DE102020200199A1

DE102020200199A1 - Detektion von leitfähigen Gegenständen an oder über einer Oberfläche

Info

Publication number: DE102020200199A1
Application number: DE102020200199.5A
Authority: DE
Inventors: Anselm Schwarte; Michael Kausche; Richard Kopold; Christoph Haggenmiller; Sascha Meyne; Marco Romminger
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren leitfähiger Gegenstände an oder über einer Oberfläche, insbesondere in Verbindung mit einem induktiven Energieübertragungssystem, zum Beispiel für Fahrzeuge, die Vorrichtung aufweisend (a) eine Mehrzahl von Magnetfeldspulen, die in einer ersten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, (b) eine Mehrzahl von Messspulen, die in einer mit der ersten Ebene parallelen zweiten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, und (c) eine Steuereinrichtung, die mit jeder Magnetfeldspule und mit jeder Messspule verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist zum Ansteuern der Magnetspulen, damit diese jeweils ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen, und zum Erfassen eines Wertes für jede Messspule eingerichtet, welcher Wert für ein durch die jeweilige Messspule hindurchtretendes Magnetfeld indikativ ist. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, basierend auf der für die Messspulen erfassten Werte zu bestimmen, ob ein leitfähiger Gegenstand sich an oder über der Oberfläche befindet. Die Erfindung betrifft ferner ein induktives Lademodul für ein induktives Energieübertragungssystem, ein Verfahren zum Detektieren leitfähiger Gegenstände an oder über einer Oberfläche, ein Computerprogramm sowie ein Verfahren zum induktiven Laden eines Fahrzeugs bei einer Ladestation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der induktiven Energieübertragung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren leitfähiger Gegenstände an oder über einer Oberfläche, insbesondere in Verbindung mit einem induktiven Energieübertragungssystem, zum Beispiel für Fahrzeuge. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein induktives Lademodul und ein Computerprogramm.
Im Zuge der Elektromobilität werden vielartige Verfahren zum Aufladen der Batterien entwickelt. Die induktive Energieübertragung bzw. das induktive Ladeverfahren ermöglicht ein komfortables, automatisiertes Laden ohne Kabel und Steckverbindungen. Ähnlich einem Transformator werden zwei Spulen durch Positionierung induktiv gekoppelt. Die Primärspule im Ground Pad wird dabei am Boden installiert, z.B. auf einem Parkplatz oder in der Garage. Die Sekundärspule wird unter dem Fahrzeugboden installiert. Um eine Leistung von typischer Weise 3-22kW übertragen zu können, sind hohe magnetische Wechselfelder im Bereich zwischen Ground und Vehicle Pad notwendig bei einer typischen Frequenz von 85kHz. Metallische und ferromagnetische Fremdkörper dürfen sich auf keinen Fall in diesem Bereich befinden, siehe z.B. SAE INTERNATIONAL J2954, Kapitel 15, SAFETY TESTING.
Leitfähige Fremdkörper wie Büroklammern, Münzen, Nägel, Dosen, Werkzeug, Aluminiumfolie, etc. erhitzen sich und können Papier und Plastik entzünden sowie auch Menschen verletzen. Der Fremdkörpererkennung kommt damit eine sicherheitsrelevante Überwachungsaufgabe zu.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, leitfähige Gegenstände bei induktiven Ladestationen zuverlässig und möglichst einfach detektieren zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Detektieren leitfähiger Gegenstände an oder über einer Oberfläche, insbesondere in Verbindung mit einem induktiven Energieübertragungssystem, zum Beispiel für Fahrzeuge beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist Folgendes auf: (a) eine Mehrzahl von Magnetfeldspulen, die in einer ersten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, (b) eine Mehrzahl von Messspulen, die in einer mit der ersten Ebene parallelen zweiten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, und (c) eine Steuereinrichtung, die mit jeder Magnetfeldspule und mit jeder Messspule verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist zum Ansteuern der Magnetspulen, damit diese jeweils ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen, und zum Erfassen eines Wertes für jede Messspule eingerichtet, welcher Wert für ein durch die jeweilige Messspule hindurchtretendes Magnetfeld indikativ ist. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, basierend auf der für die Messspulen erfassten Werte zu bestimmen, ob ein leitfähiger Gegenstand sich an oder über der Oberfläche befindet.
Der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Wirbelströme, die aufgrund der von den Magnetfeldspulen erzeugten Magnetfelder in einem leifähigen Gegenstand entstehen, ein weiteres Magnetfeld erzeugt, das mittels einer oder mehrerer der Messspulen erfasst werden kann. Somit können leitfähige Gegenstände in einfacher und zuverlässiger Weise detektiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Magnetspulen sequenziell einzeln, sequenziell in Gruppen oder alle gleichzeitig anzusteuern.
Mit anderen Worten können die Magnetspulen individuell eine nach der anderen angesteuert werden. Alternativ können die Magnetspulen in Gruppen aufgeteilt werden, wobei jede Gruppe zwei oder mehr Magnetspulen beinhaltet, und dann gruppenweise, d.h. eine Gruppe nach der anderen angesteuert werden. Die Magnetspulen in jeder Gruppe können benachbart oder voneinander beabstandet sein. Weiter alternativ können sämtliche Magnetspulen gleichzeitig angesteuert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Mehrzahl von Magnetfeldspulen auf einer Seite von einer gemeinsamen Leiterplatte und die Mehrzahl von Messpulen auf der anderen Seite der gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Alternativ sind die Mehrzahl von Magnetfeldspulen auf einer ersten Leiterplatte und die Mehrzahl von Messspulen auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet.
