WO2019002244A1 - Method for detecting a foreign object and device for inductive energy transfer to a portable terminal - Google Patents

Method for detecting a foreign object and device for inductive energy transfer to a portable terminal Download PDF

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WO2019002244A1
WO2019002244A1 PCT/EP2018/067026 EP2018067026W WO2019002244A1 WO 2019002244 A1 WO2019002244 A1 WO 2019002244A1 EP 2018067026 W EP2018067026 W EP 2018067026W WO 2019002244 A1 WO2019002244 A1 WO 2019002244A1
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WO
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temperature
gradient
foreign object
detecting
winding structure
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PCT/EP2018/067026
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Ingo Pasewald
Kai WIEDICKE
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Laird Dabendorf Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for inductive
  • the invention relates to a method for detecting a foreign object in an inductive energy transmission to the portable terminal.
  • the inductive energy transfer to a portable terminal is known.
  • such an energy transmission enables a cable-free energy transmission.
  • a so-called transmitting coil generates an electromagnetic alternating field which is received by a receiving coil of the portable terminal.
  • the alternating electromagnetic field induces an alternating voltage in the receiving coil.
  • This AC voltage can, in particular after it has been rectified, be used to operate the portable terminal and / or to charge an energy store of the portable terminal.
  • a foreign object in particular a metallic foreign object
  • the alternating electromagnetic field can induce eddy currents in such a foreign object, whereby an effectiveness of the energy transfer is reduced and also a heating of the foreign object can take place.
  • Such heating of a foreign object and the resulting heating of the environment may be undesirable.
  • an input power of the device for generating the alternating electromagnetic field is determined or detected for this purpose. Furthermore, a received power of the device for receiving the electromagnetic alternating field is determined or detected. Furthermore, losses are determined. These power losses can be e.g. be determined in advance in a calibration process.
  • power losses can be operating point dependent.
  • threshold values which are used in the foreign object detection for the evaluation of the power balance are chosen such that the above-mentioned disturbances do not lead or, to a small extent, to a misdetection. However, then the case may arise that an actually existing foreign object is not detected.
  • Proposed is a device for inductive energy transmission to a portable terminal, such as a mobile device, a tablet or another portable device.
  • the device can be used in particular in a motor vehicle or automobile.
  • the device may be arranged in an interior of the motor vehicle, for example in a front seat or in a rear seat area.
  • the device can be installed, for example, in a center console of the vehicle.
  • the use of the device is not limited to use in a motor vehicle.
  • the device can also be used as a stand-alone device, e.g. on a desk.
  • the use in other environments, especially in vehicles, e.g. on a ship, in a rail vehicle or in an airplane, is possible.
  • the device comprises at least one first winding structure for generating an electromagnetic field, which can also be referred to as a transmitting coil.
  • This electromagnetic field is used for inductive energy transfer.
  • this electromagnetic field is received by a winding structure of the portable terminal, which may also be referred to as a receiving coil, whereby a
  • AC voltage is induced in the winding structure of the portable terminal.
  • This AC voltage can be rectified, for example via a rectifier of the portable terminal.
  • the resulting rectified voltage can then be used to charge an energy storage device of the terminal and / or to operate the terminal.
  • the winding structure can have different geometries.
  • the winding structure can be rectangular, circular, oval or another
  • the winding structure can have geometric structure.
  • the winding structure can have a central center axis which, for example, has a central axis of symmetry
  • Winding structure can be.
  • the device can also more than one
  • Windungs Modell in particular two, three or more than three Windungs Modellen, so transmit coils include.
  • the device may comprise at least one device for generating an operating voltage for the first winding structure.
  • This device may in particular be an inverter. This can generate from an input DC voltage an output AC voltage for operation or for feeding the first winding structure, because the output AC voltage has desired properties, in particular a desired amplitude and frequency.
  • the device for generating the operating voltage can thus be electrically connected to the first winding structure.
  • the device comprises at least one evaluation device.
  • This can be designed for example as a microcontroller.
  • the evaluation device can be part of a control and evaluation device.
  • the control and evaluation device can in particular control an operation of the device for generating the operating voltage. In particular, switching times of switching elements of an inverter can be set by the control and evaluation devices.
  • the control and evaluation device can activate or deactivate a charging operation. In a loading operation can be generated the previously explained electromagnetic alternating field. When the charging mode is deactivated, no alternating electromagnetic field is generated.
  • the device has at least one bearing surface or forms it.
  • the device may comprise a housing, wherein the housing, in particular a surface of the housing, has or forms the bearing surface.
  • the housing may have, for example, an upper shell and a lower shell. An upper side of the upper shell can in this case have or form the contact surface.
  • the support surface is used for storage or storage of the portable device.
  • the device comprises a first device for detecting a first temperature of at least a first subregion of the bearing surface and at least one further device for detecting a further temperature of at least one further subregion of the bearing surface.
  • the support surface may in this case be formed by a plastic body.
  • the first and the further subarea may be different subregions of the bearing surface. In this case, it is possible for the subregions to overlap at least partially. However, it is also possible that the subareas do not overlap. In other words, the first
  • a device for detecting a temperature may, for example, as
  • Temperature sensor may be formed.
  • the device for detecting a temperature may be arranged such that it is thermally connected to at least a portion of the support surface.
  • a temperature or a temperature change of the partial area can be detected by a corresponding device for detecting a temperature.
  • the number of means for detecting a temperature may be equal to the number of winding structures.
  • each winding structure can each be assigned a device for detecting a temperature.
  • a Windungs Geneva-to-Thruh
  • a time course of the first temperature and as a further temperature profile a temporal course of the at least one further temperature can be determined.
  • temperature values of the first temperature and of the further temperature can be determined at a plurality of detection times.
  • the evaluation device can be signal and / or data related to the means for detecting a temperature.
  • the evaluation can a
  • Memory device include, wherein in the memory device temperature values and optionally the detection times of these temperature values can be stored.
  • a foreign object can be detected if the first temperature profile deviates from the further temperature profile by more than a predetermined amount, in particular if at least one
  • Property of the first temperature profile deviates by more than a predetermined amount of a corresponding property of the further temperature profile.
  • the temperature curves do not differ or no longer differ from each other by a predetermined amount, then it can be assumed that there is no foreign object which, during a loading operation, leads to different temperature gradients in the various subregions of the bearing surface, in particular to a different degree of heating in these subregions would. If, for example, the entire environment of the device heats up, for example an interior of the motor vehicle, both temperature profiles become one without any foreign object present
  • a foreign object is dimensioned only so large that a foreign object leads only to the temperature change of one or more partial areas, but not all partial areas. This results in an advantageous manner a reliable detection of a foreign object, which is arranged on the support surface or in spatial proximity to such a portion.
  • a gradient of the first temperature profile can be determined as the first gradient at at least one point in time, and a gradient of the further temperature profile can be determined as a further gradient.
  • the gradients of the temperature profiles determined at the same time can also be referred to as corresponding gradients.
  • At the at least one point in time is a value of a gradient of the first temperature profile and a value of a gradient of the other
  • the gradient may in particular denote the value of a time derivative of the temperature profile.
  • a foreign object can be detected when the first gradient deviates from the further gradient by more than a predetermined amount, in particular when the amount of a difference between the corresponding gradients is greater than a predetermined threshold value.
  • the first gradient and the further gradient can each be determined at a plurality of mutually corresponding points in time.
  • a temporal course of the gradient of the first temperature profile and a time profile of the gradient of the further temperature profile can thus be determinable.
  • a foreign object can be detected if at least one, more than one
  • predetermined proportion e.g. more than 10%, 20% or 50%, or all of the set of mutually corresponding gradients differ by more than a predetermined amount.
  • the predetermined measure or the predetermined threshold can in this case z. In test or calibration passes. This advantageously results in a simple implementation of the reliable detection of foreign objects.
  • a device for detecting a temperature ie the first temperature or the further temperature
  • a measured value sensor of the device for detecting a temperature can be arranged below or on the support surface. This may mean that the part is arranged in front of the support surface or at the same position as the support surface along a vertical direction, which may be oriented perpendicular to the support surface or parallel to a central axis of the winding structure and from the winding structure to the support surface.
  • At least one part, in particular the measured variable pick-up, of a device for detecting a temperature is arranged above the at least one winding structure.
  • the part may be arranged between the support surface and the winding structure.
  • the at least one part in particular the
  • the first means for detecting the first temperature in a common projection plane which is arranged perpendicular to a central axis of the first winding structure, disposed within the first winding structure. This may mean that the part of the device for detecting a temperature in the projection plane is arranged in a region which is surrounded or surrounded by an envelope of the winding structure in the projection plane.
  • the device comprises at least one further winding structure, wherein at least one part, in particular the measured variable pickup, of the further device for detecting the further temperature in a common projection surface, which is arranged perpendicular to a central axis of the further winding structure, within the other Winding structure is arranged.
  • At least a part of the device associated with a winding structure for detecting a temperature in a common projection surface, which is arranged perpendicular to a central axis of the corresponding winding structure, may be arranged within the winding structure.
  • the device has at least one
  • the communication device can serve for the transmission of data and / or signals. For example, data that is sent by the portable terminal can be received via the communication device. This data may, for example, encode information about a received power.
  • the communication may be a so-called in-band communication, that is a communication via a user channel used by the terminal. Alternatively, the communication may be a so-called out-band communication, that is a communication via a secondary channel used by the terminal.
  • the communication can also be a load-modulation-based communication. Further, the communication may be wireless communication, e.g. B. a Bluetooth TM -based communication.
  • the communication device can data and / or signaling technology with the
  • the communication device advantageously makes it possible to evaluate a power balance, which will be explained in more detail below, wherein it can be used in addition to the foreign object detection.
  • a transmission power, a received power and a power loss can be determined, in particular during charging operation.
  • a transmission power can in particular be determinable by a device for detecting or determining a transmission power.
  • the transmission power can in this case an input power of
  • the portable terminal may include means for detecting or determining a reception power.
  • the received power may in this case be an input or output power of a rectifier, wherein the induced AC voltage in the winding structure for receiving the rectifier by the rectifier
  • Electromagnetic alternating field is rectified.
  • a power loss may in particular include losses in the inductive energy transfer, in particular in or by further electrical or electronic components.
  • a power loss can be determined in test or calibration runs and then stored for later use.
  • a power loss can in particular be determined depending on the operating point and stored with an assignment to the operating point.
  • an operating point can be determinable, for example by the evaluation device, wherein a power loss can then be determined as a function of the operating point.
  • An operating point may, for example, be given by one or more of the following parameters: current in the
  • a foreign object in particular additionally, can be detected as a function of an evaluation of a power balance.
  • a foreign object can only be detectable if, in addition to the deviation between the temperature profiles, the sum of power loss and received power deviates from the transmission power by more than a predetermined amount.
  • the predetermined amount can here
  • a foreign object is detected only if the foreign object is detected as a function of the evaluation of the power balance and if the first temperature profile deviates from the further temperature profile by more than a predetermined amount.
