DE102013220124A1 - Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device - Google Patents

Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device Download PDF

Info

Publication number
DE102013220124A1
DE102013220124A1 DE201310220124 DE102013220124A DE102013220124A1 DE 102013220124 A1 DE102013220124 A1 DE 102013220124A1 DE 201310220124 DE201310220124 DE 201310220124 DE 102013220124 A DE102013220124 A DE 102013220124A DE 102013220124 A1 DE102013220124 A1 DE 102013220124A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coil
transmitting coil
transducers
transmitting
inductive energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201310220124
Other languages
German (de)
Inventor
Jan Sparbert
Markus Mayer
Andre Gerlach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE201310220124 priority Critical patent/DE102013220124A1/en
Publication of DE102013220124A1 publication Critical patent/DE102013220124A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/124—Detection or removal of foreign bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2250/00—Driver interactions
    • B60L2250/10—Driver interactions by alarm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Überwachung eines Zwischenraumes, insbesondere des Luftspaltes, zwischen einer Sendespule und einer Empfangsspule bei einer induktiven Energieübertragung. Die Überwachung dieses Zwischenraumes erfolgt dabei mittels einer Überwachungsvorrichtung, die Ultraschallwandler aufweist. Durch eine Überwachung des Luftspaltes zwischen Sende- und Empfangsspule kann dabei das Eindringen eines Objektes zuverlässig detektiert werden, ohne dass das Magnetfeld der induktiven Energieübertragung beeinflusst wird.The present invention provides a monitoring of an intermediate space, in particular of the air gap, between a transmitting coil and a receiving coil in an inductive energy transmission. The monitoring of this gap is carried out by means of a monitoring device having ultrasonic transducer. By monitoring the air gap between the transmitting and receiving coil while the penetration of an object can be reliably detected without the magnetic field of inductive energy transfer is affected.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung von mindestens einer Sendespule zu mindestens einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule.The present invention relates to a device for inductive energy transmission from at least one transmitting coil to at least one receiving coil spaced from the transmitting coil.

Stand der TechnikState of the art

Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktions-Batterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Diese Verbindung muss von einem Benutzer üblicherweise manuell hergestellt werden. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen. Electric vehicles and hybrid vehicles usually have an electrical energy storage, such as a traction battery that provides the electrical energy for propulsion. If this electrical energy store is completely or partially discharged, then the electric vehicle has to control a charging station, at which the energy store can be recharged. So far, it is customary for this purpose that the electric vehicle is connected to the charging station by means of a cable connection at such a charging station. This connection must usually be made manually by a user. It is also necessary that charging station and electric vehicle have a mutually corresponding connection system.

Ferner sind vereinzelt auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge bekannt. Hierzu wird ein Elektrofahrzeug über einer Sendespule bzw. einem Ladepad oder Ladevorrichtung abgestellt. Diese Spule sendet ein magnetisches Wechselfeld aus. Das magnetische Wechselfeld wird von einer Empfangsspule innerhalb des Fahrzeugs aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Mittels dieser elektrischen Energie kann daraufhin eine Traktions-Batterie des Fahrzeugs geladen werden. Die Druckschrift DE 10 2011 010 049 A1 offenbart ein solches System zum Laden einer Fahrzeugbatterie, bei dem die Energie induktiv übertragen wird.Furthermore, occasionally wireless charging systems for electric vehicles or hybrid vehicles are known. For this purpose, an electric vehicle is parked above a transmitting coil or a charging pad or charging device. This coil emits a magnetic alternating field. The alternating magnetic field is absorbed by a receiving coil within the vehicle and converted into electrical energy. By means of this electrical energy, a traction battery of the vehicle can then be charged. The publication DE 10 2011 010 049 A1 discloses such a system for charging a vehicle battery, in which the energy is transmitted inductively.

Weiterhin kann der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs auch zur Rückspeisung verwendet werden. Hierzu kann ebenfalls eine Kabelverbindung oder auch eine induktive Energie- bzw. Leistungsübertragung verwendet werden.Furthermore, the energy storage of the electric vehicle can also be used for feeding back. For this purpose, a cable connection or an inductive energy or power transmission can also be used.

Bei dem kabellosen Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeuges ist typischerweise die Sendespule des Transformators entweder im Straßenboden eingelassen oder als auf dem Boden aufgelegte Ladeplatte (Ladepad) ausgeformt und wird mittels einer geeigneten Elektronik mit dem Stromnetz verbunden. Die Empfangsspule des Transformators ist typischerweise fest im Unterboden des Fahrzeugs montiert und ihrerseits mit mittels geeigneter Elektronik mit der Traktionsbatterie des Fahrzeugs verbunden. Zur Energieübertragung erzeugt die Sendespule bzw. Primärspule ein hochfrequentes Wechselfeld, das die Empfangsspule bzw. Sekundärspule durchdringt und dort einen entsprechenden Strom induziert. Da einerseits die übertragene Leistung linear mit der Schaltfrequenz skaliert, andererseits die Schaltfrequenz durch die Ansteuerungselektronik und Verluste im Übertragungspfad begrenzt ist, ergibt sich ein typischer Frequenzbereich von 30–150 kHz. In the wireless charging of a battery of an electric vehicle typically the transmitting coil of the transformer is either embedded in the street floor or formed as laid on the floor charging plate (charging pad) and is connected by means of suitable electronics to the mains. The receiver coil of the transformer is typically fixedly mounted in the underbody of the vehicle and in turn connected by suitable electronics to the traction battery of the vehicle. For energy transmission, the transmitting coil or primary coil generates a high-frequency alternating field which penetrates the receiving coil or secondary coil and induces a corresponding current there. Since, on the one hand, the transmitted power scales linearly with the switching frequency, and on the other hand the switching frequency is limited by the control electronics and losses in the transmission path, a typical frequency range of 30-150 kHz results.

Zwischen der Sendespule der Ladestation und der Empfangsspule in dem Fahrzeug befindet sich ein Luftspalt. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen beträgt dieser Luftspalt einige Zentimeter. Luftspalte in der Größe von 10–25 cm sind dabei sehr verbreitet, wenn nicht durch Maßnahmen wie Absenken der fahrzeugfesten Spule, des gesamten Fahrzeugs oder Anheben der ortsfesten Spule oder einer Kombination dieser Maßnahmen ein ideal kleiner Luftspalt erreicht wird. Die im Luftspalt während der Übertragung entstehenden magnetischen Wechselfelder sind dazu geeignet, in beliebigen metallischen Objekten, die sich im Luftspalt befinden, elektrische Wirbelströme zu induzieren. Durch Ohmsche Verluste erhitzen sich diese sogenannten Fremdobjekte. Diese Erhitzung stellt nicht nur für die Personensicherheit, sondern auch für die Betriebssicherheit des Fahrzeugs eine erhebliche Gefahr dar. Daher ist es notwendig, die Erhitzung eines induktiven Ladesystems entweder durch Limitierung des Magnetfeldes zu begrenzen oder etwaige im Luftspalt befindliche Objekte durch geeignete Mittel zu detektieren und daraufhin die Energieübertragung zu deaktivieren. Between the transmitting coil of the charging station and the receiving coil in the vehicle there is an air gap. Due to the required ground clearance of motor vehicles, this air gap is a few centimeters. Air gaps in the size of 10-25 cm are very common, unless an ideal small air gap is achieved by measures such as lowering the vehicle-fixed coil, the entire vehicle or lifting the stationary coil or a combination of these measures. The alternating magnetic fields generated in the air gap during the transmission are suitable for inducing electrical eddy currents in any metallic objects which are located in the air gap. Ohmic losses heat these so-called foreign objects. This heating is not only for personal safety, but also for the operational safety of the vehicle is a significant risk. Therefore, it is necessary to limit the heating of an inductive charging system either by limiting the magnetic field or any objects located in the air gap by suitable means to detect and then deactivate the energy transfer.

Bekannte Methoden der Fremdobjekterkennung bestehen beispielsweise in herkömmlicher induktiver Metalldetektion mit zusätzlichen Probespulen, die pulsförmig angeregt werden und deren elektrisches Abklingverhalten analysiert wird. Ein Nachteil hiervon ist insbesondere der zusätzliche Aufbau im Spulenbau. Andere Verfahren basieren auf 2D- oder 3D-Objekterkennungsmethoden, wobei hier durch nichtmetallische Objekte Fehlererkennungen auftreten können. Known methods of foreign object detection exist, for example, in conventional inductive metal detection with additional test coils, which are excited in pulses and whose electrical decay behavior is analyzed. A disadvantage of this is in particular the additional structure in the coil construction. Other methods are based on 2D or 3D object recognition methods, whereby non-metallic objects can cause error detection.

Ein System zur kabellosen Energieübertragung wird beispielsweise in der DE 10 2009 033 236 A1 beschrieben. Die Überwachung des Zwischenraumes bei kontaktlosem Laden erfolgt hier mittels Ultraschall-, Radar- oder Infrarot- oder elektronischer Bildsensoren. Nachteilig an dem in der DE 10 2009 033 236 A1 genannten Überwachung ist, dass sie nicht gestattet, sowohl Materialien zu durchdringen als auch Flüssigkeiten oder veränderliche Beläge und Verschmutzungen zu erkennen. A system for wireless energy transmission is used for example in the DE 10 2009 033 236 A1 described. The monitoring of the gap in contactless charging takes place here by means of ultrasonic, radar or infrared or electronic image sensors. A disadvantage of the in the DE 10 2009 033 236 A1 said monitoring is that it does not allow both to penetrate materials and to detect liquids or variable deposits and soiling.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, die zuverlässig einen Gegenstand (insbesondere metallische Objekte, z.B. Münzen, etc.), ein Lebewesen (z.B. hineingehaltene Hand), Bewegungen als auch Flüssigkeiten, Beläge und Verschmutzungen in dem Übertragungsbereich der induktiven Energieübertragungsstrecke erkennen kann.There is therefore a need for an inductive power transmission device that reliably fills an object (especially metallic objects, eg, coins, etc.), a living being (eg, a hand), movements, as well as liquids, deposits, and soils Can detect transmission range of the inductive energy transmission path.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat die Vorteile, sowohl bewegte als auch unbewegte Objekte oder Lebewesen und auch Flüssigkeiten, Beläge und Verschmutzungen in dem Übertragungsbereich der induktiven Energieübertragungsstrecke erkennen zu können. The device according to the invention with the characterizing part of claim 1 has the advantages of being able to detect both moving and stationary objects or living beings and also liquids, deposits and contaminants in the transmission range of the inductive energy transmission path.

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung von mindestens einer Sendespule zu mindestens einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule mit einer Überwachungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Zwischenraum zwischen der mindestens einen Sendespule und der mindestens einen Empfangsspule sowie einen definierten Schutzbereich zu überwachen wobei die Überwachungsvorrichtung Ultraschallwandler aufweist, die in einer Matrixanordnung angeordnet sind. Vorteilhaft führt der mechanische Kontakt eines bodenständigen Objekts mit dem Ultraschallwandler zu einer Frequenzverschiebung oder Dämpfung in der Normalfrequenz, die detektiert werden kann. Durch die Verteilung auf mehrere Ultraschallwandler kann die notwendige Empfindlichkeit über die gesamte Fläche der Matrixanordnung gewährleistet werden. Bei nicht-bodenständigen Objekten (z.B. eine in den Luftspalt gehaltene Hand) kann diese vorteilhaft nach dem Sonar-Messprinzip detektiert werden. Dabei wird vorteilhaft mit wenigstens einem Ultraschallwandler ein Schallimpuls ausgesandt und die Reflexion am nicht bodenständigen Objekt über wenigstens einen Ultraschallwandler empfangen. Bei flächiger, matrixartiger Anordnung bzw. Verteilung der Wandler kann durch Beschränkung der Laufzeit des Schalls eine Trennung von Fremdobjekten im Luftspalt und dem über dem Spalt befindlichen Fahrzeugboden erreicht werden. According to the invention, it is provided that the device for inductive energy transmission from at least one transmitting coil to at least one receiving coil spaced from the transmitting coil with a monitoring device is adapted to monitor a gap between the at least one transmitting coil and the at least one receiving coil and a defined protection range Monitoring device comprises ultrasonic transducer, which are arranged in a matrix arrangement. Advantageously, the mechanical contact of a down-to-earth object with the ultrasonic transducer leads to a frequency shift or attenuation in the normal frequency, which can be detected. Due to the distribution over a plurality of ultrasonic transducers, the necessary sensitivity can be ensured over the entire area of the matrix arrangement. For non-basal objects (e.g., a hand held in the air gap), it can be advantageously detected by the sonar principle of measurement. In this case, it is advantageous to emit a sound pulse with at least one ultrasonic transducer and to receive the reflection at the non-native object via at least one ultrasonic transducer. In planar, matrix-like arrangement or distribution of the converter can be achieved by limiting the duration of the sound separation of foreign objects in the air gap and located above the gap vehicle floor.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.The measures mentioned in the dependent claims advantageous refinements of the method specified in the independent claim are possible.

Vorteilhaft sind die Ultraschallwandler dergestalt in einer Matrixanordnung angeordnet, dass die Ultraschallwandler lückenlos voneinander oder lückig voneinander beabstandet sind. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Anordnung die lückenlose Objektdetektion. Zusätzlich wird die Ausbreitung von Wirbelströmen in den Wandlerelementen verhindert und somit eine Erwärmung des Sensorsystems während eines induktiven Ladevorgangs verringert bzw. weitestgehend verhindert. Advantageously, the ultrasound transducers are arranged in a matrix arrangement in such a way that the ultrasound transducers are gaplessly spaced from each other or in a gap. Advantageously, this arrangement enables seamless object detection. In addition, the propagation of eddy currents in the transducer elements is prevented and thus a heating of the sensor system during an inductive charging process is reduced or largely prevented.

Vorteilhaft ist die Überwachungseinrichtung auf der Seite der Empfangsspule und / oder auf der Seite der Sendespule angeordnet. Advantageously, the monitoring device is arranged on the side of the receiving coil and / or on the side of the transmitting coil.

Vorteilhaft sind die Ultraschallwandler mit einem Mittel zum Abdecken beschichtet. Dieses Mittel zum Abdecken kann eine Folie sein, die wasserdicht und mechanische belastbar ist und somit vorteilhaft zum Schutz der Vorrichtung beiträgt. Zusätzlich erlaubt diese Folie eine gute Schallkopplung mit der Oberfläche. Advantageously, the ultrasonic transducers are coated with a covering agent. This means for covering may be a film that is waterproof and mechanical loadable and thus advantageously contributes to the protection of the device. In addition, this film allows a good sound coupling with the surface.

Weiterhin sind die Ultraschallwandler vorteilhaft auf einer Trägerplatte aufgebracht, um die Stabilität der Vorrichtung zu gewährleisten. Furthermore, the ultrasonic transducers are advantageously applied to a carrier plate in order to ensure the stability of the device.

Die Trägerplatte, auf der die Ultraschallwandler aufgebracht sind, ist vorteilhafterweise gerade oder gekrümmt. Die Krümmung führt zu einer Selbstreinigung oder unterstützt durch Vibration die Entfernung von Objekten oder Belägen. The carrier plate on which the ultrasonic transducers are applied is advantageously straight or curved. The curvature leads to a self-cleaning or supports by vibration the removal of objects or coverings.

Die Ultraschallwandler sind vorteilhafterweise piezoelektrische oder elektrostatische Wandler oder Piezoelektret-Wandler. Die Wandlerelemente sind im Bereich der elektroakustischen Wandlung elektrisch nicht leitfähig, weshalb sich keine Wirbelströme ausbreiten können. Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass piezoelektrische Wandler Polyvinylidenflourid (PVDF) enthalten. Weiterhin ist vorteilhaft, dass Piezoelektret-Wandler Polypropylen (PP) oder fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP) oder Ethylen-Tetraflourethylen (ETFE) enthalten. The ultrasonic transducers are advantageously piezoelectric or electrostatic transducers or piezoelectric transducers. The transducer elements are electrically non-conductive in the field of electro-acoustic conversion, which is why no eddy currents can propagate. It has proven advantageous that piezoelectric transducers contain polyvinylidene fluoride (PVDF). It is also advantageous that piezoelectric transducers contain polypropylene (PP) or fluorinated ethylene-propylene (FEP) or ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgelegt, ein Eindringen eines Objekts in den Zwischenraum zwischen Sendespule und Empfangsspule zu erkennen und die Sendespule zu deaktivieren oder die übertragene Leistung zu reduzieren, wenn ein Eindringen eines Objektes erkannt wurde. Auf diese Weise kann die induktive Energieübertragung rasch reduziert oder gestoppt werden. Somit wird ein eindringendes Objekt nicht oder weniger, zum Beispiel im Rahmen von zulässigen Grenzwerten, mit dem magnetischen Feld der Sendespule beaufschlagt.According to a further embodiment of the device according to the invention, the monitoring device is designed to detect penetration of an object into the space between the transmitting coil and the receiving coil and to deactivate the transmitting coil or to reduce the transmitted power if an intrusion of an object has been detected. In this way, the inductive energy transfer can be rapidly reduced or stopped. Thus, a penetrating object is not or less, for example, within the limits permitted limits, applied to the magnetic field of the transmitting coil.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Batterie-Ladevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung.The present invention further relates to a battery charging device with a power transmission device according to the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Fahrzeug mit einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 FIG. 2 is a schematic illustration of a cross-section through a vehicle having an inductive power transmission device according to an embodiment of the invention; FIG.

2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine induktive Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 2 a schematic representation of a cross section through an inductive power transmission device according to an embodiment of the invention;

3: eine erste Aufsicht der Trägerplatte und der Ultraschallwandler; 3 a first plan view of the carrier plate and the ultrasonic transducers;

4: eine zweite Aufsicht der Trägerplatte und der Ultraschallwandler; 4 a second plan view of the carrier plate and the ultrasonic transducers;

5: eine dritte Aufsicht der Trägerplatte und der Ultraschallwandler. 5 a third view of the carrier plate and the ultrasonic transducer.

Die in den Figuren dargestellten Zeichnungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleichwirkende Komponenten.The drawings shown in the figures are not necessarily drawn to scale for the sake of clarity. Like reference numerals generally designate like or equivalent components.

1 zeigt ein Fahrzeug 20, das über einer induktiven Ladestation abgestellt ist. Das Fahrzeug 20 ist dabei so abgestellt, dass die Empfangsspule 2 des Fahrzeugs 20 über der Sendespule 1 angeordnet ist. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit des Fahrzeugs 20 besteht dabei zwischen dem Gelände (bzw. Fußboden) 8, in dem die Sendespule 1 angeordnet ist und der Unterseite bzw. dem Fahrzeugunterboden 7 des Fahrzeugs 20, in dem sich die Empfangsspule 2 befindet, ein Zwischenraum 4 mit einem Luftspalt. Dieser Zwischenraum 4 mit dem Luftspalt kann dabei mehrere Zentimeter betragen. Bei heute üblichen Fahrzeugtypen sind Luftspalte zwischen 10 und 25 cm zu erwarten. Aber auch andere Größen für den Zwischenraum 4 zwischen Gelände 8 und Fahrzeugunterseite 7 sind ebenso möglich. Dieser Zwischenraum 4 ist dabei normalerweise frei zugänglich. Daher besteht die Möglichkeit, dass in diesem Zwischenraum 4 jederzeit Lebewesen, Körperteile oder Gegenstände eindringen können. So können beispielsweise Tiere, wie Hunde, Katzen oder Mäuse, eindringen. Weiter besteht auch die Gefahr, dass aufgrund von äußeren Einflüssen Objekte, wie beispielsweise Schmutz (Metallspäne, Verpackungsmaterial, Getränkedosen, etc.) Unrat, Laub oder ähnliches, in diesen Zwischenraum 4 eindringen können. Insbesondere leicht brennbare, metallhaltige Gegenstände stellen während des induktiven Ladevorgangs dabei eine große Gefahr dar, da sich diese Gegenstände stark erwärmen und daraufhin gegebenenfalls entzünden können. 1 shows a vehicle 20 , which is parked above an inductive charging station. The vehicle 20 is turned off so that the receiver coil 2 of the vehicle 20 above the transmitting coil 1 is arranged. Due to the required ground clearance of the vehicle 20 exists between the terrain (or floor) 8th in which the transmitting coil 1 is arranged and the bottom or the vehicle underbody 7 of the vehicle 20 in which the receiver coil 2 is located, a gap 4 with an air gap. This gap 4 with the air gap can be several centimeters. In typical vehicle types today, air gaps between 10 and 25 cm are to be expected. But also other sizes for the gap 4 between terrain 8th and vehicle base 7 are also possible. This gap 4 is usually freely accessible. Therefore, there is a possibility that in this space 4 any living thing, body parts or objects can penetrate at any time. For example, animals such as dogs, cats or mice can invade. Further, there is also the danger that, due to external influences, objects such as dirt (metal chips, packaging material, beverage cans, etc.), debris, leaves or the like, in this space 4 can penetrate. In particular, flammable, metal-containing objects pose a great danger during the inductive charging process, since these objects heat up strongly and can then ignite if necessary.

Nachdem das Fahrzeug 20 so abgestellt wurde, dass die Empfangsspule 2 in dem Fahrzeug 20 sich über der Sendespule 1 befindet, kann das Aufladen der Traktionsbatterie 22 (hier nicht dargestellt) beginnen. Hierzu erzeugt die Sendespule 1 ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld wird von der Empfangsspule 2 aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie steht daraufhin über eine geeignete Schaltung 21 (hier nicht dargestellt) zum Aufladen der Traktionsbatterie 22 zur Verfügung. Für eine Rückspeisung elektrischer Energie vom Fahrzeug 20 in ein Energieversorgungsnetz kann auch umgekehrt die Spule im Fahrzeug als Sendespule dienen, die ein magnetisches Feld erzeugt. Die Spule in der Ladestation arbeitet dann als Empfangsspule, die die Energie des magnetischen Felds empfängt und in elektrische Energie umwandelt. Diese elektrische Energie kann daraufhin in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden.After the vehicle 20 so turned off that the receiving coil 2 in the vehicle 20 above the transmitter coil 1 can, charging the traction battery 22 (not shown here) start. For this purpose, the transmission coil generates 1 a magnetic alternating field. This alternating magnetic field is from the receiving coil 2 absorbed and converted into electrical energy. This electrical energy is then via a suitable circuit 21 (not shown here) for charging the traction battery 22 to disposal. For a return of electrical energy from the vehicle 20 conversely, in a power supply network, the coil in the vehicle can serve as a transmitting coil, which generates a magnetic field. The coil in the charging station then works as a receiving coil, which receives the energy of the magnetic field and converts it into electrical energy. This electrical energy can then be fed into a power grid.

Um vor und während der induktiven Energieübertragung von der Sendespule 1 zu der Empfangsspule 2 sicherzustellen, dass sich in dem Zwischenraum 4 keinerlei unerwünschte Objekte befinden, wird dieser Zwischenraum 4 von einer Überwachungsvorrichtung 3, 3' überwacht, wobei die Überwachungsvorrichtung 3, 3' Ultraschallwandler 5 verwendet, die in einer Matrixanordnung bzw. als Array angeordnet sind. To before and during the inductive energy transfer from the transmitting coil 1 to the receiving coil 2 make sure that in the gap 4 will not find any unwanted objects, this space becomes 4 from a monitoring device 3 . 3 ' monitors, wherein the monitoring device 3 . 3 ' ultrasound transducer 5 used, which are arranged in a matrix arrangement or as an array.

Die Ultraschallwandlerelemente 5 sind auf einer Trägerplatte 9 aufgebracht, die entweder gerade oder gekrümmt ausgeführt sein kann. Die Trägerplatte 9 ist stabil ausgeführt und erlaubt aufgrund ihrer Stabilität ein Betreten oder Befahren des Ladesystems bzw. der Überwachungsvorrichtung 3, 3'. Um die Ultraschallwandler 5 zu schützen, muss eine wasserdichte, mechanisch belastbare Schicht als Mittel zum Abdecken 6 auf die Ultraschallwandlerelemente 5 aufgebracht werden. Als Schutz wird daher eine Folie 6 aufgebracht, die zusätzlich eine gute Schallkopplung mit der Oberfläche erlaubt. The ultrasonic transducer elements 5 are on a backing plate 9 applied, which can be performed either straight or curved. The carrier plate 9 is stable and allows due to their stability entering or driving on the charging system or the monitoring device 3 . 3 ' , To the ultrasonic transducers 5 To protect, a waterproof, mechanically strong layer must be used as a means of covering 6 on the ultrasonic transducer elements 5 be applied. As a protection is therefore a film 6 applied, which also allows a good sound coupling with the surface.

Die Anordnung der Ultraschallwandler bzw. Wandlerelemente 5 kann sowohl als lückiges Array, als lückige Matrix als auch als lückenfreies Array bzw. lückenfreie Matrix vorgenommen werden. Die flächigen Wandlerelemente 5 können auch in anderen geometrischen Formen gestaltet sein und dahingehend optimiert werden, dass sich keine oder geringe Wirbelströme in dem Wandlerelement 5 ausbreiten können und somit eine Erwärmung des Sensorsystems 3, 3' während eines induktiven Ladevorgangs verhindert bzw. verringert werden kann. Die Wandlerelemente 5 sind im Bereich der elektroakustischen Wandlung (z.B. PVDF oder Piezoelektret oder elektroakustischer Wandler) nicht elektrisch leitfähig. Die Bereiche der elektroakustischen Wandlung müssen durch elektrisch leitfähige Elektroden begrenzt werden. In diesen Elektroden können Wirbelströme entstehen, daher sind die Flächen in der Größe zu begrenzen und in Bezug auf die Form geeignet zu gestalten. Für eine Minimierung der Wirbelströme kann eine elektrische Leitfähigkeit sehr viel kleiner als die von Metallen gewählt werden, insbesondere wenn der Eingangswiderstand der den Wandlern 5 zugeordneten Verstärkerschaltung sehr hoch gewählt wird. The arrangement of the ultrasonic transducer or transducer elements 5 can be made as a sparse array, as a spotty matrix as well as a gap-free array or gap-free matrix. The flat transducer elements 5 may also be designed in other geometric shapes and optimized to eliminate or eliminate eddy currents in the transducer element 5 can spread and thus a warming of the sensor system 3 . 3 ' can be prevented or reduced during an inductive charging process. The transducer elements 5 are not electrically conductive in the field of electroacoustic conversion (eg PVDF or piezoelectret or electroacoustic transducer). The areas of electroacoustic conversion must be limited by electrically conductive electrodes. In these electrodes eddy currents can arise, therefore, the surfaces are to be limited in size and suitable in relation to the shape shape. For a minimization of the eddy currents, an electrical conductivity can be chosen much smaller than that of metals, in particular if the input resistance of the converters 5 assigned amplifier circuit is very high.

In einer ersten Ausführungsform der 1 ist jedes Wandlerelement der Matrix unabhängig von den anderen Wandlerelementen. Ein Wandlerelement sendet ein Signal und empfängt danach nur das von ihm selbst gesendete Signal. Dies ist insbesondere geeignet, um bodenständige Objekte zu detektieren, die eine Verschiebung der Frequenz oder Dämpfung der Schwingung verursachen. Es können aber auch nicht-bodenständige Objekte durch die Auswertung des Objektechos erfasst werden. Die Menge der Wandlerelemente sendet und empfängt unabhängig voneinander, dies gleichzeitig oder vorteilhaft in einer zeitlich aufeinanderfolgenden Sequenz, um ein Übersprechen zwischen den Wandlerelementen zu verhindern.In a first embodiment of the 1 For example, each transducer element of the matrix is independent of the other transducer elements. A transducer element sends a signal and thereafter receives only the signal sent by itself. This is particularly suitable for detecting down-to-earth objects that cause a shift in the frequency or damping of the vibration. However, non-native objects can also be detected by evaluating the object echo. The set of transducer elements independently transmits and receives, simultaneously or advantageously in a sequential sequence, to prevent crosstalk between the transducer elements.

In einer zweiten Ausführung der 1 empfangen alle Wandlerelemente das reflektierte Signal eines einzelnen, sendenden Wandlerelements. Diese Betriebsart wird auch Kreuzechobetrieb genannt. Dadurch wird die Ortung eines nicht-bodenständigen Objekts erheblich genauer, weil viele Empfänger den Abstand zum Objekt ermitteln. Durch eine Veränderung des sendenden Wandlerelements innerhalb der Matrix, z.B. in einer zeitlich aufeinanderfolgenden Sequenz von sendenden Wandlerelementen, wird die Ortung weiter verbessert. Besonders vorteilhaft ist, wenn innerhalb der zeitlichen Sequenz jedes Wandlerelement der Matrix mindestens einmal sendend ist. In a second embodiment of 1 all transducer elements receive the reflected signal of a single, transmitting transducer element. This mode of operation is also called cross-czech operation. This makes locating a non-ground-based object much more accurate because many receivers determine the distance to the object. By a change of the transmitting transducer element within the matrix, for example in a temporally successive sequence of transmitting transducer elements, the location is further improved. It is particularly advantageous if, within the temporal sequence, each transducer element of the matrix is transmitting at least once.

In einer dritten Ausführungsform der 1 sind die einzelnen Wandlerelemente so eng nebeneinander angeordnet und mit einer elektrischen Einheit verbunden, dass die Laufzeitunterschiede der eintreffenden Welle an zwei unterschiedlichen Wandlerelementen als Phasendifferenz ermittelt werden kann. Diese Anordnung wird auch als Phasenarray bezeichnet. Der Abstand direkt benachbarter Wandlerlemente liegt vorteilhaft in der Nähe der halben Wellenlänge des gesendeten Signals. Vorteil des Phasenarrays ist die hohe Genauigkeit der Ortsbestimmung des Objekts und die kostengünstige Fertigung der integrierten Wandlerelemente in einem Bauteil gegenüber einzelnen, diskreten Wandlerelementen. In a third embodiment of the 1 the individual transducer elements are arranged so close to each other and connected to an electrical unit, that the transit time differences of the incoming wave can be determined at two different transducer elements as a phase difference. This arrangement is also referred to as a phase array. The distance between directly adjacent transducer elements is advantageously close to half the wavelength of the transmitted signal. Advantage of the phase array is the high accuracy of the location of the object and the cost-effective production of the integrated transducer elements in a component against individual, discrete transducer elements.

In einer vierten Ausführungsform der 1 ist das Phasenarray als sogenannter Folienwandler ausgeführt. Folienwandler werden aus piezoelektrisch aktiven Kunststoffen hergestellt und können z.B. in einem dem Offset-Druck ähnlichen Verfahren auf einen Träger aufgebracht werden. Vorteile sind die extrem flache Bauform und die reduzierten Kosten. In a fourth embodiment of the 1 the phase array is designed as a so-called film converter. Film converters are made of piezoelectrically active plastics and can be applied to a carrier, for example, in a process similar to offset printing. Advantages are the extremely flat design and the reduced costs.

Bei einer gekrümmten Trägerplatte 9 führt die Krümmung zu einer Selbstreinigung oder unterstützt durch Vibration die Entfernung von Objekten oder Belägen. Der Reinigungseffekt wird verstärkt, wenn die Oberfläche mit Wasser benetzt wird. Dazu könnte eine Dosiervorrichtung 11 (hier nicht dargestellt) ergänzt werden, aber auch das Tropfwasser nach Regenfahrt verwendet werden. Ein Reinigungseffekt kann ebenfalls durch spezielle Nano-Beschichtung der Oberfläche unterstützt werden. For a curved carrier plate 9 The curvature leads to a self-cleaning or supports by vibration the removal of objects or coverings. The cleaning effect is enhanced when the surface is wetted with water. This could be a metering device 11 (not shown here) are supplemented, but also the dripping water to be used after rain. A cleaning effect can also be supported by special nano-coating of the surface.

Bei einer flächigen Benetzung mit Schnee oder auch Regen ist zu erwarten, dass über die komplette Fläche eine gleichmäßige Abweichung (z.B. Offset der Amplitude, Änderung der Frequenz) der einzelnen Ultraschallwandler erfolgt und weiterhin bodenständige Fremdobjekte detektiert werden können. In the case of extensive wetting with snow or even rain, it is to be expected that a uniform deviation (for example offset of the amplitude, change of the frequency) of the individual ultrasonic transducers takes place over the complete surface and still down-to-earth foreign objects can be detected.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine induktive Energieübertragungsvorrichtung gemäß der in 1 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 20 ist dabei so abgestellt, dass die Empfangsspule 2 des Fahrzeugs 20 über der Sendespule 1 angeordnet ist. Zwischen der Sendespule 1 und der Empfangsspule 2 befindet sich der Zwischenraum 4, der von der Überwachungsvorrichtung 3, 3' überwacht wird. Die Überwachungsvorrichtung 3, 3' weist auf der Sendespule 1 eine Trägerplatte 9 auf, auf der Ultraschallwandler 5 angebracht sind. Diese Ultraschallwandler 5 sind in einer Matrixanordnung oder als Array angeordnet. Die Ultraschallwandler sind von einem Mittel zum Abdecken 6 geschützt, wobei dieses wahlweise eine Folie, oder eine Beschichtung ist, die wasserdicht, mechanisch belastbar ist und eine gute Schallkopplung mit der Oberfläche erlaubt. Die Anordnung der Ultraschallwandler bzw. Wandlerelemente 5 kann sowohl als lückiges Array, als lückige Matrix als auch als lückenfreies Array bzw. lückenfreie Matrix vorgenommen werden. 2 shows a schematic representation of a cross section through an inductive energy transmission device according to the in 1 described embodiment of the invention. The vehicle 20 is turned off so that the receiver coil 2 of the vehicle 20 above the transmitting coil 1 is arranged. Between the transmitter coil 1 and the receiving coil 2 is the gap 4 by the monitoring device 3 . 3 ' is monitored. The monitoring device 3 . 3 ' points to the transmitter coil 1 a carrier plate 9 on, on the ultrasonic transducer 5 are attached. These ultrasonic transducers 5 are arranged in a matrix arrangement or as an array. The ultrasonic transducers are covered by a means of covering 6 this is optionally a film, or a coating that is waterproof, mechanically strong and allows a good sound coupling with the surface. The arrangement of the ultrasonic transducer or transducer elements 5 can be made as a sparse array, as a spotty matrix as well as a gap-free array or gap-free matrix.

3 zeigt eine erste Aufsicht auf die Trägerplatte 9 der in 1 und 2 erwähnten Überwachungsvorrichtung 3, 3'. Die Ultraschallwandlerelemente 5 sind auf der Trägerplatte 9 aufgebracht, die entweder gerade oder gekrümmt ausgeführt sein kann. Die Trägerplatte 9 ist stabil ausgeführt und erlaubt aufgrund ihrer Stabilität ein Betreten oder Befahren des Ladesystems bzw. der Überwachungsvorrichtung 3, 3'. Die Anordnung der Ultraschallwandler bzw. Wandlerelemente 5 ist in diesem Fall als lückiges Array bzw. als lückige Matrix ausgeführt. Die Mindestanzahl an Ultraschallwandlern 5 beträgt zwei Ultraschallwandler 5. Die hier dargestellte Form der Ultraschallwandler ist rund. Allerdings können die flächigen Wandlerelemente 5 auch in anderen geometrischen Formen gestaltet sein wie in dem weiteren Ausführungsbeispiel der 4 dargestellt. Hier sind die Ultraschallwandlerelemente 5 viereckig ausgebildet und analog zu 3 auf der Trägerplatte 9 aufgebracht. 3 shows a first view of the carrier plate 9 the in 1 and 2 mentioned monitoring device 3 . 3 ' , The ultrasonic transducer elements 5 are on the backing plate 9 applied, which can be performed either straight or curved. The carrier plate 9 is stable and allows due to their stability entering or driving on the charging system or the monitoring device 3 . 3 ' , The arrangement of the ultrasonic transducer or transducer elements 5 is executed in this case as a gappy array or as a spotty matrix. The minimum number of ultrasonic transducers 5 is two ultrasonic transducers 5 , The form of the ultrasonic transducers shown here is round. However, the flat transducer elements 5 also in others be designed geometric shapes as in the further embodiment of 4 shown. Here are the ultrasonic transducer elements 5 quadrangular and analogous to 3 on the carrier plate 9 applied.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 5. Hier sind die viereckigen Ultraschallelemente 5 auf der Trägerplatte 9 der Überwachungsvorrichtung 3, 3' (wie zu 2 und 3 beschrieben) aufgebracht, wobei die Anordnung als lückenfreies Array bzw. lückenfreie Matrix vorgenommen ist. Die flächigen Wandlerelemente 5 können auch in anderen geometrischen Formen gestaltet sein, die eine lückenfreie Anordnung gewährleisten (z.B. hexagonal, etc.) und dahingehend optimiert werden, dass sich keine oder geringe Wirbelströme in dem Wandlerelement 5 ausbreiten können und somit eine Erwärmung des Sensorsystems 3, 3' während eines induktiven Ladevorgangs verhindert bzw. verringert werden kann.Another embodiment of the invention shows 5 , Here are the quadrangular ultrasound elements 5 on the carrier plate 9 the monitoring device 3 . 3 ' (how to 2 and 3 described), wherein the arrangement is made as a gap-free array or gap-free matrix. The flat transducer elements 5 can also be designed in other geometric shapes that ensure a gap-free arrangement (eg hexagonal, etc.) and optimized to the effect that no or little eddy currents in the transducer element 5 can spread and thus a warming of the sensor system 3 . 3 ' can be prevented or reduced during an inductive charging process.

In einer zweiten Ausführung empfangen alle Wandlerelemente das reflektierte Signal eines einzelnen, sendenden Wandlerelements. Diese Betriebsart wird auch Kreuzechobetrieb genannt. Dadurch wird die Ortung eines nicht-bodenständigen Objekts erheblich genauer, weil viele Empfänger den Abstand zum Objekt ermitteln. Durch eine Veränderung des sendenden Wandlerelements innerhalb der Matrix, z.B. in einer zeitlich aufeinanderfolgenden Sequenz von sendenden Wandlerelementen, wird die Ortung weiter verbessert. Besonders vorteilhaft ist, wenn innerhalb der zeitlichen Sequenz jedes Wandlerelement der Matrix mindestens einmal sendend ist.In a second embodiment, all transducer elements receive the reflected signal of a single transmitting transducer element. This mode of operation is also called cross-czech operation. This makes locating a non-ground-based object much more accurate because many receivers determine the distance to the object. By changing the transmitting transducer element within the matrix, e.g. in a temporally successive sequence of transmitting transducer elements, the location is further improved. It is particularly advantageous if, within the temporal sequence, each transducer element of the matrix is transmitting at least once.

In einer dritten Ausführungsform sind die einzelnen Wandlerelemente so eng nebeneinander angeordnet und mit einer elektrischen Einheit verbunden, dass die Laufzeitunterschiede der eintreffenden Welle an zwei unterschiedlichen Wandlerelementen als Phasendifferenz ermittelt werden kann. Diese Anordnung wird auch als Phasenarray bezeichnet. Der Abstand direkt benachbarter Wandlerlemente liegt vorteilhaft in der Nähe der halben Wellenlänge des gesendeten Signals. Vorteil des Phasenarrays ist die hohe Genauigkeit der Ortsbestimmung des Objekts und die kostengünstige Fertigung der integrierten Wandlerelemente in einem Bauteil gegenüber einzelnen, diskreten Wandlerelementen. In a third embodiment, the individual transducer elements are arranged so close to each other and connected to an electrical unit, that the transit time differences of the incoming wave can be determined at two different transducer elements as a phase difference. This arrangement is also referred to as a phase array. The distance between directly adjacent transducer elements is advantageously close to half the wavelength of the transmitted signal. Advantage of the phase array is the high accuracy of the location of the object and the cost-effective production of the integrated transducer elements in a component against individual, discrete transducer elements.

In einer vierten Ausführungsform ist das Phasenarray als sogenannter Folienwandler ausgeführt. Folienwandler werden aus piezoelektrisch aktiven Kunststoffen hergestellt und können z.B. in einem dem Offset-Druck ähnlichen Verfahren auf einen Träger aufgebracht werden. Vorteile sind die extrem flache Bauform und die reduzierten Kosten. Hierzu bitte dringend RS mit Herrn Andre Gerlach halten!In a fourth embodiment, the phase array is designed as a so-called film converter. Film converters are made of piezoelectrically active plastics and can be used e.g. be applied to a support in a process similar to offset printing. Advantages are the extremely flat design and the reduced costs. Please hold urgently RS with Mr. Andre Gerlach!

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011010049 A1 [0003] DE 102011010049 A1 [0003]
  • DE 102009033236 A1 [0008, 0008] DE 102009033236 A1 [0008, 0008]

Claims (12)

Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung von mindestens einer Sendespule (1) zu mindestens einer von der Sendespule (1) beabstandeten Empfangsspule (2), mit einer Überwachungsvorrichtung (3, 3'), die dazu ausgelegt ist, einen Zwischenraum (4) zwischen der mindestens einen Sendespule (1) und der mindestens einen Empfangsspule (2) zu überwachen, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (3, 3') Ultraschallwandler (5) aufweist, die in einer Matrixanordnung angeordnet sind.Device for inductive energy transmission of at least one transmitting coil ( 1 ) to at least one of the transmitting coil ( 1 ) spaced receiving coil ( 2 ), with a monitoring device ( 3 . 3 ' ), which is designed to provide a clearance ( 4 ) between the at least one transmitting coil ( 1 ) and the at least one receiving coil ( 2 ), characterized in that the monitoring device ( 3 . 3 ' ) Ultrasonic transducer ( 5 ) arranged in a matrix arrangement. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (5) dergestalt in einer Matrixanordnung angeordnet sind, dass die Ultraschallwandler (5) lückenlos voneinander oder lückig voneinander beabstandet sind.Device according to claim 1, characterized in that the ultrasonic transducers ( 5 ) are arranged in a matrix arrangement such that the ultrasonic transducers ( 5 ) are completely separated from each other or are loosely spaced from each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (3, 3') auf der Seite der Sendespule (1) angeordnet ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device ( 3 . 3 ' ) on the side of the transmitting coil ( 1 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwander (5) mit einem Mittel zum Abdecken (6) beschichtet sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transducer ( 5 ) with a means for covering ( 6 ) are coated. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Abdecken (6) eine Folie ist, die wasserdicht und mechanisch belastbar ist. Apparatus according to claim 3, characterized in that the means for covering ( 6 ) is a film that is waterproof and mechanically strong. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwander (5) auf einer Trägerplatte (9) aufgebracht sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transducer ( 5 ) on a carrier plate ( 9 ) are applied. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (9) gerade oder gekrümmt ausgeführt ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the carrier plate ( 9 ) is executed straight or curved. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (5) piezoelektrische oder elektrostatische Wandler oder Piezoelektret-Wandler sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transducers ( 5 ) are piezoelectric or electrostatic transducers or piezoelectric transducers. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Wandler (5) Polyvinylidenfluorid enthalten. Device according to Claim 8, characterized in that the piezoelectric transducers ( 5 ) Polyvinylidene fluoride. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezoelektret-Wandler (5) Polypropylen oder flouriertes Ethylen Propylen oder Ethylen-Tetraflourethylen enthalten. Apparatus according to claim 8, characterized in that the piezoelectric transducers ( 5 ) Polypropylene or fluorinated ethylene propylene or ethylene tetrafluoroethylene. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Überwachungsvorrichtung (3, 3') dazu ausgelegt ist, ein Eindringen eines Objektes in den Zwischenraum (4) zwischen Sendespule (1) und Empfangsspule (2) zu erkennen und die Sendespule (1) zu deaktivieren oder die Leistung zu reduzieren, wenn ein Eindringen eines Objektes erkannt wurde.Device according to one of the preceding claims, wherein the monitoring device ( 3 . 3 ' ) is designed to allow penetration of an object into the space ( 4 ) between transmitting coil ( 1 ) and receiving coil ( 2 ) and the transmitting coil ( 1 ) or to reduce the power if an intrusion of an object has been detected. Batterie-Ladevorrichtung mit einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9.A battery charging device having an inductive power transmitting device according to any one of claims 1-9.
DE201310220124 2013-10-04 2013-10-04 Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device Pending DE102013220124A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310220124 DE102013220124A1 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310220124 DE102013220124A1 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013220124A1 true DE102013220124A1 (en) 2015-04-09

Family

ID=52693242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310220124 Pending DE102013220124A1 (en) 2013-10-04 2013-10-04 Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013220124A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018219612A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for detecting at least one object in the area between a primary coil and a secondary coil in an inductive charging device
WO2019007861A1 (en) * 2017-07-04 2019-01-10 Continental Automotive Gmbh Inductive charging device for an electrically driven motor vehicle and method for operating the charging device
WO2019115631A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Prodrive Technologies B.V. Object detection system for a wireless power transfer system
DE102018106063A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Sensor arrangement for a contactless charging system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009033236A1 (en) 2009-07-14 2011-01-20 Conductix-Wampfler Ag Device for inductive transmission of electrical energy
DE102011010049A1 (en) 2011-02-01 2011-11-03 Daimler Ag Vehicle e.g. electric vehicle, has vehicle communication unit providing information about charging condition or charging parameter of battery, where information is inductively transmitted to charging device over vehicle coil

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009033236A1 (en) 2009-07-14 2011-01-20 Conductix-Wampfler Ag Device for inductive transmission of electrical energy
DE102011010049A1 (en) 2011-02-01 2011-11-03 Daimler Ag Vehicle e.g. electric vehicle, has vehicle communication unit providing information about charging condition or charging parameter of battery, where information is inductively transmitted to charging device over vehicle coil

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018219612A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-06 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for detecting at least one object in the area between a primary coil and a secondary coil in an inductive charging device
CN110709728A (en) * 2017-05-31 2020-01-17 罗伯特·博世有限公司 Method and device for identifying at least one object in a region between a primary coil and a secondary coil of an inductive charging device
US10838060B2 (en) 2017-05-31 2020-11-17 Robert Bosch Gmbh Method and device for detecting at least one object in the area between a primary coil and a secondary coil of an inductive charging device
CN110709728B (en) * 2017-05-31 2023-10-13 罗伯特·博世有限公司 Method and device for detecting at least one object in a region between a primary coil and a secondary coil of an inductive charging device
WO2019007861A1 (en) * 2017-07-04 2019-01-10 Continental Automotive Gmbh Inductive charging device for an electrically driven motor vehicle and method for operating the charging device
WO2019115631A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Prodrive Technologies B.V. Object detection system for a wireless power transfer system
DE102018106063A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Sensor arrangement for a contactless charging system
DE102018106063B4 (en) 2018-03-15 2022-08-04 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Sensor arrangement for a contactless charging system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2715397B1 (en) Environment monitoring device in a motor vehicle and method for monitoring the environment using a correlation
DE102015111259A1 (en) Ultrasonic and infrared object detection for wireless charging of electric vehicles
DE102013220124A1 (en) Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device
WO2016005104A1 (en) Device and method for operating an inductive charging system
DE102009047012A1 (en) Method for detecting objects
DE102011085286A1 (en) Method for detecting vicinity of vehicle in parking space, involves detecting and encoding ultrasonic pulses of different frequencies emitted in respective distance range
EP2590836B1 (en) Measuring a temperature during contactless transmission of energy
DE102013219131B4 (en) Device and method for detecting a foreign body in a magnetic field intended for conduction-free energy transfer
WO2017092950A1 (en) Method for operating a monitoring device for monitoring an inductive energy transmission device
DE10136628B4 (en) Ultrasonic transducer for emitting and receiving ultrasonic waves by means of a membrane, method and control device for operating the ultrasonic transducer, and use of the ultrasonic transducer
DE102009028992A1 (en) Method and device for determining the position of an obstacle relative to a vehicle, in particular a motor vehicle, for use in a driver assistance system of the vehicle
EP2780125B1 (en) Ultrasound transducer and corresponding apparatus for monitoring vehicle surroundings
DE102011001387A1 (en) Sampling method for sampling field by optical sampling system or scanning system, involves transmitting test light signals by transmitters of transmitter arrangement of optical sampling system
DE102015216899A1 (en) Location of charging coils integrated in distance sensors
DE102013110280A1 (en) Positioning system for vehicles
DE102014213972A1 (en) Apparatus and method for determining crack parameters
DE102018200688A1 (en) Method and device for operating an acoustic sensor
DE102010063438A1 (en) Sound wave based sensor for environment detection and use of the same
DE102013207198A1 (en) Inductive energy transfer device and method for operating an inductive energy transfer device
WO2019154684A1 (en) Inductive charging device and method for monitoring an inductive charging device
DE102018106063B4 (en) Sensor arrangement for a contactless charging system
EP1390737B1 (en) Non-destructive ultrasound test method for detection of damage
DE102012014197A1 (en) Ultrasonic transducer e.g. active ultrasonic transducer, for use in device for detecting surroundings of vehicle, has transmission stage directly producing excitation signal whose amplitude corresponds to value of onboard network voltage
DE102011001035B4 (en) Automatically moveable suction and/or sweeping device as well as distance sensor
WO2019086690A1 (en) Method for operating a monitoring device of an inductive energy transmission unit

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01V0003120000

Ipc: G01V0001000000