DE102013212588B4

DE102013212588B4 - Verfahren zur Fremdobjekterkennung bei einer Induktionsladevorrichtung

Info

Publication number: DE102013212588B4
Application number: DE102013212588.7A
Authority: DE
Inventors: Juergen Mack; Dragan Krupezevic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2033-06-29
Also published as: CN104253492B; CN104253492A; US20150002166A1; DE102013212588A1; FR3007849B1; US10101488B2; FR3007849A1

Abstract

Verfahren zur Fremdobjekterkennung bei einer Induktionsladevorrichtung (10), insbesondere bei einer Handwerkzeugakkuinduktionsladevorrichtung, mittels zumindest einer Steuer- oder Regeleinheit (12) der Induktionsladevorrichtung (10), wobei• in einem ersten Verfahrensschritt (14) eine Resonanzfrequenz (f) ermittelt wird,• in einem zweiten Verfahrensschritt (16) eine Ist-Güte (Qi) bei der Resonanzfrequenz (f) bestimmt wird,• in einem dritten Verfahrensschritt (18) die Ist-Güte (Qi) mit einem von der Resonanzfrequenz (f) abhängigen Soll-Gütebereich (qs) verglichen wird und• in einem vierten Verfahrensschritt (22) eine erste Entscheidung (24) über ein Vorhandensein eines Fremdobjekts derart getroffen wird, dass ein Fremdobjekt vorhanden ist, wenn die Ist-Güte (Qi) außerhalb des Soll-Gütebereichs (qs) liegt und kein Fremdobjekt vorhanden ist, wenn die Ist-Güte (Qi) innerhalb des Soll-Gütebereichs (qs) liegt, und wobei für den Fall, dass kein Fremdobjekt vorhanden ist, anschließend eine zweite Entscheidung (26) über einen Betriebszustand derart getroffen wird, dass die Resonanzfrequenz (f) mit einem Lade-Resonanzfrequenzbereich (fL) verglichen wird, wobei ein Ladebetrieb gestartet oder regulär fortgesetzt wird, falls die Resonanzfrequenz (f) innerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs (fL) liegt, und ein Stand-By-Betrieb gestartet oder fortgesetzt wird, falls die Resonanzfrequenz (f) außerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs (fL) liegt.

Description

Stand der Technik
Aus der US 2013/0 027 078 A1 und der US 2013/0 162 054 A1 sind bereits Verfahren zur Fremdobjekterkennung bei einer Induktionsladevorrichtung bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Fremdobjekterkennung bei einer Induktionsladevorrichtung, insbesondere bei einer Handwerkzeugakkuinduktionsladevorrichtung, mittels zumindest einer Steuer- oder Regeleinheit der Induktionsladevorrichtung vorgeschlagen, wobei

• in einem ersten Verfahrensschritt eine Resonanzfrequenz ermittelt wird,
• in einem zweiten Verfahrensschritt eine Ist-Güte bei der Resonanzfrequenz bestimmt wird,
• in einem dritten Verfahrensschritt die Ist-Güte mit einem von der Resonanzfrequenz abhängigen Soll-Gütebereich verglichen wird und
• in einem vierten Verfahrensschritt eine erste Entscheidung über ein Vorhandensein eines Fremdobjekts derart getroffen wird, dass ein Fremdobjekt vorhanden ist, wenn die Ist-Güte außerhalb des Soll-Gütebereichs liegt und kein Fremdobjekt vorhanden ist, wenn die Ist-Güte innerhalb des Soll-Gütebereichs liegt, und wobei für den Fall, dass kein Fremdobjekt vorhanden ist, anschließend eine zweite Entscheidung über einen Betriebszustand derart getroffen wird, dass die Resonanzfrequenz mit einem Lade-Resonanzfrequenzbereich verglichen wird, wobei ein Ladebetrieb gestartet oder regulär fortgesetzt wird, falls die Resonanzfrequenz innerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs liegt, und ein Stand-By-Betrieb gestartet oder fortgesetzt wird, falls die Resonanzfrequenz außerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs liegt.

