DE102019212862A1 - Charging device and method for operating a charging device - Google Patents
Charging device and method for operating a charging device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019212862A1 DE102019212862A1 DE102019212862.9A DE102019212862A DE102019212862A1 DE 102019212862 A1 DE102019212862 A1 DE 102019212862A1 DE 102019212862 A DE102019212862 A DE 102019212862A DE 102019212862 A1 DE102019212862 A1 DE 102019212862A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cover
- charging
- temperature
- temperature distribution
- charging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
- B60L53/12—Inductive energy transfer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/30—Constructional details of charging stations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/30—Constructional details of charging stations
- B60L53/302—Cooling of charging equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/30—Constructional details of charging stations
- B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
- B60L53/38—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles specially adapted for charging by inductive energy transfer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
- G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
- G01K1/026—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
- G01K3/005—Circuits arrangements for indicating a predetermined temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
- H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
- H02H5/042—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature using temperature dependent resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K2213/00—Temperature mapping
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/12—Electric charging stations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (10) zum induktiven Übertragen einer elektrischen Energie von einer elektrischen Energiequelle zu einer Empfangsvorrichtung (16). Die Ladevorrichtung (10) umfasst zumindest eine Ladespule (12) und eine die Ladespule (12) gegen einen Außenbereich (26) abgrenzende Abdeckung (14). Die Ladespule (12) ist dazu eingerichtet, zum Übertragen der Energie aus der Energiequelle einen Ladestrom (20) zu empfangen, wodurch ein den Außenbereich (26) zumindest bereichsweise durchdringendes magnetisches Wechselfeld (22) erzeugt wird. An einer von dem Außenbereich (26) abgewandten Fläche der Abdeckung (14) sind thermisch mit der Abdeckung (14) gekoppelte Temperatursensoren (28) angeordnet. Eine Ausleseeinheit (30) ist dazu ausgebildet, aus den Temperatursensoren (28) jeweils einen Einzelwert auszulesen, basierend auf den Einzelwerten eine flächige Temperaturverteilung (36) entlang der Abdeckung (14) zu bilden, die Temperaturverteilung (36) mit einer Referenztemperaturverteilung (38) zu vergleichen und bei Überschreiten einer zulässigen Abweichung (40) der Temperaturverteilung (36) von der Referenztemperaturverteilung (38) den Empfang des Ladestroms (20) zu unterbrechen.The invention relates to a charging device (10) for inductively transmitting electrical energy from an electrical energy source to a receiving device (16). The charging device (10) comprises at least one charging coil (12) and a cover (14) delimiting the charging coil (12) from an outer region (26). The charging coil (12) is set up to receive a charging current (20) in order to transmit the energy from the energy source, whereby an alternating magnetic field (22) penetrating the outer area (26) at least in certain areas is generated. Temperature sensors (28) thermally coupled to the cover (14) are arranged on a surface of the cover (14) facing away from the outer region (26). A readout unit (30) is designed to read out an individual value from the temperature sensors (28), based on the individual values, to form a flat temperature distribution (36) along the cover (14), the temperature distribution (36) with a reference temperature distribution (38) to compare and when a permissible deviation (40) of the temperature distribution (36) from the reference temperature distribution (38) is exceeded, the reception of the charging current (20) is interrupted.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum induktiven Übertragen einer elektrischen Energie von einer elektrischen Energiequelle zu einer Empfangsvorrichtung, beispielsweise zu einem elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Die Ladevorrichtung weist zumindest eine Ladespule oder Primärspule und eine die Ladespule gegen einen Außenbereich abgrenzende Abdeckung auf. Die Ladespule ist dazu eingerichtet, zum Übertragen der Energie aus der Energiequelle einen Ladestrom zu empfangen, wodurch ein den Außenbereich zumindest bereichsweise durchdringendes magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladevorrichtung.The invention relates to a charging device for inductively transmitting electrical energy from an electrical energy source to a receiving device, for example to an electrical energy store of an at least partially electrically driven motor vehicle. The charging device has at least one charging coil or primary coil and a cover delimiting the charging coil from an outer area. The charging coil is set up to receive a charging current in order to transmit the energy from the energy source, whereby an alternating magnetic field penetrating at least in some areas of the outer area is generated. The invention also relates to a method for operating such a charging device.
Zum induktiven Übertragen elektrischer Energie, insbesondere zum induktiven elektrischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers einer Empfangsvorrichtung, ist es bekannt, Spulenanordnungen zu verwenden, welche aus einer jeweiligen Primär- und einer jeweiligen Sekundärspule bestehen. Die Primärspule ist in einer solchen Anordnung Teil einer Ladevorrichtung und dazu ausgebildet, aus einer Energiequelle, beispielsweise aus einem Stromnetz, einen elektrischen Strom oder Ladestrom zu empfangen. Hierdurch wird in Wicklungen der Ladespule ein elektrischer Stromfluss erzeugt, welcher wiederrum ein magnetisches Feld bedingt. Handelt es sich bei dem Ladestrom um einen Wechselstrom, so wird dementsprechend ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Sekundärspule ist in einer solchen Anordnung Teil der Empfangsvorrichtung und wird zum Übertragen der elektrischen Energie innerhalb dieses magnetischen Wechselfelds positioniert, so dass durch das magnetische Wechselfeld ein Stromfluss in ihr erzeugt oder induziert wird. Dieser elektrische Stromfluss wird nun bevorzugt dazu verwendet, den elektrischen Energiespeicher der Empfangsvorrichtung elektrisch aufzuladen. Mit anderen Worten wird mittels des magnetischen Wechselfeldes elektrische Energie aus der Energiequelle zu der Empfangsvorrichtung übertragen. Das beschriebene Vorgehen wird im Zusammenhang mit dem berührungslosen elektrischen Aufladen elektrischer Energiespeicher oder Akkumulatoren (kurz Akkus) und insbesondere im Bereich der induktiven Ladesysteme zum berührungslosen elektrischen Aufladen elektrischer Energiespeicher von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen verwendet.For inductive transmission of electrical energy, in particular for inductive electrical charging of an electrical energy store of a receiving device, it is known to use coil arrangements which consist of a respective primary and a respective secondary coil. In such an arrangement, the primary coil is part of a charging device and is designed to receive an electrical current or charging current from an energy source, for example from a power grid. As a result, an electrical current flow is generated in the windings of the charging coil, which in turn causes a magnetic field. If the charging current is an alternating current, an alternating magnetic field is generated accordingly. In such an arrangement, the secondary coil is part of the receiving device and is positioned within this alternating magnetic field in order to transmit the electrical energy, so that a current flow is generated or induced in it by the alternating magnetic field. This electrical current flow is now preferably used to electrically charge the electrical energy store of the receiving device. In other words, electrical energy is transmitted from the energy source to the receiving device by means of the alternating magnetic field. The procedure described is used in connection with the contactless electrical charging of electrical energy stores or accumulators (batteries for short) and in particular in the field of inductive charging systems for the contactless electrical charging of electrical energy stores of at least partially electrically powered motor vehicles.
