Title:
Ladevorrichtung und Verfahren zum induktiven Laden insbesondere von Elektrofahrzeugen
Kind Code:
A1
Abstract:

Die Ladevorrichtung zum induktiven Laden insbesondere eines Elektrofahrzeugs (EFZ) umfasst eine Ladespule (LS) zum induktiven Laden sowie einen Objektdetektor (5, wobei der Objektdetektor (5) einen Körper mit mindestens einem dielektrischen Bereich (10) mit einer sich flächig erstreckenden Flachseite (20), zumindest eine den dielektrischen Bereich (10) mit elektromagnetischen Wellen (55) speisenden Wellenquelle (50), sowie eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung zumindest einer von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich (10) abhängenden Größe und eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei die Auswerteinrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dieser zumindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zumindest entlang der Flachseite, eines Objekts an und/oder nah der Flachseite (20) zu schließen.



Inventors:
Bachmaier, Georg (80469, München, DE)
Baumgartner, Robert (82178, Puchheim, DE)
Cyriacks, Marco (81669, München, DE)
Freitag, Reinhard (81379, München, DE)
Application Number:
DE102013215034A
Publication Date:
02/05/2015
Filing Date:
07/31/2013
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
Domestic Patent References:
DE102012105615A1N/A2013-05-29
DE102011103439B3N/A2012-08-30
DE202009009689U1N/A2010-11-25
DE202009009693U1N/A2010-11-25
DE102006038140A1N/A2008-02-21
DE4340130A1N/A1995-06-01
Claims:
1. Ladevorrichtung zum induktiven Laden insbesondere eines Elektrofahrzeugs (EFZ), umfassend eine Ladespule (LS) zum induktiven Laden sowie einen Objektdetektor (5), wobei der Objektdetektor (5) einen Körper mit mindestens einem dielektrischen Bereich (10) mit einer sich flächig erstreckenden Flachseite (20), zumindest eine den dielektrischen Bereich (10) mit elektromagnetischen Wellen (55) speisenden Wellenquelle (50), sowie eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung zumindest einer von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich (10) abhängenden Größe und eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei die Auswerteinrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dieser zumindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zumindest entlang der Flachseite, eines Objekts an und/oder nah der Flachseite (20) zu schließen.

2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, bei welchem der dielektrische Bereich (10), zumindest teilweise, von einem Absorbermaterial umgeben ist.

3. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Körper und/oder zumindest der dielektrische Bereich (10) des Körpers ein Flachteil, insbesondere eine Platte, aufweist oder ist.

4. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Körper eine Schichtstruktur aufweist, insbesondere mit einer dielektrischen Schicht mit der Flachseite (20).

5. Ladevorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schichtstruktur der Flachseite (20) abgewandt eine metallische Schicht aufweist.

6. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schichtstruktur der Flachseite (20) abgewandt eine Schicht, gebildet mit einem Metamaterial, aufweist.

7. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Körper als Flachteil mit Schmalseiten (25, 30, 35, 40) ausgebildet ist und das/die Erfassungsmittel an oder entlang zumindest einer vorzugsweise sämtlicher Schmalseiten (25, 30, 35, 40) angeordnet sind.

8. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Laufzeit eines Signals der elektromagnetischen Wellen (55) ausgebildet ist und die Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Position, zumindest entlang der Flachseite, eines Objekts (60; 65) aus der erfassten Laufzeit ausgebildet ist.

9. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine primäre oder eine sekundäre Ladevorrichtung ist.

10. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest die Flachseite (20) schräg, vorzugsweise nahezu oder vollständig senkrecht, zur Richtung eines Lademagnetfeldes der Ladespule (PLS) am Ort der Flachseite orientiert ist.

11. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Ladespule (PLS) eine Koppelseite aufweist, welche zur induktiven Kopplung mit einer weiteren Ladespule einer korrespondierenden Ladevorrichtung ausgebildet ist, wobei zumindest die Flachseite (20) seitens der Koppelseite der Ladespule (PLS) angeordnet und der Koppelseite abgewandt orientiert ist.

