Energieübertragung an ein portables Endgerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur induktiven

Energieübertragung an ein portables Endgerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion eines Fremdobjekts bei einer induktiven Energieübertragung an das portable Endgerät.

Die induktive Energieübertragung an ein portables Endgerät ist bekannt. Insbesondere ermöglicht eine solche Energieübertragung eine kabelungebundene Energieübertragung. In der Regel erzeugt bei einer solchen Energieübertragung eine sogenannte Sendespule ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches von einer Empfangsspule des portablen Endgeräts empfangen wird. Das elektromagnetische Wechselfeld induziert hierbei eine Wechselspannung in der Empfangsspule. Diese Wechselspannung kann, insbesondere nachdem sie gleichgerichtet wurde, zum Betrieb des portablen Endgeräts und/oder zum Laden eines Energiespeichers des portablen Endgeräts genutzt werden.

Problematisch ist, wenn zwischen der Sende- und Empfangsspulen ein Fremdobjekt, insbesondere ein metallisches Fremdobjekt, angeordnet ist. Das elektromagnetische Wechselfeld kann in einem solchen Fremdobjekt Wirbelströme induzieren, wodurch eine Effektivität der Energieübertragung verringert wird und auch eine Erwärmung des Fremdobjekts erfolgen kann. Eine solche Erwärmung eines Fremdobjekts und eine hierdurch bedingte Erwärmung der Umgebung können unerwünscht sein.

Bisher bekannt war die Detektion eines Fremdobjekts durch Auswertung einer

Leistungsbilanz. Vereinfacht dargestellt wird hierzu eine Eingangsleistung der Einrichtung zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfeldes bestimmt oder erfasst. Weiter wird eine Empfangsleistung der Einrichtung zum Empfang des elektromagnetischen Wechselfeldes bestimmt oder erfasst. Weiter werden Verlustleistungen bestimmt. Diese Verlustleistungen können z.B. vorab in einem Kalibriervorgang bestimmt werden.

Insbesondere können Verlustleistungen arbeitspunktabhängig sein.

Weicht die Summe aus Verlustleistung und Empfangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Eingangsleistung ab, so wird ein Fremdobjekt detektiert. Problematisch bei diesem Ansatz ist, dass die durch eine Kalibration bestimmten Verlustleistungen in der Regel stark abhängig von einer relativen Lage zwischen Sende- und Empfangsspule sind. Auch können metallische Elemente des Endgeräts die

Empfangsleistung reduzieren, wobei derartige metallische Elemente jedoch keine Fremdobjekte darstellen. Auch weitere Einflüsse, beispielsweise eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Empfangsleistung, können diese Detektion unzuverlässig machen.

In der Regel werden daher Schwellwerte, die bei der Fremdobjektdetektion für die Auswertung der Leistungsbilanz genutzt werden, derart gewählt, dass die vorhergehend angeführten Störeinflüsse nicht oder in einem nur geringen Maß zu einer Fehldetektion führen. Allerdings kann dann der Fall auftreten, dass ein tatsächlich vorhandenes Fremdobjekt nicht detektiert wird.

Es stellt sich daher das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung an ein portables Endgerät zu schaffen, welche eine Zuverlässigkeit bei der Detektion eines Fremdobjekts erhöhen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung an ein portables Endgerät, beispielsweise an ein Mobilfunkgerät, ein Tablet oder ein weiteres portables Endgerät. Die Vorrichtung kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug oder Automobil verwendet werden. Hierbei kann die Vorrichtung in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, beispielsweise in einem Vordersitz- oder in einem Rücksitzbereich. Hierbei kann die Vorrichtung beispielsweise in einer Mittelkonsole des Fahrzeugs eingebaut sein. Allerdings ist die Verwendung der Vorrichtung nicht auf die Verwendung in einem Kraftfahrzeug begrenzt. So kann die Vorrichtung auch als Stand-Alone- Vorrichtung verwendet werden, z.B. auf einem Schreibtisch. Auch die Verwendung in anderen Umgebungen, insbesondere in Fahrzeugen, z.B. auf einem Schiff, in einem Schienenfahrzeug oder in einem Flugzeug, ist möglich.