Induktive Ladesysteme zum Aufladen elektrischer Energiespeicher von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen sind bevorzugt dazu ausgelegt, elektrische Leistungen (Energiemenge pro Zeiteinheit) im Kilowattbereich zu übertragen. Eine jeweilige Sekundärspule ist dabei bevorzugt im Bereich eines Unterbodens eines solchen Kraftfahrzeugs angeordnet. Konstruktionsbedingt weist eine solche Sekundärspule eine Fläche von weniger als 2 m2, insbesondere 0,05 bis 1 m2 auf. Aufgrund dieser begrenzten Fläche, die zur Energieübertragung genutzt werden kann, sind die zur Übertragung der elektrischen Leistung benötigten elektromagnetischen Feldstärken sehr hoch. Befinden sich nun elektrisch leitende Objekte, insbesondere Metallobjekte, in dem magnetischen Wechselfeld, so kann durch das magnetische Wechselfeld ein Stromfluss, insbesondere ein Wirbelstrom, in einem solchen elektrisch leitenden Objekt induziert werden. Der Stromfluss führt zu einer Erwärmung oder Hitzeentwicklung des Objekts. Eine zuverlässige Erkennung elektrisch leitender Objekte oder eine Metallobjekterkennung ist demnach für einen sicheren Betrieb eines beschriebenen induktiven Ladesystems unabdingbar.Inductive charging systems for charging electrical energy stores in at least partially electrically driven motor vehicles are preferably designed to transmit electrical power (amount of energy per unit of time) in the kilowatt range. A respective secondary coil is preferably arranged in the area of an underbody of such a motor vehicle. Due to the design, such a secondary coil has an area of less than 2 m 2 , in particular 0.05 to 1 m 2 . Because of this limited area that can be used for energy transmission, the electromagnetic field strengths required for the transmission of electrical power are very high. If there are electrically conductive objects, in particular metal objects, in the magnetic alternating field, the magnetic alternating field can induce a current flow, in particular an eddy current, in such an electrically conductive object. The current flow leads to heating or heat development of the object. A reliable detection of electrically conductive objects or a metal object detection is therefore essential for the safe operation of a described inductive charging system.
Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, zur Metallobjekterkennung eine durch ein jeweiliges Metallobjekt verursachte Verzerrung des magnetischen Wechselfeldes zu detektieren. So beschreibt beispielsweise die
Daneben sind auch Anordnungen bekannt, mittels derer eine Temperatur oder eine Temperaturänderung eines Bereichs zwischen Primär- und Sekundärspule erfasst werden kann. Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unvorhergesehene Wärmeentwicklung oder Hitzeentwicklung im Bereich einer Ladevorrichtung der eingangs beschriebenen Art zuverlässig zu detektieren und zu lokalisieren.The invention is based on the object of reliably detecting and localizing an unforeseen heat development or heat development in the area of a charging device of the type described above.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous further developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.
Durch die Erfindung ist eine Ladevorrichtung zum induktiven Übertragen einer elektrischen Energie von einer elektrischen Energiequelle zu einer Empfangsvorrichtung bereitgestellt. Die Ladevorrichtung weist zumindest eine Ladespule und eine die Ladespule gegen einen Außenbereich abgrenzende Abdeckung auf. Eine jeweilige Empfangsvorrichtung kann beispielsweise eine Sekundärspule zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs umfassen. Die Ladevorrichtung ist bevorzugt als eine von einem solchen Kraftfahrzeug befahrbare oder überfahrbare Ladevorrichtung ausgebildet. Die Abdeckung weist mit anderen Worten eine Stabilität oder Eigensteifigkeit auf und ist dazu ausgebildet, ein solches Kraftfahrzeug zumindest zeitweise zu tragen.The invention provides a charging device for inductively transmitting electrical energy from an electrical energy source to a receiving device. The charging device has at least one charging coil and a cover delimiting the charging coil from an outer area. A respective receiving device can, for example, comprise a secondary coil for charging an electrical energy store of an at least partially electrically driven motor vehicle. The charging device is preferably designed as a charging device which such a motor vehicle can drive on or drive over. In other words, the cover has stability or inherent rigidity and is designed to carry such a motor vehicle at least temporarily.
Die Ladespule oder Primärspule der Ladevorrichtung ist dazu eingerichtet, zum Übertragen der Energie aus der Energiequelle einen Ladestrom zu empfangen, wodurch ein den Außenbereich zumindest bereichsweise durchdringendes magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Wie oben beschrieben, kann die Energiequelle beispielsweise ein Stromnetz sein. Auf diese Weise kann eine elektrische Leistung im Bereich von mehreren Kilowatt an einen elektrischen Energiespeicher eines beschriebenen Kraftfahrzeugs übertragen werden. Während des induktiven Ladevorgangs kann es aufgrund der variierenden magnetischen Flussdichte entlang der Abdeckung zu einer heterogenen Erwärmung oder zu örtlichen Temperaturerhöhungen im Bereich der Abdeckung kommen. Diese Temperaturverteilung oder Referenztemperaturverteilung entsteht also aufgrund bekannter konstruktionsbedingter Schwankungen der magnetischen Flussdichte entlang der Abdeckung.The charging coil or primary coil of the charging device is set up to receive a charging current in order to transmit the energy from the energy source, whereby an alternating magnetic field penetrating at least in certain areas of the outside is generated. As described above, the energy source can be a power grid, for example. In this way, electrical power in the range of several kilowatts can be transmitted to an electrical energy store of a motor vehicle described. During the inductive charging process, the varying magnetic flux density along the cover can result in heterogeneous heating or local temperature increases in the area of the cover. This temperature distribution or reference temperature distribution thus arises due to known construction-related fluctuations in the magnetic flux density along the cover.
