WO2016071028A1 - Verfahren zur überwachung einer induktiven übertragungsstrecke und ladesystem zum induktiven laden eines elektrofahrzeuges - Google Patents

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WO2016071028A1
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Martin Pohlmann
Markus Mayer
Ralph Schertlen
Philipp Schumann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to methods for monitoring an inductive
  • the energy required for charging the vehicle battery is not transferred to the vehicle via a charging cable (conductive charging), but via a transformer with a large air gap.
  • the primary coil of the transformer is either embedded in the street floor or shaped as laid on the floor pallet and is connected by means of suitable electronics to the power grid.
  • the secondary coil of the transformer is typically fixedly mounted in the underbody of the vehicle and in turn connected by suitable electronics to the vehicle battery.
  • the primary coil generates a high-frequency alternating magnetic field, which the
  • the secondary coil penetrates and induces a corresponding current there. Since, on the one hand, the transmittable power scales linearly with the switching frequency, and on the other hand the switching frequency is limited by the control electronics and losses in the transmission path, this results in a typical frequency range of 30-150 kHz.
  • Alternating fields are suitable for inducing electrical eddy currents in any metallic objects that are located there. Ohmic losses heat up these so-called foreign objects. This heating is not just for personal safety (protection against contact), but also for the
  • motion detectors e.g. Passive infrared sensors, Doppler radar,
  • Ultrasonic sensors and object recognition methods such as laser scanners
  • US 2008/0103660 A1 discloses a system for detecting living objects in the interior of a vehicle.
  • the sensors used are based on the deformation of the sensors, so that they are not suitable for the detection of living objects in the danger zone of an inductive charging station.
  • the method compares images of a saved safe state with current images. A detection of living objects is not provided.
  • the present invention discloses a method for monitoring an inductive transmission path to living objects, comprising an inductive transmission path and a locally the inductive transmission line penetrating and surrounding security area, being monitored with inductive transmission path, the security area on penetrating objects and the inductive transmission path is switched off when a penetrating object is detected in the security area, and in switched off inductive transmission path of the security area is monitored for the residence of a living object within the security area, and the inductive transmission path is blocked upon detection of a living object within the security area. Due to the particularly advantageous division of the surveillance in a short
  • Turning on the inductive transmission path has the advantage that any living objects in the air gap of the inductive transmission path can be reliably detected, so that they can not be compromised by switching on the inductive transmission path.
  • an electric charging power for an electric vehicle is transmitted via the inductive transmission path.
  • Electric vehicles require high charging power, which results in high field strengths in the inductive transmission path.
  • the method according to the invention can advantageously exploit its advantages in terms of safety.
  • the inductive transmission path is turned on again when it is detected that no living object in the
  • the inductive transmission path is switched off when the vehicle is fully charged. This advantageously increases safety, since the inductive transmission path is only switched on when it is really needed.
  • the device for monitoring monitors
  • Security area on penetrating objects a time range of 0 s to 5 s. This period of time has the advantage that the inductive transmission path can be switched off quickly as soon as an object enters the security area.
  • the measurement time is less than 2 s, so that a particularly fast shutdown of the inductive transmission path can be ensured.
  • the device for monitoring monitors
  • the measuring time is more than 10 s, so that the detection of living objects can be accomplished even safer.
  • the corresponding measurements are analyzed for object distances or maximums of the object distance distribution, and time series are composed of the object distances or maxima of the object distance distribution of several successive measurements, these are Fourier-transformed and analyzed for frequencies which indicate a living object. This measure advantageously ensures good recognition of the relevant frequencies and is today with a control unit
  • the device for monitoring the security area on living objects transforms the corresponding measurement of the time domain, and analyzes the resulting
  • the frequencies indicative of a living object are frequencies of respiration or the pulse of the living object.
  • the respiratory rate of a living object is eg between 0.2 Hz and 0.6 Hz.
  • the pulse rate is correspondingly higher and can be assumed to be 1 Hz to 4 Hz.
  • the focus on these frequencies advantageously simplifies the detection of a living object substantially and requires correspondingly little computing power in the control unit.
  • the present invention also discloses a charging system for inductively charging an electric vehicle, comprising an inductive transmission link, a security section which locally penetrates and surrounds the inductive link, a device for monitoring the
  • Security area on living objects with a control device and sensors, and a device for providing the charging power, which is controlled by the device for monitoring the security area on living objects, wherein the device for monitoring the
  • Security area on living objects performs a method according to the above description.
  • the security object monitoring device includes an FSCW radar for living objects.
  • the measure has the particular advantage of the high information density of the FSCW radar, which can be used to monitor the state in the air gap of the inductive transmission path particularly well.
  • the device for monitoring the security area on living objects has a capacitive sensor path. Also, this type of sensor is well suited for monitoring, and offers the advantage of simpler and cheaper execution.
  • the device for monitoring the security area for living objects has a Doppler radar.
  • a Doppler radar is also suitable for monitoring and also has the advantage of a more cost-effective implementation by existing system components for the distance measurement of vehicles.
  • the security object monitoring device includes a camera-based optical monitoring system for living objects.
  • This sensor type can also claim the advantage of being cost-effective, since such systems are used in the driver assistance systems and can be adapted to the new task with manageable changes.
  • the device for monitoring the security area on living objects switches off the charging power when the electric vehicle leaves the charging system. This advantageously increases the security of the charging system according to the invention, since high field strengths are prevented when not in use.
  • the sensors of the device for monitoring the security area on living objects are at least two antennas, which are arranged such that they illuminate the security area. Due to the embodiment with at least 2 antennas, the security area can advantageously be extended and adapted in the form.
  • the charging system is arranged in the steps monitoring the security area on intruding objects and monitoring the security area on the residence of a living object within the security area, the distance of an im
  • the charging system is configured to arbitrarily shape the security area by means of the sensor fusion of the at least two antennas and thus to adapt the shape of the inductive transmission path.
  • the sensor fusion an almost arbitrarily shaped region can advantageously be monitored via the distance measurement of individual antennas, and the monitored area can thus be advantageously adapted to the shape of the inductive transmission path.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an electric vehicle standing on an inductive charging system in a first embodiment
  • Fig. 2 is the schematic plan view of FIG. 1 with the drawn
  • FIG. 3 is a schematic plan view of Fig. 2 with all four
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method for monitoring an inductive transmission path of a first embodiment with an FSCW radar
  • FIG. 5 shows a distance distribution of the objects located in the monitored area
  • FIG. 6 shows a movement spectrum of the prominent peaks of the distance distribution from FIG. 5,
  • FIG. 6 shows a movement spectrum of the prominent peaks of the distance distribution from FIG. 5,
  • FIG. 6 shows a movement spectrum of the prominent peaks of the distance distribution from FIG. 5,
  • FIG. 6 shows a movement spectrum of the prominent peaks of the distance distribution from FIG. 5,
  • FIG. 6 shows a movement spectrum of the prominent peaks of the distance distribution from FIG. 5
  • FIG. 7 shows the Fourier transform of the motion spectrum from FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart of the method for monitoring an inductive transmission path of a second embodiment with a capacitive measuring method
  • FIG. 9 shows a flow chart of the method for monitoring an inductive transmission path of a third embodiment with a dual radar
  • FIG. 10 shows a flow chart of the method for monitoring an inductive transmission path of a fourth embodiment with an optical camera-based measuring method.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of an inductive charging system 1 in a first embodiment.
