充电设备、蓄电池和用于识别外部物体的方法与流程

技术领域

本发明涉及一种充电设备，一种蓄电池和一种用于在感应充电过程中识别外部物体的方法。

背景技术：

由WO2009/040998 A1已知一种用于在感应充电过程中借助温度传感器识别外部物体的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种改进的充电设备、改进的蓄电池和改进的用于在感应充电过程中识别外部物体的方法。

本发明的目的通过根据本发明的充电设备、通过根据本发明的蓄电池和通过根据本发明的方法实现。根据本发明的充电设备具有：用于为装置、特别是蓄电池感应充电的线圈；控制器；用于检测温度的至少一个温度传感器，其中所述温度传感器布置在用于安装所述装置的充电区域中，其中所述温度传感器和所述控制器连接，其特征在于，所述温度传感器设置在所述线圈侧旁并且邻接于所述线圈。根据本发明的蓄电池具有用于为所述蓄电池感应充电的线圈和电路，所述蓄电池具有用于检测温度的温度传感器，其中所述温度传感器布置在用于安装充电设备的充电区域中并且与控制器相连接，其特征在于，所述温度传感器布置在所述线圈侧旁并且邻接于所述线圈。在根据本发明的用于在蓄电池的感应充电过程中识别外部物体的方法中，利用至少两个温度传感器检测在一充电区域中的两个温度值，其中与两个温度值相关、特别是与两个温度值的差或者两个温度值在时间上的温度变化的差相关，通过与参考值进行比较来识别外部物体。

充电设备的优点在于，精确地检测温度，并且尽管如此，通过充电设备的线圈的感应充电过程尽可能少地受到影响。这通过下述方式实现：温度传感器设置在线圈之外、但是邻接于线圈。

本发明的目的通过所述蓄电池以下述方式实现：温度传感器布置在线圈之外、但是邻接于线圈。由此蓄电池的感应充电过程没有受到影响，并且尽管如此仍可以精确地检测温度。

此外，本发明的目的通过用于识别外部物体的方法以下述方式实现：借助至少两个温度传感器检测在充电区域中的两个温度值，其中与两个温度值相关地、特别是与两个温度值的温度差相关地、或者与两个温度值的温度梯度的差相关地，通过与参考值或者说基准值（Referenzwert）进行比较可靠地识别外部物体。通过应用两个温度传感器，提高了该方法的精确性。

本发明的其它有利的实施方式在从以下说明中给出。在充电设备的一种实施方式中，多个温度传感器布置成围绕线圈的圆周分布。优选地，温度传感器彼此具有相同的角距，并且优选地布置在圆周（Kreislinie）上。以这种方式可以实现外部物体的位置的精确检测。

在另一种实施方式中，充电设备具有带有板的壳体，板布置在充电区域中。在板中设有凹部，在该凹部中布置有温度传感器。以这种方式减小了在板的表面和温度传感器之间的距离，并且尽管如此仍提供了足够稳固的板。因此可以更精确地检测温度和更快地检测温度变化。板优选地由导热材料制成。

在另一种实施方式中，设有热传导器件，其使得温度传感器耦合到充电设备的壳体上。由此可以实现更快和改善的温度检测。

在另一种实施方式中，温度传感器布置在印制电路板上，该印制电路板设置在壳体的内侧面上。该实施方式是简单且成本经济的。优选地，温度传感器设计为SMD模块。

在另一种实施方式中，印制电路板优选地具有圆形的开口，其中线圈布置在开口中。因此印制电路板可以通过线圈移位并且固定在壳体的充电侧上。印制电路板的内直径优选地略微大于线圈的外直径，从而温度传感器接近于线圈布置。