Unter einer „Fremdobjekterkennung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere die Erkennung und/oder die Überprüfung eines Vorhandenseins von Fremdobjekten, insbesondere in einer Umgebung der Induktionsladevorrichtung und/oder der Akkuvorrichtung, verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere das Erkennen und/oder das Überprüfen eines Vorhandenseins von Fremdobjekten, die in einem Kontaktbereich zwischen der Induktionsladevorrichtung und einer Akkuvorrichtung angeordnet sind und in einem Ladebetrieb einen Ladevorgang beeinträchtigen können, verstanden werden. Unter „Fremdobjekten“ sollen dabei insbesondere metallische und/oder magnetische Bauteile, Teilstücke oder andere Objekte verstanden werden. Unter einer „Induktionsladevorrichtung“ soll ferner in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung zum Laden von Akkuvorrichtungen, insbesondere von Akkumulatoren, verstanden werden. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zumindest eine Steuer- oder Regeleinheit auf, die dazu vorgesehen ist, einen Ladevorgang zu steuern und/oder zu regeln. Besonders bevorzugt soll darunter insbesondere eine Ladevorrichtung verstanden werden, die in einem Ladebetrieb dazu vorgesehen ist, induktiv eine Ladeenergie auf zumindest eine Akkuvorrichtung zu übertragen. Dabei soll unter einem „Ladebetrieb“ insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, bei welchem die Akkuvorrichtung extern mit Energie versorgt wird. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, bei welchem die Akkuvorrichtung extern zugeführte Energie temporär speichert. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einer „Handwerkzeugakkuladevorrichtung“ insbesondere eine Ladevorrichtung verstanden werden, die zum Laden einer Handwerkzeugakkuvorrichtung vorgesehen ist. Dabei soll unter einer „Handwerkzeugakkuvorrichtung“ insbesondere eine Akkuvorrichtung für eine Handwerkzeugmaschine verstanden werden. Vorzugsweise kann die Akkuvorrichtung sowohl extern außen an einer Handwerkzeugmaschine befestigt sein oder in einem Gehäuse der Handwerkzeugmaschine integriert sein. Unter einer „Akkuvorrichtung“ soll dabei insbesondere eine Vorrichtung zum temporären Speichern elektrischer Energie, insbesondere ein Akkumulator, verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein wiederaufladbarer Speicher verstanden werden. Es sind verschiedene, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Akkuvorrichtungen denkbar, insbesondere soll darunter jedoch ein Lithium-lonen-Akkumulator verstanden werden. Ferner soll dabei unter einer „Handwerkzeugmaschine“ insbesondere eine werkstückbearbeitende Maschine, vorteilhaft jedoch eine Bohrmaschine, ein Bohr- und/oder Schlaghammer, eine Säge, ein Hobel, ein Schrauber, eine Fräse, ein Schleifer, ein Winkelschleifer, ein Gartengerät und/oder ein Multifunktionswerkzeug verstanden werden. Des Weiteren soll in diesem Zusammenhang unter einer „Steuer- oder Regeleinheit" insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Unter einer „Resonanzfrequenz“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Eigenfrequenz eines schwingungsfähigen Systems verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere eine Frequenz eines elektrischen Schwingkreises, insbesondere einer Schwingkreisschaltung, mit zumindest einem Kondensator und zumindest einer Spule verstanden werden. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einer „Ist-Güte“ insbesondere eine zu einem Zeitpunkt tatsächlich auftretende Güte der Schwingkreisschaltung während eines Ladebetriebs verstanden werden. Dabei soll in diesem Zusammenhang unter einer „Güte der Schwingkreisschaltung“ insbesondere ein Faktor verstanden werden, der eine Dämpfung eines schwingungsfähigen Systems, insbesondere des Schwingkreises der Schwingkreisschaltung, beschreibt. Vorzugsweise soll darunter insbesondere eine Mittelfrequenz bezogen auf eine Bandbreite verstanden werden. Die Bandbreite ist dabei insbesondere als Frequenzbereich definiert, an dessen Grenzen sich der Spannungspegel um den Faktor 3 dB geändert hat. Bevorzugt soll unter der Güte der Schwingkreisschaltung insbesondere ein Verhältnis zwischen einer in dem schwingungsfähigen System gespeicherten Gesamtenergie zur Zeit t und einer Verlustenergie pro Periode zur Zeit t verstanden werden. Besonders bevorzugt soll darunter insbesondere ein Quotient aus einer Blindleistung zu einer Wirkleistung verstanden werden. Unter einer „Soll-Güte“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine theoretische, vorteilhafte, insbesondere optimale Güte der Schwingkreisschaltung in einem Ladebetrieb verstanden werden, wie sie theoretisch bei einer optimalen Positionierung der Akkuvorrichtung auf der Induktionsladevorrichtung und/oder frei von Fremdobjekten auftritt. Ferner soll unter einer „von einer Resonanzfrequenz abhängigen Soll-Güte“ insbesondere eine Soll-Güte verstanden werden, die insbesondere einem festen Wert einer Resonanzfrequenz zugeordnet ist. Vorzugsweise soll darunter insbesondere verstanden werden, dass jedem möglichen Wert einer Resonanzfrequenz zumindest eine Soll-Güte zugeordnet ist. Besonders bevorzugt soll darunter insbesondere verstanden werden, dass eine Soll-Güte abhängig von einer Resonanzfrequenz ausgewählt wird. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann eine besonders vorteilhafte Fremdobjekterkennung erreicht werden. Insbesondere kann dadurch ein Verfahren bereitgestellt werden, bei dem zuverlässig eine Fremdobjekterkennung bereitgestellt werden kann, bei der zuverlässig Fehlmessungen vermieden werden können.