WO2020058060A1 - Verfahren und vorrichtung zur lebendobjekterkennung bei induktiven ladevorrichtungen - Google Patents

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living object
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Michael Kausche
Anselm Schwarte
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for detecting living objects in inductive charging devices.
  • a conventional inductive charging device as a device for energy transmission has a floor module, a vehicle module and a wall box.
  • the wall box attached to a wall feeds an AC input current into a transmitter coil located in the floor module via a high-voltage line, which thereby generates an electromagnetic field.
  • Part of the energy of the electromagnetic field generated in the transmitter coil is transmitted to a receiver coil located in the vehicle module, which in turn generates an electromagnetic field with a corresponding output alternating current.
  • the transmitter coil and the receiver coil are referred to as resonator coils, which are arranged in so-called resonators.
  • a rectifier is arranged in the vehicle, which rectifies the AC output current and feeds it to a DC voltage charging device for charging a vehicle battery.
  • the energy transmitted electromagnetically when inductively charging e-cars or hybrid vehicles has values in the order of 85 kHz and 11 kW.
  • the high transmission power in the air gap creates a strong alternating electromagnetic field (several mT), which is potentially harmful to health (including carcinogenic and fertility-damaging).
  • the radiation for humans is therefore limited, for example in the ICNIRP 1998 standard (Table 7) for the inductive charging application to 6.25 mT.
  • the space around or under the vehicle in which this limit value is exceeded must be monitored and a reaction triggered, for example a reduction or shutdown the transmission power.
  • the monitoring must usually take place below the vehicle outline.
  • groups of HF sensor modules can be attached to the floor module, with the aid of which the vehicle underbody area and beyond can be monitored.
  • the vehicle underbody poses an extreme challenge due to the complex reflection theme and high backscatter cross sections.
  • there are considerable environmental influences (snow, ice, rain, covers of all kinds, for example wet leaves, etc.) must be taken into account.
  • the living objects that can be safely detected often have extremely small radar signatures and can possibly move very slowly (for example, a sleeping cat).
  • regulatory requirements and customer requirements must be observed, which require a quick shutdown or power reduction of the energy transmission system in the event of an event.
  • the perimeter area around a base plate of the energy transmission system up to the outer edge of the vehicle underbody and beyond represents a particular challenge in order to ensure reliable detection of living objects on the one hand and to limit the number of incorrect detections on the other hand. That is why there are high demands on selectivity in the perimeter range and adaptability to specific situations. To make matters worse, the geometric dimensions of the detection area are highly variable. While low charging capacities, good vehicle positioning and low vehicle heights create relatively compact and symmetrical magnetic fields, high charging capacities, poor positioning and large ground clearances can cause significantly increased, asymmetrical limits.
  • the present invention is based on the object of providing a method and a device for detecting living objects in inductive charging devices which switch off the inductive charging device as little as possible but as often as necessary as a result of a living object detection.
  • a first aspect of the invention relates to a method for living object detection in inductive charging devices, wherein the inductive charging device has a resonator coil that is configured to generate an electromagnetic field and a plurality of living object sensors that are configured to detect a living object.
  • the method has steps for determining a critical magnetic field limit of the electromagnetic field by means of magnetic field limit sensors, the critical magnetic field limit being defined in that a magnetic field strength outside the critical magnetic field limit falls below a limit value; and for detecting a living object within the specific critical magnetic field limit of the electromagnetic field by the living object sensors.
  • the real-time or online determination of the actually existing, critical magnetic field limit enables an increased selectivity to be displayed in the detection of living objects.
  • the net effect of the procedure described is that the power transmission to the resonator coil is only switched off if this is really necessary due to a living object. The transmitted energy is thus maximized, whereby, for example, long vehicle ranges can be achieved.
  • the method further includes a step of using a three-dimensional magnetic field model in the step of determining the critical magnetic field boundary.
  • the magnetic field model is formed in advance, more preferably offline, by a step for acquiring three-dimensional coordinates of the critical magnetic field boundary under various operating conditions by means of an external magnetic field probe and at certain values that are detected by the magnetic field limit sensors.
  • the various operating conditions can be a transmitted power, an orientation of the vehicle to the floor module or a height distance between the vehicle and the floor module.
  • the method preferably also has steps for determining at least one geometric solid, which is defined by at least one geometry parameter and envelops the detected three-dimensional coordinates of the critical magnetic field boundary; and for determining the magnetic field model as a function of the at least one geometry parameter of the volume body as a function of various values that are detected by the magnetic field limit sensors.
  • the geometric solid can be an ellipsoid, a cylinder, or a spherical shape.
  • the method preferably also has steps for segmenting the detected three-dimensional, critical magnetic field boundary by means of different geometric solid bodies, which are each determined by at least one geometry parameter and envelop the detected three-dimensional coordinates of the critical magnetic field boundary; and for determining the magnetic field model as a function of the geometry parameters of the different solid bodies as a function of different values that are detected by the magnetic field limit sensors.
  • the geometry parameter can be a length, a width, a height, an angle, a radius or a volume of the geometric solid.
  • the magnetic field model is preferably stored in a memory of a control device of the inductive charging device in advance and is called up during the step for determining the critical magnetic field limit, or it is made available via a network (online).
  • a second aspect of the invention relates to a live object detection device for an inductive charging device, the inductive charging device having a resonator coil configured to generate an electromagnetic field and a plurality of living object sensors configured to detect a living object .
  • the device has magnetic field limit sensors for determining a critical magnetic field limit of the electromagnetic field, the critical magnetic field limit being defined in that a magnetic field strength outside the critical magnetic field limit falls below a limit value.
  • the device also has the living object sensors for detecting the living object within the determined critical magnetic field limit of the electromagnetic field.
  • the magnetic field limit sensors are preferably arranged radially between the resonator coil and the living object sensors in a plan view of the resonator coil.
  • the magnetic field limit sensors are preferably (inductive) coils and / or the living object sensors are radar sensors.
  • the resonator coil, the living object sensors and the magnetic field limit sensors are preferably integrated in a resonator module, so that a compact device is created.
  • the inductive charging device is configured to charge an electric vehicle to carry people or loads.
  • Figure 1 shows schematically a device for energy transmission according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows schematically a top view of an inductive charging device
  • Figure 3 shows schematically a top view of an inductive charging device, wherein three different critical magnetic field limits are shown in three different positions of a vehicle above a floor module;
  • Figure 4 shows schematically a top view of an inductive charging device, wherein three different critical magnetic field limits at three different magnetic field strengths are Darge;
  • Figure 5 shows schematically a top view of an inductive charging device, wherein three different critical magnetic field limits are shown at three different height distances between a vehicle floor and a floor module;
  • FIG. 6 shows four different exemplary embodiments of an arrangement of magnetic field limit sensors in a floor module
  • FIG. 7 shows a flowchart of the method according to an exemplary embodiment using a magnetic field model
  • FIG. 8 schematically shows a segmentation of a detected three-dimensional, critical magnetic field boundary by means of different geometric solid bodies in the method according to FIG. 7.
