WO2018145987A1 - Verfahren zur drahtlosen energieübertragung von einer energiesendevorrichtung zu einem verbraucher sowie drahtlose energiesendevorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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wireless
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Martin Gonda
Juergen Mack
Dragan Krupezevic
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for wireless, in particular inductive, energy transmission from an energy end device to a consumer, wherein in at least one method step, an interruption of the energy transfer from the energy end device to the consumer takes place in conjunction with a Fremdmaschineerkennung. Furthermore, the invention relates to a wireless energy transmission device, in particular an inductive charging device, for carrying out the method according to the invention.
  • the wireless energy transmission takes place by means of an electromagnetic field from a primary-side power supply device to a secondary-side load, wherein the primary side and the secondary side each have at least one coil which can be positioned at a small distance from each other and so essentially together to form a transformer.
  • an inductive charging system is known with an induction charging device for wireless power transmission to a battery device, wherein a resonant transformer of the induction charging device with a charging coil generates an electromagnetic alternating field.
  • a determination device is provided for detecting an object in the region of the charging coil as a function of an electrical parameter at the resonance transformer.
  • the induction charging device includes a control unit for varying a quality factor of the resonance transformer to allow energy transfer at a low quality factor and detection of the object at a high quality factor.
  • Fremd Anlagenerkennung is adjusted depending on a Energybergertragungskennaise the wireless power transmission.
  • interruptions of the wireless energy transmission due to a necessary foreign object detection can be kept low.
  • long cycles can be achieved, which leads to an overall shortened energy transmission time.
  • a risk of damage to a wireless energy transmission device, in particular a wireless energy transmission device can be taken into account when carrying out a foreign object detection.
  • a “wireless energy transmission device” is to be understood as meaning, in particular, a primary-side device for wireless, in particular inductive, transmission of energy to a secondary-side load, in particular a rechargeable energy store
  • the invention can also be applied to a wide variety of types of wireless energy transmission as well as energy transmission and reception devices in which foreign object detection is useful or necessary.This can also include wireless energy transmission, optical, acoustic, capacitive or based on air currents or the like.
  • a "frequency" of the foreign object recognition is to be understood in particular a frequency of execution of the foreign object recognition during the wireless Energyübetragung or during a standby operation of the energy end device.
  • the energy transmission device has at least one control or regulating unit which is at least provided to control or regulate a wireless energy transmission.
  • a "consumer” is intended in particular to mean a device for temporarily storing and / or consuming electrical energy, for example an accumulator or a directly with the wirelessly transmitted, electrical energy supplied device, such as a radio, a lamp, a mixer or the like understood.
  • electrical energy supplied device such as a radio, a lamp, a mixer or the like understood.
  • control or regulating unit should be understood to mean, in particular, a unit having at least one electronic control unit.
  • Electronic control unit is to be understood in particular as meaning a unit having a processor unit and a memory unit as well as an operating program stored in the memory unit.
  • the fact that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state.
  • a "foreign object recognition” should in particular be understood as a recognition and / or a verification of the presence of foreign objects, in particular in an environment of the wireless energy transmission device and / or the consumer, in particular the detection and / or checking of the presence of foreign objects , which are arranged in a contact area between the wireless energy transmission device and the consumer and can lead to their impairment during a wireless energy transmission, are to be understood as meaning in particular metallic and / or magnetic components, parts or other objects ,
  • a "power transmission characteristic” should be understood in particular to be a parameter which preferably quantitatively characterizes an energy flow during the wireless energy transmission, in the case of inductive energy transmission, in particular an electromagnetic energy flow, between the energy transmission device and the consumer. Furthermore, it is proposed that in at least one method step an accuracy parameter, in particular a number of discrete frequency points and / or a number of frequency sweep cycles of the foreign object detection be adapted depending on the energy transmission characteristic of the wireless energy transmission. As a result, a simplified embodiment of the foreign object recognition can advantageously be achieved. In addition, interruptions of the wireless energy transmission due to an optimized foreign object detection can be kept advantageously low.
  • An “accuracy parameter” is to be understood in particular to mean a parameter which at least partially characterizes a precision of foreign object detection.
  • a "frequency sweep” is to be understood as a process in which a local maximum of a detected or measured actual quality of the wireless energy transmission is sought as a function of the resonance frequency within a defined frequency range found, the frequency rotation is usually terminated, so that not all frequency points must be traversed.
  • the standard foreign object recognition offers the advantage of detecting metallic foreign objects in the size of a washer, a key, a coin or the like, which are located on the energy end device or between the energy end device and the consumer and have a longer heating time, while the fast Fremd Anlagenerkennung is able to detect sudden changes, such as slippage of the consumer relative to the energy end device and respond faster to eg over-voltages, over-temperatures or the like in the consumer.
  • foreign object recognition leads to an overall longer energy transfer, since it has to be interrupted more frequently by foreign object recognition.
  • the foreign object recognition is able to distinguish between at least one standby mode and a power transmission mode of the wireless power transmission and to perform a standard foreign object detection when changing from the standby mode to the power transmission mode or vice versa.
  • a number of embodiments of the foreign object detection can be advantageously kept low.
  • a fast foreign object detection is particularly advantageously carried out if the energy transfer parameter changes only slightly, preferably by less than 10%, particularly preferably by less than 5%, very particularly preferably by less than 1%, from one to the next cycle of the method Has.
  • the wireless energy transfer can be accelerated overall without having to take an increased risk with respect to an existing foreign object.
  • a small risk of damage to the wireless energy transmission device can be achieved.
  • the Fremdmaschineerkennung is assigned in at least one step, a subsequent communication between the energy end device and the consumer. In this way, information from the consumer can advantageously be used for subsequent foreign object recognition.
  • the Fremdiereerkennung continue to perform and / or reduce the cycle time. This ensures that foreign object recognition can react as quickly and safely as possible to sudden changes, faults and / or foreign objects. Basically, this leads to a longer energy transmission time with shorter energy transfer cycles.
  • the energy transmission characteristic is a transmitted between the energy end device and the consumer electrical power or a power gradient, wherein in at least one process step reduces the cycle time with increasing amplitude or increasing gradient and / or the duration and / or frequency of Fremd Housingerkennung with increasing
  • Amplitude or increasing gradient is increased.
  • the frequency during an energy transmission with an average transmission power for example between 5W and 10W
  • execution of the foreign object detection with the aforementioned advantages can also be completely omitted.
  • the energy transmission characteristic may be a temperature or a temperature gradient measured in the energy transmission device and / or the consumer.
  • the cycle time decreases with increasing amplitude or increasing gradient and / or the duration and / or frequency of foreign object detection increasing amplitude or increasing gradient is increased.
  • the energy transfer parameter is an energy requirement required by the consumer, whereby in at least one method step the cycle time is reduced with increasing energy demand and / or the duration and / or frequency of the foreign object recognition is increased with increasing energy demand.
  • the energy transfer parameter may be a state of charge of the consumer configured as a rechargeable energy store, wherein in at least one method step the cycle time increases with increasing state of charge and / or the duration and / or frequency of foreign object detection is reduced with increasing state of charge.
  • the energy transfer parameter may be a gradient of the detected actual quality, wherein in at least one method step the cycle time is reduced with increasing gradient and / or the duration and / or frequency of the foreign object recognition is increased with rising gradient.
  • the energy transmission characteristic can be a vibration or a vibration gradient measured in the energy transmission device and / or the consumer.
  • the cycle time decreases with increasing amplitude or increasing gradient and / or the duration and / or frequency of external object detection increases with increasing amplitude or increasing gradient is increased.
  • the differently configured energy transmission characteristics allow a very flexible adaptation of the foreign object detection and the associated energy transfer cycles to the respective present transmission situation between the energy end device and the consumer.
  • the Fremdiereerkennung with a starting voltage of the primary-side transmitting coil of the energy end device of less than 10V, preferably between 2.5 and 5V is performed.
  • the foreign object detection can be done with a negligible transmission power, so that an energy transfer to the consumer avoided and a resulting incorrect measurement of the actual quality can be prevented.
  • the consumer does not provide "erroneous" data values "Rx Data", such as an incorrect charging status of a rechargeable battery, which could falsify subsequent foreign object detection.
  • the starting voltage is chosen such that, although no wireless energy over more to the consumer, but communication can take place.
  • Noteworthy advantages are also the observance of quiescent current requirements for chargers in stand-by mode as well as the possibility of secondary-side "open-circuit" receiving coils, in which the system inductance is predominantly influenced only by the shielding.
  • the invention also relates to a wireless energy transmission device for carrying out the method according to the invention for a power range of the wirelessly transmitted energy within a lower power limit of 5 W and an upper power limit of 30 W, in particular 15 W.
  • corresponding energy transmission devices are here laptops, tablets , Smartphones, but also radios, lights, smaller measuring and hand tools, etc. called.
  • the invention may also be adapted for wireless power transmission devices for a power range of the wirelessly-transmitted energy within a lower power limit of 30W and an upper power limit of 200W, especially 65W.
  • Representative of this power range are many motor driven devices, e.g. Electric hand tools, such as drills, grinders, saws, planers, grinders, etc. or kitchen appliances, such as mixers, food processors and electric vehicles, such as electric bicycles, scooters, etc. called.