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in dem ersten Verfahrensschritt zur Ermittlung der Resonanzfrequenz ein Frequenzdurchlauf durchgeführt wird. Unter einem „Frequenzdurchlauf“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Vorgang verstanden werden, bei dem ein vorgegebener Frequenzbereich, vorzugsweise periodisch, durchlaufen wird. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein Frequenz-Sweep verstanden werden. Dabei soll unter einem „Frequenz-Sweep“ insbesondere ein Vorgang verstanden werden, bei dem bei einer Wechselspannung mit konstanter Amplitude ein vorgegebener Frequenzbereich, vorzugsweise periodisch, durchlaufen wird. Dadurch kann besonders vorteilhaft eine Resonanzfrequenz ermittelt werden. Ferner kann dadurch insbesondere ein besonders vorteilhaft einfach durchzuführender Verfahrensschritt zur Ermittlung einer Resonanzfrequenz bereitgestellt werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in dem ersten Verfahrensschritt zur Ermittlung der Resonanzfrequenz während des Frequenzdurchlaufs eine Resonanzüberhöhung an zumindest einem Schwingkreisbauteil erfasst wird. Unter einer „Resonanzüberhöhung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Punkt einer maximalen Amplitude eines Amplitudengangs verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein Punkt einer maximalen Amplitude einer Resonanzkurve, insbesondere des Schwingkreisbauteils, verstanden werden. Dabei soll unter einem „Amplitudengang“ insbesondere ein Verlauf, vorzugsweise ein zeitlicher Verlauf, einer Amplitude einer Frequenz verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere eine Funktion eines Amplitudenverhältnisses über die Frequenz verstanden werden. Besonders bevorzugt soll darunter ein Frequenzgang, vorzugsweise ein Amplituden-Frequenzgang, verstanden werden. Ferner soll unter einem „Schwingkreisbauteil“ in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bauteil einer Schwingkreisschaltung verstanden werden, das zumindest teilweise, insbesondere in Kombination mit einem weiteren Schwingkreisbauteil, resonanzfähig ist. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein speicherfähiges Bauteil der Schwingkreisschaltung verstanden werden. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Schwingkreisbauteile denkbar, insbesondere soll darunter jedoch eine Spule und/oder ein Kondensator verstanden werden. Dadurch kann besonders vorteilhaft und zuverlässig eine Resonanzfrequenz ermittelt werden.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass in dem zweiten Verfahrensschritt zur Ermittlung der Ist-Güte eine Resonanzüberhöhung an zumindest einem Schwingkreisbauteil und/oder eine anregende Spannung verarbeitet werden/wird. Dadurch kann besonders einfach eine Ist-Güte ermittelt werden. Vorzugsweise kann dadurch insbesondere vorteilhaft schnell eine Ist-Güte berechnet werden. Insbesondere können dadurch bereits in einem ersten Verfahrensschritt verwendete Daten für einen zweiten Verfahrensschritt weiterverwendet werden.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass in dem ersten Verfahrensschritt während des Frequenzdurchlaufs zumindest ein Wert einer Resonanzüberhöhung an zumindest einem Schwingkreisbauteil und/oder zumindest ein Wert einer anregenden Spannung erfasst werden/wird und in dem zweiten Verfahrensschritt ein Wert der Resonanzüberhöhung an zumindest einem Schwingkreisbauteil bei der Resonanzfrequenz und/oder ein Wert der anregenden Spannung bei der Resonanzfrequenz zu einer Ermittlung der Ist-Güte genutzt werden/wird. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Verfahren bereitgestellt werden. Ferner können dadurch bereits in einem ersten Verfahrensschritt ermittelte Werte für einen zweiten Verfahrensschritt weiterverwendet werden, insbesondere zu einer vorteilhaft schnellen Ermittlung einer Ist-Güte.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in dem dritten Verfahrensschritt die Ist-Güte bei der Resonanzfrequenz mit einem von einer Resonanzfrequenz abhängigen Soll-Gütebereich verglichen wird. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Fremdobjekterkennung erreicht werden. Insbesondere kann dadurch ein Verfahren bereitgestellt werden, bei dem zuverlässig eine Fremdobjekterkennung bereitgestellt werden kann, bei der zuverlässig Fehlmessungen vermieden werden können. Ferner kann dadurch insbesondere eine Ist-Güte relativ zu einer Resonanzfrequenz überprüft werden, wodurch insbesondere Störfaktoren, wie eine sich verändernde Positionierung und/oder eine sich verändernde Entfernung zwischen der Induktionsladevorrichtung und einer Akkuvorrichtung berücksichtigt werden können. Des Weiteren kann durch einen Soll-Gütebereich insbesondere auf einfache Weise ein Toleranzbereich erzeugt werden, um eventuelle Fehlmessungen zu vermeiden und/oder um sich verändernde Umweltbedingungen zu berücksichtigen.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass zumindest der erste Verfahrensschritt intermittierend in regelmäßigen Abständen durchgeführt wird. Vorzugsweise werden alle Verfahrensschritte intermittierend in regelmäßigen Abständen durchgeführt. Bevorzugt wird das gesamte Verfahren intermittierend in regelmäßigen Abständen durchgeführt. Besonders bevorzugt wird ein Ladebetrieb intermittierend in regelmäßigen Abständen durch das Verfahren unterbrochen. Dadurch kann insbesondere eine zuverlässige Fremdobjekterkennung bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann dadurch insbesondere auch bei einem Hinzukommen eines Fremdobjekts während eines Ladebetriebs eine Fremdobjekterkennung gewährleistet werden. Ferner kann dadurch eine Fremdobjekterkennung auch bei einem Bewegen der Akkuvorrichtung gewährleistet werden. Dadurch, dass eine Resonanzfrequenz und eine Ist-Güte ständig überprüft werden, kann eine besonders genaue Fremdobjekterkennung erreicht werden.
