Ladevorrichtung für ein tragbares Gerät in einem Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung für ein tragbares Gerät. Die Ladevorrichtung umfasst einen mittels einer Ansteuereinrichtung steuerbaren Schwingkreis zur induktiven Übertragung von Energie an das tragbare Gerät. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ladevorrichtung, die in einem Kraftfahrzeug zur Ladung des tragbaren Geräts vorgesehen ist.

Ladevorrichtungen zum induktiven übertragen von Energie sind beispielsweise von elektrischen Zahnbürsten bekannt. In Zukunft sollen auch tragbare Geräte, wie z.B. Mobilfunktelefone,

MP3-Player und dergleichen, mittels induktiven Wechselfelds geladen werden. Derartige tragbare Geräte verfügen über eine Elektronik, welche in der Lage ist, zu entscheiden, ob eine Ladung des Energiespeichers erfolgen soll oder nicht. Damit eine Ladevorrichtung erkennen kann, ob das in räumlicher Nähe zu der Ladevorrichtung angeordnete tragbare Gerät überhaupt geladen werden muss, wird das induktive Wechselfeld solange für kurze Zeit eingeschaltet, bis das tragbare Gerät, welches in den Wirkbereich der Ladevorrichtung eingebracht ist, durch eine Kommunikation mit der Ladevorrichtung die Anwesenheit und die Absicht, geladen zu werden, bestätigt. Dieser Vorgang wird als „Polling" bezeichnet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung anzugeben, welche baulich und/oder funktional verbessert ist.

Die Erfindung schafft eine Ladevorrichtung für ein tragbares Gerät, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche einen mittels einer Ansteuereinrichtung steuerbaren Schwingkreis zur induktiven Übertragung von Energie an das tragbare Gerät umfasst. Dabei ist die Ansteuereinrichtung derart ausgelegt, dass die Kurvenform der Anregung des Schwingkreises in Abhängigkeit eines Betriebs zustande der Ladevorrichtung erzeugt ist.

Die Erfindung schafft weiter ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung für ein tragbares Gerät, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Ladevorrichtung einen mittels einer Ansteuereinrichtung steuerbaren Schwingkreis zur induktiven Übertragung von Energie an das tragbare Gerät umfasst . Dabei wird durch die Ansteuereinrichtung die Kurvenform der Anregung des Schwingkreises in Abhängigkeit eines Betriebszustands erzeugt.

Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass insbesondere beim Vorsehen der Ladevorrichtung in einem Kraftfahrzeug die verwendete Kurvenform zur Anregung des Schwingkreises Störungen in weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs erzeugen kann. Solche Störungen können beispielsweise im Radio des Kraftfahrzeugs während des Ladens des tragbaren Geräts zu hören sein. Derzeit wird zur Erzeugung des induktiven Wechselfeldes eine rechteckige Anregung des Schwingkreises gewählt, da die hierfür erforderliche Ansteuereinrichtung kostengünstig ist, weil die Treiber kleinere Spannungen oder Ströme aufbringen müssen als tatsächlich an der ladevorrichtungsseitig vorgesehenen Spule des Schwingkreises tatsächlich anstehen. Darüber hinaus entstehen durch die rechteckige Anregung sehr viel weniger Verluste als bei einer idealen Sinus-Ansteuerung . Allerdings verursacht die rechteckige Anregung Störungen in anderen Komponenten, wie z.B. dem bereits erwähnten Radio. Zur Vermeidung oder Minimierung der durch die Kurvenform verursachten Störungen wird vorgeschlagen, die Kurvenform der Anregung des Schwingkreises in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Ladevorrichtung zu erzeugen.

Allgemein kann dabei der Betriebszustand der Ladevorrichtung von einem Betriebs zustand des Kraftfahrzeugs , wie z.B. Radio an/aus, Zündung an/aus, abhängen oder durch diesen bestimmt sein.

