用于对电动车辆进行感应式充电的设备和用于在这样的设备中探测导电异物的方法与流程

本发明涉及一种用于对电动车辆进行感应式充电的设备，所述设备包括：用于产生主磁场的初级线圈和用于探测导电异物的传感器线圈系统，其中所述传感器线圈系统具有至少一个传感器线圈。本发明也涉及一种用于在根据本发明的设备中探测导电异物的方法。

背景技术：

电动车辆通常具有电能量存储器、例如牵引电池，其可以存储用于的电驱动能量。如果这种电能量存储器完全地或部分地放电，则可以在相应的充电站处再次对该电能量存储器充电。为此，已知以下充电站：在所述充电站的情况下，借助充电电缆来将电能量传输至电能量存储器。

也已知以下充电站：在所述充电站的情况下，感应式地借助磁场、即无线地将电能量传输至电动车辆的电能量存储器。这样的充电站包括初级线圈，所述初级线圈例如作为置于地面上的充电板来实施。电动车辆具有次级线圈，所述次级线圈装配在电动车辆的底板上。在初级线圈和次级线圈之间存在气隙。为了能量传输，借助初级线圈产生磁场，所述磁场穿过次级线圈并且在那感应生成相应的电流。在此借助数khz的频率来产生磁场。

如果在初级线圈和次级线圈之间的气隙中存在金属异物，则在这些异物中可感应生成涡流。由此使该异物显著发热。这一方面引起电能量存储器充电时的损耗功率并且此外对于人类和环境构成危险。因此，对于充电站的安全运行必要的是，识别出金属异物。

由de102013223794a1已知一种感应式能量传输系统和一种用于在感应式能量传输系统中识别外物的方法。能量传输系统为此包括金属探测器，所述金属探测器可以借助附加的探测线圈（probespulen）来探测金属外物。

由de102013219678a1也已知用于确定外物的一种方法和一种设备。在此，电容元件与线圈连接并且产生磁场。在此，磁场的频率改变并且将所记录的测量曲线与参考分布进行比较。

技术实现要素：

提出一种用于对电动车辆进行感应式充电的设备，所述设备包括用于产生主磁场的初级线圈和用于探测导电异物的传感器线圈系统。所述传感器线圈系统在此具有至少一个传感器线圈。

初级线圈由具有主频率的交变电流流过并且主磁场因此是具有相同的主频率的交变磁场。初级线圈例如圆周形地构造并且产生主磁场，所述主磁场侵入次级线圈中，所述次级线圈安装在电动车辆的底板上。

根据本发明，传感器线圈系统的传感器线圈相对于所述初级线圈如此布置和接线，使得在不存在通过异物产生的干扰磁场的情况下，在所述传感器线圈系统中不通过所述主磁场感应生成电压，以及在存在通过异物产生的干扰磁场的情况下，在所述传感器线圈系统中通过所述主磁场感应生成电压。

传感器线圈系统如此布置，使得必要时由主磁场的部分场在各个传感器线圈中感应生成部分电压。然而，传感器线圈如此构造和接线，使得在不存在导电异物时，通过主磁场的部分场感应生成的部分电压相互抵消。因此，在传感器线圈系统上理论上不可测得电压。实际上可以测量到相对小的电压，其低于预给定的阈值。

在存在导电异物时，主磁场在所述异物中产生涡流，所述涡流产生干扰磁场。异物因此产生如下干扰磁场，所述干扰磁场叠加于主磁场并且与主磁场相反地定向。由此，局部地削弱主磁场。在这种情况下，在传感器线圈系统中感应生成的部分电压不再抵消。因此，在传感器线圈系统上可测量如下电压，该电压高于预给定的阈值。

根据本发明的一种有利的构型，所述传感器线圈系统具有传感器线圈，所述传感器线圈如此布置，使得在不存在通过异物产生的干扰磁场的情况下，由所述主磁场的相同场强度和相反方向的两个部分场流过所述传感器线圈。主磁场的两个部分场因此在传感器线圈中感应生成具有相同量值和相反方向的两个部分电压，所述两个部分电压相互抵消。因此，在传感器线圈系统的传感器线圈上理论上不可测得电压。