Ferner wird eine Induktionsladevorrichtung mit zumindest einer Steuer- oder Regeleinheit vorgeschlagen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist. Die Induktionsladevorrichtung ermöglicht eine besonders zuverlässige Fremdobjekterkennung, bei der Fehlmessungen vermieden werden können, um einen fehlerfreien Ladebetrieb zu gewährleisten. Durch die Fremdobjekterkennung kann erreicht werden, dass keine Fremdobjekte unbemerkt in einen Kontaktbereich zwischen der Induktionsladevorrichtung und einer Akkuvorrichtung gelangen. Gerade bei metallischen Fremdobjekten führt das magnetische Feld in dem Kontaktbereich während eines Ladevorgangs zu einer starken Erhitzung des Fremdobjekts. Dabei geht auf der einen Seite ein Teil einer Ladeenergie verloren und durch die Erhitzung entsteht eine Gefahr für einen Bediener, die Induktionsladevorrichtung und/oder eine Akkuvorrichtung.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Steuer- oder Regeleinheit zumindest eine Speichereinheit aufweist, auf der zumindest eine Relationstabelle hinterlegt ist, die einer Resonanzfrequenz zumindest eine Soll-Güte zuordnet. Vorzugsweise ist auf der Speichereinheit zumindest eine Relationstabelle hinterlegt, die einer Resonanzfrequenz zumindest einen Soll-Gütebereich zuordnet. Dadurch kann insbesondere besonders vorteilhaft schnell und einfach ein Vergleich einer Ist-Güte mit einer Soll-Güte gewährleistet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Induktionsladevorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Induktionsladevorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen, Einheiten und Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 eine Induktionsladevorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fremdobjekterkennung und eine zu ladende Akkuvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
2 einen Programmablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fremdobjekterkennung bei der Induktionsladevorrichtung in einer schematischen Darstellung,
3 einen beispielhaften Zeitverlauf einer Amplitude einer Frequenz an einem Schwingkreisbauteil und einer anregenden Spannung während eines ersten Verfahrensschritts in einem schematischen Diagramm und
4 eine Relationstabelle der Steuer- und Regeleinheit der Induktionsladevorrichtung in Form eines schematischen Diagramms.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Induktionsladevorrichtung 10 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fremdobjekterkennung. Ferner zeigt 1 eine zu ladende Akkuvorrichtung 30. Die Induktionsladevorrichtung 10 ist von einer Handwerkzeugakkuinduktionsladevorrichtung gebildet. Die Induktionsladevorrichtung 10 bildet die Primärseite eines Ladesystems 32. Die Induktionsladevorrichtung 10 ist dazu vorgesehen Handwerkzeugakkus oder Handwerkzeugmaschinen mit eingebauten Akkus zu laden.
Die zu ladende Akkuvorrichtung 30 ist von einem Handwerkzeugakku gebildet. Grundsätzlich wäre jedoch auch denkbar, mit der Induktionsladevorrichtung 10 andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Akkus zu laden. 1 zeigt die Induktionsladevorrichtung 10 und die zu ladende Akkuvorrichtung 30 in einem Ladebetrieb. Dabei ist die Akkuvorrichtung 30 auf einer Oberseite eines Gehäuses 34 der Induktionsladevorrichtung 10 aufgestellt und wird über eine Ladespule 36 der Induktionsladevorrichtung 10 drahtlos geladen.
Die Induktionsladevorrichtung 10 weist eine Steuer- und Regeleinheit 12 auf. Die Induktionsladevorrichtung 10 weist eine Ladeelektronikeinheit 38 auf, welche die Steuer- und Regeleinheit 12 umfasst. Ferner weist die Ladeelektronikeinheit 38 eine Schwingkreisschaltung 40 auf. Die Schwingkreisschaltung 40 weist die Ladespule 36 auf. Die Steuer- und Regeleinheit 12 der Induktionsladevorrichtung 10 ist in einem ersten Verfahrensschritt 14 dazu vorgesehen, eine Resonanzfrequenz f zu ermitteln. Ferner ist die Steuer- und Regeleinheit 12 in einem zweiten Verfahrensschritt 16 dazu vorgesehen, eine Ist-Güte Q_i bei der Resonanzfrequenz f zu bestimmt. Des Weiteren ist die Steuer- und Regeleinheit 12 in einem dritten Verfahrensschritt 18 dazu vorgesehen, die Ist-Güte Q_i mit einer von der Resonanzfrequenz f abhängigen Soll-Güte Q_s zu vergleichen.
