ist. Hierdurch kann von einer Lichtquelle abgegebenes Licht, welches von einer Fahrbahn innerhalb des letztgenannten Raumabschnitts reflektiert wird, abgebildet werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders sicheres Verfahren zum kontaktlosen Laden einer Fahrzeugbatterie, eine besonders sichere Vorrichtung zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs einer Fahrzeugbatterie sowie ein besonders sicheres Kraftfahrzeug zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum kontaktlosen Laden einer Fahrzeugbatterie sowie durch eine Vorrichtung zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs einer Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung angegeben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Laden einer Fahrzeugbatterie. Bei dem kontaktlosen Laden kann es sich um einen induktiven oder einen kapazitiven Ladevorgang der Fahrzeugbatterie handeln. Bei dem Verfahren wird eine Temperatur eines Objekts bestimmt, welches sich in einem Zwischenraum zwischen einem Primärelement und einem Sekundärelement befindet. Das bedeutet, dass falls das Objekt in dem Zwischenraum detektiert wird, die Temperatur des Objekts gemessen wird. Hierbei kann die Temperatur des Objekts beispielsweise mittels einer Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung ermittelt werden. Mittels einer Steuereinrichtung wird eine kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement in Abhängigkeit von dem Objekt gesteuert. Hierbei kann die kontaktlose Energieübertragung mittels der Steuereinrichtung bei Ermitteln des Objekts in dem Zwischenraum unterbunden werden.
-
Um eine besonders hohe Sicherheit beim kontaktlosen Laden der Fahrzeugbatterie zu erzielen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem ermittelten Objekt in Abhängigkeit von der Temperatur eine Relevanz zugeordnet wird und in Abhängigkeit von der dem ermittelten Objekt zugeordneten Relevanz die kontaktlose Energieübertragung gesteuert wird. Hierbei kann dem ermittelten Objekt in Abhängigkeit von der Temperatur über eine Zuordnungsvorschrift die Relevanz zugeordnet werden und mittels der Steuereinrichtung die kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement unterbunden werden, falls die dem ermittelten Objekt zugeordnete Relevanz eine vorgegebene Höchstrelevanz überschreitet. Das hat zur Folge, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der Steuereinrichtung die kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement lediglich dann unterbunden wird, wenn die dem ermittelten Objekt zugeordnete Relevanz oberhalb der vorgegebenen Höchstrelevanz liegt. Liegt die dem ermittelten Objekt zugeordnete Relevanz unterhalb der vorgegebenen Höchstrelevanz oder entspricht der vorgegebenen Höchstrelevanz, so wird die kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement mittels der Steuereinrichtung nicht unterbunden, das bedeutet, dass die kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement erfolgt. Somit wird die kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement grundsätzlich ausgeführt und lediglich dann unterbrochen, wenn das in dem Zwischenraum ermittelte Objekt einer die vorgegebene Höchstrelevanz überschreitenden Relevanz zugeordnet wird. Bei dem Primärelement kann es sich um eine Primärspule handeln und bei dem Sekundärelement kann es sich um eine Sekundärspule handeln.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Objekterkennung durchgeführt wird, bei welcher das ermittelte Objekt einer Objektkategorie zugeordnet wird, und in Abhängigkeit von der dem ermittelten Objekt zugeordneten Objektkategorie die kontaktlose Energieübertragung gesteuert wird. Die Objekterkennung kann beispielsweise mittels der Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung und/oder mittels einer Kameraeinrichtung durchgeführt werden. Bei den jeweiligen Objektkategorien kann es sich beispielsweise um eine Einteilung der Objekte in lebende Objekte, in nichtlebende metallische Objekte und in nichtlebende nichtmetallische Objekte handeln. Den unterschiedlichen Objektkategorien können jeweils unterschiedliche Relevanzen zugeordnet sein. Folglich kann dem jeweiligen in dem Zwischenraum ermittelten Objekt über dessen Objektkategorie die Relevanz zugeordnet werden. Die Zuordnung der jeweiligen Relevanz zu dem ermittelten Objekt über die dem Objekt zugeordnete Objektkategorie ermöglicht eine besonders einfache Zuordnung der Relevanz zu dem Objekt, da die Relevanz für jeweilige durch die Objektkategorien charakterisierte Objektgruppen vorgegeben werden kann.
