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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, ein Programmelement sowie ein computerlesbares Medium.
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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.
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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.
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Das Dokument
DE 10 2014 207 885 A1 betrifft eine Fremdkörpererfassungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spulen. Die Spulen sind nebeneinander angeordnet und weisen die Form von Ringsektoren auf. Die Spulen können einen Fremdkörper im Bereich einer Leistungs-Induktivladevorrichtung erkennen.
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In der
US 2015 / 0 109 000 A1 wird ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist eine Vielzahl von elektrisch leitenden Schleifen auf, welche in einem Array angeordnet sind. Ferner weist die Vorrichtung eine Messschaltung auf, welche die Charakteristik jeder der Schleifen erfassen und auswerten kann. Hierzu kann die Messschaltung die Charakteristik von bestimmten Parametern auswerten und somit auf einen Fremdkörper im Bereich der Schleifen schließen. Des Weiteren kann die Messschaltung die Parameter einzelner Schleifen gegenüber einem Schwellwert vergleichen oder die Differenz zwischen benachbarten Schleifen bestimmen.
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Das Dokument
DE 10 2013 219 131 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein korrespondierendes Verfahren zur Erkennung eines Fremdkörpers in einem Magnetfeld zur leitungslosen Energieübertragung, wobei die Vorrichtung zumindest einen ersten und einen zweiten Spulenstapel aufweist. Jeder Spulenstapel weist eine Erregerspule sowie eine erste und eine zweite Messspule auf. Die Messspannungen, welche in die Messspulen induziert werden, können zur Erkennung des Fremdkörpers ausgewertet werden.
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Das Dokument
WO 2013 / 127 445 A1 betrifft das kabellose Laden eines elektrischen Fahrzeugs in einer sicheren und zuverlässigen Art und Weise. Hierzu weist eine Vorrichtung wenigstens eine Messspule auf, welche elektrisch leitende Körper in dem Leistungsübertragungsbereich detektiert.
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Das Dokument
US 2012 / 0 077 537 A1 schlägt ein System zur kabellosen Leistungsübertragung vor, welches durch den Vergleich der abgegebenen Leistung zur aufgenommen Leistung erkennt, ob bei der Leistungsübertragung Strom verloren geht.
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Das Verfahren des Dokuments
DE 10 2010 042 395 A1 umfasst das Platzieren einer primären und einer sekundären Spule, welche induktiv miteinander gekoppelt sind.
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Das Dokument
US 2014 / 0 111 019 A1 schlägt eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System zur kabellosen Leistungsübertagung vor.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen induktiven Ladevorgang zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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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 gewichtet 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.
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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.
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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.
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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.
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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 Messspulen 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.
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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.
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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.
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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.
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Es sei angemerkt, dass Mittelwerte, Spitzenwerte, Zwischenwerte oder eine Mischung hieraus mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen werden kann.
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Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung kann auch eine Vielzahl von Messspulen aufweisen, wie beispielsweise ein Dutzend oder 200. Diese einzelnen Messspulen können identisch aber auch verschieden voneinander sein, und sich beispielsweise durch Größe, Anzahl an Wicklungen, Widerstand oder Material unterscheiden. Es können auch verschiedene Sektoren der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung mit verschiedenen Typen von Messspulen ausgerüstet werden. Die Eigenschaften der verwendeten Messspulen können im Vorfeld bekannt sein oder sie werden durch eine Referenzmessung bestimmt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Fremdkörper im Bereich der Messspule ein metallisches oder ein biologisches Objekt.
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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.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der vorhergehend und nachfolgend beschriebenen Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung.
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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.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladestation mit der vorhergehend und nachfolgend beschriebenen Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die in die zweite Ladespule induzierte 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.
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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.
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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.
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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.
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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 auszuführen
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figuren.