在本方法的一种改进方案中，借助第三温度传感器检测第三温度值，并且对第三温度值进行评估以用于识别外部物体。由此提高了外部物体识别的精确性。

在另一种实施方式中，以下述方式识别在两个温度传感器之间的外部物体的位置：第三温度传感器的温度值和/或温度值的时间梯度小于第一和第二温度传感器的温度值和/或温度值的时间梯度。因此可以在第一和第二温度传感器之间确定外部物体的位置。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明。图中示出：

图1示出了充电设备和具有蓄电池的待充电的装置的示意性视图，

图2示出了充电设备的充电区域的示意性俯视图，

图3示出了具有在充电区域中的外部物体的第一测量情况，

图4示出了在正常运行中三个温度传感器的温度特征曲线的图表，

图5示出了在外部物体识别时三个温度传感器的温度特征曲线的图表，

图6示出了两个温度传感器的两个温度特征曲线的另一个图表，

图7示出了三个温度传感器的三个温度特征曲线的另一个图表，

图8示出了充电设备的另一种实施方式，和

图9示出了印制电路板。

具体实施方式

图1以示意图示出了充电设备1的部段和具有蓄电池的装置2的部段。充电设备1具有未示出的电源，该电源通过控制器8为发射线圈3供电。发射线圈3具有芯4和线圈5。发射线圈3被设计用于发出用于传输能量的电磁辐射。发射线圈3布置成邻接于充电设备1的壳体的壁7。线圈5的线匝布置在与壁7的平面平行的平面中。在图1中示出了充电设备1的充电区域6，在其上可以安装具有蓄电池的装置2，以用于为蓄电池感应充电，如在图1中示出。充电设备和装置可以彼此并排或彼此重叠地布置。装置2具有接收线圈11，该接收线圈通过第二控制器15与蓄电池16连接。接收线圈11具有第二线圈12和第二芯13。接收线圈11布置在装置2的壳体的第二壁17上。第二壁17平行于壁7。装置2可以设计为电的蓄电池16、也就是说可充电的电池或电池组，其具有用于感应充电的电路和电子电路。此外，装置2也能以电气装置、例如具有电的蓄电池的手动工具或厨房用具的形式构成。

在对蓄电池组或电池组或具有被装入的可充电的电池单元的终端装置进行感应充电时，使用了用于在充电设备和接收装置、这就是说蓄电池或电池组或终端装置之间进行能量传输的磁场。接收装置将最大部分的被接收或传输的能量存储在电池单元中。为了能够将能量从充电站发送到接收装置，需要感应耦合部（induktive Kopplung）。感应耦合部例如以两个线圈的形式构成，所述两个线圈通常具有线圈铁芯。感应耦合部可以在直至几厘米的路程上被应用于传输能量。此外，谐振感应耦合部可以用于提高效率。然而在感应充电时不能排除：在接口的区域中，外部物体可能会到达充电设备和终端装置之间。导电的和导磁的外部物体可能会损坏感应耦合部的效率。此外，外部物体在电磁场中可能会强烈地加热并且因此导致损坏。

在图1中，在充电设备和终端装置2的壁7、17之间，示意性地将外部物体18布置在发射线圈3和接收线圈11之间的充电区域6中。

充电设备1在壁7的内侧面上具有第一和第二温度传感器9、10。温度传感器9、10通过信号导线与控制器8相连接。在示出的实施方式中，温度传感器9、10装入到壁7的凹部19中。因此缩小了在壁7的外侧面和温度传感器9、10之间的距离。因此可以借助于温度传感器9、10更准确地且更快地检测在壁7的外侧面上通过外部物体18产生的热形成。温度传感器9、10还可以与构造相关地布置在壁7的内侧面上。因此不是一定需要凹部19。

在示出的实施例中，温度传感器9、10布置在线圈5的外半径之外。以这种方式，通过线圈5产生电磁场不会受到温度传感器9、10的影响。在示出的实施方式中，温度传感器9、10布置在芯4的外部的环形区域之前。根据选择的实施方式，温度传感器9、10也可以直接在线圈5之前布置在壁7上或之中。实验已经证明：温度传感器9、10尽可能接近于线圈5、但还在线圈5外半径的外部的布置一方面足以用于证明外部物体18，且另一方面几乎不影响线圈5和12之间的电感耦合。