根据本发明的另一种有利的构型，所述传感器线圈系统具有至少两个传感器线圈，所述至少两个传感器线圈如此布置，使得在不存在通过异物产生的干扰磁场的情况下，由所述主磁场的相同的部分场流过所述至少两个传感器线圈。主磁场的部分场因此在每个传感器线圈中感应生成具有相同量值的相同的部分电压。传感器线圈如此串联地接线，使得这些部分电压指向相反的方向并且相互抵消。在传感器线圈系统上因此理论上不可测得电压。

根据本发明的另一种有利的构型，所述传感器线圈系统具有至少两个传感器线圈，所述至少两个传感器线圈如此布置，使得在不存在通过异物产生的干扰磁场的情况下，由所述主磁场的相同场强度和相反方向的两个部分场流过所述至少两个传感器线圈。主磁场的两个部分场因此在每个传感器线圈中感应生成具有相同量值的相同的部分电压。传感器线圈如此串联地接线，使得这些部分电压指向相反的方向并且相互抵消。在传感器线圈系统上因此理论上不可测得电压。

根据本发明的一种可能的构型，所述传感器线圈系统具有恰好两个同类地（gleichartig）构型的传感器线圈。

根据本发明的一种替代的构型，所述传感器线圈系统具有至少两个不同类地构型的传感器线圈。

在构型传感器线圈以及确定传感器线圈的尺寸时存在多个自由度。尤其可以改变绕组的数目、各个传感器线圈的卷绕方向和横截面面积。

根据本发明的一种有利的扩展方案，在根据本发明的设备中设置用于借助所述传感器线圈系统产生传感器磁场的装置以及用于确定所述传感器线圈系统的特性的装置。用于产生传感器磁场的装置尤其包括交变电流源或交变电压源。用于确定所述传感器线圈系统的特性的装置例如包括用于测量电流和电压以及电流和电压之间的相移的测量装置。

也提出一种用于在根据本发明的设备中探测导电异物的方法。在此，在设备中借助初级线圈产生主磁场，用于传输能量至在电动车辆的底板上的次级线圈。

根据本发明，在此测量在所述传感器线圈系统中通过主磁场感应生成的电压。在此，如果所测量的电压超出预给定的阈值，则探测到导电异物。在这种情况下，推断出通过异物产生的干扰磁场的存在以及因此推断出导电异物的存在。

在不存在通过异物产生的干扰磁场的情况下，如已经提到的那样，理论上在传感器线圈系统上不可测得电压。

根据本发明的一种有利的扩展方案，借助所述传感器线圈系统产生传感器磁场，并且确定所述传感器线圈系统的特性。对传感器线圈系统的特性的确定表示一种用于在根据本发明的设备中探测导电异物的附加可能性，其与主磁场无关。

优选地，在此确定所述传感器线圈系统的阻抗、电感、欧姆电阻和/或性能。在此，测量传感器线圈系统的电流和电压以及电流与电压之间的相移。所期望的参量、即传感器线圈系统的阻抗、电感、欧姆电阻和/或性能可以以计算的方式来由所测量的值确定。

优选地，传感器磁场在此具有以下传感器频率：所述传感器频率不同于所述主磁场的主频率。由此，传感器线圈系统的特征的确定与主磁场无关。

本发明的优点

根据本发明的用于对电动车辆进行感应式充电的设备和根据本发明的方法允许在设备中对导电异物的相对简单的探测。尤其不需要的是，对于不同运行情况记录主磁场的特征曲线族（kennfeld）并且将在传感器线圈系统上存在的电压与特征曲线族进行比较（abgleichen）。因此，在电动车辆的感应式充电期间，通过由主磁场感应生成的电压的简单测量能够实现异物的被动探测。

