感應充電時的異物監(jiān)測的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括充電單元和車輛的用于從充電單元向車輛進行感應式功率傳輸?shù)脑O(shè)備，在該設(shè)備中充電單元具有初級線圈并且車輛具有次級線圈，并且在該設(shè)備中初級線圈在初級線圈和次級線圈之間的傳輸區(qū)域中產(chǎn)生傳輸磁場，其中，所述車輛具有用于監(jiān)測傳輸區(qū)域中的溫度的傳感器單元，所述充電單元具有控制裝置，并且該控制裝置在充電過程中根據(jù)溫度監(jiān)測的結(jié)果可控制(3)傳輸功率。
【專利說明】感應充電時的異物監(jiān)測

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種包括充電單元和車輛的用于從充電單元向車輛進行感應式功率傳輸?shù)脑O(shè)備，在該設(shè)備中充電單元具有初級線圈并且車輛具有次級線圈，并且在該設(shè)備中初級線圈在初級線圈和次級線圈之間的傳輸區(qū)域中產(chǎn)生傳輸磁場。

【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)已知感應式功率傳輸系統(tǒng)。例如在文獻FR 2 947 114 Al中描述了一種用于車輛的為車輛電蓄能器充電的感應充電設(shè)備。該感應充電設(shè)備包括具有初級線圈的地面單元和具有次級線圈的車輛單元。
[0003]用于電動車輛的感應充電設(shè)備設(shè)計用于傳輸數(shù)千瓦范圍內(nèi)的功率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務在于，提供一種改進的包括充電單元和車輛的用于從充電單元向車輛進行感應式功率傳輸?shù)脑O(shè)備和方法。
[0005]該任務通過一種根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備得以解決。本發(fā)明的有利實施方式和擴展方案由從屬權(quán)利要求給出。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，車輛具有用于監(jiān)測傳輸區(qū)域中的溫度的傳感器單元，充電單元具有控制裝置，并且該控制裝置在充電過程中根據(jù)溫度監(jiān)測的結(jié)果控制傳輸功率。
[0007]在此，充電過程尤其可理解為從充電單元向車輛進行電功率傳輸?shù)臅r間段。控制裝置從充電過程的時間起點直到時間終點控制或者說調(diào)節(jié)傳輸功率。傳感器單元的溫度監(jiān)測的結(jié)果用作控制或者說調(diào)節(jié)的輸入?yún)⒘俊?br> [0008]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，傳感器單元構(gòu)造為紅外檢測系統(tǒng)，該紅外檢測系統(tǒng)具有熱分辨率極限和空間分辨率極限，具有高于熱分辨率極限的熱特性和高于空間分辨率極限的空間特性的物體被稱為臨界物體，通過紅外檢測系統(tǒng)可檢測位于傳輸區(qū)域中的臨界物體。
[0009]當紅外檢測系統(tǒng)檢測到臨界物體時，則該檢測被視為溫度監(jiān)測的結(jié)果。在紅外檢測系統(tǒng)未檢測到臨界物體的情況下，這被視為溫度監(jiān)測的結(jié)果。
[0010]這表明，紅外檢測系統(tǒng)可檢測在充電過程期間位于傳輸區(qū)域中的臨界物體，只要該臨界物體超過紅外檢測系統(tǒng)的熱分辨率極限、也就是說尤其是具有對于通過紅外檢測系統(tǒng)的可識別性而言足夠高的溫度，并且相結(jié)合地超過紅外檢測系統(tǒng)的空間分辨率極限、也就是說尤其是具有對于通過紅外檢測系統(tǒng)的可識別性而言足夠大的空間延伸尺寸。
[0011]紅外檢測系統(tǒng)具有至少單向的向控制單元的通信裝置。通過這種方式，在由紅外檢測系統(tǒng)檢測到臨界物體時向控制單元可發(fā)送信號。所發(fā)送的信號可通過控制單元變成控制措施、例如中斷通過初級線圈產(chǎn)生傳輸場。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一種方案，在充電過程中由控制單元可設(shè)定具有第一功率上升率的傳輸功率，在充電過程中由控制單元可設(shè)定具有第二功率上升率的傳輸功率，并且第二功率上升率大于第一功率上升率。