Zweckmäßigerweise sind die Kurvenformen der Anregungen eines Schwingkreises in einem ersten und einem zweiten Betriebszustand in Bezug auf die in der Ansteuereinrichtung anfallende Ver- lustleistung unterschiedlich. Hierdurch ist es möglich, für jeden Betriebszustand eine optimierte Kurvenform zum Einsatz zu bringen. Hierdurch können beim Einsatz der Ladevorrichtung in einem Kraftfahrzeug die oben beschriebenen Störungen so gering wie möglich gehalten werden, da die Wirkung der Störung mit der Kurvenform und damit direkt mit der Verlustleistung korreliert.

In dem ersten Betriebszustand ist als Kurvenform eine Rechteckschwingung (oder annähernd rechteckige Schwingung) für die Anregung des Schwingkreises vorgesehen. Hierdurch kann, wie beschrieben, die Ansteuereinrichtung kleinere Spannungen und Ströme aufbringen als tatsächlich an einer Spule des

Schwingkreises der Ladevorrichtung zur Verfügung stehen müssen. Darüber hinaus entstehen durch die rechteckige Ansteuerung lediglich geringe Verluste.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Betriebszustand ein Laden des Energiespeichers des tragbaren Geräts umfasst, bei dem der Energieinhalt des Energiespeichers erhöht wird. Dies wird als Schnellladen bezeichnet. Ebenso umfasst der erste Betriebszustand ein Laden des Energiespeichers des tragbaren Geräts, während die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Insbesondere beim letzten Betriebszustand ist es wichtig, das Laden des tragbaren Geräts mit möglichst wenigen Verlusten durchführen zu können. Da bei ausgeschalteter Zündung in der Regel andere, durch das Laden störbare Komponenten nicht in Betrieb sind, sind die durch die Ansteuerung der Einrichtung prinzipiell möglichen Störungen auch nicht weiter relevant. In einer weiteren Ausgestaltung ist in dem zweiten Betriebszustand als Kurvenform eine von der Rechteckschwingung abweichende Schwingung für die Anregung des Schwingkreises vorgesehen. Insbesondere wird hierbei eine Sinus Schwingung eingesetzt. Ebenso kann jede zwischen einer Sinusschwingung und einer Rechteckschwingung mögliche Form zum Einsatz kommen, wie z.B. eine Trapezschwingung. Der zweite Betriebszustand umfasst z.B. ein Laden des Energiespeichers des tragbaren Geräts, bei dem die aus dem Energiespeicher entnommene Energie erhalten wird. Dieser Betriebszustand wird als Erhaltungsladen bezeichnet. Da in diesem Betriebs zustand lediglich geringe Energiemengen an das tragbare Gerät übertragen werden müssen, ist es in diesem Betriebszustand ohne weiteres möglich, eine Kurvenform zu wählen, welche mit höheren Verlusten beim Betrieb der Ansteuereinrichtung verbunden ist .

Der zweite Betriebszustand umfasst weiter ein Laden mit Ladepulsen sowie ein Laden mit einer Pause zwischen zwei Ladephasen. Auch in diesen beiden Betriebszuständen wird nur wenig Energie umgesetzt, so dass eine mit Verlusten behaftete Kur- venform eingesetzt werden kann.

Der zweite Betriebszustand kann ebenfalls ein Laden des Energiespeichers des tragbaren Geräts umfassen, bei dem der Energieinhalt des Energiespeichers erhöht wird, sofern die Ladevorrichtung, insbesondere die Ansteuereinrichtung des steuerbaren Schwingkreises, noch nicht ihr Verlustleistungslimit erreicht hat. Hierdurch wird das Schnellladen des Energiespeichers des tragbaren Geräts mit einer solchen Kurvenform ermöglicht, welche zwar im Vergleich zur Rechteck- Schwingung höhere Verluste, dafür jedoch geringere Störung auf andere Komponenten aufweist. Erst dann, wenn das Verlustleistungslimit erreicht bzw. überschritten ist, wird ein Wechsel auf die Rechteckschwingung vorgenommen. Die Ansteuereinrichtung kann derart ausgelegt sein, dass ein automatisches Umschalten von dem zweiten in den ersten Betriebszustand erfolgt, wenn eine Verlustleistungsgrenze der Ansteuereinrichtung erreicht ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Ansteuereinrichtung - unabhängig von der gerade gewählten Kurvenform - aufgrund des Betriebs nicht thermisch überlastet wird und eine Beschädigung erleidet. Die Ansteuereinrichtung kann weiter derart ausgelegt sein, dass ein automatisches Umschalten von dem ersten in den zweiten Betriebs zustand erfolgt, wenn der Energiespeicher des tragbaren Geräts einen vorgegebenen Ladezustand erreicht hat. Hierzu kann das tragbare Gerät für die Ladevorrichtung den Ladezustand überwachen. Insbesondere wird überwacht, wenn der Energiespeicher voll ist, um dann eine bezüglich potentieller Störwirkung optimale Kurvenform zu wählen. Hierdurch wird die Ladevorrichtung derart betrieben, dass diese zwar mit erhöhten Verlusten, jedoch geringerem Störpotential betrieben wird.