  • the invention is also suitable for wireless power transmission devices having a power range of wirelessly transmitted power above a lower power limit of 200W, especially 2000W, such as electric powered cars, trucks, buses, forklifts or the like, and kitchen appliances such as electric grills, cooking pots or the like, and stationary powered power tools and industrial plants. for a hand tool, a kitchen appliance or an electric vehicle for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a wireless energy transmission system with a primary energy end device and a secondary side consumer in a schematic representation
  • FIG. 4 shows a supplementary program flowchart of the method according to the invention for wireless energy transmission in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a wireless energy transmission system 10 in the form of an inductive charging system with a primary energy end device 14 designed as a charging device 12 and a secondary side consumer 18 designed as a battery pack 16 for a handheld power tool, not shown. Likewise, the consumer 18 but also be a firmly integrated in the power tool battery.
  • the invention is not limited to inductive charging systems for handheld power tools and their batteries or battery packs. Rather, it can be applied to a variety of wireless energy transmission and energy transmit and receive devices where foreign object detection is useful or necessary. This may also include wireless energy transfer based on optical, acoustical, capacitive or air flow based or the like.
  • FIG. 1 shows the battery pack 16 positioned on an upper side of a housing 20 of the wireless charging device 12. It is connected via at least one primary-side transmitting coil 22 integrated in the charging device 12 and a secondary-side receiving coil (not illustrated) of the wireless energy transmission system 10 integrated in the battery pack 16 loaded.
  • the wireless energy transmission system 10 has a primary-side electronics unit 24 in the charging device 12, which in turn comprises a control and regulation unit 26 and a resonant circuit 28 having the transmission coil 22.
  • the control and regulation unit 26 of the wireless energy transmission system 10 is intended to determine a resonance frequency f res and an associated actual quality Qact (fres). Furthermore, the control and regulation unit 26 compares the actual quality Q ac t with a desired quality Qtar (fres) which depends on the resonance frequency f res .
  • the control and regulation unit 26 has a memory 30 which contains a desired quality range q tar with a plurality of desired qualities Qt ar (fres) for the determined resonant frequency f res (compare also the following explanations of the figures 2 and 3).
  • a foreign object detection in which it is checked whether one or more foreign objects 32 that affect the energy transfer and / or could represent a security risk, between the energy end device 14 and the consumer 18th or just on the power transmission device 14.
  • Foreign object recognition essentially works such that first the resonant frequency f res and the associated actual quality Qact (fres) are determined and subsequently the actual quality Q ac t (fres) is compared with the nominal quality Qt ar (fres) which depends on the resonant frequency f res becomes. Finally, based on the defined target quality range q tar, a decision is made about the operating state of the wireless energy transmission system 10 or the energy transmission device 14.
  • the foreign object detection is carried out with a starting voltage of the primary-side transmitting coil 22 of the energy end device 14 of less than 10 V, preferably between 2.5 V and 5 V. Thereby, the foreign object detection can be done with a negligible transmission power, so that an energy transfer to the consumer avoided and a resulting false measurement of the actual quality Q ac t (fres) can be prevented. Also, the consumer 18 in this way does not send "erroneous" data values to the energy sending device 14, such as an incorrect charging status of a rechargeable battery, which could falsify subsequent foreign object detection.
  • FIG. 2 shows the target quality ranges q tar stored in the memory 30 of the control and regulation unit 26 in the form of a schematic diagram, in which the resonance frequency f res is plotted on the abscissa and the quality Q is plotted on the ordinate.
  • the diagram is divided into three areas 34, 36, 38 (38a, 38b).
  • a first portion 34 defines a desired quality range q tar for operation with the consumer 18. If the actual Q ac t (fres) between an upper limit qt ar _ up and a lower limit q tar j 0 of the first region 34 It is assumed that there is no foreign object 32 affecting the energy transmission on the wireless energy transmission device 14.
  • a second region 36 defines a target area q quality tar for a stand by mode without resting consumer 18. If the actual Q ac t (fres) between the upper limit qt ar _u P and the lower limit of the second q ta r_io Area 36, it is assumed that neither a foreign object 32 nor a consumer 18 is located on the wireless energy transmission device 14.
  • a third area 38 having two partial areas 38a, 38b is formed by an error area. In principle, a fault can lie both in the wireless energy transmission system 10, in the energy transmission device 14, in the consumer 18 and in an environment of the energy transmission system 10.
  • a first subarea 38a is arranged below the lower limit q ta r_io of the first area 34 and a second subarea 38b below the lower limit q ta r_io of the second area 36, based on the quality Q. If the actual quality Qact (fres) lies within the first subregion 38a, it is assumed that at least one foreign object 32 is located in the energy-influencing region 14 or between the energy-emitting device 14 and the consumer 18 during the energy transfer. It can also be assumed that there is an arbitrary error, or that the consumer 18 is so unfavorably positioned on the wireless energy transmission device 14 that an energy transfer is not possible or only to a very limited extent. If the actual quality Q ac t (fres) lies within the second subarea 38b, it is assumed that at least one foreign object 32 is located on the wireless energy transmission device 14 during standby operation.
  • the energy-emitting device 14 has a flat surface without mechanical guidance aids for the consumer 18 or if, as in the case of a vehicle to be loaded, the positions of the at least one primary-side transmitting coil 22 and / or the at least one secondary-side receiving coil are not precisely known or can be viewed. Furthermore, a vertical tilting due to foreign objects 32 between the consumer 18 and the energy end device 14 is also conceivable, in particular when the consumer 18 is placed directly on the energy-transmitting device 14.
  • FIG. 3 shows a program flow chart of the method according to the invention for wireless energy transmission.
  • a so-called power-on self-test (POST) of the energy transmission device 14 is performed.
  • the start 40 can be done automatically with the application of the consumer 18 to the energy end device 14 or manually by pressing a button, not shown, on the energy end device 14 and / or the Verl ses 18.
  • Method for wireless energy transmission is no match between the initialized and the measured actual quality, followed by a fifth step 50 a carried out by the control unit 26 sub-process in the form of a frequency sweep such that the control unit 26th
  • a frequency unit not shown, the primary-side electronics unit 24 drives, wherein the frequency unit of the resonant circuit 28 is connected upstream.
  • the person skilled in the art the control of such a resonant circuit circuit for performing a frequency sweep is substantially known. Therefore, it should not be discussed in detail.
  • a resonance peaking on the primary-side transmitting coil 22 is detected during the frequency sweep.
  • the actual quality Q a ct, n + i (fres) can then be calculated in a known manner from the amplitude determined at the location of the resonance peaking; the location of the resonance peak corresponds to the determined resonance frequency fres.
  • These two values are then compared with the desired quality range q tar (step 52, see also FIG. 2) stored in the memory 30 of the control and regulation unit 26 in a seventh step 54.
  • the method for wireless energy transmission passes through the following, consisting of four sub-steps 56.1, 56.2, 56.3, 56.4 sub-process 56, in which a communication between the energy end device 14 and the consumer 18 and constructed is checked.
  • a synchronization pulse is generated by the control and regulation unit 26 of the energy transmission device 14 and is preferably sent to the consumer 18 via the primary-side transmission coil 22 and the secondary-side reception coil.
  • Step 58c assumed an error and / or an existing foreign object 32.
  • Tcycie defines the period between two consecutive passes of the method according to the invention for wireless energy transmission.
  • steps 46 to 58 of the method according to the invention for wireless energy transmission generally last only a few milliseconds and are significantly dependent on the computing power of the primary-side control and regulation unit 26.
  • Step 58c takes place until Tcycie has exceeded the maximum cycle time T max . Thereafter, in step 62b, it is decided whether the procedure should be repeated or terminated. In the case of a repetition, in an eleventh step 64, the previously deposited actual quality Q ac t, n (fres) is set to the value of the current actual quality Qact, n + i (fres) of the previous cycle and the cycle time T cyc ie set to the minimum value Tmin.
  • the wireless power transmission method according to the present invention is stopped at the final step 66.
  • additional sub-steps 56.5 and 56.6 are now provided to take into account a transferable energy transfer parameter for subsequent foreign object recognition from the data received from the consumer 18 "Rx Data" and / or data sensed in the energy sending device 14.
  • the energy transfer parameter is in particular a parameter which, during the wireless energy transmission, characterizes an energy flow, in the case of inductive energy transmission in particular an electromagnetic energy flow, preferably quantitative between the energy transmission device 14 and the consumer 18.
  • the energy transmission characteristic can be an electrical power transmitted between the energy transmission device 14 and the consumer 18 or a power gradient, a temperature or a temperature gradient, a required energy requirement of the consumer 18, a state of charge of the rechargeable Energyspeic her trained consumer 18, a gradient of the detected actual quality Q a ct, n + i (fres), a measured in the consumer vibration or a vibration gradient and / or an authentication information on the entitlement of the consumer 18 for wireless energy transmission ,
  • the electronics unit 24 of the energy transmission device 14 may also have a sensor unit 68 connected to the control and regulation unit 26 for continuous or quasi-continuous detection of the energy transmission characteristic. In this case, the detection can take place both during foreign object recognition and during wireless energy transmission, during standby operation or even during an interruption of the energy transmission as a result of a detected error and / or foreign object.
  • a corresponding sensor unit 70 may additionally or alternatively also be required in the consumer 18 for generating the above received data "Rx Data" (compare FIG.