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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 zeigt ein Blockschaltbild einer Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10. Diese Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 weist eine erste Messspule 21, eine zweite Messspule 22 und eine Steuereinheit 11 auf. Die erste und die zweite Messspule 21, 22 sind dazu eingerichtet, eine induzierte Spannung zu erfassen bzw. diese zu messen. Diese korreliert mit einem zu messenden elektromagnetischen Feld. Die erfassten Spannungen der Messspulen 21, 22 können durch die Steuereinheit 11 ausgewertet werden. Die Steuereinheit 11 kann hierbei wenigstens eine erste und eine zweite Auswertung durchführen. In der ersten Auswertung kann jede der Messspulen 21, 22 einzeln ausgewertet werden, die induzierte Spannung kann mit einem vordefinierten Erwartungswert verglichen werden. Also eine absolute Auswertung. Die zweite Auswertung kann die induzierten Spannungen der Messspulen 21, 22 untereinander vergleichen, also relativ zueinander. Beispielsweise durch die Bildung eines Mittelwertes, welcher mit einem Erwartungswert verglichen wird oder durch Ermittlung der Differenz zwischen den induzierten Spannungen. Alternativ oder zusätzlich können die induzierten Spannungen der Messspulen 21, 22 auch ins Verhältnis gesetzt werden, um eine prozentuale Abweichung zu bestimmen.
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Bei der ersten und der zweiten Auswertung kann die Steuereinheit 11 jeweils eine Abweichung bestimmen. Beispielsweise kann bei der ersten Auswertung die Steuereinheit 11 die Differenz zwischen der induzierten Spannung und einem jeweiligen Erwartungswert bestimmen. Bei der zweiten Auswertung kann die Steuereinheit 11 beispielsweise die Differenz zwischen den beiden erfassten induzierten Spannungen als Abweichung bestimmen. Ferner kann die Steuereinheit 11 bei der zweiten Abweichung auch den Mittelwert der induzierten Spannungen mit einem vordefinierten Erwartungswert vergleichen. Ferner kann die Abweichung der zweiten Auswertung auch das Verhältnis zwischen den induzierten Spannungen sein. Des Weiteren kann die Steuereinheit 11 auch die Summe aller induzierter Spannungen mit einer vordefinierten Anzahl an induzierten Spannungen vergleichen und daraus die Abweichung bestimmen.
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Alternativ oder zusätzlich können auch nur gleiche oder ähnliche Messspulen 21, 22 miteinander verglichen werden. Insbesondere wenn die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 eine Vielzahl von Messspulen 21, 22 mit unterschiedlicher Größe, Anzahl an Wicklungen, Widerstand, Material und/oder geometrischer Gestaltung aufweist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 11 auch ein Verhalten der Messspule 21, 22, beispielsweise den Zeitverlauf, die Trägheit oder die Totzeit der Messspule 21, 22, mit dem Verhalten derselben Messspule 21, 22 bei einer vorangegangenen Messung vergleichen. Typischerweise, sollten sich die Messspulen zwischen einzelnen Messungen nicht signifikant verändern, sodass das Verhalten einer Messspule 21, 22 in einem bestimmen elektromagnetischen Feld über die Zeit gleich sein sollte. Verändert sich dieses Verhalten, kann auf einen Fremdkörper in dem Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 geschlossen werden.
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Die Steuereinheit 11 der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 kann auf einen Fremdkörper im Bereich der Messspule 21, 22 schließen, wenn die erste Abweichung und/oder die zweite Abweichung jeweils einen eigenen vorbestimmen Schwellwert überschreitet. Ferner kann die erste und die zweite Auswertung unterschiedlich gewichtet werden, sodass die erste oder die zweite Auswertung stärker in die Bestimmung des Fremdkörpers eingeht. Die Gewichtung kann durch eine feste Verteilung erfolgen, z.B. 50% zu 50%, oder aber auch abhängig von dem einem jeweiligen Betriebspunkt einer Ladestation. Insbesondere bei geringer oder hoher Leistung der Energieübertragung kann die erste Auswertung gegenüber der zweiten Auswertung bevorzugt werden, oder umgekehrt. Auch kann die erste oder die zweite Auswertung bei einer dynamischen Änderung der Leistung der Energieübertragung vorteilhafter sein.
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Durch die Gewichtung der ersten oder der zweiten Auswertung können Fehler bei der Fremdkörpererkennung reduziert werden bzw. können Fremdkörper im Bereich der Messspule 21, 22 zuverlässiger erkannt werden, da für jeden Betriebspunkt die passende Gewichtung zwischen der ersten und der zweiten Auswertung gewählt bzw. angepasst werden kann (absolut und/oder relativ).