  • an electric vehicle 11 On the inductive charging system 1 is an electric vehicle 11, which is to be loaded.
  • the loading system has a loading surface 5, via which the to be loaded
  • Electric vehicle 11 is placed, and forms an inductive transmission link 5 together with the built-in electric vehicle 11 counterpart (not shown).
  • a security area 3 which is a device for
  • the security surveillance device relies on live objects 8 of an FSCW radar with corresponding antennas 9.
  • the abbreviation FSCW radar stands for "Frequency Stepped Contionous Wave Radar.” This radar technique is well-known and is known in the art Embodiment according to the invention in two different Detection modes used to accomplish the monitoring of the security area of the transmission line.
  • Monitoring of the security area on living objects 8 further has a control unit 7, which is connected to the antennas 9.
  • the antennas 9 are placed in the space, e.g. on the ground, in
  • FIG. 2 shows, by way of example, the illumination area of one of these radar antennas 9 on the schematic representation of FIG. 1. It is adjusted so that it illuminates the safety area 3.
  • Fig. 3 shows the schematic plan view of Fig. 2 with all four
  • control unit 7 evaluates the signals from at least 3 radar antennas, it can by
  • a distance measurement of at least three radar antennas a unique position of the object in the footprint of the radar antennas can be determined, whereby the security area 3 may have any shape, which may also differ from the footprint of the radar antennas. An object in the security area 3 is thus reliably detectable.
  • the monitoring of the security area 3 is done with a combination of two different detection modes of the FSCW radar for
  • Security area 3 directed. When the charging system is switched on, fast and at the same time classifying detection of penetrating objects takes place instead, in order to be able to switch off the charging system as quickly as possible.
  • the second mode hereafter also referred to as "living object detection” is aimed at sensitive detection of movement patterns such as breath or the pulse of living beings or spatial characteristics of living objects, so that a living object safely from non-critical other objects
  • This mode is active when the inductive
  • Transmission path 5 is turned off.
  • the device for monitoring the security area on living objects 8 is thus able to start the inductive charging process, to be carried out or to switch off or to interrupt.
  • the switch-on and switch-off actions can be faster or slower.
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method for monitoring an inductive transmission link of the first embodiment with the FSCW radar.
  • the system executing the method knows two states, state 403, "Charging allowed”, ie “Charge allowed”, and state 405, "Charging not allowed”, ie “Charge not allowed”.
  • the system can start in one of the two modes.
  • the system starts in mode 405, "Charge not allowed.”
  • the security object monitoring device 8 performs the second detection mode on living objects 8 and checks the security area 3 for living objects in step 404. If no living object is detected because the signal changes little or only randomly, the system goes into mode 403, "Charging allowed”. Previously, the boundary parameters are still adapted to the current situation in step 401. The system is so to speak “normalized.” In mode 403, "charging allowed", the safety area monitoring device operates on living objects 8 in the first detection mode.
  • the security area is monitored in step 402 for intrusion of any objects, and the
  • Transmission path 5 is switched off immediately as soon as an object classified as potentially critical is detected.
  • the shutdown causes the system to be in mode 405, "Charging not allowed” again, and the
  • Device for monitoring the security area on living objects 8 operates again in the second detection mode in step 404.
  • the switching on of the charging process is triggered by a vehicle to be charged, which runs on the charging pad of the inductive transmission path 5 and activates the charging process. Sooner or even before the start of the charging process, the device for monitoring the security area is switched to live
  • Objects 8 are activated and the gap is monitored as well as a "virtual fence" placed around the area's high field intensity.
  • the switching off of the charging process or the temporary switching off of the charging process is triggered in step 404 by a potentially living object which is detected in the intermediate space or in step 402 by a potentially living object which penetrates into the area to be monitored (virtual fence is penetrated). , or the vehicle to be loaded drives away or is full.
  • step 406 a detection of the restored zero state is checked within a predetermined time.
  • the "zero state” indicates the state that was previously recognized as uncritical and stored in the system, optionally compensated for drift
  • the re-start of the charging process is also triggered in step 406 by a detection that the zero state is not reached, but the deviation in the detection area of a non-living object.
  • the continuous switching off of the charging process is performed upon detection of patterns (movement, contour) of living objects in step 404.
  • the advantage of the ultra-wideband radar system (FSCW radar) of the first embodiment is that the high bandwidth makes it abundant
  • the Frequency Stepped Continuous Wave (FSCW) radar principle can be used to determine a distance distribution of an object, thus making the system advantageous in the case of extended objects or in the case of disturbing influences, for example
  • the device for monitoring the security area on living objects 8 is therefore able, especially in the second mode in step 404, to detect small movements (eg breathing of an animal) of any object that is already in the security area 3 (as it were within a virtual fence ) is located.
  • the device for monitoring the security area on living objects 8 may have regular movements
  • a measurement signal of the measurement signal acquired over a few seconds, in the first embodiment after the flowchart of step 404 of FIG FSCW radars from the frequency domain (amplitude and phase shift as a function of frequency) for each time measurement step
  • FIG. Fig. 5 shows a distance distribution in the monitored
  • the time domain reflects the distance distribution of the target detected by the radar antenna. From the distance distribution results in which object distances movements have occurred: Prominent peaks 551, 553 in the distance distribution are now analyzed for their temporal behavior. For this purpose, all Fourier amplitudes in the
  • FIG. 6 shows a motion spectrum of the prominent peaks of FIG
  • FIG. 7 shows the Fourier transform of the motion spectrum from FIG. 6
  • Noise level of the total spectrum compared. Clearly visible is the increased amplitude in the black background area of FIG. 7 at about 0.5 Hz. This is the measurement of the breathing of a cat located in the security area 3.
  • the averaged amplitude is shown in line 711, the amplitude of the black highlighted area is the line 712.
  • a living object must be assumed to be in a predetermined frequency range that responds to respiration Can close the pulse.
  • the last evaluation step (Fourier analysis of a time series) is not limited to the first embodiment but may be applied to any other methods in which a time-dependent amplitude that correlates with the movement of the object is measured.
  • FIG. 8 shows a flow chart of the method for monitoring an inductive transmission link of a second embodiment with a capacitive measuring method.
  • the second embodiment is similar to the first embodiment, therefore, only the differences from the first
  • the second embodiment uses a capacitive detection method instead of the FSCW radar.
  • corresponding electrically conductive surfaces are attached to the charging station or to the vehicle, and the
  • Controller 7 constantly measures the capacitance between these two potentials.
  • the conductive surfaces are preferably located next to one another on a plane, as a result of which objects which approach this plane at the level of the two surfaces can be well recognized. If something penetrates into the space near the two electrically conductive surfaces, the capacity of the arrangement changes and the object can be recognized by the change of the capacitance.
  • the load may be restarted at step 802 or at step 804, depending on the security requirement. For high security requirements, start in step 804.
  • the system checks in step 804 for the
  • the inventive method now periodically performs steps 802 and 801. So long no invading potentially living object in the
  • step 802 the system immediately goes to state 805, "Charge not allowed.”
  • the inductive link 5 is turned off and in step 806 it is checked whether the system is the previous one If this is the case, it can be assumed that the "disturbance” was only temporary, and the system can be switched on again via the states 801 and 803. However, if the null state is measurably unrestored, then in step 804 it must be further examined whether the change in space is due to a living object. If this is the case, then the system jumps back to the state 805 "Charge not allowed.” Only when no potentially living object is detected in the security area 3, the system goes back to the state 803, "charge allowed”. Previously, in step 801, a "normalization” is performed again to the current conditions in the security area 3 in order to redefine the zero state.