In beiden Fällen kann die Vorrichtung kompakt gestaltet und in einem (ladestationsseitigen oder fahrzeugseitigen) Lademodul eingebaut werden, ohne besonders viel Platz aufzunehmen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Anzahl von Magnetfeldspulen kleiner als die Anzahl von Messspulen und/oder der Durchmesser der Magnetfeldspulen ist größer als der Durchmesser der Messspulen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Magnetfeldspulen eine zirkuläre Form, eine Doppel-D-Form, eine rechteckige Form oder eine hexagonale Form auf und/oder die Messspulen weisen eine zirkuläre Form, eine Doppel-D-Form, eine rechteckige Form oder eine hexagonale Form auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Magnetfeldspulen so angeordnet, dass zumindest einige Magnetfeldspulen sich gegenseitig überlappen.
Somit kann eine zuverlässige Detektion auch im Randbereich der Magnetfeldspulen sichergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet, wahlweise in einem ersten Detektionsmodus oder in einem zweiten Detektionsmodus zu arbeiten, wobei im ersten Detektionsmodus Signale von den Messspulen mit einem ersten Verstärkungsfaktor verstärkt werden, wobei im zweiten Detektionsmodus Signale von den Messspulen mit einem zweiten Verstärkungsfaktor verstärkt werden, wobei der zweite Verstärkungsfaktor kleiner als der erste Verstärkungsfaktor ist, damit im zweiten Detektionsmodus die Werte für die Messspulen in Anwesenheit eines starken externen Magnetfelds, insbesondere eines von einer Primärspule (Ladespule) oder von einer Sekundärspule (Empfängerspule) in einem induktiven Energieübertagungssystem erzeugten Magnetfelds erfasst werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet, Modellwerte für die Messspulen unter Verwendung eines mathematischen Modells zu berechnen und die für die Messspulen erfassten Werte mit den entsprechenden berechneten Modellwerten zu vergleichen.
Das mathematische Modell kann insbesondere die physikalischen Eigenschaften einer Ladestation beschreiben - mit oder ohne Fahrzeug. Die berechneten Modellwerte stellen somit erwartete Werte dar und wenn diese mit tatsächlich erfassten Werten gut übereinstimmen, kann davon ausgegangen werden, dass keine leitfähigen Gegenstände vorhanden sind, die eine Gefahr bei eingeschaltetem Lademagnetfeld darstellen könnten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der für jede Messspule erfasste Wert eine in der Messspule induzierte Spannung, eine Resonanzfrequenz der Messspule, eine Induktivität der Messspule oder eine Impedanz der Messspule.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Lademodul für ein induktives Energieübertragungssystem beschrieben, wobei das Lademodul insbesondere dazu eingerichtet ist, in einem Bodenbereich einer Induktiven Ladestation für Fahrzeuge oder an einem Fahrzeug angebracht zu werden. Das beschriebene Lademodul weist Folgendes auf: (a) eine Ladespule zum Abgeben oder Empfangen von Energie mittels induktiver Kopplung mit einer gegenüberstehenden Ladespule, (b) eine mit der Ladespule verbundenen Steuerung und (c) eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele.
Das beschriebene Lademodul basiert im Wesentlichen auf der gleichen Idee wie die oben beschriebene Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt und verwendet insbesondere eine entsprechende Vorrichtung zur Detektion von leitfähigen Gegenständen in seiner Nähe.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren leitfähiger Gegenstände an oder über einer Oberfläche, insbesondere in Verbindung mit einem induktiven Energieübertragungssystem, zum Beispiel für Fahrzeuge, beschrieben. Das Verfahren weist Folgendes auf: (a) Ansteuern einer Mehrzahl von Magnetfeldspulen, die in einer ersten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, damit die Magnetspulen jeweils ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen, (b) Erfassen eines Wertes für jede Messspule, welcher Wert für ein durch die jeweilige Messspule hindurchtretendes Magnetfeld indikativ ist, und (c) Bestimmen, ob ein leitfähiger Gegenstand sich an oder über der Oberfläche befindet, wobei das Bestimmen basierend auf der für die Messspulen erfassten Werte erfolgt.
Das beschriebene Verfahren basiert im Wesentlichen auf der gleichen Idee wie die oben beschriebene Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm mit computerausführbaren Befehlen beschrieben, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt eingerichtet sind.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum induktiven Laden eines Fahrzeugs bei einer Ladestation beschrieben, die eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele aufweist. Das beschriebene Verfahren weist Folgendes auf: (a) Feststellen, bevor das Fahrzeug in einem Ladebereich der Ladestation positioniert wird, dass keine leitfähigen Gegenstände im Ladebereich vorhanden sind, (b) Speichern der mittels der Vorrichtung erfassten Werte als Referenzwerte, (c) Positionieren des Fahrzeugs im Ladebereich und (d) Vergleichen neu erfasster Werte für die Messspulen mit den gespeicherten Referenzwerten während des Ladens des Fahrzeugs.
Auch dieser Aspekt basiert im Wesentlichen auf der gleichen Idee wie die oben beschriebene Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt. Vor ein Fahrzeug in dem Ladebereich positioniert wird, wird mittels der Vorrichtung geprüft, ob gefährliche (d.h. leitfähige) Gegenstände im Ladebereich vorhanden sind. Ist dies nicht der Fall, werden die Messwerte als Referenzwerte gespeichert und das Fahrzeug wird für das Laden positioniert. Dann werden während des Ladevorgangs erfasste Messwerte mit den gespeicherten Referenzwerten verglichen und so lange keine wesentliche Abweichung von den Referenzwerten festgestellt werden kann, wird der Ladevorgang fortgesetzt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Feststellen, dass keine leitfähigen Gegenstände im Ladebereich vorhanden sind, durch Betreiben der Vorrichtung in dem ersten Detektionsmodus und das Erfassen von neuen Werten für die Messspulen während des Ladens erfolgt durch Betreiben der Vorrichtung im dem zweiten Detektionsmodus.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Adaptieren der gespeicherten Referenzwerte basierend auf den während des Ladens neu erfassten Werten für die Messspulen auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Widerholen des Feststellens, dass keine leitfähigen Gegenstände im Ladebereich vorhanden sind, wenn das Fahrzeug im Ladebereich positioniert wurde und/oder nach einer Unterbrechung des Ladens, auf.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.