12. Verfahren zum induktiven Laden insbesondere eines Elektrofahrzeugs mittels einer primären Ladevorrichtung und einer sekundären Ladevorrichtung über einen zwischen primärer und sekundärer Ladevorrichtung befindlichen Luftspalt, bei welchem als primäre und/oder sekundäre Ladevorrichtung eine Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche herangezogen wird, wobei der Objektdetektor (5) zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts (60; 65) an oder innerhalb des Luftspalts herangezogen wird, wobei mittels der Wellenquelle (50) elektromagnetische Wellen (55) in den dielektrischen Bereich (10) gespeist werden, mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung zumindest eine von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen (55) im dielektrischen Bereich (10) abhängende Größe erfasst wird und wobei mittels der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dieser Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zumindest entlang der Flachseite, des Objekts (60; 65) an und/oder nah der Flachseite (20) geschlossen wird.

13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Objektdetektor (5) zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines metallischen Objekts (60) herangezogen wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Objektdetektor zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts (65), welches eine höhere Dielektrizitätszahl aufweist, als der dielektrische Bereich (10) des Körpers, herangezogen wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest eine Laufzeit eines Signals der elektromagnetischen Wellen (55) zum Objekt (60; 65) und/oder vom Objekt (60; 65) zu der zumindest einen Erfassungseinrichtung bestimmt wird, wobei mittels der Auswerteeinrichtung die Laufzeit zur Bestimmung der Position des Objekts (60; 65) herangezogen wird.

Description:

Bei Elektrofahrzeugen mit ladbaren elektrischen Energiespeichern, etwa ladbaren Elektrobatterien, muss dem Energiespeicher die benötigte Energie regelmäßig durch Laden zugeführt werden. Gegenwärtig wächst die Bedeutung von Ladekonzepten, bei welchen die Energiespeicher berührungslos, insbesondere durch induktives Laden, geladen werden.

Beim induktiven Laden erzeugt eine im Boden einer Ladestation eingelassene Spule als Primärspule ein magnetisches Wechselfeld, das von einer an der Unterseite des jeweiligen Elektrofahrzeugs installierten Empfangsspule als Sekundärspule empfangen und in elektrischen Ladestrom gewandelt wird.

Zwischen Ladespule der Ladestation und Ladespule des Elektrofahrzeugs befindet sich beim induktiven Laden typisch ein Luftspalt, über welchen hinweg mittels des induktiven Ladefeldes hohe Leistungen übertragen werden.

Im Luftspalt befindliche metallische Fremdkörper können sich während des induktiven Ladens durch im Metall entstehende Wirbelströme erhitzen und etwa Brände verursachen. Ferner kann beim induktiven Laden in den Luftspalt gelangendes biologisches Gewebe, etwa in den Luftspalt gelangende menschliche Körperteile oder Tiere, in Mitleidenschaft geraten.

Besonders gefährlich ist dieser Umstand, wenn sich, etwa infolge medizinischer Behandlungen, metallische Teile, insbesondere Nägel, Schrauben oder Schienen im Körper befinden, welche sich zusätzlich stark erhitzen können. Ähnlich problematisch sind beispielsweise Metallhalsbänder bei Tieren.

Es ist daher erforderlich, Objekte wie etwa Fremdkörper im Luftspalt während des induktiven Ladens zu detektieren.

Es sind Platten mit elektrischen Strukturen bekannt, mit welchen eine solche Detektion grundsätzlich erfolgen kann. Beispielsweise können ebene Flächen mit Tasten versehen sein, die durch ein Objekt in Richtung der ebenen Fläche gedrückt werden und dann einen elektrischen Schalter betätigen. Auf diese Weise lassen sich Anwesenheit und Ort eines Objekts bestimmen. Signale einer Vielzahl von oder sämtlicher Tasten werden über Leitungen an eine Auswerteeinheit übertragen.

Ferner sind Touchscreens bekannt, welche auf einem kapazitiven, resistiven oder induktiven Wirkprinzip beruhen: In Touchscreens wird der Ort des Objekts häufig derart bestimmt, dass entlang von Kanten des Touchscreens ein Strom durch eine bestimmte Leitung fließt, deren Ort bekannt ist. Entlang der Kanten des Touchscreens müssen also je nach Auflösungsvermögen mehrere Leitungen angeschlossen werden und die Platte muss mit für den elektrischen Strom leitenden Strukturen versehen sein.

Die jedoch stets erforderliche elektrische Kontaktierung ist bei induktiven Ladesystemen problematisch, da Drähte und Kabel sich beim induktiven Laden durch Wirbelströme erhitzen können, durch Leiterschleifen hohe Spannungen induziert werden können und/oder die Felder der Ladespule derart beeinflusst werden könnten, dass der energetische Wirkungsgrad beim induktiven Laden herabgesetzt ist.