Die Steuer- und Regeleinheit 12 weist eine Speichereinheit 28 auf. Auf der Speichereinheit 28 ist eine Relationstabelle hinterlegt, die einer Resonanzfrequenz f mehrere Soll-Güten Q_s zuordnet. Die Relationstabelle ordnet einer Resonanzfrequenz f einen Soll-Gütebereich q_s zu.
Während eines Ladebetriebs der Induktionsladevorrichtung 10 wird in regelmäßigen Abständen eine Fremdobjekterkennung durchgeführt. Bei der Fremdobjekterkennung wird überprüft, ob sich Fremdobjekte, die einen Ladebetrieb beeinträchtigen können, zwischen der Induktionsladevorrichtung 10 und der Akkuvorrichtung 30 oder einfach nur auf der Induktionsladevorrichtung 10 befinden oder einen Bediener oder die Induktionsladevorrichtung 10 gefährden. Die Fremdobjekterkennung erfolgt durch ein Verfahren zur Fremdobjekterkennung bei der Induktionsladevorrichtung 10 mittels der Steuer- und Regeleinheit 12 der Induktionsladevorrichtung 10.
2 zeigt einen Programmablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fremdobjekterkennung. Ein Start 42 des Verfahrens ist dabei parallel zu einem Start des Ladebetriebs. In einem ersten Verfahrensschritt 14 des Verfahrens wird eine Resonanzfrequenz f ermittelt. Zur Ermittlung der Resonanzfrequenz f wird in dem ersten Verfahrensschritt 14 ein Frequenzdurchlauf durchgeführt. Der Frequenzdurchlauf wird in einer ersten Operation 44 durchgeführt. Der Frequenzdurchlauf wird von der Steuer- und Regeleinheit 12 durchgeführt, welche eine nicht weiter sichtbare Frequenzeinheit ansteuert. Die Frequenzeinheit bildet einen Teil der Ladeelektronikeinheit 38 und ist elektrisch vor der Schwingkreisschaltung 40 geschalten. Die nicht weiter sichtbare Frequenzeinheit und die nicht weiter sichtbare Schwingkreisschaltung 40 bilden eine Halbbrücke. Die Frequenzeinheit weist zwei Schalter auf, die von der Steuer- und Regeleinheit 12 angesteuert werden. Zur Ermittlung der Resonanzfrequenz f wird in dem ersten Verfahrensschritt 14 während des Frequenzdurchlaufs eine Resonanzüberhöhung A an einem Schwingkreisbauteil 20 erfasst. Es wird eine Resonanzüberhöhung A an der Ladespule 36 erfasst. In einer zweiten Operation 46, welche zu der ersten Operation 44 parallel ausgeführt wird, wird ein Amplitudengang Y_f einer Frequenz des Schwingkreisbauteils 20 während des Frequenzdurchlaufs aufgezeichnet. Ferner wird in der zweiten Operation 46 eine anregende Spannung U_a während des Frequenzdurchlaufs gemessen und aufgezeichnet. In einer dritten Operation 48 des ersten Verfahrensschritts 14, welche auf die erste Operation 44 und die zweite Operation 46 folgt, wird eine Resonanzfrequenz f bestimmt. Dabei wird eine Resonanzüberhöhung A des Amplitudengangs Y_f der Frequenz der Ladespule 36 während der zweiten Operation 46 bestimmt. An dem Zeitpunkt der Resonanzüberhöhung Ader Ladespule 36 hat der Frequenzdurchlauf der Steuer- und Regeleinheit 12 die Resonanzfrequenz f passiert.
Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 16 eine Ist-Güte Q_i bei der Resonanzfrequenz f bestimmt. Dabei wird die Ist-Güte Q_i der Ladespule 36 bestimmt, wenn die Ladespule 36 mit einer Resonanzfrequenz f angeregt wird. In dem zweiten Verfahrensschritt 16 werden zur Ermittlung der Ist-Güte Q_i die Resonanzüberhöhung A an dem Schwingkreisbauteil 20 und eine anregende Spannung U_a erfasst. Zur Bestimmung der Ist-Güte Q_i werden in einer vierten Operation 50 des zweiten Verfahrensschritts 16 ein Wert der Resonanzüberhöhung A des Schwingkreisbauteils 20 und ein Wert der anregenden Spannung U_a bei der Resonanzfrequenz f aus der zweiten Operation 46 abgerufen. Aus den Werten wird in der vierten Operation 50 eine Ist-Güte Q; bei der Resonanzfrequenz f berechnet. Folglich werden in dem ersten Verfahrensschritt 14 während des Frequenzdurchlaufs ein Wert einer Resonanzüberhöhung A an dem Schwingkreisbauteil 20 und Werte einer anregenden Spannung U_a erfasst und in dem zweiten Verfahrensschritt 16 werden der Wert der Resonanzüberhöhung A an dem Schwingkreisbauteil 20 und ein Wert der anregenden Spannung U_a bei der Resonanzfrequenz f zu einer Ermittlung der Ist-Güte Q_i genutzt.