  • the sensor device may be composed of a wide variety of sensors, such as a shunt resistor, a temperature sensor, an acceleration sensor, a yaw rate sensor, however, since sensors known to those skilled in the art are well-known, this will not be discussed further in the following:
  • the sensed energy transfer parameter may therefore be an electric current or a current gradient in the transmitting coil 22, a voltage applied to the transmitting coil 22 and a voltage gradient, a temperature or a temperature gradient of the transmitting coil 22, a recorded power or a power gradient of a power supply of the energy end device 14, a supply voltage or a supply voltage gradient of the power supply the energy end device 14 or the like act.
  • a measured vibration or a vibration gradient of the energy transmission device 14 can also be considered. It is also conceivable to design the energy transmission parameter depending on a mounting location of the energy transmission device 14, for example stationary in a workshop or mobile in a vehicle. The installation location can be determined, for example, based on the measured vibration or the measured vibration gradient of the energy transmission device 14. Likewise, however, existing speed and / or GPS data of a
  • Vehicle or the like can be used.
  • various parameters for controlling the foreign object recognition can be determined by means of the control and / or regulating unit 26 from the energy transfer parameter.
  • at least one sub-step 56.6 depending on the at least one energy transmission parameter, at least one accuracy parameter, for example a number of discrete frequency points and / or a number of frequency sweep cycles (see step 50 in FIG. 3), of the foreign object detection is determined.
  • the frequency during wireless energy transmission may be reduced with an average transmission power, for example a transmission power between 5 W and 10 W, compared to a frequency during a wireless transmission with a high transmission power, for example a transmission power of more than 10 W.
  • an execution of a foreign object detection can be completely omitted.
  • the maximum cycle time T ma x and / or a time length of the frequency sweep to be carried out in step 50 can be determined in sub-step 56.6 as a function of the at least one energy transmission parameter.
  • the foreign object detection can be deactivated for a defined period of time or for the remaining energy transfer and / or if the limit values defined in step 56.6 are the resonant frequency f res and Ist, which are suitable for the energy transfer process Quality Q a ct, n + i (fres). If this is the case and the foreign object recognition has passed without errors, the energy can be transmitted wirelessly from the energy transmission device 14 to the consumer 18 in step 58a.
  • step 56.7 If, on the other hand, it has been decided in substep 56.7 that the limit values have been exceeded or the foreign object recognition may not be suspended, an error or an existing foreign object 32 is concluded according to step 58c, so that no decision is made in step 62b until the decision on the repetition of the cycle further energy transfer takes place.
  • the energy transfer is continuously checked for irregularities by the control and / or regulating unit 26 of the energy transmission device 14 as a function of the cycle time Tcyde. If the control and / or regulating unit 26 recognizes a change over time, in particular a fluctuation amplitude and / or a gradient, of the energy transmission parameter, the energy transmission is interrupted and a new foreign object detection is initiated according to the steps 60 to 64 shown in FIG.
  • the Fremdiereerkennung is suspended in sub-step 56.7 for a defined period or until the end of energy transfer by appropriately increasing the maximum cycle time Tmax in sub-step 56.6.
  • the foreign object recognition is decided in sub-step 56.7 continue to perform and / or reduce the maximum cycle time T ma x in sub-step 56.6.
  • the implementation of the foreign object detection when falling below a lower limit of a transmission power for example, when the transmission power drops to a value below 5 W exposed. If a specified limit value is exceeded
  • the exemplary embodiments shown are limited neither to FIGS. 1 to 4 nor to the stated power and voltage values.
  • the invention can also be used in wireless energy transmissions with transmission powers of significantly more than 10W, for example for applications in kitchens or electric vehicles.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur drahtlosen, insbesondere induktiven, Energieübertragung von einer Energiesendevorrichtung (14) zu einem Verbraucher (18), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt eine Unterbrechung der Energieübertragung von der Energiesendevorrichtung (14) zu dem Verbraucher (18) in Verbindung mit einer Fremdobjekterkennung erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrenschritt (56, 56.6) eine Zykluszeit (Tcycle) des Verfahrens und/oder eine Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung abhängig von einer Energieübertragungskenngröße der drahtlosen Energieübertragung angepasst wird.

Description

Titel
Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung von einer Energiesendevorrichtung zu einem Verbraucher sowie drahtlose Energiesendevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen, insbesondere induktiven, Energieübertragung von einer Energiesendevorrichtung zu einem Verbraucher, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt eine Unterbrechung der Energieübertragung von der Energiesendevorrichtung zu dem Verbraucher in Verbindung mit einer Fremdobjekterkennung erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine drahtlose Energiesendevorrichtung, insbesondere eine induktive Ladevorrichtung, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Stand der Technik
Es ist bekannt, akkubetriebene Handgeräte wie Zahnbürsten, Mobilfunkgeräte, oder Computer sowie elektrisch betriebene Handwerkzeuge, Messgeräte, Gartengeräte oder dergleichen drahtlos mit Energie zu versorgen. Zukünftig werden auch die Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeuge, wie eBikes, eScooter oder PKW, Busse, LKW, etc. drahtlos geladen. Ein weiterer Anwendungsfall für die drahtlose Energieübetragung sind Geräte, die ohne weiteren Energiespeicher oder nur mit kleinem Energiespeicher beispielsweise in Form von Kondensatoren ausgestattet sind und die die drahtlos übertragene Energie direkt verbrauchen. Zu derartigen Geräten gehören Küchengeräte, wie Mixer, Töpfe, etc. die direkt auf einem Induktionskochfeld betreibbar sind, aber zunehmend auch Notebooks, Leuchten, Lüfter oder dergleichen. In der Regel erfolgt die drahtlose Energieübertragung mittels eines elektromagnetisches Felds von einer primärseitigen Energieversorgungseinrichtung zu einem sekundärseitigen Verbraucher, wobei die Primärseite und die Sekundärseit jeweils mindestens eine Spule aufweisen, die in geringem Abstand zueinander positionierbar sind und so zusammen im Wesentlichen einen Transformator bilden.
Gerät ein elektrisch leitfähiges Fremdobjekt in den Bereich des elektromagnetischen Feldes der Spulen, können sich jedoch Wirbelströme bilden, die das Fremdobjekt erwärmen. Ist das Fremdobjekt magnetisierbar, so kann dieses auch durch Ummagnetisierungs- bzw. Hystereseverluste erwärmt werden. Die Erwärmung kann beträchtlich sein, sodass eine Betriebssicherheit des drahtlosen Energieübertragungssystems nicht mehr gewährleistbar ist. Außerdem kann das Fremdobjekt Energie aus dem elektromagnetischen Feld entziehen, sodass die Energieübertragung zum Verbraucher gestört ist.
Aus der DE 10 2012 205 693 AI ist ein induktives Ladesystem bekannt mit einer Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung zu einer Akkuvorrichtung, wobei ein Resonanztransformator der Induktionsladevorrichtung mit einer Ladespule ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Eine Bestimmungseinrichtung ist zur Erfassung eines Objekts im Bereich der Ladespule in Abhängigkeit eines elektrischen Parameters am Resonanztransformator vorgesehen. Außerdem umfasst die Induktionsladevorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit zur Veränderung eines Gütefaktors des Resonanztransformators, um eine Energieübertragung bei einem niedrigen Gütefaktor und eine Erfassung des Objekts bei einem hohen Gütefaktor zu erlauben.
Aus der DE 10 2013 212 588 ist ferner ein Verfahren zur Fremdobjekterkennung für eine Induktionsladevorrichtung bekannt, bei dem eine Resonanzfrequenz und eine dazu gehörige Ist-Güte einer Schwingkreisschaltung der Induktionsladevorrichtung erfasst werden und nachfolgend die Ist-Güte mit einer von der Resonanzfrequenz abhängigen Soll-Güte verglichen wird. Anhand eines definierten Soll-Gütebereichs wird dann eine Entscheidung über das Vorhandensein eines Fremdobjekts getroffen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Fremdobjekterkennung für eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung sowie die entsprechenden drahtlosen Energieübertragungsvorrichtungen weiter zu verbessern und die Energieübertragung weiter zu optimieren. Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in zumindest einem Verfahrenschritt eine Zykluszeit des Verfahrens und/oder eine Dauer und/oder Häufigkeit der
Fremdobjekterkennung abhängig von einer Energieübertragungskenngröße der drahtlosen Energieübertragung angepasst wird. Hierdurch können vorteilhaft Unterbrechungen der drahtlosen Energieübertragung aufgrund einer notwendigen Fremdobjekterkennung gering gehalten werden. Zudem können in besonders vorteilhafter Weise lange Zyklen erreicht werden, was zu eine insgesamt verkürzten Energieübertragungsdauer führt. Es kann vorteilhaft ein Beschädigungsrisiko einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung, insbesondere einer drahtlosen Energiesendevorrichtung, bei der Durchführung einer Fremdobjekterkennung berücksichtigt werden.
Unter einer„drahtlosen Energiesendevorrichtung" soll insbesondere eine primär- seitige Vorrichtung zum drahtlosen, insbesondere induktiven, Übertragen von Energie an einen sekundärseitigen Verbraucher, insbesondere einen wiederauf- ladbaren Energiespeicher, verstanden werden. Ein Beispiel für eine drahtlose Energieübertragung ist ein induktives Ladesystem für einen Akkupack einer Handwerkzeugmaschine. Die Erfindung kann jedoch auch auf die verschiedensten Arten der drahtlosen Energieübetragung sowie Energiesende- und - empfangs-vorrichtungen angewendet werden, bei denen eine Fremdobjekterkennung sinnvoll oder notwendig ist. Dies kann auch eine drahtlose Energieübertragung umfassen, die optisch, akustisch, kapazitiv oder auf Grundlage von Luftströmungen oder dergleichen basiert.