附加地，通过借助传感器线圈系统产生传感器磁场以及确定传感器线圈系统的特性能够实现异物的主动探测。所述主动探测在此与主磁场无关并且可以在产生主磁场之前例如在充电过程开始之前不久执行。主动探测也可以与电动车辆的感应式充电并行地进行。主磁场不感应生成如下干扰电压，所述干扰电压影响用于确定传感器线圈系统的特性的装置。主磁场和传感器磁场的去耦合尤其是在这两个磁场具有不同频率的情况下是可能的。

铁氧体异物也可以借助根据本发明的设备以及通过根据本发明的方法来探测。铁氧体异物在此引起主磁场的局部增大和局部削弱。

附图说明

根据附图和以下的描述详细阐述本发明的实施方式。其中：

图1示出电动车辆的和用于对电动车辆进行感应式充电的设备的示意图；

图2示出根据第一实施方式的设备的主磁场的示意性的俯视图；

图3示出根据第二实施方式的设备的主磁场的示意性的俯视图；

图4示出根据第三实施方式的设备的主磁场的示意性的俯视图；

图5示出根据第四实施方式的设备的主磁场的示意性的俯视图；

图6示出根据第五实施方式的设备的主磁场的示意性的俯视图。

具体实施方式

在本发明的实施方式的以下描述中，相同的或类似的元件以相同的附图标记来表示，其中，放弃在个别情况下重复地描述这些元件。附图仅仅示意性地示出本发明的主题。

在图1中示意性地示出电动车辆17，所述电动车辆停放在用于电动车辆17的感应式充电的设备上方。这样的设备也称作感应式充电站。用于对电动车辆17进行感应式充电的设备位于电动车辆17之下的地面15上并且包括用于产生主磁场10的初级线圈11。

在电动车辆17的底板16上安装次级线圈12。电动车辆17在此如此停放，使得次级线圈12尽量布置在初级线圈11之上。由初级线圈11产生的主磁场10因此穿过次级线圈12，由此将能量从初级线圈11感应式地传输至电动车辆17的次级线圈12。次级线圈12接收由初级线圈11传输的能量并且对电动车辆17的牵引电池18充电。

基于电动车辆17的所需的底部自由性（bodenfreiheit），在地面15和电动车辆17的底板16之间存在具有气隙的间隙14，所述气隙为数厘米。具有气隙的间隙14也在初级线圈11和次级线圈12之间延伸。初级线圈11和次级线圈12因此相互间隔开地分派（abordnen）。

用于对电动车辆17进行感应式充电的设备也包括用于探测到导电异物的传感器线圈系统30，所述导电异物可以位于初级线圈11和次级线圈12之间的间隙14中。传感器线圈系统30在此具有一个或多个传感器线圈31、32、33，所述一个或多个传感器线圈在此布置在初级线圈11上和间隙14中。

初级线圈11在此大致地构造为环形线圈或圆周形线圈。在此处示出的示图中，主磁场10通过所绘出的场线来描绘。由初级线圈11产生的主磁场10的场线在此穿过初级线圈11和次级线圈12并且又在初级线圈11和次级线圈12之外闭合（schliessensichwieder）。

由具有主频率的交变电流流过初级线圈11并且主磁场10因此是具有例如为85khz的相同主频率的交变磁场。在所示出的示图中，在所限定的时间点、即静态地示出主磁场10。

在此，主磁场10包括第一部分场21，在第一部分场中，主磁场10的场线大致垂直地从地面15延伸至电动车辆17的底板16，即向上延伸。此外，主磁场10包括第二部分场22，在第二部分场中，主磁场10的场线大致垂直地从电动车辆17的底板16延伸至地面15，即向下延伸。与在此示出的示图无关地，主磁场10的两个部分场21、22在任何时间点都相反地定向并且具有相同的场强度。

图2示出根据第一实施方式的设备的主磁场10的示意性的俯视图。传感器线圈系统30具有第一传感器线圈31，第一传感器线圈如此布置，使得第一传感器线圈31均匀地由第一部分场21和第二部分场22流过。