-
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Objekterkennung ein Magnetfeld zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement graduell verstärkt wird und das Objekt in Abhängigkeit von einer ermittelten Temperaturentwicklung des Objekts der Objektkategorie zugeordnet wird. Das Magnetfeld kann beispielsweise für eine notwendige Energieübertragung von dem Primärelement an das Sekundärelement dienen und zur Objekterkennung durch eine Leistungssteigerung in dem Primärelement kontinuierlich verstärkt werden. Mit anderen Worten wird eine Stärke des Magnetfelds graduell erhöht und es wird ermittelt, ob sich die Temperatur des Objekts proportional zur Verstärkung des Magnetfeldes erhöht. Die graduelle Verstärkung des Magnetfeldes dient einer Metalldetektion in dem Zwischenraum zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement. Erwärmt sich das Objekt proportional zur graduellen Verstärkung des Magnetfeldes, deutet dies auf zumindest einen metallischen Bereich des Objekts hin, sodass im Rahmen der Objekterkennung das Objekt der Objektkategorie nichtlebendes, metallisches Objekt zugeordnet werden kann. Hierbei kann der Objektkategorie nichtlebendes, metallisches Objekt eine oberhalb der Höchstrelevanz liegende Relevanz zugeordnet sein, sodass die kontaktlose Energieübertragung unterbunden wird, sofern das Objekt der nichtlebende, metallische Objekte charakterisierenden Objektkategorie zugeordnet wird. Im Rahmen der Objekterkennung wird somit die kontaktlose Energieübertragung in Abhängigkeit von einer Temperaturentwicklung des ermittelten Objekts unterbunden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die kontaktlose Energieübertragung unterbrochen wird, sofern die ermittelte Temperatur eine für die jeweilige Objektkategorie definierte Höchsttemperatur überschreitet. Mit anderen Worten wird der jeweiligen Objektkategorie eine definierte Höchsttemperatur zugeordnet. Überschreitet die ermittelte Temperatur die für die jeweilige Objektkategorie des Objekts zugeordnete Höchsttemperatur, so wird dem Objekt eine Relevanz zugeordnet, welche oberhalb der Höchstrelevanz liegt, sodass die kontaktlose Energieübertragung unterbunden wird. Bei der definierten Höchsttemperatur kann es sich beispielsweise um einen jeweiligen Flammpunkt von der jeweiligen Objektkategorie zugeordneten Objekten handeln. Beispielsweise kann ein zumindest einen metallischen Bereich aufweisendes Objekt während der kontaktlosen Energieübertragung in dem Zwischenraum erwärmt werden, wobei die kontaktlose Energieübertragung unterbunden wird, sofern die ermittelte Temperatur die für die jeweilige dem Objekt zugeordnete Objektkategorie vorgegebene Höchsttemperatur oder eine allgemeine definierte Höchsttemperatur überschreitet. Hierbei kann sich der wenigstens eine metallische Bereich selbst über die Höchsttemperatur hinaus erwärmen und/oder ein den wenigstens einen metallischen Bereich des Objekts umgebender weiterer Bereich des Objekts kann sich über die vorgegebene Höchsttemperatur hinaus erwärmen, wobei die kontaktlose Energieübertragung bei Überschreiten der Höchsttemperatur unterbunden wird, sodass ein Flammpunkt für den weiteren Bereich nicht erreicht wird. Hierfür kann die vorgegebene Höchsttemperatur beispielsweise um ein definiertes Intervall kleiner sein als die der jeweiligen Objektkategorie bzw. dem jeweiligen Objekt zugeordnete Flammtemperatur. Hierdurch kann besonders vorteilhaft einer Beschädigung des Primärelements und des Sekundärelements und gegebenenfalls des Objekts vorgebeugt werden, da die kontaktlose Energieübertragung unterbunden wird, sofern die Temperatur des ermittelten Objekts die definierte Höchsttemperatur überschreitet. Die kontaktlose Energieübertragung kann somit so lange erfolgen, wie die ermittelte Temperatur des Objektes kleiner gleich der Höchsttemperatur für das jeweilige Objekt bzw. für die jeweilige Objektkategorie des Objekts ist. Eine kontaktlose Energieübertragung kann somit zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement trotz Anwesenheit des Objektes erfolgen, solange die Temperatur des Objekts kleiner oder gleich der definierten Höchsttemperatur für das Objekt bzw. für die dem Objekt zugeordnete Objektkategorie ist.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die kontaktlose Energieübertragung in Abhängigkeit von einer erfassten Bewegung des Objekts gesteuert wird. Hierbei kann die Bewegung des Objekts mittels der Einrichtung zur berührungslosen Temperaturermittlung und/oder mittels der Kameraeinrichtung erfasst werden. Anhand der ermittelten Bewegung des Objekts kann dem Objekt die Relevanz zugeordnet werden.