Unter einer„Häufigkeit" der Fremdobjekterkennung soll insbesondere eine Frequenz einer Ausführung der Fremdobjekterkennung während der drahtlosen Energieübetragung oder während eines Standby-Betriebs der Energiesendevorrichtung verstanden werden.
Vorzugsweise weist die Energiesendevorrichtung zumindest eine Steuer- oder Regeleinheit auf, die zumindest dazu vorgesehen ist, einen drahtlose Energieübertragung zu steuern oder zu regeln. Unter einem„Verbraucher" soll dabei insbesondere eine Vorrichtung zum temporären Speichern und/oder verbrauchen elektrischer Energie, beispielsweise ein Akkumulator oder ein direkt mit der drahtlos übertragenen, elektrischen Energie versorgtes Gerät, wie ein Radio, eine Leuchte, ein Mixer oder dergleichen, verstanden werden. Es sind verschiedene, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende, wiederaufladbare Energiespeicher denkbar; insbesondere soll darunter jedoch ein Lithium-Ionen-Akkumulator verstanden werden.
Des Weiteren soll unter einer„Steuer- oder Regeleinheit" insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer„Steuerelektronik" soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Unter einer„Fremdobjekterkennung" soll insbesondere eine Erkennung und/oder eine Überprüfung eines Vorhandenseins von Fremdobjekten, insbesondere in einer Umgebung der drahtlosen Energiesendevorrichtung und/oder des Verbrauchers, verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere das Erkennen und/oder das Überprüfen eines Vorhandenseins von Fremdobjekten, die in einem Kontaktbereich zwischen der drahtlosen Energiesendevorrichtung und dem Verbraucher angeordnet sind und während einer drahtlosen Energieübetra- gung zu deren Beeinträchtigung führen können, verstanden werden. Unter „Fremdobjekten" sollen dabei insbesondere metallische und/oder magnetische Bauteile, Teilstücke oder andere Objekte verstanden werden.
Unter einer„Energieübertragungskenngröße" soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche während der drahtlosen Energieübertragung einen Energiefluss, im Falle der induktiven Energieübertragung insbesondere einen elektromagnetischen Energiefluss, zwischen der Energiesendevorrichtung und dem Verbraucher bevorzugt quantitativ charakterisiert. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Genauigkeitskenngröße, insbesondere eine Anzahl diskreter Frequenzpunkte und/oder eine Anzahl an Frequenzdurchlauf- Zyklen der Fremdobjekterkennung abhängig von der Energieübertragungskenngröße der drahtlosen Energieübertragung angepasst wird. Hierdurch kann vorteilhaft eine vereinfachte Ausführung der Fremdobjekterkennung erreicht werden. Zudem können Unterbrechungen der drahtlosen Energieübertragung aufgrund einer optimierten Fremdobjekterkennung vorteilhaft gering gehalten werden. Unter einer„Genauigkeitskenngröße" soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche zumindest teilweise eine Präzision der Fremdobjekterkennung charakterisiert.
Unter einem„Frequenzdurchlauf" soll im Kontext des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Prozess verstanden werden, bei dem in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz innerhalb eines definierten Frequenzbereichs nach einem lokalen Maximum einer erfassten bzw. gemessenen Ist-Güte der drahtlosen Energieübertragung gesucht wird. Ist ein derartiges lokales Maximum gefunden, wird der Frequenzumlauf in der Regel beendet, so dass nicht sämtliche Frequenzpunkte durchlaufen werden müssen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, in zumindest einem Verfahrensschritt abhängig von der Anzahl diskreter Frequenzpunkte und/oder der Anzahl an Frequenzdurchlauf- Zyklen zwischen einer Standard- Fremdobjekterkennung, insbesondere mit einer Zykluszeit von 1 bis 10 Sekunden, und einer schnellen Fremdobjekterkennung, insbesondere mit einer Zykluszeit von weniger als 10 Millisekunden, zu unterscheiden. Dabei bietet die Standard- Fremdobjekterkennung den Vorteil der Erkennung von metallischen Fremdobjekten in der Größe einer Unterlegscheibe, eines Schlüssels, einer Geldmünze oder dergleichen, die sich auf der Energiesendevorrichtung oder zwischen der Energiesendevorrichtung und dem Verbraucher befinden und eine längere Aufheizzeit aufweisen, während die schnelle Fremdobjekterkennung in der Lage ist, plötzliche Veränderungen, wie z.B. ein Verrutschen des Verbrauchers relativ zur Energiesendevorrichtung zu erkennen und schneller auf z.B. Überspannungen, Übertemperaturen oder dergleichen im Verbraucher zu reagieren. Im Vergleich zur Standard- Fremdobjekterkennung führt die schnelle Fremdobjektierkennung dagegen zu einer insgesamt längeren Energieübertragung, da diese häufiger von der Fremdobjekterkennung unterbrochen werden muss. Die Fremdobjekterkennung ist in zumindest einem Verfahrensschritt in der Lage, zwischen zumindest einem Standby- Modus und einem Energieübertragungsmodus der drahtlosen Energieübetragung zu unterscheiden und bei einem Wechsel von dem Standby- Modus zum Energieübertragungsmodus oder umgekehrt eine Standard- Fremdobjekterkennung durchzuführen. Hierdurch kann eine Anzahl an Ausführungen der Fremdobjekterkennung vorteilhaft gering gehalten werden.
Mit besonderem Vorteil wird eine schnelle Fremdobjekterkennung durchgeführt, wenn sich die Energieübertragungskenngröße von einem zum nächsten Zyklus des Verfahrens nur gering, vorzugsweise um weniger als 10 %, besonders be- vorzugt um weniger als 5%, ganz besonders bevorzugt um weniger als 1 %, verändert hat. Dadurch lässt sich die drahtlose Energieübertragung insgesamt beschleunigen ohne ein erhöhtes Risiko hinsichtlich eines vorhandenen Fremdobjekts eingehen zu müssen. Zudem kann ein geringes Beschädigungsrisiko der drahtlosen Energiesendevorrichtung erreicht werden.
Der Fremdobjekterkennung ist in zumindest einem Verfahrensschritt eine nachfolgende Kommunikation zwischen der Energiesendevorrichtung und dem Verbraucher zugeordnet. Auf diese Weise können mit Vorteil Informationen des Verbrauchers für eine nachfolgende Fremdobjekterkennung herangezogen werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, in Abhängigkeit von einem Unterschreiten eines, insbesondere unteren, Grenzwerts durch einen Wert der Energieübertragungskenngröße die Fremdobjekterkennung für einen definierten Zeitraum, bis zu einer Änderung oder bis zum Ende der Energieübertragung auszusetzen. Auf diese Weise ist es möglich, zum Beispiel einen drahtlosen Schnellenergieübertra- gungsmodus zu realisieren. Grundsätzlich lässt sich hierdurch eine kürzere Energieübertragungsdauer mit längeren Energieübertragungszyklen realisieren.
Alternativ oder ergänzend zum Schnellenergieübertragungsmodus kann vorge- sehen sein, in Abhängigkeit von einem Überschreiten eines, insbesondere obe- ren, Grenzwerts durch einen Wert der Energieübertragungskenngröße die Fremdobjekterkennung weiterhin durchzuführen und/oder die Zykluszeit zu reduzieren. Somit ist gewährleistet, dass die Fremdobjekterkennung möglichst schnell und sicher auf plötzliche Veränderungen, Fehler und/oder Fremdobjekte reagie- ren kann. Grundsätzlich führt dies zu einer längeren Energieübertragungsdauer mit kürzeren Energieübertragungszyklen.
Mit besonderem Vorteil ist die Energieübertragungskenngröße eine zwischen der Energiesendevorrichtung und dem Verbraucher übertragene elektrische Leistung bzw. ein Leistungsgradient, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt die Zykluszeit mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender
Amplitude bzw. steigendem Gradienten erhöht wird. Insbesondere kann die Häufigkeit während einer Energieübertragung mit einer mittleren Übertragungsleistung, beispielsweise zwischen 5W und 10W, gegenüber einer Häufigkeit während einer Energieübetragung mit einer hohen Übertragungsleistung, beispielsweise von mehr als 10W, reduziert sein. Bei einer drahtlosen Energieübertragung mit einer geringen Übertragungsleistung kann eine Ausführung der Fremdobjekterkennung mit den zuvor erwähnten Vorteilen auch vollständig unterlassen werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Energieübertragungskenngröße eine in der Energiesendevorrichtung und/oder dem Verbraucher gemessene Temperatur bzw. ein Temperaturgradient sein, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt die Zykluszeit mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten erhöht wird.
Auch ist denkbar, dass die Energieübertragungskenngröße ein von dem Ver- braucher benötigter Energiebedarf ist, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt die Zykluszeit mit steigendem Energiebedarf verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigendem Energiebedarf erhöht wird. Ebenso kann die Energieübertragungskenngröße ein Ladezustand des als wie- deraufladbaren Energiespeicher ausgebildeten Verbrauchers sein, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt die Zykluszeit mit steigendem Ladezustand erhöht und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit stei- gendem Ladezustand verringert wird.
Weiterhin kann die Energieübertragungskenngröße ein Gradient der erfassten Ist-Güte sein, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt die Zykluszeit mit steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigendem Gradienten erhöht wird.
