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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle und Überwachung eines drahtlosen, insbesondere induktiven oder resonant induktiven Ladevorgangs zwischen einem Ladegerät und einem mobilen Gerät sowie ein drahtlos, insbesondere induktiv oder resonant induktiv arbeitendes Energietransfersystem zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 1 bzw. 9.
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Induktive Ladegeräte, auch bezeichnet als „Wireless Charging Module“, die zum Beispiel nach dem sogenannten Qi Standard arbeiten, sind bezüglich ihrer Ladefunktion und der entsprechend entstehenden Erwärmung funktional sicher gegen das Risiko eines Abbrennens auszulegen. Insbesondere die Erkennung von Fremdobjekten ist ein wesentlicher Bestandteil der Brandvermeidung. Objekte wie zum Beispiel Münzen, Alufolie oder ähnliches, die sich im Lademagnetfeld befinden und nicht erkannt werden, erhitzen sich stark und können zu Brandauslösern werden. Die standardisierte Erkennung von Fremdobjekten, welche auch mit der Abkürzung „FOD“ (Foreign Object Detection) bezeichnet wird, basiert auf einer Differenzmessung der von dem induktiven Ladegerät abgegebenen Leistung und der von einem zu ladenden elektrischen Gerät, welches zum Beispiel als Mobiltelefon ausgebildet ist, empfangenen Leistung. Hierbei wird die empfangene Leistung über einen Datenrückkanal zu dem Ladegerät zurückgemeldet. Bei einer Überschreitung eines Höchstwertes wird die Ladung abgebrochen, weil die berechnete Differenzleistung in ein unbekanntes Objekt fließt und dieses erwärmt. Eine maximal mögliche Ladeleistung wird zu Beginn des Ladevorgangs zwischen dem Ladegerät und dem zu ladenden elektronischen Gerät „ausgehandelt“. Nach dieser Abstimmung verlässt sich das Ladegerät auf die in dem zu ladenden elektronischen Gerät gemessene und übermittelte Empfangsleistung.
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Aus der
EP 1 751 834 B1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines induktiven Energietransfers in einem induktiven Energietransfersystem bekannt, wobei das induktive Energietransfersystem eine Primäreinheit umfasst, welche zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes ausgelegt ist, und mindestens ein Sekundärgerät umfasst, das von der Primäreinheit gelöst werden kann und ausgelegt ist, mit dem Feld zu koppeln, wenn das Sekundärgerät sich in der Nähe der Primäreinheit befindet, so dass das Sekundärgerät ohne direkte elektrische Leitkontakte induktiv Energie von der Primäreinheit erhalten kann, wobei das System ein offenes System ist, in dem mindestens ein Fremdkörper gleichzeitig mit dem Sekundärgerät vorhanden sein kann. Hierbei wird zur Erfassung eines das Feld beeinflussenden Fremdkörpers eine von der Primäreinheit abgezogene Leistung, welche gemessen wird, mit einer Leistung verglichen, welche von dem Sekundärgerät benötigt wird, und hieraus eine Rückschluss auf das Vorhandensein eines Fremdkörpers gezogen wird und ggf. ein Einschränken oder Abschalten der induktiven Energieversorgung erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle und Überwachung eines drahtlosen, insbesondere induktiven oder resonant induktiven Ladevorgangs zwischen einem Ladegerät und einem mobilen Gerät sowie ein drahtlos, insbesondere induktiv oder resonant induktiv arbeitendes Energietransfersystem zur Ausführung des Verfahrens zu entwickeln, bei welchem eine Überwachung des mobilen Geräts verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 bzw. des Vorrichtungsanspruchs 9 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle und Überwachung eines drahtlosen, insbesondere induktiven oder resonant induktiven Ladevorgangs zwischen einem Ladegerät und einem mobilen Gerät, bei welchem das mobile Gerät von dem Ladegerät gelöst werden kann, und dafür ausgelegt ist, mit einem von dem Ladegerät erzeugten elektrischen Feld zu koppeln, umfasst die nachfolgend genannten Schritte:
- - Laden des mobilen Geräts mit einer in dem Ladegerät erzeugten Lade-Sendeleistung,
- - Erfassen einer von dem mobilen Gerät aufgenommenen Lade-Empfangsleistung durch das mobile Gerät,
- - Übermittlung eines Leistungswerts der Lade-Empfangsleistung von dem mobilen Gerät an das Ladegerät,
- - Überprüfen durch das Ladegerät, ob der Leistungswert der Lade-Empfangsleistung in einem in dem Ladegerät hinterlegten oder errechneten Lade-Empfangsleistungs-Intervall liegt,
