-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule eines induktiven Ladesystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule eines induktiven Ladesystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer solchen Vorrichtung und ein induktives Ladesystem für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer solchen Vorrichtung.
-
Beim induktiven Laden eines Fahrzeugs werden Übertragungsleistungen von 11 kW und mehr erreicht. Dies wird über ein stark ausgeprägtes elektromagnetisches Feld erreicht, das zwischen der leistungsabgebenden Primärseite, meist im Boden angeordnet, und der leistungsaufnehmenden Sekundärseite im Fahrzeug aufgebaut wird. Aufgrund des starken Magnetfelds könnten sich metallische Objekte im Magnetfeld stark erhitzen und einen Brand auslösen oder bei Berührung Verletzungen verursachen. Auch Lebewesen könnten, z.B. bei Vorhandensein eines Herzschrittmachers, geschädigt werden. Daher werden heute Funktionen vorgesehen, die metallische und lebende Objekte auf einer Bodenplatte detektieren.
-
Die
DE 102014202405 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung eines Fremdkörpers auf einer Primärspule eines Systems mit einer Vorrichtung zur induktiven Kopplung, eine Ladeanordnung zum Laden eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels sowie eine Infrastruktureinrichtung zur Abgabe elektrischer Energie an elektrisch angetriebene Fortbewegungsmittel. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer Krafteinwirkung im Bereich der Primärspule. Unter der Primärspule wird eine infrastrukturseitige Energiesendeeinheit verstanden, welche eingerichtet ist, Energie drahtlos an eine Sekundärspule an einer Mobileinheit zu übertragen. Grundsätzlich kann eine solche Primärspule auch Energie auf demselben Weg von der Sekundärspule empfangen, sofern dies erforderlich ist. Die Krafteinwirkung kann insbesondere in Richtung der Erdbeschleunigung ermittelt werden, so dass die Masse eines im Detektionsbereich befindlichen Fremdkörpers ermittelt werden kann. Anschließend erfolgt eine Klassifikation der Krafteinwirkung. Dies umfasst eine Bewertung der Krafteinwirkung hinsichtlich zumindest eines Schwellwertes. In Abhängigkeit der Klasse, welcher die ermittelte Krafteinwirkung zugeordnet wurde, wird ein Vorhandensein eines Fremdkörpers erkannt.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule eines induktiven Ladesystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge anzugeben.
-
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Erkennen eines Fremdkörpers mit einer solchen Vorrichtung anzugeben.
-
Eine weitere Aufgabe ist es, ein induktives Ladesystem mit einer solchen Vorrichtung anzugeben.
-
Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
-
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
-
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule eines induktiven Ladesystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Bodenplatte, welche an einer Oberseite eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, eine Abdeckplatte, insbesondere Folie, welche zu der Oberseite der Bodenplatte beabstandet angeordnet ist, wobei eine der Oberseite der Bodenplatte gegenüber liegende Oberfläche der Abdeckplatte elektrisch leitfähig ausgebildet ist, sowie eine elektrische Messeinrichtung zum Bestimmen eines elektrischen Kontakts zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Bodenplatte und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Abdeckplatte auf Grund des Gewichts eines auf der Abdeckplatte liegenden Fremdkörpers.
-
Es ist vorgesehen, dass die Bodenplatte auf der Oberfläche, also der dem Fahrzeugunterboden zugewandten Seite, über eine elektrisch leitfähige Oberfläche verfügt. Über diese Oberfläche wird eine Abdeckplatte, beispielsweise eine Folie mit minimalem Abstand zur Oberfläche angebracht. Die Folie ist auf der der Bodenplatte zugewandten Unterseite ebenfalls mit elektrisch leitfähigem Material versehen. Die Folie und die Oberfläche der Bodenplatte sind als elektrischer Schaltkreis mit der elektrischen Messeinrichtung verbunden.