1 zeigt das Prinzip der induktiven Energieübertragung zwischen einer primären Einheit und einer sekundären Einheit.
2 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld.
4 zeigt ein von einem leitfähigen Gegenstand erzeugtes Magnetfeld.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Magnetfeldspule mit Doppel-D-Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Anordnung von Messspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Anordnung von Magnetfeldspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt die beiden in den 7 und 8 gezeigten Anordnungen in einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Vorerst werden nun einige für die Erfindung relevante Überlegungen sowie Hintergrundinformationen erläutert.
In leitfähigen, insbesondere metallischen Fremdkörpern werden durch magnetische Wechselfelder Wirbelströme induziert, welche dann Wärme durch ohmsche Verluste produzieren. Gleichzeitig erzeugen die Wirbelströme ein eigenes Magnetfeld, dass dem Erzeugerfeld entgegenwirkt und welches detektiert werden kann. Unter den möglichen Erkennungsprinzipien (Infrarot, Ultraschall, Radar, Optisch, etc.) überwiegen induktive Messprinzipien. Vorteil ist hierbei, dass das induktive Messprinzip ein selektives ist, welches Objekte erkennt, in denen Wirbelströme erzeugt werden und sich damit durch ohmsche Verluste erhitzen. Auf nichtleitende Objekte, wie z.B. Holz, Plastik, Wasser und Lebensmittel, ist das induktive Messprinzip unempfindlich. Auch metallische Objekte, in denen sich keine nennenswerten Wirbelströme ausbilden können, wie z.B. eine offene Leiterschleife, sind unempfindlich. Metalldetektoren arbeiten nach den Messverfahren „pulse mode“ und „continuous wave mode“ und werden z.B. zur Personenkontrolle, Schatzsuche, Lebensmittelkontrolle, etc. eingesetzt. Im Umfeld des induktiven Ladens sind diese Verfahren nicht direkt geeignet, weil sie eine Bewegung benötigen, um die sich ändernde Störung eines Metallobjekts zu erkennen. Zusätzlich spricht dagegen, dass das Fahrzeug und auch das induktive Ladesystem selbst nicht von echten Fremdobjekten zu unterscheidenden Störungen darstellen. Bei den induktiven Messprinzipien kann der Einfluss des metallischen Fremdkörpers erkannt werden anhand: (a) der Feldstärkenänderung bzw. Amplitudenänderung des Wechselfeldes oder (b) der induktiven Gegenkopplung bei Änderung einer Induktivität und Impedanz oder (c) der Änderung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises. Magnetische Wechselfelder bzw. die periodische Änderung des magnetischen Flusses induzieren in Leiterschleifen, Antennen und Mess-Spulen eine proportionale elektrische Wechselspannung, die mittels Analog-Digital-Wandlern ausgewertet werden kann.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 202009009693U1 beschreibt die Detektion eines leitfähigen Gegenstandes innerhalb des Raumes zwischen Primärinduktivität und Sekundärinduktivität zur elektrischen Energieübertragung auf ein Fahrzeug. Es wird eine Anordnung von Messinduktivitäten/Messspulen beschrieben sowie eine Impedanzmesseinrichtung und Auswerteeinrichtung. Die Gebrauchsmusterschrift DE 202009009689U1 beschreibt die Erkennung von Fremdobjekten mit berührungslosen Sensoren im Raum zwischen Primär- und Sekundärspule, ohne konkret auf die Realisierung des Messsystems einzugehen, wobei werden Ultraschall-, Radar-, Infrarot- und Bildsensoren genannt werden. Die internationale Patentanmeldung WO 2013036947 A2 beschreibt ein Verfahren das mit gegensinnigen, kompensierten Messspulen „magnetic field gradiometer“ Änderungen in der Feldstärke detektiert. Im Normalzustand sollen die kompensierten Messspulen annähernd ausgeglichen sein. D.h. jede Hälfte der Messspule liefert betragsmäßig die gleiche Stärke und heben sich auf. Wenn eine Hälfte durch einen Fremdkörper beeinflusst wird, zeigt die nun nicht mehr kompensierte Messspule einen Fremdkörper an. Die internationale Patentanmeldung WO 2013127445 A1 beschreibt eine Sensorspulenanordung mit der, die Oberfläche der Primäreinheit und der Raum darüber sowie die Oberfläche der Sekundäreinheit und dem Raum darunter überwacht werden. Die Patentanmeldung DE 102014205598 A1 beschreibt eine Sensorspulenanordung, bei der Änderungen unterschiedlicher physikalischer Größen beobachtet werden (mindestens aber eine wie Frequenz oder Amplitude) und wahlweise zwei induktive Messprinzipien angewendet werden. Eine weitere Ausführungsform hat noch eine Sendespule (Anspruch 15, vermutlich nach dem Funktionsprinzip eines Metalldetektors). Die US-Patentanmeldung US 2015/109000 A1 beschreibt eine Sensorspulenanordnung (Matrix) wobei für jede Sensorspule die Resonanzfrequenz und/oder Spulenimpedanz (allgemein eine „Characteristic“) erfasst werden und mit einer Nachbarspule und einem Referenzwert verglichen werden, wobei ein Parameter gebildet wird, mit dem die Anwesenheit eines Fremdkörpers bestimmt wird. Die US-Patentanmeldung US 2015/314689A1 beschreibt eine Anordnung von horizontalen und vertikalen Antennen zur Erkennung von Fremdkörpern. Die Patentanmeldung DE 