DE102017214430A1 - Foreign body detection - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) mit Fremdkörpererkennung. Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung (10) weist wenigstens zwei Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zum Erfassen jeweils einer induzierten Spannung und eine Steuereinheit (11) auf. Die Steuereinheit (11) ist dazu eingerichtet, eine erste Auswertung und eine zweite Auswertung durchzuführen. Bei der ersten Auswertung vergleicht die Steuereinheit (11) jede der induzierten Spannungen mit einem entsprechenden vordefinierten Erwartungswert, um eine erste Abweichung zwischen der erfassten induzierten Spannung und dem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert zu bestimmen. Die Steuereinheit (11) ist ferner dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung die induzierten Spannungen miteinander zu vergleichen und eine zweite Abweichung zwischen den induzierten Spannungen zu bestimmen. Die Steuereinheit (11) ist dazu eingerichtet, auf einen Fremdkörper (50) im Bereich der Messspulen (21, 22, 23, 24, 25, 26) zu schließen, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet und/oder überschreitet, wobei die Abweichung der ersten Auswertung und die Abweichung der zweiten Auswertung abhängig von einem Betriebspunkt einer Ladestation (40) gewichtet werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit Fremdkörpererkennung, ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung, eine Ladestation mit einer Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung, ein Fremdkörpererkennungssystem, ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung, einem Programmelement sowie ein computerlesbares Medium.The present invention relates to a vehicle foreign object detecting vehicle stop control device, a vehicle having such a vehicle stop control device, a charging station having a vehicle stop control device, a foreign object detection system, a foreign object detection method, a program element, and a computer readable medium.
Im Rahmen der zunehmenden Verbreitung von Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeugen erfolgt ein stetiger Ausbau der Ladeinfrastruktur. Es werden mehr und mehr Ladestationen errichtet und in Betrieb genommen. Die Ladestationen können einerseits über ein Ladekabel direkt mit einer Schnittstelle am zu ladenden Fahrzeug verbunden werden. Andererseits können Fahrzeuge drahtlos mittels Induktion geladen werden. Hierbei erfolgt der Energieaustausch zwischen einer Ladestation und einem Fahrzeug mittels zweier Ladespulen, welche über ein elektromagnetisches Feld gekoppelt sind. Das induktive Laden des Fahrzeugs ist für den Nutzer sehr komfortabel, da dieser kein Ladekabel in die Schnittstelle an seinem Fahrzeug stecken muss. Ferner kann beim induktiven Laden das Ladekabel nicht Beschädigt werden, z.B. durch Vandalismus und/oder wenn ein Fahrzeug über das Ladekabel fährt.As electrical and plug-in hybrid vehicles become more widespread, charging infrastructure is steadily expanding. More and more charging stations are being built and put into operation. The charging stations can be connected via a charging cable directly to an interface on the vehicle to be charged. On the other hand, vehicles can be charged wirelessly by induction. Here, the energy exchange between a charging station and a vehicle by means of two charging coils, which are coupled via an electromagnetic field. The inductive charging of the vehicle is very convenient for the user, since he does not have to plug a charging cable into the interface on his vehicle. Further, in inductive charging, the charging cable can not be damaged, e.g. by vandalism and / or when a vehicle drives over the charging cable.
Erfolgt die Ladung des Fahrzeugs mittels einer induktiven Ladestation, sollte sich das Fahrzeug mittig bzw. zentriert über der Ladespule der Ladestation befinden. Ferner sollten sich keine Gegenstände zwischen den beiden Ladespulen befinden, da ansonsten der Wirkungsgrad der Energieübertragung negativ beeinträchtigt sein kann.If the vehicle is charged by means of an inductive charging station, the vehicle should be centered or centered over the charging coil of the charging station. Furthermore, there should be no objects between the two charging coils, since otherwise the efficiency of the energy transfer can be adversely affected.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen induktiven Ladevorgang zu verbessern.It is the object of the invention to improve an inductive charging process.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Embodiments and further developments can be taken from the dependent claims, the description and the figures.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit Fremdkörpererkennung. Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung weist wenigstens zwei Messspulen zum Erfassen jeweils einer induzierten Spannung und eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, eine erste Auswertung durchzuführen. Bei der ersten Auswertung vergleicht die Steuereinheit jede der induzierten Spannungen mit einem entsprechenden vordefinierten Erwartungswert, um eine erste Abweichung zwischen der erfassten induzierten Spannung und dem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert zu bestimmen. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, eine zweite Auswertung durchzuführen. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung die induzierten Spannungen miteinander oder untereinander zu vergleichen und eine zweite Abweichung zwischen den induzierten Spannungen zu bestimmen. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, auf einen Fremdkörper im Bereich der Messspule zu schließen, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet oder überschreitet, wobei die Abweichung der ersten Auswertung und die Abweichung der zweiten Auswertung abhängig von einem Betriebspunkt einer Ladestation zu gewichten werden. Die gebildete Differenz zwischen der induzierten Spannung und einer anderen induzierten Spannung oder dem Erwartungswert kann sowohl positiv als auch negativ sein. Bei der ersten Abweichung kann vorzugsweise die induzierte Spannung von dem Erwartungswert abgezogen werden, da typischerweise durch einen Fremdkörper die induzierte Spannung vermindert wird. Daraus folgt, dass die erste Abweichung einen ersten Schwellwert tendenziell überschreiten wird. Bei der zweiten Auswertung können die induzierten Spannungen zweier Messspulen relativ zueinander ausgewertet werden, sodass auch negative zweite Abweichungen möglich sind. Diese können einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreiten. In diesem Beispiel kann der Schwellwert auch einen Bereich darstellen, welchem die zweite Abweichung nicht überschreiten sollte.A first aspect of the invention relates to a vehicle charge termination control device with foreign object detection. The vehicle charge interruption control device has at least two measurement coils for detecting in each case an induced voltage and a control unit. The control unit is set up to carry out a first evaluation. In the first evaluation, the controller compares each of the induced voltages with a corresponding predefined expected value to determine a first deviation between the detected induced voltage and the respective predefined expected value. The control unit is further configured to perform a second evaluation. The control unit is set up to compare the induced voltages with one another or one another in the second evaluation and to determine a second deviation between the induced voltages. The control unit is set up to close a foreign body in the region of the measuring coil when the first deviation of the first evaluation falls below or exceeds a second predefined threshold value and / or the second deviation of the second evaluation falls below or exceeds a second predefined threshold value, wherein the deviation of the first evaluation and weight the deviation of the second evaluation depending on an operating point of a charging station. The formed difference between the induced voltage and another induced voltage or the expected value may be both positive and negative. In the first deviation, the induced voltage may preferably be subtracted from the expected value, since the induced voltage is typically reduced by a foreign body. It follows that the first deviation will tend to exceed a first threshold. In the second evaluation, the induced voltages of two measuring coils can be evaluated relative to one another, so that negative second deviations are also possible. These can fall below a second predefined threshold. In this example, the threshold value may also represent a range which should not exceed the second deviation.
Mit anderen Worten kann die Steuereinheit wenigstens zwei Auswertungen vornehmen. Zum einen kann eine erste, absolute, Auswertung durchgeführt werden, in dem die induzierte Spannung jeweils mit einem vordefinierten Erwartungswert verglichen wird. Des Weiteren kann durch den Vergleich der induzierten Spannungen der Messspulen mit dem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert eine erste Abweichung bestimmt werden. Ferner kann eine zweite, relative, Auswertung durchgeführt werden. Bei dieser zweiten Auswertung kann die Steuereinheit die induzierten Spannungen der Messspulen untereinander bzw. miteinander vergleichen. Hieraus kann eine zweite Abweichung bestimmt werden, beispielsweise eine Differenz oder eine prozentuale Abweichung. Überschreitet und/oder unterschreitet die erste Abweichung der ersten Auswertung und/oder die zweite Abweichung der zweiten Abweichung einen vordefinierten ersten bzw. zweiten Schwellwert, so kann auf einen Fremdkörper im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung geschlossen werden. Es sei angemerkt, dass der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert gleich aber auch verschieden sein können. Es sei angemerkt, dass die induzierte Spannung einem Messwert entspricht und dass dieser Messwert verglichen werden kann. Dieser kann mittels einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) in ein, mit der induzierten Spannung korrelierendes, digitales Signal umgewandelt bzw. abgetastet werden.In other words, the control unit can make at least two evaluations. On the one hand, a first, absolute, evaluation can be carried out in which the induced voltage is compared with a predefined expected value. Furthermore, by comparing the induced voltages of the measuring coils with the respective predefined expected value, a first deviation can be determined. Furthermore, a second, relative, evaluation can be carried out. In this second evaluation, the control unit can compare the induced voltages of the measuring coils with one another or with each other. From this, a second deviation can be determined, for example a difference or a percentage deviation. If the first deviation of the first evaluation and / or the second deviation of the second deviation exceeds and / or falls below a predefined first or second threshold value, then a foreign body in the region of the vehicle charge interruption control device can be deduced. It should be noted that the first threshold and the second threshold may be the same but also different. It should be noted that the induced voltage corresponds to a measured value and that this measured value is compared can be. This can be converted or scanned by means of an analog-to-digital converter (A / D converter) into a, with the induced voltage correlating, digital signal.