[0013]功率上升率說明每單位時間的傳輸功率。因此，傳輸功率在第二功率上升率時比在設(shè)定第一功率上升率時隨時間更快地增加一定的量。
[0014]另外有利的是，在第一功率上升率時位于傳輸區(qū)域中的正常物體可被傳輸場在臨界時間段上加熱，在臨界時間段之內(nèi)正常物體變?yōu)榕R界物體，并且在紅外檢測系統(tǒng)檢測到正常物體后可通過控制單元中斷傳輸區(qū)域中的功率上升和/或可減小傳輸功率。
[0015]借助該設(shè)備可實施一種方法，該方法包括下述步驟。首先，在充電過程中通過控制單元在臨界時間段期間以第一功率上升率增加傳輸功率。在臨界時間段后通過控制單元以第二功率上升率增加傳輸功率。如果在充電過程期間、在臨界時間段期間或也在臨界時間段之后由紅外檢測系統(tǒng)檢測到臨界物體，則通過控制單元中斷傳輸區(qū)域中的功率上升和/或通過控制單元減小傳輸區(qū)域中的傳輸功率和/或由充電單元或車輛發(fā)出報警信號。
[0016]本發(fā)明基于下述考慮:
[0017]對于電氣化車輛已知如下的方法，其能實現(xiàn)為車載電網(wǎng)或所包含的蓄能器無接觸地、優(yōu)選感應地充電。
[0018]由于無接觸傳輸?shù)碾p邊之間的金屬材料或?qū)щ姴牧峡筛蓴_感應充電時的能量傳輸，所以需要采取措施來識別這類物體或材料并確保應對措施、如中斷能量傳輸。由此，成功地避免異物被不希望地加熱和可能的消極后果。
[0019]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的監(jiān)測方法要么不足，因為不能可靠或不能及時識別很小的或薄壁的導電材料、如金屬箔的過熱。對于車輛或車輛周圍環(huán)境來說排除任何因異物過熱而引起的潛在危險具有最高的優(yōu)先級。要么監(jiān)測方法具有高度的復雜性，從而可能需要額外的成本密集且結(jié)構(gòu)空間密集的硬件。
[0020]提出一種措施，該措施將根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在車輛中已有的監(jiān)測方法與在感應充電時有針對性地控制傳輸功率相結(jié)合用以識別特別小且薄壁的導體異物。
[0021]該措施的前提條件在于車輛配備有車輛方的感應充電系統(tǒng)。該車輛充電系統(tǒng)尤其是具有次級線圈作為重要組成部分，借助該次級線圈可從車輛外部的初級線圈向車輛傳輸電功率。車輛的感應充電系統(tǒng)包括傳感系統(tǒng)、如紅外傳感器，借助該傳感系統(tǒng)至少可識別在功率傳輸區(qū)域中的大的且具有臨界高溫的異物。通過將初級線圈作為能量發(fā)射器設(shè)置在車道地面上并且將次級線圈作為能量接收器設(shè)置在車輛底板上，可預料到尤其是初級線圈上或附近的異物并且可將其在不希望的可導致溫度升高的能量吸收方面評價為臨界的。
[0022]在此不利的是，雖然借助紅外傳感裝置在能量傳輸區(qū)域中能夠安全且可靠地識別大的且厚實的導體，但小的或很薄壁的導體(如涂有導電層的飲料包裝的部件)在能量傳輸區(qū)域中卻可被迅速加熱，以致當例如薄壁導體上或周圍材料上發(fā)生局部燃燒時，才達到紅外傳感裝置的分辨率極限、即才檢測到升高的溫度。必須避免這種情況的發(fā)生，其中，例如首先被隔熱的異物部分相對于紅外系統(tǒng)的不利空間定向(例如鋁涂層在處于能量傳輸區(qū)域中的飲料紙盒中背離紅外系統(tǒng))提高了這種情況的發(fā)生概率。在該示例中，只有在部分飲料紙盒可能已被熱力損壞時，才可能檢測到鋁涂層的局部能量吸收。這尤其適用于能量傳輸以完全強度直接作用于異物上的情況。
[0023]該缺點以下述方式被克服:通過減小能量傳輸強度、優(yōu)先通過在感應充電時隨時間控制功率，來如此減小對異物的加熱，以致于一方面?zhèn)鞲醒b置能夠識別不希望的加熱并且另一方面不達到臨界閾值(如燃點、在隨后接觸異物時的受傷閾值)。此外，通過足夠慢地隨時間控制功率可使得異物的(可能很局部的)加熱充分擴展到異物的更大的區(qū)域上，從而達到監(jiān)測傳感裝置的分辨率極限并且該傳感裝置可靠地識別更大的區(qū)域。功率控制可隨時間線性、連續(xù)或階梯地進行。