102011015980A1 beschreibt die Fremdkörpererkennung mit Teilwicklungen (Sensorspule bzw. Antenne). Die induzierten Spannungen der Teilwicklungen sind betragsmäßig gleich und vorzugsweise mit unterschiedlichem Vorzeichen. Das Patent DE102013219131B4 beschreibt die Fremdkörpererkennung bei der leitungslosen Energieübertragung unter Verwendung eines ersten und zweiten Spulenstapels, wobei jeder Spulenstapel zwei Messspulen und eine Erregerspule umfasst. Die Messspulen und Erregerspulen sollen so miteinander verschaltet sein, dass sich die induzierten Spannungen in den Messspulen ohne Fremdkörper aufheben. Außerdem sollen sich die durch die Energieübertragung induzierte Spannung in den Erregerspulen aufheben. Ein Fremdobjekt führt zu einer einseitigen Auslenkung in einem Spulenstapel und somit zu einer Erkennung. Das zur Energieübertragung verwendete Magnetfeld soll sowohl in die Messspulenpaare als auch in das Erregerspulenpaar keine Spannung induzieren. Die Patentanmeldung DE102011105063A1 beschreibt die Fremdkörpererkennung anhand der Leistungsbilanz zwischen Primär- und Sekundärseite, wobei recht allgemein von einer ersten und zweiten Kenngröße gesprochen wird, sowie die einfache algorithmische Umsetzung. Die internationale Patentanmeldung WO2015165703A1 beschreibt eine Fremdkörpererfassung mit einer Vielzahl von Spulen in einer Ringsektor-Anordnung sowie dazu gehöriger Auswerteschaltung. Die Sensitivitäten der Messspulen kann hinsichtlich der Induktivität oder der Verstimmung eines Resonanzkreises oder einer nachgeschalteten Anpassungsschaltung definiert sein.
Alle oben genannten Verfahren haben das Problem, dass bei einer initialen Messung zur Fremdkörpererkennung keine ausreichend genaue Referenz vorhanden ist, mit der ein Vergleich durchgeführt werden kann, wenn ein Fahrzeug auf der Ladestation steht. Dies würde folgendermaßen aussehen:
Symptom = (Gemessenes Merkmal) - (Referenziertes Merkmal)
Das referenzierte Merkmal entspricht dem Erwartungswert ohne Fremdkörper. Überschreitet das Symptom einen betragsmäßigen Schwellwert, so wird auf einen Fremdkörper geschlossen.
Notwendiges Kriterium hierbei ist, dass der Einfluss des Fremdkörpers größer ist als die Ungenauigkeit des referenzierten Merkmals. Bei der eigenen Entwicklung (d.h. von der Anmelderin und den genannten Erfindern) hat sich jedoch herausgestellt, dass notwendig kleine Ungenauigkeiten nicht robust in den Griff zu bekommen sind. Der Ansatz ein Referenzmodell zu bilden, dass alle Einflüsse erfasst und einen Erwartungswert bzw. Referenzwert daraus berechnet, führte auf eine zu hohe Komplexität bzw. auf eine zu hohe Restungenauigkeit. Das Verhältnis von Referenz-Ungenauigkeit zu Fremdkörpereinfluss (z.B. 5-Cent-Münze) bleibt ungünstig groß. Ursache ist die hohe Variabilität der magnetischen Wechselfelder bei der induktiven Energieübertragung im oben genannten Systemverbund. Neben den üblichen Herstellungstoleranzen und einer variablen Leistungsübertragung kommt ganz wesentlich erschwerend hinzu, dass die Ausrichtung und der Abstand von Primärspule und Sekundärspule drei Freiheitsgrade in x, y und z Richtung sowie drei rotatorische Freiheitsgrade haben. Bei jeder Fahrzeugpositionierung und -beladung ergeben sich individuelle Werte für den Ladevorgang und der überlagerten Feldverteilung von Primär- und Sekundärspule. Die sich ändernden induktiven Übertragungseigenschaften (induktive Kopplung, Streuinduktivität und Hauptinduktivität) haben zusätzlich im Zusammenspiel mit dem Kompensationsnetzwerk starken Einfluss auf Primär- und Sekundärstrom sowie deren Phasenwinkel.
Eine noch größere Herausforderung ergibt sich bei Interoperabilität, d.h. wenn unterschiedliche Paarungen von Primär- und Sekundärspule die induktive Leistungsübertragung darstellen. Dann erscheint es noch weniger möglich die Erwartungswerte zu berechnen.
Das Verfahren der kompensierten Messspulen, wie es z. B. von den oben erwähnten Schutzrechten WO 2013/036947 A2 und DE 102011015980A1 vorgeschlagen wird, krankt ebenfalls an der hohen Variabilität der magnetischen Wechselfelder. Wenn die Messspulen für eine Positions- und Rotationsausrichtung zwischen Primär- und Sekundärseite kompensiert sind, was für eine Vielzahl von Sensoren schon schwierig ist, dann führt eine andere Positions- und Rotationsausrichtung zu stark unkompensierten Messspulen. Hinzu kommt, dass auch das Stromverhältnis Primär- zu Sekundärseite sowie der Phasenunterschied starken Einfluss auf die Kompensation haben. Der Gegenstand des Patents DE102013219131B4 ist ein erweitertes Konzept von kompensierten Messspulen, wobei auch ein Erregerspulenpaar verwendet wird. Die Annahme, dass das zur Energieübertragung verwendete Magnetfeld sowohl in den Messspulenpaaren als auch in dem Erregerspulenpaar keine nennenswerte Spannung induziert, ist nicht nachvollziehbar. Die Inhomogenität und Variabilität des Energieübertragungsfeldes sind dafür viel zu hoch.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung überwinden die oben erläuterten Probleme mit einfach und kostengünstig realisierbaren Mitteln.