Die erste Abweichung sowie die zweite Abweichung können beispielsweise mittels Subtraktion bestimmt werden. Bei der ersten Abweichung kann beispielsweise die Differenz zwischen der induzierten Spannung und dem Erwartungswert an dem jeweiligen Betriebspunkt der induzierten Spannung gebildet werden. Bei der zweiten Abweichung kann die Differenz zwischen zwei induzierten Spannungen der wenigstens zwei Messspulen gebildet werden. Ferner können auch die erste Abweichung und die zweite Abweichung im Verhältnis zu ihrem jeweiligen Erwartungswert und/oder zu einer anderen induzierten Spannung angegeben werden, beispielsweise prozentual.The first deviation and the second deviation can be determined, for example, by means of subtraction. In the first deviation, for example, the difference between the induced voltage and the expected value may be formed at the respective operating point of the induced voltage. In the second deviation, the difference between two induced voltages of the at least two measuring coils can be formed. Furthermore, the first deviation and the second deviation may also be indicated in relation to their respective expected value and / or to another induced voltage, for example as a percentage.
Die Steuereinheit der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf einen Fremdkörper bzw. ein Objekt im Bereich einer der Messspulen schließen, wenn die erste Abweichung den ersten vordefinierten Schwellwert unter- oder, gemäß einer weiteren Ausführungsform, überschreitet, wenn die zweite Abweichung den zweiten vordefinierten Schwellwert unter- oder, gemäß einer weiteren Ausführungsform, überschreitet oder die erste und die zweite Abweichung den ersten bzw. den zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreiten oder überschreiten.According to an embodiment of the invention, the control unit of the vehicle charge interruption control device may infer a foreign object or an object in the region of one of the measuring coils if the first deviation undershoots the first predefined threshold value or, according to another embodiment, exceeds the second deviation second predefined threshold below or, according to another embodiment, exceeds or the first and the second deviation below the first or the second predefined threshold or exceed.
Die zweite Auswertung, also der relative Vergleich, der induzierten Spannungen kann ohne einen Erwartungswert für jeden Betriebspunkt erfolgen, da angenommen werden kann, dass sich alle Messspulen bei einem vorhandenen elektromagnetischen Feld gleich oder zumindest ähnlich Verhalten. Sobald eine der Messspule eine von den restlichen Messspulen unterschiedliche induzierte Spannung aufweist, welche nicht durch eine unterschiedliche Bauform bzw. Gestaltung hervorgerufen ist, kann auf einen Fremdkörper im Bereich der Messspule geschlossen werden. Insbesondere bei einer dynamischen Anpassung einer Leistung bei der Energieübertragung kann die relative Auswertung Vorteile gegenüber einer absoluten Auswertung bieten, da hier nicht der jeweilige Erwartungswert berechnet werden muss. Ein weiterer Vorteil der zweiten Auswertung kann die Unabhängigkeit von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Temperatur, Luftdruck und/oder Luftfeuchte, sein. Diese beeinflussen alle Messspulen gleichermaßen. Hierdurch wird das relative Ergebnis zwischen den Messspulen nicht beeinflusst. Insbesondere können bei der zweiten Auswertung zwei unmittelbar benachbarte Messspulen miteinander verglichen werden.The second evaluation, ie the relative comparison, of the induced voltages can take place without an expected value for each operating point since it can be assumed that all measuring coils behave the same or at least similar in the case of an existing electromagnetic field. As soon as one of the measuring coils has an induced voltage different from the remaining measuring coils, which is not caused by a different design, a foreign body in the region of the measuring coil can be deduced. Particularly in the case of a dynamic adaptation of a power in the energy transmission, the relative evaluation can offer advantages over an absolute evaluation, since the respective expected value does not have to be calculated here. Another advantage of the second evaluation may be the independence of environmental influences, such as temperature, air pressure and / or humidity. These affect all measuring coils equally. This does not affect the relative result between the measuring coils. In particular, in the second evaluation, two directly adjacent measuring coils can be compared with one another.
Ferner kann die Steuereinheit die beiden Abweichungen unterschiedlich stark untereinander gewichten. Beispielsweise kann die erste Abweichung zu 60% und die zweite Abweichung zu 40% in die Fremdkörpererkennung der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung einfließen. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit bei der Entscheidung, ob im Bereich der Messspulen auf einen Fremdkörper zu schließen ist, eine der beiden Auswertungen stärker berücksichtigen. Neben einer festen Gewichtung der ersten und der zweiten Abweichungen zueinander kann die Gewichtung auch abhängig von einem aktuellen Betriebspunkt der Ladestation erfolgen. Mit anderen Worten kann die erste oder die zweite Abweichung für den aktuellen Betriebspunkt stärker oder schwächer gewichtet werden. Vorteilhafterweise geschieht dies anhand der Verlässlichkeit der jeweiligen Auswertung in dem jeweiligen Betriebspunkt der Ladestation. Beispielsweise kann bei der Energieübertragung mit einer geringen Leistung die zweite Abweichung stärker gewichtet werden als die erste Abweichung, oder umgekehrt. Des Weiteren kann auch eine Anpassung der Gewichtung der ersten oder der zweiten Abweichungen anhand der aktuellen Dynamik der Energieübertragung möglich sein. Beispielsweise kann in einem eher dynamischen Bereich, bezogen auf die Leistung, die zweite Abweichung stärker gewichtet werden und in einem eher konstanten Bereich, bezogen auf die Leistung, kann die erste Abweichung stärker gewichtet werden.Furthermore, the control unit can weigh the two deviations with different degrees. For example, the first deviation to 60% and the second deviation to 40% in the foreign body detection of the vehicle charge interruption control device incorporated. In other words, when deciding whether to close a foreign body in the area of the measuring coils, the control unit can take greater account of one of the two evaluations. In addition to a fixed weighting of the first and second deviations from one another, the weighting can also be effected as a function of a current operating point of the charging station. In other words, the first or the second deviation for the current operating point can be weighted more or less. Advantageously, this is done on the basis of the reliability of the respective evaluation in the respective operating point of the charging station. For example, in the low power power transmission, the second deviation may be weighted more heavily than the first deviation, or vice versa. Furthermore, an adaptation of the weighting of the first or the second deviations on the basis of the current dynamics of the energy transfer may be possible. For example, in a more dynamic range in terms of power, the second deviation may be weighted more heavily, and in a more constant range in terms of power, the first deviation may be weighted more heavily.
