专利名称：用于感应式传输电能的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的、用于感应式传输电能的设备。 这种设备用于给安装在电动车辆中的、可再充电的电池感应充电。在能量传输期间，在固定不动的初级线圈与车辆侧的次级线圈之间形成场强和通量密度高的磁场。为了在次级线圈中感生出对于所追求的传输功率来说足够高的电流，这一点是必须的。
背景技术：
如果把由金属材料制成的物体放入这种场的范围内，那么在物体中感生出涡流/ 涡电流，所述涡流引起与材料、放入的持续时间和场强的大小有关的加热。当存在相应的条件时，这样的物体会达到可能导致损坏、例如塑料表面的熔化或者导致人员危险的温度。后一种情况尤其是当次级侧被去除且被加热的金属物体可被自由接近和被人员触及时可能发生。由于感应式能量传输系统目前为止的应用的特性，由金属杂质造成的相应危害被认为是不重要的，或者例如在地面输送机(AGV)中，通过安装在次级侧耗电器之前的刷子来尝试从关键的场域内去除这样的物体。在具有驾驶员的车辆中，培训时会被告知，在工作中要注意这种物体，并在感应式传输开始之前去除该物体，或者在有怀疑的情况下不开始进行感应式传输。对很大程度的自动化运行来说或者在尤其当在公众可接近的区域中使用这种系统时必须存在的较高的安全性要求的情况下，目前为止的安全措施看来是不合适的，或者至少是不足够的。由US 2007/0145830A1已知了一种用于无接触地传输电能至电子设备的系统，所述系统具有多个初级线圈。因此初级线圈和次级线圈之间无需精确对准。在该文献中，尽管还提及了存在金属杂质的问题，但是使用金属检测器被当作是无用的而不被采纳，而是通过电路技术方面的措施来使得，系统在接近由次级线圈和并联的补偿电容器组成的振荡回路时才处于谐振中，初级电流因此剧烈增大，其中初级电流基本上集中在紧邻次级线圈的一个或几个初级线圈上。在这种情况下，能导电的杂质不再是问题，因为其不再形成能谐振的振荡回路。
发明内容
本发明的目的在于，在存在能导电的杂质的情况下改进感应式能量传输系统的工作安全性。根据本发明，该目的通过具有权利要求1特征的设备来实现。从属权利要求给出有利的设计方案。根据本发明，在用于从具有至少一个初级电感的固定不动的单元感应式传输电能至与所述固定不动的单元相邻的、具有至少一个次级电感的车辆的设备中，所述固定不动的单元具有一装置用以检测能导电的物体在预先确定的、与初级电感邻接的空间内的存在。在此，主要感兴趣的是在感应式能量传输期间位于初级电感和次级电感之间的空间。如果所述检测装置的作用距离选择得较大，那么除了紧邻初级电感的能导电的杂质的存在夕卜，还可以确定在初级电感的范围内车辆的存在。优选设有在感应的基础上进行工作的传感器，也就是说具有对测量电感的阻抗的测量，这是因为这种传感器特别好地适用于区分能导电的和不能导电的物体。在最简单的情况下，可以使用总归要存在的初级电感作为测量电感。使用多个单独的测量电感的规则的二维排布实现了金属物体的近似的位置确定和较高的灵敏度。测量电感例如可以设计为平面的线圈，这种线圈可以成本低廉地大量地在共同的基板上制造。分析装置把测量电感的阻抗与基准阻抗相比较和/或把单个测量电感或测量电感组的阻抗的分布与基准分布相比较。当存在预定大小的偏离时，发出指示偏离的信号。该信号可以发送至指示装置上和/或用于使初级电感的供电被去激活。
下面根据附图描述本发明的实施例。附图示出图1示意性地示出用于感应式能量传输的充电站以及处于充电位置的电动车辆；图2示意性地示出根据本发明的用于检测能导电的杂质的传感器。
具体实施例方式图1示意性地以剖视图(上部)和俯视图(下部)示出电动车辆1，该电动车辆位于充电站的初级线圈2的上方以给其电池充电。在车辆1的底面上，与电子充电装置5连接的次级线圈4位于壳体3中。该电子充电装置把感应式地传输入次级线圈4中的电功率的参数转变为适用于给车辆1的电池充电的值。初级线圈2由充电站的供电单元6供电且安置在壳体8中，该壳体8固定不动地安装在停车位上。供电单元6由充电站的控制单元 7控制。在图1中以虚线示出由初级线圈2在工作中产生的交变磁场的若干力线9。该交变磁场的主方向对应于初级线圈2的线圈轴的方向，因此为竖直方向。在工作中，在初级线圈2的壳体8的紧上方的中间空间10中存在着高磁场强度和通量密度。