Die Vorrichtung umfasst mindestens eine erste Windungsstruktur zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds, die auch als Sendespule bezeichnet werden kann. Dieses elektromagnetische Feld dient zur induktiven Energieübertragung. Insbesondere wird dieses elektromagnetische Feld von einer Windungsstruktur des portablen Endgeräts, die auch als Empfangsspule bezeichnet werden kann, empfangen, wodurch eine

Wechselspannung in der Windungsstruktur des portablen Endgeräts induziert wird. Diese Wechselspannung kann gleichgerichtet werden, beispielsweise über einen Gleichrichter des portablen Endgeräts. Die resultierende gleichgerichtete Spannung kann dann zum Aufladen einer Energiespeichereinrichtung des Endgeräts und/oder zum Betrieb des Endgeräts genutzt werden.

Die Windungsstruktur kann hierbei verschiedene Geometrien aufweisen. Insbesondere kann die Windungsstruktur rechteckförmig, kreisförmig, oval oder eine andere

geometrische Struktur aufweisen. Die Windungsstruktur kann hierbei eine zentrale Mittelachse aufweisen, die beispielsweise eine zentrale Symmetrieachse der

Windungsstruktur sein kann.

Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann die Vorrichtung auch mehr als eine

Windungsstruktur, insbesondere zwei, drei oder mehr als drei Windungsstrukturen, also Sendespulen, umfassen. Weiter kann die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die erste Windungsstruktur umfassen. Diese Einrichtung kann insbesondere ein Wechselrichter sein. Dieser kann aus einer Eingangs- Gleichspannung eine Ausgangs-Wechselspannung zum Betrieb bzw. zur Speisung der ersten Windungsstruktur erzeugen, weil die Ausgangs-Wechselspannung gewünschte Eigenschaften, insbesondere eine gewünschte Amplitude und Frequenz, aufweist.

Die Einrichtung zur Erzeugung der Betriebsspannung kann somit elektrisch mit der ersten Windungsstruktur verbunden sein.

Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Auswerteeinrichtung. Diese kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung kann Teil einer Steuer- und Auswerteeinrichtung sein. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann insbesondere einen Betrieb der Einrichtung zur Erzeugung der Betriebsspannung steuern. Insbesondere können durch die Steuer- und Auswerteeinrichtungen Schaltzeitpunkte von Schaltelementen eines Wechselrichters eingestellt werden. Weiter kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung einen Ladebetrieb aktivieren oder deaktivieren. In einem Ladebetrieb kann das vorhergehend erläuterte elektromagnetische Wechselfeld erzeugt werden. Bei einem deaktivierten Ladebetrieb wird kein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.

Weiter weist die Vorrichtung mindestens eine Auflagefläche auf oder bildet diese aus. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein Gehäuse umfassen, wobei das Gehäuse, insbesondere eine Oberfläche des Gehäuses, die Auflagefläche aufweist oder ausbildet. Das Gehäuse kann beispielsweise eine Oberschale und eine Unterschale aufweisen. Eine Oberseite der Oberschale kann hierbei die Auflagefläche aufweisen oder ausbilden.

Die Auflagefläche dient zur Auf- oder Ablage des portablen Endgeräts.

Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine erste Einrichtung zur Erfassung einer ersten Temperatur zumindest eines ersten Teilbereichs der Auflagefläche und mindestens eine weitere Einrichtung zur Erfassung einer weiteren Temperatur zumindest eines weiteren Teilbereichs der Auflagefläche. Die Auflagefläche kann hierbei von einem Kunststoffkörper ausgebildet sein. Der erste und der weitere Teilbereich können voneinander verschiedene Teilbereiche der Auflagefläche sein. Hierbei ist es möglich, dass sich die Teilbereiche zumindest teilweise überlappen. Allerdings ist es auch möglich, dass sich die Teilbereiche nicht überlappen. Mit anderen Worten weisen die erste

Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur und die weitere Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur voneinander verschiedene Erfassungsbereiche auf.

Eine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur kann beispielsweise als

Temperatursensor ausgebildet sein. Insbesondere kann die Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur derart angeordnet sein, dass diese thermisch mit zumindest einem Teilbereich der Auflagefläche verbunden ist. Mit anderen Worten kann eine Temperatur bzw. eine Temperaturänderung des Teilbereichs durch eine entsprechende Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur erfassbar sein.