In einem dritten Verfahrensschritt 18 wird die Ist-Güte Q_i mit einer von einer Resonanzfrequenz f abhängigen Soll-Güte Q_s verglichen. Die Ist-Güte Q_i wird in dem dritten Verfahrensschritt 18 mit einem von der Resonanzfrequenz f abhängigen Soll-Gütebereich q_s verglichen. In einer fünften Operation 52 des dritten Verfahrensschritts 18 wird die berechnete Ist-Güte Q_i mit einem von der Resonanzfrequenz f abhängigen Soll-Gütebereich q_s verglichen. Dazu wird in einer sechsten Operation 54 des dritten Verfahrensschritts 18 ein von der Resonanzfrequenz f abhängiger Soll-Gütebereich q_s ausgelesen. Der Soll-Gütebereich q_s wird aus der auf der Speichereinheit 28 der Steuer- und Regeleinheit 12 hinterlegten Relationstabelle ausgelesen. In der Relationstabelle ist jeder möglichen Resonanzfrequenz f ein Soll-Gütebereich q_s zugeordnet, in welcher sich eine Güte Q bei dieser Resonanzfrequenz f bewegen darf und sich bei normalen Bedingungen bei dieser Resonanzfrequenz f bewegt. In der sechsten Operation 54 wird ein zu der in der dritten Operation 48 bestimmten Resonanzfrequenz f passender Soll-Gütebereich q_s ausgelesen. Die Ist-Güte Q_i wird in der fünften Operation 52 mit diesem ausgelesenen Soll-Gütebereich q_s verglichen.
Anschließend werden in einem vierten Verfahrensschritt 22 die Ergebnisse der vorhergehenden Verfahrensschritte 14, 16, 18 ausgewertet und abhängig davon mehrere Entscheidungen 24, 26 getroffen. Die Entscheidungen 24, 26 sind jeweils von Ja-Nein-Entscheidungen gebildet. In dem vierten Verfahrensschritt 22 werden Entscheidungen 24, 26 über einen Betriebszustand und über ein Vorhandensein eines Fremdobjekts getroffen. In einer ersten Entscheidung 24 des vierten Verfahrensschritts 22, die auf die fünfte Operation 52 folgt, wird überprüft, ob in der fünften Operation 52 die Ist-Güte Q_i innerhalb des Soll-Gütebereichs q_s liegt. Die erste Entscheidung 24 bildet in dem Programmablaufplan eine Verzweigung. In der ersten Entscheidung 24 wird eine Entscheidung über ein Vorhandensein eines Fremdobjekts getroffen. Liegt die Ist-Güte Q; innerhalb des Soll-Gütebereichs q_s, wird davon ausgegangen, dass sich kein Fremdkörper in einem Bereich zwischen der Induktionsladevorrichtung 10 und der Akkuvorrichtung 30 oder einfach nur auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet. Liegt die Ist-Güte Q_i außerhalb des Soll-Gütebereichs q_s, wird davon ausgegangen, dass sich ein Fremdkörper in einem Bereich zwischen der Induktionsladevorrichtung 10 und der Akkuvorrichtung 30 oder einfach nur auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet.
Liegt die Ist-Güte Q_i bei der ersten Entscheidung 24 nun innerhalb des Soll-Gütebereichs q_s, folgt auf die erste Entscheidung 24 eine zweite Entscheidung 26. Bei der zweiten Entscheidung 26 wird die in der dritten Operation 48 gemessene Resonanzfrequenz f überprüft. Dabei wird überprüft, ob es sich dabei um eine Resonanzfrequenz f handelt, wie sie bei einem Ladebetrieb vorkommt. Dazu wird die Resonanzfrequenz f mit einem auf der Speichereinheit 28 der Steuer- und Regeleinheit 12 hinterlegten Lade-Resonanzfrequenzbereich f_L verglichen. Liegt die Resonanzfrequenz f innerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs f_L, wird davon ausgegangen, dass sich eine Akkuvorrichtung 30 auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet und die Akkuvorrichtung 30 geladen werden soll. Liegt die Resonanzfrequenz f außerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs f_L, wird davon ausgegangen, dass sich keine Akkuvorrichtung 30 auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet oder die Akkuvorrichtung 30 vollständig geladen ist. Liegt die Resonanzfrequenz f bei der zweiten Entscheidung 26 nun innerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs f_L, wird in einer siebten Operation 56 des vierten Verfahrensschritts 22 ein Ladebetrieb gestartet oder ein Ladebetrieb regulär fortgesetzt. Liegt die Resonanzfrequenz f bei der zweiten Entscheidung 26 nun außerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs f_L, wird in einer achten Operation 58 des vierten Verfahrensschritts 22 ein Stand-By-Betrieb gestartet oder ein Stand-By-Betrieb fortgesetzt.
Nach der siebten Operation 56 oder nach der achten Operation 58 werden die vier Verfahrensschritte 14, 16, 18, 22 wiederholt. Nach der siebten Operation 56 oder nach der achten Operation 58 des vierten Verfahrensschritts 22 wird nach einer Pause 60 wieder mit der ersten Operation 44 des ersten Verfahrensschritts 14 begonnen. Die vier Verfahrensschritte 14, 16, 18, 22 werden dabei intermittierend in regelmäßigen Abständen durchgeführt. Die vier Verfahrensschritte 14, 16, 18, 22 werden gemeinsam jede Sekunde einmal durchgeführt. Die vier Verfahrensschritte 14, 16, 18, 22 haben dabei eine Gesamtdauer von 100ms. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Gesamtdauer oder eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Wiederholungsdauer denkbar.