金属物体11位于初级线圈2的壳体8上。该物体例如可以是从在车辆1之前位于充电站上的另一个车辆上松脱的。其也可能是某人掉落的使用物品或者空的饮料罐。尤其是，物体11还可能是被人出于破坏目的而故意放置在那里的。像前面已经描述的那样， 在初级线圈2被通电时，物体由于在该物体中感生出的涡流而被加热，且因此成为危险源。 除此之外，该物体还损害了向次级线圈4传输能量的效率。下面根据图2说明本发明是如何消除该问题的。图2示意性地示出根据图1描述类型的充电站的俯视图，该充电站具有在壳体8中的初级线圈2，该初级线圈2与供电单元 6连接。为了检测金属杂质11，在壳体8中在该壳体的上部壁与初级线圈2之间布置有多个测量线圈12。这些测量线圈12均比初级线圈2小得多。在所示例子中，它们都设计为平面的，且例如能以印制电路板上或薄膜上的印制导线/导体线路的形式实现，所述印制电路板或薄膜从内部固定在壳体8的上部壁上。测量线圈12也可以实施为直接在壳体8的顶面的内表面上延伸的印制导线/导体线路。测量线圈12形成行和列具有相同栅距的矩阵类型的规则的二维排布。然而在此，相继的行分别相对彼此错开半个栅距，由此可以得到与常规的矩阵排布相比较高的堆积密度。图2具有这样的表象，即一些测量线圈12的馈电线延伸经过另外的测量线圈12，但实际上并不是这样。为了尽管堆积密度高但仍避免这一点，测量线圈12尤其可以分布在印制电路板或薄膜的两个不同的侧上。在这方面，图2的图示不应理解为完全符合现实，而应理解为示意性的。测量线圈12分别与阻抗测量装置13相连接。阻抗测量装置13连接在中央分析装置14上。当没有能量传输发生但充电站处于就绪状态时，对测量线圈12加载预定强度的测量电流。该测量电流产生了围绕每个测量线圈12的测量场，该测量场在位于各个测量线圈上方的壳体8上的金属杂质11中产生涡流。该涡流对各个测量线圈12的磁性反作用表现为阻抗的变化。通过分别配属于每个测量线圈12的阻抗测量装置13来持续地测量每个测量线圈12的阻抗。由各个阻抗测量装置13提供的测量值在分析装置14中不断地被彼此比较且必要时也与一基准值相比较。在图2示出的、金属杂质11至少部分地覆盖了测量线圈12中的四个的情况中，四个在图2中标记为黑色的、配属于这些被覆盖的测量线圈12的阻抗测量装置13把与配属于未被覆盖的测量线圈12的其余的阻抗测量装置13不同的阻抗值提供给分析装置14。在此，阻抗偏差的大小除了取决于杂质11的形式和导电能力外，还取决于每个测量线圈12各自被杂质11覆盖的范围大小。在图2示出的情况中，测量线圈12中的一个几乎完全被杂质11覆盖，而另一个被覆盖了大致近一半，而其他两个分别仅被覆盖了较小部分，这导致了四个在图2中标记为黑色的阻抗测量装置13测得了不同的阻抗变化。作为如在图2中示出的、每个单独的测量线圈12配设有一个自己的阻抗测量装置 13的替代方式，测量线圈12也可以分组地连接在一起，从而为每组配设一个阻抗测量装置 13，该阻抗测量装置13测量该组的合成总阻抗。通过这种方式，只需要较少的阻抗测量装置13，然而测量的当地分辨率变差了。此外，作为替代，可以通过在阻抗测量装置13之前连接一模拟多路(复用)器来利用一个公共的阻抗测量装置13对多个测量线圈12或测量线圈组进行测量。由此只需要还更少的阻抗测量装置13，原则上仅还需唯一一个。当然，多路工作方式与完全测出所有测量线圈12的阻抗所需的时间的倍增联系在一起。然而由于充电站处的车辆更替不是极迅速的过程，因此这还是可以接受的。通过多个测量线圈12在壳体8的顶面上的分布实现了，当至少成组地或像在图2 中采取的那样分别单个地测量测量线圈12的阻抗时，推断出金属物体的大小和位置。此外还由此提高了灵敏度，这是因为例如仅覆盖了唯一的测量线圈12或测量线圈12的较小的组的相对较小的杂质11在该测量线圈12或组中已经引起了显著的阻抗变化，而在唯一的、 其测量场必须占据壳体8的整个顶面的大测量线圈中，该杂质11仅引起了相对较小的阻抗变化，该阻抗变化想可靠检测要难得多。与测量线圈12的数量及其可能组成的组的数量无关地，当测得的阻抗分布偏离存储的基准分布超出预定的最小数量时，分析装置14总是给指示装置15发出一输出信号， 该指示装置给出光学/视觉和/或声学/听觉的警报。