Ferner bestehen Ansätze, aktive Sensoren, etwa Ultraschallsensoren oder Infrarotsensoren, zur Überwachung eines Luftspalts beim induktiven Laden vorzusehen. Diese Ansätze sind jedoch anfällig für Ausfälle durch Verschmutzung oder Zerstörung, weisen hohe Querempfindlichkeiten auf oder sind nicht ausreichend genau und bieten daher nicht die in der Praxis erforderliche Zuverlässigkeit und Robustheit.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ladevorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum induktiven Laden insbesondere von Elektrofahrzeugen anzugeben, mit welchen eine Überwachung eines Luftspalts beim Laden zuverlässig, robust und insbesondere unanfällig gegenüber Verschmutzung erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Ladevorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zum induktiven Laden insbesondere eines Elektrofahrzeugs mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.

Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung weist eine Ladespule zum induktiven Laden auf. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Ladevorrichtung einen Objektdetektor. Der Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung weist einen Körper mit mindestens einem dielektrischen Bereich mit einer sich flächig erstreckenden Flachseite auf. Zudem weist der Objektdetektor eine den dielektrischen Bereich mit elektromagnetischen Wellen, insbesondere Mikrowellen, speisende Wellenquelle, insbesondere eine Mikrowellenquelle, auf, sowie zumindest eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung zumindest einer von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich abhängenden Größe und eine Auswerteeinrichtung, welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dieser zumindest einen Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zumindest entlang der Flachseite, eines Objekts an und/oder nah der Flachseite zu schließen, auf.

Unter der Wendung „nah der Flachseite“ im Sinne dieser Anmeldung ist vorzugsweise „mit einem Abstand von höchstens 10 Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite“ zu verstehen. Insbesondere ist unter der Wendung „mit einem Abstand von höchstens drei Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite“, bevorzugt „mit einem Abstand von höchstens einer Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite“ und idealerweise „mit einem Abstand von höchstens einer halben Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Vakuum von der Flachseite“ zu verstehen.

Bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung übernehmen die sich im dielektrischen Bereich ausbreitenden elektromagnetischen Wellen die Funktion, den dielektrischen Bereich entlang der Flachseite abzutasten. Auf diese Weise ist bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung eine umfangreiche Verdrahtung der sich flächig erstreckenden Flachseite nicht erforderlich. Insbesondere Flachseiten, deren Fläche die derzeit übliche Größe von Touchscreens deutlich überschreitet, lassen sich folglich leicht mit dem erfindungsgemäßen Objektdetektor realisieren.

Erfindungsgemäß sind Drähte und Kabel bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung verzichtbar. Folglich beeinflussen sich das magnetische Feld der Ladespule und die Komponenten des Objektdetektors nicht nachteilig.

Zudem ist bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung der Objektdetektor robust, insbesondere von Fahrzeugen überfahrbar, sowie unempfindlich gegenüber Verschmutzungen und anderen äußeren Einflüssen ausgebildet. Folglich kann mittels des Objektdetektors der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung eine Überwachung eines Luftspalts beim induktiven Laden zuverlässig und robust gegenüber Verschmutzung erfolgen.

Bevorzugt ist bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung der dielektrische Bereich, zumindest teilweise, von einem Absorbermaterial umgeben. In dieser Weiterbildung der Erfindung wird wirksam vermieden, dass sich stehende elektromagnetische Wellen in dem dielektrischen Bereich ausbilden. Stehende elektromagnetische Wellen in dem dielektrischen Bereich führten zu Bereichen an der Flachseite, an welchen die Feldstärke der elektromagnetischen Wellen verschwindet. An oder nah diesen/dieser Stellen der Flachseite wäre der Objektdetektor daher kaum sensitiv. Mittels des Absorbermaterials hingegen können die elektromagnetischen Wellen effizient aus dem dielektrischen Bereich abgeführt werden, so dass sich stehende elektromagnetische Wellen nicht ausbilden können. Die Sensitivität des Objektdetektors ist folglich in dieser Weiterbildung deutlich verbessert.

Bevorzugt ist bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung die Wellenquelle als Mikrowellenquelle und somit zur Speisung des dielektrischen Bereichs mit Mikrowellen ausgebildet. Geeigneterweise umfasst die Mikrowellenquelle einen Mikrowellensender, welcher mit einer Einkopplung verbunden ist, die ausgebildet ist, die vom Mikrowellensender abgestrahlten Mikrowellen in den dielektrischen Bereich einzukoppeln, insbesondere mittels einer Hohlleiterspeisung und/oder mittels Koppelstiften und/oder mittels Schlitzkopplungen.

