EP3749542A1 - Induktive ladevorrichtung und verfahren zum überwachen einer induktiven ladevorrichtung - Google Patents

Induktive ladevorrichtung und verfahren zum überwachen einer induktiven ladevorrichtung

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Publication number
EP3749542A1
EP3749542A1 EP19702432.6A EP19702432A EP3749542A1 EP 3749542 A1 EP3749542 A1 EP 3749542A1 EP 19702432 A EP19702432 A EP 19702432A EP 3749542 A1 EP3749542 A1 EP 3749542A1
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EP
European Patent Office
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mod
sensor
active
passive
coil structure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19702432.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Schumann
Gabriel Krein
Moritz Braeuchle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an inductive charging device for a vehicle and to a method for monitoring an inductive charging device for a vehicle, wherein a metal object detection is performed in each case.
  • Electric vehicles and hybrid vehicles usually have an electrical energy storage, such as a traction battery, which provides electrical energy for driving the vehicle. Is this electrical energy storage completely or partially discharged, so must
  • Electric vehicle control a charging station where the energy storage device can be recharged. Even in hybrid vehicles, it may be advantageous to the electrical energy storage by means of electric current
  • Electric vehicle is connected by a cable connection to the charging station.
  • This connection must be made manually by a user mechanically.
  • the charging station and the electric vehicle have a mutually corresponding connection system, in other words that plug and socket of charging station and electric vehicle can be plugged into each other.
  • some wireless charging systems for electric vehicles are known.
  • an electric vehicle on a transmission coil which is also called primary coil, be turned off.
  • the area in which the electric vehicle must be driven for this purpose is also referred to as a charging pad, inductive charging station, or charging device and the like.
  • the primary coil is supplied with an alternating current and then emits a high-frequency alternating magnetic field. This alternating magnetic field generates a corresponding alternating current in a receiving coil, which also
  • the electrical energy store for example the traction battery, of the electric vehicle can thus be charged by means of the induced electric current.
  • Such a system for inductively charging a vehicle battery is described for example in DE 10 2011 010 049 Al.
  • an electric vehicle typically the transmitting coil is either embedded in a street floor or in a parking lot, or designed as a laid-on pallet or charging pad and is connected by means of suitable electronics to a power grid.
  • the power grid may be an island power grid or the public power grid.
  • the receiving coil or secondary coil, is typically fixedly mounted in the underbody of the electric vehicle and in turn connected by means of suitable electronics with the electrical energy storage of the vehicle.
  • Transmission path is limited, results in a typical frequency range of 30 to 150 kHz.
  • Air gaps in the size of 3 to 30 cm are very common, if not by measures such as lowering the
  • Alternating fields are suitable for inducing electrical eddy currents in any metallic or electrically conductive objects which are located in the air gap.
  • OhnrTsche losses heat up these so-called foreign objects.
  • the heating of the foreign objects is undesirable because it leads in particular to unnecessary losses of energy transfer. Therefore, it is desired to heat such foreign objects in inductive charging of a
  • Electric vehicles either by limiting the magnetic field to limit or detect any objects located in the air gap by suitable means and then disable the energy transfer until these objects are removed, or at least until their influence is below a predetermined threshold.
  • metal object detection wherein the term metal objects are intended to include any foreign objects in which alternating magnetic fields induce electrical eddy currents are based on conventional metal detectors.
  • the core element of such metal detectors is usually a number of sensor coils, for example an array, that is an ordered array, of sensor coils.
  • sensor coils for example an array, that is an ordered array, of sensor coils.
  • the sensor coil array is excited, that is, at least partially energized with an alternating current. Thereupon, measurements of changes in a received signal (for example in one of the coils of the sensor coil array) and / or a change in the electrical properties of the sensor coil array in the presence of a metal object are detected and evaluated.
  • a received signal for example in one of the coils of the sensor coil array
  • a change in the electrical properties of the sensor coil array in the presence of a metal object are detected and evaluated.
  • active MOD processes are usually performed either while short-circuiting the power transmission, that is, the main panel, is performed, or complicated sensor coil designs must be used.
  • Characteristics of the sensor coils such as impedance, quality,
  • the method does not provide active excitation of the sensor coil array but passively monitors the magnetic field during energy transfer from the primary coil to the secondary coil by observing and evaluating induced electrical currents, or voltages, in the sensor coils of the sensor coil array.
  • the present invention discloses an inductive charging device having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 7.
  • an inductive charging apparatus for a vehicle comprising: a transmitting coil structure for inductively charging a battery of a vehicle by generating an electromagnetic field for inducing a charging current in a receiving coil structure of the vehicle;
  • Power supply means for energizing the transmitting coil structure; a sensor coil structure having a number of sensor coils; one
  • Control means adapted to place the inductive charging device in a passive detection mode while inductive charging takes place and to place the inductive charging device in an active detection mode when no inductive charging is currently taking place; a passive evaluation, which is designed to be in the passive
  • Detection mode to evaluate a current induced in the sensor coil structure and to be used for a passive metal object detection, MOD, in the region of the transmitting coil structure; and an active sensor electronics, which is designed in the active detection mode, a magnetic
  • Sensor field for an active MOD in the region of the transmitting coil structure to produce by at least partially energizing the sensor coil structure.
  • Under the energy transfer is in particular the generation of an alternating magnetic field by the transmitting coil, or primary coil, for inducing a charging current in the secondary coil to understand.
  • a method of monitoring a vehicle inductive charging apparatus comprising the steps of: performing passive metal object detection, MOD, while inductively charging a battery of a vehicle by generating an electromagnetic field to induce a charging current in a receiver coil structure of the vehicle; and
  • One idea underlying the present invention is to use known methods for MOD in combination. In this way, the weak points of both methods can be bypassed or compensated. Thus, both with deactivated (deactivated) and switched on
  • Charging station is thus particularly safe and not susceptible to foreign objects in the area.
  • Energy transfer can be detected, namely by the active MOD method. This is particularly advantageous since large magnetic field strengths can occur between the energy transmission coils during the energy transmission and thus even very short times of the energy transmission can lead to a strong heating of foreign objects, in particular metallic objects.
  • a map determination in the dimensions x, y and z (three-dimensional offset situation of the two energy transmission coils) can be omitted before delivery of the inductive charging device, which significantly simplify an evaluation of the passive MOD method and the complexity of the maps around the three unknown variables x, y and z can reduce.
  • the dependency remains on the energy transfer coil currents II and 12, which are generally measured in any case to regulate the energy transfer.
  • the extra effort for providing the Loading device according to the invention or the method relatively low.
  • the map recording can optionally be completely eliminated, since at the beginning of an operation, the charging device can be calibrated to the foreign object-free state.
  • a transition from a MOD method to the other MOD method that is, in the transition from the passive MOD method to the active MOD method, or vice versa, each time the power transmission is turned on or the power is turned off
  • Metal object detection MOD is enabled.
