專利名稱：充電設備、蓄電池和用于識別外部物體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據權利要求I所述的充電設備，根據權利要求7所述的蓄電池和根據權利要求9所述的用于在感應充電過程中識別外部物體的方法。
背景技術：
由W02009/040998 Al已知一種用于在感應充電過程中借助溫度傳感器識別外部物體的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的充電設備、改進的蓄電池和改進的用于在感應 充電過程中識別外部物體的方法。本發(fā)明的目的通過根據權利要求I的充電設備、通過根據權利要求7的蓄電池和通過根據權利要求9的方法實現(xiàn)。充電設備的優(yōu)點在于，精確地檢測溫度，并且盡管如此，通過充電設備的線圈的感應充電過程盡可能少地受到影響。這通過下述方式實現(xiàn)溫度傳感器設置在線圈之外、但是鄰接于線圈。本發(fā)明的目的通過所述蓄電池以下述方式實現(xiàn)溫度傳感器布置在線圈之外、但是鄰接于線圈。由此蓄電池的感應充電過程沒有受到影響，并且盡管如此仍可以精確地檢測溫度。此外，本發(fā)明的目的通過用于識別外部物體的方法以下述方式實現(xiàn)借助至少兩個溫度傳感器檢測在充電區(qū)域中的兩個溫度值，其中與兩個溫度值相關地、特別是與兩個溫度值的溫度差相關地、或者與兩個溫度值的溫度梯度的差相關地，通過與參考值或者說基準值(Referenzwert)進行比較可靠地識別外部物體。通過應用兩個溫度傳感器，提高了該方法的精確性。本發(fā)明的其它有利的實施方式在從屬權利要求中給出。在充電設備的一種實施方式中，多個溫度傳感器布置成圍繞線圈的圓周分布。優(yōu)選地，溫度傳感器彼此具有相同的角距，并且優(yōu)選地布置在圓周(Kreislinie)上。以這種方式可以實現(xiàn)外部物體的位置的精確檢測。在另一種實施方式中，充電設備具有帶有板的殼體，板布置在充電區(qū)域中。在板中設有凹部，在該凹部中布置有溫度傳感器。以這種方式減小了在板的表面和溫度傳感器之間的距離，并且盡管如此仍提供了足夠穩(wěn)固的板。因此可以更精確地檢測溫度和更快地檢測溫度變化。板優(yōu)選地由導熱材料制成。在另一種實施方式中，設有熱傳導器件，其使得溫度傳感器耦合到充電設備的殼體上。由此可以實現(xiàn)更快和改善的溫度檢測。在另一種實施方式中，溫度傳感器布置在印制電路板上，該印制電路板設置在殼體的內側面上。該實施方式是簡單且成本經濟的。優(yōu)選地，溫度傳感器設計為SMD模塊。
在另一種實施方式中，印制電路板優(yōu)選地具有圓形的開口，其中線圈布置在開口中。因此印制電路板可以通過線圈移位并且固定在殼體的充電側上。印制電路板的內直徑優(yōu)選地略微大于線圈的外直徑，從而溫度傳感器接近于線圈布置。在本方法的一種改進方案中，借助第三溫度傳感器檢測第三溫度值，并且對第三溫度值進行評估以用于識別外部物體。由此提 高了外部物體識別的精確性。在另一種實施方式中，以下述方式識別在兩個溫度傳感器之間的外部物體的位置第三溫度傳感器的溫度值和/或溫度值的時間梯度小于第一和第二溫度傳感器的溫度值和/或溫度值的時間梯度。因此可以在第一和第二溫度傳感器之間確定外部物體的位置。


下面借助附圖詳細說明本發(fā)明。圖中示出
圖I示出了充電設備和具有蓄電池的待充電的裝置的示意性視圖，
圖2示出了充電設備的充電區(qū)域的示意性俯視圖，
圖3示出了具有在充電區(qū)域中的外部物體的第一測量情況，