Erfindungsgemäß ist an einer von dem Außenbereich abgewandten Fläche der Abdeckung eine Vielzahl von thermisch mit der Abdeckung gekoppelten Temperatursensoren angeordnet. Die Temperatursensoren sind mit anderen Worten an einer in Gebrauchsstellung unten liegenden Fläche der Abdeckung angeordnet, so dass sie durch eine Überfahrt eines eingangs beschriebenen Kraftfahrzeugs nicht beschädigt werden. Eine Ausleseeinheit oder Ausleseschaltung ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, aus den Temperatursensoren jeweils einen Einzelwert auszulesen. Mit anderen Worten kann ein jeder der Temperatursensoren einzeln ausgelesen werden. Die Ausleseeinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf den Einzelwerten eine flächige Temperaturverteilung entlang der Abdeckung zu bilden. Die flächige Temperaturverteilung kann dabei beispielsweise durch die Ausleseeinheit berechnet oder auf Grundlage der Einzelwerte und in Abhängigkeit von einer bekannten Wärmeleitfähigkeit der Abdeckung extrapoliert werden. Mit anderen Worten ist die Ausleseeinheit dazu eingerichtet, für jeden Punkt der Abdeckung einen Temperaturwert aus einem Einzelwert eines dem Punkt nächstgelegenen Temperatursensors abzuleiten.According to the invention, a plurality of temperature sensors thermally coupled to the cover are arranged on a surface of the cover facing away from the outer region. In other words, the temperature sensors are arranged on a surface of the cover that is at the bottom in the position of use, so that they are not damaged when a motor vehicle is driven over. According to the invention, a readout unit or readout circuit is designed to read out an individual value from each of the temperature sensors. In other words, each of the temperature sensors can be read out individually. The readout unit is set up to form a surface temperature distribution along the cover based on the individual values. The surface temperature distribution can for example be calculated by the readout unit or extrapolated on the basis of the individual values and as a function of a known thermal conductivity of the cover. In other words, the readout unit is set up to derive a temperature value for each point of the cover from an individual value of a temperature sensor closest to the point.
Die Vielzahl an Einzelwerten und/oder extrapolierten oder abgeleiteten Temperaturwerten kann die Ausleseeinheit zu einer Temperaturverteilung entlang der Abdeckung oder zu einer Temperaturverteilungskarte zusammensetzen. Die Temperaturverteilung kann als eine Landkarte visualisiert werden, welche eine Topografie einer Landoberfläche wiedergibt. Ein Berg auf dieser Landkarte entspräche gemäß dieser Analogie einem hohen Temperaturwert oder Einzelwert, während ein Tal einem niedrigen Temperaturwert oder einem niedrigen Einzelwert entspräche.The readout unit can combine the multitude of individual values and / or extrapolated or derived temperature values to form a temperature distribution along the cover or to form a temperature distribution map. The temperature distribution can be visualized as a map showing a topography of a land surface. According to this analogy, a mountain on this map would correspond to a high temperature value or a single value, while a valley would correspond to a low temperature value or a low single value.
Die Ausleseeinheit ist nun erfindungsgemäß dazu eingerichtet, die so gebildete flächige Temperaturverteilung entlang der Abdeckung mit der genannten Referenztemperaturverteilung zu vergleichen. Bei Überschreiten einer vorbestimmten oder zulässigen Abweichung der Temperaturverteilung von der Referenztemperaturverteilung kann die Ausleseeinheit den Empfang des Ladestroms unterbrechen. Mit anderen Worten ist die Ausleseeinheit dazu eingerichtet, einen jeweiligen Ladevorgang zu unterbrechen oder zu beenden, wenn eine Abweichung zwischen der Temperaturverteilung und der Referenztemperaturverteilung einen vorbestimmten oder zulässigen Grenzwert überschreitet. Dabei ist bevorzugt einem jeweiligen Einzelwert ein jeweiliger Referenzwert zugeordnet. Es kann also jedem Messort und damit jedem Temperatursensor ein eigener Referenzwert zugeordnet sein. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft, dass punktuelle Unterschiede zwischen Temperaturverteilung und Referenztemperaturverteilung erfasst werden können. Zudem kann vorteilhaft eine normale örtliche Temperaturerhöhung im Betrieb der Ladevorrichtung berücksichtigt werden. Der Vergleich kann beispielsweise durch einfache Subtraktion von jeweils erfasstem Einzelwert und Referenzwert gebildet werden. Ergibt eine solche Subtraktion einen Wert, der eine zulässige Abweichung überschreitet oder größer als ein zulässiger Unterschied ist, so kann die Ausleseeinheit oder Ausleseschaltung beispielsweise ein Schaltelement ansteuern und so den Empfang des Ladestroms unterbrechen.According to the invention, the read-out unit is now set up to compare the surface temperature distribution thus formed along the cover with the mentioned reference temperature distribution. If a predetermined or permissible deviation of the temperature distribution from the reference temperature distribution is exceeded, the readout unit can interrupt the reception of the charging current. In other words, the readout unit is set up to interrupt or terminate a respective charging process if a deviation between the temperature distribution and the reference temperature distribution exceeds a predetermined or permissible limit value. A respective reference value is preferably assigned to a respective individual value. A separate reference value can therefore be assigned to each measuring location and thus to each temperature sensor. This advantageously results in that punctual differences between temperature distribution and reference temperature distribution can be detected. In addition, a normal local temperature increase during operation of the charging device can advantageously be taken into account. The comparison can be formed, for example, by simply subtracting the respectively recorded individual value and the reference value. If such a subtraction results in a value that exceeds a permissible deviation or is greater than a permissible difference, the readout unit or readout circuit can, for example, trigger a switching element and thus interrupt the reception of the charging current.