-
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in Abhängigkeit von der erfassten Bewegung des Objekts und der ermittelten Temperatur des Objekts das Objekt einer ersten Objektkategorie, welche lebende Objekte charakterisiert, oder einer zweiten Objektkategorie, welche nicht lebende Objekte charakterisiert, zugeordnet wird. Mit anderen Worten wird zum einen die Bewegung des Objekts und zum anderen die Temperatur des Objekts ermittelt und das Objekt in Abhängigkeit von der ermittelten Bewegung und der ermittelten Temperatur der jeweiligen Objektkategorie zugeordnet. Hierbei kann das Objekt in Abhängigkeit von der ermittelten Bewegung und der ermittelten Temperatur der ersten Objektkategorie oder der zweiten Objektkategorie zugeordnet werden. Somit wird das Objekt als lebendes oder als nicht lebendes Objekts eingeteilt. Anschließend wird dem Objekt über die jeweilige Objektkategorie die Relevanz zugeordnet und die kontaktlose Energieübertragung in Abhängigkeit von der dem Objekt zugeordneten Relevanz gesteuert. Somit kann die kontaktlose Energieübertragung lediglich dann unterbrochen werden, wenn das Objekt einer Objektkategorie mit einer Relevanz oberhalb der vorgegebenen Höchstrelevanz zugeordnet wird. Dies ermöglicht eine besonders hohe Verfügbarkeit der kontaktlosen Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement zum Laden der Fahrzeugbatterie.
-
Es hat sich in diesem Zusammenhang des Weiteren als vorteilhaft gezeigt, wenn die kontaktlose Energieübertragung bei Einstufung des Objekts als lebendes Objekt unterbunden wird. Die der ersten Objektkategorie, welche lebende Objekte charakterisiert, zugeordnete Relevanz liegt insbesondere oberhalb der vorgegebenen Höchstrelevanz, sodass die kontaktlose Energieübertragung immer dann unterbrochen wird, sofern ermittelt wird, dass es sich bei dem Objekt um ein lebendes Objekt handelt. Dies dient einer besonders hohen Sicherheit für das lebende Objekt, bei welchem es sich beispielsweise um einen Mensch oder um ein Tier handeln kann. Insbesondere weist eine Bewegung des Objekts in Kombination mit einer Temperatur des Objekts innerhalb eines definierten Temperaturbereichs für lebende Objekte auf ein lebendes Objekt hin. Ein sich bewegendes, nicht lebendes Objekt wäre beispielsweise ein Ball, welcher insbesondere anhand seiner Temperatur von einem lebenden Objekt unterscheidbar sein kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die kontaktlose Energieübertragung in Abhängigkeit von einer relativen Positionierung des Sekundärelements zu dem Primärelement gesteuert wird. Bei dem Sekundärelement und dem Primärelement handelt es sich jeweils um Übertragungselemente zum kontaktlosen Übertragen von elektrischer Energie. Die relative Positionierung des Sekundärelements zu dem Primärelement kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer mittels der Kameraeinrichtung ermittelten Relativposition der Kameraeinrichtung zu dem Primärelement oder dem Sekundärelement und einer jeweiligen fixen Position der Kameraeinrichtung zu dem Sekundärelement bzw. dem Primärelement erfolgen. Das bedeutet, dass die Kameraeinrichtung relativ zu einem ersten der Übertragungselemente, bei welchen es sich um Induktionsspulen handeln kann, fixiert ist und zu dem zweiten Übertragungselement, insbesondere mit dem ersten Übertragungselement zusammen, relativ bewegbar ist. Beispielsweise kann das zweite Übertragungselement, zu welchem die Kameraeinrichtung relativ bewegbar ist, Markierungen aufweisen, anhand welcher die Kameraeinrichtung ihre Relativpositionierung zu dem zweiten Übertragungselement ermittelt. Ist die Kameraeinrichtung an dem Unterbodenbereich des die Fahrzeugbatterie aufweisenden Kraftfahrzeugs angeordnet, so ist die Kameraeinrichtung relativ zu dem Sekundärelement fixiert. Wird das Kraftfahrzeug relativ zu dem Primärelement bewegt, so werden sowohl die Kameraeinrichtung als auch das Sekundärelement relativ zu dem Primärelement bewegt. Mittels der Kameraeinrichtung kann die Relativpositionierung des Sekundärelements zu dem Primärelement ermittelt werden. Die Steuereinrichtung wiederum kann die mittels der Kameraeinrichtung ermittelte Relativpositionierung des Sekundärelements zu dem Primärelement empfangen und in Abhängigkeit von der ermittelten Relativpositionierung die kontaktlose Energieübertragung auslösen oder unterbinden. Somit wird die kontaktlose Energieübertragung von dem Primärelement zu dem Sekundärelement lediglich dann mittels der Steuereinrichtung ausgelöst, wenn das Sekundärelement derart relativ zu dem Primärelement angeordnet ist, dass eine besonders effiziente kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement möglich ist.