-
Die Folie ist an einer Seite fest mit der Bodenplatte, leicht erhöht zur Oberfläche, verankert und auf der anderen Seite auf einer, beispielsweise mit einem Elektromotor verbundenen Rolle aufgespannt. Im Nicht-Ladezustand ist die Folie nicht gespannt und liegt auf der Bodenplatte auf. Hierdurch kann diese auch mit dem Fahrzeug überfahren werden. Nach Positionierung des Fahrzeugs wird vor Ladebeginn die Folie mithilfe des Elektromotors an der Rolle mit einer definierten Kraft gespannt. Befindet sich ein Fremdkörper auf der Folie oder gelangt ein Fremdkörper während des Ladevorgangs auf die Folie, wird diese durch das Eigengewicht des Fremdkörpers nach unten gedrückt, wodurch sich Folie und Oberfläche berühren und somit der Schaltkreis geschlossen wird. Es wird eine entsprechende Meldung an den Nutzer weitergegeben und der Ladevorgang unterbrochen.
-
Mithilfe des Elektromotors an der Rolle können auch Materialausdehnungen der Folie bei Temperaturänderungen ausgeglichen werden.
-
Durch die beschriebene Vorrichtung kann auf eine einfache und kostengünstige Weise die Detektion von Fremdkörpern bei einem induktiven Ladesystem realisiert werden. Der Vorteil gegenüber anderen Systemen besteht darin, dass alle Arten von Fremdkörpern nur durch ihr Eigengewicht erkannt und auch Veränderungen (beispielsweise Objekt ist auf der Bodenplatte und wird wieder entfernt) detektiert werden können.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann ein erstes Ende der Abdeckplatte beabstandet zu der Bodenplatte fest eingespannt sein und das gegenüber liegende zweite Ende der Abdeckplatte aufspannbar angeordnet sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Abdeckplatte zum Einfahren des Fahrzeugs in das induktive Ladesystem auf die Bodenplatte abzusenken und danach wieder zu spannen, sodass die Abdeckplatte wieder einen definierten Abstand zu der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Bodenplatte einhält und somit Fremdkörper detektiert werden können.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann das zweite Ende der Abdeckplatte auf einer Rolle, insbesondere einer mit einem elektrischen Antrieb versehenen Rolle aufspannbar angeordnet sein. Mittels der Rolle kann eine flexible Abdeckplatte, beispielsweise in Form einer Folie auf einfache Weise gespannt und wieder entspannt werden. Damit kann die Vorrichtung zum Detektieren von Fremdkörpern vorteilhaft aktiviert und wieder deaktiviert werden, beispielsweise um das Fahrzeug in das induktive Ladesystem einzufahren und wieder herauszufahren.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann eine mechanische Spannung der Abdeckplatte mit dem Antrieb regelbar sein. Mittels des regelbaren Antriebs kann eine mechanische Spannung der Abdeckplatte definiert eingestellt werden. Damit kann das Mindestgewicht eines zu detektierenden Fremdkörpers auf einfache Weise eingestellt werden. Außerdem können so Materialausdehnungen oder auch Schrumpfungen durch Temperaturänderungen oder sonstige Umwelteinflüsse kompensiert werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die elektrische Messeinrichtung zur Bestimmung eines Stromflusses zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Bodenplatte und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Abdeckplatte ausgebildet sein. Durch die Überwachung eines Stromflusses zwischen der Abdeckplatte und der Bodenplatte kann eine Berührung der Bodenplatte durch die Abdeckplatte auf geeignete Weise registriert werden. So kann beispielsweise ein Kontakt zwischen Abdeckplatte und Bodenplatte erkannt und dadurch ein Fremdkörper auf der Abdeckplatte und damit im Wirkbereich der Primärspule des induktiven Ladesystems erkannt werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Abdeckplatte als biegeschlaffe Folie ausgebildet sein. Eine biegeschlaffe Folie als Abdeckplatte ist besonders flexibel. Damit können auch kleine Fremdkörper mit geringem Gewicht detektiert werden.