Es sei angemerkt, dass die Abweichung auch eine Werteschar sein kann und mehrere Einzelabweichungen aufweisen kann. Insbesondere bei einer Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit mehr als zwei Messspulen kann für jede Messspule die erste Abweichung gegenüber einem jeweiligen Erwartungswert bestimmt werden. Zudem kann auch die zweite Abweichung zwischen jeder der induzierten Spannungen der Messspulen bestimmt werden.It should be noted that the deviation can also be a value share and can have several individual deviations. In particular, in the case of a vehicle charge interruption control device having more than two measuring coils, the first deviation from a respective expected value can be determined for each measuring coil. In addition, the second deviation between each of the induced voltages of the measuring coils can also be determined.
Der erste bzw. der zweite Schwellwert, mit welchem die erste bzw. die zweite Abweichung verglichen wird, kann ein fester Wert, eine Kurve, ein Kennfeld, ein Modell oder eine Werteschar sein. Diesen kann die erste und/oder die zweite Abweichung unter- oder überschreiten. Zudem kann der jeweilige verwendete Schwellwert von einem aktuellen Betriebspunkt der Ladestation abhängen. Mit anderen Worten kann sich der erste bzw. der zweite Schwellwert bei einer Energieübertragung mit geringer Leistung von dem ersten oder dem zweiten Schwellwert bei der Energieübertragung mit einer höheren Leistung unterscheiden. Ferner kann der erste oder der zweite Schwellwert abhängig von Umgebungsbedingungen angepasst oder variiert werden.The first and the second threshold, respectively, with which the first and the second deviation are compared, may be a fixed value, a curve, a map, a model or a value share. These can be below or exceed the first and / or the second deviation. In addition, the respective threshold used may depend on a current operating point of the charging station. In other words, the first and second thresholds, respectively, may differ from the first or second threshold in energy transfer with a higher power in a low power energy transfer. Furthermore, the first or the second threshold value can be adjusted or varied depending on ambient conditions.
Es sei angemerkt, dass Mittelwerte, Spitzenwerte, Zwischenwerte oder eine Mischung hieraus mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen werden kann.It should be noted that averages, peaks, intermediate values or a mixture thereof can be compared with a predefined threshold.
Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann auch eine Vielzahl von Messspulen aufweisen, wie beispielsweise ein Dutzend oder
Eine Messspule bezeichnet eine Vorrichtung, welche induzierte Spannungen erfassen bzw. messen kann. Die induzierte Spannung resultiert aus einem elektromagnetischen Feld. Die gemessene induzierte Spannung lässt Rückschlüsse auf das elektromagnetische Feld zu, und insbesondere auf dessen Stärke und Energie. Die in die Messspule induzierte Spannung kann von der elektromagnetischen Feldstärke, der Anzahl der Wicklungen, dem Widerstand der Messspule, dem Material der Messspule sowie der geometrischen Gestaltung der Messspule abhängen. Ferner können aber auch Umwelteinflüsse, wie z.B. Luftfeuchte, Luftdruck oder Temperatur, die induzierte Spannung in der Messspule beeinflussen. Sobald sich ein Fremdkörper vor, neben, hinter oder allgemein im Bereich der Messspule befindet, verändert der Fremdkörper das elektromagnetische Feld und somit auch die in die Messspule induzierte Spannung.A measuring coil denotes a device which can detect or measure induced voltages. The induced voltage results from an electromagnetic field. The measured induced voltage allows conclusions to be drawn about the electromagnetic field, and in particular its strength and energy. The voltage induced in the measuring coil may depend on the electromagnetic field strength, the number of windings, the resistance of the measuring coil, the material of the measuring coil and the geometric configuration of the measuring coil. Furthermore, however, environmental influences, such as e.g. Humidity, air pressure or temperature that influence the induced voltage in the measuring coil. As soon as a foreign body is in front of, beside, behind or generally in the area of the measuring coil, the foreign body alters the electromagnetic field and thus also the voltage induced in the measuring coil.