Als Energieübertragungskenngröße kann zudem eine in der Energiesendevorrichtung und/oder dem Verbraucher gemessene Vibration bzw. ein Vibrationsgradient dienen, wobei in zumindest einem Verfahrensschritt die Zykluszeit mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten erhöht wird.
Wie bereits zuvor erwähnt, ermöglichen die unterschiedlich ausgestalteten Ener- gieübertragungskenngrößen eine sehr flexible Anpassung der Fremdobjekterkennung und der damit verbundenen Energieübertragungszyklen an die jeweils vorliegende Übertragungssituation zwischen Energiesendevorrichtung und Verbraucher. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Fremdobjekterkennung mit einer Anregespannung der primär- seitigen Sendespule der Energiesendevorrichtung von weniger als 10V, vorzugsweise zwischen 2,5 und 5V, durchgeführt wird. Dadurch kann die Fremdobjekterkennung mit einer vernachlässigbaren Übertragungsleistung erfolgen, so dass eine Energieübertragung zum Verbraucher vermieden und eine daraus resultierende Fehlmessung der Ist-Güte verhindert werden kann. Auch liefert der Verbraucher auf diese Weise keine„fehlerhaften" Datenwerte„Rx Data", wie z.B. einen nicht korrekten Ladestatus eines aufzuladenden Akkumulators, die eine nachfolgende Fremdobjekterkennung verfälschen könnten. In vorteilhafter Weise ist die Anregespannung derart gewählt, dass zwar keine drahtlose Energieüber- tragung mehr zum Verbraucher erfolgt, aber eine Kommunikation mit ihm stattfinden kann. Erwähnenswerte Vorteile sind auch die Einhaltung von Ruhestromanforderungen für Ladegeräte im Stand by- Betrieb sowie die Möglichkeit von sekundärseitigen„Open-Circuit"- Empfangsspulen, bei denen die System- Induktivität überwiegend nur durch die Schirmung beeinflusst wird.
Die Erfindung betrifft auch eine drahtlose Energiesendevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie innerhalb einer unteren Leistungsgrenze von 5 W und einer oberen Leistungsgrenze von 30 W, insbesondere 15 W. Als Beispiel für entsprechende Energiesendevorrichtungen seien hier stellvertretend Notebooks, Tablets, Smartphones, aber auch Radios, Leuchten, kleinere Mess- und Handwerkzeuggeräte etc. genannt.
Ebenso kann die Erfindung auch für drahtlose Energiesendevorrichtungen für einen Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie innerhalb einer unteren Leistungsgrenze von 30 W und einer oberen Leistungsgrenze von 200 W, insbesondere 65 W, ausgelegt sein. Stellvertretend für diesen Leistungsbereich seien viele Motor angetriebene Geräte, wie z.B. Elektrohandwerkzeuge, wie Bohrmaschinen, Schleifgeräte, Sägen, Hobel, Schleifer, etc. oder Küchengeräte, wie Mixer, Küchenmaschinen sowie Elektrofahrzeuge, wie Elektrofahrräder, Scooter, etc. genannt.
Die Erfindung eignet sich zudem für drahtlose Energiesendevorrichtungen mit einem Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie oberhalb einer unteren Leistungsgrenze von 200 W, insbesondere 2000 W, wie elektrisch angetriebene PKW, LKW, Busse, Gabelstapler oder dergleichen und Küchengeräte wie Elektrogrills, Kochtöpfe oder dergleichen sowie stationär betriebene Elektrowerk- zeugmaschinen und Industrieanlagen. für eine Handwerkzeugmaschine, ein Küchengerät oder ein Elektrofahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
Ausführungsbeispiele Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.
Es zeigen
Fig. 1: ein drahtloses Energieübertragungssystem mit einer primären Energiesendevorrichtung und einem sekundärseitigen Verbraucher in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2: ein schematisches Diagramm der unterschiedlichen Arbeitsbereiche der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung,
Fig. 3: einen Programmablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4: einen ergänzenden Programmablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung in einer schematischen Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein drahtloses Energieübertragungssystem 10 in Form eines induktiven Ladesystems mit einer als Ladevorrichtung 12 ausgebildeten primären Energiesendevorrichtung 14 und einem als Akkupack 16 ausgebildeten sekundärseitigen Verbraucher 18 für eine nicht gezeigte Handwerkzeugmaschine. Ebenso kann der Verbraucher 18 aber auch ein in der Handwerkzeugmaschine fest integrierter Akku sein. Wie eingangs erwähnt, ist die Erfindung jedoch nicht auf induktive Ladesysteme für Handwerkzeugmaschinen und deren Akkus bzw. Akkupacks eingeschränkt. Vielmehr kann sie auf die verschiedensten Arten der drahtlosen Energieübetragung sowie Energiesende- und -empfangsvorrichtungen angewendet werden, bei denen eine Fremdobjekterkennung sinnvoll oder notwendig ist. Dies kann auch eine drahtlose Energieübertragung umfassen, die optisch, akustisch, kapazitiv oder auf Grundlage von Luftströmungen oder dergleichen basiert.
Figur 1 zeigt den auf einer Oberseite eines Gehäuses 20 der drahtlosen Ladevorrichtung 12 positionierten Akkupack 16. Er wird über zumindest eine in der Ladevorrichtung 12 integrierte, primärseitige Sendespule 22 und eine in dem Akkupack 16 integrierte, sekundärseitige Empfangsspule (nicht dargestellt) des drahtlosen Energieübertragungssystems 10 geladen. Das drahtlose Energieübertragungssystem 10 weist dazu eine primärseitige Elektronikeinheit 24 in der Ladevorrichtung 12 auf, die ihrerseits eine Steuer- und Regeleinheit 26 sowie eine die Sendespule 22 aufweisende Schwingkreisschaltung 28 umfasst.
Die Steuer- und Regeleinheit 26 des drahtlosen Energieübertragungssystems 10 ist dazu vorgesehen, eine Resonanzfrequenz fres und eine dazu gehörige Ist-Güte Qact(fres) zu bestimmen. Des Weiteren vergleicht die Steuer- und Regeleinheit 26 die Ist-Güte Qact mit einer von der Resonanzfrequenz fres abhängigen Soll-Güte Qtar(fres) . Zu diesem Zweck weist die Steuer- und Regeleinheit 26 einen Speicher 30 auf, der für die ermittelte Resonanzfrequenz fres einen Soll-Gütebereich qtar mit mehreren Soll-Güten Qtar(fres) enthält (vgl. hierzu auch die nachfolgenden Ausführungen zu den Figuren 2 und 3).
Während der drahtlosen Energieübertragung erfolgt in definierten Zeitabständen Tcyde, z.B. jede Sekunde, eine Fremdobjekterkennung, bei der überprüft wird, ob sich ein oder mehrere Fremdobjekte 32, die die Energieübertragung beeinträchtigen und/oder ein Sicherheitsrisiko darstellen könnten, zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 oder einfach nur auf der Energiesendevorrichtung 14 befinden. Die Fremdobjekterkennung arbeitet im Wesentlichen derart, dass zunächst die Resonanzfrequenz fres und die dazu gehörige Ist-Güte Qact(fres) bestimmt werden und nachfolgend die Ist-Güte Qact(fres) mit der von der Resonanzfrequenz fres abhängigen Soll-Güte Qtar(fres) verglichen wird. Abschließend erfolgt anhand des definierten Soll-Gütebereichs qtar eine Entscheidung über den Betriebszustand des drahtlosen Energieübertragungssystems 10 bzw. der Energiesendevorrichtung 14.
Die Fremdobjekterkennung wird mit einer Anregespannung der primärseitigen Sendespule 22 der Energiesendevorrichtung 14 von weniger als 10 V, vorzugsweise zwischen 2,5 V und 5 V, durchgeführt. Dadurch kann die Fremdobjekterkennung mit einer vernachlässigbaren Übertragungsleistung erfolgen, so dass eine Energieübertragung zum Verbraucher vermieden und eine daraus resultierende Fehlmessung der Ist-Güte Qact(fres) verhindert werden kann. Auch sendet der Verbraucher 18 auf diese Weise keine„fehlerhaften" Datenwerte an die Energiesendevorrichtung 14, wie z.B. einen nicht korrekten Ladestatus eines aufzuladenden Akkumulators, die eine nachfolgende Fremdobjekterkennung verfälschen könnten.
Figur 2 zeigt die im Speicher 30 der Steuer- und Regeleinheit 26 abgelegten Soll- Gütebereiche qtar in Form eines schematischen Diagramms, bei dem auf der Abszisse die Resonanzfrequenz fres und auf der Ordinate die Güte Q aufgetragen ist. Das Diagramm ist in drei Bereiche 34, 36, 38 (38a, 38b) aufgeteilt. Ein erster Bereich 34 definiert einen Soll-Gütebereich qtar für einen Betrieb mit dem Verbraucher 18. Liegt die Ist-Güte Qact(fres) zwischen einer oberen Grenze qtar_up und einer unteren Grenze qtar j0 des ersten Bereichs 34, wird davon ausgegangen, dass sich kein die Energieübertragung beeinflussendes Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet. Ferner wird in diesem Bereich von einer drahtlosen Energieübertragung von der Energiesendevorrichtung 14 zum Verbraucher 18 ausgegangen. Ein zweiter Bereich 36 definiert einen Soll- Gütebereich qtar für einen Stand by- Betrieb ohne aufliegenden Verbraucher 18. Liegt die Ist-Güte Qact(fres) zwischen der oberen Grenze qtar_uP und der unteren Grenze qtar_io des zweiten Bereichs 36, wird davon ausgegangen, dass sich weder ein Fremdobjekt 32 noch ein Verbraucher 18 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet. Ein zwei Teilbereiche 38a, 38b aufweisender dritter Bereich 38 ist von einem Fehlerbereich gebildet. Grundsätzlich kann ein Fehler sowohl in dem drahtlosen Energieübertragungssystem 10, in der Energiesendevorrichtung 14, in dem Verbraucher 18 als auch in einer Umgebung des Energieübertragungssystem 10 liegen. Ein erster Teilbereich 38a ist bezogen auf die Güte Q unterhalb der unteren Grenze qtar_io des ersten Bereichs 34 und ein zweiter Teilbereich 38b unterhalb der unteren Grenze qtar_io des zweiten Bereichs 36 angeordnet. Liegt die Ist-Güte Qact(fres) innerhalb des ersten Teilbereichs 38a, wird davon ausgegangen, dass sich während der Energieübertragung mindestens ein Fremdobjekt 32 in einem diese beeinflussenden Bereich auf der Energiesendevorrichtung 14 oder zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 befindet. Auch kann davon ausgegangen werden, dass ein beliebiger Fehler vorliegt, oder dass der Verbraucher 18 derart ungünstig auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 positioniert ist, dass eine Energieübetragung nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist. Liegt die Ist-Güte Qact(fres) innerhalb des zweiten Teilbereichs 38b, wird davon ausgegangen, dass sich während des Stand by- Betriebs mindestens ein Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet.
Für den Verlauf der Ist-Güte Qact gilt folgender in Figur 2 zu erkennender, nichtlinearer Zusammenhang. Vergrößert sich der Abstand zwischen dem Verbraucher 18 und der Energiesendevorrichtung 14, so steigen sowohl die Resonanzfrequenz fres als auch die Ist-Güte Qact(fres) an. Entsprechendes ist zu beobachten, wenn der Verbraucher 18 unabhängig von der Richtung auf der Oberfläche der Energiesendevorrichtung 14 außerhalb ihrer optimalen Position - dem Zentrum der zumindest einen primärseitigen Sendespule 22 - verschoben bzw. positioniert wird. Diese beiden Fälle beschreiben durchaus häufig vorkommende Szenarien. So muss ein lateraler Versatz des Verbrauchers 18 zu der Energiesendevorrichtung 14 erlaubt sein, da ein Benutzer in der Regel die sekundärseitige Empfangsspule des Verbrauchers 18 nicht immer exakt mittig über die zumindest einen Sendespule 22 der Energiesendevorrichtung 14 positionieren können wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Energiesendevorrichtung 14 eine ebene Oberfläche ohne mechanische Führungshilfen für den Verbraucher 18 aufweist, oder wenn - wie im Falle eines zu ladenden Fahrzeugs - die Positionen der zumindest einen primärseitigen Sendespule 22 und/oder der zumindest einen sekundärseitigen Empfangsspule nicht genau bekannt bzw. einsehbar sind. Weiterhin ist insbesondere bei einem direkten Aufsetzen des Verbrauchers 18 auf die 5 Energiesendevorrichtung 14 auch ein vertikales Verkanten infolge von Fremdobjekten 32 zwischen dem Verbraucher 18 und der Energiesendevorrichtung 14 denkbar.
Figur 3 zeigt einen Programmablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur 10 drahtlosen Energieübertragung. Nach dem Start 40 wird im ersten Schritt 42 ein so genannter Power-On-Self-Test (POST) der Energiesendevorrichtung 14 durchgeführt. Der Start 40 kann automatisch mit dem Auflegen des Verbrauchers 18 auf die Energiesendevorrichtung 14 oder manuell durch Betätigung eines nicht gezeigten Tasters an der Energiesendevorrichtung 14 und/oder dem Verl s braucher 18 erfolgen. Ist der POST in Schritt 42 erfolgreich durchlaufen worden, initialisiert die Steuer- und Regeleinheit 26 der Energiesendevorrichtung 14 die Resonanzfrequenz fres, die Ist-Güte Qact(fres) und die Zyklusdauer Tcycie der nachfolgenden Verfahrensschritte in einem zweiten Schritt 44 mit fres = fstdby, Qact,n(fres) = 0 und Tcycie = Tmin, wobei fstdby eine zulässige Resonanzfrequenz im Standby- 20 Betrieb (vergleiche Figur 2) und Tmin eine minimale Zyklusdauer (z.B. 10 ms) beschreiben. Alternativ ist es ebenso möglich, Tcycie initial auf Tmin = 0 zu setzen.
Im nächsten Schritt 46 wird zunächst für die initialisierte Resonanzfrequenz eine Ist-Güte Qact,n+i(fres) gemessen und nachfolgend im vierten Schritt 48 mit der initi-
25 alisierten Ist-Güte Qact,n(fres) verglichen. Da es unmittelbar nach dem Start des
Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung keine Übereinstimmung zwischen der initialisierten und der gemessenen Ist-Güte gibt, folgt mit einem fünften Schritt 50 ein von der Steuer- und Regeleinheit 26 durchgeführter Teilprozess in Gestalt eines Frequenz-Durchlaufs derart, dass die Steuer- und Regeleinheit 26
30 eine nicht dargestellte Frequenzeinheit der primärseitigen Elektronikeinheit 24 ansteuert, wobei die Frequenzeinheit der Schwingkreisschaltung 28 vorgeschaltet ist. Dem Fachmann ist die Ansteuerung einer derartigen Schwingkreisschaltung zur Durchführung eines Frequenzdurchlaufs im Wesentlichen bekannt. Daher soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Zur Ermittlung der Resonanzfrequenz fres wird in dem fünften Schritt 50 während des Frequenzdurchlaufs eine Resonanzüberhöhung an der primärseitigen Sendespule 22 erfasst. Aus der an der Stelle der Resonanzüberhöhung ermittelten Amplitude kann dann in bekannter Weise die Ist-Güte Qact,n+i(fres) berechnet werden; die Stelle der Resonanzüberhöhung entspricht der ermittelten Resonanzfrequenz fres. Diese beiden Werte werden nun mit den in dem Speicher 30 der Steuer- und Regeleinheit 26 hinterlegten Soll-Gütebereich qtar (Schritt 52, siehe auch Figur 2) in einem siebten Schritt 54 verglichen.
Liegt die Ist-Güte Qact,n+i(fres) zwischen der oberen und der unteren Grenze qtar_up, qtar jo des ersten Bereichs 34 gemäß Figur 2, kann davon ausgegangen werden, dass sich für die anstehende drahtlose Energieübertragung kein diese beeinflussendes Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 befindet, so dass das Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung den nachfolgenden, aus vier Teilschritten 56.1, 56.2, 56.3, 56.4 bestehenden Teilprozess 56 durchläuft, in dem eine Kommunikation zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 aufgebaut und überprüft wird. Im ersten Teilschritt 56.1 wird von der Steuer- und Regeleinheit 26 der Energiesendevorrichtung 14 ein Synchronisations-Impuls erzeugt und vorzugsweise über die primärseitige Sendespule 22 und die sekundärseitige Empfangsspule an den Verbraucher 18 gesendet. Alternativ wäre für die Kommunikation zwischen Energiesendevorrichtung 14 und Verbraucher 18 auch eine andere drahtlose Datenübertragung, z.B. per Bluetooth, optisch, akustisch oder dergleichen, denkbar. Werden nach dem Synchronisations-Impuls die notwendigen Empfangsdaten„Rx Data" des Verbrauchers 18 im zweiten Teilschritt 56.2 durch die primärseitige Elektronikeinheit 24 der Energiesendevorrichtung 14 empfangen, kann die Kopplung zwischen Energiesendevorrichtung 14 und Verbraucher 18 im dritten Teilschritt 56.3 überprüft werden. Ist die Überprüfung der Kopplung und der Empfangsdaten erfolgreich, wird im vierten Teilschritt 56.4 entschieden, die drahtlose Energieübertragung zum Verbraucher 18 gemäß einem achten Schritt 58a zu starten. Ist sie dagegen nicht erfolgreich, wird von einem Fehler und/oder einem Fremdobjekt 32 in einem alternativen, achten Schritt 58c ausgegangen. Liegt die Ist-Güte Qact,n+i(fres) zwischen der oberen und der unteren Grenze qtar_up, qtarjo des zweiten Bereichs 36 gemäß Figur 2, wird davon ausgegangen, dass sich das drahtlose Energieübertragungssystem 10 in einem Stand by- Betrieb befindet und kein Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 liegt. Somit springt das Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung ausgehend vom sechsten Schritt 52 direkt in einen weiteren alternativen, achten Schritt 58b.
Ergibt der Vergleich zwischen der Ist-Güte Qact,n+i(fres) und der Soll-Güte Qtar(fres) im sechsten Schritt 52, dass die Ist-Güte Qact,n+i(fres) außerhalb des Soll- Gütebereichs qtar liegt, so wird gemäß der obigen Ausführungen zu Figur 2 in
Schritt 58c ein Fehler und/oder ein vorhandenes Fremdobjekt 32 angenommen.