  • the determination of the deviation between the first temperature profile and the further temperature profile in particular the determination of the deviation between the previously explained gradients, can be carried out in terms of time, but preferably in terms of time after the evaluation of the power balance.
  • the determination of the deviation between the first temperature profile and the further temperature profile can be carried out in terms of time, but preferably in terms of time after the evaluation of the power balance.
  • Temperature profile and the further temperature profile is only performed when a foreign object has been detected potentially depending on the evaluation of the power balance, in particular so if the sum of power loss and
  • Receiving power differs by more than a predetermined amount of the transmission power.
  • a method for detecting a foreign object in an inductive energy transmission to a portable terminal can be carried out in particular by means of a device according to one of the embodiments explained in this disclosure.
  • a time profile of a first temperature of at least one first subarea of the bearing surface and, as a further temperature curve, a temporal course of a further temperature of at least one further subarea of the bearing surface are determined as the first temperature profile.
  • a foreign object is detected when the first temperature profile deviates from the further temperature profile by more than a predetermined amount.
  • a gradient of the first temperature profile is determined as the first gradient at at least one point in time, and a gradient of the further temperature profile is determined as a further gradient, wherein the foreign object (16) is detected when the first gradient exceeds the first gradient by more than a predetermined amount deviates further gradient.
  • the first gradient curve may be a temporal course of the first gradient and, as a further gradient curve, a time curve of the further gradient
  • Gradients are determined, wherein a foreign object is detected when the first gradient deviates by more than a predetermined amount of the further gradient.
  • a transmission power, a reception power and a power loss are determined. Furthermore, the foreign object is detected as a function of an evaluation of a power balance.
  • a transmission power can be detected or determined.
  • a power loss can be detected or determined.
  • a received power can be detected or determined, wherein information about the received power can be transmitted from the portable terminal to the device, in particular via the described communication device.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of an apparatus according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic flow diagram of a method according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic flowchart of a method according to the invention in a further embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device 1 for inductive
  • the portable device can
  • the device 1 can be used for example in a motor vehicle. In particular, the device in a
  • Center console of the motor vehicle may be arranged.
  • the device 1 comprises a housing 3, which has an upper shell 4 and a
  • Lower shell 5 has. An upper side of the upper shell 4 forms a bearing surface 15 for the portable terminal 2.
  • the device 1 comprises a first printed circuit board 6.
  • An antenna structure 7 and temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c are arranged on or in this printed circuit board 6.
  • the device 1 comprises a second printed circuit board 9 on or in this second
  • Circuit board 9 a first winding structure W1, a second winding structure W2 and a third winding structure W3 are arranged. These winding structures W1, W2, W3 serve to generate an electromagnetic alternating field. This
  • alternating electromagnetic field can in turn be received by a winding structure WR of the portable terminal 2, whereby an AC voltage in this winding structure WR is indexed.
  • the device 1 comprises a first shielding plate 10 and another
  • Shielding plate 1 1 Furthermore, the device 1 comprises a further printed circuit board 12, wherein in or on the further printed circuit board 12, a control and evaluation device 13 is arranged or formed. Furthermore, the device 1 comprises a heat sink 14.
  • FIG. 1 Vertical direction z are the lower shell 5, the heat sink 14, a shield plate 1 1, the other circuit board 12, the shield plate 10, the circuit board 9, the circuit board 6 and the upper shell 4 one above the other, so arranged sequentially. Not shown in Fig. 1 are data and signaling connections as well
  • Evaluation a charging mode are activated, wherein in the loading mode a
  • AC voltage with desired properties (amplitude, frequency) to at least one, but also several, winding structures W1, W2, W3 can be applied.
  • the one winding structure W1, W2, W3 generates or generates the plurality of winding structures W1, W2, W3
  • Fig. 1 it is shown that the temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c along the
  • Vertical direction z are arranged in front of the support surface 15.
  • the temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c are arranged under the bearing surface 15. Further, the temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c are behind the vertical direction z
  • the upper shell 4 and the printed circuit board 6 may consist of thermally conductive material, in particular of plastic.
  • the temperature sensors 8a, 8b, 8c are thermally connected to the support surface 15.
  • a first temperature sensor 8a can detect a temperature of a first subregion of the bearing surface 15.
  • a second temperature sensor 8b can detect a temperature of a second subregion of the bearing surface 15.
  • a third temperature sensor 8c can detect a temperature of a third subregion of the bearing surface 15.
  • the subregions may overlap at least partially. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is
  • the loading surface of the support surface 15 may denote a partial surface for which an inductive energy transfer with desired properties is possible if a portable terminal on this
  • a foreign object 16 in particular a metallic foreign object 16, which is likewise arranged on the support surface 15.
  • a temperature of the corresponding partial regions of the support surface 15 can be detected. Further, for example by means of the control and evaluation device 13, a temporal course of temperature values can be determined, which are generated by the individual temperature sensors 8a, 8b, 8c during the charging operation. Furthermore, a gradient curve can be determined for these individual temperature profiles.
  • the gradient profiles which are determined from the temperature profiles of the temperature values of the first and second temperature sensors 8a, 8b, are the same or differ from each other by no more than a predetermined amount.
  • the foreign object 16 will be exposed. In particular, this foreign object 16 will heat up due to the electromagnetic alternating field. Therefore, the gradient profile determined from the time history of the temperature values of the third temperature sensor 8c becomes more than a predetermined amount from the others
  • the control and evaluation device 13 detects a deviation of at least one value of the first gradient of at least one value of the other
  • Fig. 2 shows a schematic plan view of the device 1 shown in Fig. 1, wherein the upper shell 4, the antenna structure 7, the magnetic shield plates 10, 1 1, the circuit board 12, the heat sink 14 and the lower shell 3 are not shown.
  • the first temperature sensor 8a is included in the first winding structure W1.
  • Temperature sensor 8a arranged in a plane that in the common
  • the third temperature sensor 8c of the third winding structure W3 includes common projection screen. Furthermore, the third temperature sensor 8c of the third winding structure W3 is also included. Here, however, only one
  • Temperature sensor each having a winding structure W1, W2, W3 includes.
  • the temperature sensors are arranged centrally or centrally above a corresponding winding structure W1, W2, W3. This may mean that the central center axis of the winding structure W1, W2, W3 intersects the temperature sensor 8a, 8b, 8c associated with the respective winding structure W1, W2, W3.
  • FIG. 3 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention.
  • a charging operation is activated, for example by the control and evaluation device 13 shown in FIG. 1.
  • the charging operation can be activated such that one, several or all winding structures W1, W2, W3 generate an electromagnetic alternating field.
  • an electromagnetic alternating field is generated only by means of a single winding structure W1, W2, W3.
  • an alternating electromagnetic field is generated by means of the winding structure W1, W2, W3, through which the most effective and loss-free
  • a second step S2 temperature values of the individual temperature sensors 8a, 8b, 8c are detected during the charging operation. Thus, temporal courses of these temperature values are recorded. Furthermore, a gradient profile of this time profile is determined, for example by means of the control and evaluation device 13. In a third step S3, it is determined whether at least one of these gradient curves is at least more than a predetermined amount, which can be determined, for example, by tests or calibration passes deviates from another gradient.
  • a charging operation can be deactivated or interrupted.
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention according to a further embodiment.
  • the first step S1 corresponds to the first step S1 shown in FIG.
  • a second step S2 becomes a
  • an input power can be determined, wherein the input power in the charging mode, an input power of a not shown
  • Inverter is one of the operating voltage for one or more of the
  • a power loss can be determined.
  • the power loss can be dependent on the operating point, so in particular dependent on the current in the Transmit coils and receive power.
  • Power losses for operating points can be determined and stored, for example, in a calibration pass or in test procedures.
  • an output power can be determined. This may be, for example, a power provided by a rectifier of the portable terminal 2, the rectifier (not shown) rectifying the voltage induced in the winding structure WR of the portable terminal 2.
  • the output power can be z. B. transmitted from the terminal 2 via a communication device, not shown, to the control and evaluation device 13. If the input power deviates by more than a predetermined amount from the sum of the power loss and the output power, a potential foreign object 16 can be detected in the second method step S2. If no potential foreign object is detected, the power balance can in particular be evaluated again, ie periodically, after a predetermined period of time.
  • the power balance can be continuously evaluated. Further, in particular simultaneously, in the second method step S2 temporal courses of the temperature sensors 8a, 8b, 8c can be detected and the corresponding ones
  • a third step S3 be carried out, which corresponds to the third step S3 shown in FIG.
  • the above-described detection and evaluation of the gradient curve is carried out in this case.

Abstract

A device for inductive energy transfer to a portable terminal (2) and a method for detecting a foreign object, wherein the device (1) comprises at least one first winding structure (W1, W2, W3) for generating an electromagnetic field and an evaluation apparatus (13). The device (1) comprises or forms at least one support surface (15), wherein the device (1) comprises a first apparatus (8, 8a) for detecting a first temperature of at least a first region of the support surface (15) and at least a further apparatus (8, 8b) for detecting a further temperature of at least one further region of the support surface (15). At least in a charging mode, a profile over time of the first temperature is determinable as a first temperature profile, and a profile over time of the at least one further temperature is determinable as a further temperature profile. A foreign object (16) is detectable if the first temperature profile deviates by more than a predetermined measure from the further temperature profile.

Description

Verfahren zur Detektion eines Fremdobjekts und Vorrichtung zur induktiven  Method for detecting a foreign object and device for inductive
Energieübertragung an ein portables Endgerät Energy transmission to a portable terminal
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur induktiven The invention relates to a method and a device for inductive
Energieübertragung an ein portables Endgerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion eines Fremdobjekts bei einer induktiven Energieübertragung an das portable Endgerät. Energy transmission to a portable terminal. Furthermore, the invention relates to a method for detecting a foreign object in an inductive energy transmission to the portable terminal.
Die induktive Energieübertragung an ein portables Endgerät ist bekannt. Insbesondere ermöglicht eine solche Energieübertragung eine kabelungebundene Energieübertragung. In der Regel erzeugt bei einer solchen Energieübertragung eine sogenannte Sendespule ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches von einer Empfangsspule des portablen Endgeräts empfangen wird. Das elektromagnetische Wechselfeld induziert hierbei eine Wechselspannung in der Empfangsspule. Diese Wechselspannung kann, insbesondere nachdem sie gleichgerichtet wurde, zum Betrieb des portablen Endgeräts und/oder zum Laden eines Energiespeichers des portablen Endgeräts genutzt werden. The inductive energy transfer to a portable terminal is known. In particular, such an energy transmission enables a cable-free energy transmission. As a rule, in such an energy transmission, a so-called transmitting coil generates an electromagnetic alternating field which is received by a receiving coil of the portable terminal. The alternating electromagnetic field induces an alternating voltage in the receiving coil. This AC voltage can, in particular after it has been rectified, be used to operate the portable terminal and / or to charge an energy store of the portable terminal.