  • step 801 there is an adaptation to the current circumstances in step 801 before the device for monitoring the security area on living objects 8 begins monitoring.
  • Security area is thus "normalized” before monitoring as in the previous embodiment, so that changes can be better detected.
  • the load is released and the living object surveillance device 8 is in the first mode, where in step 802 only a short time period of ls is considered to detect any objects entering the security area can. If an object is detected, then the inductive
  • Transmission line 5 is switched off, and the device for monitoring the security area on living objects 8 then operates in the second mode to detect living objects in step 804 in the security area 3 can.
  • FIG. 9 shows a flow chart of the method for monitoring an inductive transmission link 5 of a third embodiment with a Doppler radar.
  • the third embodiment is similar to the first one
  • the load may be restarted in step 902 or step 904, depending on the security requirement. If the security requirements are high, the process starts in step 904.
  • the method according to the invention now carries out the steps 902 periodically. As long as no invading potentially living object is detected in the security area 3, the system remains in state 903, "charge allowed" and the vehicle is charged via the inductive transmission link 5.
  • step 902 As soon as the entry of a potentially living object into the security area 3 is detected in step 902, the system immediately goes to state 905, "Charge Not Allowed.” The inductive link 5 is turned off and step 904 is subsequently executed periodically a potentially living object is detected in the security area 3. Only if no potentially living object in the security area 3 is detected more, the system goes back to the state 903, "charge allowed”.
  • FIG. 10 shows a flowchart of the method for monitoring an inductive transmission link of a fourth embodiment with an optical camera-based measuring method.
  • the fourth embodiment is similar to the first embodiment, therefore, only the differences from the first embodiment will be described.
  • the system checks whether there is something in the intermediate space that matches the contour of a living being (resp.
  • the images delivered by the camera are thus checked for changes using evaluation algorithms, and structures that represent the contour of a living being are recognized. In this case, no charge may take place. On the other hand, if the state in the intermediate space changes with rapid, random movements or not at all, charging will take place.
  • Motion detection of complex motion patterns can also be closed to living objects and false alarms reduced.
  • the load may be restarted in step 1002 or step 1004, depending on the security requirement. If the security requirements are high, the process starts in step 1004.
  • Method according to the invention now periodically performs steps 1002. So for a long time no intruding potentially living object is detected in the security area 3, the system remains in state 1003, "Charge Permitted” and the vehicle is loaded via the inductive transmission link 5. Once in step 1002 the intrusion of a potentially living object into the security area 3 is detected the system immediately goes to state 1005, "Charge not allowed”. The inductive transmission path 5 is switched off and the step 1006 is carried out periodically in the following until the previously stored zero state is again approximately reached. If so, the system jumps back to state 1001 to perform a new normalization and reestablishment of the zero state, and to restart the charge.
  • step 1004 is executed and a check is made as to whether a potentially living object is detected in the security area 3. Only if no potentially living object is in the security area 3 more is detected, the system returns to state 1003, "Charge Allowed". Previously, in step 1001, a "normalization” is carried out again to the current conditions in the security area 3. If a living object is detected in the security area 3, the system remains in state 1005, "Charge Not Allowed", until the zero state at least approximately reaches again becomes.

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Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke auf lebende Objekte, aufweisend eine induktive Übertragungsstrecke sowie einen örtlich die induktive Übertragungsstrecke durchdringenden und umgebenden Sicherheitsbereich, mit folgenden Schritten: bei eingeschalteter induktiver Übertragungsstrecke Überwachung des Sicherheitsbereiches auf eindringende Objekte und Abschalten der induktiven Übertragungsstrecke bei Detektion eines eindringenden Objektes in den Sicherheitsbereich; bei ausgeschalteter induktiver Übertragungsstrecke Überwachung des Sicherheitsbereiches auf den Aufenthalt eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches und Sperren der induktiven Übertragungsstrecke bei Detektion eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches.Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Ladesystem zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeuges mit einer induktiven Übertragungsstrecke, einen Sicherheitsbereich, welcher die induktive Übertragungsstrecke örtlich durchdringt und umgibt, einer Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte mit einer Steuervorrichtung und Sensoren, und einer Einrichtung zum Bereitstellen der Ladeleistung, die von der Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte angesteuert wird, wobei die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte das obige Verfahren ausführt.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke und
Ladesystem zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeuges
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Überwachung einer induktiven
Übertragungsstrecke und von einem Ladesystem zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeuges nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Beim sogenannten induktiven Laden von Elektrofahrzeugen wird die für das Laden der Fahrzeugbatterie notwendige Energie nicht über ein Ladekabel zum Fahrzeug übertragen (konduktives Laden), sondern über einen Transformator mit großem Luftspalt. Hierbei ist typischerweise die Primärspule des Transformators entweder im Straßenboden eingelassen oder als auf den Boden aufgelegte Ladeplatte ausgeformt und wird mittels einer geeigneten Elektronik mit dem Stromnetz verbunden. Die Sekundärspule des Transformators ist typischerweise fest im Unterboden des Fahrzeugs montiert und ihrerseits mittels geeigneter Elektronik mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Zur Energieübertragung erzeugt die Primärspule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das die
Sekundärspule durchdringt und dort einen entsprechenden Strom induziert. Da einerseits die übertragbare 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 - 150 kHz.
Die im Luftspalt während der Übertragung entstehenden magnetischen
Wechselfelder sind dazu geeignet, in beliebigen metallischen Objekten, die sich dort befinden, elektrische Wirbelströme zu induzieren. Durch ohmsche Verluste erhitzen sich diese sogenannten Fremdobjekte. Diese Erhitzung stellt nicht nur für die Personensicherheit (Berührungsschutz), sondern auch für die
Betriebssicherheit des Fahrzeugs eine erhebliche Gefahr dar. Des weiteren müssen auch biologische Objekte wie Tiere, Körperteile von Menschen, lebende Objekte generell erkannt werden, um diese nicht den hohen Magnetfeldern auszusetzen. Daher ist eine Erkennung von lebenden Objekten notwendiger Bestandteil eines induktiven Ladesystems.
Zur Erkennung von Objekten eignen sich prinzipiell verschiedene Arten von Bewegungsmeldem, z.B. Passive Infrarot Sensoren, Doppler Radar,
Ultraschallsensoren und Objekterkennungsverfahren wie Laserscanner,
Videokameras, Stereokameras oder Wärmebildkameras. Besondere
Herausforderungen bei vielen Verfahren sind:
die Eingrenzung des Erkennungsbereichs auf den Bereich hoher Magnetfelder ; die Unterscheidung kritischer (lebender) von anderen Objekten;
die Empfindlichkeit gegenüber Umweltbedingungen wie Nässe, Schnee oder Eis.
Die US 2008/0103660 AI offenbart ein System zur Detektion von lebenden Objekten im Innenraum eines Fahrzeuges. Die eingesetzten Sensoren basieren jedoch auf der Deformation der Sensoren, so dass diese für die Erkennung von lebenden Objekten im Gefahrenbereich einer induktiven Ladestation nicht geeignet sind.