根据选择的实施方式，温度传感器也可以布置在装置2中，所述温度传感器通过传感器导线与第二控制器15相连接。温度传感器在装置2中的布置可以设计成与温度传感器在充电设备中的布置相同。在这种实施方式中，第二控制器15例如可以具有光学显示器，并且在识别外部物体时发出信号和/或通过信号线路（Signalpfad）传输给控制器8。信号线路能以具有在充电区域中的触点的线路的形式构成，或者设计为具有发射器和接收器的无线信号连接器。因此，控制器8可以基于自己的温度传感器或者基于装置2的温度传感器识别出在充电设备1的充电区域6中的外部物体。

识别外部物体的基本原理在于：通过正常运行的温度的偏差、例如通过局部的温度上升或者通过在整个充电区域中的过高的温度来识别外部物体。在识别外部物体时例如可以减少通过发射线圈3传输的能量或者完全中断能量传输。除了其它的外部物体识别、例如感应式外部物体识别之外，热的外部物体识别可以用作附加的安全措施。

图2示出了充电设备1或装置2的充电区域6的示意图，其中充电区域6以圆形面的形式示出。充电区域6基本上通过芯4的外部轮廓来确定。在视图中示出了内半径20，其作为线圈5的外半径。在示出的实施例中，多个温度传感器9、10布置成对称地围绕线圈5的环形的外轮廓分布。温度传感器作为黑点示出。在示出的实施例中布置了八个温度传感器9、10，其中在两个温度传感器之间的角距为45°。温度传感器到线圈5的中心点21的距离优选相同。根据选择的实施方式，温度传感器到中心点的距离可以彼此不同，和/或具有不同的角距。例如温度传感器可以围绕线圈5的芯4的外半径布置。因此提供了多个温度传感器在充电区域中的用于温度探测的一种确定的布置、一种所谓的矩阵或一种阵列。

通过温度传感器的布置能可靠地并且明确地通过局部的温度升高来探测发热的外部物体。此外可以在一种实施例中，将温度传感器中的至少一个的温度走向、即温度梯度的时间上的变化考虑用于可靠地识别局部的加热。温度传感器中的每个通过信号导线和控制器8连接。控制器8具有分析单元或分析逻辑电路（Auswertelogik），利用其评价被通知的温度并且可以识别外部物体。控制器8与存储器相连接，在该存储器中存储比较值或比较特征曲线。取决于对外部物体的识别，控制器8可以减少发射线圈的功率或者完全中断能量传输。

图3示出了典型的干扰情况的示意图，其中布置了根据图2的温度传感器T1,T2,…,Tn的布置的两个温度传感器T1、T2之间的一个外部物体18。

图4示出了在没有外部物体的情况下对于充电设备的正常运行来说、用于第一、第二和第三温度传感器T1、T2、T3的在时间t上的温度T的图表。在此能识别出：三个温度传感器的温度表现为不同，但是基本上在时间上近似相同，也就是说轻微地随着时间上升。

图5示出了在下述情况下的温度形成：即外部物体在第二温度传感器的区域中布置在第一和第二温度传感器T2、T1之间，如在图3中示出。在时刻0时启动感应充电过程时，三个温度传感器T1、T2、T3的温度值大小相同。在感应充电过程期间，外部物体18变热。由于外部物体18布置成接近第二温度传感器T2，因此第二温度传感器T2与第一温度传感器T1相比检测到在时间上更快升高的温度值，如在图5中示出。第三温度传感器T3与第一温度传感器T1相比更远地远离外部物体，从而第三温度传感器T3的温度值在时间上的升高与第一温度传感器T1的温度值在时间上的升高相比更小（geringer ausfällen）。因此可以在应用三个温度传感器时，或者直接在温度传感器之一上或者在两个温度传感器之间通过比较温度值和/或通过比较温度值在时间上的上升来确定外部物体的位置。

借助于所述的布置例如可以检测下面三种典型的故障情况：

1.故障情况：相对于两个任意相邻的温度传感器的局部明显更大的绝对温度。

如果在两个任意相邻的温度传感器之间绝对温度明显彼此不同，则推断为故障情况。在图6中示出的本实例中，由温度传感器T1和T2检测的温度以差T12不同。如果温度差T12超过在控制器中存储的最大温度差，该最大温度差可通过使用者自由选择，则因此通过控制器将能量传输断开。

2.故障情况：相对于三个任意相邻的温度传感器的局部明显更大的绝对温度。

第二种故障情况基本上相应于第一种故障情况，然而其中对于分析来说考虑了三个任意相邻的温度传感器。此外，以下述方式实现了可靠性控制：即在三个温度传感器的中间布置的温度传感器不能明显与两个外部的温度传感器不同。如果例如两个外部的温度传感器T1和T3具有几乎相同的水平，然而中间的温度传感器T2与第一和第三温度传感器T1和T3相比具有明显更高的温度，则因此通过控制单元将能量传输断开。在此，由第二温度传感器T2检测的温度必须超过确定的最大温度差。这种故障情况在图7中示出。

3.故障情况：相对于任意的温度传感器的正常运行的非常陡或者说非常快（sehr steil）的温度升高。

如果由任意一个温度传感器检测的温度与通常相比上升得更快，则推断为故障情况。比通常的更快在此意味着：即在该时间上的温度变化比在正常运行中大出固定存储在系统中的因数a。因数a可以取决于所应用的充电设备单独进行调节。在正常运行中在该时间内的温度变化可以作为值存储在控制器中或者在运行期间通过系列测量（Messreihen）以实验为依据地进行确定。如果出现这种故障情况，则通过控制器终止能量传输。

所述装置和所述方法的优点是，提高了整个的系统安全性或系统可靠性，还可靠和明确地识别了小的和中间的外部物体。附加地，可以识别出在整个充电区域中的过高温度。此外，感应式能量传输没有受到所布置的温度传感器的影响。

可以将常用的传感器类型、例如NTC、PTC、PT100用作为温度传感器。如根据附图可以看出，在正常运行中在没有外部物体的情况下出现在整个充电区域中由系统引起的、均匀的温度升高。因此所有温度传感器显示出类似的温度升高。

如已经说明地，装置2也可以具有相应的温度传感器并且用于证明外部物体，如已经对于充电设备1描述。

图8示出了另一种实施方式的示意性示意图，其中温度传感器9布置在发射线圈3的芯4的外部。在该实施方式中以类似的方式，将所有温度传感器9、10布置在芯4的外周的外部。在示出的实施方式中，温度传感器9安装在壁7的内侧面上的凹部19中。优选地，热传导器件23可以设置在温度传感器9和壁7之间，以便提高在壁7和温度传感器9之间的热耦合。根据选择的实施方式，温度传感器9也可以在没有凹部19的情况下布置在壁7的内侧面上。在这种情况下，热传导器件也可以用于改善在壁7和温度传感器9之间的热耦合。在示出的实施方式中，温度传感器9例如以SMD模块的形式布置在印制电路板22上。根据选择的实施方式，所有温度传感器都可以布置在一印制电路板22上。印制电路板22具有凹部，该凹部布置到发射线圈3的外部轮廓上。例如，印制电路板22能以环的形式构成。

图9示出了具有圆形开口24的印制电路板22，其中8个温度传感器9布置成均匀地围绕开口24分布。温度传感器布置成尽可能接近于印制电路板22的内边缘。印制电路板的外部轮廓可以设计为圆形或者具有另一个例如匹配于壳体的形状。