  • Fig. 1 shows schematically a device for energy transmission according to an embodiment of the present invention in the form of an inductive charging device for an electric vehicle for the transportation of people or loads.
  • the inductive charging device has a floor module 101, a vehicle module 102 and a wall box 105.
  • the wall box 105 attached to a wall feeds an input alternating current into a resonator coil (transmitter coil) located in the floor module 101 via a high-voltage line 106, which thereby generates an electromagnetic field .
  • a portion of the energy of the electromagnetic field generated in the transmitter coil is transferred to the vehicle module 102 located resonator coil (receiver coil), which in turn generates an electromagnetic field with a corresponding output alternating current.
  • a rectifier is arranged in the vehicle, which rectifies the AC output current and feeds it to a DC voltage charging device for charging a vehicle battery.
  • the transmitter coil and the receiver coil are each referred to as a resonator coil and are arranged in corresponding resonators 103, 104 of the floor module 101 and of the vehicle module 102.
  • the resonator coils each form a current-carrying line, which are usually formed by strands.
  • FIG. 2 schematically shows a top view of an inductive charging device in the form of the floor module 101.
  • a living object sensor 2 in the form of a radar sensor is installed in each of the four corners of the floor module 101.
  • Reference numeral 9 denotes a vehicle outline of a vehicle that is parked above the floor module 101 for charging.
  • Reference numeral 3 denotes a critical magnetic field limit of the electromagnetic field generated by the resonator coil.
  • the critical magnetic field limit 3 is defined in that a magnetic field strength outside the critical magnetic field limit 3 falls below a predetermined limit value.
  • the critical magnetic field limit 3 has no constant shape and size, but changes significantly depending on the operating conditions.
  • FIG. 3 schematically shows a top view of the inductive charging device, three different critical magnetic field limits 3 being shown at three different positions of the vehicle above the floor module 101. Poor positioning of the vehicle tends to lead to distorted and enlarged critical magnetic field boundaries 3.
  • FIG. 4 schematically shows a top view of the inductive charging device, with three different critical magnetic field devices. limits 3 are shown at three different magnetic field strengths. Increasing the charging power usually also leads to increased, critical magnetic field limits 3.
  • FIG. 5 schematically shows a top view of the inductive charging device, three different critical magnetic field limits 3 being shown at three different height distances between a vehicle floor and the floor module 101. In contrast, a vehicle lying lower will in most cases lead to a reduction in the critical magnetic field limits 3.
  • a living object that is located at a certain point can be within the critical magnetic field limit 3 at times and sometimes outside of it.
  • the only portable option is to interrupt the power transmission to switch off the magnetic field. The consequence would be an incompletely charged battery and the reduced vehicle range. It is therefore desirable to determine the current, critical magnetic field limits 3 in order to ensure maximum power transmission.
  • the concept presented below is based on a combination of the sensor signals of a plurality of living object sensors 2 with additional magnetic field limit sensors 4 for determining local magnetic field strengths or for measuring the magnetic field.
  • FIG. 6 shows four different exemplary embodiments of an arrangement of magnetic field limit sensors 4 in a floor module 101. All sensors 2, 4 are integrated in the floor module 101.
  • the magnetic field limit sensors 4 preferably operate on the induction principle, and they can be designed as simple and therefore inexpensive coils with one or more turns. Their number, size, shape and arrangement should be matched to the topology of the system under consideration.
  • exemplary embodiments for circular primary coil concepts are presented.
  • a plurality of, for example, six magnetic field limit sensors 4 are arranged in a rotationally and mirror-symmetrical manner radially outside a resonator coil 1.
  • a central magnetic field limit sensor 4 is arranged in the center of the resonator coil 1.
  • the outer six magnetic field limit sensors 4 are arranged radially between the resonator coil 1 and the living object sensors 2, one of which is located in one of the four corners of the base module 101.
  • a plurality of, for example, four magnetic field limit sensors 4 are arranged rotationally and mirror-symmetrically radially inside the resonator coil 1.
  • the resonator coil 1 is arranged radially between the magnetic field limit sensors 4 and the living object sensors 2, one of which is located in one of the four corners of the floor module 101.
  • a plurality of, for example, six magnetic field limit sensors 4 are arranged in a rotationally and mirror-symmetrical manner radially outside a resonator coil 1.
  • a central magnetic field limit sensor 4 is arranged in the center of the resonator coil 1.
  • the outer six magnetic field limit sensors 4 are arranged radially between the resonator coil 1 and the living object sensors 2, one of which is located in one of the four corners of the base module 101.
  • a plurality of, for example, four magnetic field limit sensors 4 are arranged rotationally and mirror-symmetrically radially inside the resonator coil 1.
  • the resonator coil 1 is arranged radially between the magnetic field limit sensors 4 and the living object sensors 2, one of which is located in one of the four corners of the floor module 101.
  • a coil axis of the four magnetic field limit sensors 4 is essentially each parallel to a corresponding side of the rectangular re sonator coil 1.
  • the number and the arrangement of the living object sensors 2 and the magnetic field limit sensors 4 can be optimized in a coupled manner.
  • the signals of the induction-based magnetic field limit sensors 4 represent a sine signal, the frequency of which is equal to the frequency of the primary magnetic field.
  • the amplitude of this signal is proportional to the mean local magnetic field strength. If flat (two-dimensional) coils are used, they can only measure an orthogonal magnetic field component.
  • the defined limit values are based on effective values that include all three spatial directions. There are several ways to work around this problem:
  • the system should be able not only to determine the local magnetic field values, but also to infer values that lie far outside the physical limits of the floor module 101 (cf. FIGS. 2 and 3 to 5). Modeling is therefore advisable.
  • the basis for the model formation can be a comprehensive determination of the three-dimensional critical magnetic field boundary 3 under all relevant operating conditions.
  • FIG. 7 which comprises steps S1 to S5
  • a magnetic field model 5 is used.
  • the magnetic field model 5 is shown in steps S1 to S3 in advance, ie determined offline in area 7 of an offline analysis.
  • a step S1 three-dimensional coordinates of the critical magnetic field limit 3 are first recorded under various operating conditions by means of an external magnetic field probe (not shown) and at certain values which are recorded by the magnetic field limit sensors 4.
  • the different operating conditions may involve different charging powers, different orientations and / or positions of the vehicle above the floor module 101, different height distances of the
  • the operating states can be those which have already been explained in FIGS. 3 to 5.
