WO2019034456A1 - Fremdkörpererkennung - Google Patents

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WO2019034456A1
WO2019034456A1 PCT/EP2018/071202 EP2018071202W WO2019034456A1 WO 2019034456 A1 WO2019034456 A1 WO 2019034456A1 EP 2018071202 W EP2018071202 W EP 2018071202W WO 2019034456 A1 WO2019034456 A1 WO 2019034456A1
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WO
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evaluation
deviation
control unit
control device
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/071202
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Röhrl
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/124—Detection or removal of foreign bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a
  • Vehicle charge termination control device a charging station with a vehicle charge termination control device, a foreign object recognition system, a method for
  • Plug-in hybrid vehicles the charging infrastructure is constantly being expanded. More and more charging stations are being built and put into operation. The charging stations can be connected via a charging cable directly to an interface on the vehicle to be charged. On the other hand
  • Vehicles can be charged wirelessly via induction.
  • the energy exchange between a charging station and a vehicle by means of two charging coils, which are coupled via an electromagnetic field.
  • the inductive charging of the vehicle is very convenient for the user, since he does not have to plug a charging cable into the interface on his vehicle. Further, in inductive charging, the charging cable can not be damaged, e.g. by vandalism and / or when a vehicle drives over the charging cable.
  • the vehicle If the vehicle is charged by means of an inductive charging station, the vehicle should be centered or centered over the charging coil of the charging station. Furthermore, there should be no objects between the two charging coils, since otherwise the efficiency of the energy transfer can be adversely affected.
  • a first aspect of the invention relates to a
  • Vehicle charge interruption control device has at least two measuring coils for detecting in each case an induced voltage and a control unit.
  • the control unit is set up to carry out a first evaluation. In the first evaluation, the control unit compares each of the induced voltages with a corresponding predefined expected value to a first deviation between the detected induced voltage and the respective predefined one
  • the control unit is further configured to perform a second evaluation.
  • Control unit is configured to compare the induced voltages with each other or each other in the second evaluation and to determine a second deviation between the induced voltages.
  • the control unit is to
  • the induced voltages of two measuring coils can be evaluated relative to one another, so that negative second deviations are also possible. These can be a second
  • the threshold value may also represent a range which should not exceed the second deviation.
  • the control unit can make at least two evaluations.
  • a first, absolute, evaluation can be carried out in which the induced voltage is compared with a predefined expected value.
  • a first deviation can be determined.
  • a second, relative, evaluation can be carried out.
  • the control unit can compare the induced voltages of the measuring coils with one another or with each other. From this, a second deviation can be determined, for example a difference or a percentage deviation. If the first deviation exceeds and / or falls short of the first one
  • Evaluation and / or the second deviation of the second deviation a predefined first or. second threshold, so can on a foreign body in the field of
  • Vehicle charge termination control device are closed. It should be noted that the first threshold and the second Threshold equal but also different. It should be noted that the induced voltage corresponds to a measured value and that this measured value can be compared. This can be converted or scanned by means of an analog-to-digital converter (A / D converter) into a, with the induced voltage correlating, digital signal.
  • a / D converter analog-to-digital converter
  • the first deviation and the second deviation can be determined, for example, by means of subtraction.
  • the difference between the induced voltage and the expected value may be formed at the respective operating point of the induced voltage.
  • the difference between two induced voltages of the at least two measuring coils can be formed.
  • the first deviation and the second deviation may also be specified in relation to their respective expected value and / or to another induced voltage,
  • Vehicle charge termination control device may close according to an embodiment of the invention to a foreign body or an object in the range of one of the measuring coils when the first deviation below the first predefined threshold or, according to another embodiment, exceeds, if the second deviation of the second predefined threshold sub-or, according to another embodiment, exceeds or the first and second deviation below the first or the second predefined threshold or exceed.
  • the second evaluation, ie the relative comparison, of the induced voltages can be done without an expected value for each operating point, since it can be assumed that all measuring coils are the same for an existing electromagnetic field or at least similar behavior. As soon as one of the measuring coils has an induced voltage different from the remaining measuring coils, which is not caused by a different design, a foreign body in the region of the measuring coil can be deduced.
  • the relative evaluation can offer advantages over an absolute evaluation, since the respective expected value does not have to be calculated here.
  • Another advantage of the second evaluation may be the independence of environmental influences, such as temperature, air pressure and / or humidity. These affect all measuring coils equally. This does not affect the relative result between the measuring coils.
  • two directly adjacent measuring coils can be compared with one another.
  • control unit can the two deviations
  • the first deviation can be up to 60% and the second deviation to 40% in the foreign body detection of
  • the control unit can take greater account of one of the two evaluations.
  • the weighting can also be effected as a function of a current operating point of the charging station.
  • the first or second deviation may be for the current one
  • this is done on the basis of the reliability of the respective evaluation in the respective operating point of the charging station.
  • the second deviation may be weighted more heavily .
  • the second deviation may be weighted more heavily, and in a more constant range in terms of power, the first deviation may be weighted more heavily.
  • the deviation can also be a value share and can have several individual deviations.
  • the first deviation from a respective expected value can be determined for each measuring coil.
  • the second deviation between each of the induced voltages of the measuring coils can also be determined.
  • the first and the second threshold, respectively, with which the first and the second deviation are compared may be a fixed value, a curve, a map, a model or a value share. These can be below or exceed the first and / or the second deviation.
  • the respective threshold used may depend on a current operating point of the charging station.
  • the first and second thresholds, respectively may differ from the first or second threshold in energy transfer with a higher power in a low power energy transfer.
  • the first or the second threshold value can be adjusted or varied depending on ambient conditions.
  • the vehicle charge termination control device may also include a plurality of sensing coils, such as a dozen or 200. These individual sensing coils may be identical but also different from one another and may differ, for example, in size, number of windings, resistance or material. It can also be different sectors of the
  • Vehicle loading demolition control device can be equipped with different types of measuring coils.
  • the properties of the measuring coils used can be known in advance or they are determined by a reference measurement.
  • a measuring coil denotes a device which can detect or measure induced voltages.
  • the induced voltage results from an electromagnetic field.
  • the measured induced voltage allows conclusions to be drawn
  • the voltage induced in the measuring coil may depend on the electromagnetic field strength, the number of windings, the resistance of the measuring coil, the material of the measuring coil and the geometric configuration of the measuring coil. Furthermore, however, environmental influences, such as e.g. Humidity,
  • Air pressure or temperature that influence the induced voltage in the measuring coil Air pressure or temperature that influence the induced voltage in the measuring coil. As soon as a foreign body is in front of, beside, behind or generally in the area of the measuring coil, the foreign body alters the electromagnetic field and thus also the voltage induced in the measuring coil.
  • the measured or detected induced voltages can, for example, be converted by an A / D converter (analog-to-digital converter) from an analog continuous measuring signal into a digital signal correlating with the measuring signal.