- - wobei
- o entweder der Ladevorgang abgebrochen wird, wenn der Leistungswert der Lade-Empfangsleistung außerhalb des Lade-Empfangsleistungs-Intervalls liegt,
- ◯ oder wobei, wenn der Leistungswert der Lade-Empfangsleistung in dem Lade-Empfangsleistungs-Intervall liegt, zufällig und/oder zeitabhängig und/oder ereignisabhängig
- ■ entweder der Ladevorgang mit dem ersten Schritt fortgesetzt wird
- ■ oder ein Kontrollablauf gestartet wird, wobei in dem Kontrollablauf die Lade-Sendeleistung um einen Faktor zu einer Kontroll-Sendeleistung variiert wird und nachfolgend von dem mobilen Gerät ein Leistungswert einer Kontroll-Empfangsleistung des mobilen Geräts erfasst wird und der Leistungswert der Kontroll-Empfangsleistung von dem mobilen Gerät an das Ladegerät übermittelt wird, wobei durch das Ladegerät überprüft wird, ob der Leistungswert der Kontroll-Empfangsleistung in einem in dem Ladegerät hinterlegten oder errechneten Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall liegt, wobei
- • entweder der Ladevorgang abgebrochen wird, wenn der Leistungswert der Kontroll-Empfangsleistung außerhalb des Kontroll-Empfangsleistungs-Intervalls liegt
- • oder, sofern der Leistungswert der Kontroll-Empfangsleistung in dem Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall liegt, zufällig und/oder zeitabhängig und/oder ereignisabhängig
- o entweder der Ladevorgang mit dem ersten Schritt fortgesetzt wird
- ◯ oder der Ladevorgang mit einem weiteren Durchlauf des Kontrollablaufs mit einer weiteren Kontroll-Sendeleistung fortgesetzt wird.
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Durch ein derartiges Verfahren ist eine Überwachung eines zu ladenden elektrischen Geräts dahingehend verbessert, dass das elektrische Gerät während des Ladevorgangs von dem Ladegerät immer wieder auf seine Funktion überwacht wird, so dass eine in dem elektrischen Gerät auftretende Störung, welche zu einer Übergabe eines außerhalb des Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall liegenden oder eines unplausiblen Werts der Kontroll-Empfangsleistung an das Ladegerät führt, von dem Ladegerät erkannt wird und durch einen Abbruch des Ladevorgangs die Gefahr einer Überhitzung des elektronischen Geräts ausschließt. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Funktion einer Erkennung von Fremdobjekten während des gesamten Ladevorgangs erhalten bleibt, da Fremdobjekte sowohl Einfluss auf den Leistungswert der Kontroll-Empfangsleistung als auch auf den Leistungswert der Lade-Empfangsleistung haben.
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Weiterhin sieht das Verfahren vor, dass die Kontroll-Sendeleistung auf einen zufälligen Leistungswert variiert wird, wobei der zufällige Leistungswert insbesondere kleiner als die Lade-Sendeleistung ist. Hierdurch ist eine Variation der Kontroll-Sendeleistung möglich, ohne dass die Gefahr einer Überbelastung des Ladegeräts oder einer Überbelastung des mobilen Geräts besteht.
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Es ist auch vorgesehen, dass zwei mittelbar oder unmittelbar aufeinanderfolgende, Kontroll-Sendeleistungen unterschiedliche Leistungswerte aufweisen und/oder dass zwei mittelbar oder unmittelbar aufeinanderfolgende, variierte Kontroll-Sendeleistungen für unterschiedliche Zeitdauern ausgesendet werden. Hierbei werden unter unmittelbar aufeinander folgenden Kontroll-Sendeleistungen Kontroll-Sendeleistungen verstanden, welche sich im Leistungswert und/oder der Zeitdauer unterscheiden, aber zwischen denen nicht mit Lade-Sendeleistung geladen wird. Hierbei werden unter mittelbar aufeinander folgenden Kontroll-Sendeleistungen Kontroll-Sendeleistungen verstanden, welche sich im Leistungswert und/oder der Zeitdauer unterscheiden, aber zwischen denen mit Lade-Sendeleistung geladen wird. Durch eine Variation der Kontroll-Sendeleistungen in Leistungswert und/oder Zeitdauer lassen sich eine Vielzahl unterschiedlichster Kontrollen durchführen, so dass aus den rückübermittelten Leistungswerten für die Lade-Empfangsleistung des mobilen Geräts weitere Rückschlüsse auf den Zustand eines Energiespeichers des mobilen Geräts möglich sind.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Kontroll-Empfangsleistungsintervall in Abhängigkeit der Kontroll-Sendeleistung mit Hilfe eines Algorithmus auf plausible Grenzwerte gesetzt wird. Hierdurch kann eine Rückantwort des zu ladenden Geräts auf plausible Werte überprüft werden.