Die gemessenen bzw. erfassten induzierten Spannungen können beispielsweise durch einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) von einem analogen kontinuierlichen Messsignal in ein, mit dem Messsignal korrelierendes, digitales Signal umgewandelt werden. Dieses digitale Signal kann durch die Steuereinheit, beispielsweise einen Mikrochip, ein FPGA, eine SPS oder, allgemeiner, eine CPU verarbeitet werden. Hierzu kann die Steuereinheit ferner eine Speichereinheit und digitale Ein- und Ausgänge aufweisen.The measured or detected induced voltages can, for example, be converted by an A / D converter (analog-to-digital converter) from an analog continuous measuring signal into a digital signal correlating with the measuring signal. This digital signal can be processed by the control unit, for example a microchip, an FPGA, a PLC or, more generally, a CPU. For this purpose, the control unit may further comprise a memory unit and digital inputs and outputs.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung die Summe aller induzierten Spannungen aller Messspulen mit der Summe der induzierten Spannungen einer vordefinierten Anzahl an Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung zu vergleichen, um daraus die zweite Abweichung zu bestimmen.According to one embodiment of the invention, the control unit is set up to compare the sum of all induced voltages of all measurement coils with the sum of the induced voltages of a predefined number of measurement coils of the vehicle charge termination control device in the second evaluation in order to determine the second deviation therefrom.
Hierdurch kann die zweite Auswertung Fehlertoleranter gestaltet werden, da eine größere Anzahl an induzierten Spannungen verglichen wird und somit der Mittelwert bzw. der Mittelwert einer vordefinierten Anzahl an Messspulen. Somit können Fremdkörper verlässlicher erkannt werden, ohne dass zu viele Falscherkennungen stattfinden. Ferner kann auch eine Gruppe von Messspulen (Mittelwerte oder Summen) miteinander verglichen werden, um die zweite Abweichung festzustellen.As a result, the second evaluation can be made more error-tolerant, since a larger number of induced voltages is compared and thus the mean value or the mean value of a predefined number of measuring coils. Thus, foreign objects can be reliably detected without too many false identifications taking place. Furthermore, a group of measuring coils (means or sums) can also be compared with one another in order to determine the second deviation.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der ersten Auswertung und bei der zweiten Auswertung jeweils ein Verhalten einer Messspule mit dem Verhalten der Messspule einer vorangegangenen Auswertung zu vergleichen und die erste und die zweite Abweichung zu bestimmen.According to one embodiment of the invention, the control unit is set up to compare a behavior of a measuring coil with the behavior of the measuring coil of a previous evaluation in the first evaluation and in the second evaluation, and to determine the first and the second deviation.
Das „Verhalten“ ist ein Maß dafür, wie sich die induzierte Spannung einer bestimmten Messspule in Abhängigkeit des vorhandenen elektromagnetischen Felds und dessen Änderung ändert. Mit anderen Worten kann das Verhalten der Messspule durch eine Totzeit, ein Überschwingen oder eine Trägheit auf das elektromagnetische Feld beschrieben werden. Dieses Verhalten der Messspule kann sich mit einem im Bereich der Messspule befindlichen Fremdkörper ändern, sodass das Verhalten der Messspule aus einer vorhergehenden Messung mit dem Verhalten der Messspule der aktuellen Messung verglichen werden kann. Durch den Vergleich können wiederum Rückschlüsse auf einen etwaigen Fremdkörper im Bereich der Messspule gezogen werden.The "behavior" is a measure of how the induced voltage of a certain measuring coil changes depending on the existing electromagnetic field and its change. In other words, the behavior of the measuring coil can be described by a dead time, an overshoot or an inertia on the electromagnetic field. This behavior of the measuring coil can change with a foreign body located in the area of the measuring coil, so that the behavior of the measuring coil from a previous measurement can be compared with the behavior of the measuring coil of the current measurement. The comparison in turn allows conclusions to be drawn about any foreign bodies in the area of the measuring coil.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der zweiten Auswertung gleiche oder ähnliche Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung miteinander zu vergleichen und die zweite Abweichung zu bestimmen.According to a further embodiment of the invention, the control unit is set up to compare identical or similar measurement coils of the vehicle charge interruption control device with one another in the second evaluation and to determine the second deviation.