Problematisch ist, wenn zwischen der Sende- und Empfangsspulen ein Fremdobjekt, insbesondere ein metallisches Fremdobjekt, angeordnet ist. Das elektromagnetische Wechselfeld kann in einem solchen Fremdobjekt Wirbelströme induzieren, wodurch eine Effektivität der Energieübertragung verringert wird und auch eine Erwärmung des Fremdobjekts erfolgen kann. Eine solche Erwärmung eines Fremdobjekts und eine hierdurch bedingte Erwärmung der Umgebung können unerwünscht sein. It is problematic if a foreign object, in particular a metallic foreign object, is arranged between the transmitting and receiving coils. The alternating electromagnetic field can induce eddy currents in such a foreign object, whereby an effectiveness of the energy transfer is reduced and also a heating of the foreign object can take place. Such heating of a foreign object and the resulting heating of the environment may be undesirable.
Bisher bekannt war die Detektion eines Fremdobjekts durch Auswertung einer Previously known was the detection of a foreign object by evaluation of a
Leistungsbilanz. Vereinfacht dargestellt wird hierzu eine Eingangsleistung der Einrichtung zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfeldes bestimmt oder erfasst. Weiter wird eine Empfangsleistung der Einrichtung zum Empfang des elektromagnetischen Wechselfeldes bestimmt oder erfasst. Weiter werden Verlustleistungen bestimmt. Diese Verlustleistungen können z.B. vorab in einem Kalibriervorgang bestimmt werden. Current account. In simplified terms, an input power of the device for generating the alternating electromagnetic field is determined or detected for this purpose. Furthermore, a received power of the device for receiving the electromagnetic alternating field is determined or detected. Furthermore, losses are determined. These power losses can be e.g. be determined in advance in a calibration process.
Insbesondere können Verlustleistungen arbeitspunktabhängig sein. In particular, power losses can be operating point dependent.
Weicht die Summe aus Verlustleistung und Empfangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Eingangsleistung ab, so wird ein Fremdobjekt detektiert. Problematisch bei diesem Ansatz ist, dass die durch eine Kalibration bestimmten Verlustleistungen in der Regel stark abhängig von einer relativen Lage zwischen Sende- und Empfangsspule sind. Auch können metallische Elemente des Endgeräts die If the sum of power loss and received power deviates from the input power by more than a predetermined amount, a foreign object is detected. The problem with this approach is that the power losses determined by a calibration are usually highly dependent on a relative position between the transmitting and receiving coil. Also, metallic elements of the terminal can
Empfangsleistung reduzieren, wobei derartige metallische Elemente jedoch keine Fremdobjekte darstellen. Auch weitere Einflüsse, beispielsweise eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Empfangsleistung, können diese Detektion unzuverlässig machen. Reduce receive power, but such metallic elements are not foreign objects. Other influences, such as accuracy in determining the received power, can make this detection unreliable.
In der Regel werden daher Schwellwerte, die bei der Fremdobjektdetektion für die Auswertung der Leistungsbilanz genutzt werden, derart gewählt, dass die vorhergehend angeführten Störeinflüsse nicht oder in einem nur geringen Maß zu einer Fehldetektion führen. Allerdings kann dann der Fall auftreten, dass ein tatsächlich vorhandenes Fremdobjekt nicht detektiert wird. As a rule, therefore, threshold values which are used in the foreign object detection for the evaluation of the power balance, are chosen such that the above-mentioned disturbances do not lead or, to a small extent, to a misdetection. However, then the case may arise that an actually existing foreign object is not detected.
Es stellt sich daher das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung an ein portables Endgerät zu schaffen, welche eine Zuverlässigkeit bei der Detektion eines Fremdobjekts erhöhen. It is therefore the technical problem to provide an apparatus and method for inductive energy transmission to a portable terminal, which increase reliability in the detection of a foreign object.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution of the technical problem results from the objects with the features of claims 1 and 9. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung an ein portables Endgerät, beispielsweise an ein Mobilfunkgerät, ein Tablet oder ein weiteres portables Endgerät. Die Vorrichtung kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug oder Automobil verwendet werden. Hierbei kann die Vorrichtung in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, beispielsweise in einem Vordersitz- oder in einem Rücksitzbereich. Hierbei kann die Vorrichtung beispielsweise in einer Mittelkonsole des Fahrzeugs eingebaut sein. Allerdings ist die Verwendung der Vorrichtung nicht auf die Verwendung in einem Kraftfahrzeug begrenzt. So kann die Vorrichtung auch als Stand-Alone- Vorrichtung verwendet werden, z.B. auf einem Schreibtisch. Auch die Verwendung in anderen Umgebungen, insbesondere in Fahrzeugen, z.B. auf einem Schiff, in einem Schienenfahrzeug oder in einem Flugzeug, ist möglich. Proposed is a device for inductive energy transmission to a portable terminal, such as a mobile device, a tablet or another portable device. The device can be used in particular in a motor vehicle or automobile. Here, the device may be arranged in an interior of the motor vehicle, for example in a front seat or in a rear seat area. In this case, the device can be installed, for example, in a center console of the vehicle. However, the use of the device is not limited to use in a motor vehicle. Thus, the device can also be used as a stand-alone device, e.g. on a desk. Also, the use in other environments, especially in vehicles, e.g. on a ship, in a rail vehicle or in an airplane, is possible.
Die Vorrichtung umfasst mindestens eine erste Windungsstruktur zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds, die auch als Sendespule bezeichnet werden kann. Dieses elektromagnetische Feld dient zur induktiven Energieübertragung. Insbesondere wird dieses elektromagnetische Feld von einer Windungsstruktur des portablen Endgeräts, die auch als Empfangsspule bezeichnet werden kann, empfangen, wodurch eine The device comprises at least one first winding structure for generating an electromagnetic field, which can also be referred to as a transmitting coil. This electromagnetic field is used for inductive energy transfer. In particular, this electromagnetic field is received by a winding structure of the portable terminal, which may also be referred to as a receiving coil, whereby a
Wechselspannung in der Windungsstruktur des portablen Endgeräts induziert wird. Diese Wechselspannung kann gleichgerichtet werden, beispielsweise über einen Gleichrichter des portablen Endgeräts. Die resultierende gleichgerichtete Spannung kann dann zum Aufladen einer Energiespeichereinrichtung des Endgeräts und/oder zum Betrieb des Endgeräts genutzt werden. AC voltage is induced in the winding structure of the portable terminal. This AC voltage can be rectified, for example via a rectifier of the portable terminal. The resulting rectified voltage can then be used to charge an energy storage device of the terminal and / or to operate the terminal.
Die Windungsstruktur kann hierbei verschiedene Geometrien aufweisen. Insbesondere kann die Windungsstruktur rechteckförmig, kreisförmig, oval oder eine andere The winding structure can have different geometries. In particular, the winding structure can be rectangular, circular, oval or another
geometrische Struktur aufweisen. Die Windungsstruktur kann hierbei eine zentrale Mittelachse aufweisen, die beispielsweise eine zentrale Symmetrieachse der have geometric structure. In this case, the winding structure can have a central center axis which, for example, has a central axis of symmetry
Windungsstruktur sein kann. Winding structure can be.
Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann die Vorrichtung auch mehr als eine As explained in more detail below, the device can also more than one
Windungsstruktur, insbesondere zwei, drei oder mehr als drei Windungsstrukturen, also Sendespulen, umfassen. Weiter kann die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die erste Windungsstruktur umfassen. Diese Einrichtung kann insbesondere ein Wechselrichter sein. Dieser kann aus einer Eingangs- Gleichspannung eine Ausgangs-Wechselspannung zum Betrieb bzw. zur Speisung der ersten Windungsstruktur erzeugen, weil die Ausgangs-Wechselspannung gewünschte Eigenschaften, insbesondere eine gewünschte Amplitude und Frequenz, aufweist. Windungsstruktur, in particular two, three or more than three Windungsstrukturen, so transmit coils include. Furthermore, the device may comprise at least one device for generating an operating voltage for the first winding structure. This device may in particular be an inverter. This can generate from an input DC voltage an output AC voltage for operation or for feeding the first winding structure, because the output AC voltage has desired properties, in particular a desired amplitude and frequency.
Die Einrichtung zur Erzeugung der Betriebsspannung kann somit elektrisch mit der ersten Windungsstruktur verbunden sein. The device for generating the operating voltage can thus be electrically connected to the first winding structure.
Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Auswerteeinrichtung. Diese kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung kann Teil einer Steuer- und Auswerteeinrichtung sein. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann insbesondere einen Betrieb der Einrichtung zur Erzeugung der Betriebsspannung steuern. Insbesondere können durch die Steuer- und Auswerteeinrichtungen Schaltzeitpunkte von Schaltelementen eines Wechselrichters eingestellt werden. Weiter kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung einen Ladebetrieb aktivieren oder deaktivieren. In einem Ladebetrieb kann das vorhergehend erläuterte elektromagnetische Wechselfeld erzeugt werden. Bei einem deaktivierten Ladebetrieb wird kein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Furthermore, the device comprises at least one evaluation device. This can be designed for example as a microcontroller. The evaluation device can be part of a control and evaluation device. The control and evaluation device can in particular control an operation of the device for generating the operating voltage. In particular, switching times of switching elements of an inverter can be set by the control and evaluation devices. Furthermore, the control and evaluation device can activate or deactivate a charging operation. In a loading operation can be generated the previously explained electromagnetic alternating field. When the charging mode is deactivated, no alternating electromagnetic field is generated.
Weiter weist die Vorrichtung mindestens eine Auflagefläche auf oder bildet diese aus. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein Gehäuse umfassen, wobei das Gehäuse, insbesondere eine Oberfläche des Gehäuses, die Auflagefläche aufweist oder ausbildet. Das Gehäuse kann beispielsweise eine Oberschale und eine Unterschale aufweisen. Eine Oberseite der Oberschale kann hierbei die Auflagefläche aufweisen oder ausbilden. Furthermore, the device has at least one bearing surface or forms it. For example, the device may comprise a housing, wherein the housing, in particular a surface of the housing, has or forms the bearing surface. The housing may have, for example, an upper shell and a lower shell. An upper side of the upper shell can in this case have or form the contact surface.
Die Auflagefläche dient zur Auf- oder Ablage des portablen Endgeräts. The support surface is used for storage or storage of the portable device.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine erste Einrichtung zur Erfassung einer ersten Temperatur zumindest eines ersten Teilbereichs der Auflagefläche und mindestens eine weitere Einrichtung zur Erfassung einer weiteren Temperatur zumindest eines weiteren Teilbereichs der Auflagefläche. Die Auflagefläche kann hierbei von einem Kunststoffkörper ausgebildet sein. Der erste und der weitere Teilbereich können voneinander verschiedene Teilbereiche der Auflagefläche sein. Hierbei ist es möglich, dass sich die Teilbereiche zumindest teilweise überlappen. Allerdings ist es auch möglich, dass sich die Teilbereiche nicht überlappen. Mit anderen Worten weisen die erste According to the invention, the device comprises a first device for detecting a first temperature of at least a first subregion of the bearing surface and at least one further device for detecting a further temperature of at least one further subregion of the bearing surface. The support surface may in this case be formed by a plastic body. The first and the further subarea may be different subregions of the bearing surface. In this case, it is possible for the subregions to overlap at least partially. However, it is also possible that the subareas do not overlap. In other words, the first
Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur und die weitere Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur voneinander verschiedene Erfassungsbereiche auf. Device for detecting a temperature and the further device for detecting a temperature from each other different detection ranges.
Eine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur kann beispielsweise als A device for detecting a temperature may, for example, as
Temperatursensor ausgebildet sein. Insbesondere kann die Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur derart angeordnet sein, dass diese thermisch mit zumindest einem Teilbereich der Auflagefläche verbunden ist. Mit anderen Worten kann eine Temperatur bzw. eine Temperaturänderung des Teilbereichs durch eine entsprechende Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur erfassbar sein. Temperature sensor may be formed. In particular, the device for detecting a temperature may be arranged such that it is thermally connected to at least a portion of the support surface. In other words, a temperature or a temperature change of the partial area can be detected by a corresponding device for detecting a temperature.
Insbesondere kann die Anzahl der Einrichtungen zur Erfassung einer Temperatur gleich der Anzahl von Windungsstrukturen sein. Hierbei kann jeder Windungsstruktur jeweils eine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zugeordnet sein. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, dass einer Windungsstruktur mehr als eine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur oder keine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zugeordnet sind. Weiter ist, insbesondere durch die Auswerteeinrichtung, zumindest in einem Ladebetrieb als erster Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf der ersten Temperatur und als weiterer Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf der mindestens einen weiteren Temperatur bestimmbar. Insbesondere können an mehreren Erfassungszeitpunkten Temperaturwerte der ersten Temperatur und der weiteren Temperatur bestimmt werden. Hierzu kann die Auswerteeinrichtung signal- und/oder datentechnisch mit den Einrichtungen zur Erfassung einer Temperatur verbunden sein. Weiter kann die Auswerteeinrichtung eine In particular, the number of means for detecting a temperature may be equal to the number of winding structures. In this case, each winding structure can each be assigned a device for detecting a temperature. Of course, it is also possible that a Windungsstruktur more than a device for detecting a temperature or no means for detecting a temperature are assigned. Further, in particular by the evaluation device, at least in a loading operation as a first temperature profile, a time course of the first temperature and as a further temperature profile a temporal course of the at least one further temperature can be determined. In particular, temperature values of the first temperature and of the further temperature can be determined at a plurality of detection times. For this purpose, the evaluation device can be signal and / or data related to the means for detecting a temperature. Next, the evaluation can a
Speichereinrichtung umfassen, wobei in der Speichereinrichtung Temperaturwerte und gegebenenfalls die Erfassungszeitpunkte dieser Temperaturwerte gespeichert werden können. Memory device include, wherein in the memory device temperature values and optionally the detection times of these temperature values can be stored.
Weiter ist, insbesondere ebenfalls durch die Auswerteeinrichtung, ein Fremdobjekt detektierbar, wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht, insbesondere wenn mindestens eine Furthermore, in particular likewise by the evaluation device, a foreign object can be detected if the first temperature profile deviates from the further temperature profile by more than a predetermined amount, in particular if at least one
Eigenschaft des ersten Temperaturverlaufs um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer korrespondierenden Eigenschaft des weiteren Temperaturverlaufs abweicht. Property of the first temperature profile deviates by more than a predetermined amount of a corresponding property of the further temperature profile.
Weichen die Temperaturverläufe nicht oder nicht mehr als vorbestimmtes Maß voneinander ab, so kann davon ausgegangen werden, dass kein Fremdobjekt vorhanden ist, welches bei einem Ladebetrieb zu verschiedenen Temperaturverläufen in den verschiedenen Teilbereichen der Auflagefläche, insbesondere zu einer verschieden starken Erwärmung in diesen Teilbereichen, führen würde. Erwärmt sich beispielsweise das gesamte Umfeld der Vorrichtung, beispielsweise ein Innenraum des Kraftfahrzeuges, so werden, ohne vorhandenes Fremdobjekt, beide Temperaturverläufe einen If the temperature curves do not differ or no longer differ from each other by a predetermined amount, then it can be assumed that there is no foreign object which, during a loading operation, leads to different temperature gradients in the various subregions of the bearing surface, in particular to a different degree of heating in these subregions would. If, for example, the entire environment of the device heats up, for example an interior of the motor vehicle, both temperature profiles become one without any foreign object present
Temperaturanstieg repräsentieren, jedoch nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Ist jedoch ein Fremdobjekt auf einem der Teilbereiche oder in der Nähe eines der Teilbereiche angeordnet, so kann die entsprechende Temperatur im Ladebetrieb stärker ansteigen als die Temperatur des verbleibenden Teilbereichs. Represent temperature rise, but do not deviate from each other by more than a predetermined amount. However, if a foreign object is arranged on one of the partial areas or in the vicinity of one of the partial areas, the corresponding temperature in the charging mode can increase more than the temperature of the remaining partial area.
Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass ein Fremdobjekt nur derart groß dimensioniert ist, dass ein Fremdobjekt nur zur Temperaturveränderung eines oder mehrerer Teilbereiche, jedoch nicht aller Teilbereiche, führt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Detektion von einem Fremdobjekt, welches auf der Auflagefläche oder in räumlicher Nähe zu einem solchen Teilbereich angeordnet ist. In this case, it can be assumed that a foreign object is dimensioned only so large that a foreign object leads only to the temperature change of one or more partial areas, but not all partial areas. This results in an advantageous manner a reliable detection of a foreign object, which is arranged on the support surface or in spatial proximity to such a portion.
In einer weiteren Ausführungsform ist an mindestens einem Zeitpunkt als erster Gradient ein Gradient des ersten Temperaturverlaufs und als weiterer Gradient ein Gradient des weiteren Temperaturverlaufs bestimmbar. Die an dem gleichen Zeitpunkt bestimmten Gradienten der Temperaturverläufe können auch als korrespondierende Gradienten bezeichnet werden. In a further embodiment, a gradient of the first temperature profile can be determined as the first gradient at at least one point in time, and a gradient of the further temperature profile can be determined as a further gradient. The gradients of the temperature profiles determined at the same time can also be referred to as corresponding gradients.
Mit anderen Worten ist an dem mindestens einen Zeitpunkt ein Wert eines Gradienten des ersten Temperaturverlaufs und ein Wert eines Gradienten des weiteren In other words, at the at least one point in time is a value of a gradient of the first temperature profile and a value of a gradient of the other
Temperaturverlaufs bestimmbar. Der Gradient kann insbesondere den Wert einer zeitlichen Ableitung des Temperaturverlaufs bezeichnen. Temperature course determinable. The gradient may in particular denote the value of a time derivative of the temperature profile.
Weiter ist ein Fremdobjekt detektierbar, wenn der erste Gradient um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Gradient abweicht, insbesondere wenn also der Betrag einer Differenz zwischen den korrespondierenden Gradienten größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Furthermore, a foreign object can be detected when the first gradient deviates from the further gradient by more than a predetermined amount, in particular when the amount of a difference between the corresponding gradients is greater than a predetermined threshold value.
Selbstverständlich können der erste Gradient und der weitere Gradient jeweils an mehreren, zueinander korrespondierenden Zeitpunkten bestimmt werden. Insbesondere kann somit also ein zeitlicher Verlauf des Gradienten des ersten Temperaturverlaufs und ein zeitlicher Verlauf des Gradienten des weiteren Temperaturverlaufs bestimmbar sein. Of course, the first gradient and the further gradient can each be determined at a plurality of mutually corresponding points in time. In particular, therefore, a temporal course of the gradient of the first temperature profile and a time profile of the gradient of the further temperature profile can thus be determinable.
Weiter ist ein Fremdobjekt detektierbar, wenn mindestens einer, mehr als ein Furthermore, a foreign object can be detected if at least one, more than one
vorbestimmter Anteil, z.B. mehr als 10%, 20% oder 50%, oder alle der Menge von zueinander korrespondierenden Gradienten um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Es kann also ein Fremdobjekt detektierbar sein, wenn der zeitliche Verlauf des Gradienten des ersten Temperaturverlaufs und der zeitliche Verlauf des Gradienten des weiteren Temperaturverlaufs um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. predetermined proportion, e.g. more than 10%, 20% or 50%, or all of the set of mutually corresponding gradients differ by more than a predetermined amount. Thus, a foreign object can be detectable if the time profile of the gradient of the first temperature profile and the time profile of the gradient of the further temperature profile deviate from one another by more than a predetermined amount.
Das vorbestimmte Maß bzw. der vorbestimmte Schwellwert kann hierbei z. B. in Test- oder Kalibrierdurchgängen bestimmt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Implementierung der zuverlässigen Detektion von Fremdobjekten. The predetermined measure or the predetermined threshold can in this case z. In test or calibration passes. This advantageously results in a simple implementation of the reliable detection of foreign objects.
In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Teil einer Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur, also der ersten Temperatur oder der weiteren Temperatur, unter oder auf der Auflagefläche angeordnet. Insbesondere kann ein Messgrößen-Aufnehmer der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur unter oder auf der Auflagefläche angeordnet sein. Dies kann bedeuten, dass der Teil entlang einer Vertikalrichtung, die senkrecht zur Auflagefläche oder parallel zu einer Mittelachse der Windungsstruktur und von der Windungsstruktur zur Auflagefläche orientiert sein kann, vor der Auflagefläche oder an der gleichen Position wie die Auflagefläche angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich in In a further embodiment, at least part of a device for detecting a temperature, ie the first temperature or the further temperature, is arranged under or on the support surface. In particular, a measured value sensor of the device for detecting a temperature can be arranged below or on the support surface. This may mean that the part is arranged in front of the support surface or at the same position as the support surface along a vertical direction, which may be oriented perpendicular to the support surface or parallel to a central axis of the winding structure and from the winding structure to the support surface. This results in
vorteilhafter Weise eine einfache bauliche Integration der Einrichtungen zur Erfassung einer Temperatur, wodurch gleichzeitig Bauraumanforderungen für die gesamte Advantageously, a simple structural integration of the devices for detecting a temperature, which at the same time space requirements for the entire
Vorrichtung reduziert werden. Device can be reduced.
In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Teil, insbesondere der Messgrößen- Aufnehmer, einer Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur über der mindestens einen Windungsstruktur angeordnet. Z. B. kann der Teil zwischen der Auflagefläche und der Windungsstruktur angeordnet sein. Auch kann der Teil der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zwischen der Windungsstruktur zur Erzeugung des In a further embodiment, at least one part, in particular the measured variable pick-up, of a device for detecting a temperature is arranged above the at least one winding structure. For example, the part may be arranged between the support surface and the winding structure. Also, the part of the means for detecting a temperature between the winding structure for generating the
elektromagnetischen Felds und einem auf die Auflagefläche aufgelegten portablen Endgerät angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine räumliche Nähe der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zur Auflagefläche und somit eine zuverlässige Erfassung der Temperatur bzw. der Temperaturänderung. be arranged electromagnetic field and a placed on the support surface portable terminal. This results in an advantageous manner, a spatial proximity of the means for detecting a temperature to the support surface and thus a reliable detection of the temperature or the change in temperature.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest ein Teil, insbesondere der In a further embodiment, the at least one part, in particular the
Messgrößen-Aufnehmer, der ersten Einrichtung zur Erfassung der ersten Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsebene, die senkrecht zu einer Mittelachse der ersten Windungsstruktur angeordnet ist, innerhalb der ersten Windungsstruktur angeordnet. Dies kann bedeuten, dass der Teil der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur in der Projektionsebene in einem Bereich angeordnet ist, der von einer Einhüllenden der Windungsstruktur in der Projektionsebene umfasst oder umgeben wird. A measured quantity pickup, the first means for detecting the first temperature in a common projection plane, which is arranged perpendicular to a central axis of the first winding structure, disposed within the first winding structure. This may mean that the part of the device for detecting a temperature in the projection plane is arranged in a region which is surrounded or surrounded by an envelope of the winding structure in the projection plane.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine hohe Zuverlässigkeit für eine Detektion von Fremdobjekten gewährleistet wird, die direkt über der ersten Windungsstruktur angeordnet sind und somit dem elektromagnetischen Wechselfeld, welches von dieser ersten Windungsstruktur erzeugt wird, im größtmöglichen Maß ausgesetzt sind und sich daher relativ stark erwärmen können. This results in an advantageous manner that a high reliability for a detection of foreign objects is ensured, directly above the first Winding structure are arranged and thus the electromagnetic alternating field, which is generated by this first winding structure are exposed to the maximum extent and therefore can heat relatively strong.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine weitere Windungsstruktur, wobei zumindest ein Teil, insbesondere der Messgrößen-Aufnehmer, der weiteren Einrichtung zur Erfassung der weiteren Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zu einer Mittelachse der weiteren Windungsstruktur angeordnet ist, innerhalb der weiteren Windungsstruktur angeordnet ist. In a further embodiment, the device comprises at least one further winding structure, wherein at least one part, in particular the measured variable pickup, of the further device for detecting the further temperature in a common projection surface, which is arranged perpendicular to a central axis of the further winding structure, within the other Winding structure is arranged.
Somit kann zumindest ein Teil der einer Windungsstruktur zugeordneten Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zu einer Mittelachse der entsprechenden Windungsstruktur angeordnet ist, innerhalb der Windungsstruktur angeordnet sein. Hierdurch kann mit einer sehr hohen Zuverlässigkeit ein Fremdobjekt detektiert werden, welches im größtmöglichen Maß einem Thus, at least a part of the device associated with a winding structure for detecting a temperature in a common projection surface, which is arranged perpendicular to a central axis of the corresponding winding structure, may be arranged within the winding structure. As a result, a foreign object can be detected with a very high reliability, which to the greatest extent possible
elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt ist, welches von einer Windungsstruktur erzeugt wird. Subject to electromagnetic alternating field, which is generated by a winding structure.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens eine In a further embodiment, the device has at least one
Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit dem portablen Endgerät auf. Die Kommunikationseinrichtung kann zur Übertragung von Daten und/oder Signalen dienen. Beispielsweise können über die Kommunikationseinrichtung Daten empfangen werden, die von dem portablen Endgerät gesendet werden. Diese Daten können beispielsweise Informationen über eine Empfangsleistung codieren. Die Kommunikation kann eine sogenannte In-Band-Kommunikation sein, also eine Kommunikation über einen von dem Endgerät verwendeten Nutzkanal. Alternativ kann die Kommunikation eine sogenannte Out-Band-Kommunikation sein, also eine Kommunikation über einen von dem Endgerät verwendeten Nebenkanal. Auch kann die Kommunikation eine lastmodulationsbasierte Kommunikation sein. Weiter kann die Kommunikation eine drahtlose Kommunikation sein, z. B. eine Bluetooth™-basierte Kommunikation. Communication device for communication with the portable terminal on. The communication device can serve for the transmission of data and / or signals. For example, data that is sent by the portable terminal can be received via the communication device. This data may, for example, encode information about a received power. The communication may be a so-called in-band communication, that is a communication via a user channel used by the terminal. Alternatively, the communication may be a so-called out-band communication, that is a communication via a secondary channel used by the terminal. The communication can also be a load-modulation-based communication. Further, the communication may be wireless communication, e.g. B. a Bluetooth ™ -based communication.
Die Kommunikationseinrichtung kann daten- und/oder signaltechnisch mit der The communication device can data and / or signaling technology with the
Auswerteeinrichtung verbunden sein. Durch die Kommunikationseinrichtung wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass eine noch nachfolgend näher erläuterte Leistungsbilanz ausgewertet werden kann, wobei diese zusätzlich zur Fremdobjektdetektion genutzt werden kann. Be connected evaluation. The communication device advantageously makes it possible to evaluate a power balance, which will be explained in more detail below, wherein it can be used in addition to the foreign object detection.
In einer weiteren Ausführungsform sind eine Sendeleistung, eine Empfangsleistung und eine Verlustleistung bestimmbar, insbesondere im Ladebetrieb. Eine Sendeleistung kann insbesondere durch eine Einrichtung zur Erfassung oder Bestimmung einer Sendeleistung bestimmbar sein. Die Sendeleistung kann hierbei eine Eingangsleistung der In a further embodiment, a transmission power, a received power and a power loss can be determined, in particular during charging operation. A transmission power can in particular be determinable by a device for detecting or determining a transmission power. The transmission power can in this case an input power of
vorhergehend erläuterten Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die Windungsstruktur zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds sein. Auch kann die Sendeleistung gleich einer Ausgangsleistung dieser Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung sein. Das portable Endgerät kann eine Einrichtung zur Erfassung oder Bestimmung einer Empfangsleistung umfassen. Die Empfangsleistung kann hierbei eine Ein- oder Ausgangsleistung eines Gleichrichters sein, wobei durch den Gleichrichter die induzierte Wechselspannung in der Windungsstruktur zum Empfang des be previously explained means for generating an operating voltage for the winding structure for generating the alternating electromagnetic field. Also, the transmission power may be equal to an output power of this device for generating an operating voltage. The portable terminal may include means for detecting or determining a reception power. The received power may in this case be an input or output power of a rectifier, wherein the induced AC voltage in the winding structure for receiving the rectifier by the rectifier
elektromagnetischen Wechselfelds gleichgerichtet wird. Electromagnetic alternating field is rectified.
Eine Verlustleistung kann insbesondere Verluste bei der induktiven Energieübertragung, insbesondere in oder durch weitere elektrische oder elektronische Bauelemente umfassen. Eine Verlustleistung kann hierbei in Test- oder Kalibrierdurchgängen bestimmt und dann für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Eine Verlustleistung kann insbesondere arbeitspunktabhängig bestimmt und mit einer Zuordnung zum Arbeitspunkt gespeichert werden. In diesem Fall kann ein Arbeitspunkt, beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung, bestimmbar sein, wobei in Abhängigkeit des Arbeitspunkts dann eine Verlustleistung bestimmbar ist. Ein Arbeitspunkt kann beispielsweise durch einen oder mehrere der folgenden Parameter gegeben sein: Stromstärke in der/den A power loss may in particular include losses in the inductive energy transfer, in particular in or by further electrical or electronic components. A power loss can be determined in test or calibration runs and then stored for later use. A power loss can in particular be determined depending on the operating point and stored with an assignment to the operating point. In this case, an operating point can be determinable, for example by the evaluation device, wherein a power loss can then be determined as a function of the operating point. An operating point may, for example, be given by one or more of the following parameters: current in the
Sendespule(n), Sendeleistung, Empfangsleistung, Eingangsspannung der Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die erste Windungsstruktur. Transmitting coil (s), transmission power, received power, input voltage of the device for generating an operating voltage for the first winding structure.
Weiter ist ein Fremdobjekt, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit einer Auswertung einer Leistungsbilanz detektierbar. Insbesondere kann ein Fremdobjekt nur dann detektierbar sein, wenn zusätzlich zu der Abweichung zwischen den Temperaturverläufen die Summe aus Verlustleistung und Empfangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Sendeleistung abweicht. Das vorbestimmte Maß kann hierbei Furthermore, a foreign object, in particular additionally, can be detected as a function of an evaluation of a power balance. In particular, a foreign object can only be detectable if, in addition to the deviation between the temperature profiles, the sum of power loss and received power deviates from the transmission power by more than a predetermined amount. The predetermined amount can here
arbeitspunktabhängig sein. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass ein Fremdobjekt nur dann detektiert wird, falls das Fremdobjekt in Abhängigkeit der Auswertung der Leistungsbilanz detektiert wird und wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht. be dependent on the operating point. It is conceivable, for example, that a foreign object is detected only if the foreign object is detected as a function of the evaluation of the power balance and if the first temperature profile deviates from the further temperature profile by more than a predetermined amount.
Hierbei kann die Bestimmung der Abweichung zwischen dem ersten Temperaturverlauf und dem weiteren Temperaturverlauf, insbesondere die Bestimmung der Abweichung zwischen den vorhergehend erläuterten Gradienten, zeitlich vor, vorzugsweise jedoch zeitlich nach der Auswertung der Leistungsbilanz durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Bestimmung der Abweichung zwischen dem ersten In this case, the determination of the deviation between the first temperature profile and the further temperature profile, in particular the determination of the deviation between the previously explained gradients, can be carried out in terms of time, but preferably in terms of time after the evaluation of the power balance. In particular, it is possible that the determination of the deviation between the first
Temperaturverlauf und dem weiteren Temperaturverlauf erst dann durchgeführt wird, wenn in Abhängigkeit der Auswertung der Leistungsbilanz ein Fremdobjekt potentiell detektiert wurde, insbesondere also wenn die Summe aus Verlustleistung und Temperature profile and the further temperature profile is only performed when a foreign object has been detected potentially depending on the evaluation of the power balance, in particular so if the sum of power loss and
Empfangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Sendeleistung abweicht. Receiving power differs by more than a predetermined amount of the transmission power.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Redundanz bei der Fremdobjektdetektion und somit eine erhöhte Zuverlässigkeit der Fremdobjektdetektion. This results advantageously in a redundancy in the foreign object detection and thus increased reliability of the foreign object detection.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Detektion eines Fremdobjekts bei einer induktiven Energieübertragung an ein portables Endgerät. Das Verfahren kann hierbei insbesondere mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung erläuterten Ausführungsformen durchgeführt werden. Hierbei wird als erster Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf einer ersten Temperatur zumindest eines ersten Teilbereichs der Auflagefläche und als weiterer Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf einer weiteren Temperatur zumindest eines weiteren Teilbereichs der Auflagefläche bestimmt. Weiter wird ein Fremdobjekt detektiert, wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht. Dies und Further proposed is a method for detecting a foreign object in an inductive energy transmission to a portable terminal. In this case, the method can be carried out in particular by means of a device according to one of the embodiments explained in this disclosure. In this case, a time profile of a first temperature of at least one first subarea of the bearing surface and, as a further temperature curve, a temporal course of a further temperature of at least one further subarea of the bearing surface are determined as the first temperature profile. Furthermore, a foreign object is detected when the first temperature profile deviates from the further temperature profile by more than a predetermined amount. This and
entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert. corresponding advantages have already been explained above.
In einer weiteren Ausführungsform wird an mindestens einem Zeitpunkt als erster Gradient ein Gradient des ersten Temperaturverlaufs und als weiterer Gradient ein Gradient des weiteren Temperaturverlaufs bestimmt wird, wobei das Fremdobjekt (16) detektiert wird, wenn der erste Gradient um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Gradient abweicht. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert. Auch kann als erster Gradientenverlauf ein zeitlicher Verlauf des ersten Gradienten und als weiterer Gradientenverlauf ein zeitlicher Verlauf der weiteren In a further embodiment, a gradient of the first temperature profile is determined as the first gradient at at least one point in time, and a gradient of the further temperature profile is determined as a further gradient, wherein the foreign object (16) is detected when the first gradient exceeds the first gradient by more than a predetermined amount deviates further gradient. This and corresponding benefits have been previous already explained. Also, the first gradient curve may be a temporal course of the first gradient and, as a further gradient curve, a time curve of the further gradient
Gradienten bestimmt werden, wobei ein Fremdobjekt detektiert wird, wenn der erste Gradientenverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß vom weiteren Gradientenverlauf abweicht. Gradients are determined, wherein a foreign object is detected when the first gradient deviates by more than a predetermined amount of the further gradient.
In einer weiteren Ausführungsform werden eine Sendeleistung, eine Empfangsleistung und eine Verlustleistung bestimmt. Weiter wird das Fremdobjekt in Abhängigkeit einer Auswertung einer Leistungsbilanz detektiert. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend erläutert. In a further embodiment, a transmission power, a reception power and a power loss are determined. Furthermore, the foreign object is detected as a function of an evaluation of a power balance. This and corresponding advantages have been explained above.
Insbesondere kann hierbei eine Sendeleistung erfasst oder bestimmt werden. Weiter kann eine Verlustleistung erfasst oder bestimmt werden. Auch kann eine Empfangsleistung erfasst oder bestimmt werden, wobei Informationen über die Empfangsleistung von dem portablen Endgerät an die Vorrichtung übertragen werden können, insbesondere über die erläuterte Kommunikationseinrichtung. In particular, in this case a transmission power can be detected or determined. Furthermore, a power loss can be detected or determined. Also, a received power can be detected or determined, wherein information about the received power can be transmitted from the portable terminal to the device, in particular via the described communication device.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The figures show:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße 1 shows a schematic cross section through an inventive
Vorrichtung,  Device,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung, 2 is a schematic plan view of an apparatus according to the invention,
Fig. 3 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 3 is a schematic flow diagram of a method according to the invention and
Fig 4 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform. 4 shows a schematic flowchart of a method according to the invention in a further embodiment.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen. Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur induktiven Hereinafter, like reference numerals designate elements having the same or similar technical features. Fig. 1 shows a schematic block diagram of a device 1 for inductive
Energieübertragung an ein portables Endgerät 2. Das portable Endgerät kann Power transmission to a portable device 2. The portable device can
beispielsweise ein Mobilfunktelefon sein. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Insbesondere kann die Vorrichtung in einer for example, be a mobile phone. The device 1 can be used for example in a motor vehicle. In particular, the device in a
Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Center console of the motor vehicle may be arranged.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 3, welches eine Oberschale 4 und eine The device 1 comprises a housing 3, which has an upper shell 4 and a
Unterschale 5 aufweist. Eine Oberseite der Oberschale 4 bildet eine Auflagefläche 15 für das portable Endgerät 2 aus. Lower shell 5 has. An upper side of the upper shell 4 forms a bearing surface 15 for the portable terminal 2.
Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine erste Leiterplatte 6. Auf oder in dieser Leiterplatte 6 sind eine Antennenstruktur 7 und Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c angeordnet. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine zweite Leiterplatte 9. Auf oder in dieser zweiten Furthermore, the device 1 comprises a first printed circuit board 6. An antenna structure 7 and temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c are arranged on or in this printed circuit board 6. Furthermore, the device 1 comprises a second printed circuit board 9 on or in this second
Leiterplatte 9 sind eine erste Windungsstruktur W1 , eine zweite Windungsstruktur W2 und eine dritte Windungsstruktur W3 angeordnet. Diese Windungsstrukturen W1 , W2, W3 dienen zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes. Dieses Circuit board 9, a first winding structure W1, a second winding structure W2 and a third winding structure W3 are arranged. These winding structures W1, W2, W3 serve to generate an electromagnetic alternating field. This
elektromagnetische Wechselfeld kann wiederum von einer Windungsstruktur WR des portablen Endgeräts 2 empfangen werden, wodurch eine Wechselspannung in dieser Windungsstruktur WR indiziert wird. alternating electromagnetic field can in turn be received by a winding structure WR of the portable terminal 2, whereby an AC voltage in this winding structure WR is indexed.
Weiter umfasst die Vorrichtung 1 ein erstes Abschirmblech 10 und ein weiteres Furthermore, the device 1 comprises a first shielding plate 10 and another
Abschirmblech 1 1. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine weitere Leiterplatte 12, wobei in oder auf der weiteren Leiterplatte 12 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 angeordnet oder ausgebildet ist. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Kühlkörper 14. Shielding plate 1 1. Furthermore, the device 1 comprises a further printed circuit board 12, wherein in or on the further printed circuit board 12, a control and evaluation device 13 is arranged or formed. Furthermore, the device 1 comprises a heat sink 14.
Dargestellt ist eine Vertikalrichtung z. Diese ist senkrecht zur Auflagefläche 5 orientiert. Ebenfalls ist die Vertikalrichtung z parallel zu nicht dargestellten zentralen Mittelachsen der Windungsstrukturen W1 , W2, W3 orientiert. Die Vertikalrichtung z ist von der Shown is a vertical direction z. This is oriented perpendicular to the support surface 5. Also, the vertical direction z is oriented parallel to not shown central center axes of the winding structures W1, W2, W3. The vertical direction z is from the
Unterschale 5 zur Oberschale 4 orientiert. Somit ist die Vertikalrichtung z auch von den Windungsstrukturen W1 , W2, W3 hin zur Auflagefläche 15 orientiert. Entlang der Lower shell 5 oriented to the upper shell 4. Thus, the vertical direction z is also oriented by the winding structures W1, W2, W3 towards the bearing surface 15. Along the
Vertikalrichtung z sind die Unterschale 5, der Kühlkörper 14, ein Schirmblech 1 1 , die weitere Leiterplatte 12, das Schirmblech 10, die Leiterplatte 9, die Leiterplatte 6 und die Oberschale 4 übereinander, also aufeinander folgend, angeordnet. Nicht in Fig. 1 dargestellt sind daten- und signaltechnische Verbindungen sowie Vertical direction z are the lower shell 5, the heat sink 14, a shield plate 1 1, the other circuit board 12, the shield plate 10, the circuit board 9, the circuit board 6 and the upper shell 4 one above the other, so arranged sequentially. Not shown in Fig. 1 are data and signaling connections as well
Verbindungen zur Energieübertragung zwischen den einzelnen Elementen der Connections for energy transfer between the individual elements of the
Vorrichtung 1 , beispielsweise zwischen der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 und den Temperatursensoren 8. Device 1, for example, between the control and evaluation device 13 and the temperature sensors eighth
Mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 kann ein Betrieb der Windungsstrukturen W1 , W2, W3 gesteuert werden. Insbesondere kann mittels der Steuer- und By means of the control and evaluation device 13, an operation of the winding structures W1, W2, W3 can be controlled. In particular, by means of the tax and
Auswerteeinrichtung ein Ladebetrieb aktiviert werden, wobei im Ladebetrieb eine Evaluation a charging mode are activated, wherein in the loading mode a
Wechselspannung mit gewünschten Eigenschaften (Amplitude, Frequenz) an mindestens eine, jedoch auch mehrere, Windungsstrukturen W1 , W2, W3 angelegt werden kann. In Abhängigkeit dieser angelegten Betriebsspannung erzeugt die eine Windungsstruktur W1 , W2, W3 oder erzeugen die mehreren Windungsstrukturen W1 , W2, W3 das AC voltage with desired properties (amplitude, frequency) to at least one, but also several, winding structures W1, W2, W3 can be applied. As a function of this applied operating voltage, the one winding structure W1, W2, W3 generates or generates the plurality of winding structures W1, W2, W3
elektromagnetische Wechselfeld. electromagnetic alternating field.
In Fig. 1 ist dargestellt, dass die Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c entlang der In Fig. 1 it is shown that the temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c along the
Vertikalrichtung z vor der Auflagefläche 15 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c unter der Auflagefläche 15 angeordnet. Weiter sind die Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c entlang der Vertikalrichtung z hinter den Vertical direction z are arranged in front of the support surface 15. In other words, the temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c are arranged under the bearing surface 15. Further, the temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c are behind the vertical direction z
Windungsstrukturen W1 , W2, W3, mit anderen Worten also oberhalb diesen Winding structures W1, W2, W3, in other words above this
Windungsstrukturen W1 , W2, W3 angeordnet. Die Oberschale 4 sowie die Leiterplatte 6 können aus thermisch leitfähigem Material bestehen, insbesondere aus Kunststoff. Somit sind die Temperatursensoren 8a, 8b, 8c thermisch mit der Auflagefläche 15 verbunden. Winding structures W1, W2, W3 arranged. The upper shell 4 and the printed circuit board 6 may consist of thermally conductive material, in particular of plastic. Thus, the temperature sensors 8a, 8b, 8c are thermally connected to the support surface 15.
Schematisch dargestellt (durch gestrichelte Linien) sind Erfassungsbereiche der einzelnen Temperatursensoren 8a, 8b, 8c. Schematically represented (by dashed lines) are detection ranges of the individual temperature sensors 8a, 8b, 8c.
Somit ist ersichtlich, dass ein erster Temperatursensor 8a eine Temperatur eines ersten Teilbereichs der Auflagefläche 15 erfassen kann. Ein zweiter Temperatursensor 8b kann eine Temperatur eines zweiten Teilbereichs der Auflagefläche 15 erfassen. Entsprechend kann ein dritter Temperatursensor 8c eine Temperatur eines dritten Teilbereichs der Auflagefläche 15 erfassen. It can thus be seen that a first temperature sensor 8a can detect a temperature of a first subregion of the bearing surface 15. A second temperature sensor 8b can detect a temperature of a second subregion of the bearing surface 15. Accordingly, a third temperature sensor 8c can detect a temperature of a third subregion of the bearing surface 15.