-
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule eines induktiven Ladesystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer oben beschriebenen Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend wenigstens die Schritte Entspannen einer auf einer Bodenplatte beabstandet angeordneten Abdeckplatte, wobei eine an einer Oberseite der Bodenplatte angeordnete Oberfläche der Bodenplatte und eine dieser Oberseite gegenüber liegende Oberfläche der Abdeckplatte elektrisch leitfähig ausgebildet sind; Einfahren eines Fahrzeugs in das induktive Ladesystem; Spannen der Abdeckplatte mit einer definierten Kraft; Bestimmen eines Stromflusses zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Bodenplatte und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Abdeckplatte mit einer elektrischen Messeinrichtung; Falls ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Bodenplatte und der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Abdeckplatte besteht, Ausgeben einer Meldung an einen Fahrzeugnutzer und Abbrechen des Ladevorgangs, sonst Weiterführen des Ladevorgangs.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zu Beginn eines Ladevorgangs die Abdeckplatte auf die Bodenplatte des induktiven Ladesystems abgesenkt wird, damit das Fahrzeug in das Ladesystem einfahren kann. Zu diesem Zeitpunkt ist die elektrische Messeinrichtung noch deaktiviert. Danach wird die Abdeckplatte mit einer definierten Kraft gespannt, um Fremdkörper auf Grund ihres Gewichts detektieren zu können. Die elektrische Messeinrichtung wird aktiviert, um den Stromfluss zwischen Abdeckplatte und Bodenplatte zu überwachen und so einen Fremdkörper im Wirkbereich der Primärspule zu detektieren.
-
Befindet sich ein Fremdkörper auf der Abdeckplatte und wird so durch den verursachten Kontakt zwischen Abdeckplatte und Bodenplatte erkannt, wird eine Meldung an den Fahrer ausgegeben und der Ladevorgang abgebrochen.
-
Solange kein Fremdkörper erkannt wird, wird der Ladevorgang weitergeführt.
-
Nach Beenden des Ladevorgangs wird die Abdeckplatte wieder abgesenkt und das Fahrzeug aus dem Ladesystem herausgefahren.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Spannen der Abdeckplatte über eine mit einem elektrischen Antrieb versehenen Rolle vorgenommen werden. Mittels der Rolle kann auf einfache Weise eine definierte mechanische Spannung auf die Abdeckplatte aufgebracht werden. Damit kann die Vorrichtung zum Detektieren von Fremdkörpern vorteilhaft aktiviert und wieder deaktiviert werden, beispielsweise um das Fahrzeug in das induktive Ladesystem einzufahren und wieder herauszufahren.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können Materialausdehnungen der Abdeckplatte durch den elektrischen Antrieb ausgeregelt werden. Materialausdehnungen oder auch Schrumpfungen durch Temperaturänderungen oder sonstige Umwelteinflüsse können durch die Regelung vorteilhaft kompensiert werden.
-
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein induktives Ladesystem für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer Vorrichtung zum Erkennen eines Fremdkörpers im Bereich einer Primärspule des induktiven Ladesystems vorgeschlagen.
-
Das erfindungsgemäße induktive Ladesystem stellt eine zweckmäßige und sichere Vorrichtung zum Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs dar. Mittels der oben beschriebenen Vorrichtung zum Detektieren von Fremdkörpern im Wirkbereich der Primärspule des induktiven Ladesystems können Schäden durch metallische Objekte im Wirkbereich der Primärspule vermieden werden. Auch kann ausgeschlossen werden, dass Lebewesen sich im Wirkbereich aufhalten und eventuell durch das starke Magnetfeld geschädigt werden. Das Ladesystem kann Fremdkörper auf der Bodenplatte des Ladesystems auf einfache Weise detektieren und bei deren Vorhandensein deaktiviert werden.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines induktiven Ladesystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer Vorrichtung zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule eines induktiven Ladesystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in entspanntem Zustand der Abdeckplatte;
- 3 die Vorrichtung nach 2 in gespanntem Zustand der Abdeckplatte;
- 4 die Vorrichtung nach 2 mit einem Fremdkörper auf der Bodenplatte;
- 5 eine Detailansicht der Vorrichtung nach 2; und
- 6 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Erkennen eines Fremdkörpers im Wirkbereich einer Primärspule eines induktiven Ladesystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
-
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines induktiven Ladesystems 100 für elektrisch betriebene Fahrzeuge 110 mit einer Vorrichtung 10 zum Erkennen eines Fremdkörpers 40 im Wirkbereich einer Primärspule 102 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Das induktive Ladesystem 100 weist eine Bodenplatte 12 auf, unter welcher oder in welcher eine Primärspule 102 zum Laden des auf der Bodenplatte 12 stehenden Fahrzeugs 110 angeordnet ist. Das Fahrzeug 110 weist eine Sekundärspule 104 auf, in welche die vom Magnetfeld der Primärspule 102 übertragene elektrische Energie eingekoppelt wird.