  • This digital signal can be generated by the control unit,
  • Control unit further comprise a memory unit and digital inputs and outputs.
  • control unit is set up to compare the sum of all induced voltages of all measurement coils with the sum of the induced voltages of a predefined number of measurement coils of the vehicle charge termination control device in the second evaluation in order to determine the second deviation therefrom.
  • the second evaluation can be made more error-tolerant, since a larger number of induced voltages is compared and thus the mean value or the mean value of a predefined number of measuring coils.
  • the control unit is set up to compare a behavior of a measuring coil with the behavior of the measuring coil of a previous evaluation in the first evaluation and in the second evaluation, and to determine the first and the second deviation.
  • the "behavior” is a measure of how the induced voltage of a given coil changes depending on the existing electromagnetic field and how it is changed, in other words the behavior of the coil can be described by dead time, overshoot or inertia on the electromagnetic field
  • This behavior of the measuring coil can change with a foreign object located in the area of the measuring coil, so that the behavior of the measuring coil from a previous measurement can be compared with the behavior of the measuring coil Measuring coil of the current measurement can be compared.
  • the comparison allows conclusions to be drawn about any foreign bodies in the area of the measuring coil.
  • the control unit is adapted to the same or similar measuring coils of the second evaluation
  • the second evaluation that is to say the relative evaluation or the comparison, can also be applied to the measuring coils with the same or similar structure or
  • the foreign body in the region of the measuring coil is a metallic or a biological object.
  • a metallic or biological object between the charging coil of the charging station and the charging coil of the vehicle can influence the charging process.
  • the metallic object may be, for example, a screw, a nail, a tool or a toy, such as e.g. a bike, his.
  • the biological object may be, for example, foliage, a branch or an animal, such as e.g. to be a cat.
  • Another aspect of the invention relates to a vehicle with the previously described and described below
  • the vehicle is, for example, a
  • Motor vehicle such as car, bus or truck, or even to a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as helicopters or aircraft, or for example to a bicycle, especially an electric bicycle.
  • Vehicle load cancellation controller may become
  • the charging coil of the vehicle preferably located in front of the charging coil of the vehicle, ie between the charging coil of the vehicle and the charging coil of the charging station.
  • Another aspect of the invention relates to a charging station with the one described above and below
  • Vehicle loading stop control device
  • the described vehicle breakage control device can be used not only in the vehicle but also in the charging station.
  • the charging station there is the
  • Vehicle charge termination control device in front of the charging coil of the charging station, ie between the charging coil of the vehicle and the charging coil of the charging station.
  • Another aspect of the invention relates to a
  • Foreign body detection system has a first charging coil for power transmission, a second charging coil for
  • the first charging coil is coupled to the second charging coil via an electromagnetic field and the first charging coil is configured to transmit electrical and / or magnetic energy to the second charging coil.
  • the control unit of the vehicle charge interruption control means is thereto
  • the vehicle stop control device configured to interrupt the transfer of energy between the first charging coil and the second charging coil when the vehicle stop control device closes on the foreign body. Further, matching the power transfer energy between the first charging coil and the second charging coil may result in a (percentage) corresponding change in the induced voltage in one of the sensing coils. Furthermore, all measuring coils should behave in such a way that an increase in the power transmission performance leads to an increase of the induced voltages in all measuring coils.
  • the vehicle charge interruption control device becomes
  • Vehicle charge termination control device induced. If at least one of the measuring coils has too great a deviation from the respective expected value and / or an excessive deviation from another measuring coil, the control unit can interrupt the energy transmission between the first charging coil and the second charging coil of the foreign body detection system.
  • control unit is adapted to transfer the energy between the first Charging coil and the second charging coil gradually increase or upshift.
  • the energy transfer between the first charging coil and the second charging coil can take place in stages. In other words, the power of the energy transfer can be gradually increased or changed. Furthermore, the performance of the
  • the induced voltage of the first evaluation can be compared or adjusted with the induced voltage of the second evaluation.
  • the expected value can be adjusted with a reference, so that an intermediate calibration of the first and the second evaluation can take place.
  • control unit is adapted to the measuring coils of
  • the calibration can ensure that the first deviation and the second deviation or the first evaluation and the second evaluation do not drift away over time. It should be noted that the calibration is preferably performed from a predefined and constant power of the power transmission, thus disturbing effects on the calibration in the measuring coils can be minimized. Alternatively or in addition The induced voltages can also be set to the mean value of the induced voltages.
  • control unit is configured to compare the energy induced in the second charging coil with the energy output of the first charging coil.
  • the control unit is further configured to interrupt the energy transfer between the first charging coil and the second charging coil when the ratio between induced power and power output
  • predefined threshold falls below or exceeds. This deviation can be assessed in absolute, relative or percentage terms.
  • the evaluation of the energy delivered to the received energy may be performed in addition to the first evaluation and the second evaluation to further improve the foreign object recognition of the foreign object recognition system.
  • each charging coil can have its own
  • Vehicle charge interruption control device
  • Another aspect of the invention relates to a method for foreign body detection for a
  • Vehicle loading stop control device The procedure includes the following steps:
  • predefined threshold value and / or the second deviation of the second evaluation falls below or exceeds a second predefined threshold value
  • Vehicle load interruption control device is located.
  • Another aspect of the invention relates to a program element which, when mounted on a control unit of a
  • Charge Stop Controller instructs to carry out the method described above and below.
  • Another aspect of this invention relates to
  • Charge Stop Controller instructs to carry out the method described above and below
  • FIG. 1 shows a block diagram of a
  • Vehicle charge termination control device according to a
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a
  • Vehicle charge termination control device according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a
  • FIG. 4 shows a further schematic representation of a foreign body recognition system including vehicle and charging station according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a flow chart for a method for
  • Fig. 1 shows a block diagram of a
  • Vehicle charge termination control device 10 has a first measuring coil 21, a second measuring coil 22 and a control unit 11.
  • the first and second measuring coils 21, 22 are configured to detect or measure an induced voltage. This correlates with one to be measured
  • Measuring coils 21, 22 can be evaluated by the control unit 11.
  • the control unit 11 can perform at least a first and a second evaluation. In the first evaluation If each of the measuring coils 21, 22 can be evaluated individually, the induced voltage can be compared with a predefined expected value. So an absolute evaluation.
  • the second evaluation can compare the induced voltages of the measuring coils 21, 22 with one another, ie relative to one another.
  • the induced voltages of the measuring coils 21, 22 can also be set in relation to determine a percentage deviation.
  • the control unit 11 may each determine a deviation. For example, in the first evaluation, the control unit 11 may determine the difference between the induced voltage and a respective expected value. In the second evaluation, the control unit 11, for example, determine the difference between the two detected induced voltages as a deviation. Further, the control unit 11 in the second deviation and the average value of the induced voltages with a predefined
  • the deviation of the second evaluation can also be the ratio between the induced voltages.
  • the control unit 11 can also compare the sum of all induced voltages with a predefined number of induced voltages and determine the deviation therefrom.