Zweckmäßigerweise ist bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung der Körper ein Flachteil, insbesondere eine Platte, oder weist ein Flachteil, insbesondere eine Platte, auf. Besonders bevorzugt weist der dielektrische Bereich die Form eines Flachteils, insbesondere einer Platte auf. Strukturen, die in ihrer Handhabung herkömmlichen Touchscreens ähneln, können so leicht realisiert werden. Zugleich ist der Objektdetektor wie zuvor bereits erläutert auch in dieser Weiterbildung der Erfindung in der Größe vorteilhaft äußerst frei skalierbar.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist bei dem Objektdetektors der Körper eine Schichtstruktur auf, insbesondere mit einer dielektrischen Schicht mit der Flachseite. Zweckmäßigerweise sind Materialien, Dicken und Abfolgen der Schichten der Schichtstruktur derart gewählt, dass eine Führung der elektromagnetischen Wellen, insbesondere eine Führung von Mikrowellen, innerhalb des Körpers optimiert ist.

Geeigneterweise weist bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung die Schichtstruktur eine metallische Schicht auf, die der Flachseite abgewandt angeordnet ist. Beispielsweise lässt sich so die Dicke des dielektrischen Bereichs um die Hälfte reduzieren, indem dieser an die metallische Schicht angebunden ist. Auf diese Weise lässt sich wie an sich bekannt die dielektrische Schicht mittels der metallischen Schicht als „mirror dielectric waveguide“ ausbilden.

Geeigneterweise weist die Schichtstruktur der Flachseite abgewandt eine Schicht auf, die mit einem Metamaterial gebildet ist. Insbesondere kann das Metamaterial metallisch ausgebildet sein, wobei dieses Metamaterial eine Massefläche bildet, die in an sich bekannter Weise zur Vermeidung sich ausbildender Wirbelströme räumlich strukturiert ist.

Zweckmäßigerweise ist bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung bei dem Objektdetektor der Körper als Flachteil mit Schmalseiten ausgebildet, wobei die Erfassungseinrichtung/en an oder entlang zumindest einer, vorzugsweise sämtlicher, der Schmalseiten angeordnet ist oder sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Körper um eine Platte, welche Schmalseiten in der Art von Kanten aufweist. Die Erfassungseinrichtung/en ist/sind dann an einer, mehreren oder sämtlichen Kanten angeordnet. Geeigneterweise handelt es sich bei der oder den Erfassungseinrichtung/en um Mikrowellenempfänger.

Zweckmäßig ist oder sind die Erfassungseinrichtung/en zur Erfassung einer Feldstärke und/oder einer Energie und/oder einer Leistung und/oder einer Intensität und/oder einer Amplitude und/oder Phase empfangener elektromagnetischer Wellen, insbesondere empfangener Mikrowellen, oder einer oder mehrerer Größen, welche von den vorgenannten Größen abhängen, ausgebildet.

Bevorzugt ist bei dem Objektdetektor der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung der dielektrische Bereich mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens 1,5 und/oder höchstens von 10 gebildet. Insbesondere ist der dielektrische Bereich mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens 2 und/oder höchstens 5, vorzugsweise höchstens 3, gebildet.

Vorzugsweise ist der dielektrische Bereich mit oder aus Kunststoff gebildet. In einer ebenfalls bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der dielektrische Bereich mit oder aus Keramik gebildet. Besonders bevorzugt ist der dielektrische Bereich mit oder aus einem Kunststoff-Keramik-Komposit gebildet.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Ladevorrichtung eine primäre Ladevorrichtung.

Alternativ und ebenfalls bevorzugt ist die erfindungsgemäße Ladevorrichtung eine sekundäre Ladevorrichtung.

Zweckmäßig ist bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung zumindest die Flachseite schräg, vorzugsweise nahezu oder vollständig senkrecht, zur Richtung eines Lademagnetfeldes der Ladespule am Ort der Flachseite orientiert.