第一部分场21和第二部分场22因此在第一传感器线圈31中感应生成具有相同量值和相反方向的两个部分电压，所述两个部分电压相互抵消。在传感器线圈系统30的第一传感器线圈31上因此理论上不可测得电压。

图3示出根据第二实施方式的设备的主磁场10的示意性的俯视图。传感器线圈系统30具有第一传感器线圈31和第二传感器线圈32，所述第一传感器线圈和第二传感器线圈如此布置，使得第一传感器线圈31和第二传感器线圈32由第二部分场22流过。第一传感器线圈31和第二传感器线圈32同类地构造并且尤其具有相同数目绕组和相同的横截面面积。

第二部分场22因此在第一传感器线圈31中和在第二传感器线圈32中感应生成具有相同量值的相同部分电压。第一传感器线圈31和第二传感器线圈32如此串联地接线，使得这些部分电压指向相反的方向并且相互抵消。在传感器线圈系统30上因此理论上不可测得电压。

图4示出根据第三实施方式的设备的主磁场10的示意性的俯视图。传感器线圈系统30具有第一传感器线圈31和第二传感器线圈32，所述第一传感器线圈和第二传感器线圈如此布置，使得第一传感器线圈31由第一部分场21流过并且第二传感器线圈32由第二部分场22流过。第一传感器线圈31和第二传感器线圈32同类地构造并且尤其具有相同数目的绕组和相同的横截面面积。

第一部分场21和第二部分场22因此在第一传感器线圈31中和在第二传感器线圈32中感应生成具有相同量值的相同的部分电压。第一传感器线圈31和第二传感器线圈32如此串联接线，使得这些部分电压指向相反的方向并且相互抵消。在传感器线圈系统30上因此理论上不可测得电压。

图5示出根据第四实施方式的设备的主磁场10的示意性的俯视图。传感器线圈系统30具有第一传感器线圈31、第二传感器线圈32和第三传感器线圈33，它们如此布置，使得第一传感器线圈31由第一部分场21流过并且第二传感器线圈32和第三传感器线圈33由第二部分场22流过。第二传感器线圈32和第三传感器线圈33同类地构造并且尤其具有相同数目的绕组和相同的横截面面积。第一传感器线圈31不同于其地构造并且尤其具有第二传感器线圈32和第三传感器线圈33的双倍数目的绕组。

第一部分场21在此在第一传感器线圈31中感应生成部分电压。第二部分场22在第二传感器线圈32中以及在第三传感器线圈33中感应生成具有相同量值的相同的部分电压，其中所述第二传感器线圈32和第三传感器线圈串联接线。第一传感器线圈31与第二传感器线圈32以及与第三传感器线圈33如此串联地接线，使得这些部分电压指向相反的方向并且相互抵消。在传感器线圈系统30上因此理论上不可测得电压。

图6示出根据第五实施方式的设备的主磁场10的示意性的俯视图。传感器线圈系统30具有第一传感器线圈31和第二传感器线圈32，所述第一传感器线圈和第二传感器线圈如此布置，使得第一传感器线圈31和第二传感器线圈32由第一部分场21流过。第一传感器线圈31和第二传感器线圈32在此同中心地上下相叠布置。第一传感器线圈31和第二传感器线圈32同类地构造并且尤其具有相同数目的绕组和相同的横截面面积。然而，第一传感器线圈31的绕组和第二传感器线圈32的绕组具有不同的卷绕方向。

第一部分场21因此在第一传感器线圈31中以及在第二传感器线圈32中感应生成具有相同量值的相同的部分电压。第一传感器线圈31和第二传感器线圈32如此串联接线，使得这些部分电压指向相反的方向并且相互抵消。在传感器线圈系统30上因此理论上不可测得电压。

本发明不限于在此描述的实施例和其中所强调的方面。相反，在通过权利要求说明的范围内，处于本领域技术人员处理范围内的多种更改方案是可能的。