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs einer Fahrzeugbatterie. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung, insbesondere eine Infrarotsensoreinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine Temperatur eines in einem Zwischenraum zwischen einem Primärelement und einem Sekundärelement angeordneten Objekts zu ermitteln. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, eine kontaktlose Energieübertragung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement in Abhängigkeit von dem Objekt zu steuern. Zur Ermöglichung einer besonders hohen Sicherheit beim kontaktlosen Ladevorgang ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, dem ermittelten Objekt in Abhängigkeit von der Temperatur eine Relevanz zuzuordnen und in Abhängigkeit von der dem ermittelten Objekt zugeordneten Relevanz die kontaktlose Energieübertragung zu steuern. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die kontaktlose Energieübertragung zu unterbinden, sofern die dem Objekt mittels der Steuereinrichtung zugeordnete Relevanz eine definierte Höchstrelevanz überschreitet. Somit ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die kontaktlose Energieübertragung bei einer Relevanz des Objekts unterhalb der definierten Höchstrelevanz bzw. einer Relevanz des Objekts entsprechend der definierten Höchstrelevanz auszulösen. Lediglich beim Überschreiten der definierten Höchstrelevanz durch die Relevanz wird die kontaktlose Energieübertragung unterbrochen, sodass die Vorrichtung eine besonders hohe Verfügbarkeit der kontaktlosen Energieübertragung zum Laden der Fahrzeugbatterie ermöglicht.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine Kameraeinrichtung vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, eine Objekterkennung durchzuführen, bei welcher das ermittelte Objekt einer Objektkategorie zugeordnet wird. Das bedeutet, dass die Vorrichtung die Kameraeinrichtung aufweist. Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der dem ermittelten Objekt zugeordneten Objektkategorie die kontaktlose Energieübertragung zu steuern. Das bedeutet, dass mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der dem Objekt zugeordneten Objektkategorie dem Objekt die Relevanz zugeordnet wird und in Abhängigkeit von der dem ermittelten Objekt zugeordneten Relevanz die kontaktlose Energieübertragung gesteuert wird. Folglich ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die kontaktlose Energieübertragung zu unterbinden, sofern die dem Objekt über die Objektkategorie zugeordnete Relevanz die Höchstrelevanz überschreitet. Somit kann dem Objekt mittels der Vorrichtung die Relevanz besonders vorteilhaft zugeordnet werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung und/oder die Kameraeinrichtung an einem Unterboden eines die Fahrzeugbatterie aufweisenden Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Insbesondere sind die Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung und/oder die Kameraeinrichtung an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet, sofern das Sekundärelement an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Grundsätzlich sind die Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung und/oder die Kameraeinrichtung derart angeordnet, dass sie den Zwischenraum zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement überwachen können. Vorteilhafterweise sind die Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung und/oder die Kameraeinrichtung bei Anordnung an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft vor Beschädigungen geschützt.
-
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung, wie sie bereits in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs einer Fahrzeugbatterie beschrieben worden ist. Eine Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs kann somit aufgrund der hohen Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders schnell mit Energie geladen werden.
-
Die Erfindung umfasst auch Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierbei zeigt die einzige Fig. eine schematische Schnittansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs einer Fahrzeugbatterie, wobei mittels einer Überwachungseinrichtung ein Zwischenraum zwischen einem Primärelement, insbesondere einer Primärspule, und einem Sekundärelement, insbesondere einer Sekundärspule, hinsichtlich eines Vorhandenseins eines Objekts überwacht wird.