Insbesondere kann die Anzahl der Einrichtungen zur Erfassung einer Temperatur gleich der Anzahl von Windungsstrukturen sein. Hierbei kann jeder Windungsstruktur jeweils eine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zugeordnet sein. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, dass einer Windungsstruktur mehr als eine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur oder keine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zugeordnet sind. Weiter ist, insbesondere durch die Auswerteeinrichtung, zumindest in einem Ladebetrieb als erster Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf der ersten Temperatur und als weiterer Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf der mindestens einen weiteren Temperatur bestimmbar. Insbesondere können an mehreren Erfassungszeitpunkten Temperaturwerte der ersten Temperatur und der weiteren Temperatur bestimmt werden. Hierzu kann die Auswerteeinrichtung signal- und/oder datentechnisch mit den Einrichtungen zur Erfassung einer Temperatur verbunden sein. Weiter kann die Auswerteeinrichtung eine

Speichereinrichtung umfassen, wobei in der Speichereinrichtung Temperaturwerte und gegebenenfalls die Erfassungszeitpunkte dieser Temperaturwerte gespeichert werden können.

Weiter ist, insbesondere ebenfalls durch die Auswerteeinrichtung, ein Fremdobjekt detektierbar, wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht, insbesondere wenn mindestens eine

Eigenschaft des ersten Temperaturverlaufs um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer korrespondierenden Eigenschaft des weiteren Temperaturverlaufs abweicht.

Weichen die Temperaturverläufe nicht oder nicht mehr als vorbestimmtes Maß voneinander ab, so kann davon ausgegangen werden, dass kein Fremdobjekt vorhanden ist, welches bei einem Ladebetrieb zu verschiedenen Temperaturverläufen in den verschiedenen Teilbereichen der Auflagefläche, insbesondere zu einer verschieden starken Erwärmung in diesen Teilbereichen, führen würde. Erwärmt sich beispielsweise das gesamte Umfeld der Vorrichtung, beispielsweise ein Innenraum des Kraftfahrzeuges, so werden, ohne vorhandenes Fremdobjekt, beide Temperaturverläufe einen

Temperaturanstieg repräsentieren, jedoch nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Ist jedoch ein Fremdobjekt auf einem der Teilbereiche oder in der Nähe eines der Teilbereiche angeordnet, so kann die entsprechende Temperatur im Ladebetrieb stärker ansteigen als die Temperatur des verbleibenden Teilbereichs.

Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass ein Fremdobjekt nur derart groß dimensioniert ist, dass ein Fremdobjekt nur zur Temperaturveränderung eines oder mehrerer Teilbereiche, jedoch nicht aller Teilbereiche, führt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Detektion von einem Fremdobjekt, welches auf der Auflagefläche oder in räumlicher Nähe zu einem solchen Teilbereich angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist an mindestens einem Zeitpunkt als erster Gradient ein Gradient des ersten Temperaturverlaufs und als weiterer Gradient ein Gradient des weiteren Temperaturverlaufs bestimmbar. Die an dem gleichen Zeitpunkt bestimmten Gradienten der Temperaturverläufe können auch als korrespondierende Gradienten bezeichnet werden.

Mit anderen Worten ist an dem mindestens einen Zeitpunkt ein Wert eines Gradienten des ersten Temperaturverlaufs und ein Wert eines Gradienten des weiteren

Temperaturverlaufs bestimmbar. Der Gradient kann insbesondere den Wert einer zeitlichen Ableitung des Temperaturverlaufs bezeichnen.

Weiter ist ein Fremdobjekt detektierbar, wenn der erste Gradient um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Gradient abweicht, insbesondere wenn also der Betrag einer Differenz zwischen den korrespondierenden Gradienten größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.

Selbstverständlich können der erste Gradient und der weitere Gradient jeweils an mehreren, zueinander korrespondierenden Zeitpunkten bestimmt werden. Insbesondere kann somit also ein zeitlicher Verlauf des Gradienten des ersten Temperaturverlaufs und ein zeitlicher Verlauf des Gradienten des weiteren Temperaturverlaufs bestimmbar sein.

Weiter ist ein Fremdobjekt detektierbar, wenn mindestens einer, mehr als ein

vorbestimmter Anteil, z.B. mehr als 10%, 20% oder 50%, oder alle der Menge von zueinander korrespondierenden Gradienten um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Es kann also ein Fremdobjekt detektierbar sein, wenn der zeitliche Verlauf des Gradienten des ersten Temperaturverlaufs und der zeitliche Verlauf des Gradienten des weiteren Temperaturverlaufs um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen.

Das vorbestimmte Maß bzw. der vorbestimmte Schwellwert kann hierbei z. B. in Test- oder Kalibrierdurchgängen bestimmt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Implementierung der zuverlässigen Detektion von Fremdobjekten.