Die 1 zeigt das Prinzip der induktiven Energieübertragung zwischen einer primären Einheit P1 und einer sekundären Einheit S1. Die primäre Einheit P1 weist eine Primärspule P2 auf und kann insbesondere im Boden bei einer induktiven Ladestation für Fahrzeuge angebracht sein. Die sekundäre Einheit S1 weist eine Sekundärspule S2 auf und kann insbesondere an einem Fahrzeug angebracht sein. Um einen Ladevorgang durchzuführen, werden die beiden Einheiten P1 und S1 mit einem Abstand d übereinander positioniert, zum Beispiel durch Anbringen des Fahrzeugs in einem dafür vorgesehenen und entsprechend gekennzeichneten Bereich, so dass eine magnetische Kopplung der Spulen P2 und S2 möglich ist. Die Primärspule P2 wird dann mit Wechselstrom beaufschlagt, zum Beispiel mit einer Frequenz von 85 kHz, damit die Primärspule P2 ein entsprechendes Wechselmagnetfeld erzeugt. Die Kopplung mit der Sekundärspule S2 führt dann zu der gewünschten Energieübertragung und die Fahrzeugbatterie wird geladen.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 ist in diesem Beispiel als primäre Einheit (wie P1 in 1) dargestellt, könnte aber gleichwohl als sekundäre Einheit ausgebildet sein. Die Vorrichtung 1 weist eine Ladespule 2, eine obere Gehäuseabdeckung 3 mit Oberfläche 4 und eine Leiterplatte 5 auf, die zwischen der Ladespule 2 und der Oberfläche 4 angebracht ist. Die Leiterplatte 5 weist eine Mehrzahl von Magnetfeldspulen und eine Mehrzahl von Messspulen auf, die zum Beispiel jeweils an der Oberseite und der Unterseite der Leiterplatte 5 angeordnet sind. Weitere Details zu Form und Anordnung der Magnetfeldspulen und Messspulen werden weiter unten in Verbindung mit den 6 bis 9 beschrieben. Die Vorrichtung 1 weist auch eine (nicht gezeigte) Steuereinrichtung auf bzw. ist mit einer solchen Steuereinrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung ist mit jeder Magnetfeldspule und mit jeder Messspule verbunden. Die Steuereinrichtung ist ferner zum Ansteuern der Magnetspulen, damit diese jeweils ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen, und zum Erfassen eines Wertes für jede Messspule eingerichtet, welcher Wert für ein durch die jeweilige Messspule hindurchtretendes Magnetfeld indikativ ist. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, basierend auf der für die Messspulen erfassten Werte zu bestimmen, ob ein leitfähiger Gegenstand G sich an oder über der Oberfläche 4 befindet. Dieser Vorgang wird jetzt mit Bezug auf die 3 und 4 genauer beschrieben.
Die 3 zeigt ein mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erzeugtes Magnetfeld M1. Die 3 zeigt dabei eine vereinfachte Darstellung der Vorrichtung 1 mit einer einzigen Magnetfeldspule 6 und einer Mehrzahl von kleineren Messspulen 7, die in einer Ebene über der Magnetfeldspule 6 angeordnet sind. Normalerweise weist die Vorrichtung aber mehrere Magnetfeldspulen 6 auf. Die Magnetfeldspule 6 wird von der Steuereinrichtung mit Wechselstrom beaufschlagt, der vorzugsweise eine andere Frequenz als der Ladestrom für die Ladespule 2 aufweist. Dadurch wird das in 3 gezeigte Magnetfeld M1 erzeugt. Wie es zu erkennen ist, verläuft ein Teil der Feldlinien M1 durch den Gegenstand G und induziert dabei Wirbelströme im Gegenstand G. Diese Wirbelströme induzieren dann, wie in der 4 gezeigt, ein weiteres Magnetfeld M2, das durch zumindest einige der Messspulen verläuft und somit erfasst werden kann, insbesondere als induzierte Spannungen. Anhand der Messsignale von den Messspulen kann es somit festgestellt werden, ob ein leitfähiger Gegenstand G sich an oder über der Oberfläche 4 befindet.
Die 5 zeigt ein Blockdiagramm von Teilen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 5 zeigt insbesondere eine Messspule 8, einen Analog-Digital-Wandler 10, eine Messeinheit 11 und eine Verarbeitungseinheit 12. Wie oben erwähnt weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Mehrzahl von Messspulen 8 und folglich auch eine entsprechende Mehrzahl von AD-Wandlern 10, Messeinheiten 11 und Verarbeitungseinheiten 12 auf. Der Einfachheit halber wird hier nur eine einzelne Messspule 8 mit zugehöriger Elektronik gezeigt und beschrieben. Das von dem Gegenstand G erzeugte Magnetfeld M2 induziert eine Spannung u in der Messspule 8. Die Spannung u wird durch den AD-Wandler 10 in einen digitalen Wert gewandelt, der in die Messeinheit 11 eingegeben wird, damit diese Größen wie Amplitude, Phase und Frequenz für die Spannung u ermitteln kann. Die ermittelten Größen werden von der Verarbeitungseinheit 12 verarbeitet.