Die Ansteuereinrichtung kann weiter derart ausgelegt sein, dass in dem zweiten Betriebs zustand eine Amplitude der Anregung gegenüber einer Amplitude der Anregung des ersten Betriebs- zustande reduziert ist. Hierdurch kann die Ladevorrichtung mit geringerer Leistung betrieben werden.

Ebenso kann die Ansteuereinrichtung alternativ oder zusätzlich derart ausgelegt sein, dass in dem zweiten Betriebszustand ein zeitlicher Abstand zur Abfrage des Vorhandenseins des tragbaren Geräts in der Nähe der Ladevorrichtung und/oder des Zustande des Energiespeichers des tragbaren Geräts im Vergleich zu dem ersten Betriebs zustand erhöht ist. Hierdurch wird die Ladevorrichtung gegenüber einer herkömmlichen Ladevorrichtung weniger häufig betrieben, wodurch potentielle Störeinflüsse minimiert werden können .

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung zur induktiven Ladung eines tragbaren Geräts. Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung, die insbesondere Bestandteil eines Kraftfahrzeugs ist, gekennzeichnet. Die Ladevorrichtung umfasst eine Ansteuereinrichtung 11 zur Steuerung eines Schwingkreises 12. Die Ansteuereinrichtung umfasst z.B. zwei Halbbrücken mit je zwei seriell miteinander verschalteten, steuerbaren (Halbleiter-) Schaltelementen. Der Aufbau einer solchen Ansteuereinrichtung ist dem Fachmann prinzipiell bekannt . Der Schwingkreis 12 umfasst in einer ebenfalls dem Fachmann bekannten Weise eine Serienschaltung aus einer Induktivität und einem Kondensator sowie optional weiteren Komponenten. Eventuell weitere vorhandene Komponenten sind nicht dargestellt. Das tragbare Gerät 20, beispielsweise ein Mobilfunktelefon, ein Audio-/Videoabspielgerät (MP3-Spieler und dergleichen), ein tragbarer Rechner usw., umfasst eine Antenne 21, eine Auswerte- und Ladeschaltung 22 und einen Energiespeicher 23. Weitere Komponenten, die für die Erfindung nicht wesentlich sind, sind nicht dargestellt. Mittels der Antenne 21 kann induktiv Energie des Schwingkreises 12 aufgenommen und über die Auswerte- und Ladeschaltung 22 zum Laden des Energiespeichers 23 genutzt werden. Der hierbei erforderliche technische Aufbau der Ladevorrichtung 10 und des zu ladenden tragbaren Geräts 20 sind aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt, so dass an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.