Die Teilbereiche können sich hierbei zumindest teilweise überschneiden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Teilbereiche sich nicht überschneiden. Allerdings ist es The subregions may overlap at least partially. However, it is also possible that the subregions do not overlap. However, it is
wünschenswert, dass die Teilbereiche eine sogenannte Ladefläche oder aktive Fläche der Auflagefläche 15 möglichst vollständig abdecken. Die Ladefläche der Auflagefläche 15 kann eine Teilfläche bezeichnen, für die eine induktive Energieübertragung mit gewünschten Eigenschaften möglich ist, wenn ein portables Endgerät auf dieser desirable that the subregions a so-called loading area or active area of the Cover pad 15 as completely as possible. The loading surface of the support surface 15 may denote a partial surface for which an inductive energy transfer with desired properties is possible if a portable terminal on this
Ladefläche aufgelegt ist. Es ist möglich, dass die gesamte Auflagefläche 15 die Loading surface is hung up. It is possible that the entire support surface 15 the
Ladefläche bildet. Cargo bed forms.
Weiter dargestellt ist ein Fremdobjekt 16, insbesondere ein metallisches Fremdobjekt 16, welches ebenfalls auf der Auflagefläche 15 angeordnet ist. Also shown is a foreign object 16, in particular a metallic foreign object 16, which is likewise arranged on the support surface 15.
Mittels der Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c ist, insbesondere in einem Ladebetrieb, eine Temperatur der entsprechenden Teilbereiche der Auflagefläche 15 erfassbar. Weiter ist, beispielsweise mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13, ein zeitlicher Verlauf von Temperaturwerten bestimmbar, die von den einzelnen Temperatursensoren 8a, 8b, 8c während des Ladebetriebs erzeugt werden. Weiter kann ein Gradientenverlauf für diese einzelnen Temperaturverläufe bestimmt werden. By means of the temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c, in particular in a charging operation, a temperature of the corresponding partial regions of the support surface 15 can be detected. Further, for example by means of the control and evaluation device 13, a temporal course of temperature values can be determined, which are generated by the individual temperature sensors 8a, 8b, 8c during the charging operation. Furthermore, a gradient curve can be determined for these individual temperature profiles.
In dem in Fig. 1 dargestellten Szenario kann davon ausgegangen werden, dass die Gradientenverläufe, die aus den Temperaturverläufen der Temperaturwerte des ersten und des zweiten Temperatursensors 8a, 8b bestimmt werden, gleich sind oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Dem elektromagnetischen In the scenario illustrated in FIG. 1, it can be assumed that the gradient profiles, which are determined from the temperature profiles of the temperature values of the first and second temperature sensors 8a, 8b, are the same or differ from each other by no more than a predetermined amount. The electromagnetic
Wechselfeld, welches beispielsweise von der dritten Windungsstruktur W3 zur induktiven Energieübertragung an das portable Endgerät 2 erzeugt wird, wird auch das Fremdobjekt 16 ausgesetzt sein. Insbesondere wird sich dieses Fremdobjekt 16 aufgrund des elektromagnetischen Wechselfeldes erwärmen. Daher wird der Gradientenverlauf, der aus dem zeitlichen Verlauf der Temperaturwerte des dritten Temperatursensors 8c bestimmt wird, um mehr als ein vorbestimmtes Maß von den weiteren Alternating field, which is generated for example by the third winding structure W3 for inductive energy transmission to the portable terminal 2, the foreign object 16 will be exposed. In particular, this foreign object 16 will heat up due to the electromagnetic alternating field. Therefore, the gradient profile determined from the time history of the temperature values of the third temperature sensor 8c becomes more than a predetermined amount from the others
Gradientenverläufen abweichen. Deviate gradient curves.
Es ist hierbei vorteilhaft, Gradientenverläufe auszuwerten, da neben der Erwärmung durch das Fremdobjekt 16 auch Temperaturänderungen in der Umgebung der Vorrichtung 1 erfolgen können, die nicht durch unerwünschte Fremdobjekte bedingt sind, It is advantageous in this case to evaluate gradients, since in addition to the heating by the foreign object 16, temperature changes in the environment of the device 1 that are not caused by undesired foreign objects can occur.
beispielsweise eine Erwärmung der Innentemperatur eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs, z. B. durch eine Heizung. Detektiert die Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 eine Abweichung mindestens eines Werts des ersten Gradientenverlauf von mindestens einem Wert des weiteren For example, a heating of the interior temperature of a passenger compartment of a vehicle, for. B. by a heater. The control and evaluation device 13 detects a deviation of at least one value of the first gradient of at least one value of the other
Gradientenverlaufs um mehr als ein vorbestimmtes Maß, so kann ein Fremdobjekt detektiert werden. Wird ein Fremdobjekt detektiert, so kann ein aktivierter Ladebetrieb deaktiviert werden oder für eine vorbestimmte Zeitdauer unterbrochen werden. Die Werte der Gradientenverläufe können für oder an einen gemeinsamen Zeitpunkt bestimmt werden. Gradient course by more than a predetermined amount, so a foreign object can be detected. If a foreign object is detected, then an activated charging operation can be deactivated or interrupted for a predetermined period of time. The values of the gradients can be determined for or at a common time.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 , wobei die Oberschale 4, die Antennenstruktur 7, die magnetischen Schirmbleche 10, 1 1 , die Leiterplatte 12, der Kühlkörper 14 und die Unterschale 3 nicht dargestellt sind. Fig. 2 shows a schematic plan view of the device 1 shown in Fig. 1, wherein the upper shell 4, the antenna structure 7, the magnetic shield plates 10, 1 1, the circuit board 12, the heat sink 14 and the lower shell 3 are not shown.
Ersichtlich sind die drei Windungsstrukturen W1 , W2, W3, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmig ausgebildet sind. Weiter dargestellt sind die Visible are the three winding structures W1, W2, W3, which are formed rectangular in the illustrated embodiment. Further shown are the
Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c. Temperature sensors 8, 8a, 8b, 8c.
Ersichtlich ist, dass in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zur in Fig. 1 dargestellten Vertikalrichtung z orientiert sein kann, der erste Temperatursensor 8a von der ersten Windungsstruktur W1 umfasst wird. Insbesondere ist der erste  It can be seen that in a common projection surface, which may be oriented perpendicular to the vertical direction z shown in FIG. 1, the first temperature sensor 8a is included in the first winding structure W1. In particular, the first one
Temperatursensor 8a in einer Fläche angeordnet, die in der gemeinsamen Temperature sensor 8a arranged in a plane that in the common
Projektionsfläche von der ersten Windungsstruktur W1 umfasst wird. Entsprechend wird der zweite Temperatursensor 8b von der zweiten Windungsstruktur W2 in der Projection of the first winding structure W1 is included. Accordingly, the second temperature sensor 8b of the second winding structure W2 in the
gemeinsamen Projektionsfläche umfasst. Weiter wird auch der dritte Temperatursensor 8c von der dritten Windungsstruktur W3 umfasst. Hierbei wird jedoch nur ein includes common projection screen. Furthermore, the third temperature sensor 8c of the third winding structure W3 is also included. Here, however, only one
Temperatursensor von jeweils einer Windungsstruktur W1 , W2, W3 umfasst. Temperature sensor each having a winding structure W1, W2, W3 includes.
Dargestellt sind durch Strichlinien wiederum die Teilbereiche der Auflagefläche, deren Temperatur von dem entsprechenden Temperatursensor 8, 8a, 8b, 8c erfasst werden kann. Shown again by dashed lines are the subareas of the support surface whose temperature can be detected by the corresponding temperature sensor 8, 8a, 8b, 8c.
Insbesondere sind die Temperatursensoren zentral oder mittig über einer entsprechenden Windungsstruktur W1 , W2, W3 angeordnet. Dies kann bedeuten, dass die zentrale Mittelachse der Windungsstruktur W1 , W2, W3 den der jeweiligen Windungsstruktur Wl, W2, W3 zugeordneten Temperatursensor 8a, 8b, 8c schneidet. In particular, the temperature sensors are arranged centrally or centrally above a corresponding winding structure W1, W2, W3. This may mean that the central center axis of the winding structure W1, W2, W3 intersects the temperature sensor 8a, 8b, 8c associated with the respective winding structure W1, W2, W3.
Weiter ist dargestellt, dass sich die Windungsstrukturen zumindest teilweise in der gemeinsamen Projektionsebene überlappen. Fig. 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. It is further shown that the winding structures overlap at least partially in the common projection plane. 3 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention.
In einem ersten Schritt S1 wird ein Ladebetrieb aktiviert, beispielsweise durch die in Fig. 1 dargestellte Steuer- und Auswerteeinrichtung 13. Hierbei kann der Ladebetrieb derart aktiviert werden, dass eine, mehrere oder alle Windungsstrukturen W1 , W2, W3 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen. Vorzugsweise wird jedoch nur mittels einer einzigen Windungsstruktur W1 , W2, W3 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Insbesondere wird mittels der Windungsstruktur W1 , W2, W3 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, durch welches die effektivste und verlustfreieste In a first step S1, a charging operation is activated, for example by the control and evaluation device 13 shown in FIG. 1. In this case, the charging operation can be activated such that one, several or all winding structures W1, W2, W3 generate an electromagnetic alternating field. Preferably, however, an electromagnetic alternating field is generated only by means of a single winding structure W1, W2, W3. In particular, an alternating electromagnetic field is generated by means of the winding structure W1, W2, W3, through which the most effective and loss-free
Energieübertragung zum portablen Endgerät 2 möglich ist. Eine Identifizierung der entsprechenden Windungsstruktur W1 , W2, W3 kann hierbei vor dem ersten Schritt S1 erfolgen und ist nicht Teil dieser Erfindung. Power transmission to the portable terminal 2 is possible. An identification of the corresponding winding structure W1, W2, W3 can in this case take place before the first step S1 and is not part of this invention.
In einem zweiten Schritt S2 werden während des Ladebetriebs Temperaturwerte der einzelnen Temperatursensoren 8a, 8b, 8c erfasst. Somit werden zeitliche Verläufe dieser Temperaturwerte erfasst. Weiter wird ein Gradientenverlauf dieses zeitlichen Verlaufs bestimmt, beispielsweise mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13. In einem dritten Schritt S3 wird bestimmt, ob mindestens einer dieser Gradientenverläufe um mehr als ein vorbestimmtes Maß, welches beispielsweise durch Tests oder Kalibrierdurchgänge bestimmt werden kann, von mindestens einem weiteren Gradientenverlauf abweicht. In a second step S2, temperature values of the individual temperature sensors 8a, 8b, 8c are detected during the charging operation. Thus, temporal courses of these temperature values are recorded. Furthermore, a gradient profile of this time profile is determined, for example by means of the control and evaluation device 13. In a third step S3, it is determined whether at least one of these gradient curves is at least more than a predetermined amount, which can be determined, for example, by tests or calibration passes deviates from another gradient.