此外，分析装置14还与充电站的控制单元7连接，并向控制单元7发出一信号，该信号阻止能量传输的开始，即阻止给初级线圈2通电。如果在较长的时间段内保持与理论状态的确定的偏离，那么向相关部门、例如向充电站的操作员报告。在通过维修人员确认错误状态已排除后，才可以重新开始进行能量传输。因为测量线圈12在进行感应式能量传输的过程中处于初级线圈2的强磁场中，所以必须阻止在测量线圈12中感生出穿过测量线圈12的高电流。为此，必须在能量传输开始前断开阻抗测量装置13，且必须在空转中接通测量线圈12。为此目的，控制单元7在初级电流接通之前及时向分析装置14发出相应的信号，分析装置14使测量装置13发生所述的断开以及在空转中接通测量线圈12。相对于本发明的前述实施形式强烈简化的变型为，把初级线圈2用作唯一的测量线圈。为此，持续地向初级线圈2中供应足以围绕初级线圈2建立小强度磁场作为测量场的、最小化的电流。借助于合适的测量装置16(在图2中以虚线示出)持续地测量初级线圈2的阻抗。在该变型中，取消了单独的测量线圈12和所属的阻抗测量装置13。易于理解，在使用初级线圈2作为唯一的感应式测量传感元件的情况下，仅能相对较粗略地监控壳体8中金属杂质11的存在情况，也就是说，由此仅能可靠地检测出相对较大的杂质11。此外，由初级线圈2的阻抗变化不能推断出杂质11的位置，而仅能有限地推断出其尺寸。与之前描述的具有单独的测量线圈12的矩阵的实施形式相比，花在额外的硬件上的花费小得多。无论如何，当确定测量场的强度并进而确定其空间延伸尺寸时应该注意，该测量场仅覆盖了有限的竖直范围、例如直至壳体8上方约50mm。因此可以防止，车辆1在壳体8 上方的停驻引起测量线圈12的阻抗变化并被分析装置14误解为金属杂质11的存在。此夕卜，在确定测量场的场强时必须注意，不允许该场强大到足以把金属杂质11加热到产生伤害或危险的程度。在首先被描述的实施形式中，可以借助于阻抗变化的空间分布和/或借助于阻抗变化的大小来识别初级线圈2上方车辆1的出现和区分出车辆1与金属杂质11。在本发明的范围内，车辆1包括其次级线圈4在内同样也是特殊类型的金属物体。在这种情况下，如此设计测量场，使得也可以监控较大的竖直范围，例如直至壳体8上方约300mm。在这种情况下，由分析装置14发送至控制单元7的信号指示出是杂质11还是车辆1。由分析装置14报告的对车辆1的识别可以被控制单元7例如用于使能量传输开始。另一方面，通过这种方式也可以识别把不需充电的车辆1停在充电站的意图。在后一种情况下，可以采取措施以阻止车辆1最终停下，并因此为其它具有充电需求的车辆保留充电可能性。如果确定了表明车辆1的存在的、阻抗或阻抗分布的足够且持续的变化，那么为了更进一步地鉴定该车辆，可以采取与被识别到的车辆1接触的措施。例如，这可以借助于应答器(RFID)或其它合适的技术手段通过询问车辆识别标志来进行。同时通过与车辆的通信来检查，是否存在或存在何种形式的需求和权利在充电站获取能量。如果确定车辆不需要能量传输或没有权利进行能量传输，则相关部门有权适当地作出反应，以排除充电站的堵塞。当识别到车辆1然而不能与之通信时，下一步程序像在识别到杂质11时那样进行。
权利要求
1.一种用于从具有至少一个初级电感(2)的固定不动的单元感应式传输电能至与所述固定不动的单元相邻的、具有至少一个次级电感(4)的车辆(1)的设备，其特征在于，所述固定不动的单元具有用于检测能导电的物体(11、1)在预先确定的、与所述初级电感(2) 邻接的空间内的存在的装置(12、13、14;2、16、14)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述空间为在感应式能量传输期间位于所述初级电感⑵与所述次级电感⑷之间的空间(10)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述检测装置具有至少一个测量电感、用于测量所述测量电感(12 ；2)的阻抗的测量装置(13 ； 16)和与所述测量装置(13 ；16) 相连接的分析装置(14)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述测量电感与所述初级电感(2)相同。