Vorzugsweise weist bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung die Ladespule eine Koppelseite auf, welche zur induktiven Kopplung mit einer weiteren Ladespule einer korrespondierenden Ladevorrichtung ausgebildet ist, wobei zumindest die Flachseite seitens der Koppelseite der Ladespule angeordnet und der Koppelseite abgewandt orientiert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum induktiven Laden insbesondere eines Elektrofahrzeugs mittels einer primären Ladevorrichtung und einer sekundären Ladevorrichtung über einen zwischen primärer und sekundärer Ladevorrichtung befindlichen Luftspalt, bei welchem als primäre und/oder sekundäre Ladevorrichtung eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung wie zuvor beschrieben herangezogen wird, wobei der Objektdetektor zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts an oder innerhalb des Luftspalts herangezogen wird, wobei mittels der Wellenquelle elektromagnetische Wellen in den dielektrischen Bereich gespeist werden, mittels der zumindest einen Erfassungseinrichtung zumindest eine von der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im dielektrischen Bereich abhängende Größe erfasst wird und wobei mittels der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dieser Größe auf eine Anwesenheit und/oder die Position, zumindest entlang der Flachseite, des Objekts an und/oder nah der Flachseite geschlossen wird.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Objektdetektor zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines metallischen Objekts herangezogen. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt wird der Objektdetektor zur Detektion, insbesondere zur Ortsdetektion, eines Objekts herangezogen, welches eine höhere Dielektrizitätszahl aufweist als der dielektrische Bereich des Körpers.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest der dielektrische Bereich des Körpers mittels zumindest eines Kopplers und/oder mittels zumindest einer Hohlleiterspeisung und/oder mittels Koppelstiften und/oder mittels Schlitzkopplungen gespeist.

Geeigneterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine Laufzeit eines Signals der elektromagnetischen Wellen zum Objekt und/oder vom Objekt zur zumindest einen Erfassungseinrichtung bestimmt, wobei mittels der Auswerteeinrichtung die Laufzeit zur Bestimmung der Position des Objekts herangezogen wird. Zweckmäßigerweise ist ein solches Signal mittels eines Wellenpulses, insbesondere eines Mikrowellenpulses, realisiert.

Zweckmäßig wird der dielektrische Bereich im Dauerstrichbetrieb (CW = continuous wave) oder FMCW-Betrieb oder pulsartig gespeist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Objektdetektor einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs schematisch in einer perspektivischen Darstellung,

2 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeitpunkt des sich innerhalb eines dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß 1 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Längsschnitt,

3 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeitpunkt des sich innerhalb eines dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß 1 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Querschnitt,

4 den Objektdetektor gemäß 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung bei auf dem dielektrischen Körper angeordnetem metallischem Objekt,

5 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeitpunkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß 1 in der Situation gem. 4 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Längsschnitt,

6 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeitpunkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß 1 in der Situation gem. 4 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Querschnitt,

7 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeitpunkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß 1 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Längsschnitt bei auf dem dielektrischen Körper angeordnetem dielektrischem Objekt,

8 ein Feldverteilungsbild zu einem bestimmten Zeitpunkt des sich innerhalb des dielektrischen Körpers des Objektdetektors gemäß 1 in der Situation gem. 7 ausbildenden Mikrowellenfeldes schematisch im Querschnitt sowie

9 eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs schematisch im Querschnitt.

Der in 1 dargestellte Objektdetektor 5 der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung (s. 9) weist einen dielektrischen Körper in Gestalt einer dielektrischen Platte 10 mit zwei Flachseiten 15, 20 auf, welche durch vier Schmalseiten 25, 30, 35, 40 der Platte 10 begrenzt sind. Die Platte 10 ist als flacher Quader ausgebildet. In 1 (nicht explizit dargestellt) ist die Platte 10 von Absorbermaterial, welches Mikrowellen absorbiert, umgeben. Wie in 2 dargestellt strahlt der Mikrowellensender 50 Mikrowellen 55 ab, die sich entlang der Flachseiten 15, 20 ausbreiten. Infolge der Umgebung der Platte 10 mit Absorbermaterial bilden sich in der Platte 10 keine stehenden Wellen aus.

Wird, wie in 4 dargestellt, ein metallisches Objekt 60 auf die Flachseite 20 der Platte 10 aufgelegt, so ändert sich das Ausbreitungsverhalten der Mikrowellen 55 innerhalb der Platte 10 (siehe 5). Das metallische Objekt 60 bündelt gewissermaßen an ihm entlang propagierende Mikrowellen 55 (5 und 6) und verändert die weitere räumliche Ausbreitung der Mikrowellen 55.

Wird das metallische Objekt 60 durch ein dielektrisches Objekt 65 ersetzt (7 und 8), wobei die Dielektrizitätszahl des dielektrischen Objekts 65 höher als diejenige des dielektrischen Materials der Platte 10 ist, so bildet das dielektrische Objekt 65 gewissermaßen eine Mikrowellensenke aus, welche sich innerhalb der Platte 10 ausbreitende Mikrowellen 55 effizient aus der Platte 10 auskoppelt.