-
In der einzigen Fig. ist in einer schematischen Schnittansicht ein Kraftfahrzeug 1, bei welchem es sich vorliegend um ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug handelt, dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Fahrzeugbatterie 2 auf, mittels welcher ein in der einzigen Fig. nicht dargestellter Elektromotor zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 1 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Zum Laden der Fahrzeugbatterie 2 ist als Sekundärelement eine Sekundärspule 3 vorgesehen, welche von einer extern des Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Primärspule 4, bei welcher es sich um ein Primärelement handelt, über ein Magnetfeld 5 im Rahmen einer kontaktlosen, insbesondere induktiven Energieübertragung mit elektrischer Energie versorgt wird. Das bedeutet, dass die Primärspule 4 das Magnetfeld 5 erstellt und die in dem Magnetfeld 5 angeordnete Sekundärspule 3 über das Magnetfeld 5 im Rahmen der kontaktlosen Energieübertragung die elektrische Energie empfängt. Anschließend wird die elektrische Energie von der Sekundärspule 3 an die Fahrzeugbatterie 2 zum Laden der Fahrzeugbatterie 2 übertragen. Um eine besonders hohe Verfügbarkeit der kontaktlosen Energieübertragung von der Primärspule 4 auf die Sekundärspule 3 zu ermöglichen, ist eine Überwachungseinrichtung 6 vorgesehen, mittels welcher ein Zwischenraum 7 zwischen der Primärspule 4 und der Sekundärspule 3 auf ein Vorhandensein eines Objekts 8 hin überwachbar ist. Die Überwachungseinrichtung 6 umfasst zum Überwachen eines kontaktlosen Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie 2 über die kontaktlose Energieübertragung eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung, insbesondere eine Infrarotsensoreinrichtung 9. Darüber hinaus umfasst die Überwachungseinrichtung 6 vorliegend eine Kameraeinrichtung 10, mittels welcher der Zwischenraum 7 visuell in Bildern erfassbar ist. Überdies umfasst die Überwachungseinrichtung 6 eine Steuereinrichtung 11, welche dazu eingerichtet ist, die kontaktlose Energieübertragung von der Primärspule 4 an die Sekundärspule 3 zu steuern. Hierfür ist die Steuereinrichtung 11 vorliegend über eine Funkverbindung 12 mit der Primärspule 4 verbunden, wobei die Steuereinrichtung 11 über die Funkverbindung 12 ein Aufbauen des Magnetfelds 5 mittels der Primärspule 4 zwischen der Primärspule 4 und der Sekundärspule 3 auslösen kann und ein Erstellen des Magnetfelds 5 mittels der Primärspule 4 unterbinden kann.
-
Vorliegend sind die Überwachungseinrichtung 6 und die Sekundärspule 3 an einem Unterboden 13 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Primärspule 4 ist auf einem Untergrund 14, auf welchem das Kraftfahrzeug 1 angeordnet ist, angeordnet.
-
Beim kontaktlosen Laden der Fahrzeugbatterie 2 wird mittels der Kameraeinrichtung 10 der Zwischenraum 7 auf das Vorhandensein des Objekts 8 überprüft. Wird mittels der Kameraeinrichtung 10 ermittelt, dass sich ein Objekt 8 in dem Zwischenraum 7 befindet, so wird mittels der Infrarotsensoreinrichtung 9 die Temperatur des Objekts 8 bestimmt. In Abhängigkeit von der mittels der Infrarotsensoreinrichtung 9 ermittelten Temperatur des Objekts 8 wird dem ermittelten Objekt 8 mittels der Steuereinrichtung 11 eine Relevanz zugeordnet. Die Steuereinrichtung 11 wiederum steuert die kontaktlose Energieübertragung bzw. das Erstellen des Magnetfelds 5 mittels der Primärspule 4 über die Funkverbindung 12 in Abhängigkeit von der dem ermittelten Objekt 8 zugeordneten Relevanz. Die Steuereinrichtung 11 löst somit so lange die kontaktlose Energieübertragung zwischen der Primärspule 4 und der Sekundärspule 3 aus, wie die dem ermittelten Objekt 8 zugeordnete Relevanz eine vorgegebene Höchstrelevanz nicht überschreitet. Die Steuereinrichtung 11 unterbindet die kontaktlose Energieübertragung zwischen der Primärspule 4 und der Sekundärspule 3 lediglich dann, wenn die dem ermittelten Objekt 8 zugeordnete Relevanz die vorgegebene Höchstrelevanz überschreitet. Hierdurch können eine besonders hohe Verfügbarkeit der kontaktlosen Energieübertragung und somit ein besonders zeiteffizienter Ladevorgang der Fahrzeugbatterie 2 erreicht werden.