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述测量电感(12)设计为独立于所述初级电感(2)，且所述测量电感在所述初级电感(2)的在感应式能量传输期间朝向所述次级电感(4)的那侧上布置在所述初级电感(2)附近。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述测量电感(12)设计为平面的线圈。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其特征在于，设有多个测量电感(12)，所述多个测量电感形成规则的二维排布，所述排布至少近似于在一平面内延伸，该平面垂直于由所述初级电感在工作中产生的磁场(9)的主方向。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述测量电感(12)以矩阵的形式排布，所述矩阵的行和列分别具有相同的栅距。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述测量电感(12)的相继的行分别沿其纵向方向相对彼此错开半个行栅距。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述测量电感(12)如此连接在一起形成组，使得仅能测量所述组的合成阻抗。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的设备，其特征在于，每个单个的测量电感 (12)或每个测量电感组配设有各自的阻抗测量装置(13)。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的设备，其特征在于，多个单个的测量电感 (12)或测量电感(12)的组通过模拟多路复用器与一公共的阻抗测量装置相连接。
13.根据权利要求3至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述分析装置(14)把所述测量电感(12 ;2)的阻抗与基准阻抗相比较和/或把单个的测量电感(12)或测量电感 (12)的组的阻抗的分布与基准分布相比较；所述分析装置具有至少一个输出部，在所述输出部处输出一信号，该信号指示出存在有预定大小的偏差。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述分析装置(14)的输出部与指示装置(15)相连接；在所述输出部处输出的信号促使警告信号通过所述指示装置(15)发出。
15.根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述分析装置(14)的输出部与对所述初级电感⑵的供电单元(6)进行控制的控制单元(7)相连接；在所述输出部处输出的信号促使所述供电单元(6)被所述控制单元(7)去激活。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述分析装置(14)设置用于根据获得的阻抗或阻抗分布来识别形式为车辆(1)的能导电的物体；由所述分析装置输出的信号指示出，是否是车辆(1)被识别为物体。
全文摘要
本发明涉及一种用于从具有至少一个初级电感(2)的固定不动的单元感应式传输电能至与所述固定不动的单元相邻的、具有至少一个次级电感(4)的车辆(1)的设备，其中所述固定不动的单元具有用于检测能导电的物体(11、1)在预先确定的、与初级电感(2)邻接的空间内的存在的装置(12、13、14；2、16、14)。该空间尤其可以是在感应式能量传输期间位于初级电感(2)和次级电感(4)之间的空间(10)。所述装置具有至少一个测量电感、用于测量所述测量电感(12、2)的阻抗的测量装置(13、16)和与测量装置连接的分析装置(14)。所述测量电感可以与初级电感(2)相同。优选设有多个测量电感(12)，其形成规则的二维排布，所述排布至少近似于在一垂直于由初级电感在工作中产生的磁场(9)的主方向的平面内延伸。
文档编号B60L11/18GK102474119SQ201080031374
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月30日 优先权日2009年7月14日
发明者A·格林, M·韦希林 申请人:康达提斯-瓦普弗勒公司