Sollte die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung eine Vielzahl an Messspulen aufweisen, kann die zweite Auswertung, also die relative Auswertung bzw. der Vergleich, auch auf die Messspulen mit einem gleichen oder ähnlichen Aufbau bzw. Verhalten beschränkt werden. Hierdurch kann eine Umrechnung zwischen den verschiedenen eingesetzten Messspulentypen vermieden werden.If the vehicle charge interruption control device has a multiplicity of measuring coils, the second evaluation, that is to say the relative evaluation or the comparison, can also be limited to the measuring coils having the same or similar construction or behavior. As a result, a conversion between the different types of measuring coil used can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Fremdkörper im Bereich der Messspule ein metallisches oder ein biologisches Objekt.According to one embodiment of the invention, the foreign body in the region of the measuring coil is a metallic or a biological object.
Insbesondere beim induktiven Laden kann ein metallisches oder biologisches Objekt zwischen der Ladespule der Ladestation und der Ladespule des Fahrzeugs den Ladevorgang beeinflussen. Das metallische Objekt kann beispielsweise eine Schraube, ein Nagel, ein Werkzeug oder ein Spielzeug, wie z.B. ein Fahrrad, sein. Das biologische Objekt kann beispielsweise Laub, ein Ast oder ein Tier, wie z.B. eine Katze sein.In particular, during inductive charging, a metallic or biological object between the charging coil of the charging station and the charging coil of the vehicle can influence the charging process. The metallic object may be, for example, a screw, a nail, a tool or a toy such as a bicycle. The biological object can For example, be a leaf, a branch or an animal, such as a cat.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der vorhergehend und nachfolgend beschriebenen Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung.Another aspect of the invention relates to a vehicle having the vehicle charge termination control means previously and subsequently described.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug, oder beispielsweise um ein Fahrrad, insbesondere ein elektrisches Fahrrad. Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann sich vorzugsweise vor der Ladespule des Fahrzeugs befinden, also zwischen der Ladespule des Fahrzeugs und der Ladespule der Ladestation.The vehicle is, for example, a motor vehicle, such as a car, bus or truck, or else a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as a helicopter or airplane, or, for example, a bicycle, in particular an electric bicycle. The vehicle charge termination control device may preferably be located in front of the charging coil of the vehicle, that is to say between the charging coil of the vehicle and the charging coil of the charging station.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladestation mit der vorhergehend und nachfolgend beschriebenen Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung.A further aspect of the invention relates to a charging station with the vehicle charge interruption control device described above and below.
Die beschriebene Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann nicht nur in dem Fahrzeug eingesetzt werden, sondern auch in der Ladestation. Vorteilhafter Weise findet sich die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung vor der Ladespule der Ladestation, also zwischen der Ladespule des Fahrzeugs und der Ladespule der Ladestation. Hierdurch können die Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung das elektromagnetische Feld erfassen und Rückschlüsse auf etwaige Fremdkörper im Bereich der Messspule und somit im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung ziehen.The described vehicle breakage control device can be used not only in the vehicle but also in the charging station. Advantageously, the vehicle charge termination control device is located in front of the charging coil of the charging station, ie between the charging coil of the vehicle and the charging coil of the charging station. As a result, the measurement coils of the vehicle charge termination control device can detect the electromagnetic field and draw conclusions about any foreign bodies in the region of the measurement coil and thus in the region of the vehicle charge termination control device.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fremdkörpererkennungssystem für ein Fahrzeug. Das Fremdkörpererkennungssystem weist eine erste Ladespule zur Energieübertragung, eine zweite Ladespule zur Energieübertragung und die vorhergehend und nachfolgend beschriebene Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung auf. Die erste Ladespule ist mit der zweiten Ladespule über ein elektromagnetisches Feld gekoppelt und die erste Ladespule ist dazu eingerichtet, elektrische und/oder magnetische Energie an die zweite Ladespule zu übertragen. Die Steuereinheit der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule zu unterbrechen, wenn die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung auf den Fremdkörper schließt. Des Weiteren kann eine Anpassung der Leistung der Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule zu einer (prozentualen) entsprechenden Änderung der induzierten Spannung in einer der Messspulen führen. Ferner sollten sich alle Messspulen in der Art und Weise verhalten, dass eine Steigerung der Leistung der Energieübertragung zu einem Anstieg der induzierten Spannungen in allen Messspulen führt.Another aspect of the invention relates to a foreign object recognition system for a vehicle. The foreign matter detection system includes a first charge coil for power transmission, a second charge coil for power transmission, and the vehicle charge termination control device described above and below. The first charging coil is coupled to the second charging coil via an electromagnetic field, and the first charging coil is configured to transfer electrical and / or magnetic energy to the second charging coil. The control unit of the vehicle charge termination control device is configured to interrupt the power transmission between the first charge coil and the second charge coil when the vehicle charge termination control device closes on the foreign matter. Further, matching the power transfer energy between the first charging coil and the second charging coil may result in a (percentage) corresponding change in the induced voltage in one of the sensing coils. Furthermore, all measuring coils should behave in such a way that an increase in the power transmission performance leads to an increase of the induced voltages in all measuring coils.
Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung wird vorzugsweise zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule angeordnet, sodass das elektromagnetische Feld eine Spannung in wenigstens eine Messspule der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung induziert. Wenn wenigstens eine der Messspulen eine zu große Abweichung gegenüber dem jeweiligen Erwartungswert und/oder eine zu große Abweichung zu einer anderen Messspule aufweist, kann das Steuergerät die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule des Fremdkörpererkennungssystems unterbrechen.The vehicle charge termination control device is preferably arranged between the first charge coil and the second charge coil, such that the electromagnetic field induces a voltage in at least one measurement coil of the vehicle charge termination control device. If at least one of the measuring coils has too great a deviation from the respective expected value and / or an excessive deviation from another measuring coil, the control unit can interrupt the energy transmission between the first charging coil and the second charging coil of the foreign body detection system.
Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung des Fremdkörpererkennungssystems Informationen über die abgegebene und die empfangene Energie der ersten Ladespule bzw. der zweiten Ladespule erhalten. Somit kann der Erwartungswert der ersten Auswertung präziser vorhergesagt werden.Alternatively or additionally, the vehicle charge termination control device of the foreign object recognition system may obtain information about the output and the received energy of the first charge coil and the second charge coil, respectively. Thus, the expected value of the first evaluation can be predicted more precisely.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule schrittweise zu erhöhen oder hochzurampen.According to one embodiment of the invention, the control unit is adapted to gradually increase or boost the energy transfer between the first charging coil and the second charging coil.
Die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule kann stufenweise erfolgen. Mit anderen Worten kann die Leistung der Energieübertragung stufenweise angehoben bzw. verändert werden. Ferner kann die Leistung der Energieübertragung zwischenzeitlich konstant gehalten werden, um anschließend wieder anzusteigen bzw. abzufallen. Bei einer Energieübertragung mit konstanter Leistung, kann die induzierte Spannung der ersten Auswertung mit der induzierten Spannung der zweiten Auswertung verglichen oder angepasst werden. Insbesondere kann bei einer Energieübertragung mit konstanter Leistung der Erwartungswert mit einer Referenz abgeglichen werden, sodass eine Zwischenkalibrierung der ersten und der zweiten Auswertung erfolgen kann.The energy transfer between the first charging coil and the second charging coil can take place in stages. In other words, the power of the energy transfer can be gradually increased or changed. Furthermore, the power of the energy transfer can be kept constant in the meantime, in order to subsequently increase or decrease again. In the case of energy transmission with constant power, the induced voltage of the first evaluation can be compared or adjusted with the induced voltage of the second evaluation. In particular, in the case of energy transmission with constant power, the expected value can be adjusted with a reference, so that an intermediate calibration of the first and the second evaluation can take place.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung zu kalibrieren, wenn die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule eine vordefinierte Leistung erreicht oder übersteigt. Durch das Kalibrieren werden alle induzierten Spannungen aller Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung auf einen Referenzwert gesetzt.According to a further embodiment of the invention, the control unit is configured to calibrate the measurement coils of the vehicle charge termination control device when the energy transfer between the first charge coil and the second charge coil reaches or exceeds a predefined power. By calibrating all induced voltages of all measuring coils of the vehicle charge termination control device are set to a reference value.
Durch die Kalibrierung kann sichergestellt werden, dass die erste Abweichung und die zweite Abweichung bzw. die erste Auswertung und die zweite Auswertung nicht über die Zeit wegdriften. Es sei angemerkt, dass die Kalibrierung vorzugsweise ab einer vordefinierten und konstanten Leistung der Energieübertragung ausgeführt wird, somit können Störeinflüsse auf die Kalibrierung in den Messspulen minimiert werden. Alternativ oder zusätzlich können auch die induzierten Spannungen auf den Mittelwert der induzierten Spannungen gesetzt werden. The calibration can ensure that the first deviation and the second deviation or the first evaluation and the second evaluation do not drift away over time. It should be noted that the calibration is preferably performed from a predefined and constant power of the power transmission, thus disturbing effects on the calibration in the measuring coils can be minimized. Alternatively or additionally, the induced voltages can also be set to the mean value of the induced voltages.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die in die zweite Ladespule induzierten Energie mit der abgegebenen Energie der ersten Ladespule zu vergleichen. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule und der zweiten Ladespule zu unterbrechen, wenn das Verhältnis zwischen induzierter Leistung und abgegebener Leistung einen vordefinierten Schwellwert unterschreitet oder überschreitet. Diese Abweichung kann absolut, relativ oder Prozentual beurteilt werden. Die Auswertung der abgegebenen Energie zu der empfangenen Energie kann zusätzlich zu der ersten Auswertung und der zweiten Auswertung durchgeführt werden, um die Fremdkörpererkennung des Fremdkörpererkennungssystems weiter zu verbessern.According to one embodiment of the invention, the control unit is configured to compare the energy induced in the second charging coil with the energy output of the first charging coil. The control unit is further configured to interrupt the transmission of energy between the first charging coil and the second charging coil when the ratio between the induced power and the output power falls below or exceeds a predefined threshold value. This