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Ausleseeinheit dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Ladestromstärke gemäß einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion einem jeweiligen maximalen Temperaturwert zuzuordnen und den Empfang des Ladestroms in Abhängigkeit von dem maximalen Temperaturwert und der Temperaturverteilung zu unterbrechen. Der maximale Temperaturwert wird dazu benutzt, zu unterscheiden, ob eine anhand der Einzelwerte erkannte heiße Stelle (Hot Spot) überhaupt von dem Magnetfeld des aktuellen Ladestroms verursacht worden sein kann. Konstruktionsbedingt sind entlang der Abdeckung unterschiedliche magnetische Flussdichten zu erwarten. Befindet sich nun ein metallisches oder anderweitig elektrisch leitendes Objekt im Bereich der Abdeckung, so wird in dem Objekt durch das magnetische Wechselfeld ein Wirbelstrom induziert, dessen Stärke von der magnetischen Flussdichte an der jeweiligen Stelle oder Position der Abdeckung, an der sich das Objekt befindet, abhängt. Mit anderen Worten wird das Objekt an unterschiedlichen Stellen der Abdeckung unterschiedlich stark aufgeheizt. Die maximal erreichbaren Temperaturwerte unterscheiden sich also entlang der Abdeckung. Die genannte Zuordnungsfunktion berücksichtigt vorteilhaft diesen Zusammenhang. Eine bestimmte Ladestromstärke kann mittels der Zuordnungsfunktion zu einem an einer jeweiligen Stelle der Abdeckung maximal möglichen Temperaturwert zugeordnet werden. Hierdurch wird vorteilhaft eine Fehlauslösung vermieden. Kommt es nämlich zum Beispiel dazu, dass durch partielles Aufheizen, beispielsweise durch eine abgeschattete Sonneneinstrahlung, an einer bestimmten Stelle der Abdeckung ein Überschreiten der zulässigen Abweichung zwischen Temperaturverteilung und Referenztemperaturverteilung stattfindet, so führt dieses Überschreiten in vorteilhafter Weise nicht zu einem Unterbrechen des Empfangs des Ladestroms und somit nicht zu einer Abschaltung der Ladevorrichtung, sofern die aktuelle Ladestromstärke zu gering ist, um der erfassten Hitzeentwicklung an dieser Stelle zugrunde liegen zu können. Dies wird anhand des Vergleichs der Einzelwerte mit dem maximalen Temperaturwert erkannt.One embodiment provides that the readout unit is designed to read a current To assign charging current strength according to a predetermined assignment function to a respective maximum temperature value and to interrupt the reception of the charging current as a function of the maximum temperature value and the temperature distribution. The maximum temperature value is used to distinguish whether a hot spot identified on the basis of the individual values could have been caused by the magnetic field of the current charging current at all. Depending on the design, different magnetic flux densities are to be expected along the cover. If there is a metallic or otherwise electrically conductive object in the area of the cover, an eddy current is induced in the object by the alternating magnetic field, the strength of which depends on the magnetic flux density at the respective location or position of the cover where the object is located. depends. In other words, the object is heated to different degrees at different points on the cover. The maximum achievable temperature values therefore differ along the cover. The mentioned assignment function advantageously takes this relationship into account. A certain charging current intensity can be assigned to a maximum possible temperature value at a respective point of the cover by means of the assignment function. This advantageously avoids false triggering. If, for example, the permissible deviation between the temperature distribution and the reference temperature distribution is exceeded at a certain point on the cover due to partial heating, for example due to shaded solar radiation, this exceeding advantageously does not lead to an interruption of the reception of the charging current and thus not to a shutdown of the charging device if the current charging current is too low to be able to be based on the detected heat development at this point. This is recognized by comparing the individual values with the maximum temperature value.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Abdeckung eine Vielzahl von aneinander angrenzenden Teilabschnitten oder Regionen oder Zonen aufweist, wobei die innerhalb eines jeweiligen Teilabschnitts zulässige Abweichung in Abhängigkeit von der Position des jeweiligen Teilabschnitts entlang der Abdeckung variiert. Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zugrunde, dass es im Betrieb einer Ladevorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufgrund einer räumlichen Verteilung von magnetischen Flussdichten zu vorhergesehenen oder normalen örtlichen Erwärmungen kommen kann. Solche normalen örtlichen Erwärmungen sollen nicht zu einer Unterbrechung des Ladestroms führen. Daher wird in der hier beschriebenen Ausführungsform vorteilhaft innerhalb von sich in einem Normalbetrieb bekanntermaßen erwärmenden Bereichen oder Teilabschnitten der Abdeckung die zulässige Abweichung heraufgesetzt. Mit anderen Worten ist die durch eine jeweilige zulässige Abweichung definierte Toleranz entlang der Abdeckung variabel.A further embodiment provides that the cover has a plurality of mutually adjoining subsections or regions or zones, the deviation permissible within a respective subsection varying as a function of the position of the respective subsection along the cover. This embodiment is based on the consideration that when a charging device of the type described at the outset is in operation, due to a spatial distribution of magnetic flux densities, anticipated or normal local heating can occur. Such normal local heating should not lead to an interruption of the charging current. Therefore, in the embodiment described here, the permissible deviation is advantageously increased within areas or subsections of the cover that are known to heat up during normal operation. In other words, the tolerance defined by a respective permissible deviation is variable along the cover.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass ein jeweiliger Temperatursensor als ein temperatursensitiver elektrischer Widerstand ausgebildet und elektrisch leitend mit der Ausleseeinheit verbunden ist. Ein temperatursensitiver elektrischer Widerstand kann beispielsweise als ein Heißleiter oder als ein Kaltleiter ausgebildet sein. Heißleiter sind spezielle elektrische Widerstände, die bei hohen Temperaturen Strom besser leiten als bei tiefen Temperaturen. Heißleiter sind auch unter dem englischen Namen „negative temperature coefficient thermistors (NTC)“ bekannt. Kaltleiter hingegen leiten bei geringer Temperatur besser als bei höherer Temperatur. Kaltleiter sind auch als „positive temperature coefficient thermistors (PTC)“ bekannt. Ein solcher NTC-Widerstand oder PTC-Widerstand kann beispielsweise bei der Fertigung kalibriert werden, so dass ein vorbestimmter elektrischer Widerstand des Bauteils (NTC oder PTC) von beispielsweise 10 kOhm bei 25°C eingestellt wird. Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform ist die Ausleseeinheit dazu ausgebildet, eine Änderung einer elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen elektrischen Widerstands als Einzelwert zu erfassen. Der jeweilige elektrische Widerstand in einem NTC oder PTC wird dabei nicht direkt gemessen, sondern aus einer an dem jeweiligen NTC oder PTC erfassten Stromstärke oder abgegriffenen elektrischen Spannung abgeleitet. So kann mittels der elektrischen Widerstände sowohl eine absolute Temperatur (bei erfolgter Kalibrierung) oder auch eine gegenüber einem Ausgangswert erfolgte Temperaturänderung, beispielsweise innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls, erfasst werden. Wird beispielsweise eine Temperaturänderung gegenüber einem Ausgangswert erfasst, welche 5 Prozent innerhalb von 2 Minuten umfasst, so kann dies als ein Überschreiten der zulässigen Abweichung durch die Ausleseeinheit erkannt werden. Hierdurch ist vorteilhaft eine besonders schnelle Diagnose einer unerwünschten Temperaturentwicklung ermöglicht. Durch die NTCs oder PTCs ergibt sich eine kostengünstige Realisierungsmöglichkeit für die beschriebenen Temperatursensoren.Another embodiment provides that a respective temperature sensor is designed as a temperature-sensitive electrical resistor and is connected to the read-out unit in an electrically conductive manner. A temperature-sensitive electrical resistor can be designed, for example, as a thermistor or a PTC thermistor. NTC thermistors are special electrical resistors that conduct electricity better at high temperatures than at low temperatures. NTC thermistors are also known under the English name "negative temperature coefficient thermistors (NTC)". PTC thermistors, on the other hand, conduct better at lower temperatures than at higher temperatures. PTC thermistors are also known as “positive temperature coefficient thermistors (PTC)”. Such an NTC resistor or PTC resistor can, for example, be calibrated during production so that a predetermined electrical resistance of the component (NTC or PTC) of, for example, 10 kOhm at 25 ° C. is set. According to the embodiment described here, the readout unit is designed to detect a change in an electrical conductivity of the respective electrical resistance as an individual value. The respective electrical resistance in an NTC or PTC is not measured directly, but rather derived from a current intensity or electrical voltage tapped at the respective NTC or PTC. Thus, by means of the electrical resistances, both an absolute temperature (if calibration has taken place) or a temperature change that has taken place compared to an initial value, for example within a predetermined time interval, can be recorded. If, for example, a change in temperature compared to an initial value is detected which comprises 5 percent within 2 minutes, this can be recognized by the readout unit as the permissible deviation being exceeded. This advantageously enables a particularly rapid diagnosis of an undesired temperature development. The NTCs or PTCs result in a cost-effective implementation option for the temperature sensors described.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zumindest einige der Temperatursensoren in regelmäßigen Abständen voneinander beabstandet entlang der Abdeckung angeordnet sind, wobei die Abdeckung eine ortsabhängige Wärmeleitfähigkeitsverteilung aufweist und die regelmäßigen Abstände einer inversen Funktion zu der Wärmeleitfähigkeitsverteilung entsprechen. Mit anderen Worten sind zumindest einige der Temperatursensoren in Abhängigkeit einer jeweiligen Wärmeleitfähigkeit des Abdeckungsmaterials voneinander beabstandet angeordnet. Bevorzugt sind die Temperatursensoren umso näher aneinander angeordnet, desto kleiner die Wärmeleitfähigkeit des Abdeckungsmaterials ist. Umgekehrt sind die Temperatursensoren umso weiter voneinander weg beabstandet angeordnet, desto größer die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Abdeckung ist. Mit anderen Worten bedeutet eine kleinere Wärmeleitfähigkeit eine höhere Anzahl an Temperatursensoren pro Teilabschnitt der Abdeckung und eine höhere Wärmeleitfähigkeit eine kleinere Anzahl an Temperatursensoren pro Teilabschnitt. Hierdurch kann vorteilhaft eine Anzahl an Temperatursensoren und eine geometrische Anordnung der Temperatursensoren auf eine jeweilige Wärmeleitfähigkeitsverteilung entlang der Abdeckung abgestimmt werden.Another embodiment provides that at least some of the temperature sensors are arranged at regular intervals along the cover, the cover having a location-dependent thermal conductivity distribution and the regular intervals corresponding to an inverse function of the thermal conductivity distribution. In other words, at least some of the temperature sensors are dependent on a respective thermal conductivity of the Covering material arranged spaced from each other. The temperature sensors are preferably arranged closer to one another, the lower the thermal conductivity of the cover material. Conversely, the greater the thermal conductivity of the material of the cover, the further away the temperature sensors are from one another. In other words, a smaller thermal conductivity means a higher number of temperature sensors per section of the cover and a higher thermal conductivity means a smaller number of temperature sensors per section. In this way, a number of temperature sensors and a geometric arrangement of the temperature sensors can advantageously be matched to a respective thermal conductivity distribution along the cover.
Mit demselben Vorteil sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass die Temperatursensoren ausschließlich in denjenigen Teilabschnitten der Abdeckung angeordnet sind, die die Ladespule und ferromagnetische Führungskerne der Ladevorrichtung überdecken.Another embodiment provides, with the same advantage, that the temperature sensors are arranged exclusively in those subsections of the cover which cover the charging coil and ferromagnetic guide cores of the charging device.