-
Zum Ermitteln der Relevanz für das in dem Zwischenraum 7 ermittelte Objekt 8 kann mittels der Kameraeinrichtung 10 eine Objekterkennung durchgeführt werden, bei welcher das ermittelte Objekt 8 einer Objektkategorie zugeordnet wird. Bei dieser Objekterkennung kann eine Bewegung des Objekts 8 mittels der Kameraeinrichtung 10 erfasst werden und das ermittelte Objekt 8 in Abhängigkeit von der erfassten Bewegung des Objekts 8 und der ermittelten Temperatur des Objekts 8 einer ersten Objektkategorie, welche lebende Objekte charakterisiert, oder einer zweiten Objektkategorie, welche nicht lebende Objekte charakterisiert, zugeordnet werden. Wird das Objekt 8 als lebendes Objekt eingestuft, dann wird dem Objekt 8 eine hierzu korrespondierende Relevanz zugeordnet, welche insbesondere oberhalb einer definierten Höchstrelevanz liegt, sodass mittels der Steuereinrichtung 11 die kontaktlose Energieübertragung unterbunden wird, sobald das Objekt 8 als lebendes Objekt eingestuft wird. Wird das Objekt 8 in Abhängigkeit von dessen Bewegung und/oder dessen Temperatur mittels der Kameraeinrichtung 10 als nicht lebendes Objekt eingestuft, so kann im Rahmen der Objekterkennung eine Metalldetektion erfolgen. Zum Detektieren, ob es sich bei dem Objekt 8 um ein metallisches Objekt handelt, oder ob das ermittelte Objekt 8 zumindest wenigstens einen metallischen Bereich aufweist, wird das Magnetfeld 5 zwischen der Primärspule 4 und der Sekundärspule 3 graduell verstärkt. Während der graduellen Verstärkung des Magnetfelds 5 wird gleichzeitig kontinuierlich die Temperatur des Objekts 8 mittels der Infrarotsensoreinrichtung 9 erfasst. Wird mittels der Steuereinrichtung 11 eine Korrelation zwischen der graduellen Verstärkung des Magnetfelds 5 und einer Temperaturentwicklung des Objekts 8 ermittelt - was auf Metalle hindeutet - wird mittels der Steuereinrichtung 11 das ermittelte Objekt 8 als metallisches Objekt eingestuft. Anschließend kann die Steuereinrichtung 11 aufgrund der Einstufung des Objekts 8 als metallisches Objekt die kontaktlose Energieübertragung unterbinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 11 die kontaktlose Energieübertragung unterbinden, sofern die Temperatur des ermittelten Objekts 8 eine definierte Höchsttemperatur überschreitet.
-
Mittels der Überwachungseinrichtung 6 kann eine relative Positionierung der Sekundärspule 3 zu der Primärspule 4 ermittelt werden und die kontaktlose Energieübertragung zwischen der Primärspule 4 und der Sekundärspule 3 mittels der Steuereinrichtung 11 in Abhängigkeit von der ermittelten relativen Positionierung gesteuert werden. Vorliegend weist die Überwachungseinrichtung 6 eine definierte Relativpositionierung zur Sekundärspule 3 auf, welche in der Steuereinrichtung 11 hinterlegt ist. Darüber hinaus wird mittels der Kameraeinrichtung 10 die relative Positionierung der Primärspule 4 zur Sekundärspule 3 oder zur Überwachungseinrichtung 6 ermittelt. Für eine besonders vorteilhafte Ermittlung der relativen Positionierung der Primärspule 4 relativ zur Sekundärspule 3 oder zur Überwachungseinrichtung 6 weist die Primärspule 4 vorliegend eine Markierung 15 auf, welche mittels der Kameraeinrichtung 10 erfassbar und mittels der Steuereinrichtung 11 erkennbar beziehungsweise analysierbar ist. In Abhängigkeit von der relativen Positionierung der Primärspule 4 zur Sekundärspule 3 löst die Steuereinrichtung 11 die kontaktlose Energieübertragung aus oder unterbricht die kontaktlose Energieübertragung. Die kontaktlose Energieübertragung wird mittels der Steuereinrichtung 11 somit lediglich dann ausgelöst, wenn die relative Positionierung der Sekundärspule 3 zur Primärspule 4 einer vorgegebenen Sollrelativpositionierung der Sekundärspule 3 zur Primärspule 4 entspricht.