deviation can be assessed in absolute, relative or percentage terms. The evaluation of the energy delivered to the received energy may be performed in addition to the first evaluation and the second evaluation to further improve the foreign object recognition of the foreign object recognition system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jede Ladespule eine eigene Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung aufweisen. Vorteilhafterweise können in diesem Fall die Messspulen der ersten Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung und die korrespondierenden oder passenden Messspulen der zweiten Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung miteinander verglichen werden. Diese sollten dasselbe Verhalten zeigen, sich also gleich Verhalten. Mit anderen Worten sollte die Änderung der induzierten Spannungen gleich oder ähnlich sein.According to a further embodiment of the invention, each charging coil may have its own vehicle charge interruption control device. Advantageously, in this case, the measurement coils of the first vehicle charge termination control device and the corresponding or matching measurement coils of the second vehicle charge termination control device can be compared with each other. These should show the same behavior, so behave the same way. In other words, the change in the induced voltages should be the same or similar.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung für eine Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung. Das Verfahren weist Folgende Schritte auf:
- - Erfassen von induzierten Spannungen durch wenigstens zwei Messspulen;
- - Vergleichen der induzierten Spannungen mit jeweils einem vordefinierten Erwartungswert und bestimmen einer ersten Abweichung;
- - Vergleichen der induzierten Spannungen untereinander und bestimmen einer zweiten Abweichung;
- - Entscheiden, dass sich ein Fremdkörper im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung befindet, wenn die erste Abweichung der ersten Auswertung einen ersten vordefinierten Schwellwert und/oder die zweite Abweichung der zweiten Auswertung einen zweiten vordefinierten Schwellwert unterschreitet oder überschreitet;
- - Unterbrechen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Ladespule und einer zweiten Ladespule, wenn sich ein Fremdkörper im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung befindet.
- - Detecting induced voltages by at least two measuring coils;
- Comparing the induced voltages each with a predefined expected value and determining a first deviation;
- Comparing the induced voltages with each other and determining a second deviation;
- Deciding that a foreign body is located in the region of the vehicle charge interruption control device if the first deviation of the first evaluation falls below a first predefined threshold value and / or the second deviation of the second evaluation falls below or exceeds a second predefined threshold value;
- - Interrupting a power transmission between a first charging coil and a second charging coil when a foreign body is in the range of the vehicle loading stop control device.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit einer Ladeabbruchsteuerungseinrichtung ausgeführt wird, die Ladeabbruchsteuerungseinrichtung anleitet, das oben und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen.A further aspect of the invention relates to a program element which, when executed on a control unit of a charge termination control device, instructs the charge termination control device to carry out the method described above and below.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, welches die Steuereinheit einer Ladeabbruchsteuerungseinrichtung anleitet, das oben und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführenAnother aspect of this invention relates to a computer-readable medium having stored thereon a program element that directs the control unit of a load-break controller to perform the method described above and in the following
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figuren.Other features, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of the embodiments and the figures.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung der Figuren gleiche Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. -
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fremdkörpererkennungssystems inklusive Fahrzeug und Ladestation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
4 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Fremdkörpererkennungssystems inklusive Fahrzeug und Ladestation gemäß weiteren einer Ausführungsform der Erfindung. -
5 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 FIG. 12 is a block diagram of a vehicle charge interrupt control device according to an embodiment of the invention. FIG. -
2 shows a schematic representation of a vehicle charge termination control device according to another embodiment of the invention. -
3 shows a schematic representation of a foreign body detection system including vehicle and charging station according to an embodiment of the invention. -
4 shows a further schematic representation of a foreign body detection system including vehicle and charging station according to another embodiment of the invention. -
5 shows a flowchart for a method for foreign body detection according to an embodiment of the invention.
Bei der ersten und der zweiten Auswertung kann die Steuereinheit
Alternativ oder zusätzlich könne auch nur gleiche oder ähnliche Messspulen
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit
Die Steuereinheit
Durch die Gewichtung der ersten oder der zweiten Auswertung können Fehler bei der Fremdkörpererkennung reduziert werden bzw. können Fremdkörper im Bereich der Messspule
Das Fremdkörpererkennungssystem
Die Steuereinheit
Alternativ oder zusätzlich kann bei einer schrittweisen Erhöhung der Energieübertragung, die Energie für einen vorbestimme Zeitspanne konstant gehalten werden und bei der konstanten Energieübertragung kann die erste Abweichung der ersten Auswertung mit der zweiten Abweichung der zweiten Auswertung verglichen werden und gegebenenfalls abgestimmt werden. Mit anderen Worten, können bei vordefinierten konstanten Betriebspunkten des Fremdkörpererkennungssystems
Alternativ oder zusätzlich können die Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung
Im Unterschied zu
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