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Es ist auch vorgesehen, dass die Kontroll-Sendeleistung auf einen zufälligen Leistungswert variiert wird, wobei der zufällige Leistungswert insbesondere kleiner oder insbesondere größer als die Lade-Sendeleistung ist. Hierdurch können die rückübermittelten Leistungswerte für die Lade-Empfangsleistung gezielt bewertet werden.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass ein Zeitpunkt, zu welchem von der Lade-Sendeleistung auf die Kontroll-Sendeleistung umgeschaltet wird, oder ein Zeitpunkt, zu welchem von der Kontroll-Sendeleistung auf die Lade-Sendeleistung umgeschaltet wird, von einem Zufallsgenerator zufällig bestimmt wird. Hierdurch kann ein Funktionieren der im zu ladenden Gerät arbeitenden Software überwacht werden und können regelmäßig zyklisch ankommende „Falschantworten“ identifiziert werden.
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Es ist auch vorgesehen, dass die Kontroll-Sendeleistung für eine zufällige Zeitdauer aufrechterhalten wird und der Kontrollablauf nach einer zufälligen Zeit erneut gestartet wird. Auch hierdurch können regelmäßig zyklisch ankommende „Falschantworten“ identifiziert werden.
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Schließlich ist es vorgesehen, dass das Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall um einen Leistungswert liegt, welcher sich bezogen auf die Lade-Sendeleistung aus einer prozentual vergleichbar zu der auf die Kontroll-Sendeleistung abgesenkten oder erhöhten Lade-Sendeleistung ergibt. Hierdurch ist eine umfangreiche Überwachung möglich.
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Das erfindungsgemäße drahtlos, insbesondere induktiv oder resonant induktiv arbeitende Energietransfersystem ist zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3 vorgesehen, wobei das drahtlos, insbesondere induktiv oder resonant induktiv arbeitende Energietransfersystem ein Ladegerät umfasst, welches zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds ausgelegt ist, und wobei das Energietransfersystem mindestens ein mobiles Gerät umfasst, welches von dem Ladegerät gelöst werden kann, und wobei das Energietransfersystem ausgelegt ist, mit dem elektromagnetischen Feld zu koppeln.
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Durch ein derartiges Energietransfersystem ist eine Überwachung eines zu ladenden elektrische Geräts dahingehend verbessert, dass das elektrische Gerät während des Ladevorgangs von dem Ladegerät immer wieder auf seine Funktion überwacht wird, so dass eine in dem elektrischen Gerät auftretende Störung, welche zu einer Übergabe eines außerhalb des Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall liegenden Werts der Kontroll-Empfangsleistung an das Ladegerät führt, von dem Ladegerät erkannt wird und durch einen Abbruch des Ladevorgangs die Gefahr einer Überhitzung des elektronischen Geräts ausschließt. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Funktion einer Erkennung von Fremdobjekten während des gesamten Ladevorgangs erhalten bleibt, da Fremdobjekte sowohl Einfluss auf den Leistungswert der Kontroll-Empfangsleistung als auch auf den Leistungswert der Lade-Empfangsleistung haben.
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Unter mobilen Geräten sind im Sinne der Erfindung drahtlos bzw. induktiv ladbare elektrische Kleingeräte wie insbesondere Mobiltelefone oder Fotoapparate oder Taschenlampen oder Navigationsgeräte zu verstehen.
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Unter mobilen Geräten sind im Sinne der Erfindung auch drahtlos bzw. induktiv ladbare elektrische Geräte wie insbesondere Elektrofahrzeuge, wie zum Bespiel Elektrofahrräder, Elektromotorräder oder Elektroautos, oder Rasenmäher oder Hausgeräte oder andere durch elektrische Energiespeicher betriebene und drahtlos bzw. induktiv ladbare Geräte zu verstehen. Hierbei wird im Sinn der Erfindung unter einem drahtlosen bzw. induktiven laden insbesondere ein Laden nach dem Standard Qi (WPC) durch induktive Kopplung oder nach dem Standard AirFuel Induktiv (Powermat) durch induktive Kopplung oder nach dem Standard AirFuel Resonant (Rezence) durch resonante magnetische Kopplung verstanden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Ablaufplans einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der 1 ist ein Ablaufplan einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Das Verfahren betrifft ein induktives Energietransfersystem 1, welches ein Ladegerät 2 und ein mobiles Gerät 3 umfasst.