Liegt die Ist-Güte Q_i bei der ersten Entscheidung 24 nun außerhalb des Soll-Gütebereichs q_s, wird in einer neunten Operation 62 des vierten Verfahrensschritts 22 ein Ladebetrieb gestoppt. Anschließend folgt eine Ausgabe 64, welche einem Bediener eine Meldung ausgibt, dass sich ein Fremdobjekt auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet. Dadurch kann einem Bediener die Möglichkeit gegeben werden, die Induktionsladevorrichtung 10 nach Fremdobjekten abzusuchen. Nach der Ausgabe 64 werden das Verfahren zur Fremdobjekterkennung und der Ladebetrieb durch ein Stopp 66 gestoppt. Dadurch kann eine Gefahr der Beschädigung der Induktionsladevorrichtung 10 vermieden werden. Ein Bediener muss einen Ladebetrieb und damit das Verfahren zur Fremdobjekterkennung nun aktiv wieder starten. Grundsätzlich wäre jedoch, wie gestrichelt dargestellt, auch denkbar, dass nach der Ausgabe 64 die vier Verfahrensschritte 14, 16, 18, 22 wiederholt werden und wieder mit der ersten Operation 44 des ersten Verfahrensschritts 14 begonnen wird. Dadurch könnte nach einer Detektion eines Fremdobjekts ein Einschalten durch einen Bediener vermieden werden, wobei der Frequenzdurchlauf der ersten Operation 44 das Fremdobjekt zumindest geringfügig erwärmen könnte.
3 zeigt einen beispielhaften Zeitverlauf der Amplitude der Frequenz an dem Schwingkreisbauteil 20 während des Frequenzdurchlaufs des ersten Verfahrensschritts 14. 3 zeigt den Amplitudengang Y_f der Frequenz an dem Schwingkreisbauteil 20 während des Frequenzdurchlaufs des ersten Verfahrensschritts 14. Ferner zeigt 3 einen beispielhaften Zeitverlauf der anregenden Spannung U_a während des Frequenzdurchlaufs des ersten Verfahrensschritts 14. Der Amplitudengang Y_f und die anregende Spannung U_a sind in demselben Diagramm dargestellt. Bei dem Diagramm ist auf einer x-Achse die Zeit und auf einer y-Achse eine Spannung aufgetragen. Die beiden Hochpunkte des Amplitudengangs Y_f stellen jeweils die Resonanzüberhöhung A dar. Der zweite Hochpunkt ist dabei durch ein erneutes Ansteuern mit der Resonanzfrequenz f erreicht. Grundsätzlich ist das erneute Ansteuern mit der Resonanzfrequenz f nicht zwangsläufig nötig. Aufgrund der erhöhten Last sinkt die anregende Spannung U_a zu der Resonanzüberhöhung A hin ab.
4 zeigt eine Relationstabelle der Steuer- und Regeleinheit 12 der Induktionsladevorrichtung 10 in Form eines schematischen Diagramms. Bei dem Diagramm ist auf einer x-Achse die Frequenz und auf einer y-Achse eine Güte aufgetragen. Das Diagramm ist dabei in drei Bereiche 68, 70, 72 eingeteilt. Ein erster Bereich 68 ist von einem Soll-Bereich für einen Betrieb mit der Akkuvorrichtung 30 gebildet. Liegt die Ist-Güte Q_i relativ zu der Resonanzfrequenz f in diesem Bereich 68, wird davon ausgegangen, dass sich kein Fremdkörper in einem Bereich zwischen der Induktionsladevorrichtung 10 und der Akkuvorrichtung 30 befindet. Ferner wird davon ausgegangen, dass sich eine Akkuvorrichtung 30 auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet und die Akkuvorrichtung 30 geladen werden soll. Ein zweiter Bereich 70 ist von einem Soll-Bereich für einen Betrieb ohne Akkuvorrichtung 30 gebildet. Liegt die Ist-Güte Q_i relativ zu der Resonanzfrequenz f in diesem Bereich 70, wird davon ausgegangen, dass sich kein Fremdkörper auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet. Ferner wird davon ausgegangen, dass sich keine Akkuvorrichtung 30 auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet oder die Akkuvorrichtung 30 vollständig geladen ist. Ein dritter Bereich 72, welcher den ersten Bereich 68 und den zweiten Bereich 70 umgibt, ist von einem Fehlerbereich gebildet. Liegt die Ist-Güte Q_i relativ zu der Resonanzfrequenz f in diesem Bereich 72, wird davon ausgegangen, dass ein beliebiger Fehler vorliegt oder die Akkuvorrichtung 30 derart schlecht zu der Induktionsladevorrichtung 10 positioniert ist, dass ein Laden der Akkuvorrichtung 30 nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist. Der Fehler kann dabei sowohl in der Induktionsladevorrichtung 10, in der Akkuvorrichtung 30 als auch in einer Umgebung des Ladesystems 32 liegen. Der