  • the external magnetic field probe (not shown) is positioned in such a way that it measures precisely at the current critical magnetic field limit 3 and thus indirectly determines its 3D coordinates. As a result, a complex 3D surface of the critical magnetic field limit 3 for the corresponding operating states is obtained in step S1.
  • a step S2 at least one geometric solid 6 is determined, which is defined by at least one geometry parameter x and which envelops the detected three-dimensional coordinates of the critical magnetic field boundary 3.
  • the geometric solid 6 can be, for example, an ellipsoid, a cylinder or a spherical surface, and the geometry parameter x can be a radius, a base area, a volume and / or an axial length of the ellipsoid, the cylinder or the spherical surface.
  • the geometric solid 6 is selected such that on the one hand it envelops the detected three-dimensional coordinates of the critical magnetic field boundary 3, but on the other hand it is as small as possible.
  • the geometric solid 6 can therefore be approximated to the critical magnetic field limit 3 by an approximation method.
  • the magnetic field model 5 becomes a function f of the at least one geometry parameter x of the solid 6 determined depending on various values that are detected by the magnetic field limit sensors 4.
  • x f (detected values of the magnetic field limit sensors 4).
  • a step S4 the critical magnetic field limit 3 of the electromagnetic field is finally determined using the magnetic field model 5 determined in this way and by the actually measured values of the magnetic field limit sensors 4.
  • a living object is present within the determined, critical magnetic field limit 3 of the electromagnetic field by the living object sensors 2. If the living object is detected within the specific critical magnetic field limit 3 of the electromagnetic field by the living object sensors 2, either the resonator coil 1 can be switched off or its power can be reduced.
  • steps S4 and S5 are carried out online, i.e. in area 8 of an online application.
  • FIG. 8 shows schematically in another exemplary embodiment a segmentation of the detected three-dimensional, critical magnetic field boundary 3 by six different geometric volume bodies 6i to 6e in the method according to FIG. 7.
  • FIG. 8 shows an example of a segmented cylinder together with hypothetical measurement data.
  • Segmentation of the 3D space into various adjacent segments 6i with i l..n, which represent simple geometric shapes.
  • the individual parameters Xi of these shapes 6i can then be described as functions of the signals of the internal magnetic field limit sensors 4 (see FIG. 7, blocks 2 and 3). Even in this
  • the exemplary defined overall form of all segments 6i lying next to one another always represents an envelope of the three-dimensional measuring points for a specific operating state. The following equation applies:
  • Steps S1 to S3 in the area of offline analysis 7 can also be omitted if either no magnetic field model 5 is used or the magnetic field model 5 already exists. If no magnetic field model 5 is used, the critical magnetic field limit 3 of the electro-magnetic field can also be detected directly by the magnetic field limit sensors 4, for example exclusively in area 8 of the online application.
  • the magnetic field model 5 can be stored in a memory of a controller of the inductive charging device 101 in advance and can be called up during the step for determining the critical magnetic field limit 3, or it can be via a network, i.e. online.
  • the transfer function of the internal magnetic field measurement to the critical magnetic field limit 3 can then be implemented on a control unit so that it can be evaluated (online) during operation.
  • the results of this evaluation are then linked to the signals from the living object primary sensor system (living object sensors 2) in order to make the final decision (switch off magnetic field yes / no).
  • the living object sensors 2 should be able to determine the position of the living object.
  • Various options are available. For example, a frequency modulated system (FMCW) can directly determine the distance to the sensors.
  • FMCW frequency modulated system
  • a constant frequency (CW) system does not have this capability; by using multiple
  • CW sensors can be indirectly concluded on the living object position via an evaluation of the individual signal intensities.
  • the connection of internal magnetic field limit sensors 4 and living object sensors 2 is not limited to the combination of induction coils and radar sensors. A combination of Hall effect-based magnetic field measurement and camera-based living object sensor technology would also be conceivable.
  • the net effect of the described procedure is that the power transmission is only switched off if this is really necessary due to a detected living object. In other words, the selectivity is increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lebendobjekterkennung bei induktiven Ladevorrichtungen, wobei die induktive Ladevorrichtung (101) eine Resonatorspule (1), die dazu konfiguriert ist, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, und eine Mehrzahl von Lebendobjektsensoren (2) aufweist, die dazu konfiguriert sind, ein Lebendobjekt zu erkennen. Das Verfahren hat Schritte zum Bestimmen einer kritischen Magnetfeldgrenze (3) des elektromagnetischen Feldes durch Magnetfeldgrenzsensoren (4), wobei die kritische Magnetfeldgrenze (3) dadurch definiert ist, dass eine magnetische Feldstärke außerhalb der kritischen Magnetfeldgrenze (3) einen Grenzwert unterschreitet; und zum Erkennen eines Lebendobjekts innerhalb der bestimmten, kritischen Magnetfeldgrenze (3) des elektromagnetischen Feldes durch die Lebendobjektsensoren (2).

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Lebendobjekterkennung bei in duktiven Ladevorrichtungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lebendobjekterkennung bei induktiven Lade vorrichtungen .
Eine herkömmliche induktive Ladevorrichtung als eine Vorrichtung zur Energieübertragung hat ein Bodenmodul, ein Fahrzeugmodul und eine Wandbox. Die an einer Wand angebrachte Wandbox speist über eine Hochspannungsleitung einen Eingangswechselstrom in eine sich im Bodenmodul befindliche Senderspule ein, die dadurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Ein Teil der Energie des in der Senderspule erzeugten elektromagnetischen Felds wird in eine sich im Fahrzeugmodul befindliche Empfängerspule übertragen, die dadurch wiederum ein elektromagnetisches Feld mit einem ent sprechenden Ausgangswechselstrom erzeugt. Die Senderspule und die Empfängerspule werden als Resonatorspulen bezeichnet, die in so genannte Resonatoren angeordnet sind. Im Fahrzeug ist ein Gleichrichter angeordnet, der den Ausgangswechselstrom gleichrichtet und einer Gleichspannungsladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugbatterie zuführt.
Die beim induktiven Laden von E-Autos bzw. Hybridfahrzeugen elektromagnetisch übertragene Energie hat zum Beispiel Werte in der Größenordnung von 85kHz und 11 kW. Durch die hohe Über tragungsleistung im Luftspalt entsteht ein starkes elektro magnetisches Wechselfeld (mehrere mT) , das potentiell ge sundheitsschädigend ist (u.a. krebserzeugend, fruchtbar- keitsschädigend) . Deshalb ist die Strahlung für Menschen be grenzt, zum Beispiel in der Norm ICNIRP 1998 (Tabelle 7) für den Anwendungsfall induktives Laden auf 6,25 mT .
Infolgedessen muss der Raum um bzw. unter dem Fahrzeug, in dem dieser Grenzwert überschritten wird, überwacht werden und eine Reaktion auslösen, zum Beispiel ein Reduzieren oder Abschalten der Übertragungsleistung. Die Überwachung muss meist unterhalb der Fahrzeugumrisse stattfinden. Hierzu können an dem Bodenmodul Gruppen von HF-Sensormodulen angebracht werden, mit deren Hilfe der Fahrzeugunterbodenbereich und darüber hinaus überwacht werden kann.
Der Fahrzeugunterboden stellt in Bezug auf Radarsensorik aufgrund der komplexen Reflexionsthematik und hoher Rück streuquerschnitte eine extreme Herausforderung dar. Hinzu kommt, dass aufgrund verschiedenen Anwendungsfälle erhebliche Um welteinflüsse (Schnee, Eis, Regen, Abdeckungen j eglicher Art zum Beispiel nasses Laub, etc.) mit berücksichtigt werden müssen. Zudem haben die sicher zu detektierenden Lebendobjekte oft extrem kleine Radarsignaturen und können sich ggf. sehr langsam bewegen (zum Beispiel eine schlafende Katze) . Andererseits sind re gulatorische Vorgaben und kundenseitige Anforderungen einzu halten, die eine schnelle Abschalt- oder Leistungsreduktion des Energieübertragungssystems im Ereignisfall erfordert.
Eine besondere Herausforderung stellt der Perimeterbereich um eine Bodenplatte des Energieübertragungssystems bis hin zur Fahrzeugunterboden-Außenkante und darüber hinaus dar, um eine sichere Detektion von Lebendobjekten einerseits zu gewährleisten und die Anzahl von Fehldetektionen andererseits begrenzt zu halten. Deshalb bestehen hohe Anforderungen an eine Trennschärfe im Perimeterbereich und eine Adaptierbarkeit auf spezifische Situationen. Erschwerend kommt hinzu, dass die geometrischen Maße des Detektionsbereichs hochgradig variabel sind. Während kleine Ladeleistungen, gute Fahrzeugpositionierungen und ge ringe Fahrzeughöhen verhältnismäßig kompakte und symmetrische Magnetfelder erzeugen, können hohe Ladeleistungen, schlechte Positionierungen und große Bodenfreiheiten signifikant ver größerte, asymmetrische Grenzen verursachen.
Im Rahmen der Entwicklung von induktiven Ladevorrichtungen wurde nach Lösungen gesucht, lebende Objekte im Bereich des Mag netfeldes der Bodeneinheit sicher zu erkennen, auf außerhalb dieses Bereiches befindliche Objekte jedoch nicht zu reagieren. Ein Ansatz ist, bewegliche Objekte mit Hochfrequenz-Sensoren zu detektieren. Aufgrund von möglichen Kundenvorgaben kann es erforderlich sein, die Sensorik für die Luftspaltüberwachung (Fahrzeugunterboden und definierter angrenzender Bereich) zur Gänze in einer Bodenplatte des Energieübertragungssystems zu verbauen. Erschwerend kommt hier hinzu, dass die Sensorik bei laufender Energieübertragung zuverlässig mit entsprechenden Anforderungen an Robustheit und Störsicherheit funktionieren muss. Es bestehen hohe Anforderungen an Trennschärfe im Pe rimeterbereich und Adaptierbarkeit auf spezifische Situationen (zum Beispiel Übertragungsleistung, Unterbodenhöhe, Fahr zeugtyp, etc . ) .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lebendobjekterkennung bei induktiven Ladevorrichtungen vorzusehen, die die induktive Ladevorrichtung infolge einer Lebendobjekterkennung so wenig wie möglich aber sooft wie erforderlich abschalten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lebendobjekterkennung bei induktiven Ladevorrichtungen, wobei die induktive Ladevorrichtung eine Resonatorspule, die dazu konfiguriert ist, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, und eine Mehrzahl von Lebendobj ektsensoren aufweist, die dazu konfiguriert sind, ein Lebendobjekt erkennen. Das Verfahren hat Schritte zum Bestimmen einer kritischen Magnetfeldgrenze des elektromagnetischen Feldes durch Magnetfeldgrenzsensoren, wobei die kritische Magnetfeldgrenze dadurch definiert ist, dass eine magnetische Feldstärke außerhalb der kritischen Magnetfeld grenze einen Grenzwert unterschreitet; und zum Erkennen eines Lebendobjekts innerhalb der bestimmten, kritischen Magnet feldgrenze des elektromagnetischen Feldes durch die Le bendobjektsensoren . Durch die Echtzeit bzw. Online-Bestimmung der tatsächlich vorhandenen, kritischen Magnetfeldgrenze kann eine erhöhte Trennschärfe bei der Lebendobjekterkennung dargestellt werden. Der Nettoeffekt der beschriebenen Vorgehensweise ist, dass die Leistungsübertragung zur Resonatorspule nur dann abgeschaltet wird, wenn dies aufgrund eines Lebendobjektes wirklich notwendig ist. Die übertragene Energie wird somit maximiert, wodurch bspw. hohe Fahrzeugreichweiten erzielt werden können.
Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren des Weiteren einen Schritt zum Verwenden eines dreidimensionalen Magnetfeldmodells bei dem Schritt zum Bestimmen der kritischen Magnetfeldgrenze. Das Magnetfeldmodell wird im Voraus , weiter bevorzugt offline, durch einen Schritt zum Erfassen von dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze unter verschiedenen Betriebsbe dingungen mittels einer externen Magnetfeldsonde und bei be stimmten Werten gebildet, die von den Magnetfeldgrenzsensoren erfasst werden. Bei den verschiedenen Betriebsbedingungen kann es sich um eine übertragene Leistung, eine Ausrichtung des Fahrzeugs zum Bodenmodul oder um einen Höhenabstand zwischen Fahrzeug und Bodenmodul handeln. Beim Erfassen der dreidi mensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze unter den verschiedenen Betriebsbedingungen mittels der externen Magnetfeldsonde und bei den bestimmten Werten von den Mag netfeldgrenzsensoren werden dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze erhalten.
Vorzugsweise hat das Verfahren des Weiteren Schritte zum Be stimmen zumindest eines geometrischen Volumenkörpers, der durch zumindest einen Geometrieparameter definiert wird und die erfassten dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Mag netfeldgrenze einhüllt; und zum Bestimmen des Magnetfeldmodells als Funktion des zumindest einen Geometrieparameters des Vo lumenkörpers in Abhängigkeit von verschiedenen Werten, die von den Magnetfeldgrenzsensoren erfasst werden. Bei den geomet rischen Volumenkörper kann es sich um ein Ellipsoid, einen Zylinder oder eine sphärische Form handeln. Vorzugsweise hat das Verfahren des Weiteren Schritte zum Segmentieren der erfassten dreidimensionalen, kritischen Magnetfeldgrenze durch verschiedene geometrische Volumenkörper, die jeweils durch zumindest einen Geometrieparameter bestimmt sind und die erfassten dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze einhüllen; und zum Bestimmen des Magnetfeldmodells als Funktion der Geometrieparameter der verschiedenen Volumenkörper in Abhängigkeit von verschiedenen Werten, die von den Magnetfeldgrenzsensoren erfasst werden. Bei dem Geometrieparameter kann es sich um eine Länge, eine Breite, eine Höhe, einen Winkel, einen Radius oder ein Volumen des geometrischen Volumenkörper handeln.
Vorzugsweise wird das Magnetfeldmodell in einen Speicher eines Steuergeräts der induktiven Ladevorrichtung im Voraus ge speichert und während des Schritts zum Bestimmen der kritischen Magnetfeldgrenze abgerufen wird, oder es wird über ein Netzwerk (online) zur Verfügung gestellt wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lebendobjekterkennung für eine induktive Ladevorrichtung, wobei die induktive Ladevorrichtung eine Resonatorspule, die dazu konfiguriert ist, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, und eine Mehrzahl von Lebendobj ektsensoren aufweist, die dazu konfiguriert sind, ein Lebendobjekt zu erkennen. Die Vorrichtung hat Magnetfeldgrenzsensoren zum Bestimmen einer kritischen Magnetfeldgrenze des elektromagnetischen Feldes, wobei die kritische Magnetfeldgrenze dadurch definiert ist, dass eine magnetische Feldstärke außerhalb der kritischen Magnetfeld grenze einen Grenzwert unterschreitet. Die Vorrichtung hat außerdem die Lebendobj ektsensoren zum Erkennen des Lebendobjekts innerhalb der bestimmten, kritischen Magnetfeldgrenze des elektromagnetischen Feldes.
Vorzugsweise sind in einer Draufsicht auf die Resonatorspule die Magnetfeldgrenzsensoren radial zwischen der Resonatorspule und den Lebendobj ektsensoren angeordnet. Vorzugsweise sind die Magnetfeldgrenzsensoren (induktive) Spulen und/oder die Lebendobj ektsensoren sind Radarsensoren.
Vorzugsweise sind die Resonatorspule, die Lebendobj ektsensoren und die Magnetfeldgrenzsensoren in einem Resonatormodul in tegriert, so dass eine kompakte Vorrichtung geschaffen wird.
Vorzugsweise ist die induktive Ladevorrichtung dazu konfigu riert, ein elektrisches Fahrzeug zur Personen- oder Lastbe förderung aufzuladen.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Er findungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer be vorzugten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Energieüber tragung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung;
Figur 2 zeigt schematisch eine Draufsicht einer induktiven LadeVorrichtung;
Figur 3 zeigt schematisch eine Draufsicht einer induktiven Ladevorrichtung, wobei drei verschiedene kritische Magnet feldgrenzen bei drei verschiedenen Positionen eines Fahrzeugs über einem Bodenmodul dargestellt sind; Figur 4 zeigt schematisch eine Draufsicht einer induktiven Ladevorrichtung, wobei drei verschiedene kritische Magnet feldgrenzen bei drei verschiedenen Magnetfeldstärken darge stellt sind;
Figur 5 zeigt schematisch eine Draufsicht einer induktiven Ladevorrichtung, wobei drei verschiedene kritische Magnet feldgrenzen bei drei verschiedenen Höhenabständen zwischen einem Fahrzeugboden und einem Bodenmodul dargestellt sind;
Figur 6 zeigt vier verschiedene Ausführungsbeispiele einer Anordnung von Magnetfeldgrenzsensoren in einem Bodenmodul;
Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Magnetfeldmodells; und
Figur 8 zeigt schematisch eine Segmentierung einer erfassten dreidimensionalen, kritischen Magnetfeldgrenze durch ver schiedene geometrische Volumenkörper bei dem Verfahren gemäß der Fig. 7.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Energieübertragung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Gestalt einer induktiven Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug zur Personen- oder Lastbeförderung. Die induktive Ladevorrichtung hat ein Bodenmodul 101, ein Fahrzeugmodul 102 und eine Wandbox 105. Die an einer Wand angebrachte Wandbox 105 speist über eine Hochspannungsleitung 106 einen Eingangswechselstrom in eine sich im Bodenmodul 101 befindliche Resonatorspule (Sen derspule) ein, die dadurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Ein Teil der Energie des in der Senderspule erzeugten elekt romagnetischen Felds wird in eine sich im Fahrzeugmodul 102 befindliche Resonatorspule (Empfängerspule) übertragen, die dadurch wiederum ein elektromagnetisches Feld mit einem ent sprechenden Ausgangswechselstrom erzeugt. Im Fahrzeug ist ein Gleichrichter angeordnet, der den Ausgangswechselstrom gleichrichtet und einer Gleichspannungsladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugbatterie zuführt.
Die Senderspule und die Empfängerspule werden jeweils als Resonatorspule bezeichnet und sind in entsprechende Resonatoren 103, 104 des Bodenmoduls 101 und des Fahrzeugmoduls 102 an geordnet. Die Resonatorspulen bilden jeweils eine stromführende Leitung, die üblicherweise durch Litzen ausgebildet sind.
Figur 2 zeigt schematisch eine Draufsicht einer induktiven Ladevorrichtung in Gestalt des Bodenmoduls 101. In jeder der vier Ecken des Bodenmoduls 101 ist jeweils ein Lebendobj ektsensor 2 in Gestalt eines Radarsensors verbaut. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Fahrzeugumriss eines Fahrzeugs, das zum Aufladen über dem Bodenmodul 101 geparkt ist. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine kritische Magnetfeldgrenze des durch die Resonatorspule erzeugten elektromagnetischen Feldes. Die kritische Magnetfeldgrenze 3 ist dadurch definiert, dass eine magnetische Feldstärke außerhalb der kritischen Magnetfeld grenze 3 einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.
Die kritische Magnetfeldgrenze 3 hat jedoch keine konstante Form und Größe, sondern sie ändert sich je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen zum Teil signifikant.
Figur 3 zeigt schematisch eine Draufsicht der induktiven La devorrichtung, wobei drei verschiedene kritische Magnetfeld grenzen 3 bei drei verschiedenen Positionen des Fahrzeugs über dem Bodenmodul 101 dargestellt sind. Eine schlechte Positio nierung des Fahrzeugs führt tendenziell zu verzerrten und vergrößerten, kritischen Magnetfeldgrenzen 3.
Figur 4 zeigt schematisch eine Draufsicht der induktiven La devorrichtung, wobei drei verschiedene kritische Magnetfeld- grenzen 3 bei drei verschiedenen Magnetfeldstärken dargestellt sind. Eine Erhöhung der Ladeleistung führt in der Regel ebenfalls zu vergrößerten, kritischen Magnetfeldgrenzen 3.
Figur 5 zeigt schematisch eine Draufsicht der induktiven La devorrichtung, wobei drei verschiedene kritische Magnetfeld grenzen 3 bei drei verschiedenen Höhenabständen zwischen einem Fahrzeugboden und dem Bodenmodul 101 dargestellt sind. Ein tiefer liegendes Fahrzeug wird dagegen in den meisten Fällen zu einer Verkleinerung der kritischen Magnetfeldgrenzen 3 führen.
Daher kann ein Lebendobjekt, welches sich an einer bestimmten Stelle aufhält, mal innerhalb der kritischen Magnetfeldgrenze 3 sein und ein anderes Mal außerhalb dieser. Ohne die aktuelle, kritische Magnetfeldgrenzen 3 zu kennen, ist die einzige tragbare Option die Unterbrechung der Leistungsübertragung zum Abschalten des Magnetfeldes. Eine nicht vollständig geladene Batterie und die damit verringerte Fahrzeugreichweite wäre die Folge. Es ist daher erstrebenswert die aktuelle, kritische Magnetfeldgrenzen 3 zu ermitteln, um eine maximale Leistungsübertragung zu ge währleisten .
Das im Folgenden vorgestellte Konzept basiert auf eine Kom bination der Sensorsignale mehrerer Lebendobj ektsensoren 2 mit zusätzlichen Magnetfeldgrenzsensoren 4 zur Bestimmung lokaler Magnetfeldstärken bzw. zur Vermessung des Magnetfeldes.
Figur 6 zeigt vier verschiedene Ausführungsbeispiele einer Anordnung von Magnetfeldgrenzsensoren 4 in einem Bodenmodul 101. Sämtliche Sensoren 2, 4 sind im Bodenmodul 101 integriert.
Die Magnetfeldgrenzsensoren 4 arbeiten vorzugsweise nach dem Induktionsprinzip, und sie können als einfache und damit kostengünstige Spulen mit einer oder mehreren Windungen aus geführt sein. Ihre Anzahl, Größe, Form und Anordnung sollte dabei auf die Topologie des betrachteten Systems abgestimmt sein. Im Bild links oben und im Bild links unten der Fig. 6 sind Ausführungsbeispiele für zirkulare Primärspulenkonzepte dar gestellt. Im Bild links oben der Fig. 6 ist eine Mehrzahl von zum Beispiel sechs Magnetfeldgrenzsensoren 4 rotations- und spiegelsymmetrische radial außerhalb einer Resonatorspule 1 angeordnet. Zusätzlich ist ein zentraler Magnetfeldgrenzsensor 4 im Mittelpunkt der Resonatorspule 1 angeordnet. In der Draufsicht der Resonatorspule 1 sind die äußeren sechs Mag netfeldgrenzsensoren 4 radial zwischen der Resonatorspule 1 und den Lebendobj ektsensoren 2 angeordnet, von denen sich jeweils einer in einer der vier Ecken des Bodenmoduls 101 befindet. Im Bild links unten der Fig. 6 ist eine Mehrzahl von zum Beispiel vier Magnetfeldgrenzsensoren 4 rotations- und spiegelsymmet rische radial innerhalb der Resonatorspule 1 angeordnet. In der Draufsicht der Resonatorspule 1 ist die Resonatorspule 1 radial zwischen den Magnetfeldgrenzsensoren 4 und den Lebendob jektsensoren 2 angeordnet, von denen sich jeweils einer in einer der vier Ecken des Bodenmoduls 101 befindet.
Im Bild rechts oben und im Bild rechts unten der Fig. 6 sind Ausführungsbeispiele für rechteckige Primärspulenkonzepte dargestellt. Im Bild rechts oben der Fig. 6 ist eine Mehrzahl von zum Beispiel sechs Magnetfeldgrenzsensoren 4 rotations- und spiegelsymmetrische radial außerhalb einer Resonatorspule 1 angeordnet. Zusätzlich ist ein zentraler Magnetfeldgrenzsensor 4 im Mittelpunkt der Resonatorspule 1 angeordnet. In der Draufsicht der Resonatorspule 1 sind die äußeren sechs Mag netfeldgrenzsensoren 4 radial zwischen der Resonatorspule 1 und den Lebendobj ektsensoren 2 angeordnet, von denen sich jeweils einer in einer der vier Ecken des Bodenmoduls 101 befindet. Im Bild rechts unten der Fig. 6 ist eine Mehrzahl von zum Beispiel vier Magnetfeldgrenzsensoren 4 rotations- und spiegelsymmet rische radial innerhalb der Resonatorspule 1 angeordnet. In der Draufsicht der Resonatorspule 1 ist die Resonatorspule 1 radial zwischen den Magnetfeldgrenzsensoren 4 und den Lebendob jektsensoren 2 angeordnet, von denen sich jeweils einer in einer der vier Ecken des Bodenmoduls 101 befindet. Eine Spulenachse der vier Magnetfeldgrenzsensoren 4 ist jeweils im Wesentlichen parallel zu einer entsprechenden Seite der rechteckige Re sonatorspule 1.
In einem Ausführungsbeispiel können die Anzahl und die Anordnung der Lebendobj ektsensoren 2 und der Magnetfeldgrenzsensoren 4 gekoppelt optimiert werden.
Die Signale der induktionsbasierten Magnetfeldgrenzsensoren 4 stellen in erster Näherung ein Sinussignal dar, dessen Frequenz gleich der Frequenz des Primärmagnetfeldes ist. Die Amplitude dieses Signals ist proportional zur mittleren lokalen Mag netfeldstärke. Sofern flache (zweidimensionale) Spulen ver wendet werden, können diese ausschließlich eine orthogonale Magnetfeldkomponente messen. Die definierten Grenzwerte ba sieren allerdings auf Effektivwerten, die alle drei Raum richtungen beinhalten. Mehrere Möglichkeiten bestehen dieses Problem zu umgehen:
- Modellbildung und damit verbundene Transformation einer eindimensionalen Messung zu dreidimensionalen Effektivwerten;
- Komplexere Spulengeometrie, zum Beispiel Würfel mit drei zueinander orthogonalen Spulen;
- Verschiedene, zueinander gekippte Einzelspulen.
Das System soll in der Lage sein, nicht nur die lokalen Mag netfeldwerte zu bestimmen, sondern auch auf Werte schließen, die weit außerhalb der physikalischen Grenzen des Bodenmoduls 101 liegen (vgl. Fig. 2 und Figuren 3 bis 5) . Eine Modellbildung ist daher zweckmäßig. Basis für die Modellbildung kann eine um fangreiche Bestimmung der dreidimensionalen kritischen Mag netfeldgrenze 3 unter allen relevanten Betriebsbedingungen sein.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Lebendobjekterkennung bei induktiven Ladevorrichtungen unter Bezugnahme auf das Aus führungsbeispiel der Fig. 7 beschrieben. Bei dem Ausfüh rungsbeispiel der der Fig. 7, das Schritte S1 bis S5 umfasst, wird ein Magnetfeldmodell 5 verwendet. Das Magnetfeldmodell 5 wird in den Schritten S1 bis S3 vorab, d.h. offline im Bereich 7 einer Offline-Analyse bestimmt.
In einem Schritt S1 werden zunächst dreidimensionale Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze 3 unter verschiedenen Be triebsbedingungen mittels einer externen Magnetfeldsonde (nicht gezeigt) und bei bestimmten Werten erfasst, die von den Mag netfeldgrenzsensoren 4 erfasst werden. Bei den verschiedenen Betriebsbedingungen kann es sich um verschiedene Ladeleistungen, verschiedene Ausrichtungen und/oder Positionen des Fahrzeugs über dem Bodenmodul 101, verschiedene Höhenabstände des
Fahrzeugs über dem Bodenmodul 101, etc. handeln. Diesbezüglich kann es sich um Betriebszustände handeln, die in den Figuren 3 bis 5 bereits erläutert wurden. Die nicht gezeigte, externe Magnetfeldsonde wird so positioniert, dass sie genau an der aktuellen kritischen Magnetfeldgrenze 3 misst und damit indirekt deren 3D-Koordinaten feststellt . Im Ergebnis wird bei dem Schritt S1 eine komplexe 3D-Oberfläche der kritischen Magnetfeldgrenze 3 für die entsprechenden Betriebszustände erhalten.
Sobald die Messdaten vorliegen, kann die Modellbildung stattfinden. In einem Schritt S2 wird zumindest ein geometrischer Volumenkörpers 6 bestimmt, der durch zumindest einen Geomet rieparameter x definiert wird und die erfassten dreidimensi onalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze 3 einhüllt. Der geometrische Volumenkörper 6 kann zum Beispiel ein Ellipsoid, ein Zylinder oder eine sphärische Fläche ein, und der Geo metrieparameter x kann ein Radius, eine Grundfläche, ein Volumen und/oder eine axiale Länge des Ellipsoids, des Zylinders oder der sphärischen Fläche sein. Der geometrische Volumenkörper 6 wird so gewählt, dass er einerseits die erfassten dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze 3 einhüllt, an dererseits aber so klein wie möglich ist. Der geometrische Volumenkörper 6 kann demnach durch ein Approximationsverfahren an die kritische Magnetfeldgrenze 3 angenähert werden.
In einem Schritt S3 wird das Magnetfeldmodell 5 als Funktion f des zumindest einen Geometrieparameters x des Volumenkörpers 6 in Abhängigkeit von verschiedenen Werten bestimmt, die von den Magnetfeldgrenzsensoren 4 erfasst werden. Dabei gilt die folgende Gleichung: x = f (erfasste Werte der Magnetfeldgrenzsensoren 4) .
In einem Schritt S4 wird die kritische Magnetfeldgrenze 3 des elektromagnetischen Feldes schließlich unter Verwendung des so bestimmten Magnetfeldmodells 5 und durch die tatsächlich ge messenen Werte der Magnetfeldgrenzsensoren 4 bestimmt.
In einem Schritt S5 wird dann erkannt, ob ein Lebendobjekt innerhalb der bestimmten, kritischen Magnetfeldgrenze 3 des elektromagnetischen Feldes durch die Lebendobj ektsensoren 2 vorhanden ist oder nicht. Falls das Lebendobjekt innerhalb der bestimmten, kritischen Magnetfeldgrenze 3 des elektromagne tischen Feldes durch die Lebendobj ektsensoren 2 erkannt wird, kann entweder die Resonatorspule 1 abgeschaltet oder ihre Leistung reduziert werden.
Im Gegensatz zu den Schritten S1 bis S3 werden die Schritte S4 und S5 online durchgeführt, d.h. im Bereich 8 einer Onli- ne-Anwendung .
Figur 8 zeigt schematisch in einem anderen Ausführungsbeispiel eine Segmentierung der erfassten dreidimensionalen, kritischen Magnetfeldgrenze 3 durch sechs verschiedene geometrische Vo lumenkörper 6i bis 6e bei dem Verfahren gemäß der Fig. 7. Fig. 8 zeigt exemplarisch einen segmentierten Zylinder zusammen mit hypothetischen Messdaten.
Diese Variante der Modellbildung ist die Einteilung bzw.
Segmentierung des 3D-Raums in diverse aneinanderliegende Segmente 6i mit i = l..n, die einfache geometrische Formen darstellen. Die einzelnen Parameter Xi dieser Formen 6i (Länge, Breite, Höhe, Winkel, Radius, Volumen) können dann als Funktionen der Signale der internen Magnetfeldgrenzsensoren 4 beschrieben werden (siehe Fig. 7, Blöcke 2 und 3) . Auch in diesem Aus- führungsbeispiel stellt die definierte Gesamtform aller an einanderliegende Segmente 6i immer eine Einhüllende der dreidimensionalen Messpunkte für einen bestimmten Betriebs zustand dar. Dabei gilt die folgende Gleichung:
Xi = f (erfasste Werte der Magnetfeldgrenzsensoren 4) .
Die Schritte S1 bis S3 im Bereich der Offline-Analyse 7 können auch weggelassen werden, wenn entweder gar kein Magnetfeldmodell 5 verwendet wird oder das Magnetfeldmodell 5 bereits vorhanden ist. Falls kein Magnetfeldmodell 5 verwendet wird, kann die kritische Magnetfeldgrenze 3 des elektro-magnetischen Feldes auch direkt durch die Magnetfeldgrenzsensoren 4 erfasst werden, zum Beispiel ausschließlich im Bereich 8 der Online-Anwendung .
Das Magnetfeldmodell 5 kann in einen Speicher eines Steuergeräts der induktiven Ladevorrichtung 101 im Voraus gespeichert und während des Schritts zum Bestimmen der kritischen Magnet feldgrenze 3 abgerufen werden, oder es kann über ein Netzwerk, d.h. online, zur Verfügung gestellt werden.