-
Dem beschriebenen Kraftfahrzeug 1 mit der Überwachungseinrichtung 6 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine gesamte Sensorik für Positionierung, Metallobjekterkennung und Lebendobjekterkennung heutiger induktiver Ladesysteme derzeit auf drei unabhängige Systeme verteilt ist. Eine heutige Zwischenraumüberwachung besteht aus zwei Systemen, einem zur Erkennung von Metallobjekten und einem zur Erkennung zur Lebendobjekten. Eine Metallobjekterkennung kann über Spulensysteme in eine Infrastrukturladeplatte, welche ein elektromagnetisches Feld erzeugen kann, erfolgen. Metallobjekte innerhalb des elektromagnetischen Felds verändern das elektromagnetische Feld, was über Sensorspulen des Spulensystems detektiert werden kann. Die Metallobjekterkennung über Spulensysteme ist sehr aufwendig und komplex. Das hierbei erzeugte elektromagnetische Feld kann durch andere Metallobjekte wie das Fahrzeug selbst, eine Umgebung des Fahrzeugs, wie ein Stahlbetonboden und die Infrastrukturplatte selbst beeinflusst werden. Alle diese Einflüsse müssen bei der Metallobjekterkennung kompensiert werden. Hierbei kann sich insbesondere eine Erfassung und Kompensation einer magnetischen Signatur des Fahrzeugs als aufwendig gestalten und zu Lasten einer Genauigkeit bzw. einer Auflösung gehen. Hierdurch kann insbesondere eine Erkennung von kleinen Objekten, insbesondere während des Ladevorgangs, eingeschränkt werden. Zudem ist auch ein Erfassungsbereich der Metallobjekterkennung entlang einer Fahrzeughöhe relativ gering. Für eine Erkennung von Lebendobjekten werden derzeit Ultraschallsensoren und Radarsensoren verwendet, welche Bewegungen detektieren und in Abhängigkeit von den detektierten Bewegungen auf lebende Objekte schließen. Die Verwendung von Ultraschallsensoren und Radarsensoren für die Erkennung von Lebendobjekten bietet unter anderem keine Unterscheidung von Lebendobjekten und Totobjekten, da die Erkennung von Lebendobjekten lediglich auf Bewegungen reagiert. Somit kann nicht zwischen einem Haustier oder einem rollenden Kunststoffball unterschieden werden. Dies geht massiv zu Lasten einer Robustheit des Systems zur Erkennung von Lebendobjekten. Heutige Systeme für eine Positionierung von Fahrzeugen relativ zu der Infrastrukturladeplatte können mit Funktechnik arbeiten. Hierzu werden Funksignale auf spezifischen Frequenzen über Sendeantennen und Empfangsantennen zwischen Fahrzeug und Infrastrukturplatte ausgetauscht und ausgewertet. Die Positionierung mittels des heutigen Systems für die Positionierung des Fahrzeugs über ein Funksystem ist ebenfalls stark umgebungsabhängig und benötigt - wie das System zur Metallobjekterkennung - ebenfalls eine Kompensation von Einflüssen durch das Fahrzeug. Zudem ist gerade eine Genauigkeit im Nahfeld und somit direkt im Bereich über der Infrastrukturplatte, eingeschränkt.
-
Im Gegensatz zum Stand der Technik dient die Überwachungseinrichtung 6 und insbesondere die Kameraeinrichtung 10 einer Erkennung der Primärspule 4 für eine Positionierung des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere über die Markierung 15, einer Erkennung von Bewegungen in dem Zwischenraum 7 und einer Erkennung von dem Objekt 8 durch Bildänderungen um zu detektieren, ob sich das Objekt 8 bewegt. Die Überwachungseinrichtung 6 umfasst die Infrarotsensoreinrichtung 9 um Temperaturen, insbesondere die Temperatur des ermittelten Objekts 8 in dem Zwischenraum 7 zu überwachen. Hiermit kann zwischen einem lebenden und somit warmen Objekt und einem nicht lebenden Objekt, insbesondere einem Gegenstand, unterschieden werden. Die kontaktlose Energieübertragung wird mittels der Steuereinrichtung 11 nicht nur in Abhängigkeit von der Bewegung des ermittelten Objekts 8 sondern auch in Abhängigkeit von der Temperatur des ermittelten Objekts 8 gesteuert, um so zwischen einem lebenden Objekt und einem toten Objekt, insbesondere einem rollenden Ball unterscheiden, zu können. Dies dient einer besonders hohen Verfügbarkeit der kontaktlosen Energieübertragung zum Laden der Fahrzeugbatterie 2. Mittels der Infrarotsensoreinrichtung 9 können des Weiteren kritische Temperaturen, insbesondere Flammpunkte, des jeweils ermittelten Objekts 8 ermittelt werden, welche durch eine Erwärmung von Metallbereichen des ermittelten Objekts 8 im aktiven Magnetfeld 5 erreicht werden können. Eine Detektion von kritischen Temperaturen an einem Metall aufweisenden Objekt kann mit einem langsamen Hochfahren einer Ladeleistung der Primärspule 4 kombiniert werden, um ein rechtzeitiges Abschalten des Magnetfelds 5 zu ermöglichen. Hierdurch kann das Magnetfeld 5 eindeutig als Ursache für die Erwärmung von Metall umfassenden Objekten bestimmt werden. Die Detektion von Metallobjekten basiert darauf, das Magnetfeld 5 mit niedriger Leistung zu erzeugen, und eine Temperaturänderung des Objekts 8 zu ermitteln. Die kontaktlose Energieübertragung kann bei der Detektion eines Metall enthaltenden Objekts lediglich bei Überschreiten einer für das Metall enthaltene Objekt vorgegebenen Höchsttemperatur unterbunden werden.