Aus der WO 01/17838 AI ist ein Verfahren zur Überwachung eines
Gefahrenbereiches mittels einer Kamera bekannt. Das Verfahren vergleicht dazu Bilder eines gespeicherten sicheren Zustandes mit aktuellen Bildern. Eine Erkennung lebender Objekte ist nicht vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke auf lebende Objekte, aufweisend eine induktive Übertragungsstrecke sowie einen örtlich die induktive Übertragungsstrecke durchdringenden und umgebenden Sicherheitsbereich, wobei bei eingeschalteter induktiver Übertragungsstrecke der Sicherheitsbereich auf eindringende Objekte überwacht wird und die induktive Übertragungsstrecke abgeschaltet wird, wenn ein eindringendes Objekt in dem Sicherheitsbereich detektiert wird, und bei ausgeschalteter induktiver Übertragungsstrecke der Sicherheitsbereich auf den Aufenthalt eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches überwacht wird, und die induktive Übertragungsstrecke bei Detektion eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches gesperrt wird. Durch die besonders vorteilhafte Aufteilung der Überwachung in eine eine kurze
Zeitspanne betrachtende Messung zur Detektion von eindringenden Objekten jeglicher Art und eine eine lange Zeitspanne betrachtende Messung zur
Detektion von im Sicherheitsbereich befindlichen lebenden Objekten kann eine besonders zuverlässige Überwachung der induktiven Übertragungsstrecke sichergestellt werden. Vorteilhaft ist auch die Aufteilung der schnellen Messung bei eingeschalteter induktiver Übertragungsstrecke und der langsamen Messung bei ausgeschalteter induktiver Übertragungsstrecke. Dadurch wird eine
Gefährdung von lebenden Objekten wie Vögeln, Hunden und Katzen sowie Menschen vermieden, da die induktive Übertragungsstrecke erfindungsgemäß sehr schnell abgeschaltet werden kann. Die lange Messung vor einem
Einschalten der induktiven Übertragungsstrecke hat den Vorteil, dass sich jegliche lebendige Objekte im Luftspalt der induktiven Übertragungsstrecke sicher detektieren lassen, so dass diese nicht durch ein Einschalten der induktiven Übertragungsstrecke gefährdet werden können.
Bevorzugt wird eine elektrische Ladeleistung für ein Elektrofahrzeug über die induktive Übertragungsstrecke übertragen. Elektrofahrzeuge benötigen hohe Ladeleistungen, was hohe Feldstärken bei der induktiven Übertragungsstrecke zur Folge hat. Hier kann das erfindungsgemäße Verfahren seine Vorteile bei der Sicherheit vorteilhaft ausschöpfen.
In einer Ausführungsform wird die induktive Übertragungsstrecke wieder eingeschaltet, wenn detektiert wird, dass sich kein lebendes Objekt im
Sicherheitsbereich aufhält. Diese Maßnahme erhöht vorteilhaft die Ladeeffizienz, da die zum Laden zur Verfügung stehende Zeit besonders gut ausgenützt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die induktive Übertragungsstrecke abgeschaltet, wenn das Fahrzeug voll geladen ist. Dies erhöht in vorteilhafter Weise die Sicherheit, da die induktive Übertragungsstrecke nur eingeschaltet ist, wenn sie wirklich benötigt wird. In einer Ausführungsform misst die Vorrichtung zur Überwachung des
Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte für die Überwachung des
Sicherheitsbereiches auf eindringende Objekte einen Zeitbereich von 0 s bis 5 s. Diese Zeitspanne birgt den Vorteil, dass die induktive Übertragungsstrecke schnell abgeschaltet werden kann, sobald ein Objekt in den Sicherheitsbereich eindringt. Besonders bevorzugt beträgt die Messzeit unter 2 s, damit ein besonders schnelles Abschalten der induktive Übertragungsstrecke sichergestellt werden kann. In einer Ausführungsform misst die Vorrichtung zur Überwachung des
Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte für die Überwachung des
Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte einen Zeitbereich von 5 s bis 30 s. Durch diese lange Zeitspanne kann ein lebendes Objekt sicher erkannt werden, selbst wenn es sehr langsam atmet und die Atemfrequenz entsprechend niedrig ist. Auch bei sehr niedriger Frequenz ist das Abtasttheorem erfüllt, und eine
Detektion des lebenden Objektes vorteilhaft sichergestellt. Besonders bevorzugt beträgt die Messzeit mehr als 10 s, damit die Detektion von lebenden Objekten noch sicherer bewerkstelligt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die entsprechenden Messungen auf Objektdistanzen oder Maxima der Objektdistanzverteilung hin analysiert, und aus den Objektdistanzen oder Maxima der Objektdistanzverteilung mehrerer hintereinander liegender Messungen Zeitreihen zusammensetzt, diese fouriertransformiert und auf Frequenzen hin analysiert, die auf ein lebendes Objekt hindeuten. Diese Maßnahme stellt vorteilhaft eine gute Erkennung der relevanten Frequenzen sicher und ist mit einem Steuergerät heutiger
Rechenleistung leicht durchführbar.
In einer anderen Ausführungsform fouriertransformiert die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte die entsprechende Messung des Zeitbereichs, und analysiert die dabei entstehende
Distanzverteilung auf Maxima hin. Aus den Maxima mehrerer hintereinander liegender Messungen setzt die Vorrichtung zur Überwachung des
Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte eine Zeitreihe zusammen,
fouriertransformiert diese wiederum und analysiert das Ergebnis auf Frequenzen hin, die auf ein lebendes Objekt hindeuten. Auch diese Maßnahme stellt vorteilhaft eine gute Erkennung der relevanten Frequenzen sicher und ist mit einem Steuergerät heutiger Rechenleistung leicht durchführbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Frequenzen, die auf ein lebendes Objekt hindeuten Frequenzen der Atmung oder des Pulses des lebenden Objektes. Die Atemfrequenz eines lebenden Objektes beträgt z.B. zwischen 0,2 Hz und 0,6 Hz. Die Pulsfrequenz ist entsprechend höher und kann mit 1 Hz bis 4 Hz angenommen werden. Die Fokussierung auf diese Frequenzen vereinfacht in vorteilhafter Weise die Erkennung eines lebenden Objektes wesentlich und benötigt entsprechend wenig Rechenleistung im Steuergerät.
Die vorliegende Erfindung offenbart ebenfalls ein Ladesystem zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeuges, aufweisend eine induktive Übertragungsstrecke, einen Sicherheitsbereich, welcher die induktive Übertragungsstrecke örtlich durchdringt und umgibt, eine Vorrichtung zur Überwachung des
Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte mit einer Steuervorrichtung und Sensoren, und eine Einrichtung zum Bereitstellen der Ladeleistung, die von der Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte angesteuert wird, wobei die Vorrichtung zur Überwachung des
Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte ein Verfahren gemäß der obigen Beschreibung ausführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte ein FSCW Radar auf. Diese
Maßnahme hat den besonderen Vorteil der hohen Informationsdichte des FSCW- Radars, über die der Zustand im Luftspalt der induktiven Übertragungsstrecke besonders gut überwacht werden kann. In einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte eine kapazitive Sensorstrecke auf. Auch dieser Sensortyp ist für die Überwachung gut geeignet, und bietet den Vorteil der einfacheren und kostengünstigeren Ausführung. In einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte ein Doppler- Radar auf. Auch ein Doppler-Radar ist für die Überwachung geeignet und hat ebenfalls den Vorteil einer kostengünstigeren Implementierung durch für die Abstandsmessung von Fahrzeugen vorhandene Systemkomponenten.
In einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte ein kamerabasiertes optisches Überwachungssystem auf. Dieser Sensortyp kann ebenfalls den Vorteil für sich beanspruchen, kostengünstig ausgeführt werden zu können, da solche Systeme bei den Fahrerassistenzsystemen zum Einsatz kommen und mit überschaubaren Änderungen auf die neue Aufgabe angepasst werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schaltet die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte die Ladeleistung ab, wenn das Elektrofahrzeug das Ladesystem verlässt. Dies erhöht vorteilhaft die Sicherheit des erfindungsgemäßen Ladesystems, da hohe Feldstärken bei Nichtbenutzung unterbunden werden. In einer anderen Ausführungsform sind die Sensoren der Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte mindestens 2 Antennen, welche derart angeordnet sind, dass sie den Sicherheitsbereich ausleuchten. Durch die Ausführungsform mit mindestens 2 Antennen kann der Sicherheitsbereich vorteilhaft erweitert und in der Form angepasst werden.
In einer anderen Ausführungsform des Ladesystems ist es eingerichtet, in den Schritten Überwachung des Sicherheitsbereiches auf eindringende Objekte und Überwachung des Sicherheitsbereiches auf den Aufenthalt eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches die Distanz eines im
Sicherheitsbereich befindlichen Objektes zu jeder der Antennen zu messen und mittels Sensorfusion zu einer zweideutigen oder eindeutigen Position des Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches zu kombinieren. Durch den Vorteilhaften Einsatz von mehreren Antennen und einer Sensorfusion kann die Position des Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches vorteilhaft genau und unkompliziert bestimmt werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Ladesystem eingerichtet, den Sicherheitsbereich mittels der Sensorfusion der mindestens zwei Antennen beliebig zu formen und so der Form der induktiven Übertragungsstrecke anzupassen. Durch die Sensorfusion kann über die Distanzmessung einzelner Antennen vorteilhaft ein nahezu beliebig geformter Bereich Überwacht werden, und der überwachte Bereich somit vorteilhaft an die Form der induktiven Übertragungsstrecke angepasst werden. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Ladesystems und Ladeverfahrens ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen,
Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines auf einem induktiven Ladesystem stehenden Elektrofahrzeuges in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 die schematische Draufsicht aus Fig. 1 mit dem eingezeichneten
Überwachungsbereich einer der vier Radarantennen, Fig. 3 die schematische Draufsicht der Fig. 2 mit allen vier
Überwachungsbereichen der vier Radarantennen,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke einer ersten Ausführungsform mit einem FSCW- Radar,
Fig. 5 eine Distanzverteilung der im überwachten Bereich befindlichen Objekte, Fig. 6 ein Bewegungsspektrum der prominenten Peaks der Distanzverteilung aus Fig. 5,
Fig. 7 die Fouriertransformation des Bewegungsspektrums aus Fig. 6,
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke einer zweiten Ausführungsform mit einem kapazitiven Messverfahren,
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke einer dritten Ausführungsform mit einem Doppier- Radar,
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke einer vierten Ausführungsform mit einem optischen kamerabasierten Messverfahren.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines induktiven Ladesystems 1 in einer ersten Ausführungsform. Auf dem induktiven Ladesystem 1 steht ein Elektrofahrzeug 11, welches geladen werden soll.
Das Ladesystem weist eine Ladefläche 5 auf, über die das zu ladende
Elektrofahrzeug 11 platziert wird, und die zusammen mit dem im Elektrofahrzeug 11 eingebauten Gegenstück (nicht gezeigt) eine induktive Übertragungsstrecke 5 bildet. Um die Ladefläche beziehungsweise Übertragungsstrecke 5 herum befindet sich ein Sicherheitsbereich 3, der von einer Vorrichtung zur
Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 überwacht wird. In der ersten Ausführungsform bedient sich die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 eines FSCW-Radars mit entsprechenden Antennen 9. Die Abkürzung FSCW-Radar steht für„Frequency Stepped Contionous Wave Radar". Diese Radartechnik ist an sich bekannt und wird in dieser Ausführungsform erfindungsgemäß in zwei verschiedenen Detektionsmodi benutzt, um die Überwachung des Sicherheitsbereiches der Übertragungsstrecke bewerkstelligen zu können. Die Vorrichtung zur
Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 weist weiterhin ein Steuergerät 7 auf, welches mit den Antennen 9 verbunden ist. Beim FSCW- System werden die Antennen 9 im Zwischenraum, z.B. am Boden, in
Bodennähe, am Fahrzeugunterboden oder in Fahrzeugunterbodennähe angebracht. Dabei wird mit ultrabreitbandigen Hochfrequenzsignalen, die von diesen Antennen 9 abgestrahlt bzw. empfangen werden, der Zwischenraum zwischen Boden und Fahrzeug 11 überwacht.
Fig. 2 zeigt beispielhaft den Ausleuchtbereich einer dieser Radarantennen 9 an der schematischen Darstellung der Fig. 1. Er ist so eingestellt, dass er den Sicherheitsbereich 3 ausleuchtet. Fig. 3 zeigt die schematische Draufsicht der Fig. 2 mit allen vier
Überwachungsbereichen der vier Radarantennen. Die schraffierten Bereiche zeigen den Ausleuchtbereich aller 4 Radarantennen. Solang das Steuergerät 7 die Signale von mindestens 3 Radarantennen auswertet, kann es durch
Bestimmung der Distanzen zum Objekt dieses eindeutig im Ausleuchtbereich der Radarantennen lokalisieren (Multilateration) und damit zwischen einem Objekt innerhalb und außerhalb dieses Sicherheitsbereiches 3 genau unterscheiden. Durch eine Distanzmessung von mindestens drei Radarantennen kann eine eindeutige Position des Objekts im Ausleuchtbereich der Radarantennen festgestellt werden, wodurch der Sicherheitsbereich 3 eine beliebige Form haben darf, die sich auch vom Ausleuchtbereich der Radarantennen unterscheiden kann. Ein Objekt im Sicherheitsbereich 3 ist somit sicher detektierbar.
Die Überwachung des Sicherheitsbereiches 3 geschieht mit einer Kombination zwei verschiedener Detektionsmodi des FSCW-Radars zur
Lebendobjekterkennung:
Im ersten Modus, im Folgenden auch als„Intrusion Detection" bezeichnet ist der Fokus auf eine schnelle und sichere Erkennung beliebiger Objekte im
Sicherheitsbereich 3 gerichtet. Im Einschaltzustand des Ladesystems findet eine schnelle und gleichzeitig klassifizierende Erkennung von eindringenden Objekten statt, um gegebenenfalls das Ladesystem möglichst schnell abschalten zu können.
Der zweite Modus, im Folgenden auch als„Living Object Detection" bezeichnet, ist auf eine empfindliche Erkennung von Bewegungsmustern wie Atem oder den Puls von Lebewesen oder räumliche Charakteristika lebender Objekte gerichtet, damit ein lebendes Objekt sicher von unkritischen anderen Objekten
unterschieden werden kann. Dieser Modus ist aktiv, wenn die induktive
Übertragungsstrecke 5 ausgeschaltet ist. Die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 ist damit in der Lage, den induktiven Ladevorgang zu starten, durchführen zu lassen bzw. abzuschalten oder zu unterbrechen. Je nach Sicherheitsanforderung können die Ein- und Ausschalthandlungen schneller oder langsamer geschehen. Durch die Trennung von Intrusion Detection und Living Object Detection ist die vorteilhafte Verwendung von solchen Sensorsystemen wie dem FSCW- Radar der ersten Ausführungsform möglich, die unterschiedlich eingestellt werden können und gleichzeitig eine Fülle an Informationen liefern. Damit ist sowohl im Zweifelsfall ein schnelles Abschalten gewährleistet, als auch bei Anwesenheit eines lebenden Objekts die dauerhafte Deaktivierung. Für die anspruchsvolle Unterscheidung lebender von anderen Objekten steht damit eine ausreichende Zeitspanne zur Verfügung.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke der ersten Ausführungsform mit dem FSCW- Radar. Das das Verfahren ausführende System kennt zwei Zustände, Zustand 403,„Charging allowed", also„Ladung erlaubt" , und Zustand 405,„Charging not allowed", also„Ladung nicht erlaubt".