Zur Erzeugung des induktiven Wechselfeldes durch die Ansteuereinrichtung 11 zwecks Schnellladung des Energiespeichers 23 des tragbaren Geräts wird vorzugsweise eine rechteckige

Anregung des Schwingkreises 12 gewählt. Hierdurch kann durch die Ansteuereinrichtung - je nach Konfiguration - eine kleinere Spannung oder ein kleinerer Strom aufgebracht werden, als tatsächlich an der Spule des Schwingkreises 12 der Ladevor- richtung anliegen muss. Darüber hinaus entstehen durch die rechteckige Ansteuerung des Schwingkreises 12 geringe Verluste in der Ansteuereinrichtung im Vergleich zu einer idealen Sinusform. Da durch eine Rechteckschwingung als Kurvenform Störungen bei Komponenten, welche sich den gleichen Versorgungsstromkreis mit der Ladevorrichtung teilen und/oder in räumlicher Nähe angeordnet sind, kommen kann, soll erfindungsgemäß die Kurvenform der Anregung des Schwingkreises 12 in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Ladevorrichtung 10 erzeugt werden. Die beschriebene Problematik taucht insbesondere bei der Verwendung der Ladevorrichtung in einem Kraftfahrzeug auf, bei dem die Störungen in andere Komponenten einkoppeln können, so dass sich diese beispielsweise in einer Audioanlage des Kraftfahrzeugs bemerkbar machen.

Wie erläutert, wird zur Schnellladung des tragbaren Geräts eine rechteckige oder zumindest annähernd rechteckige Ansteuerung des Schwingkreises verwendet. Alternativ sind zum Schnellladen auch Ansteuerungen mittels Pulsweitenmodulation und anschließendem Tiefpass denkbar, um die Verlustleistungen in der Ansteuer- einrichtung möglichst gering zu halten .

Solange die Ladevorrichtung, insbesondere die Komponenten der Ansteuereinrichtung jedoch noch nicht an ihrem Verlustleistungslimit betrieben werden oder während nur in längeren Abständen kurz geladen wird, beispielsweise um eine Kommunikation zwischen der Ladevorrichtung und dem tragbaren Gerät zu erhalten, oder um zu erkennen, ob metallische Gegenstände in der Nähe der Ladevorrichtung bewegt werden, wird eine alternative Ansteuerung mit höheren Verlusten, aber geringerem Störpotential gewählt. Diese alternative Ansteuerung besteht insbesondere in der Wahl einer anderen Kurvenform, welche sich von der Rechteckschwingung unterscheidet. Vorzugsweise wird eine ideale Sinusform als Kurvenform gewählt, da hierdurch die Störungen minimal sind. Zweckmäßigerweise hat die dann durch die Ansteuereinrichtung erzeugte Sinusschwingung gaussförmige An- und Ausklingrampen. Zusätzlich oder alternativ kann die Kurvenform mit kleineren Amplituden im Vergleich zu den Amplituden der herkömmlichen Ladung gewählt sein.

Durch den Verzicht auf die rechteckige Ansteuerung können in den Betriebs zuständen, in denen ein Schnellladen nicht erforderlich ist, Störungen vermieden werden. Ebenso ist es möglich, die Ansteueremrichtung derart zu betreiben, dass das Laden des Energiespeichers zur Erhöhung des Energieinhalts auch mit einer bezüglich der Störung optimierten Kurvenform erfolgt bis die Verlustleistungsgrenze der Komponenten der Ansteuereinrichtung erreicht ist und dann ein automatisiertes Umschalten auf eine rechteckige Ansteuerung vorzunehmen, um die in den Komponenten der Ansteuereinrichtung anfallenden Verluste zu begrenzen. Auch hierdurch können die Zeiträume, in denen von der Ladevorrichtung Störungen ausgehen, reduziert werden.

Demgegenüber ist es vorteilhaft, die Ladevorrichtung mit der Rechteckschwingung zu betreiben, wenn das tragbare Gerät während einer ausgeschalteten Zündung des Fahrzeugs geladen werden soll. In diesem Betriebszustand ist es zweckmäßig, die in der Ladevorrichtung aktiven Komponenten mit minimalen Verlusten zu betreiben .

Das erfindungsgemäße Vorgehen weist den Vorteil auf, dass abhängig vom Betriebszustand der Ladevorrichtung eine geeignete Kurvenform der Anregung des Schwingkreises der Ladevorrichtung erzeugt werden kann, um die von der Ladevorrichtung ausgehenden Störungen so gering wie möglich zu halten.