圖4示出了在正常運行中三個溫度傳感器的溫度特征曲線的圖表，
圖5示出了在外部物體識別時三個溫度傳感器的溫度特征曲線的圖表，
圖6示出了兩個溫度傳感器的兩個溫度特征曲線的另一個圖表，
圖7示出了三個溫度傳感器的三個溫度特征曲線的另一個圖表，
圖8示出了充電設備的另一種實施方式，和 圖9示出了印制電路板。
具體實施例方式圖I以示意圖示出了充電設備I的部段和具有蓄電池的裝置2的部段。充電設備I具有未示出的電源，該電源通過控制器8為發(fā)射線圈3供電。發(fā)射線圈3具有芯4和線圈5。發(fā)射線圈3被設計用于發(fā)出用于傳輸能量的電磁輻射。發(fā)射線圈3布置成鄰接于充電設備I的殼體的壁7。線圈5的線匝布置在與壁7的平面平行的平面中。在圖I中示出了充電設備I的充電區(qū)域6，在其上可以安裝具有蓄電池的裝置2，以用于為蓄電池感應充電，如在圖I中示出。充電設備和裝置可以彼此并排或彼此重疊地布置。裝置2具有接收線圈11，該接收線圈通過第二控制器15與蓄電池16連接。接收線圈11具有第二線圈12和第二芯13。接收線圈11布置在裝置2的殼體的第二壁17上。第二壁17平行于壁7。裝置2可以設計為電的蓄電池16、也就是說可充電的電池或電池組，其具有用于感應充電的電路和電子電路。此外，裝置2也能以電氣裝置、例如具有電的蓄電池的手動工具或廚房用具的形式構成。在對蓄電池組或電池組或具有被裝入的可充電的電池單元的終端裝置進行感應充電時，使用了用于在充電設備和接收裝置、這就是說蓄電池或電池組或終端裝置之間進行能量傳輸的磁場。接收裝置將最大部分的被接收或傳輸的能量存儲在電池單元中。為了能夠將能量從充電站發(fā)送到接收裝置，需要感應稱合部(induktive Kopplung)。感應I禹合部例如以兩個線圈的形式構成，所述兩個線圈通常具有線圈鐵芯。感應耦合部可以在直至幾厘米的路程上被應用于傳輸能量。此外，諧振感應耦合部可以用于提高效率。然而在感應充電時不能排除在接口的區(qū)域中，外部物體可能會到達充電設備和終端裝置之間。導電的和導磁的外部物體可能會損壞感應耦合部的效率。此外，外部物體在電磁場中可能會強烈地加熱并且因此導致?lián)p壞。在圖I中，在充電設備和終端裝置2的壁7、17之間，示意性地將外部物體18布置在發(fā)射線圈3和接收線圈11之間的充電區(qū)域6中。充電設備I在壁7的內側面上具有第一和第二溫度傳感器9、10。溫度傳感器9、10通過信號導線與控制器8相連接。在示出的實施方式中，溫度傳感器9、10裝入到壁7的凹部19中。因此縮小了在壁7的外側面和溫度傳感器9、10之間的距離。因此可以借助于溫度傳感器9、10更準確地且更快地檢測在壁7的外側面上通過外部物體18產生的熱形成。溫度傳感器9、10還可以與構造相關地布置在壁7的內側面上。因此不是一定需要凹部19。
在示出的實施例中，溫度傳感器9、10布置在線圈5的外半徑之外。以這種方式，通過線圈5產生電磁場不會受到溫度傳感器9、10的影響。在示出的實施方式中，溫度傳感器9、10布置在芯4的外部的環(huán)形區(qū)域之前。根據選擇的實施方式，溫度傳感器9、10也可以直接在線圈5之前布置在壁7上或之中。實驗已經證明溫度傳感器9、10盡可能接近于線圈5、但還在線圈5外半徑的外部的布置一方面足以用于證明外部物體18，且另一方面幾乎不影響線圈5和12之間的電感耦合。根據選擇的實施方式，溫度傳感器也可以布置在裝置2中，所述溫度傳感器通過傳感器導線與第二控制器15相連接。溫度傳感器在裝置2中的布置可以設計成與溫度傳感器在充電設備中的布置相同。