-
Die Vorrichtung 10 zum Erkennen eines Fremdkörpers 40, welche in den 2 bis 5 detaillierter dargestellt ist, umfasst die Bodenplatte 12, welche an einer Oberseite 15 eine elektrisch leitfähige Oberfläche 14 aufweist, sowie eine Abdeckplatte 20, welche insbesondere als biegeschlaffe Folie 20 ausgebildet sein kann, und welche zu der Oberseite 15 der Bodenplatte 12 beabstandet angeordnet ist.
-
Wie insbesondere in der vergrößerten Darstellung in 5 erkennbar, ist eine der Oberseite 15 der Bodenplatte 12 gegenüber liegende Oberfläche 22 der Abdeckplatte 20 elektrisch leitfähig ausgebildet.
-
Weiter umfasst die Vorrichtung 10 eine elektrische Messeinrichtung 30 zum Bestimmen eines elektrischen Kontakts zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche 14 der Bodenplatte 12 und der elektrisch leitfähigen Oberfläche 22 der Abdeckplatte 20 auf Grund des Gewichts eines auf der Abdeckplatte 20 liegenden Fremdkörpers 40. Die elektrische Messeinrichtung 30 ist dabei zweckmäßigerweise zur Bestimmung eines Stromflusses zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche 14 der Bodenplatte 12 und der elektrisch leitfähigen Oberfläche 22 der Abdeckplatte 20 ausgebildet.
-
Ein erstes Ende 24 der Abdeckplatte 20 ist beabstandet zu der Bodenplatte 12 fest eingespannt. Das gegenüber liegende zweite Ende 26 der Abdeckplatte 20 ist aufspannbar angeordnet.
-
Das zweite Ende 26 der Abdeckplatte 20 ist auf einer Rolle 28, insbesondere einer mit einem elektrischen Antrieb 32 versehenen Rolle 28 aufspannbar angeordnet. Mit dem Antrieb 32 kann eine mechanische Spannung der Abdeckplatte 20 zweckmäßig geregelt werden.
-
2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung 10 in entspanntem Zustand der Abdeckplatte 20.
-
Das erste Ende 24 der Abdeckplatte 20 ist an dem Abstandshalter 16 fest fixiert. Das zweite Ende 26 der Abdeckplatte 20 an der Rolle 28 aufspannbar fixiert. Die Rolle 28 kann über den elektrischen Antrieb 32 gedreht werden. Über den Antrieb 32 kann die mechanische Spannung in der Abdeckplatte 20 geregelt werden. Die elektrische Messeinrichtung 30 bestimmt einen Stromfluss zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche 14 der Bodenplatte 12 und der elektrisch leitfähigen Oberfläche 22 der Abdeckplatte 20 (siehe 5). Unter der Bodenplatte 12 ist die Primärspule 102 des induktiven Ladesystems 100 angeordnet.
-
In 2 ist die Abdeckplatte 20 in entspanntem Zustand auf die Bodenplatte 12 abgesenkt, damit ein Fahrzeug 110 in das Ladesystem 100 einfahren kann.