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2 zeigt eine Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 mit einer Vielzahl an Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26. Diese Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 können nebeneinander, umeinander, übereinander und/oder hintereinander angeordnet sein. Alle Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 können einzeln gegenüber einem jeweiligen vordefinierten Erwartungswert ausgewertet werden (absolut), jedoch können die Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 auch relativ zueinander ausgewertet werden, mittels der zweiten Auswertung. Ferner zeigt 2 einen Fremdkörper 50, welcher durch die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 als ein Fremdkörper 50 erkannt wurde. Der Boden 60 wird in 2 durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Die in Bezug auf 1 beschriebenen Auswertungen und Bestimmungen der Abweichungen können ebenfalls durch die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 aus 2 angewandt werden. Die Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 können identisch aber auch unterschiedlich ausgeführt sein.
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3 zeigt ein Fremdkörpererkennungssystem 1. Das Fremdkörpererkennungssystem 1 weist eine erste Ladespule 41, eine zweite Ladespule 31 und die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 auf. Ferner ist in 3 ein Fahrzeug 30, welches die zweite Ladespule 31 aufweist, und eine Ladestation 40, welche die erste Ladespule 41 aufweist, dargestellt. Des Weiteren befindet sich ein Fremdkörper 50 bzw. ein Objekt 50 in dem Bereich des Fremdkörpererkennungssystems 1. Zwischen der ersten Ladespule 41 und der zweiten Ladespule 31 kann ein elektromagnetisches Feld bestehen, sodass ein Energieaustausch zwischen den beiden Ladespulen 31, 41 stattfinden kann. Dieser Energieaustausch wird in 3 durch die drei übereinander angeordneten Viertelkreise angedeutet. Die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 mit den Messspulen 21, 22, 23, 24, 25, 26 kann hierbei in dem elektromagnetischen Feld angeordnet sein. In 3 ist die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 in dem Fahrzeug 30 angeordnet.
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Das Fremdkörpererkennungssystem 1 kann die Energieübertragung bzw. die Leistung der Energieübertragung, also das elektromagnetische Feld, schrittweise erhöhen. Alternativ kann das Fremdkörpererkennungssystem 1 die Energieübertragung durch eine Rampe hochfahren. Bei einem erfassten Fremdkörper 50 kann das Fremdkörpererkennungssystem 1 die Energieübertragung zwischen der ersten Ladespule 41 und der zweiten Ladespule 31 unterbrechen bzw. stoppen.
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Die Steuereinheit 11 des Fremdkörpererkennungssystems 1 kann ferner die abgegebene Leistung der ersten Ladespule 41 mit der empfangenen Leistung der zweiten Ladespule 31 vergleichen. Weicht das Verhältnis zwischen abgegebener Leistung zu empfangener Leistung um mehr als einen vordefinierten Schwellwert ab, so kann auch auf den Fremdkörper 50 geschlossen werden und die Energieübertragung kann unterbrochen werden.
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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 1 die relative Auswertung und die absolute Auswertung abgeglichen werden bzw. auch mit einem Referenzwert verglichen werden.
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Alternativ oder zusätzlich können die Messspulen der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 kalibriert werden. Hierzu kann bei einer konstanten vordefinierten Leistung zwischen der ersten Ladespule 41 und der zweiten Ladespule 31 die induzierte Spannung der Messspulen auf einen Referenzwert gesetzt werden. Die Leistung kann beispielsweise 90% der maximal übertragbaren Leistung sein.
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Im Unterschied zu 3 zeigt 4 ein Fremdkörpererkennungssystem 1, bei welchem die Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung 10 in der Ladestation 40 angeordnet ist.
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In 5 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung dargestellt. In Schritt S1 erfolgt das Erfassen der induzierten Spannungen durch wenigstens zwei Messspulen. Darauf folgt in Schritt S2 ein Vergleichen der induzierten Spannungen mit einem vordefinierten Erwartungswert und bestimmen einer ersten Abweichung zu diesem Erwartungswert. In Schritt S3 erfolgt das Vergleichen der induzierten Spannungen untereinander und bestimmen einer zweiten Abweichung hieraus. Wenn die erste Abweichung und/oder die zweite Abweichung einen vordefinierten Schwellwert überschreitet und/oder unterschreitet, wird in Schritt S4 entschieden ob sich ein Fremdkörper im Bereich der Fahrzeug-Ladeabbruchsteuerungseinrichtung befindet. Eine Unterbrechung einer Energieübertragung zwischen einer ersten Ladespule und einer zweiten Ladespule erfolgt in Schritt S5, wenn ein Fremdkörper erkannt wurde bzw. wenn auf einen Fremdkörper geschlossen wurde.