在這種實施方式中，第二控制器15例如可以具有光學顯示器，并且在識別外部物體時發(fā)出信號和/或通過信號線路(Signalpfad)傳輸給控制器8。信號線路能以具有在充電區(qū)域中的觸點的線路的形式構成，或者設計為具有發(fā)射器和接收器的無線信號連接器。因此，控制器8可以基于自己的溫度傳感器或者基于裝置2的溫度傳感器識別出在充電設備I的充電區(qū)域6中的外部物體。識別外部物體的基本原理在于通過正常運行的溫度的偏差、例如通過局部的溫度上升或者通過在整個充電區(qū)域中的過高的溫度來識別外部物體。在識別外部物體時例如可以減少通過發(fā)射線圈3傳輸的能量或者完全中斷能量傳輸。除了其它的外部物體識別、例如感應式外部物體識別之外，熱的外部物體識別可以用作附加的安全措施。圖2示出了充電設備I或裝置2的充電區(qū)域6的示意圖，其中充電區(qū)域6以圓形面的形式示出。充電區(qū)域6基本上通過芯4的外部輪廓來確定。在視圖中示出了內半徑20，其作為線圈5的外半徑。在示出的實施例中，多個溫度傳感器9、10布置成對稱地圍繞線圈5的環(huán)形的外輪廓分布。溫度傳感器作為黑點示出。在示出的實施例中布置了八個溫度傳感器9、10，其中在兩個溫度傳感器之間的角距為45°。溫度傳感器到線圈5的中心點21的距離優(yōu)選相同。根據選擇的實施方式，溫度傳感器到中心點的距離可以彼此不同，和/或具有不同的角距。例如溫度傳感器可以圍繞線圈5的芯4的外半徑布置。因此提供了多個溫度傳感器在充電區(qū)域中的用于溫度探測的一種確定的布置、一種所謂的矩陣或一種陣列。通過溫度傳感器的布置能可靠地并且明確地通過局部的溫度升高來探測發(fā)熱的外部物體。此外可以在一種實施例中，將溫度傳感器中的至少一個的溫度走向、即溫度梯度的時間上的變化考慮用于可靠地識別局部的加熱。溫度傳感器中的每個通過信號導線和控制器8連接?？刂破?具有分析單元或分析邏輯電路(Auswertelogik),利用其評價被通知的溫度并且可以識別外部物體。控制器8與存儲器相連接，在該存儲器中存儲比較值或比較特征曲線。取決于對外部物體的識別，控制器8可以減少發(fā)射線圈的功率或者完全中斷能量傳輸。圖3示出了典型的干擾情況的示意圖，其中布置了根據圖2的溫度傳感器T1，T2，…，Tn的布置的兩個溫度傳感器Tl、T2之間的一個外部物體18。圖4示出了在沒有外部物體的情況下對于充電設備的正常運行來說、用于第一、第二和第三溫度傳感器T1、T2、T3的在時間t上的溫度T的圖表。在此能識別出三個溫度傳感器的溫度表現(xiàn)為不同，但是基本上在時間上近似相同，也就是說輕微地隨著時間上升。

圖5示出了在下述情況下的溫度形成即外部物體在第二溫度傳感器的區(qū)域中布置在第一和第二溫度傳感器T2、Tl之間，如在圖3中示出。在時刻0時啟動感應充電過程時，三個溫度傳感器Tl、T2、T3的溫度值大小相同。在感應充電過程期間，外部物體18變熱。由于外部物體18布置成接近第二溫度傳感器T2，因此第二溫度傳感器T2與第一溫度傳感器Tl相比檢測到在時間上更快升高的溫度值，如在圖5中示出。第三溫度傳感器T3與第一溫度傳感器Tl相比更遠地遠離外部物體，從而第三溫度傳感器T3的溫度值在時間上的升高與第一溫度傳感器Tl的溫度值在時間上的升高相比更小(geringer ausfjillen)。因此可以在應用三個溫度傳感器時，或者直接在溫度傳感器之一上或者在兩個溫度傳感器之間通過比較溫度值和/或通過比較溫度值在時間上的上升來確定外部物體的位置。借助于所述的布置例如可以檢測下面三種典型的故障情況