Die Temperatursensoren sind bevorzugt auf einer biegsamen Leiterplatte oder einem biegsamen Leitergitter oder einer Platine angeordnet. Die Platine kann bevorzugt mittels einer Wärmeleitpaste thermisch an die Abdeckung gekoppelt werden. Bevorzugt sind die elektrischen Leiter, welche von den Temperatursensoren zu der Ausleseeinheit geführt sind, so angeordnet, dass die Leiter übereinander zu liegen kommen. Die Leiter können auch als „twisted pair“ angeordnet sein. In beiden Ausführungen bieten die Leiter in vorteilhafter Weise keine Fläche für den Durchfluss der Magnetfeldlinien.The temperature sensors are preferably arranged on a flexible printed circuit board or a flexible conductor grid or a circuit board. The circuit board can preferably be thermally coupled to the cover by means of a thermal paste. The electrical conductors which are led from the temperature sensors to the readout unit are preferably arranged in such a way that the conductors come to lie on top of one another. The conductors can also be arranged as a “twisted pair”. In both designs, the conductors advantageously do not offer any area for the magnetic field lines to flow through.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Ladevorrichtung sieht vor, dass die Ladevorrichtung einen Hebemechanismus zum Anheben und Absenken der Ladevorrichtung umfasst. Der Hebemechanismus kann beispielsweise als eine hydraulische Hebebühne ausgestaltet sein. Der Hebemechanismus ist bevorzugt dazu eingerichtet, mittels des Anhebens einen von dem magnetischen Wechselfeld durchdrungenen Bereich des Außenbereichs zu verkleinern. Der beschriebene Bereich liegt zwischen der Ladevorrichtung und einer horizontalen Referenzebene, die für die Anordnung der Empfangsvorrichtung vorgesehen ist. Im Beispiel eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, dessen elektrischer Energiespeicher induktiv mittels der Ladevorrichtung geladen werden soll, liegt der Bereich also zwischen einer Oberfläche der Abdeckung und einem Unterboden des Kraftfahrzeugs. Wird nun die Ladevorrichtung mittels des Hebemechanismus' angehoben, so verkleinert sich der Bereich oder der Luftspalt zwischen der Ladevorrichtung und dem Unterboden des Kraftfahrzeugs und ein Bereich mit höherer magnetischer Flussdichte wird von der Referenzebene geschnitten. Mit anderen Worten wird eine Sekundärspule einer jeweiligen Empfangsvorrichtung durch das Anheben der Ladevorrichtung relativ zu der Ladevorrichtung in einen Bereich mit einer größeren magnetischen Flussdichte bewegt. Anders herum ist der Hebemechanismus dazu ausgebildet, mittels des Absenkens den genannten Bereich zu vergrößern und somit die magnetische Flussdichte in dem Bereich der Referenzebene zu verringern. Durch den Hebemechanismus werden also die Primärspule und die Sekundärspule relativ zueinander bewegt. Vorteilhaft kann so die übertragene Leistung variiert werden.A preferred embodiment of the loading device provides that the loading device comprises a lifting mechanism for raising and lowering the loading device. The lifting mechanism can for example be designed as a hydraulic lifting platform. The lifting mechanism is preferably set up to reduce a region of the outer region penetrated by the alternating magnetic field by means of the lifting. The area described lies between the loading device and a horizontal reference plane which is provided for the arrangement of the receiving device. In the example of an at least partially electrically driven motor vehicle, the electrical energy store of which is to be charged inductively by means of the charging device, the area is thus between a surface of the cover and an underbody of the motor vehicle. If the loading device is now raised by means of the lifting mechanism, the area or the air gap between the loading device and the underbody of the motor vehicle is reduced and an area with a higher magnetic flux density is cut from the reference plane. In other words, by lifting the charging device relative to the charging device, a secondary coil of a respective receiving device is moved into an area with a greater magnetic flux density. Conversely, the lifting mechanism is designed to enlarge the area mentioned by means of the lowering and thus to reduce the magnetic flux density in the area of the reference plane. The primary coil and the secondary coil are therefore moved relative to one another by the lifting mechanism. The transmitted power can advantageously be varied in this way.
Bevorzugt weist die Ausleseeinheit einen Tiefpassfilter zum Herausfiltern einer Frequenz des Ladestroms aus einem jeweiligen Sensorsignal der Temperatursensoren auf. Die Frequenz des Ladestroms beträgt bevorzugt zwischen 50 und 110 kHz, insbesondere 90 kHz. Ein jeweiliges Sensorsignal eines Temperatursensors weist hingegen bevorzugt eine Frequenz zwischen 5 und 20 kHz, insbesondere 10 kHz auf. Durch den Tiefpassfilter wird vorteilhaft ermöglicht, dass der Ausleseeinheit nicht durch eine jeweilige Energieübertragungsfrequenz des Ladestroms selbst verfälschte Sensorsignale bereitgestellt werden.The read-out unit preferably has a low-pass filter for filtering out a frequency of the charging current from a respective sensor signal of the temperature sensors. The frequency of the charging current is preferably between 50 and 110 kHz, in particular 90 kHz. A respective sensor signal of a temperature sensor, on the other hand, preferably has a frequency between 5 and 20 kHz, in particular 10 kHz. The low-pass filter advantageously makes it possible for the read-out unit not to be provided with sensor signals that are falsified by a respective energy transfer frequency of the charging current itself.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung, aufweisend zumindest eine Ladespule und eine die Ladespule gegen einen Außenbereich abgrenzende Abdeckung, wobei die Ladevorrichtung eine elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle zu einer Empfangsvorrichtung induktiv überträgt. Die Ladespule oder Primärspule empfängt zum Übertragen der Energie aus der Energiequelle einen Ladestrom, wodurch ein den Außenbereich zumindest bereichsweise durchdringendes magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. An einer von dem Außenbereich abgewandten Fläche der Abdeckung wird eine Vielzahl von thermisch mit der Abdeckung gekoppelten Temperatursensoren bereitgestellt. Eine Ausleseeinheit oder Auslöseschaltung liest aus den Temperatursensoren jeweils einen Einzelwert aus, bildet basierend auf den Einzelwerten eine flächige Temperaturverteilung entlang der Abdeckung, vergleicht die Temperaturverteilung mit einer Referenztemperaturverteilung und unterbricht bei Überschreiten einer zulässigen Abweichung der Temperaturverteilung von der Referenztemperaturverteilung den Empfang des Ladestroms.The invention also relates to a method for operating a charging device, having at least one charging coil and a cover delimiting the charging coil from an outside area, the charging device inductively transmitting electrical energy from an electrical energy source to a receiving device. The charging coil or primary coil receives a charging current in order to transmit the energy from the energy source, whereby an alternating magnetic field is generated which penetrates the outer area at least in certain areas. A plurality of temperature sensors thermally coupled to the cover are provided on a surface of the cover facing away from the outer region. A readout unit or trigger circuit reads out a single value from the temperature sensors, forms a surface temperature distribution along the cover based on the individual values, compares the temperature distribution with a reference temperature distribution and interrupts the reception of the charging current if a permissible deviation of the temperature distribution from the reference temperature distribution is exceeded.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the charging device according to the invention. For this reason, the corresponding training courses for method according to the invention is not described again here.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
-
1 eine schematische seitliche Schnittansicht einer Ladevorrichtung und eines Kraftfahrzeugs; -
2 eine schematische Darstellung von einer Temperaturverteilung in Abhängigkeit von einer Position eines Körpers oberhalb der Abdeckung, Referenztemperaturverteilung und zulässiger Abweichung; -
3 eine schematische Darstellung einer möglichen Anordnung von T em peratursensoren; -
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic side sectional view of a charging device and a motor vehicle; -
2 a schematic representation of a temperature distribution as a function of a position of a body above the cover, reference temperature distribution and permissible deviation; -
3rd a schematic representation of a possible arrangement of temperature sensors; -
4th a schematic representation of the method according to the invention.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.