  • control device is designed to use a result of the MOD in the passive detection mode for calibration or adaptation of the active sensor electronics.
  • a particularly precise active MOD can be performed.
  • control device is designed to use a result of the MOD in the active detection mode for a calibration or adaptation of the passive evaluation electronics.
  • the active sensor electronics is designed to at least one electrical property of at least one Detecting the sensor coil of the sensor coil structure and perform the MOD using the at least one detected electrical property.
  • the active sensor electronics is designed to at least one electrical property of at least one sensor coil energized for generating the magnetic sensor field
  • the active sensor electronics is designed to detect at least one electrical characteristic of at least one sensor coil of the sensor coil structure which is not energized during the generation of the magnetic sensor field and to perform the MOD using the at least one detected electrical property.
  • the method according to the invention comprises an adaptation or calibration of the active MOD using results of the passive MOD.
  • this includes
  • inventive methods include adjusting or calibrating the passive MOD using results of the active MOD.
  • Fig. 1 shows schematically an electric vehicle and an inductive charging device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic flowchart for explaining a method according to another embodiment of the present invention.
  • the numbering of method steps is for the sake of clarity and, in particular, should not, unless otherwise indicated, imply a particular chronological order. In particular, several can
  • an electric vehicle 1 is shown schematically, which is a
  • Charging coil 2 has, which can also be marked as a secondary coil.
  • the vehicle 1 further comprises a charging electronics 3, which is arranged and arranged to use a charging current 12 induced in the secondary coil 2 for charging an electrical energy store 4, for example a battery of the electric vehicle 1.
  • Fig. 1 is also an inductive charging device 10 according to a
  • Charging device 10 has a transmitting coil 12, which by means of a
  • Electricity supply device 13 with an electrical transmission current II which is in particular a high-frequency alternating current, can be supplied with current.
  • Transmitting coil 12 is preferably embedded in a street floor or parking lot floor or arranged in a pallet or a charging pad, which is placed or placed on a street floor or parking lot floor.
  • a sensor coil structure i. a number of sensor coils 22-1, 22-2, 22-3, 22-4 are arranged, which are collectively referred to as 22-i hereinafter.
  • a divisible by four number of sensor coils 22-i has been found to be advantageous for a spatial resolution of the MOD, so preferably a number of
  • Sensor coils 22-i is provided, which represents a whole multiple of four. However, it is understood that other numbers of sensor coils 22-i may be used, for example, even numbers of Sensor coils 22-i such as two or six sensor coils 22-i or any other number of sensor coils 22-i, for example, even a single sensor coil 22-i.
  • the sensor coil structure i. the number of sensor coils 22-i, advantageously connected to a multiplexer 14, which is designed and configured to time multiplex reception signals (ie in particular in the sensor coils 22 -i induced electrical currents 13) of the sensor coils 22-i and, for example, in one single sensor coil sensor signal to provide for evaluation.
  • a multiplexer 14 may also be provided a plurality of individual lines, each of which is a single sensor coil sensor signal of a single sensor coil to
  • individual subsets of sensor coils 22-i may each have their own multiplexer, so that a total of two or more sensor coil sensor signals may be provided by the multiplexers, but e.g. less sensor coil sensor signals than if each sensor coil 22- i would transmit its own sensor coil sensor signal.
  • Embodiment according to the variants described above is readily adaptable.
  • the sensor coil sensor signal may, in particular, be a respective electrical alternating current 13 induced in a sensor coil 22-i or a signal based thereon.
  • the sensor coil sensor signal (or, in the variants described above, the multiple sensor coil sensor signals) are also used for the passive MOD method, since the induced AC electrical current 13 in the presence of a
  • Reception coil 2 can change in an evaluable manner.
  • at least one electrical property of at least one sensor coil 22-i can be determined and evaluated, in particular the respective electrical property of all sensor coils 22-i.
  • the at least one electrical property may be at least one of the following electrical quantities: impedance, quality, series resistance, inductance.
  • a passive evaluation electronics 16 of the inductive charging device 10 is designed and set up, which from the multiplexer 14 (or according to one of the variants described above, directly from the sensor coils 22-i)
  • the passive evaluation electronics 16 can for this purpose have signal inputs at which the passive evaluation electronics 16 can receive further parameters (or signals indicating such parameters), for example a signal indicative of the charging current 12, a signal indicative of the transmission current II and / or the like.
  • the signal indicative of the charge current 12 may, for example, be provided by a wireless communication device of the
  • Electric vehicle 1 to a wireless communication device of
  • the passive evaluation electronics 16 is designed and configured to carry out the passive MOD method in a manner known in the art, for example, as explained in more detail below with reference to FIG. 2.
  • the inductive charging device 10 further comprises an active sensor electronics 18 for performing an active MOD method, for example, as explained in more detail below with reference to FIG. 2. Furthermore, the inductive charging device 10 comprises a control device 20, by means of which the passive evaluation electronics 16 and the active sensor electronics 18 are at least controllable so that the active MOD method is always and only then performed, if currently no energy transfer from the transmitting coil 12 to the receiving coil 2 takes place (energy transfer disabled), and that the passive MOD method is always and then performed only when currently the energy transfer between the transmitting coil 12 and the
  • Reception coil 2 takes place (energy transfer activated).
  • control device 20 can have further functions.
  • control device 20 may be configured and configured to perform an optional calibration of the passive evaluation electronics 16 and / or the active sensor electronics 18, as will be described in more detail below with reference to FIG. 2.
  • control device 20 may be configured and configured to use an output signal of the passive evaluation electronics 16 to provide reference values for the active MOD method for the active sensor electronics 18 and / or to evaluate an output signal of the active sensor electronics 18 in order to obtain reference values for the passive MOD method for the passive evaluation electronics 16.
  • results or output signals of the passive evaluation electronics 16 can be adjusted or calibrated, and / or the passive evaluation electronics 16 can be evaluated using results or
  • Output signals of the active sensor electronics 18 can be adjusted or calibrated.
  • FIG. 2 describes a schematic flowchart for explaining a method according to another embodiment of the present invention.
  • the method according to the further embodiment can be carried out in particular using, or by means of, the inductive charging device according to the invention.
  • the inductive charging device according to the invention can be designed and configured to carry out the method according to the invention. Accordingly, the method according to all described with respect to the loading device developments and modifications can be adjusted and vice versa.
  • a step S10 the process is started. This can for example be a parking or positioning of an electric vehicle 1 in an inductive
  • a charging position is a position in which the inductive charging device 10 is capable of inductively charging the electric vehicle 1. Even more particularly, a loading position can be understood as the optimum position which the electric vehicle 1 can assume for charging it by the inductive charging device 10. It is assumed that at the beginning of the
  • Step S10 may also include detecting that an electric vehicle 1 is in the charging position, or receiving a charging request signal through the inductive charging device 10, such as to a user input, a coin slot, or the like.
  • a metal-object-free state exists, i. whether the active MOD method had a positive or a negative result, ie whether it was determined by the active MOD method that in the range of
  • Transmitting coil structure 12 in particular between the transmitting coil structure 12 and the receiving coil structure 2, currently a metal object or not.
  • Metal object is detected (symbolized in Fig. 2 by a circled plus sign) is determined and controlled in a step S40, for example by the control device 20 that no energy transfer is performed. It may be provided that in this case a warning signal is output to the electric vehicle 1 and / or to a user of the electric vehicle 1, for example to a mobile terminal of the user. Thus the presence of a metal object at the beginning of energy transfer is excluded by the active MOD method.
  • step S50 for example by the control device 20, that the inductive energy transmission is started.
  • One or more output signals and / or results of the active sensor electronics 18 may be, e.g. are stored and / or evaluated by the control device 20 in a step S60 in order to generate reference values for a passive MOD method, or to adapt previously predefined or previously determined reference values for the passive MOD method.
  • the control device 20 for example, a model, or a map, be deposited, by means of which based on the properties of
  • Output signal (or the plurality of output signals) of the active sensor electronics 18 corresponding reference values for the passive MOD method, or necessary adjustments to the existing reference values, can be determined.
  • the active MOD process is switched to the passive MOD process, i. the execution of the active MOD method is discontinued and the execution of the passive MOD method is started.
  • the passive MOD process is preferably carried out continuously or regularly while the energy transfer is taking place so that it can be determined whether a metal object has in the meantime moved into the magnetic field region of the
  • the passive MOD method is preferably performed using the reference values generated and / or adjusted in step S60, i. using the
  • a step S80 it is checked, for example by the control device 20, whether the passive MOD method had a positive or a negative result, ie whether it was determined by the passive MOD method that in the area of the transmitting coil structure 12, in particular between the transmitting coil structure 12 and the receiving coil structure 2, currently a metal object or not.
  • Electric vehicle 1 and / or is output to a user of the electric vehicle 1, for example, to a mobile terminal of the user.
  • a user of the electric vehicle 1 for example, to a mobile terminal of the user.
  • step S100 it is determined and controlled, for example by the control device 20, that the inductive energy transfer continues until a termination condition exists, for example until an abort signal is issued, eg because a user wants to end the inductive charging or because not enough credit is available to pay for the inductive charging, or because the electric vehicle 1 and its energy storage 4 has been fully charged.
  • a termination condition exists, for example until an abort signal is issued, eg because a user wants to end the inductive charging or because not enough credit is available to pay for the inductive charging, or because the electric vehicle 1 and its energy storage 4 has been fully charged.
  • the inductive charging is interrupted even if the presence of a metal object has been detected in step S80 (step S90).
  • One or more output signals and / or results of the passive evaluation electronics 16 may, e.g. are stored and / or evaluated by the control device 20 in a step S110 in order to generate reference values for the active MOD method, or to adapt previously predefined or previously determined reference values for the active MOD method.
  • the control device 20 for example, a model, or a map, be deposited, by means of which based on the properties of
  • Output signal (or the plurality of output signals) of the passive evaluation electronics 16 corresponding reference values for the active MOD Procedure or necessary adjustments to the existing reference values.
  • a step S120 it is then possible to switch back to the active MOD method, for example by the control device 20.
  • the active MOD method may preferably be carried out based on the reference values generated and / or adjusted in step S110, i. calibrated based on it.
  • Step S120 i. performing the active MOD method may seamlessly proceed to step S20.
  • the active MOD method may be e.g. are terminated after a predefined period of time, and then the process again wait for the beginning of step S10. In this way, an inductive charging device 10 in any condition (i.e.

Abstract

Die Erfindung schafft eine induktive Ladevorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Überwachen einer induktiven Ladevorrichtung für ein Fahrzeug, wobei jeweils eine Metallobjektdetektion durchgeführt wird. Das Verfahren umfasst die Schritte: Durchführen einer passiven Metallobjektdetektion, MOD, während ein induktives Laden einer Batterie eines Fahrzeugs (1) durch Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes zum Induzieren eines Ladestroms (I2) in einer Empfangsspulenstruktur (2) des Fahrzeugs (1) stattfindet; und Durchführen einer aktiven MOD zu Zeitpunkten, an welchen kein induktives Laden stattfindet.

Description

Beschreibung
Titel
Induktive Ladevorrichtung und Verfahren zum Überwachen einer induktiven
Ladevorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine induktive Ladevorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Überwachen einer induktiven Ladevorrichtung für ein Fahrzeug, wobei jeweils eine Metallobjektdetektion durchgeführt wird.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, welche elektrische Energie für einen Antrieb des Fahrzeugs bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das
Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an welcher der Energiespeicher wiederaufgeladen werden kann. Auch bei Hybridfahrzeugen kann es vorteilhaft sein, den elektrischen Energiespeicher mittels elektrischen Stroms
wiederaufzuladen statt durch Verbrennen eines fossilen Kraftstoffs. Wenn in dem Folgenden von einem Elektrofahrzeug die Rede ist, soll darunter stets auch ein Hybridfahrzeug verstanden werden.
Bisher ist es üblich, dass an Ladestationen für Elektrofahrzeuge ein
Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Diese Verbindung muss von einem Benutzer manuell mechanisch hergestellt werden. Dabei ist es unter anderem erforderlich, dass die Ladestation und das Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen, mit anderen Worten, dass Stecker und Buchse von Ladestation und Elektrofahrzeug ineinander eingesteckt werden können. Außerdem sind teilweise auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge bekannt. Bei diesen kann ein Elektrofahrzeug über einer Sendespule, welche auch Primärspule genannt wird, abgestellt werden. Der Bereich, in welchem das Elektrofahrzeug hierzu gefahren werden muss, wird auch als Ladepad, induktive Ladestation, oder Ladevorrichtung und dergleichen bezeichnet. Die Primärspule wird mit einem Wechselstrom bestromt und sendet daraufhin ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld aus. Dieses magnetische Wechselfeld erzeugt einen entsprechenden Wechselstrom in einer Empfangsspule, welche auch
Sekundärspule genannt wird, innerhalb des Elektrofahrzeugs. Mittels des induzierten elektrischen Stroms kann somit der elektrische Energiespeicher, beispielsweise die Traktionsbatterie, des Elektrofahrzeugs geladen werden. Ein solches System zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie ist beispielsweise in der DE 10 2011 010 049 Al beschrieben.
Bei dem kabellosen Laden eines elektrischen Energiespeichers, zum Beispiel einer Batterie, eines Elektrofahrzeugs ist typischerweise die Sendespule entweder in einem Straßenboden oder in einem Parkplatzboden eingelassen, oder als auf dem Boden aufgelegte Ladeplatte oder Ladepad ausgebildet und wird mittels einer geeigneten Elektronik mit einem Stromnetz verbunden. Bei dem Stromnetz kann es sich um ein Inselstromnetz oder um das öffentliche Stromnetz handeln.
Die Empfangsspule, oder Sekundärspule, ist typischerweise fest im Unterboden des Elektrofahrzeugs montiert und ihrerseits mittels geeigneter Elektronik mit dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs verbunden. Zur
Energieübertragung erzeugt die Sendespule bzw. Primärspule ein
hochfrequentes Wechselfeld, das die Empfangsspule bzw. Sekundärspule durchdringt und dort einen entsprechenden Strom induziert. Da einerseits die übertragene Leistung linear mit der Schaltfrequenz skaliert, andererseits die Schaltfrequenz durch die Ansteuerungselektronik und Verluste im
Übertragungspfad begrenzt ist, ergibt sich ein typischer Frequenzbereich von 30 bis 150 kHz.
Zwischen der Sendespule der Ladevorrichtung und der Empfangsspule in dem Elektrofahrzeug befindet sich stets ein Luftspalt. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit von Elektrofahrzeugen beträgt dieser Luftspalt typischerweise einige Zentimeter. Luftspalte in der Größe von 3 bis 30 cm sind dabei sehr verbreitet, wenn nicht durch Maßnahmen wie etwa ein Absenken der
fahrzeugfesten Empfangsspule, des gesamten Elektrofahrzeugs und/oder Anheben der ortsfesten Sendespule ein ideal besonders kleiner Luftspalt erreicht wird.
Die im Luftspalt während der Übertragung entstehenden magnetischen
Wechselfelder sind dazu geeignet, in beliebigen metallischen oder elektrisch leitfähigen Objekten, welche sich im Luftspalt befinden, elektrische Wirbelströme zu induzieren. Durch OhnrTsche Verluste erhitzen sich diese sog. Fremdobjekte. Das Erhitzen der Fremdobjekte ist unerwünscht, da es insbesondere zu unnötigen Verlusten der Energieübertragung führt. Deswegen wird gewünscht, das Erhitzen solcher Fremdobjekte bei einem induktiven Laden eines
Elektrofahrzeugs entweder durch Limitierung des Magnetfelds zu begrenzen oder etwaige im Luftspalt befindliche Objekte durch geeignete Mittel zu detektieren und daraufhin die Energieübertragung zu deaktivieren, bis diese Objekte entfernt sind, oder zumindest bis deren Einfluss unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt.
Im Stand der Technik bekannte Verfahren zur Metallobjektdetektion (MOD), wobei unter den Begriff Metallobjekte jegliche Fremdobjekte fallen sollen, in welchen magnetische Wechselfelder elektrische Wirbelströme induzieren, basieren auf herkömmlichen Metalldetektoren. Das Kernelement solcher Metalldetektoren ist üblicherweise eine Anzahl von Sensorspulen, beispielsweise ein Array, das heißt ein geordnetes Feld, von Sensorspulen. Hierbei gibt es im Wesentlichen zwei verschiedene Verfahren, welche als aktive Verfahren einerseits und passive Verfahren andererseits bezeichnet werden können.
Bei aktiven Verfahren wird das Sensorspulenarray angeregt, das heißt zumindest teilweise mit einem Wechselstrom bestromt. Daraufhin werden Messungen von Änderungen eines Empfangssignals (beispielsweise in einer der Spulen des Sensorspulenarrays) und/oder einer Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorspulenarrays bei Vorhandensein eines Metallobjekts detektiert und ausgewertet. Bei dem drahtlosen Laden von Elektrofahrzeugen ist jedoch die Anwendung herkömmlicher Metalldetektionsverfahren schwierig, da durch die Sendespule bei der Energieübertragung ein starkes magnetisches Hauptfeld erzeugt wird, was die aktive MOD stark erschwert. Daher werden üblicherweise aktive MOD- Verfahren entweder durchgeführt, während eine kurzzeitige Abschaltung der Energieübertragung, das heißt des Hauptfeldes, ausgeführt wird, oder komplizierte Sensorspulendesigns müssen eingesetzt werden.
Mit anderen Worten können bisherige Verfahren zur MOD, welche mit einer aktiven Anregung des Sensorspulenarrays arbeiten und elektrische
Eigenschaften der Sensorspulen, beispielsweise Impedanz, Güte,
Serienwiderstand, Induktivität und dergleichen mehr, auswerten, im Allgemeinen nur während unterbrochener Energieübertragung arbeiten, weil sie von dem starken Magnetfeld der Primärspule gestört werden. Das häufige Ein- und Ausschalten des Wechselmagnetfelds der Primärspule ist mit zusätzlichen Verlusten und einer verlängerten Ladezeit verbunden, was beides unerwünscht ist.
Ein alternatives Verfahren ist beispielsweise in der DE 10 2015 224 013 Al beschrieben, welche ein passives Verfahren zur MOD beschreibt. Dieses
Verfahren sieht keine aktive Anregung des Sensorspulenarrays vor, sondern beobachtet passiv das Magnetfeld während der Energieübertragung von der Primärspule zu der Sekundärspule, indem induzierte elektrische Ströme, oder Spannungen, in den Sensorspulen des Sensorspulenarrays beobachtet und ausgewertet werden.
Zur MOD gemäß solchen passiven Verfahren ist es üblicherweise notwendig, Kennfelder aufzunehmen und abzuspeichern. Diese Kennfelder können sehr komplex sein, da unter anderem die dreidimensionale Versatzsituation der beiden Energieübertragungsspulen (Primärspule und Sendespule) sowie der Strom in der Primärspule und der Sekundärspule berücksichtigt werden muss und somit bereits ein komplexes 5-dimensionales Problem vorliegt. Zudem sind solche passiven MOD-Verfahren ausschließlich während der Energieübertragung möglich. Bei ausgeschalteter Energieübertragung ist keine passive MOD möglich, da das Hauptmagnetfeld der Energieübertragung zur Überwachung benötigt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine induktive Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
Demgemäß ist eine induktive Ladevorrichtung für ein Fahrzeug vorgesehen, mit: einer Sendespulenstruktur zum induktiven Laden einer Batterie eines Fahrzeugs durch Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes zum Induzieren eines Ladestroms in einer Empfangsspulenstruktur des Fahrzeugs; einer
Stromversorgungseinrichtung zum Bestromen der Sendespulenstruktur; einer Sensorspulenstruktur mit einer Anzahl von Sensorspulen; einer
Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die induktive Ladevorrichtung in einen passiven Detektionsmodus zu versetzen, während ein induktives Laden stattfindet, und die induktive Ladevorrichtung in einen aktiven Detektionsmodus zu versetzen, wenn aktuell kein induktives Laden stattfindet; einer Passiv- Auswerteelektronik, welche dazu ausgelegt ist, in dem passiven
Detektionsmodus einen in der Sensorspulenstruktur induzierten Strom auszuwerten und für eine passive Metallobjektdetektion, MOD, im Bereich der Sendespulenstruktur zu verwenden; und einer Aktiv-Sensorelektronik, welche dazu ausgelegt ist, in dem aktiven Detektionsmodus ein magnetisches
Sensorfeld für eine aktive MOD im Bereich der Sendespulenstruktur durch zumindest teilweises Bestromen der Sensorspulenstruktur zu erzeugen.
Die Primärspule, oder Sendespule, einerseits und die Sekundärspule, oder Empfangsspule, andererseits werden im Voranstehenden und im Nachfolgenden auch zusammenfassend als Energieübertragungsspulen bezeichnet. Unter der Energieübertragung ist insbesondere das Erzeugen eines magnetischen Wechselfelds durch die Sendespule, oder Primärspule, zum Induzieren eines Ladestroms in der Sekundärspule zu verstehen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Überwachen einer induktiven Ladevorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, mit den Schritten: Durchführen einer passiven Metallobjektdetektion, MOD, während ein induktives Laden einer Batterie eines Fahrzeugs durch Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes zum Induzieren eines Ladestroms in einer Empfangsspulenstruktur des Fahrzeugs stattfindet; und
Durchführen einer aktiven MOD zu Zeitpunkten, an welchen kein induktives Laden stattfindet.
Vorteile der Erfindung
Eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, bekannte Verfahren zur MOD in Kombination zu verwenden. Auf diese Weise können die Schwachstellen beider Verfahren umgangen bzw. ausgeglichen werden. Somit kann sowohl bei ausgeschalteter (deaktivierter) als auch eingeschalteter
(aktivierter) Energieübertragung eine MOD sichergestellt werden. Die
Ladestation ist somit besonders sicher und unanfällig gegenüber Fremdobjekten in der Umgebung.
Vorteilhaft kann auch ein Fremdobjekt vor dem Einschalten der
Energieübertragung detektiert werden, nämlich durch das aktive MOD-Verfahren. Dies ist besonders von Vorteil, da während der Energieübertragung große magnetische Feldstärken zwischen den Energieübertragungsspulen auftreten können und somit schon sehr kurze Zeiten der Energieübertragung zu einer starken Erwärmung von Fremdobjekten, insbesondere metallischen Objekten, führen kann.
Außerdem kann eine Kennfeldbestimmung in den Dimensionen x, y und z (dreidimensionale Versatzsituation der beiden Energieübertragungsspulen) vor Auslieferung der induktiven Ladevorrichtung entfallen, was eine Auswertung des passiven MOD-Verfahrens wesentlich vereinfachen und die Komplexität der Kennfelder um die drei unbekannten Variablen x, y und z reduzieren kann. Somit verbleibt lediglich die Abhängigkeit von den Energieübertragungsspulenströmen II und 12, welche im Allgemeinen zur Regelung der Energieübertragung ohnehin gemessen werden. Somit ist der zusätzliche Aufwand für das Bereitstellen der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung bzw. des Verfahrens verhältnismäßig gering.
Erfindungsgemäß kann die Kennfeldaufnahme optional vollständig entfallen, da zu Beginn eines Betriebs die Ladevorrichtung auf den fremdobjektfreien Zustand hin kalibriert werden kann. Bei einem Übergang von einem MOD-Verfahren zu dem anderen MOD-Verfahren, das heißt bei dem Übergang von dem passiven MOD-Verfahren zu dem aktiven MOD-Verfahren oder umgekehrt, jeweils beim Einschalten der Energieübertragung bzw. beim Ausschalten der
Energieübertragung, wird das Vorhandensein eines Fremdobjekts im bisherigen Zeitverlauf ausgeschlossen und daraufhin vorteilhaft das jeweils beginnende Verfahren auf den gegenwärtigen, fremdobjektfreien Zustand hin kalibriert. Auf diese Weise können Umwelteinflüsse, Alterungseffekte und Umgebungseinflüsse minimiert werden, wodurch eine besonders genaue Auswertung der
Metallobjektdetektion MOD ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft ist auch, dass die Anzahl der Sensorspulen sowohl von dem aktiven MOD-Verfahren als auch von dem passiven MOD-Verfahren genutzt werden, sodass ein besonders geringer zusätzlicher Hardware-Aufwand anfällt. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, ein Ergebnis der MOD in dem passiven Detektionsmodus für eine Kalibrierung oder Anpassung der Aktiv-Sensorelektronik zu verwenden. Somit kann stets eine besonders präzise aktive MOD durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, ein Ergebnis der MOD in dem aktiven Detektionsmodus für eine Kalibrierung oder Anpassung der Passiv-Auswerteelektronik zu verwenden.
Somit kann stets eine besonders präzise passive MOD durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Aktiv-Sensorelektronik dazu ausgelegt, mindestens eine elektrische Eigenschaft mindestens einer Sensorspule der Sensorspulenstruktur zu erfassen und unter Verwendung der mindestens einen erfassten elektrischen Eigenschaft die MOD durchzuführen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Aktiv-Sensorelektronik dazu ausgelegt, mindestens eine elektrische Eigenschaft mindestens einer zum Erzeugen des magnetischen Sensorfelds bestromten Sensorspule der
Sensorspulenstruktur zu erfassen und unter Verwendung der mindestens einen erfassten elektrischen Eigenschaft die MOD durchzuführen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Aktiv-Sensorelektronik dazu ausgelegt, mindestens eine elektrische Eigenschaft mindestens einer während des Erzeugens des magnetischen Sensorfelds nicht bestromten Sensorspule der Sensorspulenstruktur zu erfassen und unter Verwendung der mindestens einen erfassten elektrischen Eigenschaft die MOD durchzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein Anpassen oder Kalibrieren der aktiven MOD unter Verwendung von Ergebnissen der passiven MOD.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das
erfindungsgemäße Verfahren ein Anpassen oder Kalibrieren der passiven MOD unter Verwendung von Ergebnissen der aktiven MOD.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Elektrofahrzeug sowie eine induktive Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere
Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist schematisch ein Elektrofahrzeug 1 dargestellt, welches eine
Ladespule 2 aufweist, welche auch als Sekundärspule bezeichenbar ist. Das Fahrzeug 1 umfasst weiterhin eine Ladeelektronik 3, welche dazu eingerichtet und angeordnet ist, einen in der Sekundärspule 2 induzierten Ladestrom 12 zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 4, beispielsweise einer Batterie des Elektrofahrzeugs 1, zu verwenden.
In Fig. 1 ist außerdem eine induktive Ladevorrichtung 10 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die induktive
Ladevorrichtung 10 weist eine Sendespule 12 auf, welche mittels einer
Bestromungseinrichtung 13 mit einem elektrischen Sendestrom II, welcher insbesondere ein hochfrequenter Wechselstrom ist, bestrombar ist. Die
Sendespule 12 ist bevorzugt in einen Straßenboden oder Parkplatzboden eingelassen oder in einer Ladeplatte oder einem Ladepad angeordnet, welches auf einem Straßenboden oder einem Parkplatzboden aufgelegt oder auflegbar ist.
Zwischen der Position der Sendespule 12 und der gewünschten Position der Empfangsspule 2 zur Energieübertragung ist eine Sensorspulenstruktur, d.h. eine Anzahl von Sensorspulen 22-1, 22-2, 22-3, 22-4 angeordnet, welche im Folgenden zusammenfassend auch als 22-i bezeichnet werden. Eine durch vier teilbare Anzahl von Sensorspulen 22-i hat sich als vorteilhaft für ein räumliches Auflösen der MOD herausgestellt, sodass bevorzugt eine Anzahl von
Sensorspulen 22-i bereitgestellt wird, welche ein ganzteiliges Vielfaches von vier darstellt. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Anzahlen von Sensorspulen 22-i verwendet werden können, beispielsweise geradzahlige Anzahlen von Sensorspulen 22-i wie etwa zwei oder sechs Sensorspulen 22-i oder auch beliebige andere Anzahlen von Sensorspulen 22-i, beispielsweise sogar nur eine einzige Sensorspule 22-i.
Wie in Fig. 1 weiterhin dargestellt, ist die Sensorspulenstruktur, d.h. die Anzahl der Sensorspulen 22-i, vorteilhaft mit einem Multiplexer 14 verbunden, welcher dazu ausgelegt und eingerichtet ist, Empfangssignale (d.h. insbesondere in den Sensorspulen 22-i induzierte elektrische Ströme 13) der Sensorspulen 22-i zeitlich zu multiplexen und, beispielsweise in einem einzigen Sensorspulen- Sensorsignal, für die Auswertung bereitzustellen. Statt eines Multiplexers 14 kann auch eine Vielzahl von Einzelleitungen vorgesehen sein, welche jeweils ein einzelnes Sensorspulen-Sensorsignal einer einzelnen Sensorspule zur
Auswertung übertragen.
Weiterhin können auch einzelne Untergruppen von Sensorspulen 22-i jeweils über einen eigenen Multiplexer verfügen, sodass insgesamt zwei oder mehr Sensorspulen-Sensorsignale durch die Multiplexer bereitgestellt werden können, jedoch z.B. weniger Sensorspulen-Sensorsignale, als wenn jede Sensorspule 22- i ein eigenes Sensorspulen-Sensorsignal übertragen würde.
Im Folgenden wird die Ausführungsform gemäß Fig. 1 weiter anhand des Beispiels mit einem einzelnen Multiplexer 14 beschrieben, wobei die
Ausführungsform gemäß den oben beschriebenen Varianten ohne Weiteres anpassbar ist.
Bei dem Sensorspulen-Sensorsignal kann es sich insbesondere um einen jeweiligen, in einer Sensorspule 22-i induzierten elektrischen Wechselstrom 13 oder um ein darauf basierendes Signal handeln. Das Sensorspulen-Sensorsignal (oder, in den oben beschriebenen Varianten, die mehreren Sensorspulen- Sensorsignale) werden auch für das passive MOD-Verfahren verwendet, da der induzierte elektrische Wechselstrom 13 sich bei Vorhandensein eines
Fremdobjekts in einem Luftspalt zwischen der Sendespule 12 und der
Empfangsspule 2 auf eine auswertbare Weise verändern kann. Insbesondere kann anhand des Sensorspulen-Sensorsignals mindestens eine elektrische Eigenschaft mindestens einer Sensorspule 22-i bestimmt und ausgewertet werden, insbesondere die jeweilige elektrische Eigenschaft sämtlicher Sensorspulen 22-i. Bei der mindestens einen elektrischen Eigenschaft kann es sich um mindestens eine der folgenden elektrischen Größen handeln: Impedanz, Güte, Serienwiderstand, Induktivität.
Eine Passiv-Auswerteelektronik 16 der induktiven Ladevorrichtung 10 ist dazu ausgelegt und eingerichtet, das von dem Multiplexer 14 (oder entsprechend einer der oben beschriebenen Varianten direkt von den Sensorspulen 22-i)
bereitgestellte Sensorspulen-Sensorsignal zu empfangen und darauf basierend eine passive MOD auszuführen, insbesondere wie im Folgenden mit Bezug auf Fig. 2 näher beschrieben.
Die Passiv-Auswerteelektronik 16 kann hierzu Signaleingänge aufweisen, an welchen die Passiv-Auswerteelektronik 16 weitere Parameter (bzw. solche Parameter indizierende Signale) empfangen kann, beispielsweise ein den Ladestrom 12 indizierendes Signal, ein den Sendestrom II indizierendes Signal und/oder dergleichen mehr. Das den Ladestrom 12 indizierende Signal kann beispielsweise von einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung des
Elektrofahrzeugs 1 an eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung der
Ladevorrichtung 10 übertragen werden.
Die Passiv-Auswerteelektronik 16 ist dazu ausgelegt und eingerichtet, das passive MOD-Verfahren nach einer im Stand der Technik bekannten Art und Weise durchzuführen, beispielsweise wie im Folgenden anhand von Fig. 2 näher erläutert.
Die induktive Ladevorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Aktiv-Sensorelektronik 18 zum Durchführen eines aktiven MOD-Verfahrens, beispielsweise wie im Folgenden mit Bezug auf Fig. 2 näher erläutert. Weiterhin umfasst die induktive Ladevorrichtung 10 eine Steuereinrichtung 20, mittels welcher die Passiv- Auswerteelektronik 16 und die Aktiv-Sensorelektronik 18 zumindest dahingehend steuerbar sind, dass das aktive MOD-Verfahren stets dann und nur dann durchgeführt wird, wenn aktuell keine Energieübertragung von der Sendespule 12 an die Empfangsspule 2 stattfindet (Energieübertragung deaktiviert), und dass das passive MOD-Verfahren stets dann und nur dann durch geführt wird, wenn aktuell die Energieübertragung zwischen der Sendespule 12 und der
Empfangsspule 2 stattfindet (Energieübertragung aktiviert).
Die Steuereinrichtung 20 kann weitere Funktionen aufweisen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 20 dazu eingerichtet und ausgelegt sein, eine optionale Kalibrierung der Passiv-Auswerteelektronik 16 und/oder der Aktiv- Sensorelektronik 18 durchzuführen, wie im Nachfolgenden mit Bezug auf Fig. 2 näher beschrieben werden wird.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung 20 dazu eingerichtet und ausgebildet sein, ein Ausgabesignal der Passiv-Auswerteelektronik 16 zu verwenden, um Referenzwerte für das aktive MOD-Verfahren für die Aktiv-Sensorelektronik 18 bereitzustellen und/oder ein Ausgabesignal der Aktiv-Sensorelektronik 18 auswerten, um Referenzwerte für das passive MOD-Verfahren für die Passiv- Auswerteelektronik 16 bereitzustellen.
Mit anderen Worten kann vorteilhaft die Aktiv-Sensorelektronik 18 unter
Verwendung von Ergebnissen oder Ausgabesignalen der Passiv- Auswerteelektronik 16 angepasst oder kalibriert werden, und/oder die Passiv- Auswertelektronik 16 kann unter Verwendung von Ergebnissen oder
Ausgabesignalen der Aktiv-Sensorelektronik 18 angepasst oder kalibriert werden.
Fig. 2 beschreibt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß der weiteren Ausführungsform ist insbesondere unter Verwendung, oder mittels, der erfindungsgemäßen induktiven Ladevorrichtung durchführbar. Ebenso kann die erfindungsgemäße induktive Ladevorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet sein, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Dementsprechend kann das Verfahren gemäß allen mit Bezug auf die Ladevorrichtung beschriebenen Weiterbildungen und Modifikationen angepasst werden und umgekehrt. In einem Schritt S10 wird das Verfahren gestartet. Dies kann beispielsweise ein Parken oder Positionieren eines Elektrofahrzeugs 1 in einer induktiven
Ladevorrichtung 10 in einer Ladeposition umfassen. Unter einer Ladeposition ist eine Position zu verstehen, in welcher die induktive Ladevorrichtung 10 zum induktiven Laden des Elektrofahrzeugs 1 in der Lage ist. Noch spezieller kann unter einer Ladeposition die optimale Position verstanden werden, welche das Elektrofahrzeug 1 zu dessen Laden durch die induktive Ladevorrichtung 10 annehmen kann. Es wird davon ausgegangen, dass sich mit Beginn des
Verfahrens in Schritt S10 Versatzparameter, d.h. Abstände in allen drei
Raumdimensionen, zwischen der Sendespulenstruktur 12 der Ladevorrichtung 10 nicht mehr ändern.
Der Schritt S10 kann auch ein Detektieren, dass ein Elektrofahrzeug 1 sich in der Ladeposition befindet, umfassen, oder das Empfangen eines Lade- Anforderungssignals durch die die induktive Ladevorrichtung 10, etwa auf eine Benutzereingabe, einen Münzeinwurf oder dergleichen hin.
In einem Schritt S20 wird ein aktives MOD-Verfahren durchgeführt,
beispielsweise wie im Voranstehenden mit Bezug auf die Aktiv- Auswerteelektronik und die Sensorspulenstruktur beschrieben.
In einem Schritt S30 wird, beispielsweise durch die Steuereinrichtung 20, überprüft, ob ein metallobjektfreier Zustand vorliegt, d.h. ob das aktive MOD- Verfahren ein positives oder ein negatives Ergebnis hatte, also ob durch das aktive MOD-Verfahren festgestellt wurde, dass sich in dem Bereich der
Sendespulenstruktur 12, insbesondere zwischen der Sendespulenstruktur 12 und der Empfangsspulenstruktur 2, aktuell ein Metallobjekt befindet, oder nicht.
Falls das Ergebnis des aktiven MOD-Verfahrens positiv ist, d.h. falls ein
Metallobjekt detektiert wurde (in Fig. 2 durch ein eingekreistes Plus-Zeichen symbolisiert), wird in einem Schritt S40 bestimmt und gesteuert, beispielsweise durch die Steuereinrichtung 20, dass keine Energieübertragung durchgeführt wird. Es kann vorgesehen sein, dass in diesem Fall ein Warnsignal an das Elektrofahrzeug 1 und/oder an einen Benutzer des Elektrofahrzeugs 1 ausgegeben wird, beispielsweise an ein mobiles Endgerät des Benutzers. Somit wird die Anwesenheit eines Metallobjekts bei Beginn der Energieübertragung mit Hilfe des aktiven MOD-Verfahrens ausgeschlossen.
Falls das Ergebnis des aktiven MOD-Verfahrens negativ ist, d.h. falls kein Metallobjekt detektiert wurde (in Fig. 2 durch ein eingekreistes Minus-Zeichen symbolisiert), wird in einem Schritt S50 bestimmt und gesteuert, etwa durch die Steuereinrichtung 20, dass die induktive Energieübertragung gestartet wird.
Ein oder mehrere Ausgabesignale und/oder Ergebnisse der Aktiv- Sensorelektronik 18 können, z.B. durch die Steuereinrichtung 20, in einem Schritt S60 gespeichert und/oder ausgewertet werden, um Referenzwerte für ein passives MOD-Verfahren zu erzeugen, oder zuvor vorgegebene oder zuvor ermittelte Referenzwerte für das passive MOD-Verfahren anzupassen. Dazu kann in der Steuereinrichtung 20 beispielsweise ein Modell, oder ein Kennfeld, hinterlegt sein, mittels welchem basierend auf den Eigenschaften des
Ausgabesignals (oder der mehreren Ausgabesignale) der aktiv-Sensorelektronik 18 entsprechende Referenzwerte für das passive MOD-Verfahren, oder nötige Anpassungen an den bestehenden Referenzwerten, bestimmbar sind.
Mit dem Beginn der Energieübertragung wird in einem Schritt S70 von dem aktiven MOD-Verfahren zu dem passiven MOD-Verfahren umgeschaltet, d.h. das Durchführen des aktiven MOD-Verfahrens wird eingestellt und es wird mit dem Durchführen des passiven MOD-Verfahrens begonnen. Das passive MOD- Verfahren wird bevorzugt kontinuierlich oder regelmäßig durchgeführt, während die Energieübertragung abläuft, damit festgestellt werden kann, ob sich zwischenzeitlich ein Metallobjekt in den Magnetfeldbereich des
Übertragungsmagnetfelds hineinbewegt hat. Das passive MOD-Verfahren wird bevorzugt unter Verwendung der in dem Schritt S60 erzeugten und/oder angepassten Referenzwerte durchgeführt, d.h. unter Verwendung der
Referenzwerte kalibriert.
In einem Schritt S80 wird, beispielsweise durch die Steuereinrichtung 20, überprüft, ob das passive MOD-Verfahren ein positives oder ein negatives Ergebnis hatte, d.h. ob durch das passive MOD-Verfahren festgestellt wurde, dass sich in dem Bereich der Sendespulenstruktur 12, insbesondere zwischen der Sendespulenstruktur 12 und der Empfangsspulenstruktur 2, aktuell ein Metallobjekt befindet, oder nicht.
Falls das Ergebnis des passiven MOD-Verfahrens positiv ist, d.h. falls ein Metallobjekt detektiert wurde (in Fig. 2 durch ein eingekreistes Plus-Zeichen symbolisiert), wird in einem Schritt S90 bestimmt und gesteuert, beispielsweise durch die Steuereinrichtung 20, dass die Energieübertragung abgebrochen wird. Es kann vorgesehen sein, dass in diesem Fall ein Warnsignal an das
Elektrofahrzeug 1 und/oder an einen Benutzer des Elektrofahrzeugs 1 ausgegeben wird, beispielsweise an ein mobiles Endgerät des Benutzers. Somit wird ausgeschlossen, dass sich während der Energieübertragung ein
Metallobjekt in den Magnetfeldbereich des Übertragungsmagnetfelds
hineinbewegt hat.