I.故障情況相對于兩個任意相鄰的溫度傳感器的局部明顯更大的絕對溫度。如果在兩個任意相鄰的溫度傳感器之間絕對溫度明顯彼此不同，則推斷為故障情況。在圖6中示出的本實例中，由溫度傳感器Tl和T2檢測的溫度以差T12不同。如果溫度差T12超過在控制器中存儲的最大溫度差，該最大溫度差可通過使用者自由選擇，則因此通過控制器將能量傳輸斷開。2.故障情況相對于三個任意相鄰的溫度傳感器的局部明顯更大的絕對溫度。第二種故障情況基本上相應于第一種故障情況，然而其中對于分析來說考慮了三個任意相鄰的溫度傳感器。此外，以下述方式實現(xiàn)了可靠性控制即在三個溫度傳感器的中間布置的溫度傳感器不能明顯與兩個外部的溫度傳感器不同。如果例如兩個外部的溫度傳感器Tl和T3具有幾乎相同的水平，然而中間的溫度傳感器T2與第一和第三溫度傳感器Tl和T3相比具有明顯更高的溫度，則因此通過控制單元將能量傳輸斷開。在此，由第二溫度傳感器T2檢測的溫度必須超過確定的最大溫度差。這種故障情況在圖7中示出。3.故障情況相對于任意的溫度傳感器的正常運行的非常陡或者說非?？?sehrsteil)的溫度升高。如果由任意一個溫度傳感器檢測的溫度與通常相比上升得更快，則推斷為故障情況。比通常的更快在此意味著即在該時間上的溫度變化比在正常運行中大出固定存儲在系統(tǒng)中的因數a。因數a可以取決于所應用的充電設備單獨進行調節(jié)。在正常運行中在該時間內的溫度變化可以作為值存儲在控制器中或者在運行期間通過系列測量(Messreihen)以實驗為依據地進行確定。如果出現(xiàn)這種故障情況，則通過控制器終止能量傳輸。所述裝置和所述方法的優(yōu)點是，提高了整個的系統(tǒng)安全性或系統(tǒng)可靠性，還可靠和明確地識別了小的和中間的外部物體。附加地，可以識別出在整個充電區(qū)域中的過高溫度。此外，感應式能量傳輸沒有受到所布置的溫度傳感器的影響?？梢詫⒊Ｓ玫膫鞲衅黝愋?、例如NTC、PTC、PT100用作為溫度傳感器。如根據附圖可以看出，在正常運行中在沒有外部物體的情況下出現(xiàn)在整個充電區(qū)域中由系統(tǒng)引起的、均勻的溫度升高。因此所有溫度傳感器顯示出類似的溫度升高。如已經說明地，裝置2也可以具有相應的溫度傳感器并且用于證明外部物體，如已經對于充電設備I描述。圖8示出了另一種實施方式的示意性示意圖，其中溫度傳感器9布置在發(fā)射線圈3的芯4的外部。在該實施方式中以類似的方式，將所有溫度傳感器9、10布置在芯4的外周的外部。在示出的實施方式中，溫度傳感器9安裝在壁7的內側面上的凹部19中。優(yōu)選 地，熱傳導器件23可以設置在溫度傳感器9和壁7之間，以便提高在壁7和溫度傳感器9之間的熱耦合。根據選擇的實施方式，溫度傳感器9也可以在沒有凹部19的情況下布置在壁7的內側面上。在這種情況下，熱傳導器件也可以用于改善在壁7和溫度傳感器9之間的熱耦合。在示出的實施方式中，溫度傳感器9例如以SMD模塊的形式布置在印制電路板22上。根據選擇的實施方式，所有溫度傳感器都可以布置在一印制電路板22上。印制電路板22具有凹部，該凹部布置到發(fā)射線圈3的外部輪廓上。例如，印制電路板22能以環(huán)的形式構成。圖9示出了具有圓形開口 24的印制電路板22，其中8個溫度傳感器9布置成均勻地圍繞開口 24分布。溫度傳感器布置成盡可能接近于印制電路板22的內邊緣。印制電路板的外部輪廓可以設計為圓形或者具有另一個例如匹配于殼體的形狀。
權利要求
1.充電設備(1)，具有用于為裝置(2)、特別是蓄電池感應充電的線圈(5);控制器(8);用于檢測溫度的至少一個溫度傳感器(9)，其中所述溫度傳感器(9)布置在用于安裝所述裝置的充電區(qū)域(6)中，其中所述溫度傳感器(9)和所述控制器(8)連接，其特征在于，所述溫度傳感器(9 )設置在所述線圈(5 )側旁并且鄰接于所述線圈(5 )。
2.根據權利要求I所述的充電設備，其特征在于，多個溫度傳感器(9)設置成分布在圓周上，其中相鄰的溫度傳感器(9)優(yōu)選彼此具有相同的距離。
3.根據權利要求I或2中任一項所述的充電設備，其特征在于，所述充電設備具有帶有板(7)的殼體，所述板鄰接于所述充電區(qū)域(6)，并且所述板(7)在內側面上具有凹部(19)，并且所述溫度傳感器(9)布置在所述凹部(19)中。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的充電設備，其特征在于，熱傳導器件(23)布置在所述溫度傳感器(9)和所述充電設備的殼體、特別是所述板(7)之間，以便提高在所述溫度傳感器(9)和所述殼體之間的熱傳導能力。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的充電設備，其特征在于，所述溫度傳感器(9)布置在印制電路板(22)上，其中所述溫度傳感器(9)優(yōu)選設計成SMD模塊。
6.根據權利要求5所述的充電設備，其特征在于，所述印制電路板(22)具有開口(24)，所述線圈(5)布置在所述開口(24)中，所述開口(24)優(yōu)選設計為圓形，并且所述印制電路板(22)優(yōu)選具有一種內直徑，所述內直徑大約相應于帶有或不帶有芯(4)的所述線圈(5)的外直徑。
7.蓄電池(2)，其具有用于為所述蓄電池感應充電的線圈和電路，所述蓄電池具有用于檢測溫度的溫度傳感器，其中所述溫度傳感器布置在用于安裝充電設備的充電區(qū)域中并且與控制器相連接，其特征在于，所述溫度傳感器布置在所述線圈側旁并且鄰接于所述線圈。
8.根據權利要求7所述的蓄電池，其特征在于，設有信號線路，所述信號線路能實現(xiàn)在所述蓄電池的所述控制器和所述充電設備的所述控制器之間的連接。
9.用于在蓄電池的感應充電過程中識別外部物體的方法，其中利用至少兩個溫度傳感器檢測在一充電區(qū)域中的兩個溫度值，其中與兩個溫度值相關、特別是與兩個溫度值的差或者兩個溫度值在時間上的溫度變化的差相關，通過與參考值進行比較來識別外部物體。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，借助于第三溫度傳感器檢測第三溫度值，并且評估所述第三溫度值以用于識別所述外部物體。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，當所述第三溫度傳感器與其它兩個溫度傳感器相比檢測到更低的溫度或者更小的在時間上的溫度變化時，則識別出所述外部物體在兩個溫度傳感器之間的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種充電設備，具有用于為裝置、特別是蓄電池感應充電的線圈；控制器；用于檢測溫度的溫度傳感器，其中溫度傳感器布置在用于安裝裝置的接觸面的區(qū)域中，并且與控制器相連接，其中溫度傳感器布置在線圈側旁并且鄰接于線圈。
文檔編號H01M10/46GK102684275SQ20121006997
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月17日
發(fā)明者J.馬克, M.雷伊曼 申請人:羅伯特·博世有限公司