Wird eine solche Abweichung detektiert, so wird ein Fremdobjekt 16 (siehe Fig. 1 ) detektiert. In diesem Fall kann ein Ladebetrieb deaktiviert oder unterbrochen werden. If such a deviation is detected, then a foreign object 16 (see FIG. 1) is detected. In this case, a charging operation can be deactivated or interrupted.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei entspricht der erste Schritt S1 dem in Fig. 3 dargestellten ersten Schritt S1 . In einem zweiten Schritt S2 wird eine 4 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention according to a further embodiment. Here, the first step S1 corresponds to the first step S1 shown in FIG. In a second step S2 becomes a
Leistungsbilanz bestimmt und ausgewertet. Hierbei kann, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13, eine Eingangsleistung bestimmt werden, wobei die Eingangsleistung im Ladebetrieb eine Eingangsleistung eines nicht dargestellten Current account determined and evaluated. In this case, in particular by means of the control and evaluation device 13, an input power can be determined, wherein the input power in the charging mode, an input power of a not shown
Wechselrichters ist, der die Betriebsspannung für eine oder mehrere der Inverter is one of the operating voltage for one or more of the
Windungsstrukturen W1 , W2, W3 erzeugt. Weiter kann mittels der Steuer- und Winding structures W1, W2, W3 generated. Next can by means of the tax and
Auswerteeinrichtung 13 eine Verlustleistung bestimmt werden. Die Verlustleistung kann hierbei arbeitspunktabhängig sein, insbesondere also abhängig vom Strom in den Sendespulen und der Empfangsleistung. Verlustleistungen für Arbeitspunkte können z.B. in einem Kalibrierdurchgang oder in Testverfahren bestimmt und gespeichert werden. Evaluation device 13 a power loss can be determined. The power loss can be dependent on the operating point, so in particular dependent on the current in the Transmit coils and receive power. Power losses for operating points can be determined and stored, for example, in a calibration pass or in test procedures.
Weiter kann eine Ausgangsleistung bestimmt werden. Dieses kann beispielsweise eine Leistung sein, die von einem Gleichrichter des portablen Endgeräts 2 bereitgestellt wird, wobei der Gleichrichter (nicht dargestellt) die in der Windungsstruktur WR des portablen Endgeräts 2 induzierte Spannung gleichrichtet. Die Ausgangsleistung kann z. B. vom Endgerät 2 über eine nicht dargestellte Kommunikationseinrichtung an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 übertragen werden. Weicht die Eingangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Summe aus Verlustleistung und Ausgangsleistung ab, so kann im zweiten Verfahrensschritt S2 ein potentielles Fremdobjekt 16 detektiert werden. Wird kein potentielles Fremdobjekt detektiert, so kann die Leistungsbilanz insbesondere nach einer vorbestimmten Zeitdauer erneut, also periodisch, ausgewertet werden. Furthermore, an output power can be determined. This may be, for example, a power provided by a rectifier of the portable terminal 2, the rectifier (not shown) rectifying the voltage induced in the winding structure WR of the portable terminal 2. The output power can be z. B. transmitted from the terminal 2 via a communication device, not shown, to the control and evaluation device 13. If the input power deviates by more than a predetermined amount from the sum of the power loss and the output power, a potential foreign object 16 can be detected in the second method step S2. If no potential foreign object is detected, the power balance can in particular be evaluated again, ie periodically, after a predetermined period of time.
Alternativ kann die Leistungsbilanz kontinuierlich ausgewertet werden. Weiter, insbesondere simultan, können im zweiten Verfahrensschritt S2 zeitliche Verläufe der Temperatursensoren 8a, 8b, 8c erfasst werden sowie die entsprechenden Alternatively, the power balance can be continuously evaluated. Further, in particular simultaneously, in the second method step S2 temporal courses of the temperature sensors 8a, 8b, 8c can be detected and the corresponding ones
Gradientenverläufe bestimmt werden. Gradient gradients are determined.
Nur wenn aufgrund der Auswertung der Leistungsbilanz im zweiten Verfahrensschritt S2 ein potentiell vorhandenes Fremdobjekt 16 detektiert wird, so kann ein dritter Schritt S3 durchgeführt werden, der dem in Fig. 3 dargestellten dritten Schritt S3 entspricht. Im zweiten Schritt S2 wird hierbei die vorhergehend erläuterte Erfassung und Auswertung des Gradientenverlaufs durchgeführt. Only if a potentially existing foreign object 16 is detected on the basis of the evaluation of the power balance in the second method step S2, can a third step S3 be carried out, which corresponds to the third step S3 shown in FIG. In the second step S2, the above-described detection and evaluation of the gradient curve is carried out in this case.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung an ein portables Endgerät (2), wobei die Vorrichtung (1 ) mindestens eine erste Windungsstruktur (W1 , W2, W3) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds und eine Auswerteeinrichtung (13) umfasst, wobei die Vorrichtung (1 ) mindestens eine Auflagefläche (15) aufweist oder ausbildet, 1 . Device for inductive energy transmission to a portable terminal (2), wherein the device (1) at least one first winding structure (W1, W2, W3) for generating an electromagnetic field and an evaluation device (13), wherein the device (1) at least one Bearing surface (15) or forms,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Vorrichtung (1 ) eine erste Einrichtung (8, 8a) zur Erfassung einer ersten Temperatur zumindest eines ersten Teilbereichs der Auflagefläche (15) und mindestens eine weitere Einrichtung (8, 8b) zur Erfassung einer weiteren  the device (1) has a first device (8, 8a) for detecting a first temperature of at least a first subregion of the bearing surface (15) and at least one further device (8, 8b) for detecting a further one
Temperatur zumindest eines weiteren Teilbereichs der Auflagefläche (15) umfasst, wobei zumindest in einem Ladebetrieb als erster Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf der ersten Temperatur und als weiterer Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf der mindestens einen weiteren Temperatur bestimmbar ist, wobei ein Fremdobjekt (16) detektierbar ist, wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht.  Temperature of at least one further portion of the support surface (15), wherein at least in a loading operation as a first temperature profile, a time course of the first temperature and as a further temperature curve, a time course of at least one further temperature can be determined, wherein a foreign object (16) is detectable if the first temperature profile deviates from the further temperature profile by more than a predetermined amount.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens 2. Device according to claim 1, characterized in that at least
einem Zeitpunkt als erster Gradient ein Gradient des ersten Temperaturverlaufs und als weiterer Gradient ein Gradient des weiteren Temperaturverlaufs bestimmbar ist, wobei das Fremdobjekt (16) detektierbar ist, wenn der erste Gradient um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Gradient abweicht.  a gradient of the first temperature profile can be determined as a first gradient and a gradient of the further temperature profile can be determined as a further gradient, the foreign object (16) being detectable if the first gradient deviates from the further gradient by more than a predetermined amount.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil einer Einrichtung (8, 8a, 8b, 8c) zur Erfassung einer Temperatur unter oder auf der Auflagefläche (15) angeordnet ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least part of a device (8, 8a, 8b, 8c) for detecting a temperature under or on the support surface (15) is arranged.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch 4. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil einer Einrichtung (8, 8a, 8b, 8c) zur Erfassung einer Temperatur über der mindestens einen Windungsstruktur (W1 , W2, W3) angeordnet ist. characterized in that at least a part of a device (8, 8a, 8b, 8c) for detecting a temperature is arranged above the at least one winding structure (W1, W2, W3).
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der ersten Einrichtung (8, 8a) zur Erfassung einer ersten Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zu einer Mittelachse der ersten Windungsstruktur (W1 ) angeordnet ist, innerhalb der ersten Windungsstruktur (W1 ) angeordnet ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the first means (8, 8a) for detecting a first temperature in a common projection surface, which is arranged perpendicular to a central axis of the first winding structure (W1), within the first winding structure (W1) is arranged.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) mindestens eine weitere Windungsstruktur (W2, W3) umfasst, wobei zumindest ein Teil der weiteren Einrichtung (8, 8b, 8c) zur Erfassung einer weiteren Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zu einer Mittelachse der weiteren Windungsstruktur (W2, W3) angeordnet ist, innerhalb der weiteren Windungsstruktur (W2, W3) angeordnet ist. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) comprises at least one further winding structure (W2, W3), wherein at least a part of the further device (8, 8b, 8c) for detecting a further temperature in a common projection surface, which is arranged perpendicular to a central axis of the further winding structure (W2, W3), within the further winding structure (W2, W3) is arranged.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch 7. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) mindestens eine  characterized in that the device (1) at least one
Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit dem portablen Endgerät (2) aufweist.  Communication device for communication with the portable terminal (2).
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch 8. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass eine Sendeleistung, eine Empfangsleistung und eine Verlustleistung bestimmbar sind, wobei das Fremdobjekt (16) in Abhängigkeit einer Auswertung einer Leistungsbilanz detektierbar ist.  in that a transmission power, a received power and a power loss can be determined, wherein the foreign object (16) is detectable as a function of an evaluation of a power balance.
9. Verfahren zur Detektion eines Fremdobjekts (16) bei einer induktiven 9. A method for detecting a foreign object (16) in an inductive
Energieübertragung an ein portables Endgerät (2), wobei als erster  Energy transmission to a portable terminal (2), being the first
Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf einer ersten Temperatur zumindest eines ersten Teilbereichs einer Auflagefläche (15) und als weiterer Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf einer weiteren Temperatur zumindest eines weiteren  Temperature profile, a time course of a first temperature of at least a first portion of a support surface (15) and as a further temperature profile, a time course of a further temperature of at least one other
Teilbereichs der Auflagefläche (15) bestimmt wird, wobei das Fremdobjekt (16) detektiert wird, wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht.  Part of the support surface (15) is determined, wherein the foreign object (16) is detected when the first temperature profile deviates by more than a predetermined amount of the further temperature profile.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Zeitpunkt als erster Gradient ein Gradient des ersten Temperaturverlaufs und als weiterer Gradient ein Gradient des weiteren Temperaturverlaufs bestimmt wird, wobei das Fremdobjekt (16) detektiert wird, wenn der erste Gradient um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Gradient abweicht. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine 10. The method according to claim 9, characterized in that a gradient of the first temperature profile is determined as the first gradient at at least one point in time and a gradient of the further temperature profile is determined as a further gradient, wherein the foreign object (16) is detected when the first gradient deviates from the further gradient by more than a predetermined amount. A method according to claim 9 or 10, characterized in that a
Sendeleistung, eine Empfangsleistung und eine Verlustleistung bestimmt werden, wobei das Fremdobjekt (16) in Abhängigkeit einer Auswertung einer  Transmitting power, a received power and a power loss are determined, wherein the foreign object (16) in dependence of an evaluation of a
Leistungsbilanz detektiert wird. Current balance is detected.
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