dritte Teilbereich 72 weist zwei Teilbereiche 72', 72" auf. Der erste Teilbereich 72' des dritten Teilbereichs 72 ist dabei bezogen auf eine Güte unterhalb des ersten Bereichs 68 angeordnet. Liegt die Ist-Güte Q_i relativ zu der Resonanzfrequenz f in diesem ersten Teilbereich 72', liegt die Ist-Güte Q_i relativ zu der Resonanzfrequenz f unterhalb dem Soll-Gütebereich q_s relativ zu der Resonanzfrequenz f. Folglich wird davon ausgegangen, dass sich ein Fremdkörper in einem Bereich zwischen der Induktionsladevorrichtung 10 und der Akkuvorrichtung 30 befindet. Der zweite Teilbereich 72" des dritten Teilbereichs 72 ist dabei bezogen auf eine Güte unterhalb des zweiten Bereichs 70 angeordnet. Liegt die Ist-Güte Q_i relativ zu der Resonanzfrequenz f in diesem zweiten Teilbereich 72", liegt die Ist-Güte Q_i relativ zu der Resonanzfrequenz f unterhalb dem Soll-Gütebereich q_s relativ zu der Resonanzfrequenz f. Folglich wird davon ausgegangen, dass sich ein Fremdkörper auf der Induktionsladevorrichtung 10 befindet.

Claims

Verfahren zur Fremdobjekterkennung bei einer Induktionsladevorrichtung (10), insbesondere bei einer Handwerkzeugakkuinduktionsladevorrichtung, mittels zumindest einer Steuer- oder Regeleinheit (12) der Induktionsladevorrichtung (10), wobei • in einem ersten Verfahrensschritt (14) eine Resonanzfrequenz (f) ermittelt wird, • in einem zweiten Verfahrensschritt (16) eine Ist-Güte (Q_i) bei der Resonanzfrequenz (f) bestimmt wird, • in einem dritten Verfahrensschritt (18) die Ist-Güte (Q_i) mit einem von der Resonanzfrequenz (f) abhängigen Soll-Gütebereich (q_s) verglichen wird und • in einem vierten Verfahrensschritt (22) eine erste Entscheidung (24) über ein Vorhandensein eines Fremdobjekts derart getroffen wird, dass ein Fremdobjekt vorhanden ist, wenn die Ist-Güte (Q_i) außerhalb des Soll-Gütebereichs (q_s) liegt und kein Fremdobjekt vorhanden ist, wenn die Ist-Güte (Q_i) innerhalb des Soll-Gütebereichs (q_s) liegt, und wobei für den Fall, dass kein Fremdobjekt vorhanden ist, anschließend eine zweite Entscheidung (26) über einen Betriebszustand derart getroffen wird, dass die Resonanzfrequenz (f) mit einem Lade-Resonanzfrequenzbereich (f_L) verglichen wird, wobei ein Ladebetrieb gestartet oder regulär fortgesetzt wird, falls die Resonanzfrequenz (f) innerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs (f_L) liegt, und ein Stand-By-Betrieb gestartet oder fortgesetzt wird, falls die Resonanzfrequenz (f) außerhalb des Lade-Resonanzfrequenzbereichs (f_L) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Verfahrensschritt (14) zur Ermittlung der Resonanzfrequenz (f) ein Frequenzdurchlauf durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Verfahrensschritt (14) zur Ermittlung der Resonanzfrequenz (f) während des Frequenzdurchlaufs eine Resonanzüberhöhung (A) an zumindest einem Schwingkreisbauteil (20) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Verfahrensschritt (16) zur Ermittlung der Ist-Güte (Q_i) eine Resonanzüberhöhung (A) an zumindest einem Schwingkreisbauteil (20) und/oder eine anregende Spannung (U_a) verarbeitet werden.
Verfahren zumindest nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Verfahrensschritt (14) während des Frequenzdurchlaufs zumindest ein Wert einer Resonanzüberhöhung (A) an zumindest einem Schwingkreisbauteil (20) und/oder zumindest ein Wert einer anregenden Spannung (U_a) erfasst werden und in dem zweiten Verfahrensschritt (16) ein Wert der Resonanzüberhöhung (A) an zumindest einem Schwingkreisbauteil (20) bei der Resonanzfrequenz (f) und/oder ein Wert der anregenden Spannung (U_a) bei der Resonanzfrequenz (f) zu einer Ermittlung der Ist-Güte (Q;) genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Verfahrensschritt (14) intermittierend in regelmäßigen Abständen durchgeführt wird.
Induktionsladevorrichtung mit zumindest einer Steuer- oder Regeleinheit (12), die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Steuer- oder Regeleinheit (12) zumindest eine Speichereinheit (28) aufweist, auf der zumindest eine Relationstabelle hinterlegt ist, die einer Resonanzfrequenz (f) zumindest eine Soll-Güte (Q_s) zuordnet.