Die 6 zeigt eine Magnetfeldspule 6 mit Doppel-D-Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Magnetfeldspule 6 besteht aus zwei Teilspulen 6a und 6b, die so angeordnet sind, dass die Stromrichtungen wie von den Pfeilen 9a und 9b gezeigt entgegengesetzt sind. Diese Magnetfeldspule 6 hat den Vorteil, dass hohe induzierte Spannungen während der induktiven Energieübertragung zum größten Teil entfallen, da sich die beiden Hälften 6a und 6b gegenseitig kompensieren. Andere Formen sind natürlich auch möglich, wie zum Beispiel kreisförmige oder viereckige Einzelspulen.
Die 7 zeigt eine Anordnung 13 von hexagonalen Messspulen 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 13 der Messspulen 14 kann vorteilhaft an einer Seite einer Leiterplatte gebildet sein. Die 8 zeigt eine Anordnung 15 von hexagonalen Magnetfeldspulen 16 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Magnetfeldspulen 16 sind größer als die in der 7 gezeigten Messspulen 14 und so angeordnet, dass die Magnetfeldspulen 16 sich teilweise überlappen. Die Anordnung 15 der Magnetfeldspulen 16 kann vorteilhaft an der anderen Seite einer Leiterplatte gebildet sein. Dabei entsteht die in der 9 gezeigte Anordnung 17 von Messspulen 14 und Magnetfeldspulen 16 in zwei parallelen Ebenen.
Die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung 1 verwendet eine Mehrzahl von separaten Magnetfeldspulen 6, 16 für die Generierung einer Vielzahl lokaler Wechselmagnetfelder. Das Primär-Magnetfeld (für das induktive Laden) besitzt eine zu große Reichweite und wird daher von der Fahrzeugseite zu stark beeinflusst, um eine zuverlässige Erkennung von leitfähigen Gegenständen G gewährleisten zu können. Selbst bei offener Sekundärspule haben die Ferrite der Sekundärspule einen zu starken Einfluss auf das Primär-Magnetfeld, wodurch die Position und Rotation des Fahrzeug-Pads stark stören. Diese Erkenntnis hat die erfindungsgemäße Vorrichtung notwendig gemacht. Sie besteht wie oben beschrieben aus einer Vielzahl lokaler kleinerer Magnetfeldspulen 6, 16, die anstelle der Primärspule verwendet werden. Aufgrund der kleinen Dimensionierung der Magnetfeldspulen ist die Reichweite der Magnetfeldlinien so gering, dass nur noch ein vernachlässigbar kleiner magnetischer Flussanteil durch die Fahrzeugseite fließt, wodurch die ganze Fahrzeugseite inkl. Sekundärspule vernachlässigbar wird. Das hat wiederum zur Folge, dass ein einfacher und genauer Referenzwert gebildet werden kann. Die so berechneten Symptome besitzen eine hohe Aussagekraft und lassen schon kleine Fremdkörper erkennen.
Vorzugsweise werden die Magnetfeldspulen 6, 16 mit einer anderen Frequenz als der Energieübertragungsfrequenz betrieben, um das resonante Kompensationsnetzwerk nicht anzuregen. Versuche mit Prototypen haben sehr gute Ergebnisse für z.B. 70kHz und 100kHz gezeigt, wobei die induktive Energieübertragung auf 85kHz ausgelegt ist. Es ist auch zu erwarten, dass unabhängig vom Fahrzeug-Pad-Hersteller die Interoperabilität der Fremdkörpererkennung einwandfrei funktionieren wird. Die notwendige Anregungsstärke bzw. die notwendige Ansteuerleistung der Magnetfeldspulen kann ausreichend klein sein, d.h. kleiner 1Watt Blindleistung und deutlich kleiner 1 Watt Wirkleistung. Auch dieses wurde mit Prototyptests nachgeprüft. Daher können die Magnetfeldspulen zweckmäßig und günstig auf einer PCB (printed circuit board) bzw. Leiterplatte realisiert werden. Noch günstiger ist es, die Sensorspulen und die Magnetfeldspulen auf derselben Leiterplatte zu realisieren.
Die Vorrichtung 1 kann zur Erkennung von leitfähigen Fremdkörper G im Bereich der Oberfläche 4 sowohl vor Anfang eines Ladevorgangs als auch während eines Ladevorgangs verwendet werden. Für die Erkennung vor dem Anfang des Ladevorgangs wird die Vorrichtung 1 so verwendet, wie es oben detailliert beschrieben wurde. Die Messwerte von den Sensorspulen 7, 8, 14 können nach dem Feststellen, dass die Ladefläche 4 frei von gefährlichen Fremdkörper G ist, als Referenzwerte gespeichert werden, die dann als Grundlage für die Detektion während des Ladevorgangs verwendet werden. Dabei können die Referenzwerte über mehrere Ladevorgänge mit langsamer Lernrate adaptiert werden, um die Detektion während des Ladevorgangs (auch Onlinedetektion genannt) zu verbessern. Für die Detektion während des Ladevorgangs können Änderungen in dem von den Ladespulen erzeugten Magnetfeld von den Sensorspulen detektiert werden, d.h. die Magnetfeldspulen müssen in diesem Falle nicht unbedingt angesteuert werden. Die Auswertung der Sensorspulen erfolgt in beiden Betriebsmodi (d.h. vor dem Ladevorgang bzw. während des Ladevorgangs) im ähnlichen Frequenzbereich und ist dabei kompatibel, ohne zusätzlichen Aufwand für eine doppelte Auswerteelektronik bereitstellen zu müssen. Während der Energieübertragung sind die Magnetfeldspulen passiv und die Fremdkörpererkennung basiert auf dem überlagerten Magnetfeld von Primär- und Sekundärspule sowie den Messspulen. Die initiale Fremdkörpererkennung vor einer Energieübertragung basiert auf dem Magnetfeldspulenfeld und den Messspulen. Denkbar ist es aber auch, die Magnetfeldspulen mit einer deutlich erhöhten Frequenz parallel zur Energieübertragung zu betreiben. Dies erfordert dann aber einen hohen Aufwand, um das Nutzsignal der Magnetfeldspulen von dem um ein vielfaches stärkeres Feld der Energieübertragung zu trennen.