Fährt nun ein Fahrzeug auf das Ladesystem, so kann das System in einem der beiden Modi starten. Bei hohen Sicherheitsanforderungen startet das System im Modus 405,„Ladung nicht erlaubt" . Nun führt die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 den zweiten Detektionsmodus durch, und überprüft im Schritt 404 den Sicherheitsbereich 3 auf lebende Objekte. Wird kein lebendes Objekt erkannt, weil sich das Signal wenig oder nur zufällig ändert, dann geht das System in den Modus 403,„Charging allowed". Vorher werden die Randparameter im Schritt 401 noch an die aktuelle Lage angepasst, das System wird sozusagen„normiert" . Im Modus 403,„Charging allowed" arbeitet die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 im ersten Detektionsmodus. Hier wird der Sicherheitsbereich im Schritt 402 auf ein Eindringen jeglicher Objekte überwacht, und die
Übertragungsstrecke 5 wird sofort abgeschaltet, sobald ein als potentiell kritisch klassifiziertes Objekt detektiert wird. Das Abschalten führt dazu, das sich das System wieder im Modus 405,„Charging not allowed" befindet, und die
Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 arbeitet wieder im zweiten Detektionsmodus im Schritt 404.
Das Einschalten des Ladevorgangs wird ausgelöst durch ein zu ladendes Fahrzeug, welches auf das Ladepad der induktiven Übertragungsstrecke 5 fährt und den Ladevorgang aktiviert. Zeitnah oder bereits vor Start des Ladevorgangs wird die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende
Objekte 8 aktiviert und der Zwischenraum überwacht sowie ein„virtueller Zaun" um den Bereich hoher Feld Intensität gelegt.
Das Ausschalten des Ladevorgangs bzw. das vorübergehende Ausschalten des Ladevorgangs wird im Schritt 404 ausgelöst durch ein potentiell lebendes Objekt, welches im Zwischenraum erkannt wird, oder im Schritt 402 durch ein potentiell lebendes Objekt welches in den zu überwachenden Bereich eindringt (virtueller Zaun wird durchdrungen), oder das zu ladende Fahrzeug fährt davon oder ist voll.
Im Schritt 406 wird eine Erkennung des wiederhergestellten Nullzustands innerhalb einer vorgegebenen Zeit geprüft. Der„Nullzustand" kennzeichnet den Zustand, der vorher als unkritisch erkannt und im System hinterlegt wurde, gegebenenfalls gegen Drift kompensiert. Kehrt das Systen wieder in den
Nullzustand zurück, kann davon ausgegangen werden, dass die„Störung" nur vorübergehend war, und das System kann über die Zustände 401 und 403 wieder eingeschaltet werden. Ist jedoch der Nullzustand messbar nicht wiederhergestellt, muss im Schritt 404 genauer geprüft werden, ob die
Veränderung im Zwischenraum von einem lebenden Objekt herrührt. Wird hier kein lebendes Objekt detektiert, so wird zu Schritt 401 gesprungen. Hier wird das System neu normiert, also der Nullzustand festgelegt, und das System geht dann wieder in den Modus 403,„Charging allowed".
Das erneute Einschalten des Ladevorgangs wird im Schritt 406 ebenfalls ausgelöst durch eine Erkennung, dass der Nullzustand zwar nicht erreicht ist, aber die Abweichung im Erfassungsbereich von einem nicht lebenden Objekt herrührt.
Das andauernde Ausschalten des Ladevorgangs wird vorgenommen bei einer Erkennung von Mustern (Bewegung, Kontur) lebender Objekte im Schritt 404.
Mit dieser Vorgehensweise kann der Sicherheitsbereich 3 sicher überwacht werden. Der Vorteil des ultrabreitbandigen Radarsystems (FSCW-Radar) der ersten Ausführungsform ist, dass man durch die hohe Bandbreite eine Fülle an
Information erhält, die mit hoher Sicherheit auf den Systemzustand hinsichtlich Nullzustand bzw. eindringender Objekte schließen lassen. Insbesondere kann mit dem Prinzip des„Frequency Stepped Continuous Wave" (FSCW) Radar eine Distanzverteilung eines Objekts ermittelt werden. Somit wird das System vorteilhaft bei ausgedehnten Objekten oder bei Störeinflüssen, z.B. bei
Wasserfilmen ausgeregelt, da diese als zeitstabile Ziele ausgeblendet werden können. Die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 ist damit vor allem im zweiten Modus im Schritt 404 in der Lage, kleine Bewegungen (z.B. Atmung eines Tiers) eines beliebigen Objekts zu erkennen, das sich bereits im Sicherheitsbereich 3 (sozusagen innerhalb eines virtuellen Zauns) befindet. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 regelmäßige Bewegungen wie
Pulsschlag oder Atmung durch Beobachtung über einen Zeitraum von einigen zehn Sekunden relativ stabil erkennen und so ein fälschliches Wiedereinschalten der induktiven Ladestrecke verhindern. Zu diesem Zweck wird ein über einige Sekunden, in der ersten Ausführungsform nach dem Ablaufdiagramm des Schrittes 404 der Fig. 4 sind es 15 Sekunden, aufgenommenes Messsignal des FSCW-Radars vom Frequenzbereich (Amplitude und Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Frequenz) für jeden zeitlichen Messschritt durch
Fouriertransformation in den Zeitbereich (Amplitude und Phasenverschiebung) transformiert. Ein Beispiel einer solchen fouriertransformierten Messung ist in Fig. 5 angegeben. Fig. 5 zeigt eine Distanzverteilung der im überwachten
Bereich befindlichen Objekte. Der Zeitbereich spiegelt die von der Radarantenne detektierte Distanzverteilung des Zieles wider. Aus der Distanzverteilung ergibt sich, in welchen Objektdistanzen Bewegungen aufgetreten sind: Prominente Peaks 551, 553 in der Distanzverteilung werden nun auf ihr zeitliches Verhalten analysiert. Hierzu werden alle Fourieramplituden bei der
entsprechenden Distanz in einer Zeitreihe zusammengesetzt.
Die zusammengesetzte Zeitreihe der Messung aus Fig. 5 ist in Fig. 6 zu sehen. Fig. 6 zeigt ein Bewegungsspektrum der prominenten Peaks der
Distanzverteilung aus Fig. 5.