  • measuring coils 21, 22 can be compared with each other.
  • the vehicle charge interruption control device 10 has a plurality of measuring coils 21, 22 with different size, number of windings, resistance, material and / or
  • control unit 11 can also compare a behavior of the measuring coil 21, 22, for example the time profile, the inertia or the dead time of the measuring coil 21, 22, with the behavior of the same measuring coil 21, 22 in a preceding measurement.
  • the measuring coils should not change significantly between individual measurements, so that the behavior of a measuring coil 21, 22 in a given electromagnetic field should be the same over time. If this behavior changes, it is possible to deduce a foreign body in the area of the vehicle charge interruption control device 10.
  • Vehicle charge cancellation control device 10 may be connected to a
  • the first and the second evaluation can be weighted differently, so that the first or the second evaluation is more closely involved in the determination of the foreign body.
  • the weighting can be carried out by a fixed distribution, for example 50% to 50%, or also depending on a respective operating point of a charging station. Particularly with low or high power of the energy transfer, the first evaluation can be preferred to the second evaluation, or vice versa.
  • the first or the second evaluation may also be more advantageous in the case of a dynamic change of the power transmission.
  • FIG. 2 shows a vehicle charge interruption control device 10 with a multiplicity of measuring coils 21, 22, 23, 24, 25, 26. These measuring coils 21, 22, 23, 24, 25, 26 can be arranged side by side, one above the other, one above the other and / or behind one another his. All measuring coils 21, 22, 23, 24, 25, 26 can be evaluated individually (absolute) with respect to a respective predefined expected value, but the measuring coils 21, 22, 23, 24, 25, 26 can also be evaluated relative to one another by means of the second Evaluation. Further, Fig. 2 shows a foreign body 50, which by the
  • Vehicle load stop control device 10 as a
  • Vehicle charge cancellation control device 10 of FIG. 2 are applied.
  • the measuring coils 21, 22, 23, 24, 25, 26 may be identical but also designed differently.
  • Fig. 3 shows a foreign object recognition system 1.
  • Foreign body detection system 1 comprises a first charging coil 41, a second charging coil 31 and the
  • Vehicle stop control device 10 on. Further, in FIG. 3, a vehicle 30 having the second charging coil 31 and a charging station 40 having the first charging coil 41 are shown. Furthermore, there is a foreign body 50 or an object 50 in the region of the foreign body detection system 1. Between the first charging coil 41 and the second charging coil 31 may consist of an electromagnetic field, so that a
  • Vehicle charge cancellation control device 10 is disposed in the vehicle 30.
  • the foreign body detection system 1, the energy transfer or the power of the energy transfer, so the
  • the foreign object detection system 1 can start power transmission through a ramp. In a detected foreign matter 50, the foreign object detection system 1 may interrupt or stop the power transmission between the first charging coil 41 and the second charging coil 31.
  • the control unit 11 of the foreign object recognition system 1 may further compare the output power of the first charging coil 41 with the received power of the second charging coil 31. Differs the ratio of delivered power to received power by more than a predefined one
  • Threshold off it can also be closed on the foreign body 50 and the energy transfer can be interrupted.
  • the energy can be kept constant for a predetermined period of time, and in the case of constant energy transfer, the first deviation of the first
  • the relative evaluation and the absolute evaluation are compared or are compared with a reference value.
  • Vehicle charge interruption control device 10 are calibrated. For this purpose, at a constant predefined power between the first charging coil 41 and the second charging coil 31, the induced voltage of the measuring coils can be set to a reference value. For example, the power may be 90% of the maximum transferable power.
  • FIG. 4 shows a
  • Vehicle charge interruption control device 10 is arranged in the charging station 40.
  • Fig. 5 is a flowchart for a method for
  • step S1 the detected voltages are detected by at least two measuring coils. This is followed in step S2 by comparing the induced voltages with a predefined expected value and determining a first deviation from this expected value. In step S3, the induced voltages are compared with each other and determine a second deviation therefrom. If the first deviation and / or the second deviation exceeds a predefined threshold value and / or
  • step S4 whether a foreign body in the region of
  • Vehicle load interruption control device is located. An interruption of an energy transfer between a first charging coil and a second charging coil takes place in step S5, when a foreign body has been detected or when a foreign body has been closed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) mit Fremdkörpererkennung. Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) weist wenigstens zwei Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zum Erfassen jeweils einer induzierten Spannung und eine Steuereinheit (11) auf. Die Steuereinheit (11) ist dazu eingerichtet, eine erste Auswertung und eine zweite Auswertung durchzuführen. Bei der ersten Auswertung vergleicht die Steuereinheit (11) jede der induzierten Spannungen mit einem entsprechenden vordefinierten Erwartungswert, um eine erste Abweichung zwischen der erfassten induzierten Spannung und dem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert zu bestimmen. Die Steuereinheit (11) ist ferner dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung die induzierten Spannungen miteinander zu vergleichen und eine zweite Abweichung zwischen den induzierten Spannungen zu bestimmen. Die Steuereinheit (11) ist dazu eingerichtet, auf einen Fremdkörper (50) im Bereich der Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zu schließen, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet und/oder überschreitet, wobei die Abweichung der ersten Auswertung und die Abweichung der zweiten Auswertung abhängig von einem Betriebspunkt einer Ladestation (40) gewichtetwerden.

Description

Beschreibung
Fremdkörpererkennung
Die Erfindung betrifft eine
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit
Fremdkörpererkennung, ein Fahrzeug mit einer solchen
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung, eine Ladestation mit einer Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung, ein Fremdkörpererkennungssystem, ein Verfahren zur
Fremdkörpererkennung, einem Programmelement sowie ein
computerlesbares Medium. Im Rahmen der zunehmenden Verbreitung von Elektro- und
Plug-In-Hybridfahrzeugen erfolgt ein stetiger Ausbau der Ladeinfrastruktur. Es werden mehr und mehr Ladestationen errichtet und in Betrieb genommen. Die Ladestationen können einerseits über ein Ladekabel direkt mit einer Schnittstelle am zu ladenden Fahrzeug verbunden werden. Andererseits können
Fahrzeuge drahtlos mittels Induktion geladen werden. Hierbei erfolgt der Energieaustausch zwischen einer Ladestation und einem Fahrzeug mittels zweier Ladespulen, welche über ein elektromagnetisches Feld gekoppelt sind. Das induktive Laden des Fahrzeugs ist für den Nutzer sehr komfortabel, da dieser kein Ladekabel in die Schnittstelle an seinem Fahrzeug stecken muss. Ferner kann beim induktiven Laden das Ladekabel nicht Beschädigt werden, z.B. durch Vandalismus und/oder wenn ein Fahrzeug über das Ladekabel fährt.