Die Transferfunktion der internen Magnetfeldmessung zur kri tischen Magnetfeldgrenze 3 kann dann auf einem Steuergerät implementiert werden, sodass sie während des Betriebs (online) ausgewertet werden kann. Die Ergebnisse dieser Auswertung werden dann mit den Signalen der Lebendobj ekt-Primär-Sensorik (Le bendobjektsensoren 2) verknüpft, um die finale Entscheidung (Magnetfeld abschalten ja/nein) zu treffen.
Die Lebendobj ektsensoren 2 (Radarsensoren) sollen die Position des Lebendobjektes bestimmen können. Verschiedenste Möglich keiten stehen zur Verfügung. Beispielsweise kann ein fre quenzmoduliertes System (FMCW) direkt den Abstand zu den Sensoren feststellen. Ein System mit konstanter Frequenz (CW) verfügt nicht über diese Fähigkeit; durch den Einsatz mehrerer
CW-Sensoren kann jedoch über eine Auswertung der einzelnen Signalintensitäten indirekt auf die Lebendobjektposition ge schlossen werden. Die Verbindung von internen Magnetfeldgrenzsensoren 4 und Lebendobj ektsensoren 2 (Lebendobj ekt-Primär-Sensorik) ist nicht auf die Kombination von Induktionsspulen und Radarsensoren beschränkt. Denkbar wäre auch eine Kombination aus Hall-Effekt basierter Magnetfeldmessung und kamerabasierter Lebendob jektsensorik.
Der Nettoeffekt der beschriebenen Vorgehensweise ist, dass die Leistungsübertragung nur dann abgeschaltet wird, wenn dies aufgrund eines erfassten Lebendobjektes wirklich notwendig ist. Mit anderen Worten: Die Trennschärfe wird erhöht.
Mögliche Anwendungsfälle sind alle Bereiche, in denen starke Magnetfelder auftreten können und gleichzeitig Lebendobjekte einen Zugang zu diesen haben, zum Beispiel in Produktionshallen, in Kraftwerken, Induktionsherde, magnetisch betriebenen
Lautsprechern oder Umspannwerke.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Lebendobjekterkennung bei induktiven La devorrichtungen, wobei die induktive Ladevorrichtung (101) eine Resonatorspule (1), die dazu konfiguriert ist, ein elektro magnetisches Feld zu erzeugen, und eine Mehrzahl von Le bendobjektsensoren (2) aufweist, die dazu konfiguriert sind, ein Lebendobjekt erkennen, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bestimmen einer kritischen Magnetfeldgrenze (3) des elektromagnetischen Feldes durch Magnetfeldgrenzsensoren (4), wobei die kritische Magnetfeldgrenze (3) dadurch definiert ist, dass eine magnetische Feldstärke außerhalb der kritischen Magnetfeldgrenze (3) einen Grenzwert unterschreitet; und
Erkennen eines Lebendobjekts innerhalb der bestimmten, kritischen Magnetfeldgrenze (3) des elektromagnetischen Feldes durch die Lebendobj ektsensoren (2).
2. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, des Weiteren mit einem Schritt zum
Verwenden eines dreidimensionalen Magnetfeldmodells (5) bei dem Schritt zum Bestimmen der kritischen Magnetfeldgrenze (3) , wobei das Magnetfeldmodell (5) durch den folgenden Schritt im Voraus gebildet wird:
Erfassen von dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze unter verschiedenen Betriebsbe dingungen mittels einer externen Magnetfeldsonde und bei be stimmten Werten, die von den Magnetfeldgrenzsensoren (5) erfasst werden .
3. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, des Weiteren mit folgenden Schritten:
Bestimmen zumindest eines geometrischen Volumenkörpers (6), der durch zumindest einen Geometrieparameter (x) definiert wird und die erfassten dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze (3) einhüllt; und
Bestimmen des Magnetfeldmodells (5) als Funktion (f) des zumindest einen Geometrieparameters (x) des Volumenkörpers (6) in Abhängigkeit von verschiedenen Werten, die von den Mag netfeldgrenzsensoren (4) erfasst werden.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, des Weiteren mit folgenden Schritten:
Segmentieren der erfassten dreidimensionalen, kritischen Magnetfeldgrenze durch verschiedene geometrische Volumenkörper (6i), die jeweils durch zumindest einen Geometrieparameter (x±) bestimmt sind und die erfassten dreidimensionalen Koordinaten der kritischen Magnetfeldgrenze einhüllen; und
Bestimmen des Magnetfeldmodells (5) als Funktion (f) der Geometrieparameter (x±) der verschiedenen Volumenkörper (6i) in Abhängigkeit von verschiedenen Werten, die von den Magnet feldgrenzsensoren (4) erfasst werden.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Magnetfeldmodell (5) in einen Speicher eines Steuergeräts der induktiven Ladevorrichtung (101) im Voraus gespeichert und während des Schritts zum Bestimmen der kritischen Magnetfeldgrenze (3) abgerufen wird, oder wobei es über ein Netzwerk zur Verfügung gestellt wird.
6. Vorrichtung zur Lebendobjekterkennung für eine induktive Ladevorrichtung (101), wobei die induktive Ladevorrichtung (101) eine Resonatorspule (1), die dazu konfiguriert ist, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, und eine Mehrzahl von Lebendobj ektsensoren (2) aufweist, die dazu konfiguriert sind, ein Lebendobjekt erkennen, mit:
Magnetfeldgrenzsensoren (4) zum Bestimmen einer kritischen Magnetfeldgrenze (3) des elektromagnetischen Feldes, wobei die kritische Magnetfeldgrenze (3) dadurch definiert ist, dass eine magnetische Feldstärke außerhalb der kritischen Magnetfeld grenze (3) einen Grenzwert unterschreitet; und
die Lebendobj ektsensoren (2) zum Erkennen des Lebendobj ekts innerhalb der bestimmten, kritischen Magnetfeldgrenze (3) des elektromagnetischen Feldes.
7. Vorrichtung gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei in einer Draufsicht auf die Resonatorspule (1) die Mag netfeldgrenzsensoren (4) radial zwischen der Resonatorspule (1) und den Lebendobj ektsensoren (2) angeordnet sind.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, wobei
die Magnetfeldgrenzsensoren (4) Spulen sind und/oder wobei die Lebendobj ektsensoren (2) Radarsensoren sind.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei
die Resonatorspule (1), die Lebendobj ektsensoren (2) und die Magnetfeldgrenzsensoren (4) in einem Resonatormodul (101) integriert sind.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 9, wobei die induktive Ladevorrichtung (101) dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Fahrzeug zur Personen- oder Lastbeför derung aufzuladen.
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