Befindet sich während eines Ladevorgangs nun ein metallisches oder sonst wie elektrisch leitendes Objekt
Induktive Ladesysteme oder Ladevorrichtungen
Alle induktiven Ladesysteme für Kraftfahrzeuge benötigen auf Grund der geschilderten Problematik eine Metallobjekterkennung, die das elektromagnetische Feld
Bekannte Maßnahmen der Metallobjekterkennung sind aufwändig, da in nachteiliger Weise je nach Aufbau des induktiven Ladesystems bereits relativ kleine Metallteile wie Büroklammern oder Heftklammern sicher erkannt werden sollten. Metallobjekte können sich nicht nur direkt auf der Oberfläche des Ladesystems oder der Abdeckung
Die vielen Anforderungen führen nachteilig meist zu sehr komplexen und teuren Systemen. Außerdem bildet sich oftmals ein Konflikt zwischen der sicheren Erkennung der problematischen Metallobjekte und der Verfügbarkeit des Ladesystems.The many requirements disadvantageously usually lead to very complex and expensive systems. In addition, there is often a conflict between the reliable detection of problematic metal objects and the availability of the charging system.
Bislang wurde als eine einfache Möglichkeit, Metallobjekte innerhalb des induktiven Ladesystems zu erkennen, die Überwachung der übertragenen Leistung durchgeführt. Metallobjekte führen zu höheren elektrischen Verlusten, die grundsätzlich erkannt werden können. Da die zu übertragenden Leistungen aber relativ hoch sind, können über diese Methode nur größere Metallteile erkannt werden, was als alleinige Maßnahme nicht ausreichend ist.So far, the transmitted power has been monitored as a simple way of detecting metal objects within the inductive charging system. Metal objects lead to higher electrical losses, which can basically be detected. However, since the power to be transmitted is relatively high, this method can only detect larger metal parts, which is not sufficient as a single measure.
Gute Selektivität bieten Systeme, die zur Metallobjekterkennung ein Array aus Spulen auf der Ladeplatte einsetzen. In einige der Spulen werden hochfrequente Signale eingespeist, während andere als Empfangsspulen genutzt werden. Das verwendete elektromagnetische Feld arbeitet meist mit einer anderen Frequenz als das Feld zur Energieübertragung und ist vor allem nicht so energiereich. Befindet sich ein Metallobjekt im Bereich über der bodenseitigen Ladeplatte, so wird das elektromagnetische Feld verzerrt, was über die Empfangsspulen erkannt werden kann.Systems that use an array of coils on the loading plate for metal object detection offer good selectivity. Some of the coils are fed with high-frequency signals, while others are used as receiving coils. The electromagnetic field used usually works with a different frequency than the field for energy transmission and, above all, is not as energetic. If there is a metal object in the area above the loading plate on the bottom, the electromagnetic field is distorted, which can be detected via the receiving coils.
Der große Nachteil der genannten Systeme zur Metallobjekterkennung ist deren Komplexität. Die Erkennung kleiner Metallobjekte erfordert einen hohen Aufwand. Außerdem wirken sich durch die Sensibilität Fertigungstoleranzen und Alterungseffekte sehr stark negativ aus.The major disadvantage of the systems mentioned for metal object recognition is their complexity. Detecting small metal objects requires a lot of effort. In addition, manufacturing tolerances and aging effects have a very negative effect due to the sensitivity.
Es existieren noch weitere Lösungsmöglichkeiten, denen aber allen gemein ist, dass sie entweder sehr aufwändig und damit teuer sind, im Bereich unter einem Fahrzeug nicht ohne Weiteres eingesetzt werden können, oder nicht ausreichend sensitiv sind.There are other possible solutions, but what they all have in common is that they are either very complex and therefore expensive, cannot easily be used in the area under a vehicle, or are not sufficiently sensitive.
In einer konkreten Ausführungsform sieht die Erfindung daher vor, direkt unter der Abdeckung
Das System kann zusätzlich genutzt werden, um die Oberflächentemperatur des Ladesystems im fehlerfreien Betrieb zu bestimmen. So ist sichergestellt, dass sich keine unzulässigen Berührtemperaturen einstellen.The system can also be used to determine the surface temperature of the charging system in error-free operation. This ensures that there are no impermissible contact temperatures.
Die Erfindung bezieht sich vor allem, aber nicht ausschließlich auf induktive Ladesysteme, die mit einer Anhebung der Bodenplatte und einem geringen Abstand zwischen Boden- und Empfangsspule arbeiten.The invention relates above all, but not exclusively, to inductive charging systems that work with an elevation of the base plate and a small distance between the base and receiving coil.
Äußerst vorteilhaft ist im Zusammenhang mit der Erfindung, dass direkt das ungewollte Event, nämlich die Hitzeentwicklung erkannt wird und nicht eine eventuell völlig unproblematische Änderung der elektromagnetischen Eigenschaften der Umgebung.In connection with the invention, it is extremely advantageous that the undesired event, namely the development of heat, is recognized directly and not a possibly completely unproblematic change in the electromagnetic properties of the environment.