Erfolgt die Ladung des Fahrzeugs mittels einer induktiven Ladestation, sollte sich das Fahrzeug mittig bzw. zentriert über der Ladespule der Ladestation befinden. Ferner sollten sich keine Gegenstände zwischen den beiden Ladespulen befinden, da ansonsten der Wirkungsgrad der Energieübertragung negativ beeinträchtigt sein kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen induktiven Ladevorgang zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst . Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit
Fremdkörpererkennung. Die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung weist wenigstens zwei Messspulen zum Erfassen jeweils einer induzierten Spannung und eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, eine erste Auswertung durchzuführen. Bei der ersten Auswertung vergleicht die Steuereinheit jede der induzierten Spannungen mit einem entsprechenden vordefinierten Erwartungswert, um eine erste Abweichung zwischen der erfassten induzierten Spannung und dem jeweiligen vordefinierten
Erwartungswert zu bestimmen. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, eine zweite Auswertung durchzuführen. Die
Steuereinheit ist dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung die induzierten Spannungen miteinander oder untereinander zu vergleichen und eine zweite Abweichung zwischen den induzierten Spannungen zu bestimmen. Die Steuereinheit ist dazu
eingerichtet, auf einen Fremdkörper im Bereich der Messspule zu schließen, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet oder überschreitet, wobei die Abweichung der ersten Auswertung und die Abweichung der zweiten Auswertung abhängig von einem Betriebspunkt einer Ladestation zu gewichten werden. Die gebildete Differenz zwischen der induzierten Spannung und einer anderen induzierten Spannung oder dem Erwartungswert kann sowohl positiv als auch negativ sein. Bei der ersten Abweichung kann vorzugsweise die induzierte Spannung von dem Erwartungswert abgezogen werden, da typischerweise durch einen Fremdkörper die induzierte Spannung vermindert wird. Daraus folgt, dass die erste Abweichung einen ersten Schwellwert tendenziell überschreiten wird. Bei der zweiten Auswertung können die induzierten Spannungen zweier Messspulen relativ zueinander ausgewertet werden, sodass auch negative zweite Abweichungen möglich sind. Diese können einen zweiten
vordefinierten Schwellwert unterschreiten. In diesem Beispiel kann der Schwellwert auch einen Bereich darstellen, welchem die zweite Abweichung nicht überschreiten sollte.
Mit anderen Worten kann die Steuereinheit wenigstens zwei Auswertungen vornehmen. Zum einen kann eine erste, absolute, Auswertung durchgeführt werden, in dem die induzierte Spannung jeweils mit einem vordefinierten Erwartungswert verglichen wird. Des Weiteren kann durch den Vergleich der induzierten Spannungen der Messspulen mit dem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert eine erste Abweichung bestimmt werden. Ferner kann eine zweite, relative, Auswertung durchgeführt werden. Bei dieser zweiten Auswertung kann die Steuereinheit die induzierten Spannungen der Messspulen untereinander bzw. miteinander vergleichen. Hieraus kann eine zweite Abweichung bestimmt werden, beispielsweise eine Differenz oder eine prozentuale Abweichung. Überschreitet und/oder unterschreitet die erste Abweichung der ersten
Auswertung und/oder die zweite Abweichung der zweiten Abweichung einen vordefinierten ersten bzw . zweiten Schwellwert, so kann auf einen Fremdkörper im Bereich der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung geschlossen werden. Es sei angemerkt, dass der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert gleich aber auch verschieden sein können. Es sei angemerkt, dass die induzierte Spannung einem Messwert entspricht und dass dieser Messwert verglichen werden kann. Dieser kann mittels einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) in ein, mit der induzierten Spannung korrelierendes, digitales Signal umgewandelt bzw. abgetastet werden.
Die erste Abweichung sowie die zweite Abweichung können beispielsweise mittels Subtraktion bestimmt werden. Bei der ersten Abweichung kann beispielsweise die Differenz zwischen der induzierten Spannung und dem Erwartungswert an dem jeweiligen Betriebspunkt der induzierten Spannung gebildet werden. Bei der zweiten Abweichung kann die Differenz zwischen zwei induzierten Spannungen der wenigstens zwei Messspulen gebildet werden. Ferner können auch die erste Abweichung und die zweite Abweichung im Verhältnis zu ihrem jeweiligen Erwartungswert und/oder zu einer anderen induzierten Spannung angegeben werden,
beispielsweise prozentual. Die Steuereinheit der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf einen Fremdkörper bzw. ein Objekt im Bereich einer der Messspulen schließen, wenn die erste Abweichung den ersten vordefinierten Schwellwert unter- oder, gemäß einer weiteren Ausführungsform, überschreitet, wenn die zweite Abweichung den zweiten vordefinierten Schwellwert unter- oder, gemäß einer weiteren Ausführungsform, überschreitet oder die erste und die zweite Abweichung den ersten bzw. den zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreiten oder überschreiten.
Die zweite Auswertung, also der relative Vergleich, der induzierten Spannungen kann ohne einen Erwartungswert für jeden Betriebspunkt erfolgen, da angenommen werden kann, dass sich alle Messspulen bei einem vorhandenen elektromagnetischen Feld gleich oder zumindest ähnlich Verhalten. Sobald eine der Messspule eine von den restlichen Messspulen unterschiedliche induzierte Spannung aufweist, welche nicht durch eine unterschiedliche Bauform bzw. Gestaltung hervorgerufen ist, kann auf einen Fremdkörper im Bereich der Messspule geschlossen werden.
Insbesondere bei einer dynamischen Anpassung einer Leistung bei der Energieübertragung kann die relative Auswertung Vorteile gegenüber einer absoluten Auswertung bieten, da hier nicht der jeweilige Erwartungswert berechnet werden muss. Ein weiterer Vorteil der zweiten Auswertung kann die Unabhängigkeit von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Temperatur, Luftdruck und/oder Luftfeuchte, sein. Diese beeinflussen alle Messspulen gleichermaßen. Hierdurch wird das relative Ergebnis zwischen den Messspulen nicht beeinflusst. Insbesondere können bei der zweiten Auswertung zwei unmittelbar benachbarte Messspulen miteinander verglichen werden.
Ferner kann die Steuereinheit die beiden Abweichungen
unterschiedlich stark untereinander gewichten. Beispielsweise kann die erste Abweichung zu 60% und die zweite Abweichung zu 40% in die Fremdkörpererkennung der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung einfließen. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit bei der Entscheidung, ob im Bereich der Messspulen auf einen Fremdkörper zu schließen ist, eine der beiden Auswertungen stärker berücksichtigen. Neben einer festen Gewichtung der ersten und der zweiten Abweichungen zueinander kann die Gewichtung auch abhängig von einem aktuellen Betriebspunkt der Ladestation erfolgen. Mit anderen Worten kann die erste oder die zweite Abweichung für den aktuellen
Betriebspunkt stärker oder schwächer gewichtet werden.
Vorteilhafterweise geschieht dies anhand der Verlässlichkeit der jeweiligen Auswertung in dem jeweiligen Betriebspunkt der Ladestation. Beispielsweise kann bei der Energieübertragung mit einer geringen Leistung die zweite Abweichung stärker gewichtet ,
b werden als die erste Abweichung, oder umgekehrt. Des Weiteren kann auch eine Anpassung der Gewichtung der ersten oder der zweiten Abweichungen anhand der aktuellen Dynamik der
Energieübertragung möglich sein. Beispielsweise kann in einem eher dynamischen Bereich, bezogen auf die Leistung, die zweite Abweichung stärker gewichtet werden und in einem eher konstanten Bereich, bezogen auf die Leistung, kann die erste Abweichung stärker gewichtet werden. Es sei angemerkt, dass die Abweichung auch eine Werteschar sein kann und mehrere Einzelabweichungen aufweisen kann. Insbesondere bei einer Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit mehr als zwei Messspulen kann für jede Messspule die erste Abweichung gegenüber einem jeweiligen Erwartungswert bestimmt werden. Zudem kann auch die zweite Abweichung zwischen jeder der induzierten Spannungen der Messspulen bestimmt werden.
Der erste bzw. der zweite Schwellwert, mit welchem die erste bzw. die zweite Abweichung verglichen wird, kann ein fester Wert, eine Kurve, ein Kennfeld, ein Modell oder eine Werteschar sein. Diesen kann die erste und/oder die zweite Abweichung unter- oder überschreiten. Zudem kann der jeweilige verwendete Schwellwert von einem aktuellen Betriebspunkt der Ladestation abhängen. Mit anderen Worten kann sich der erste bzw. der zweite Schwellwert bei einer Energieübertragung mit geringer Leistung von dem ersten oder dem zweiten Schwellwert bei der Energieübertragung mit einer höheren Leistung unterscheiden. Ferner kann der erste oder der zweite Schwellwert abhängig von Umgebungsbedingungen angepasst oder variiert werden.
Es sei angemerkt, dass Mittelwerte, Spitzenwerte, Zwischenwerte oder eine Mischung hieraus mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen werden kann. ^
Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann auch eine Vielzahl von Messspulen aufweisen, wie beispielsweise ein Dutzend oder 200. Diese einzelnen Messspulen können identisch aber auch verschieden voneinander sein, und sich beispielsweise durch Größe, Anzahl an Wicklungen, Widerstand oder Material unterscheiden. Es können auch verschiedene Sektoren der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit verschiedenen Typen von Messspulen ausgerüstet werden. Die Eigenschaften der verwendeten Messspulen können im Vorfeld bekannt sein oder sie werden durch eine Referenzmessung bestimmt.
Eine Messspule bezeichnet eine Vorrichtung, welche induzierte Spannungen erfassen bzw. messen kann. Die induzierte Spannung resultiert aus einem elektromagnetischen Feld. Die gemessene induzierte Spannung lässt Rückschlüsse auf das
elektromagnetische Feld zu, und insbesondere auf dessen Stärke und Energie. Die in die Messspule induzierte Spannung kann von der elektromagnetischen Feldstärke, der Anzahl der Wicklungen, dem Widerstand der Messspule, dem Material der Messspule sowie der geometrischen Gestaltung der Messspule abhängen. Ferner können aber auch Umwelteinflüsse, wie z.B. Luftfeuchte,
Luftdruck oder Temperatur, die induzierte Spannung in der Messspule beeinflussen. Sobald sich ein Fremdkörper vor, neben, hinter oder allgemein im Bereich der Messspule befindet, verändert der Fremdkörper das elektromagnetische Feld und somit auch die in die Messspule induzierte Spannung.
Die gemessenen bzw. erfassten induzierten Spannungen können beispielsweise durch einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) von einem analogen kontinuierlichen Messsignal in ein, mit dem Messsignal korrelierendes, digitales Signal umgewandelt werden. Dieses digitale Signal kann durch die Steuereinheit,
beispielsweise einen Mikrochip, ein FPGA, eine SPS oder, allgemeiner, eine CPU verarbeitet werden. Hierzu kann die Steuereinheit ferner eine Speichereinheit und digitale Ein- und Ausgänge aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung die Summe aller induzierten Spannungen aller Messspulen mit der Summe der induzierten Spannungen einer vordefinierten Anzahl an Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung zu vergleichen, um daraus die zweite Abweichung zu bestimmen.
Hierdurch kann die zweite Auswertung Fehlertoleranter gestaltet werden, da eine größere Anzahl an induzierten Spannungen verglichen wird und somit der Mittelwert bzw. der Mittelwert einer vordefinierten Anzahl an Messspulen. Somit können
Fremdkörper verlässlicher erkannt werden, ohne dass zu viele Falscherkennungen stattfinden. Ferner kann auch eine Gruppe von Messspulen (Mittelwerte oder Summen) miteinander verglichen werden, um die zweite Abweichung festzustellen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der ersten Auswertung und bei der zweiten Auswertung jeweils ein Verhalten einer Messspule mit dem Verhalten der Messspule einer vorangegangenen Auswertung zu vergleichen und die erste und die zweite Abweichung zu bestimmen.
Das „Verhalten" ist ein Maß dafür, wie sich die induzierte Spannung einer bestimmten Messspule in Abhängigkeit des vorhandenen elektromagnetischen Felds und dessen Änderung ändert. Mit anderen Worten kann das Verhalten der Messspule durch eine Totzeit, ein Überschwingen oder eine Trägheit auf das elektromagnetische Feld beschrieben werden. Dieses Verhalten der Messspule kann sich mit einem im Bereich der Messspule befindlichen Fremdkörper ändern, sodass das Verhalten der Messspule aus einer vorhergehenden Messung mit dem Verhalten der Messspule der aktuellen Messung verglichen werden kann. Durch den Vergleich können wiederum Rückschlüsse auf einen etwaigen Fremdkörper im Bereich der Messspule gezogen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung gleiche oder ähnliche Messspulen der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung miteinander zu vergleichen und die zweite Abweichung zu bestimmen.
Sollte die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung eine Vielzahl an Messspulen aufweisen, kann die zweite Auswertung, also die relative Auswertung bzw. der Vergleich, auch auf die Messspulen mit einem gleichen oder ähnlichen Aufbau bzw.
Verhalten beschränkt werden. Hierdurch kann eine Umrechnung zwischen den verschiedenen eingesetzten Messspulentypen vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Fremdkörper im Bereich der Messspule ein metallisches oder ein biologisches Obj ekt .
Insbesondere beim induktiven Laden kann ein metallisches oder biologisches Objekt zwischen der Ladespule der Ladestation und der Ladespule des Fahrzeugs den Ladevorgang beeinflussen. Das metallische Objekt kann beispielsweise eine Schraube, ein Nagel, ein Werkzeug oder ein Spielzeug, wie z.B. ein Fahrrad, sein. Das biologische Objekt kann beispielsweise Laub, ein Ast oder ein Tier, wie z.B. eine Katze sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der vorhergehend und nachfolgend beschriebenen
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung . 1
Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein
Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug, oder beispielsweise um ein Fahrrad, insbesondere ein elektrisches Fahrrad. Die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann sich
vorzugsweise vor der Ladespule des Fahrzeugs befinden, also zwischen der Ladespule des Fahrzeugs und der Ladespule der Ladestation.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladestation mit der vorhergehend und nachfolgend beschriebenen
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung .
Die beschriebene Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann nicht nur in dem Fahrzeug eingesetzt werden, sondern auch in der Ladestation. Vorteilhafter Weise findet sich die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung vor der Ladespule der Ladestation, also zwischen der Ladespule des Fahrzeugs und der Ladespule der Ladestation. Hierdurch können die Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung das
elektromagnetische Feld erfassen und Rückschlüsse auf etwaige Fremdkörper im Bereich der Messspule und somit im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung ziehen .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein
Fremdkörpererkennungssystem für ein Fahrzeug. Das
Fremdkörpererkennungssystem weist eine erste Ladespule zur Energieübertragung, eine zweite Ladespule zur
Energieübertragung und die vorhergehend und nachfolgend beschriebene Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung auf. Die erste Ladespule ist mit der zweiten Ladespule über ein elektromagnetisches Feld gekoppelt und die erste Ladespule ist dazu eingerichtet, elektrische und/oder magnetische Energie an die zweite Ladespule zu übertragen. Die Steuereinheit der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung ist dazu
eingerichtet, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule zu unterbrechen, wenn die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung auf den Fremdkörper schließt. Des Weiteren kann eine Anpassung der Leistung der Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule zu einer (prozentualen) entsprechenden Änderung der induzierten Spannung in einer der Messspulen führen. Ferner sollten sich alle Messspulen in der Art und Weise verhalten, dass eine Steigerung der Leistung der Energieübertragung zu einem Anstieg der induzierten Spannungen in allen Messspulen führt. Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung wird
vorzugsweise zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule angeordnet, sodass das elektromagnetische Feld eine Spannung in wenigstens eine Messspule der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung induziert. Wenn wenigstens eine der Messspulen eine zu große Abweichung gegenüber dem jeweiligen Erwartungswert und/oder eine zu große Abweichung zu einer anderen Messspule aufweist, kann das Steuergerät die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule des Fremdkörpererkennungssystems unterbrechen.
Alternativ oder zusätzlich kann die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung des
Fremdkörpererkennungssystems Informationen über die abgegebene und die empfangene Energie der ersten Ladespule bzw. der zweiten Ladespule erhalten. Somit kann der Erwartungswert der ersten Auswertung präziser vorhergesagt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule schrittweise zu erhöhen oder hochzurampen .
Die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule kann stufenweise erfolgen. Mit anderen Worten kann die Leistung der Energieübertragung stufenweise angehoben bzw. verändert werden. Ferner kann die Leistung der
Energieübertragung zwischenzeitlich konstant gehalten werden, um anschließend wieder anzusteigen bzw. abzufallen. Bei einer Energieübertragung mit konstanter Leistung, kann die induzierte Spannung der ersten Auswertung mit der induzierten Spannung der zweiten Auswertung verglichen oder angepasst werden.
Insbesondere kann bei einer Energieübertragung mit konstanter Leistung der Erwartungswert mit einer Referenz abgeglichen werden, sodass eine Zwischenkalibrierung der ersten und der zweiten Auswertung erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Messspulen der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung zu kalibrieren, wenn die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule eine vordefinierte Leistung erreicht oder übersteigt. Durch das Kalibrieren werden alle induzierten Spannungen aller Messspulen der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung auf einen
Referenzwert gesetzt.
Durch die Kalibrierung kann sichergestellt werden, dass die erste Abweichung und die zweite Abweichung bzw. die erste Auswertung und die zweite Auswertung nicht über die Zeit wegdriften. Es sei angemerkt, dass die Kalibrierung vorzugsweise ab einer vordefinierten und konstanten Leistung der Energieübertragung ausgeführt wird, somit können Störeinflüsse auf die Kalibrierung in den Messspulen minimiert werden. Alternativ oder zusätzlich können auch die induzierten Spannungen auf den Mittelwert der induzierten Spannungen gesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die in die zweite Ladespule induzierten Energie mit der abgegebenen Energie der ersten Ladespule zu vergleichen. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule zu unterbrechen, wenn das Verhältnis zwischen induzierter Leistung und abgegebener Leistung einen
vordefinierten Schwellwert unterschreitet oder überschreitet. Diese Abweichung kann absolut, relativ oder Prozentual beurteilt werden. Die Auswertung der abgegebenen Energie zu der empfangenen Energie kann zusätzlich zu der ersten Auswertung und der zweiten Auswertung durchgeführt werden, um die Fremdkörpererkennung des Fremdkörpererkennungssystems weiter zu verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jede Ladespule eine eigene
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung aufweisen.
Vorteilhafterweise können in diesem Fall die Messspulen der ersten Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung und die korrespondierenden oder passenden Messspulen der zweiten Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung miteinander
verglichen werden. Diese sollten dasselbe Verhalten zeigen, sich also gleich Verhalten. Mit anderen Worten sollte die Änderung der induzierten Spannungen gleich oder ähnlich sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung für eine
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung . Das Verfahren weist Folgende Schritte auf:
- Erfassen von induzierten Spannungen durch wenigstens zwei Messspulen; - Vergleichen der induzierten Spannungen mit jeweils einem vordefinierten Erwartungswert und bestimmen einer ersten Abweichung;
- Vergleichen der induzierten Spannungen untereinander und bestimmen einer zweiten Abweichung;
- Entscheiden, dass sich ein Fremdkörper im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung befindet, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten
vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet oder überschreitet;
- Unterbrechen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Ladespule und einer zweiten Ladespule, wenn sich ein Fremdkörper im Bereich der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung befindet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit einer
Ladeabbruchsteuerungseinrichtung ausgeführt wird, die
Ladeabbruchsteuerungseinrichtung anleitet, das oben und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein
computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, welches die Steuereinheit einer
Ladeabbruchsteuerungseinrichtung anleitet, das oben und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figuren. Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung der Figuren gleiche Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines
Fremdkörpererkennungssystems inklusive Fahrzeug und Ladestation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Fremdkörpererkennungssystems inklusive Fahrzeug und Ladestation gemäß weiteren einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur
Fremdkörpererkennung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10. Diese
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 weist einen erste Messspule 21, eine zweite Messspule 22 und eine Steuereinheit 11 auf. Die erste und die zweite Messspule 21, 22 sind dazu eingerichtet, eine induzierte Spannung zu erfassen bzw. diese zu messen. Diese korreliert mit einem zu messenden
elektromagnetischen Feld. Die erfassten Spannungen der
Messspulen 21, 22 können durch die Steuereinheit 11 ausgewertet werden. Die Steuereinheit 11 kann hierbei wenigstens eine erste und eine zweite Auswertung durchführen. In der ersten Auswertung kann jede der Messspulen 21, 22 einzeln ausgewertet werden, die induzierte Spannung kann mit einem vordefinierten Erwartungswert verglichen werden. Also eine absolute Auswertung. Die zweite Auswertung kann die induzierten Spannungen der Messspulen 21, 22 untereinander vergleichen, also relativ zueinander.
Beispielsweise durch die Bildung eines Mittelwertes, welcher mit einem Erwartungswert verglichen wird oder durch Ermittlung der Differenz zwischen den induzierten Spannungen. Alternativ oder zusätzlich können die induzierten Spannungen der Messspulen 21, 22 auch ins Verhältnis gesetzt werden, um eine prozentuale Abweichung zu bestimmen.
Bei der ersten und der zweiten Auswertung kann die Steuereinheit 11 jeweils eine Abweichung bestimmen. Beispielsweise kann bei der ersten Auswertung die Steuereinheit 11 die Differenz zwischen der induzierten Spannung und einem jeweiligen Erwartungswert bestimmen. Bei der zweiten Auswertung kann die Steuereinheit 11 beispielsweise die Differenz zwischen den beiden erfassten induzierten Spannungen als Abweichung bestimmen. Ferner kann die Steuereinheit 11 bei der zweiten Abweichung auch den Mittelwert der induzierten Spannungen mit einem vordefinierten
Erwartungswert vergleichen. Ferner kann die Abweichung der zweiten Auswertung auch das Verhältnis zwischen den induzierten Spannungen sein. Des Weiteren kann die Steuereinheit 11 auch die Summe aller induzierter Spannungen mit einer vordefinierten Anzahl an induzierten Spannungen vergleichen und daraus die Abweichung bestimmen.
Alternativ oder zusätzlich könne auch nur gleiche oder ähnliche Messspulen 21, 22 miteinander verglichen werden. Insbesondere wenn die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 eine Vielzahl von Messspulen 21, 22 mit unterschiedlicher Größe, Anzahl an Wicklungen, Widerstand, Material und/oder
geometrischer Gestaltung aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 11 auch ein Verhalten der Messspule 21, 22, beispielsweise den Zeitverlauf, die Trägheit oder die Totzeit der Messspule 21, 22, mit dem Verhalten derselben Messspule 21, 22 bei einer vorangegangenen Messung vergleichen . Typischerweise, sollten sich die Messspulen zwischen einzelnen Messungen nicht signifikant verändern, sodass das Verhalten einer Messspule 21, 22 in einem bestimmen elektromagnetischen Feld über die Zeit gleich sein sollte. Verändert sich dieses Verhalten, kann auf einen Fremdkörper in dem Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 geschlossen werden.
Die Steuereinheit 11 der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 kann auf einen
Fremdkörper im Bereich der Messspule 21, 22 schließen, wenn die erste Abweichung und/oder die zweite Abweichung jeweils einen eigenen vorbestimmen Schwellwert überschreitet. Ferner kann die erste und die zweite Auswertung unterschiedlich gewichtet werden, sodass die erste oder die zweite Auswertung stärker in die Bestimmung des Fremdkörpers eingeht. Die Gewichtung kann durch eine feste Verteilung erfolgen, z.B. 50% zu 50%, oder aber auch abhängig von dem einem jeweiligen Betriebspunkt einer Ladestation. Insbesondere bei geringen oder hohen Leistung der Energieübertragung kann die erste Auswertung gegenüber der zweiten Auswertung bevorzugt werden, oder umgekehrt. Auch kann die erste oder die zweite Auswertung bei einer dynamischen Änderung der Leistung der Energieübertragung vorteilhafter sein. Durch die Gewichtung der ersten oder der zweiten Auswertung können Fehler bei der Fremdkörpererkennung reduziert werden bzw. können Fremdkörper im Bereich der Messspule 21, 22 zuverlässiger erkannt werden. Da für jeden Betriebspunkt die passende Gewichtung zwischen der ersten und der zweiten Auswertung gewählt bzw. angepasst werden kann (absolut und/oder relativ).
Fig. 2 zeigt eine Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 mit einer Vielzahl an Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26. Diese Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 können nebeneinander, umeinander, übereinander und/oder hintereinander angeordnet sein. Alle Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 können einzeln gegenüber einem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert ausgewertet werden (absolut), jedoch können die Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 auch relativ zueinander ausgewertet werden, mittels der zweiten Auswertung. Ferner zeigt Fig. 2 einen Fremdkörper 50, welcher durch die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 als ein
Fremdkörper 50 erkannt wurde. Der Boden 60 wird in Fig. 2 durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Die in Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Auswertungen und Bestimmungen der Abweichungen können ebenfalls durch die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 aus Fig. 2 angewandt werden. Die Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 können identisch aber auch unterschiedlich ausgeführt sein.
Fig. 3 zeigt ein Fremdkörpererkennungssystem 1. Das
Fremdkörpererkennungssystem 1 weist eine erste Ladespule 41, eine zweite Ladespule 31 und die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 auf. Ferner ist in Fig. 3 ein Fahrzeug 30, welches die zweite Ladespule 31 aufweist, und eine Ladestation 40, welche die erste Ladespule 41 aufweist, dargestellt. Des Weiteren befindet sich ein Fremdkörper 50 bzw. ein Objekt 50 in dem Bereich des Fremdkörpererkennungssystems 1. Zwischen der ersten Ladespule 41 und der zweiten Ladespule 31 kann ein elektromagnetisches Feld bestehen, sodass ein
Energieaustausch zwischen den beiden Ladespulen 31, 41 stattfinden kann. Dieser Energieaustausch wird in Fig. 3 durch die drei übereinander angeordneten Viertelkreise angedeutet. Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 mit den Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 kann hierbei in dem elektromagnetischen Feld angeordnet sein. In Fig. 3 ist die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 in dem Fahrzeugs 30 angeordnet.
Das Fremdkörpererkennungssystem 1 kann die Energieübertragung bzw. die Leistung der Energieübertragung, also das
elektromagnetische Feld, schrittweise erhöhen. Alternativ kann das Fremdkörpererkennungssystem 1 die Energieübertragung durch eine Rampe hochfahren. Bei einem erfassten Fremdkörper 50 kann das Fremdkörpererkennungssystem 1 die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule 41 und der zweiten Ladespule 31 unterbrechen bzw. stoppen.
Die Steuereinheit 11 des Fremdkörpererkennungssystems 1 kann ferner die abgegebene Leistung der ersten Ladespule 41 mit der empfangenen Leistung der zweiten Ladespule 31 vergleichen. Weicht das Verhältnis zwischen abgegebener Leistung zu empfangenen Leistung um mehr als einen vordefinierten
Schwellwert ab, so kann auch auf den Fremdkörper 50 geschlossen werden und die Energieübertragung kann unterbrochen werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei einer schrittweisen Erhöhung der Energieübertragung, die Energie für einen vorbestimme Zeitspanne konstant gehalten werden und bei der konstanten Energieübertragung kann die erste Abweichung der ersten
Auswertung mit der zweiten Abweichung der zweiten Auswertung verglichen werden und gegebenenfalls abgestimmt werden. Mit anderen Worten, können bei vordefinierten konstanten
Betriebspunkten des Fremdkörpererkennungssystems 1 die relative Auswertung und die absolute Auswertung abgeglichen werden bzw. auch mit einem Referenzwert verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich können die Messspulen der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 kalibriert werden. Hierzu kann bei einer konstanten vordefinierten Leistung zwischen der ersten Ladespule 41 und der zweiten Ladespule 31 die induzierte Spannung der Messspulen auf einen Referenzwert gesetzt werden. Die Leistung kann beispielsweise 90% der maximal übertragbaren Leistung sein. Im Unterschied zu Fig. 3 zeigt Fig. 4 ein
Fremdkörpererkennungssystem 1, bei welchem die
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 in der Ladestation 40 angeordnet ist. In Fig. 5 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur
Fremdkörpererkennung dargestellt. In Schritt Sl erfolgt das Erfassen der induzierten Spannungen durch wenigstens zwei Messspulen. Darauf folgt in Schritt S2 ein Vergleichen der induzierten Spannungen mit einem vordefinierten Erwartungswert und bestimmen einer ersten Abweichung zu diesem Erwartungswert. In Schritt S3 erfolgt das Vergleichen der induzierten Spannungen untereinander und bestimmen einer zweiten Abweichung hieraus. Wenn die erste Abweichung und/oder die zweite Abweichung einen vordefinierten Schwellwert überschreitet und/oder
unterschreitet, wird in Schritt S4 entschieden ob sich ein Fremdkörper im Bereich der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung befindet. Eine Unterbrechung einer Energieübertragung zwischen einer ersten Ladespule und einer zweiten Ladespule erfolgt in Schritt S5, wenn ein Fremdkörper erkannt wurde bzw. wenn auf einen Fremdkörper geschlossen wurde.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) mit
Fremdkörpererkennung, aufweisend :
- wenigstens zwei Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zum
Erfassen jeweils einer induzierten Spannung; und
- eine Steuereinheit (11);
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, eine erste Auswertung durchzuführen,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, bei der ersten Auswertung die induzierten Spannungen mit jeweils einem entsprechenden vordefinierten Erwartungswert zu vergleichen und eine erste Abweichung zwischen der erfassten induzierten Spannung und dem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert zu bestimmen,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, eine zweite Auswertung durchzuführen,
wobei die Steuereinheit (11) ferner dazu eingerichtet ist, bei der zweiten Auswertung die induzierten Spannungen
miteinander zu vergleichen und eine zweite Abweichung zwischen den induzierten Spannungen zu bestimmen,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, auf einen Fremdkörper (50) im Bereich der Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zu schließen, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet und/oder
überschreitet, und
wobei die Steuereinheit (11) ferner dazu eingerichtet ist, die Abweichung der ersten Auswertung und die Abweichung der zweiten Auswertung abhängig von einem Betriebspunkt einer Ladestation (40) zu gewichten.
2. Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) gemäß Anspruch 1,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, bei der zweiten Auswertung die Summe aller induzierten Spannungen aller Messspulen mit der Summe der induzierten Spannungen einer vordefinierten Anzahl an Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) zu vergleichen, um daraus die zweite Abweichung zu bestimmen. 3. Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) gemäß
Anspruch 1 und 2,
wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, bei der ersten Auswertung und bei der zweiten Auswertung jeweils ein
Verhalten einer Messspule (21, 22, 23, 24, 25, 26) mit dem Verhalten der Messspule (21, 22, 23, 24, 25, 26) einer vorangegangenen Auswertung zu vergleichen und die erste und die zweite Abweichung zu bestimmen.
4. Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, bei der zweiten Auswertung gleiche und/oder ähnliche Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) miteinander zu vergleichen und die zweite Abweichung zu bestimmen.
5. Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Fremdkörper (50) ein metallisches und/oder biologisches Objekt ist.
6. Fahrzeug (30) mit der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
7. Ladestation (40) mit der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
8. Fremdkörpererkennungssystem (1) für ein Fahrzeug (30), aufweisend :
- eine erste Ladespule (41) zur Energieübertragung;
- eine zweite Ladespule (31) zur Energieübertragung; und - die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 - 5;
wobei die erste Ladespule (41) mit der zweiten Ladespule
(31) über ein elektromagnetisches Feld gekoppelt ist und wobei die erste Ladespule (41) dazu eingerichtet ist, elektrische und/oder magnetische Energie an die zweite Ladespule (31) zu übertragen,
wobei die Steuereinheit (11) der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) dazu
eingerichtet ist, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule (41) und der zweiten Ladespule (31) zu unterbrechen, wenn die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) auf den
Fremdkörper (50) schließt.
9. Fremdkörpererkennungssystem (1) gemäß Anspruch 8,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, die
Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule (41) und der zweiten Ladespule (31) schrittweise zu erhöhen und/oder hochzurampen .
10. Fremdkörpererkennungssystem (1) gemäß Anspruch 8 und 9, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, die
Messspulen (21, 22) der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) zu kalibrieren, wenn die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule (41) und der zweiten Ladespule (31) eine vordefinierte Leistung erreicht und/oder übersteigt,
wobei durch das Kalibrieren alle induzierten Spannungen aller Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) auf einen Referenzwert gesetzt werden.
11. Fremdkörpererkennungssystem (1) gemäß einem der
Ansprüche 8 - 10,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, die in die zweite Ladespule (31) induzierte Energie mit der abgegebenen Leistung der ersten Energie (41) zu vergleichen,
wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule (41) und der zweiten Ladespule (31) zu unterbrechen, wenn das Verhältnis zwischen induzierter Leistung und abgegebener Leistung einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet und/oder
überschreitet . 12. Verfahren zur Fremdkörpererkennung für eine
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung, die Schritte aufweisend :
- Erfassen (Sl) von induzierten Spannungen durch wenigstens zwei Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26);
- Vergleichen (S2) der induzierten Spannungen mit jeweils einem vordefinierten Erwartungswert und bestimmen einer ersten Abweichung;
- Vergleichen (S3) der induzierten Spannungen untereinander und bestimmen einer zweiten Abweichung; - Entscheiden (S4), dass sich ein Fremdkörper (50) im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) befindet, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet und/oder überschreitet;
- Unterbrechen (S5) einer Energieübertragung zwischen einer ersten Ladespule (41) und einer zweiten Ladespule (31) , wenn sich ein Fremdkörper im Bereich der
Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 befindet.
13. Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit eines Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung ausgeführt wird, das Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung anleitet, das
Verfahren gemäß Anspruch 12 durchzuführen.
14. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gemäß Anspruch 13 gespeichert ist.
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