Falls das Ergebnis des aktiven MOD-Verfahrens negativ ist, d.h. falls kein Metallobjekt detektiert wurde (in Fig. 2 durch ein eingekreistes Minus-Zeichen symbolisiert), wird in einem Schritt S100 bestimmt und gesteuert, etwa durch die Steuereinrichtung 20, dass die induktive Energieübertragung weitergeführt wird, bis eine Abbruchbedingung vorliegt, beispielsweise bis ein Abbruchsignal ausgegeben wird, z.B. weil ein Benutzer das induktive Laden beenden möchte oder weil nicht mehr genügend Guthaben bereitsteht, um das induktive Laden zu bezahlen, oder weil das Elektrofahrzeug 1 bzw. dessen Energiespeicher 4 voll aufgeladen wurde. Selbstverständlich wird das induktive Laden auch dann unterbrochen, sobald in dem Schritt S80 doch das Vorliegen eines Metallobjekts detektiert wurde (Schritt S90).
Ein oder mehrere Ausgabesignale und/oder Ergebnisse der Passiv- Auswerteelektronik 16 können, z.B. durch die Steuereinrichtung 20, in einem Schritt S110 gespeichert und/oder ausgewertet werden, um Referenzwerte für das aktive MOD-Verfahren zu erzeugen, oder zuvor vorgegebene oder zuvor ermittelte Referenzwerte für das aktive MOD-Verfahren anzupassen. Dazu kann in der Steuereinrichtung 20 beispielsweise ein Modell, oder ein Kennfeld, hinterlegt sein, mittels welchem basierend auf den Eigenschaften des
Ausgabesignals (oder der mehreren Ausgabesignale) der Passiv- Auswerteelektronik 16 entsprechende Referenzwerte für das aktive MOD- Verfahren, oder nötige Anpassungen an den bestehenden Referenzwerten, bestimmbar sind.
In einem Schritt S120 kann daraufhin wieder zu dem aktiven MOD-Verfahren umgeschaltet werden, etwa durch die Steuereinrichtung 20. Dabei kann das aktive MOD-Verfahren bevorzugt basierend auf den in dem Schritt S110 erzeugten und/oder angepassten Referenzwerten durchgeführt werden, d.h. darauf basierend kalibriert werden. Der Schritt S120, d.h. das Durchführen des aktiven MOD-Verfahrens, kann nahtlos in den Schritt S20 übergehen. Alternativ kann das aktive MOD-Verfahren z.B. nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne beendet werden, und das Verfahren daraufhin wieder auf den Beginn mit Schritt S10 warten. Auf diese Weise kann eine induktive Ladevorrichtung 10 in jedem Zustand (d.h.
insbesondere sowohl während, als auch außerhalb von, der induktiven
Energieübertragung) auf Metallobjekte hin überwacht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche
1. Induktive Ladevorrichtung (10) für ein Fahrzeug (1), mit:
einer Sendespulenstruktur (12) zum induktiven Laden einer Batterie eines Fahrzeugs (1) durch Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes zum
Induzieren eines Ladestroms (12) in einer Empfangsspulenstruktur (2) des Fahrzeugs (1);
einer Stromversorgungseinrichtung (13) zum Bestromen der
Sendespulenstruktur (12);
einer Sensorspulenstruktur mit einer Anzahl von Sensorspulen (22-i);
einer Steuereinrichtung (20), welche dazu eingerichtet ist, die induktive
Ladevorrichtung (10) in einen passiven Detektionsmodus zu versetzen, während ein induktives Laden stattfindet, und die induktive Ladevorrichtung (10) in einen aktiven Detektionsmodus zu versetzen, wenn aktuell kein induktives Laden stattfindet;
einer Passiv-Auswerteelektronik (16), welche dazu ausgelegt ist, in dem passiven Detektionsmodus einen in der Sensorspulenstruktur induzierten Strom auszuwerten und für eine Metallobjektdetektion, MOD, im Bereich der
Sendespulenstruktur (12) zu verwenden; und
einer Aktiv-Sensorelektronik (18), welche dazu ausgelegt ist, in dem aktiven Detektionsmodus ein magnetisches Sensorfeld für die MOD im Bereich der Sendespulenstruktur (12) durch zumindest teilweises Bestromen der
Sensorspulenstruktur zu erzeugen.
2. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1,
wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, ein Ergebnis der MOD in dem passiven Detektionsmodus für eine Kalibrierung oder Anpassung der Aktiv- Sensorelektronik (18) zu verwenden.
3. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, ein Ergebnis der MOD in dem aktiven Detektionsmodus für eine Kalibrierung oder Anpassung der Passiv- Auswerteelektronik (16) zu verwenden.
4. Ladevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Aktiv-Sensorelektronik (18) dazu ausgelegt ist, mindestens eine elektrische Eigenschaft mindestens einer Sensorspule der Sensorspulenstruktur zu erfassen und unter Verwendung der mindestens einen erfassten elektrischen Eigenschaft die MOD durchzuführen.
5. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 4,
wobei die Aktiv-Sensorelektronik (18) dazu ausgelegt ist, mindestens eine elektrische Eigenschaft mindestens einer zum Erzeugen des magnetischen Sensorfelds bestromten Sensorspule der Sensorspulenstruktur zu erfassen und unter Verwendung der mindestens einen erfassten elektrischen Eigenschaft die MOD durchzuführen.
6. Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei die Aktiv-Sensorelektronik (18) dazu ausgelegt ist, mindestens eine elektrische Eigenschaft mindestens einer während des Erzeugens des magnetischen Sensorfelds nicht bestromten Sensorspule der
Sensorspulenstruktur zu erfassen und unter Verwendung der mindestens einen erfassten elektrischen Eigenschaft die MOD durchzuführen.
7. Verfahren zum Überwachen einer induktiven Ladevorrichtung (10) für ein Fahrzeug (1), mit den Schritten:
Durchführen (S70) einer passiven Metallobjektdetektion, MOD, während ein induktives Laden einer Batterie eines Fahrzeugs (1) durch Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes zum Induzieren eines Ladestroms (12) in einer Empfangsspulenstruktur (2) des Fahrzeugs (1) stattfindet; und
Durchführen (S20; S120) einer aktiven MOD zu Zeitpunkten, an welchen kein induktives Laden stattfindet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, mit dem Schritt: Anpassen oder Kalibrieren (S110) der aktiven MOD unter Verwendung von Ergebnissen der passiven MOD.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, mit dem Schritt:
Anpassen oder Kalibrieren (S60) der passiven MOD unter Verwendung von
Ergebnissen der aktiven MOD.
EP19702432.6A 2018-02-06 2019-01-30 Induktive ladevorrichtung und verfahren zum überwachen einer induktiven ladevorrichtung Withdrawn EP3749542A1 (de)

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