Diese Zeitreihe wird wiederum fouriertransformiert, so dass das
Bewegungsspektrum bei der entsprechenden Distanz entsteht. Dieses
Bewegungsspektrum ist in Fig. 7 zu sehen. Fig. 7 zeigt die Fouriertransformation des Bewegungsspektrums aus Fig. 6
Im Falle einer periodischen Bewegung im Bereich von ca. 0.2 bis 0.6 Hz kann auf eine Atembewegung geschlossen werden. Hierzu wird das Bewegungsspektrum im entsprechenden Frequenzbereich integriert und das Integral mit dem
Rauschlevel des Gesamtspektrums verglichen. Deutlich zu sehen ist die erhöhte Amplitude im schwarz hinterlegten Bereich der Fig. 7 bei etwa 0,5 Hz. Dies ist die Messung der Atmung einer im Sicherheitsbereich 3 befindlichen Katze. Die gemittelte Amplitude ist in der Linie 711 dargestellt, die Amplitude des schwarz hinterlegten Bereiches ist die Linie 712. Sobald ein größerer Bereich die gemittelte Amplitude 711 übersteigt, ist von einem lebenden Objekt auszugehen, wenn dies in einem vorbestimmten Frequenzbereich passiert, der auf Atmung oder Pulsschlag schließen lässt. Der letzte Auswertungsschritt (Fourieranalyse einer Zeitreihe) ist nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt sondern kann auch für beliebige andere Verfahren angewendet werden, bei denen eine zeitabhängige Amplitude gemessen wird, die mit der Bewegung des Objekts korreliert.
Beim FSCW-Radar ist jedoch, sofern mehrere Antennen verwendet und vorteilhaft angeordnet sind, auch eine Lokalisierung von Objekten und damit ein genau einzugrenzender Erfassungsbereich möglich. Des Weiteren erlauben die Distanzverteilungen Rückschlüsse auf die Art des Objekts.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke einer zweiten Ausführungsform mit einem kapazitiven Messverfahren. Die zweite Ausführungsform ist ähnlich zur ersten Ausführungsform, es werden daher nur die Unterschiede zur ersten
Ausführungsform beschrieben.
Die zweite Ausführungsform verwendet anstelle des FSCW-Radars ein kapazitives Detektionsverfahren. Dabei sind entsprechende elektrisch leitende Flächen an der Ladestation oder am Fahrzeug angebracht, und das
Steuergerät 7 misst ständig die Kapazität zwischen diesen zwei Potentialen. Bevorzugt befinden sich die leitenden Flächen auf einer Ebene nebeneinander, wodurch Objekte, die sich dieser Ebene auf Höhe der beiden Flächen nähern, gut erkannt werden können. Dringt etwas in den Raum nahe der zwei elektrisch leitenden Flächen ein, so verändert sich die Kapazität der Anordnung, und das Objekt kann über die Änderung der Kapazität erkannt werden.
Die Ladung kann wieder, je nach Sicherheitsanforderung, im Schritt 802 oder im Schritt 804 gestartet werden. Bei hohen Sicherheitsanforderungen wird im Schritt 804 gestartet. Beim Kapazitivverfahren überprüft das System im Schritt 804 nach der
Auslenkung aus dem Ruhezustand durch Eindringung eines Objekts in den Sicherheitsbereich 3 auf einen unveränderten oder sich schnell, zufällig und schwach verändernden Zustand im Sicherheitsbereich 3. Hieraus wird geschlossen, dass kein lebendes Objekt sich im Luftspalt befindet. Ändert sich der Zustand im Sicherheitsbereich 3 periodisch im Frequenzbereich von Lebewesen (bzw. derer charakteristischer Größen wie z.B. Puls) oder finden signifikante Bewegungen statt (z.B. Arm oder Bein streift durch), so bleibt das Ladesystem ausgeschaltet. Befindet sich kein lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3, so wechselt das System in den Zustand 803, und die Ladung wird aktiviert. Das
erfindungsgemäße Verfahren führt nun periodisch die Schritte 802 und 801 durch. So lange kein eindringendes potentiell lebendes Objekt in den
Sicherheitsbereich 3 erkannt wird, bleibt das System im Zustand 803,„Ladung erlaubt" und das Fahrzeug wird über die induktive Übertragungsstrecke 5 geladen.
Sobald im Schritt 802 das Eindringen eines potentiell lebenden Objektes in den Sicherheitsbereich 3 detektiert wird, geht das System sofort in den Zustand 805, „Ladung nicht erlaubt" . Die induktive Übertragungsstrecke 5 wird abgeschaltet und im Schritt 806 wird überprüft, ob das System den Vorherigen Nullzustand, gegebenenfalls gegen Drift kompensiert, wieder erreicht hat. Ist dies der Fall, kann davon ausgegangen werden, dass die„Störung" nur vorübergehend war, und das System kann über die Zustände 801 und 803 wieder eingeschaltet werden. Ist jedoch der Nullzustand messbar nicht wiederhergestellt, muss im Schritt 804 genauer geprüft werden, ob die Veränderung im Zwischenraum von einem lebenden Objekt herrührt. Ist dies der Fall, dann springt das System wieder in den Zustand 805„Ladung nicht erlaubt" . Erst wenn kein potentiell lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3 mehr detektiert wird, geht das System wieder in den Zustand 803,„Ladung erlaubt" . Vorher wird im Schritt 801 wieder eine„Normierung" auf die aktuellen Verhältnisse im Sicherheitsbereich 3 durchgeführt, um den Nullzustand neu festzulegen.
Auch in der zweiten Ausführungsform gibt es also im Schritt 801 eine Anpassung an die momentanen Gegebenheiten, bevor die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 die Überwachung beginnt. Der
Sicherheitsbereich wird also vor der Überwachung wie in der vorhergehenden Ausführungsform„normiert", so dass Änderungen besser erkannt werden können. Nach der Normierung wird die Ladung also freigegeben, und die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 befindet sich im ersten Modus, in dem im Schritt 802 lediglich ein kurzer Zeitbereich von ls betrachtet wird, um ein Eindringen jeglicher Objekte in den Sicherheitsbereich detektieren zu können. Wird ein Objekt detektiert, so wird die induktive
Übertragungsstrecke 5 abgeschaltet, und die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte 8 arbeitet daraufhin im zweiten Modus, um lebende Objekte im schritt 804 im Sicherheitsbereich 3 detektieren zu können.
Wird kein lebendes Objekt detektiert, so wird nach einer erneuten„Normierung" die Ladung wieder gestartet.
Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke 5 einer dritten Ausführungsform mit einem Doppler- Radar. Die dritte Ausführungsform ist ähnlich zur ersten
Ausführungsform, es werden daher nur die Unterschiede zur ersten
Ausführungsform beschrieben. Die Ladung kann wieder, je nach Sicherheitsanforderung, im Schritt 902 oder im Schritt 904 gestartet werden. Bei hohen Sicherheitsanforderungen wird im Schritt 904 gestartet.
Befindet sich kein lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3, so wechselt das System in den Zustand 903, und die Ladung wird aktiviert. Das
erfindungsgemäße Verfahren führt nun periodisch die Schritte 902 durch. So lange kein eindringendes potentiell lebendes Objekt in den Sicherheitsbereich 3 erkannt wird, bleibt das System im Zustand 903,„Ladung erlaubt" und das Fahrzeug wird über die induktive Übertragungsstrecke 5 geladen.
Sobald im Schritt 902 das Eindringen eines potentiell lebenden Objektes in den Sicherheitsbereich 3 detektiert wird, geht das System sofort in den Zustand 905, „Ladung nicht erlaubt" . Die induktive Übertragungsstrecke 5 wird abgeschaltet und der Schritt 904 wird im Folgenden periodisch ausgeführt, so lange ein potentiell lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3 detektiert wird. Erst wenn kein potentiell lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3 mehr detektiert wird, geht das System wieder in den Zustand 903,„Ladung erlaubt".