In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Teil einer Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur, also der ersten Temperatur oder der weiteren Temperatur, unter oder auf der Auflagefläche angeordnet. Insbesondere kann ein Messgrößen-Aufnehmer der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur unter oder auf der Auflagefläche angeordnet sein. Dies kann bedeuten, dass der Teil entlang einer Vertikalrichtung, die senkrecht zur Auflagefläche oder parallel zu einer Mittelachse der Windungsstruktur und von der Windungsstruktur zur Auflagefläche orientiert sein kann, vor der Auflagefläche oder an der gleichen Position wie die Auflagefläche angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich in

vorteilhafter Weise eine einfache bauliche Integration der Einrichtungen zur Erfassung einer Temperatur, wodurch gleichzeitig Bauraumanforderungen für die gesamte

Vorrichtung reduziert werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Teil, insbesondere der Messgrößen- Aufnehmer, einer Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur über der mindestens einen Windungsstruktur angeordnet. Z. B. kann der Teil zwischen der Auflagefläche und der Windungsstruktur angeordnet sein. Auch kann der Teil der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zwischen der Windungsstruktur zur Erzeugung des

elektromagnetischen Felds und einem auf die Auflagefläche aufgelegten portablen Endgerät angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine räumliche Nähe der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur zur Auflagefläche und somit eine zuverlässige Erfassung der Temperatur bzw. der Temperaturänderung.

In einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest ein Teil, insbesondere der

Messgrößen-Aufnehmer, der ersten Einrichtung zur Erfassung der ersten Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsebene, die senkrecht zu einer Mittelachse der ersten Windungsstruktur angeordnet ist, innerhalb der ersten Windungsstruktur angeordnet. Dies kann bedeuten, dass der Teil der Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur in der Projektionsebene in einem Bereich angeordnet ist, der von einer Einhüllenden der Windungsstruktur in der Projektionsebene umfasst oder umgeben wird.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine hohe Zuverlässigkeit für eine Detektion von Fremdobjekten gewährleistet wird, die direkt über der ersten Windungsstruktur angeordnet sind und somit dem elektromagnetischen Wechselfeld, welches von dieser ersten Windungsstruktur erzeugt wird, im größtmöglichen Maß ausgesetzt sind und sich daher relativ stark erwärmen können.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine weitere Windungsstruktur, wobei zumindest ein Teil, insbesondere der Messgrößen-Aufnehmer, der weiteren Einrichtung zur Erfassung der weiteren Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zu einer Mittelachse der weiteren Windungsstruktur angeordnet ist, innerhalb der weiteren Windungsstruktur angeordnet ist.

Somit kann zumindest ein Teil der einer Windungsstruktur zugeordneten Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zu einer Mittelachse der entsprechenden Windungsstruktur angeordnet ist, innerhalb der Windungsstruktur angeordnet sein. Hierdurch kann mit einer sehr hohen Zuverlässigkeit ein Fremdobjekt detektiert werden, welches im größtmöglichen Maß einem

elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt ist, welches von einer Windungsstruktur erzeugt wird.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens eine

Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit dem portablen Endgerät auf. Die Kommunikationseinrichtung kann zur Übertragung von Daten und/oder Signalen dienen. Beispielsweise können über die Kommunikationseinrichtung Daten empfangen werden, die von dem portablen Endgerät gesendet werden. Diese Daten können beispielsweise Informationen über eine Empfangsleistung codieren. Die Kommunikation kann eine sogenannte In-Band-Kommunikation sein, also eine Kommunikation über einen von dem Endgerät verwendeten Nutzkanal. Alternativ kann die Kommunikation eine sogenannte Out-Band-Kommunikation sein, also eine Kommunikation über einen von dem Endgerät verwendeten Nebenkanal. Auch kann die Kommunikation eine lastmodulationsbasierte Kommunikation sein. Weiter kann die Kommunikation eine drahtlose Kommunikation sein, z. B. eine Bluetooth™-basierte Kommunikation.

Die Kommunikationseinrichtung kann daten- und/oder signaltechnisch mit der

Auswerteeinrichtung verbunden sein. Durch die Kommunikationseinrichtung wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass eine noch nachfolgend näher erläuterte Leistungsbilanz ausgewertet werden kann, wobei diese zusätzlich zur Fremdobjektdetektion genutzt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform sind eine Sendeleistung, eine Empfangsleistung und eine Verlustleistung bestimmbar, insbesondere im Ladebetrieb. Eine Sendeleistung kann insbesondere durch eine Einrichtung zur Erfassung oder Bestimmung einer Sendeleistung bestimmbar sein. Die Sendeleistung kann hierbei eine Eingangsleistung der

vorhergehend erläuterten Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die Windungsstruktur zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds sein. Auch kann die Sendeleistung gleich einer Ausgangsleistung dieser Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung sein. Das portable Endgerät kann eine Einrichtung zur Erfassung oder Bestimmung einer Empfangsleistung umfassen. Die Empfangsleistung kann hierbei eine Ein- oder Ausgangsleistung eines Gleichrichters sein, wobei durch den Gleichrichter die induzierte Wechselspannung in der Windungsstruktur zum Empfang des

elektromagnetischen Wechselfelds gleichgerichtet wird.