Ausgehend von den drei möglichen, achten Schritten 58a (Betrieb zur drahtlosen Energieübertragung), 58b (Stand by- Betrieb), 58c (Fehler oder Fremdobjekt er- kannt) wird in einem neunten Verfahrensschritt 60 entschieden, ob die eingestellte Zykluszeit Tcycie eine maximale Zykluszeit Tmax von z.B. einer Sekunde überschritten hat. Tcycie definiert die Periodendauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchläufen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung. Die Schritte 46 bis 58 des erfindungsgemäßen Verfahrens zur drahtlosen Energieübertragung dauern dagegen in der Regel nur wenige Millisekunden und hängen maßgeblich von der Rechenleistung der primärseitigen Steuer- und Regeleinheit 26 ab. So lange die Zykluszeit Tcycie die maximale Zykluszeit Tmax in dem neunten Schritt 60 noch nicht überschritten hat, wird sie in einen zehnten Schritt 62a sukzessive oder einmalig auf einen festgelegten Wert erhöht. Während des Durchlaufs der Schritte 60 und 62a ist das eigentliche Verfahren zur Betriebsarten- und/oder Fehler- bzw. Fremdobjekterkennung gemäß der Schritte 46 bis 58 bereits abgeschlossen, so dass abhängig von der in dem sechsten Schritt 54 vorgenommenen Entscheidung so lange die drahtlose Energieübertragung gemäß Schritt 58a, der Stand by- Betrieb gemäß Schritt 58b oder eine Unterbrechung der Energieübertragung bzw. des Standby- Betriebs gemäß
Schritt 58c erfolgt, bis Tcycie die maximale Zykluszeit Tmax überschritten hat. Danach wird in Schritt 62b entschieden, ob das Verfahren wiederholt oder beendet werden soll. Im Falle einer Wiederholung, werden in einem elften Schritt 64 die bisher hinterlegte Ist-Güte Qact,n(fres) auf den Wert der aktuellen Ist-Güte Qact,n+i(fres) des zurückliegenden Zyklus und die Zykluszeit Tcycie auf den Minimal- wert Tmin gesetzt. Danach beginnt das Verfahren mit dem dritten Schritt 46 und der Messung einer neuen Ist-Güte Qact,n+i (fres) erneut, wobei der nachfolgende Frequenzdurchlauf gemäß Schritt 50 ausgelassen wird, wenn sich bisher hinterlegte und neue Ist-Güte wegen Qact,n+i(fres) = Qact,n(fres) nicht unterscheiden.
Wurde im ersten Schritt 42 ein Fehler während des POST festgestellt oder wurde im elften Schritt 64 entschieden, den Zyklus nicht zu wiederholen, wird das erfindungsgemäße Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung mit dem abschließenden Schritt 66 gestoppt.
Eine besondere Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung kommen die in dem zweiten Teilschritt 56.2 des Teilprozesses 56 empfangenen Daten„Rx Data" gemäß Figur 4 zu. Dabei stellt das in Figur 4 gezeigte Flussdiagramm lediglich einen Ausschnitt des in Figur 3 gezeigten Programmablaufplans dar, wobei identische Verfahrensschritte jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen wurden und der siebte Verfahrensschritt 54 in zwei Teilschritte 54.1 und 54.2 zerlegt wurde.
Liegt die Ist-Güte Qact,n+i(fres) in Teilschritt 54.1 zwischen der oberen und der unteren Grenze qtar_up, qtarjo des zweiten Bereichs 36 gemäß Figur 2, wird entsprechend Figur 3 davon ausgegangen, dass sich das drahtlose Energieübertragungssystem 10 in einem Stand by- Betrieb befindet und kein Fremdobjekt 32 auf der drahtlosen Energiesendevorrichtung 14 liegt. Somit springt das Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung ausgehend vom sechsten Schritt 52 direkt in den achten Schritt 58b. Liegt die Ist-Güte Qact,n+i(fres) in Teilschritt 54.1 dagegen außerhalb des zweiten Bereichs 36, wird in einem nachfolgenden Teilschritt 54.2 geprüft, ob sie zwischen der oberen und der unteren Grenze qtar_uP, qtar_io des ersten Bereichs 34 gemäß Figur 2 liegt. Ist dies nicht der Fall, wird in Schritt 58c von einem Fehler und/oder einem Fremdobjekt 32 ausgegangen. Entspricht die Ist- Güte Qact,n+i(fres) dagegen einer Soll-Güte Qtar(fres) des ersten Bereichs 34, so wird in dem nachfolgenden Teilprozess 56 eine Kommunikation zum Verbraucher 18 aufgebaut. Erfindungsgemäß ist nun in gegenüber Figur 3 zusätzlichen Teilschritten 56.5 und 56.6 vorgesehen, eine aus den empfangenen Daten des Verbrauchers 18 „Rx Data" und/oder in der Energiesendevorrichtung 14 sensierten Daten ableitbare Energieübertragungskenngröße für die nachfolgende Fremdobjekterkennung zu berücksichtigen. Die Energieübertragungskenngröße ist insbesondere eine Kenngröße, welche während der drahtlosen Energieübertragung einen Energie- fluss, im Falle der induktiven Energieübertragung insbesondere einen elektromagnetischen Energiefluss, zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 bevorzugt quantitativ, charakterisiert. So kann die Energieübertragungskenngröße eine zwischen der Energiesendevorrichtung 14 und dem Verbraucher 18 übertragene elektrische Leistung bzw. ein Leistungsgradient, eine Temperatur bzw. ein Temperaturgradient, ein benötigter Energiebedarf des Verbrauchers 18, ein Ladezustand des als wiederaufladbaren Energiespeichers ausgebildeten Verbrauchers 18, ein Gradient der erfassten Ist-Güte Qact,n+i(fres), eine in dem Verbraucher gemessene Vibration bzw. ein Vibrationsgradient und/oder eine Authentifizierungs-Information über die Berechtigung des Verbrauchers 18 zur drahtlosen Energieübertragung sein.
Alternativ oder ergänzend kann die Elektronikeinheit 24 der Energiesendevorrichtung 14 aber auch eine mit der Steuer- und Regeleinheit 26 verbundene Sensoreinheit 68 zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Erfassung der Energieübertragungskenngröße aufweisen. Dabei kann die Erfassung sowohl während der Fremdobjekterkennung als auch während der drahtlosen Energieübertragung, während des Standby- Betriebs oder auch während einer Unterbrechung der Energieübertragung infolge eines erkannten Fehlers und/oder Fremdobjekts erfolgen. Eine entsprechende Sensoreinheit 70 kann zusätzlich oder alternativ auch in dem Verbraucher 18 zur Erzeugung der obigen Empfangsdaten„Rx Data" erforderlich sein (vergleiche Figur 1). Die Sensorvorrichtung kann aus unterschiedlichsten Sensoren, wie einem Shuntwiderstand, einem Temperaturfühler, einem Beschleunigungssensor, einem Drehratensensor, aber auch einem Luftdruckmesser, einem Feuchtigkeitsmesser oder dergleichen bestehen. Da dem Fachmann entsprechende Sensoren hinlänglich bekannt sind, soll hierauf nicht weiter eingegangen werden. Bei der sensierten Energieübertragungskenngröße kann es sich somit um einen elektrischen Strom bzw. einen Stromgradienten in der Sendespule 22, eine an der Sendespule 22 anliegende elektrische Spannung bzw. einen Spannungsgradienten, eine Temperatur bzw. einen Temperaturgradienten der Sendespule 22, eine aufgenommene Leistung bzw. einen Leistungsgradienten eines Netzteils der Energiesendevorrichtung 14, eine Versorgungs- Spannung bzw. ein Versorgungsspannungsgradient des Netzteils der Energiesendevorrichtung 14 oder dergleichen handeln. Als Energieübertragungskenngröße kann auch eine gemessene Vibration bzw. ein Vibrationsgradient der Energiesendevorrichtung 14 in Frage kommen. Ebenfalls ist es denkbar, die Energieübertragungskenngröße abhängig von einem Montageort der Energiesendevorrichtung 14, zum Beispiel stationär in einer Werkstatt oder mobil in einem Fahrzeug, auszugestalten. Der Montageort lässt sich beispielsweise anhand der gemessen Vibration bzw. des gemessenen Vibrationsgradienten der Energiesendevorrichtung 14 bestimmen. Ebenso können hierfür aber auch vorhandene Geschwindigkeits- und/oder GPS-Daten eines
Fahrzeugs oder dergleichen herangezogen werden.
Zur Optimierung der Fremdobjekterkennung lassen sich mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 26 aus der Energieübertragungskenngröße verschiedene Parameter zur Regelung der Fremdobjekterkennung bestimmen. In zumindest einem Teilschritt 56.6 wird in Abhängigkeit von der zumindest einen Energieübertragungskenngröße zumindest eine Genauigkeitskenngröße, beispielsweise eine Anzahl diskreter Frequenzpunkte und/oder eine Anzahl an Frequenzdurchlauf- Zyklen (vergleiche Schritt 50 in Figur 3), der Fremdobjekterkennung bestimmt. Zudem kann eine Dauer und/oder Häufigkeit, insbesondere eine Frequenz, einer
Ausführung der Fremdobjekterkennung während der drahtlosen Energieübertragung in Abhängigkeit von der zumindest einen Energieübertragungskenngröße bestimmt werden. So kann die Häufigkeit während der drahtlosen Energieübetra- gung mit einer mittleren Übertragungsleistung, beispielsweise einer Übertra- gungsleistung zwischen 5 W und 10 W, gegenüber einer Häufigkeit während einer drahtlosen Energieübertragung mit einer hohen Übertragungsleistung, beispielsweise einer Übertragungsleistung von mehr als 10 W, reduziert sein. Bei einer drahtlosen Energieübertragung mit einer geringen Übertragungsleistung kann eine Ausführung einer Fremdobjekterkennung vollständig unterlassen wer- den. Weiterhin kann in Teilschritt 56.6 in Abhängigkeit von der zumindest einen Energieübertragungskenngröße die maximale Zykluszeit Tmax und/oder eine zeitliche Länge des in Schritt 50 durchzuführenden Frequenzdurchlaufs bestimmt werden.