Bei der Anregung der Magnetfeldspulen ist es vorteilhaft sequenziell eine Magnetfeldspule nach der anderen anzuregen. Der Vorteil liegt in der kleinen Leistung und den geringen Magnetfeldern, um ICNIRP-Grenzwerte einzuhalten. Denkbar ist es aber auch, gruppenweise oder komplett parallel vorzugehen. Vorzugsweise sind die Magnetfeldspulen 6, 16 um ein Vielfaches größer als die Messspulen 7, 8, 14, aber auch deutlich kleiner als die Primärspule 2. Die auf Fremdkörper G zu überwachende Oberfläche (und der Raum darüber) wird vorzugsweise mit einer Magnetfeldspulenanordung 15 sowie einer Messspulenanordnung 13 abgedeckt. Bei der Auslegung der Magnetfeldspulen 6, 16 und Messspulen 7, 8, 14 werden diese vorzugsweise aufeinander abgestimmt. Eine vorteilhafte Überlappung beugt sogenannten Blindspots vor, weil die z-Komponente des Magnetfeldes an den Spulenrändern stark abnimmt und sich darüber hinaus umkehrt. Messspulenanordnungen und Magnetfeldspulenanordnungen können z.B. mit Hexagonalstrukturen oder Rechteckstrukturen (wie in den 7 bis 9 gezeigt) realisiert werden. Durch ein wiederkehrendes Muster sind beliebig große Flächen realisierbar. Die gewählte Abmessung der Magnetfeldspule 6, 16 richtet sich nach dem Maß der gewünschten Unempfindlichkeit auf die Gegenseite (d.h. Fahrzeug- bzw. Bodenseite) einerseits und der Reichweite über die Oberfläche 4 andererseits. Die gewählte Abmessung der Messspule 7, 8, 14 richtet sich nach der gewünschten Fremdkörperauflösung und einem zu minimierenden Aufwand der Anzahl von Messspulen.
Für die Auswertung der Messwerte von den Sensorspulen 7, 8, 14 kann ein mathematisches Modell (Referenzmodell) eingesetzt werden. Es wird mit anderen Worten ein Referenzmodell aufgestellt, dessen Eingang alle wesentlichen Einflussgrößen auf das (mit den Sensorspulen gemessene) Merkmal umfasst. Das Merkmal bzw. ein Merkmalvektor kann dabei vorzugsweise die induzierte Spannung in einer Vielzahl von Antennen bzw. Sensorspulen sein, kann aber auch eine Resonanzfrequenz, eine Induktivität oder eine Impedanz sein. Das Referenzmodell hat vorzugsweise die Eingangsinformation des Misalignments (x,y-Abweichung zur mittigen Position der Primär- und Sekundärspule), die z-Höhe der Sekundärspule über der Primärspule, das Fahrzeugmodell, das Baumuster von Groundpad und Vehiclepad, Stromstärken von Primär- und Sekundärspule sowie deren Phaseninformation, Bauteiltemperaturen sowie adaptierte Bauteiltoleranzen. Wenn die gemessenen Werte von den mittels des Referenzmodells berechneten Werten abweichen, wird die Anwesenheit eines leitfähigen Gegenstands angenommen (detektiert).
Das oben erwähnte Referenzmodell ist sehr komplex und kann deshalb schwierig bzw. unmöglich zu realisieren sein. Daher wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel die initiale Fremdkörpererkennung durchgeführt, bevor das Fahrzeug positioniert ist. Ohne den störenden Einfluss des großen metallischen Fahrzeugs, sowie der Sekundärspule samt Ferriten, reduzieren sich die Einflussgrößen deutlich, d.h. es entfallen viele zuvor genannten Einflussgrößen (x,y-Abweichung zur mittigen Position, die z-Höhe der Sekundärspule über der Primärspule, das Fahrzeugmodell, das Baumuster vom Vehiclepad, Stromstärke von Sekundärspule sowie der Phaseninformation). Nachteil hierbei ist, dass das erneute Hochfahren des Aufladesystems nach einer Unterbrechung nicht sicher möglich ist. Das Fahrzeug müsste zunächst entfernt werden, um eine nochmalige initiale Fremdkörpererkennung durchzuführen. Als eine weitere Variation könnte daher ein Referenzmodell aufgestellt werden, dass bei offener Sekundärspule, d.h. ohne Sekundärstrom, gültig ist. Dafür ist ggf. ein aktiver Schalter notwendig, der die Sekundärspule vom Kompensationsnetzwerk trennt. Durch diese Maßnahme verringert sich der Einfluss der x,y,z-Position und der Rotation deutlich. Versuche und Tests haben aber gezeigt, dass ein sicheres Erreichen der notwendigen Referenzmodellgenauigkeit unter Umständen mit Schwierigkeiten verbunden ist.