Beim Doppler- Radar verharrt das System auf Grund fehlender Möglichkeiten zur Erkennung eines statisch veränderten Zwischenraums im Zustand 905,„Ladung nicht erlaubf-Modus, sobald ein in den Zwischenraum eingedrungenes Objekt dort liegt und sich nur noch geringfügig oder gar nicht bewegt. Ein schnelles Wiedereinschalten ist nicht möglich, da eine Wiederherstellung eines vorigen Zustands nicht erkannt werden kann. Dies ist ein signifikanter Unterschied zur ersten Ausführungsform, denn bei einem FS CW- Radarsystem ist dies möglich. Erst wenn erkannt wurde, dass keine oder nur unkritische Bewegungen im Luftspalt erfolgen, darf wieder eingeschaltet werden.
Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke einer vierten Ausführungsform mit einem optischen kamerabasierten Messverfahren. Die vierte Ausführungsform ist ähnlich zur ersten Ausführungsform, es werden daher nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Beim optischen bzw. thermooptischen Verfahren überprüft das System, ob sich im Zwischenraum etwas befindet, das die Kontur eines Lebewesens (bzw.
Körperteils) aufweist. Die von der Kamera gelieferten Bilder werden also mit Auswertealgorithmen auf Änderungen hin überprüft, und Strukturen, die die Kontur eines Lebewesens darstellen werden erkannt. In diesem Fall darf keine Ladung stattfinden. Ändert sich der Zustand im Zwischenraum hingegen mit schnellen, zufälligen Bewegungen oder gar nicht, so wird geladen. Durch
Bewegungserkennung von komplexen Bewegungsmustern kann ebenfalls auf lebende Objekte geschlossen werden und Fehlalarme reduziert werden.
Die Ladung kann wieder, je nach Sicherheitsanforderung, im Schritt 1002 oder im Schritt 1004 gestartet werden. Bei hohen Sicherheitsanforderungen wird im Schritt 1004 gestartet.
Befindet sich kein lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3, so wechselt das System in den Zustand 1003, und die Ladung wird aktiviert. Das
erfindungsgemäße Verfahren führt nun periodisch die Schritte 1002 durch. So lange kein eindringendes potentiell lebendes Objekt in den Sicherheitsbereich 3 erkannt wird, bleibt das System im Zustand 1003,„Ladung erlaubt" und das Fahrzeug wird über die induktive Übertragungsstrecke 5 geladen. Sobald im Schritt 1002 das Eindringen eines potentiell lebenden Objektes in den Sicherheitsbereich 3 detektiert wird, geht das System sofort in den Zustand 1005, „Ladung nicht erlaubt" . Die induktive Übertragungsstrecke 5 wird abgeschaltet und der Schritt 1006 wird im Folgenden periodisch ausgeführt, bis der vorher abgespeicherte Nullzustand wieder annähernd erreicht wird. Ist dies der Fall, so springt das System wieder in den Zustand 1001, um eine neue Normierung und neue Festlegung des Nullzustandes durchzuführen, und die Ladung wieder zu beginnen. Hier kann davon ausgegangen werden, dass die„Störung" nur vorübergehend war. Ist jedoch der Nullzustand messbar nicht wiederhergestellt, wird der Schritt 1004 ausgeführt und geprüft, ob ein potentiell lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3 detektiert wird. Erst wenn kein potentiell lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3 mehr detektiert wird, geht das System wieder in den Zustand 1003,„Ladung erlaubt". Vorher wird im Schritt 1001 wieder eine„Normierung" auf die aktuellen Verhältnisse im Sicherheitsbereich 3 durchgeführt. Wird ein lebendes Objekt im Sicherheitsbereich 3 detektiert, bleibt das System so lange im Zustand 1005, „Ladung nicht erlaubt", bis der Nullzustand zumindest annähernd wieder erreicht wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Überwachung einer induktiven Übertragungsstrecke (5) auf lebende Objekte, aufweisend eine induktive Übertragungsstrecke (5) sowie einen örtlich die induktive Übertragungsstrecke (5) durchdringenden und umgebenden Sicherheitsbereich (3), mit folgenden Schritten: bei eingeschalteter induktiver Übertragungsstrecke (5) Überwachung des Sicherheitsbereiches (3) auf eindringende Objekte und Abschalten der induktiven Übertragungsstrecke (5) bei Detektion eines eindringenden Objektes in den Sicherheitsbereich (3); bei ausgeschalteter induktiver Übertragungsstrecke (5) Überwachung des Sicherheitsbereiches (3) auf den Aufenthalt eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches (3) und Sperren der induktiven Übertragungsstrecke (5) bei Detektion eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches (3).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Ladeleistung für ein Elektrofahrzeug (11) über die induktive Übertragungsstrecke
(5) übertragen wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Übertragungsstrecke (5) wieder eingeschaltet wird, wenn detektiert wird, dass sich kein lebendes Objekt im Sicherheitsbereich (3) aufhält.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Überwachung des Sicherheitsbereiches (3) auf eindringende Objekte ein Zeitbereich von 0 s bis 5 s gemessen wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überwachung des Sicherheitsbereiches (3) auf den Aufenthalt eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches (3) ein Zeitbereich von 5 s bis 30 s gemessen wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die entsprechenden Messungen auf Objektdistanzen oder Maxima der Objektdistanzverteilung hin analysiert werden, aus den
Objektdistanzen oder Maxima der Objektdistanzverteilung mehrerer
hintereinander liegender Messungen Zeitreihen zusammensetzt werden, diese fouriertransformiert und auf Frequenzen hin analysiert werden, die auf ein lebendes Objekt hindeuten.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen, die auf ein lebendes Objekt hindeuten, Frequenzen der Atmung, des Pulses oder charakteristischer Bewegungen des lebenden Objektes sind.
8. Ladesystem (1) zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeuges (11), aufweisend: eine induktive Übertragungsstrecke (5); einen Sicherheitsbereich (3), welcher die induktive Übertragungsstrecke (5) örtlich durchdringt und umgibt; eine Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte (8) mit einer Steuervorrichtung (7) und Sensoren (9); eine Einrichtung zum Bereitstellen der Ladeleistung, die von der Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte (8) angesteuert wird; wobei die Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte (8) eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
9. Ladesystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte (8) ein FSCW Radar aufweist.
10. Ladesystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte (8) eine kapazitive Sensorstrecke aufweist.
11. Ladesystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte (8) ein Doppler- Radar aufweist.
12. Ladesystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Überwachung des Sicherheitsbereiches auf lebende Objekte (8) ein kamerabasiertes optisches Überwachungssystem aufweist.
13. Ladesystem gemäß einem der Ansprüche 9 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoren (9) mindestens 2 Antennen sind, welche derart angeordnet sind, dass sie den Sicherheitsbereich ausleuchten.
14. Ladesystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eingerichtet ist, in den Schritten Überwachung des Sicherheitsbereiches (3) auf eindringende Objekte und Überwachung des Sicherheitsbereiches (3) auf den Aufenthalt eines lebenden Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches die Distanz eines im Sicherheitsbereich befindlichen Objektes zu jeder der Antennen zu messen und mittels Sensorfusion zu einer zweideutigen oder eindeutigen Position des Objektes innerhalb des Sicherheitsbereiches zu kombinieren.
15. Ladesystem gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eingerichtet ist, den Sicherheitsbereich (3) mittels der Sensorfusion der mindestens zwei Antennen beliebig zu formen und so der Form der induktiven Übertragungsstrecke (5) anzupassen.
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