Entlang der Schmalseiten sind Mikrowellenempfänger (nur in 9 explizit mit dem Bezugszeichen „RE“ gekennzeichnet dargestellt) angeordnet, welche die zuvor erläuterten Modifikationen des zuvor erläuterten Mikrowellenfeldes detektieren. Die Mikrowellenempfänger sind mit einer Auswerteeinrichtung signalverbunden, welche Detektionssignale von den Mikrowellenempfängern erhält.

Die dielektrische Platte 10 erlaubt entlang der Flachseiten 15, 20 einen nur unvollständigen Einfluss der Mikrowellen innerhalb der Platte 10. An den Flachseiten 15, 20 bildet sich ein evaneszentes Feld aus, welches durch dielektrische oder metallische Objekte 65, 60 auf der Platte 10 wie zuvor erläutert, modifiziert wird. Aus der daraus resultierenden geänderten Ausbreitung des Mikrowellenfeldes innerhalb der Platte 10 und der dadurch geänderten Detektionssignale der Mikrowellenempfänger lässt sich daher mittels der Auswerteeinrichtung sowohl auf die Anwesenheit als auch auf die Position jeweils des metallischen Objekts 60 oder des dielektrischen Objekts 65 rückschließen.

Die dielektrische Platte 10 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Kunststoff, beispielsweise mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,3. In nicht eigens dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann die Platte 10 aus einem anderen Dielektrikum, etwa Keramik oder einem Keramik-Kunststoff-Komposit bestehen. Die Ortsdetektion wie zuvor beschrieben wird mittels Laufzeitenmessungen ergänzt, wie sie an sich aus der Radartechnik bekannt sind. Dazu werden innerhalb der Platte 10 gestreute Signale der elektromagnetischen Wellen 55 herangezogen. Auch mittels dieser herangezogenen Laufzeiten kann eine Ortsbestimmung des metallischen Objekts 60 oder des dielektrischen Objekts 65 erfolgen.

In nicht eigens dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen kann auf die in 1 nach unten weisende Flachseite 15 der dielektrischen Platte 10 eine metallische Schicht aufgetragen sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist so die Dicke der dielektrischen Platte 10 reduziert, welche gemeinsam mit der metallischen Schicht einen „mirror dielectric waveguide“ ausbildet.

In diesen letztgenannten Ausführungsbeispielen ist die metallische Schicht als metallisches Metamaterial ausgebildet. Die metallische Schicht bildet eine Massefläche aus, die in an sich bekannter Weise zur Vermeidung sich ausbildender Wirbelströme räumlich strukturiert ist.

Die in 9 dargestellte erfindungsgemäße Ladevorrichtung ist eine primäre Ladevorrichtung, d.h. sie umfasst eine primäre Ladespule PLS, welche Energie für eine sekundäre Ladevorrichtung mit einer sekundären Ladespule SLS bereitstellt. Die dargestellte erfindungsgemäße Ladevorrichtung bildet eine Ladestation für Elektrofahrzeuge EFZ.

Die primäre Ladespule PLS der Ladevorrichtung ist als Flachspule ausgebildet und liegt flächig auf einem Boden B der Ladevorrichtung auf. Die vom Boden B wegweisende Seite der primären Ladespule PLS bildet eine Koppelseite der primären Ladespule PLS, von welcher Energie mittels eines Lademagnetfeldes zu einer sekundären Ladespule eines Elektrofahrzeugs EFZ hin übertragbar ist und welche in Richtung eines beim Laden mit einem Elektrofahrzeug sich ausbildenden Luftspalts weist.

An die Koppelseite der primären Ladespule schließt sich flächig die Platte 10 des Objektdetektors 5 der Ladevorrichtung an. Die der primären Ladespule PLS abgewandte Flachseite 20 der Platte 10 begrenzt bodenseitig einen Luftspalt LS beim induktiven Laden. Der Luftspalt LS ist andererseits durch eine sekundäre Ladespule SLS an einem an die Ladestation gefahrenen Elektrofahrzeug EFZ begrenzt. Auf der Platte 10 des Objektdetektors 5 befindliche Objekte O, etwa Fremdkörper, Tiere, o.ä. sind mit dem Objektdetektor 5 wie vorherstehend beschrieben detektierbar. Somit ist der Luftspalt LS mittels der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung zuverlässig und robust überwachbar.