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 202009009693 U1 [0038]
DE 202009009689 U1 [0038]
WO 2013036947 A2 [0038]
WO 2013127445 A1 [0038]
DE 102014205598 A1 [0038]
US 2015/109000 A1 [0038]
US 2015/314689 A1 [0038]
DE 102011015980 A1 [0038, 0043]
DE 102013219131 B4 [0038, 0043]
DE 102011105063 A1 [0038]
WO 2015165703 A1 [0038]
WO 2013/036947 A2 [0043]

Claims

Vorrichtung zum Detektieren leitfähiger Gegenstände an oder über einer Oberfläche, insbesondere in Verbindung mit einem induktiven Energieübertragungssystem, zum Beispiel für Fahrzeuge, die Vorrichtung aufweisend eine Mehrzahl von Magnetfeldspulen, die in einer ersten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, eine Mehrzahl von Messspulen, die in einer mit der ersten Ebene parallelen zweiten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, und eine Steuereinrichtung, die mit jeder Magnetfeldspule und mit jeder Messspule verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung zum Ansteuern der Magnetspulen, damit diese jeweils ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen, und zum Erfassen eines Wertes für jede Messspule eingerichtet ist, welcher Wert für ein durch die jeweilige Messspule hindurchtretendes Magnetfeld indikativ ist, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, basierend auf der für die Messspulen erfassten Werte zu bestimmen, ob ein leitfähiger Gegenstand sich an oder über der Oberfläche befindet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Magnetspulen sequenziell einzeln, sequenziell in Gruppen oder alle gleichzeitig anzusteuern.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Magnetfeldspulen auf einer Seite von einer gemeinsamen Leiterplatte und die Mehrzahl von Messpulen auf der anderen Seite der gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind, oder wobei die Mehrzahl von Magnetfeldspulen auf einer ersten Leiterplatte und die Mehrzahl von Messspulen auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl von Magnetfeldspulen kleiner ist als die Anzahl von Messspulen und/oder wobei der Durchmesser der Magnetfeldspulen größer ist als der Durchmesser der Messspulen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldspulen eine zirkuläre Form, eine Doppel-D-Form, eine rechteckige Form oder eine hexagonale Form aufweisen und/oder wobei die Messspulen. eine zirkuläre Form, eine Doppel-D-Form, eine rechteckige Form oder eine hexagonale Form aufweisen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldspulen so angeordnet sind, dass zumindest einige Magnetfeldspulen sich gegenseitig überlappen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, wahlweise in einem ersten Detektionsmodus oder in einem zweiten Detektionsmodus zu arbeiten, wobei im ersten Detektionsmodus Signale von den Messspulen mit einem ersten Verstärkungsfaktor verstärkt werden, wobei im zweiten Detektionsmodus Signale von den Messspulen mit einem zweiten Verstärkungsfaktor verstärkt werden, wobei der zweite Verstärkungsfaktor kleiner als der erste Verstärkungsfaktor ist, damit im zweiten Detektionsmodus die Werte für die Messspulen in Anwesenheit eines starken externen Magnetfelds erfasst werden können.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, Modellwerte für die Messspulen unter Verwendung eines mathematischen Modells zu berechnen und die für die Messspulen erfassten Werte mit den entsprechenden berechneten Modellwerten zu vergleichen.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der für jede Messspule erfasste Wert eine in der Messspule induzierte Spannung, eine Resonanzfrequenz der Messspule, eine Induktivität der Messspule oder eine Impedanz der Messspule ist.
Induktives Lademodul für ein induktives Energieübertragungssystem, wobei das Lademodul insbesondere dazu eingerichtet ist, in einem Bodenbereich einer Induktiven Ladestation für Fahrzeuge oder an einem Fahrzeug angebracht zu werden, das Lademodul aufweisend eine Ladespule zum Abgeben oder Empfangen von Energie mittels induktiver Kopplung mit einer gegenüberstehenden Ladespule, eine mit der Ladespule verbundenen Steuerung und eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Detektieren leitfähiger Gegenstände an oder über einer Oberfläche, insbesondere in Verbindung mit einem induktiven Energieübertragungssystem, zum Beispiel für Fahrzeuge, das Verfahren aufweisend Ansteuern einer Mehrzahl von Magnetfeldspulen, die in einer ersten Ebene unter der Oberfläche angeordnet sind, damit die Magnetspulen jeweils ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen, Erfassen eines Wertes für jede Messspule, welcher Wert für ein durch die jeweilige Messspule hindurchtretendes Magnetfeld indikativ ist, und Bestimmen, ob ein leitfähiger Gegenstand sich an oder über der Oberfläche befindet, wobei das Bestimmen basierend auf der für die Messspulen erfassten Werte erfolgt.
Computerprogramm mit computerausführbaren Befehlen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem vorhergehenden Anspruch eingerichtet sind.
Verfahren zum induktiven Laden eines Fahrzeugs bei einer Ladestation, die eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist, das Verfahren aufweisend Feststellen, bevor das Fahrzeug in einem Ladebereich der Ladestation positioniert wird, dass keine leitfähigen Gegenstände im Ladebereich vorhanden sind, Speichern der mittels der Vorrichtung erfassten Werte als Referenzwerte, Positionieren des Fahrzeugs im Ladebereich und Vergleichen neu erfasster Werte für die Messspulen mit den gespeicherten Referenzwerten während des Ladens des Fahrzeugs.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Feststellen, dass keine leitfähigen Gegenstände im Ladebereich vorhanden sind, durch Betreiben der Vorrichtung gemäß Anspruch 7 in dem ersten Detektionsmodus erfolgt und wobei das Erfassen von neuen Werten für die Messspulen während des Ladens durch Betreiben der Vorrichtung gemäß Anspruch 7 im dem zweiten Detektionsmodus erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, ferner aufweisend ein Adaptieren der gespeicherten Referenzwerte basierend auf den während des Ladens neu erfassten Werten für die Messspulen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, ferner aufweisend ein Widerholen des Feststellens, dass keine leitfähigen Gegenstände im Ladebereich vorhanden sind, wenn das Fahrzeug im Ladebereich positioniert wurde und/oder nach einer Unterbrechung des Ladens.