Anhand der in Teilschritt 56.6 festgelegten Maßnahmen wird im abschließenden Teilschritt 56.7 entschieden, ob die Fremdobjekterkennung für eine definierte Zeitspanne bzw. für die restliche Energieübertragung deaktiviert werden kann und/oder ob die in Schritt 56.6 festgelegten Grenzwerte der für den Energieübertragungsvorgang erfindlichen Resonanzfrequenz fres und Ist-Güte Qact,n+i(fres) eingehalten wurden. Ist dies der Fall und wurde die Fremdobjekterkennung fehlerlos durchlaufen, kann die Energie in Schritt 58a drahtlos von der Energiesendevorrichtung 14 auf den Verbraucher 18 übertragen werden. Wurde dagegen in Teilschritt 56.7 entschieden, dass die Grenzwerte überschritten wurden bzw. die Fremdobjekterkennung nicht ausgesetzt werden darf, so wird gemäß Schritt 58c auf ein Fehler oder ein vorhandenes Fremdobjekt 32 geschlossen, so dass bis zur Entscheidung über die Wiederholung des Zyklus in Schritt 62b keine weitere Energieübertragung erfolgt.
Die Energieübertragung wird durch die Steuer- und/oder Regeleinheit 26 der Energiesendevorrichtung 14 kontinuierlich in Abhängigkeit von der Zykluszeit Tcyde auf Unregelmäßigkeiten überprüft. Erkennt die Steuer- und/oder Regeleinheit 26 eine zeitliche Änderung, insbesondere eine Schwankungsamplitude und/oder einen Gradienten, der Energieübertragungskenngröße, wird die Ener- gieübetragung unterbrochen und eine erneute Fremdobjekterkennung gemäß der in Figur 3 gezeigten Schritte 60 bis 64 initiiert.
In Abhängigkeit von einem Unterschreiten eines, insbesondere unteren, Grenzwerts durch einen Wert der Energieübertragungskenngröße wird die Fremdobjekterkennung in Teilschritt 56.7 für einen definierten Zeitraum oder bis zum Ende der Energieübertragung durch entsprechendes Erhöhen der maximalen Zykluszeit Tmax in Teilschritt 56.6 ausgesetzt. In Abhängigkeit von einem Überschreiten eines, insbesondere oberen, Grenzwerts durch einen Wert der Energieübertragungskenngröße wird in Teilschritt 56.7 entschieden, die Fremdobjekterkennung weiterhin durchzuführen und/oder die maximale Zykluszeit Tmax in Teilschritt 56.6 zu reduzieren. Insbesondere wird die Durchführung der Fremdobjekterkennung bei Unterschreiten eines unteren Grenzwerts einer Übertragungsleistung, beispielsweise bei einem Absinken der Übertragungsleistung auf einen Wert unter- halb von 5 W, ausgesetzt. Bei Überschreiten eines festgelegten Grenzwerts der
Übertragungsleistung wird die Fremdobjekterkennung wieder eingesetzt.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiele weder auf die Figuren 1 bis 4 noch auf die genannten Leistung und Spannungswerte beschränkt ist. Insbesondere kann die Erfindung auch bei drahtlosen Energieübertragungen mit Übertragungsleistungen von deutlich mehr als 10W, beispielsweise für Anwendungen in Küchen oder Elektrofahrzeugen, zum Einsatz kommen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur drahtlosen, insbesondere induktiven, Energieübertragung von einer Energiesendevorrichtung (14) zu einem Verbraucher (18), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt eine Unterbrechung der Energieübertragung von der Energiesendevorrichtung (14) zu dem Verbraucher (18) in Verbindung mit einer Fremdobjekterkennung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrenschritt (56, 56.6) eine Zykluszeit (Tcyde) des Verfahrens und/oder eine Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung abhängig von einer Energieübertragungskenngröße der drahtlosen Energieübertragung angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.7) eine Genauigkeitskenngröße, insbesondere eine Anzahl diskreter Frequenzpunkte und/oder eine Anzahl an Frequenzdurchlauf-Zyklen der Fremdobjekterkennung abhängig von der Energieübertragungskenngröße der drahtlosen Energieübertragung angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Anzahl diskreter Frequenzpunkte und/oder der Anzahl an Frequenzdurchlauf-Zyklen zwischen einer Standard- Fremdobjekterkennung, insbesondere mit einer Zykluszeit (Tcycie) von 1 bis 10 Sekunden, und einer schnellen Fremdobjekterkennung, insbesondere mit einer Zykluszeit (Tcycie) von weniger als 10 Millisekunden, unterschieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdobjekterkennung in zumindest einem Verfahrensschritt (54; 54.1, 54.2) zumindest zwischen einem Stand by- Modus (58b) und einen Energieübertragungsmodus (58a) der drahtlosen Energieübetragung unterscheiden kann, und dass bei einem Wechsel von dem Standby-Modus (58b) zum Energieübertragungsmodus (58a) oder umgekehrt eine Standard- Fremdobjekterkennung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine schnelle Fremdobjekterkennung durchgeführt wird, wenn sich die Energieübertragungskenngröße von einem zum nächsten Zyklus des Verfahrens nur gering, vorzugsweise um weniger als 10 %, besonders bevorzugt um weniger als 5%, ganz besonders bevorzugt um weniger als 1 %, verändert hat.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fremdobjekterkennung in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.1, 56.2) eine nachfolgende Kommunikation zwischen der Energiesendevorrichtung (14) und dem Verbraucher (18) zugeordnet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Unterschreiten eines, insbesondere unteren, Grenzwerts durch einen Wert der Energieübertragungskenngröße die Fremdobjekterkennung für einen definierten Zeitraum, bis zu einer Änderung oder bis zum Ende der Energieübertragung (66) ausgesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Überschreiten eines, insbesondere oberen, Grenzwerts durch einen Wert der Energieübertragungskenngröße die Fremdobjekterkennung weiterhin durchgeführt und/oder die Zykluszeit (Tcyde) reduziert wird (56, 56.6, 62a).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße eine zwischen der Energiesendevorrichtung (14) und dem Verbraucher (18) übertragene elektrische Leistung bzw. ein Leistungsgradient ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten erhöht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße eine in der Energiesendevorrichtung (14) und/oder dem Verbraucher (18) gemessene Temperatur bzw. ein Temperaturgradient ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Ver- fahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten erhöht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße ein von dem Verbraucher (18) benötigter Energiebedarf ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigendem Energiebedarf verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigendem Energiebedarf erhöht wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße ein Ladezustand des als wiederaufladbaren Energiespeicher ausgebildeten Verbrauchers (18) ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigendem Ladezustand erhöht und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigendem Ladezustand verringert wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße ein Gradient einer erfass- ten Ist-Güte (Qact,n+i(fres)) ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigendem Gradienten erhöht wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße eine in der Energiesendevorrichtung (14) und/oder dem Verbraucher (18) gemessene Vibration bzw. ein Vibrationsgradient ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gra- dienten erhöht wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße ein elektrischer Strom bzw. ein Stromgradient in der Sendespule (22) der Energiesendevorrichtung (14), eine an der Sendespule (22) anliegende elektrische Spannung bzw. ein Spannungsgradient und/oder eine Temperatur bzw. ein Temperaturgradient der Sendespule (22) ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungskenngröße eine aufgenommene Leistung bzw. ein Leistungsgradient eines Netzteils der Energiesendevorrichtung (14) und/oder eine Versorgungsspannung bzw. ein Versorgungs- spannungsgradient des Netzteils der Energiesendevorrichtung (14) ist (56, 56.5), wobei in zumindest einem Verfahrensschritt (56, 56.6) die Zykluszeit (Tcycie) mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten verringert und/oder die Dauer und/oder Häufigkeit der Fremdobjekterkennung mit steigender Amplitude bzw. steigendem Gradienten erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdobjekterkennung mit einer Anregespannung einer primärseitigen Sendespule (22) der Energiesendevorrichtung (14) von weniger als 10V, vorzugsweise zwischen 2,5 und 5V, durchgeführt wird.
Drahtlose Energiesendevorrichtung (14) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Energiesendevorrichtung (14) für einen Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie innerhalb einer unteren Leistungsgrenze von 5 W und einer oberen Leistungsgrenze von 30 W, insbesondere 15 W, ausgelegt ist.
19. Drahtlose Energiesendevorrichtung (14) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Energiesendevorrichtung (14) für einen Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie innerhalb einer unteren Leistungsgrenze von 30 W und einer oberen Leistungsgrenze von 200 W, insbesondere 65 W, ausgelegt ist.
20. Drahtlose Energiesendevorrichtung (14) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Energiesendevorrichtung (14) für einen Leistungsbereich der drahtlos zu übertragenen Energie oberhalb einer unteren Leistungsgrenze von 200 W, insbesondere 2000 W, ausgelegt ist.
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