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Das Verfahren dient zur Kontrolle eines induktiven Ladevorgangs LV zwischen dem Ladegerät 2 und mobilen Gerät 3, wobei das mobile Gerät 3 von dem Ladegerät 2 gelöst werden kann, und dafür ausgelegt ist, mit einem von dem Ladegerät 2 erzeugten elektrischen Feld zu koppeln.
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In einem ersten Schritt I wird bei dem induktiven Energietransfersystem 1 das mobile Gerät 3 von dem Ladegerät 2 mit einer in dem Ladegerät 2 erzeugten Lade-Sendeleistung PLS geladen. Von dem mobilen Gerät 3 wird eine aufgenommene Lade-Empfangsleistung PLE erfasst und ein Leistungswerts WPLE der Lade-Empfangsleistung PLE an das Ladegerät 2 übermittelt.
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In einem zweiten Schritt II wird durch das Ladegerät 2 überprüft, ob der Leistungswert WPLE der Lade-Empfangsleistung PLE in einem in dem Ladegerät 2 hinterlegten oder berechneten Lade-Empfangsleistungs-Intervall LEI liegt. Sofern der Leistungswert WPLE der Lade-Empfangsleistung PLE außerhalb des Lade-Empfangsleistungs-Intervalls LEI liegt wird der Ladevorgang LV abgebrochen wird. Sofern der der Leistungswert WPLE der Lade-Empfangsleistung PLE innerhalb des Lade-Empfangsleistungs-Intervalls LEI liegt, folgt ein dritter Schritt III.
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In dem dritten Schritt III wird zufällig und/oder zeitabhängig und/oder ereignisabhängig entschieden, ob der Ladevorgang LV mit dem ersten Schritt fortgesetzt wird oder ob ein vierter Schritt IV mit einem Kontrollablauf KA gestartet wird.
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In dem vierten Schritt IV, mit welchem der Kontrollablauf KA startet, wird die Lade-Sendeleistung PLS um einen Faktor zu einer Kontroll-Sendeleistung PKS variiert und wird nachfolgend von dem mobilen Gerät 3 ein Leistungswert WPKE einer Kontroll-Empfangsleistung PKE des mobilen Geräts 3 erfasst und wird der Leistungswert WPKE der Kontroll-Empfangsleistung PKE von dem mobilen Gerät 3 an das Ladegerät 2 übermittelt.
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Anschließend wird in dem Kontrollablauf in einem fünften Schritt V durch das Ladegerät 2 überprüft, ob der Leistungswert WPKE der Kontroll-Empfangsleistung PKE in einem in dem Ladegerät 2 hinterlegten oder errechneten Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall KEI liegt. Hierbei wird der Ladevorgang abgebrochen, wenn der Leistungswert WPKE der Kontroll-Empfangsleistung PKE außerhalb des Kontroll-Empfangsleistungs-Intervalls KEI liegt. Sofern der Leistungswert WPKE der Kontroll-Empfangsleistung PKE in dem Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall KEI liegt, folgt ein sechster Schritt VI.
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In dem sechsten Schritt VI wird zufällig und/oder zeitabhängig und/oder ereignisabhängig entschieden, ob der Ladevorgang LV mit dem ersten Schritt I fortgesetzt wird oder der Ladevorgang LV mit einem weiteren Durchlauf des Kontrollablaufs KA mit dem vierten Schritt IV fortgesetzt wird.
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Grundsätzlich ist das Verfahren derart ausgelegt, dass eine Gesamtdauer des Ladevorgangs LV in einen größeren Zeitanteil und einen kleineren Zeitanteil unterteilt ist und dass bezogen auf die Gesamtdauer des Ladevorgangs LV das mobile Gerät 3 für den größeren Zeitanteil geladen wird und für den kleineren Zeitanteil von dem Ladegerät eine das mobile Gerät schwächer ladende Kontroll-Sendeleistung ausgegeben wird, wobei der größere Zeitanteil in Summe wenigstens 70% und insbesondere wenigstens 90% der Gesamtdauer des Ladevorgangs LV beträgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- induktives Energietransfersystem
- 2
- Ladegerät
- 3
- mobiles Gerät
- I-VI
- Schritt des Verfahrens
- KA
- Kontrollablauf
- LV
- Ladevorgang
- PLS
- Lade-Sendeleistung
- PLE
- Lade-Empfangsleistung
- WPLE
- Leistungswerts von PLE
- LEI
- Lade-Empfangsleistungs-Intervall
- PKS
- Kontroll-Sendeleistung
- PKE
- Kontroll-Empfangsleistung
- WPKE
- Leistungswert von PKE
- KEI
- Kontroll-Empfangsleistungs-Intervall
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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