[0024]在此有利的是，在實施感應充電時提高了異物的識別概率并且由此降低了損壞危險。另外，所述提高可在結(jié)構(gòu)空間中性和重量中性的情況下實現(xiàn)，即不使用額外的硬件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面借助【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例。由此給出本發(fā)明的其它細節(jié)、優(yōu)選實施方式和擴展方案。示意性地詳細示出:
[0026]圖1為在感應充電時在傳輸區(qū)域中的傳輸功率。

【具體實施方式】
[0027]在為車輛感應充電時，將電功率傳輸?shù)杰囕v，以便使車輛的電化學蓄能器進入更高的充電狀態(tài)。為此，車輛尤其是具有次級線圈。具有初級線圈的充電單元位于車輛之外，該初級線圈產(chǎn)生交變電磁場，該交變電磁場根據(jù)感應原理在次級線圈上感應出電壓。所述電壓在車輛中可用作充電電壓。交變電磁場稱為傳輸場。
[0028]在該設(shè)備用于為車輛蓄能器感應充電時，次級單元可集成在車輛底板的區(qū)域中。充電單元位于車輛之外并且例如可集成在停車場處和/或車輛充電場中。
[0029]當車輛占據(jù)充電位置、即這樣定位于車輛充電場的區(qū)域內(nèi)時，使得次級線圈關(guān)于X方向和y方向與初級線圈形成良好的空間重疊時，充電單元和車輛之間的功率傳輸才特別有效。X方向和I方向參照對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的車輛坐標系，其中，X軸沿車輛縱軸線，y軸沿車輛橫軸線并且z軸是車輛豎直軸線。在充電位置中，傳輸場的在充電時位于初級線圈和次級線圈之間的場區(qū)域被稱為傳輸區(qū)域。
[0030]當在充電過程中有與傳輸場相互作用的物體、如金屬塊處于傳輸區(qū)域中時，傳輸場在金屬塊的區(qū)域中和在金屬塊的鄰近區(qū)域中發(fā)生局部變化。通過趨膚效應，在金屬物體中的渦流將傳輸場從其內(nèi)部排擠。這些渦流引起金屬塊的加熱。
[0031]通過車輛的紅外檢測系統(tǒng)可檢測金屬塊的加熱。不失一般性，紅外檢測系統(tǒng)例如是紅外攝像機，其在傳輸區(qū)域的范圍內(nèi)檢測一個視角。
[0032]紅外檢測系統(tǒng)的特點在于預定的空間分辨率極限和預定的熱分辨率極限。這意味著，當該檢測系統(tǒng)對所發(fā)出的熱輻射量足夠敏感時，便可檢測到傳輸區(qū)域中的物體。在物體小的情況下，物體的溫度越高、即發(fā)出的熱輻射越多，借助紅外檢測系統(tǒng)的可識別性就越好。在物體具有低的溫度時，物體的空間延伸尺寸越大，借助紅外檢測系統(tǒng)對該物體的可識別性就越好。這表明，與大的且還具有高溫的物體相比，紅外檢測系統(tǒng)對小的且還具有低溫的物體的可識別要差得多。
[0033]在感應充電時，例如當涂有薄金屬箔的包裝物體、如揉成團的錫箔或飲料紙盒位于傳輸區(qū)域中時該效果可能是不利的。由于這種物體的金屬部分體積很小并且這種物體的金屬部分被非金屬部分屏蔽(例如通過飲料紙盒中外側(cè)的纖維素材料相對于紅外檢測系統(tǒng)屏蔽了內(nèi)側(cè)的金屬箔)，存在這樣的可能性，即，只有當由金屬箔發(fā)出的熱輻射如此之高，以致金屬箔的與此有關(guān)的溫度可能導致可能相鄰的材料、如飲料紙盒的纖維素材料燃燒時，才達到上述檢測極限。
[0034]以飲料紙盒或錫箔為例，這可通過下述方式來防止:使金屬箔緩慢被加熱，以致紙板材料或紙緩慢、但不危險地受熱并且該紙板材料或紙本身向紅外檢測系統(tǒng)發(fā)出熱輻射。于是在時間上在金屬箔可能發(fā)生危險的溫度發(fā)展之前，紅外檢測系統(tǒng)可檢測到傳輸系統(tǒng)中的物體。這就意味著，在檢測到物體時可立即迅速減小或關(guān)斷傳輸場以防止物體溫度進一步上升。
[0035]圖1不出感應式充電設(shè)備的傳輸系統(tǒng)中的傳輸功率的時間曲線(3)。傳輸功率可由充電單元的控制單元調(diào)節(jié)。紅外檢測系統(tǒng)可向控制單元發(fā)送控制信號。
[0036]在y軸⑵上關(guān)于X軸(I)上的在充電過程中的時間示出電功率。首先，傳輸功率、即傳輸區(qū)域中電磁場的場強以第一上升率(4)上升直到臨界時刻(5)。在臨界時刻后，傳輸功率以第二上升率(6)進一步上升。第二上升率超過第一上升率。
[0037]第一上升率選擇成小于第二上升率，并且與時間軸零點、即充電過程起點一起構(gòu)成臨界時間段的臨界時刻選擇成如此遲或者說臨界時間段選擇成如此長，使得在飲料紙盒作為傳輸區(qū)域中的異物的示例中在臨界時間段之前通過金屬箔吸收的能量足夠強以被紅外檢測系統(tǒng)檢測，但金屬箔吸收的能量不導致熱危險的狀態(tài)。