Das Auslesen der Temperatursensoren
Durch die Nutzung eines Widerstandsarrays lassen sich örtliche Hitzeentwicklungen sehr gut erkennen. Das System ist kaum abhängig von der aktuellen Temperatur des Gesamtsystems. Auch normale, örtliche Temperaturerhöhungen, wie sie bei induktiven Ladesystemen vorkommen, beeinflussen das System nicht negativ, da das Array von Temperatursensoren
In einer weiteren konkreten Ausführungsform ist zur Erkennung von lokaler Hitzeentwicklung auf einer bodenseitigen Ladeplatte ein Array aus Temperatursensoren
Die Integration des NTC-Arrays in ein induktives Ladesystem ist mechanisch problemlos möglich. Durch den Einsatz einer flexiblen Leiterplatte wirken sich Verformungen, die zum Beispiel durch Überfahrten mit dem Kraftfahrzeug
Durch die Anhebung der Sendespule oder Ladespule
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung zuverlässig eine unerwünschte Wärmeentwicklung im Bereich einer induktiven Ladevorrichtung erkannt werden kann.Overall, the examples show how the invention can reliably detect undesired heat development in the area of an inductive charging device.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016002171 A1 [0004]DE 102016002171 A1 [0004]
- DE 102014223623 A1 [0005]DE 102014223623 A1 [0005]
- DE 102012010848 A1 [0005]DE 102012010848 A1 [0005]
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019212862.9A DE102019212862A1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Charging device and method for operating a charging device |
CN202010870408.XA CN112440769B (en) | 2019-08-27 | 2020-08-26 | Charging device and method for operating a charging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019212862.9A DE102019212862A1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Charging device and method for operating a charging device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019212862A1 true DE102019212862A1 (en) | 2021-03-04 |
Family
ID=74564531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019212862.9A Pending DE102019212862A1 (en) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | Charging device and method for operating a charging device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112440769B (en) |
DE (1) | DE102019212862A1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110074346A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Hall Katherine L | Vehicle charger safety system and method |
DE102011005682A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Robert Bosch Gmbh | Charger, battery and method for detecting a foreign object |
DE102012010848A1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg | Arrangement for inductive transmission of electrical power for electrical propelled motor car, has film having temperature sensor that is arranged as spatial expanded structure in field region of primary coil |
US20160064953A1 (en) * | 2013-05-14 | 2016-03-03 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power feeding device and power receiving device for contactless power transmission |
DE102014223623A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-03-24 | Continental Automotive Gmbh | Apparatus and method for operating an inductive charging of a vehicle |
DE102016002171A1 (en) * | 2016-02-24 | 2016-10-27 | Daimler Ag | Device for detecting a metallic object |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012211151B4 (en) * | 2012-06-28 | 2021-01-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Charging arrangement and method for inductive charging of an electrical energy store |
JP6098708B2 (en) * | 2013-02-14 | 2017-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | Power receiving device and power transmitting device |
KR102051682B1 (en) * | 2013-03-15 | 2019-12-03 | 지이 하이브리드 테크놀로지스, 엘엘씨 | Apparatus and method for detecting foreign object in wireless power transmitting system |
-
2019
- 2019-08-27 DE DE102019212862.9A patent/DE102019212862A1/en active Pending
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010870408.XA patent/CN112440769B/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110074346A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Hall Katherine L | Vehicle charger safety system and method |
DE102011005682A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Robert Bosch Gmbh | Charger, battery and method for detecting a foreign object |
DE102012010848A1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg | Arrangement for inductive transmission of electrical power for electrical propelled motor car, has film having temperature sensor that is arranged as spatial expanded structure in field region of primary coil |
US20160064953A1 (en) * | 2013-05-14 | 2016-03-03 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power feeding device and power receiving device for contactless power transmission |
DE102014223623A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-03-24 | Continental Automotive Gmbh | Apparatus and method for operating an inductive charging of a vehicle |
DE102016002171A1 (en) * | 2016-02-24 | 2016-10-27 | Daimler Ag | Device for detecting a metallic object |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112440769B (en) | 2023-11-10 |
CN112440769A (en) | 2021-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102012211151B4 (en) | Charging arrangement and method for inductive charging of an electrical energy store | |
EP0471171B1 (en) | Device for regulating and limiting the power of a heating plate of ceramic or similar material | |
DE102018200886B3 (en) | Method for monitoring an electric current flow | |
DE102011005682A1 (en) | Charger, battery and method for detecting a foreign object | |
DE102015106251A1 (en) | Connector part with a temperature monitoring device | |
EP3178136A1 (en) | Plug connector part having a temperature sensor device | |
EP2590836B1 (en) | Measuring a temperature during contactless transmission of energy | |
DE102009029462A1 (en) | Cooking appliance with a cooking compartment divider | |
DE102011105063A1 (en) | Detection of a foreign body in an inductive transmission path | |
DE102014207885A1 (en) | Foreign object detection device and power inductive charging device | |
DE202017105817U1 (en) | Cable with a temperature sensing cable | |
DE102014224749B3 (en) | Temperature detection in the plug by means of superimposed test frequency | |
DE102015224013A1 (en) | Method for operating a monitoring device for monitoring an inductive energy transmission device | |
US20220115917A1 (en) | Object detection for wireless charging system | |
DE102015112349A1 (en) | Loading device for a motor vehicle | |
DE102014219238A1 (en) | Overcurrent detection in the current sensor with Hall sensor | |
DE102010003125A1 (en) | Device for temperature measurement of heater in automobile industry, has sensor consisting of hybrids, where hybrids consist of temperature-dependent resistor i.e. platinum resistor, and thermo-couples | |
DE102019212862A1 (en) | Charging device and method for operating a charging device | |
WO2019002244A1 (en) | Method for detecting a foreign object and device for inductive energy transfer to a portable terminal | |
DE102011079326A1 (en) | Method and apparatus for monitoring a ground connection | |
DE102014221884A1 (en) | Sensor arrangement for providing additional information in an inductive charging system | |
DE102012010848A1 (en) | Arrangement for inductive transmission of electrical power for electrical propelled motor car, has film having temperature sensor that is arranged as spatial expanded structure in field region of primary coil | |
WO2014000912A1 (en) | Object detection for an energy transmission system | |
DE102019218084A1 (en) | Temperature measuring arrangement for monitoring the temperature of several battery cells in a battery pack | |
WO2019154684A1 (en) | Inductive charging device and method for monitoring an inductive charging device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |