DE102014221884A1

DE102014221884A1 - Sensor arrangement for providing additional information in an inductive charging system

Info

Publication number: DE102014221884A1
Application number: DE102014221884.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Huber; Fabian Kurz; Stefan Schwarzer; Claus Seisenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem umfassend eine Detektionsvorrichtung (4), welche zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers vorgesehen ist, eine Überwachungsvorrichtung (5), welche zur Überwachung einer Relativposition zwischen einer Primärspule (2) und einer Sekundärspule (3) vorgesehen ist, und eine Kommunikationseinheit (6). Um Kosten, Platzbedarf und Leistungsaufnahme für die obligatorischen Zusatzsysteme zu minimieren wird vorgeschlagen die Detektionsvorrichtung (4), die Überwachungsvorrichtung (5) und die Kommunikationseinheit (6) zusammen zu einer Sensoranordnung integriert sind, wobei mindestens eine Baugruppe zur gemeinsamen Nutzung vorgesehen ist.The invention relates to a sensor arrangement for providing additional information in an inductive charging system comprising a detection device (4), which is provided for detecting an electrically conductive foreign body, a monitoring device (5), which for monitoring a relative position between a primary coil (2) and a secondary coil (3) is provided, and a communication unit (6). In order to minimize costs, space requirements and power consumption for the obligatory additional systems, it is proposed that the detection device (4), the monitoring device (5) and the communication unit (6) are integrated together to form a sensor arrangement, at least one assembly being provided for common use.

Description

Die Erfindung betrifft Sensoranordnung zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem, umfassend eine Detektionsvorrichtung, welche zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers vorgesehen ist, eine Überwachungsvorrichtung, welche zur Überwachung einer Relativposition zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule vorgesehen ist, und eine Kommunikationseinheit. The invention relates to a sensor arrangement for providing additional information in an inductive charging system, comprising a detection device which is provided for detecting an electrically conductive foreign body, a monitoring device which is provided for monitoring a relative position between a primary coil and a secondary coil, and a communication unit.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Sensorsystem zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem, welches eine Primärspule auf einer Primärseite, eine Sekundärspule auf einer Sekundärseite und mindestens eine derartige Sensoranordnung aufweist. The invention further relates to a sensor system for providing additional information in an inductive charging system, which has a primary coil on a primary side, a secondary coil on a secondary side and at least one such sensor arrangement.

Die Erfindung betrifft ferner ein induktives Ladesystem, welches mindestens ein derartiges Sensorsystem aufweist. The invention further relates to an inductive charging system which has at least one such sensor system.

Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem mittels mindestens eines derartigen Sensorsystems. The invention also relates to a method for providing additional information in an inductive charging system by means of at least one such sensor system.

Eine derartige Sensoranordnung kommt in einem induktiven Ladesystem mit hoher Übertragungsleistung, insbesondere beim drahtlosen Laden von Akkus in Elektroautos oder Hybridautos, zum Einsatz. In einem induktiven Ladesystem wird die elektrische Energie mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes, beispielsweise bei 85 kHz, von einer Primärspule zu einer Sekundärspule über einen Luftspalt übertragen. Bei diesem Verfahren gibt es neben der eigentlichen Energieübertragung eine Reihe von zusätzlichen, teils sicherheitsrelevanten, Funktionen, die für einen geregelten Ablauf des Ladevorgangs erforderlich sind. Such a sensor arrangement is used in an inductive charging system with high transmission power, in particular when wirelessly charging batteries in electric cars or hybrid cars. In an inductive charging system, the electrical energy is transmitted by means of an alternating magnetic field, for example at 85 kHz, from a primary coil to a secondary coil via an air gap. In this method, in addition to the actual energy transfer, there are a number of additional, partly safety-relevant, functions that are required for a controlled sequence of the charging process.

Beim Laden der Batterie des Elektrofahrzeugs muss verhindert werden, dass in dem großen Luftspalt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule elektrisch leitfähige Körper gelangen können. In Folge der Einwirkung des Ladefelds auf den im Luftspalt befindlichen elektrisch leitfähigen Körper kann dieser durch Wirbelströme erhitzt werden. Im schlimmsten Fall kann es beispielsweise bei metallbeschichteten Kunststoffen oder bei metallbeschichteten Papieren zu einer Selbstentzündung des Körpers kommen. Daher muss sichergestellt werden, dass sich im Luftspalt befindliche Metallkörper nicht aufheizen und gegebenenfalls benachbarte brennbare Materialien entzünden können When charging the battery of the electric vehicle must be prevented that can pass in the large air gap between the primary coil and the secondary coil electrically conductive body. As a result of the action of the charging field on the electrically conductive body located in the air gap, it can be heated by eddy currents. In the worst case, for example, metal-coated plastics or metal-coated papers may self-ignite the body. Therefore, it must be ensured that metal bodies located in the air gap do not heat up and possibly ignite adjacent flammable materials

Eine weitere notwendige Funktionalität ist die stetige Überwachung der korrekten Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule des induktiven Ladesystems, welche transformatorisch über einen Luftspalt gekoppelt sind. Dies stellt sicher, dass die angeforderte Ladeleistung mit ausreichendem Wirkungsgrad übertragen werden kann. Another necessary functionality is the continuous monitoring of the correct relative position between the primary coil and the secondary coil of the inductive charging system, which are transformer coupled via an air gap. This ensures that the requested charging power can be transmitted with sufficient efficiency.

Außerdem muss für die Übertragung von für den Ladevorgang erforderlichen Daten zwischen der Primärspule und Sekundärspule eine drahtlose Datenkommunikation etabliert werden. In addition, wireless data communication must be established for the transfer of data required for the charging process between the primary coil and the secondary coil.

Aus der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 207 253.0 ist eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Vorhandenseins eines elektrisch leitfähigen Körpers mit zumindest einer Sendeeinrichtung zum Bereitstellen eines Sendesignals in Form eines magnetischen Feldes bekannt. From the not yet published German patent application DE 10 2014 207 253.0 a device for checking a presence of an electrically conductive body with at least one transmitting device for providing a transmission signal in the form of a magnetic field is known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art für ein induktives Ladesystem anzugeben, bei der die Kosten, Platzbedarf und Leistungsaufnahme für die obligatorischen Zusatzsysteme minimiert werden. The invention has for its object to provide a sensor arrangement of the type mentioned for an inductive charging system, in which the costs, space requirements and power consumption for the mandatory additional systems are minimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Detektionsvorrichtung, die Überwachungsvorrichtung und die Kommunikationseinheit zusammen zu einer Sensoranordnung integriert sind, wobei mindestens eine Baugruppe zur gemeinsamen Nutzung vorgesehen ist. This object is achieved by a sensor arrangement of the type mentioned above in that the detection device, the monitoring device and the communication unit are integrated together to form a sensor arrangement, wherein at least one module is provided for sharing.

Bei der Detektionsvorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Detektion von elektrisch leitfähigen Fremdobjekten, beispielsweise im Luftspalt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule, welche den Ladevorgang stören können und/oder durch eine mögliche Selbstentzündung ein Sicherheitsrisiko darstellen. Diese elektrisch leitfähigen Fremdkörper können aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehen. Bei der Überwachungsvorrichtung handelt es sich um eine Vorrichtung, welche die Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule überprüft, damit die benötigte elektrische Energie mit ausreichendem Wirkungsgrad übertragen werden kann. Die Kommunikationseinheit ist für die Übertragung von Daten, beispielsweise den aktuellen Ladezustand des Akkus, zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des induktiven Ladesystems, zuständig. Integration bedeutet, dass die Detektionsvorrichtung, die Überwachungsvorrichtung und die Kommunikationseinheit zu einer Sensoranordnung zusammengefasst werden und zumindest Teile der Elektronik und Infrastruktur gemeinsam nutzen. In the detection device is a device for detecting electrically conductive foreign objects, for example in the air gap between the primary coil and the secondary coil, which can interfere with the charging process and / or represent a security risk by a possible auto-ignition. These electrically conductive foreign bodies may be made of metal or another electrically conductive material. The monitoring device is a device which checks the relative position between the primary coil and the secondary coil so that the required electrical energy can be transmitted with sufficient efficiency. The communication unit is responsible for the transmission of data, for example the current state of charge of the battery, between the primary side and the secondary side of the inductive charging system. Integration means that the detection device, the monitoring device and the communication unit are combined to form a sensor arrangement and share at least parts of the electronics and infrastructure.

Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein oben genanntes Sensorsystem gelöst, wobei die Detektionsvorrichtung zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers in einem Luftspalt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule vorgesehen ist, die Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule vorgesehen ist und die Kommunikationseinheit zur Übertragung von Daten zwischen der Primärseite und der Sekundärseite vorgesehen ist. Furthermore, the object is achieved by an above-mentioned sensor system, wherein the detection device for detecting an electrically conductive foreign body in an air gap between the primary coil and the Secondary coil is provided, the monitoring device is provided for monitoring a relative position between the primary coil and the secondary coil and the communication unit is provided for transmitting data between the primary side and the secondary side.

Ferner wird die Aufgabe durch ein oben genanntes induktives Ladesystem gelöst, welches mindestens ein derartiges Sensorsystem aufweist. Furthermore, the object is achieved by an inductive charging system mentioned above, which has at least one such sensor system.

Desweiteren wird die Aufgabe durch ein oben genanntes Verfahren zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem mittels mindestens eines derartigen Sensorsystems gelöst. Furthermore, the object is achieved by an above-mentioned method for providing additional information in an inductive charging system by means of at least one such sensor system.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Zusammenfassung der Funktionen zu einer Reduzierung der Kosten für die Zusatzsysteme führt und sich der Platzbedarf und die Leistungsaufnahme minimiert. The advantages of the invention are in particular that the combination of functions leads to a reduction in the cost of the additional systems and minimizes the space requirement and power consumption.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Überwachungsvorrichtung und die Kommunikationseinheit in die Detektionsvorrichtung integriert. Dies ist besonders vorteilhaft, da sowohl die Spulenanordnung als auch die Signalaufbereitungseinheit der Detektionsvorrichtung von der Überwachungsvorrichtung und der Kommunikationseinheit verwendet werden. Damit reduziert sich die Komplexität der Hardware, wodurch sich Kosten, Platzbedarf und Leistungsaufnahme reduzieren. In a preferred embodiment, the monitoring device and the communication unit are integrated into the detection device. This is particularly advantageous since both the coil arrangement and the signal conditioning unit of the detection device are used by the monitoring device and the communication unit. This reduces the complexity of the hardware, which reduces costs, space requirements and power consumption.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Detektionsvorrichtung zur Detektion einer Sekundärspule vorgesehen. Da die Sekundärspule aus detektierbarem Material besteht ist sie, wie ein Fremdkörper, von der Detektionsvorrichtung erfassbar. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Detektionsvorrichtung beide Funktionalitäten erfüllt und deshalb keine zusätzliche Elektronik benötigt wird. In a further advantageous embodiment, the detection device is provided for detecting a secondary coil. Since the secondary coil consists of detectable material, it is detectable by the detection device, like a foreign body. This is particularly advantageous since the detection device fulfills both functionalities and therefore no additional electronics are required.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Überwachungsvorrichtung Mittel zur Mustererkennung auf, welche zur Bestimmung einer Relativposition zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule vorgesehen sind. Mustererkennung ist die Fähigkeit, in einer Menge von Daten Regelmäßigkeiten, Wiederholungen, Ähnlichkeiten oder Gesetzmäßigkeiten zu erkennen. In a further embodiment, the monitoring device has means for pattern recognition, which are provided for determining a relative position between a primary coil and a secondary coil. Pattern recognition is the ability to detect regularities, repetitions, similarities or laws in a set of data.

Dies ist besonders vorteilhaft, da mit Hilfe von Mustererkennungsalgorithmen die Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule genau ermittelt werden kann. This is particularly advantageous since the relative position between the primary coil and the secondary coil can be determined precisely with the aid of pattern recognition algorithms.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärspule auf der Überwachungsfrequenz und/oder der Kommunikationsfrequenz resonant abgestimmt. Die Überwachungsfrequenz ist die Frequenz, welche von der Überwachungsvorrichtung zur Bestimmung und Überwachung der Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule verwendet wird. Die Kommunikationsfrequenz ist die Frequenz, mit der über die Kommunikationseinheit Daten zwischen der Primärseite und der Sekundärseite übertragen werden. Die Resonante Abstimmung hat den Vorteil, dass sich die Reichweite für die Überwachung der Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule und für die Kommunikation erhöht. In a particularly advantageous embodiment, the secondary coil is resonantly tuned to the monitoring frequency and / or the communication frequency. The monitoring frequency is the frequency used by the monitoring device to determine and monitor the relative position between the primary coil and the secondary coil. The communication frequency is the frequency with which data is transmitted between the primary side and the secondary side via the communication unit. The resonant tuning has the advantage that the range for monitoring the relative position between the primary coil and the secondary coil and for the communication increases.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Detektionsvorrichtung, die Überwachungsvorrichtung und die Kommunikationseinheit für denselben Frequenzbereich vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass große Teile der Elektronik und Infrastruktur des Sensorsystems von der Detektionsvorrichtung, der Überwachungsvorrichtung und der Kommunikationseinheit gemeinsam genutzt werden können. In a further advantageous embodiment, the detection device, the monitoring device and the communication unit are provided for the same frequency range. This has the advantage that large parts of the electronics and infrastructure of the sensor system can be shared by the detection device, the monitoring device and the communication unit.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Sekundärseite mindestens eine zusätzliche Spule auf, wobei die mindestens eine zusätzliche Spule und die Sekundärspule eine definierte Relativposition aufweisen. Da die Relativposition zwischen der Sekundärspule und der mindestens einen zusätzlichen Spule bekannt ist, kann die mindestens eine zusätzliche Spule zur Überwachung der Relativposition zwischen Primärspule und Sekundärspule herangezogen werden. Aufgrund der Tatsache, dass die mindestens eine zusätzliche Spule nicht, wie die Sekundärspule, für den Ladevorgang optimiert sein muss, kann die Überwachung der Relativposition exakter erfolgen. Außerdem beeinflussen sich der Ladevorgang, die Überwachung der Relativposition und die Kommunikation bei der Verwendung unterschiedlicher Spulen weniger oder gar nicht und die Störanfälligkeit verringert sich. In an advantageous embodiment, the secondary side has at least one additional coil, wherein the at least one additional coil and the secondary coil have a defined relative position. Since the relative position between the secondary coil and the at least one additional coil is known, the at least one additional coil can be used to monitor the relative position between primary coil and secondary coil. Due to the fact that the at least one additional coil, like the secondary coil, does not have to be optimized for the charging process, the monitoring of the relative position can be carried out more accurately. In addition, the charging process, the relative position monitoring and the communication with the use of different coils influence less or not at all and the susceptibility to interference decreases.

In besonders vorteilhafter Weise weist die mindestens eine zusätzliche Spule ein Abstimmnetzwerk und einen Schalter auf, wobei die mindestens eine zusätzliche Spule mit dem Abstimmnetzwerk resonant abgestimmt ist und der Schalter zum Zuschalten des Abstimmnetzwerks vorgesehen ist. Durch die resonante Abstimmung, beispielsweise auf der Detektionsfrequenz, erhöht sich die Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung. In a particularly advantageous manner, the at least one additional coil has a tuning network and a switch, wherein the at least one additional coil is tuned resonantly with the tuning network and the switch is provided for connecting the tuning network. By the resonant vote, for example, on the detection frequency, the accuracy of the relative position determination increases.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Sekundärseite mindestens einen Backscatter-Modulator auf, die zur Verstärkung und Modulation eines Detektionssignals vorgesehen ist. Dadurch lässt sich eine Verbesserung der Erkennbarkeit bei der Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers auf der Sekundärseite erzielen. In a further embodiment, the secondary side has at least one backscatter modulator which is provided for amplifying and modulating a detection signal. This makes it possible to achieve an improvement in recognizability in the detection of an electrically conductive foreign body on the secondary side.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Sekundärspule ein unabhängiger Kommunikationssender angeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass die vorhandene Hardware für den Ladevorgang nicht modifiziert wird, was das Risiko bei der Implementierung der Zusatzfunktionen auf der Sekundärseite minimiert. Außerdem verbessert sich bei der Verwendung eines dedizierten Senders auf der Sekundärseite die Wartungsfreundlichkeit. In an advantageous embodiment, an independent communication transmitter is connected to the secondary coil. This has the advantage that the existing hardware for the charging process is not modified, which minimizes the risk of implementing the additional functions on the secondary side. In addition, the ease of maintenance improves when using a dedicated transmitter on the secondary side.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Backscatter-Modulator zur Übertragung von Daten zwischen der Sekundärseite und der Primärseite vorgesehen. Auch dies hat den Vorteil, dass die vorhandene Hardware für den Ladevorgang nicht modifiziert wird. Durch die Verwendung des vorhandenen Backscatter-Modulators für die Datenübertragung werden zusätzlich die Kosten gesenkt. In a further advantageous embodiment, the backscatter modulator is provided for the transmission of data between the secondary side and the primary side. This also has the advantage that the existing hardware for the charging process is not modified. By using the existing backscatter modulator for data transmission, the costs are additionally reduced.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures.

Es zeigen: Show it:

1 ein Blockschaltbild einer Sensoranordnung zur Bereitstellung von Zusatzinformationen für ein induktives Ladesystem, welche in eine Detektionsvorrichtung integriert ist und 1 a block diagram of a sensor arrangement for providing additional information for an inductive charging system, which is integrated in a detection device and

2 ein Blockschaltbild eines induktiven Ladesystems mit einem Sensorsystems zur Bereitstellung von Zusatzinformationen. 2 a block diagram of an inductive charging system with a sensor system for providing additional information.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Sensoranordnung zur Bereitstellung von Zusatzinformationen für ein induktives Ladesystem, welche in eine Detektionsvorrichtung (4) integriert ist. Die Sensoranordnung weist eine Detektionsvorrichtung 4, welche zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers vorgesehen ist, eine Überwachungsvorrichtung 5, welche zur Bestimmung und Überwachung einer Relativposition zwischen einer Primärspule 2 und einer Sekundärspule 3 vorgesehen ist, und eine Kommunikationseinheit 6 auf. 1 1 shows a block diagram of a sensor arrangement for providing additional information for an inductive charging system, which is incorporated in a detection device (FIG. 4 ) is integrated. The sensor arrangement has a detection device 4 , which is provided for detecting an electrically conductive foreign body, a monitoring device 5 which is used to determine and monitor a relative position between a primary coil 2 and a secondary coil 3 is provided, and a communication unit 6 on.

Die Detektionsvorrichtung 4 weist eine Spulenanordnung 4a und eine Signalaufbereitungseinheit 4b auf, welche über eine erste physikalische Schnittstelle 12a, beispielsweise ein Kabel oder einen Lichtwellenleiter, mit einer Auswerteeinheit 12 verbunden ist. Durch die Detektionsvorrichtung 4 wird ein magnetisches Wechselfeld im MHz-Bereich erzeugt, welches in einem leitfähigen, beispielsweise metallischen, Fremdkörper Wirbelströme induziert, die dann ihrerseits wieder ein detektierbares Magnetfeld erzeugen. Durch dieses vom Fremdkörper erzeugte magnetische Feld kann dieser von der Detektionsvorrichtung 4 erkannt werden. Da sich ein Fremdkörper während des Ladevorgangs aufheizen oder entzünden könnte, ist die Detektion von elektrisch leitfähigen Fremdkörpern, welche auch „Foreign Object Detection“, kurz FOD, genannt wird eine sicherheitsrelevante und damit obligatorische Zusatzfunktion für das induktive Ladesystem. Die FOD findet beispielsweise bei 3,75 MHz statt. The detection device 4 has a coil arrangement 4a and a signal conditioning unit 4b which has a first physical interface 12a , For example, a cable or an optical waveguide, with an evaluation 12 connected is. By the detection device 4 an alternating magnetic field is generated in the MHz range, which induces eddy currents in a conductive, such as metallic, foreign body, which then in turn generate a detectable magnetic field. This magnetic field generated by the foreign body can be detected by the detection device 4 be recognized. Since a foreign body could heat up or ignite during the charging process, the detection of electrically conductive foreign bodies, which is also called "foreign object detection", short FOD, is a safety-related and thus mandatory additional function for the inductive charging system. For example, the FOD takes place at 3.75 MHz.

Die Überwachungsvorrichtung 5, welche Mittel 5a zur Mustererkennung aufweist, und die Kommunikationseinheit 6 sind in die Signalaufbereitungseinheit 4b der Detektionsvorrichtung 4 integriert und bilden eine gemeinsame Sensoranordnung. Da die Überwachung der Relativposition zwischen der Primärspule 2 und der Sekundärspule 3 und die Übertragung von Daten zwischen der Primärseite 15 und der Sekundärseite 16 im selben Frequenzbereich wie die Detektion von elektrisch leitfähigen Fremdkörpern stattfindet, werden die Spulenanordnung 4a und die Signalaufbereitungseinheit 4b ebenfalls für die Überwachung der Relativposition und für die Datenübertragung verwendet. Dabei werden die Detektionssignale für die Erkennung von elektrisch leitfähigen Fremdkörpern zur Bestimmung der Relativposition der Sekundärspule 3 zur Spulenanordnung 4a verwendet, wobei die Relativposition zwischen der Primärspule 2 und der Spulenanordnung 4a bekannt ist. Mit Hilfe der Mustererkennungsalgorithmen kann daraufhin die Relativposition zwischen der Primärspule 2 und der Sekundärspule 3 aus den Detektionssignalen in einem Raster genau ermittelt und über die erste physikalische Schnittstelle 12a an die Auswerteinheit 12 weitergeleitet werden. Daten, wie beispielsweise der aktuelle Ladezustand des Akkus während des induktiven Ladevorgangs, ankommende Leistung und/oder Sensordaten werden ebenfalls von der Spulenanordnung 4a empfangen, von der Signalaufbereitungseinheit 4b aufbereitet und über die erste physikalische Schnittstelle 12a an die Auswerteinheit 12 weitergeleitet. The monitoring device 5 which means 5a for pattern recognition, and the communication unit 6 are in the signal conditioning unit 4b the detection device 4 integrated and form a common sensor array. As the monitoring of the relative position between the primary coil 2 and the secondary coil 3 and the transfer of data between the primary page 15 and the secondary side 16 takes place in the same frequency range as the detection of electrically conductive foreign bodies, the coil arrangement 4a and the signal conditioning unit 4b also used for relative position monitoring and data transmission. In this case, the detection signals for the detection of electrically conductive foreign bodies for determining the relative position of the secondary coil 3 to the coil arrangement 4a used, the relative position between the primary coil 2 and the coil assembly 4a is known. With the help of the pattern recognition algorithms can then the relative position between the primary coil 2 and the secondary coil 3 determined precisely from the detection signals in a grid and over the first physical interface 12a to the evaluation unit 12 to get redirected. Data, such as the current state of charge of the battery during the inductive charging, incoming power and / or sensor data are also from the coil assembly 4a received from the signal conditioning unit 4b prepared and via the first physical interface 12a to the evaluation unit 12 forwarded.

2 zeigt ein Blockschaltbild eines induktiven Ladesystems mit einem Sensorsystem zur Bereitstellung von Zusatzinformationen. Das Sensorsystem 1 weist eine Primärseite 15 auf, die sich aus der oben beschriebenen Sensoranordnung, welche in die Detektionsvorrichtung 4 integriert ist, und einer Primärspule 2, welche mit einem Leistungssignal für den induktiven Ladevorgang von einer Leistungssignal-Sendeelektronik 13 über eine zweite physikalische Schnittstelle 13a gespeist wird, zusammensetzt. Das Sensorsystem 1 weist außerdem eine Sekundärseite 16 auf, welche sich am zu ladenden Fahrzeug befindet und eine Sekundärspule 3 aufweist, an die ein unabhängiger Kommunikationssender 7, ein Backscatter-Modulator 8 und mindestens eine zusätzliche Spule 9 über einen Schalter 10 angeschlossen sind. Das Leistungssignal wird von der Primärspule 2 über einen Luftspalt 11 zur Sekundärspule 3 auf einer Frequenz im kHz-Bereich, beispielsweise bei 85 kHz, übertragen. Über eine dritte physikalische Schnittstelle 14a wird das Leistungssignal zu einer Leistungssignal-Empfangselektronik 14 weitergeleitet, wo es gleichgerichtet und dem Akku, welcher beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie ausgeführt ist, für den Ladevorgang zur Verfügung gestellt. Die Detektionsvorrichtung 4 zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers im Luftspalt 11 sorgt dafür, dass der Ladevorgang sicher und ungestört abläuft. Die Überwachungsvorrichtung 5 zur Überwachung der Relativposition zwischen der Primärspule 2 und der Sekundärspule 3 während des Ladevorgangs stellt sicher, dass die transformatorische Kopplung zwischen den Ladespulen 2, 3 über den Luftspalt 11 optimal ausgebildet ist, sodass die Energie effizient und dem Ladealgorithmus entsprechend übertragen werden kann. Zur Erhöhung der Reichweite und besseren Erkennbarkeit der Sekundärseite 16 am Fahrzeug ist eine zusätzliche Spule 9, welche über ein Abstimmnetzwerk 9a resonant abgestimmt ist, angebracht worden. Mit einem Schalter 10 lässt sich das Abstimmnetzwerk 9a für die eine zusätzliche Spule 9 je nach Bedarf zuschalten und abschalten. Eine weitere Verbesserung der Erkennbarkeit lässt sich durch Verwendung eines aktiven Backscatter-Modulators 8 erzielen. Auf der Sekundärseite 16 wird ein zusätzlicher, von der Fremdkörpererkennung unabhängiger Kommunikationssender 7 verwendet, während der Empfang über die ohnehin vorhandene Signalaufbereitungseinheit 4b erfolgt. 2 shows a block diagram of an inductive charging system with a sensor system for providing additional information. The sensor system 1 has a primary page 15 arising from the sensor arrangement described above, which in the detection device 4 integrated, and a primary coil 2 , which with a power signal for the inductive charging of a power signal transmission electronics 13 via a second physical interface 13a is fed, composed. The sensor system 1 also has a secondary page 16 on which is located on the vehicle to be loaded and a secondary coil 3 to which an independent communications channel 7 , a backscatter modulator 8th and at least one additional coil 9 via a switch 10 are connected. The power signal is from the primary coil 2 over an air gap 11 to the secondary coil 3 transmitted on a frequency in the kHz range, for example at 85 kHz. About a third physical interface 14a the power signal becomes power signal receiving electronics 14 forwarded where it rectified and the battery, which is designed for example in lithium-ion technology, provided for the charging process. The detection device 4 for detecting an electrically conductive foreign body in the air gap 11 ensures that the charging process is safe and undisturbed. The monitoring device 5 for monitoring the relative position between the primary coil 2 and the secondary coil 3 during charging ensures that the transformer coupling between the charging coils 2 . 3 over the air gap 11 is optimally designed so that the energy can be transmitted efficiently and according to the charging algorithm. To increase the range and better visibility of the secondary side 16 There is an additional coil on the vehicle 9 which has a voting network 9a resonantly tuned, has been installed. With a switch 10 lets go the voting network 9a for the one extra coil 9 switch on and off as required. A further improvement in recognizability can be achieved by using an active backscatter modulator 8th achieve. On the secondary side 16 becomes an additional communication transmitter independent of foreign object recognition 7 used while receiving via the already existing signal conditioning unit 4b he follows.

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem umfassend eine Detektionsvorrichtung 4, welche zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers vorgesehen ist, eine Überwachungsvorrichtung 5, welche zur Überwachung einer Relativposition zwischen einer Primärspule 2 und einer Sekundärspule 3 vorgesehen ist, und eine Kommunikationseinheit 6. Um Kosten, Platzbedarf und Leistungsaufnahme für die obligatorischen Zusatzsysteme zu minimieren wird vorgeschlagen die Detektionsvorrichtung 4, die Überwachungsvorrichtung 5 und die Kommunikationseinheit 6 zusammen zu einer Sensoranordnung integriert sind, wobei mindestens eine Baugruppe zur gemeinsamen Nutzung vorgesehen ist. The invention relates to a sensor arrangement for providing additional information in an inductive charging system comprising a detection device 4 , which is provided for detecting an electrically conductive foreign body, a monitoring device 5 which is used to monitor a relative position between a primary coil 2 and a secondary coil 3 is provided, and a communication unit 6 , In order to minimize costs, space requirements and power consumption for the obligatory additional systems, the detection device is proposed 4 , the monitoring device 5 and the communication unit 6 are integrated together to form a sensor arrangement, wherein at least one module is provided for common use.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014207253 [0009] DE 102014207253 [0009]

Claims

Sensoranordnung zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem umfassend eine – Detektionsvorrichtung (4), welche zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers vorgesehen ist, – eine Überwachungsvorrichtung (5), welche zur Überwachung einer Relativposition zwischen einer Primärspule (2) und einer Sekundärspule (3) vorgesehen ist, und – eine Kommunikationseinheit (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (4), die Überwachungsvorrichtung (5) und die Kommunikationseinheit (6) zusammen zu einer Sensoranordnung integriert sind, wobei mindestens eine Baugruppe zur gemeinsamen Nutzung vorgesehen ist. Sensor arrangement for providing additional information in an inductive charging system comprising a - detection device ( 4 ), which is provided for the detection of an electrically conductive foreign body, - a monitoring device ( 5 ) which is used to monitor a relative position between a primary coil ( 2 ) and a secondary coil ( 3 ), and - a communication unit ( 6 ), characterized in that the detection device ( 4 ), the monitoring device ( 5 ) and the communication unit ( 6 ) are integrated together to a sensor arrangement, wherein at least one module is provided for common use.

Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (5) und die Kommunikationseinheit (6) in die Detektionsvorrichtung (4) integriert sind. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the monitoring device ( 5 ) and the communication unit ( 6 ) in the detection device ( 4 ) are integrated.

Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (4) zur Detektion einer Sekundärspule (3) vorgesehen ist. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device ( 4 ) for detecting a secondary coil ( 3 ) is provided.

Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (5) Mittel (5a) zur Mustererkennung aufweist, welche zur Bestimmung einer Relativposition zwischen einer Primärspule (2) und einer Sekundärspule (3) vorgesehen sind. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device ( 5 ) Medium ( 5a ) for pattern recognition, which is used to determine a relative position between a primary coil ( 2 ) and a secondary coil ( 3 ) are provided.

Sensorsystem (1) zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem umfassend eine – Primärspule (2) auf einer Primärseite (15), – eine Sekundärspule (3) auf einer Sekundärseite (16) und – mindestens eine Sensoranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei – die Detektionsvorrichtung (4) zur Erkennung eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers in einem Luftspalt (11) zwischen der Primärspule (2) und der Sekundärspule (3) vorgesehen ist, – die Überwachungsvorrichtung (5) zur Überwachung einer Relativposition zwischen der Primärspule (2) und der Sekundärspule (3) vorgesehen ist und – die Kommunikationseinheit (6) zur Übertragung von Daten zwischen der Primärseite (15) und der Sekundärseite (16) vorgesehen ist. Sensor system ( 1 ) for providing additional information in an inductive charging system comprising a primary coil ( 2 ) on a primary page ( 15 ), - a secondary coil ( 3 ) on a secondary side ( 16 ) and - at least one sensor arrangement according to claims 1 to 4, wherein - the detection device ( 4 ) for detecting an electrically conductive foreign body in an air gap ( 11 ) between the primary coil ( 2 ) and the secondary coil ( 3 ), - the monitoring device ( 5 ) for monitoring a relative position between the primary coil ( 2 ) and the secondary coil ( 3 ) and - the communication unit ( 6 ) for the transmission of data between the primary side ( 15 ) and the secondary side ( 16 ) is provided.

Sensorsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (3) auf der Überwachungsfrequenz und/oder der Kommunikationsfrequenz resonant abgestimmt ist. Sensor system ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the secondary coil ( 3 ) is resonantly tuned to the monitoring frequency and / or the communication frequency.

Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (4), die Überwachungsvorrichtung (5) und die Kommunikationseinheit (6) für denselben Frequenzbereich vorgesehen sind. Sensor system ( 1 ) according to one of claims 5 to 6, characterized in that the detection device ( 4 ), the monitoring device ( 5 ) and the communication unit ( 6 ) are provided for the same frequency range.

Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärseite (16) mindestens eine zusätzliche Spule (9) aufweist, wobei die mindestens eine zusätzliche Spule (9) und die Sekundärspule (3) eine definierte Relativposition aufweisen. Sensor system ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that the secondary side ( 16 ) at least one additional coil ( 9 ), wherein the at least one additional coil ( 9 ) and the secondary coil ( 3 ) have a defined relative position.

Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zusätzliche Spule (9) ein Abstimmnetzwerk (9a) und einen Schalter aufweist, wobei die mindestens eine zusätzliche Spule (9) mit dem Abstimmnetzwerk (9a) resonant abgestimmt ist und der Schalter (10) zum Zuschalten des Abstimmnetzwerks (9a) vorgesehen ist. Sensor system ( 1 ) according to one of claims 5 to 8, characterized in that the at least one additional coil ( 9 ) a voting network ( 9a ) and a switch, wherein the at least one additional coil ( 9 ) with the voting network ( 9a ) is resonantly tuned and the switch ( 10 ) for connecting the tuning network ( 9a ) is provided.

Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärseite (16) mindestens einen Backscatter-Modulator (8) aufweist, der zur Verstärkung und Modulation eines Detektionssignals vorgesehen ist. Sensor system ( 1 ) according to one of claims 5 to 9, characterized in that the secondary side ( 16 ) at least one backscatter modulator ( 8th ) provided for amplifying and modulating a detection signal.

Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sekundärspule ein unabhängiger Kommunikationssender (7) angeschlossen ist. Sensor system ( 1 ) according to one of claims 5 to 10, characterized in that at the secondary coil an independent communication transmitter ( 7 ) connected.

Sensorsystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der unabhängige Kommunikationssender (7) für die Übermittlung von Daten über den Luftspalt (11) an die Kommunikationseinheit (6) vorgesehen ist. Sensor system ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the independent communication transmitter ( 7 ) for the transmission of data across the air gap ( 11 ) to the communication unit ( 6 ) is provided.

Sensorsystem (1) nach einem der Ansprüche 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Backscatter-Modulator (8) zur Übertragung von Daten zwischen der Sekundärseite (16) und der Primärseite (15) vorgesehen ist. Sensor system ( 1 ) according to any one of claims 5-10, characterized in that the backscatter modulator ( 8th ) for the transmission of data between the secondary side ( 16 ) and the primary page ( 15 ) is provided.

Induktives Ladesystem, welches mindestens ein Sensorsystem (1) nach den Ansprüchen 5 bis 13 zur Bereitstellung von Zusatzinformationen aufweist. Inductive charging system, which has at least one sensor system ( 1 ) according to claims 5 to 13 for providing additional information.

Verfahren zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem mittels mindestens eines Sensorsystem (1) nach den Ansprüchen 5 bis 13. Method for providing additional information in an inductive charging system by means of at least one sensor system ( 1 ) according to claims 5 to 13.