[0038]如果沒有異物位于傳輸區(qū)域中，則檢測事件缺席直至臨界時刻，以致控制單元以第二功率上升率提高傳輸功率直到達到由感應系統(tǒng)預定的飽和傳輸功率。
[0039]第一功率上升率、第二功率上升率和臨界時刻的值是預定的并且存儲于控制單元中。所述值優(yōu)選根據(jù)經(jīng)驗在感應式充電設(shè)備的研發(fā)中被確定。為此可以使用一個或多個正常物體、如錫箔片或飲料紙盒。用于確定第一功率上升率、第二功率上升率和臨界時刻的值的標準在于:在沒有正常物體位于傳輸區(qū)域中時盡可能及早地達到飽和傳輸功率，和在正常物體上達到例如導致冒煙的危險溫度之前通過紅外檢測系統(tǒng)檢測傳輸區(qū)域中的正常物體。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式，通過非線性或階梯地控制傳輸場的產(chǎn)生可實現(xiàn)傳輸功率的時間曲線。非線性控制傳輸場的產(chǎn)生例如是脈沖式接通和關(guān)斷具有預定傳輸場強的傳輸場。在此，接通時間相對于關(guān)斷時間的比例根據(jù)時間增加。由此可實現(xiàn)根據(jù)圖1的傳輸功率隨時間的上升，其中，圖1中的功率曲線在脈沖式控制中構(gòu)成實際功率傳輸?shù)陌j線。
[0041]在階梯式的曲線中，傳輸功率在預定時刻增加了預定的恒定功率值。由此可實現(xiàn)根據(jù)圖1的傳輸功率隨時間的上升，其中，圖1中的功率曲線在傳輸功率階梯式提高時構(gòu)成實際功率傳輸?shù)陌j線。
[0042]在所有實施方式中，在紅外檢測系統(tǒng)檢測到異物時由控制單元中斷傳輸區(qū)域中的功率上升和/或由控制單元減小傳輸區(qū)域中的傳輸功率和/或由充電單元或車輛發(fā)出報警信號。
【權(quán)利要求】
1.包括充電單元和車輛的用于從充電單元向車輛進行感應式功率傳輸?shù)脑O(shè)備，在該設(shè)備中充電單元具有初級線圈并且車輛具有次級線圈，并且在該設(shè)備中初級線圈在初級線圈和次級線圈之間的傳輸區(qū)域中產(chǎn)生傳輸磁場，其特征在于， 所述車輛具有用于監(jiān)測傳輸區(qū)域中的溫度的傳感器單元， 所述充電單元具有控制裝置，并且 該控制裝置在充電過程中根據(jù)溫度監(jiān)測的結(jié)果可控制傳輸功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于， 所述傳感器單元構(gòu)造為紅外檢測系統(tǒng)， 該紅外檢測系統(tǒng)具有熱分辨率極限， 該紅外檢測系統(tǒng)具有空間分辨率極限， 具有高于熱分辨率極限的熱特性和高于空間分辨率極限的空間特性的物體被稱為臨界物體，并且 通過紅外檢測系統(tǒng)可檢測位于傳輸區(qū)域中的臨界物體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于， 在充電過程中由控制單元可設(shè)定具有第一功率上升率的傳輸功率， 在充電過程中由控制單元可設(shè)定具有第二功率上升率的傳輸功率，并且 第二功率上升率大于第一功率上升率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于， 在第一功率上升率時，位于傳輸區(qū)域中的正常物體能被傳輸場在臨界時間段上加熱， 在臨界時間段之內(nèi)正常物體變?yōu)榕R界物體，并且 在紅外檢測系統(tǒng)檢測到正常物體后，通過控制單元可中斷傳輸區(qū)域中的功率上升和/或可減小傳輸功率。
5.用于借助根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備實施充電過程的方法，包括下述步驟: 通過控制單元在臨界時間段期間以第一功率上升率增加傳輸功率， 通過控制單元在臨界時間段之后以第二功率上升率增加傳輸功率， 在臨界時間段期間或在臨界時間段之后，在紅外檢測系統(tǒng)檢測到臨界物體后通過控制單元中斷傳輸區(qū)域中的功率上升和/或通過控制單元減小傳輸功率。
【文檔編號】B60L11/18GK104520136SQ201380041791
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】J·格特爾 申請人:寶馬股份公司