-
3 zeigt die Vorrichtung 100 in gespanntem Zustand der Abdeckplatte 12. Damit ist die Vorrichtung zur Detektion von Fremdkörpern 40 aktiviert.
-
4 zeigt die Vorrichtung 100 in gespanntem Zustand der Abdeckplatte 12 mit einem auf der Bodenplatte liegenden Fremdkörper 40. Durch das Gewicht des Fremdkörpers 40 wird die Abdeckplatte 20 in der Umgebung des Fremdkörpers 40 eingedrückt, wodurch sich die elektrisch leitfähigen Oberflächen 14, 22 berühren. Dadurch kommt ein Stromfluss zwischen den beiden Oberflächen 14, 22 zustande, den die elektrische Messeinrichtung 30 registrieren kann. Damit ist der auf der Bodenplatte 12 befindliche Fremdkörper 40 detektiert und der Fahrer kann eine Meldung bekommen, bzw. das Ladesystem kann deaktiviert werden.
-
In der Detailansicht der Vorrichtung 10 in 5 sind die elektrisch leitfähigen Oberflächen 14, 22 von Bodenplatte 12 und Abdeckplatte 20 erkennbar.
-
6 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Erkennen eines Fremdkörpers 40 im Wirkbereich einer Primärspule 102 eines induktiven Ladesystems 100 für elektrisch betriebene Fahrzeuge 110 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Das Verfahren umfasst wenigstens die im Folgenden beschriebenen Schritte.
-
In Schritt S100 wird die auf der Bodenplatte 12 beabstandet angeordnete Abdeckplatte 20 entspannt, sodass die Abdeckplatte 20 auf der Bodenplatte 12 zum Liegen kommt. Danach kann in Schritt S102 ein Fahrzeug 110 in das induktive Ladesystem 100 eingefahren werden.
-
Anschließend wird in Schritt S104 die Abdeckplatte 20 mit einer definierten Kraft gespannt, sodass die Abdeckplatte 20 wieder in einem definierten Abstand zu der Bodenplatte 12 angeordnet ist. Die elektrisch leitfähigen Oberflächen 14, 22 von Bodenplatte 12, bzw. Abdeckplatte 20 sind voneinander entfernt. Das Spannen der Abdeckplatte 20 wird über eine mit einem elektrischen Antrieb 32 versehenen Rolle 28 vorgenommen. Durch den elektrischen Antrieb 32 können auch Materialausdehnungen der Abdeckplatte 20 ausgeregelt werden.
-
In Schritt S106 wird sodann mit der elektrischen Messeinrichtung 30 ein Stromfluss zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche 14 der Bodenplatte 12 und der elektrisch leitfähigen Oberfläche 22 der Abdeckplatte 20 bestimmt.
-
Falls ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche 14 der Bodenplatte 12 und der elektrisch leitfähigen Oberfläche 22 der Abdeckplatte 20 auf Grund eines Fremdkörpers 40 auf der Bodenplatte 12 besteht, wird in Schritt S108 eine Meldung an einen Fahrzeugnutzer ausgegeben und der Ladevorgang abgebrochen.
-
Besteht kein elektrischer Kontakt, befindet sich also auch kein Fremdkörper 40 im Wirkbereich, dann wird in Schritt S110 der Ladevorgang bis zum Ladeende weitergeführt.
-
In Schritt S112 wird die Abdeckplatte 20 wieder entspannt, sodass das Fahrzeug 110 das Ladesystem 100 verlassen kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Bodenplatte
- 14
- Oberseite
- 15
- elektrisch leitfähige Oberfläche
- 16
- Abstandshalter
- 20
- Abdeckplatte
- 22
- elektrisch leitfähige Oberfläche
- 24
- erstes Ende
- 26
- zweites Ende
- 28
- Rolle
- 30
- elektrische Messeinrichtung
- 32
- elektrischer Antrieb
- 40
- Fremdkörper
- 100
- induktives Ladesystem
- 102
- Primärspule
- 104
- Sekundärspule
- 110
- Fahrzeug
-
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 102014202405 A1 [0003]