-
Mittels der beschriebenen Überwachungseinrichtung 6 kann eine Positionierungserkennung, Metallobjekterkennung und Lebendobjekterkennung durchgeführt werden, sodass nicht wie im Stand der Technik drei einzelne Systeme benötigt werden. Dies führt folglich zu einer Kosteneinsparung im Vergleich zum Stand der Technik. Darüber hinaus können bereits derzeit in Kraftfahrzeugen vorhandene Systeme zur Erkennung einer Bodenbeschaffenheit, wie eine Unterbodenkamera, für die Überwachungseinrichtung 6 als Kameraeinrichtung 10 verwendet werden.
-
Die Überwachungseinrichtung 6 ermöglicht eine besonders hohe Verfügbarkeit der kontaktlosen Energieübertragung von der Primärspule 4 auf die Sekundärspule 3, da die kontaktlose Energieübertragung lediglich dann unterbrochen wird, wenn ein tatsächlich relevantes Objekt 8 mit einer Relevanz oberhalb der definierten Höchstrelevanz erkannt wird. Zudem kann ein Unterbinden der kontaktlosen Energieübertragung lediglich bei Erkennung einer tatsächlichen Gefährdung, wie einem Erreichen einer kritischen Temperatur, und nicht aufgrund einer Detektion eines lediglich potenziell gefährlichen Objekts, erfolgen. Des Weiteren haben äußere Einflüsse durch andere Metallobjekte, wie eine magnetische Signatur des Fahrzeugs, keinen Einfluss auf die Detektion eines Metallobjekts mittels der Überwachungseinrichtung 6, weshalb die Überwachungseinrichtung 6 besonders robust ist.
-
Für eine Umsetzung der Überwachungseinrichtung 6 sollte die Kameraeinrichtung 10 zumindest eine Kamera im Unterboden 13 des Kraftfahrzeugs 1 umfassen. Mittels der Kameraeinrichtung 10 wird der Zwischenraum 7 überwacht. Für die Überwachung des Zwischenraums 7 kann eine Bilderkennungssoftware verwendet werden, mittels welcher sowohl die Primärspule 4 als auch das Objekt 8 sowie die Bewegung des Objekts 8 erkannt werden können. Für die Erkennung der Primärspule 4 kann die Markierung 15 an der Primärspule 4 angeordnet werden. Um Lebendobjekte und kritische Temperaturen zu detektieren, wird die Infrarotsensoreinrichtung 9 eingesetzt. Die mittels der Kameraeinrichtung 10 ermittelte Bewegung des Objekts 8 kann mittels der Steuereinrichtung 11 mit der Temperaturmessung des Objekts 8 mittels der Infrarotsensoreinrichtung 9 abgeglichen werden, um lebende von nicht lebenden Objekten zu unterscheiden. Zusätzlich kann die Ladeleistung der kontaktlosen Energieübertragung beim Ladestart und somit beim Starten der kontaktlosen Energieübertragung langsam hochgefahren werden und somit kontinuierlich von einem definierten Anfangswert bis zu einem definierten Endwert gesteigert werden, um eine Temperaturerhöhung von Metall umfassenden Objekten rechtzeitig zu erkennen, bevor die kritische Temperatur für das jeweilige Metall aufweisende Objekt erreicht wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202009009689 U1 [0002]
- DE 102016009666 A1 [0003]
- DE 102014201821 A1 [0004]