Eine Verlustleistung kann insbesondere Verluste bei der induktiven Energieübertragung, insbesondere in oder durch weitere elektrische oder elektronische Bauelemente umfassen. Eine Verlustleistung kann hierbei in Test- oder Kalibrierdurchgängen bestimmt und dann für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Eine Verlustleistung kann insbesondere arbeitspunktabhängig bestimmt und mit einer Zuordnung zum Arbeitspunkt gespeichert werden. In diesem Fall kann ein Arbeitspunkt, beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung, bestimmbar sein, wobei in Abhängigkeit des Arbeitspunkts dann eine Verlustleistung bestimmbar ist. Ein Arbeitspunkt kann beispielsweise durch einen oder mehrere der folgenden Parameter gegeben sein: Stromstärke in der/den

Sendespule(n), Sendeleistung, Empfangsleistung, Eingangsspannung der Einrichtung zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die erste Windungsstruktur.

Weiter ist ein Fremdobjekt, insbesondere zusätzlich, in Abhängigkeit einer Auswertung einer Leistungsbilanz detektierbar. Insbesondere kann ein Fremdobjekt nur dann detektierbar sein, wenn zusätzlich zu der Abweichung zwischen den Temperaturverläufen die Summe aus Verlustleistung und Empfangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Sendeleistung abweicht. Das vorbestimmte Maß kann hierbei

arbeitspunktabhängig sein. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass ein Fremdobjekt nur dann detektiert wird, falls das Fremdobjekt in Abhängigkeit der Auswertung der Leistungsbilanz detektiert wird und wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht.

Hierbei kann die Bestimmung der Abweichung zwischen dem ersten Temperaturverlauf und dem weiteren Temperaturverlauf, insbesondere die Bestimmung der Abweichung zwischen den vorhergehend erläuterten Gradienten, zeitlich vor, vorzugsweise jedoch zeitlich nach der Auswertung der Leistungsbilanz durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Bestimmung der Abweichung zwischen dem ersten

Temperaturverlauf und dem weiteren Temperaturverlauf erst dann durchgeführt wird, wenn in Abhängigkeit der Auswertung der Leistungsbilanz ein Fremdobjekt potentiell detektiert wurde, insbesondere also wenn die Summe aus Verlustleistung und

Empfangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Sendeleistung abweicht.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Redundanz bei der Fremdobjektdetektion und somit eine erhöhte Zuverlässigkeit der Fremdobjektdetektion.

Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Detektion eines Fremdobjekts bei einer induktiven Energieübertragung an ein portables Endgerät. Das Verfahren kann hierbei insbesondere mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung erläuterten Ausführungsformen durchgeführt werden. Hierbei wird als erster Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf einer ersten Temperatur zumindest eines ersten Teilbereichs der Auflagefläche und als weiterer Temperaturverlauf ein zeitlicher Verlauf einer weiteren Temperatur zumindest eines weiteren Teilbereichs der Auflagefläche bestimmt. Weiter wird ein Fremdobjekt detektiert, wenn der erste Temperaturverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Temperaturverlauf abweicht. Dies und

entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert.

In einer weiteren Ausführungsform wird an mindestens einem Zeitpunkt als erster Gradient ein Gradient des ersten Temperaturverlaufs und als weiterer Gradient ein Gradient des weiteren Temperaturverlaufs bestimmt wird, wobei das Fremdobjekt (16) detektiert wird, wenn der erste Gradient um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem weiteren Gradient abweicht. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend bereits erläutert. Auch kann als erster Gradientenverlauf ein zeitlicher Verlauf des ersten Gradienten und als weiterer Gradientenverlauf ein zeitlicher Verlauf der weiteren

Gradienten bestimmt werden, wobei ein Fremdobjekt detektiert wird, wenn der erste Gradientenverlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß vom weiteren Gradientenverlauf abweicht.

In einer weiteren Ausführungsform werden eine Sendeleistung, eine Empfangsleistung und eine Verlustleistung bestimmt. Weiter wird das Fremdobjekt in Abhängigkeit einer Auswertung einer Leistungsbilanz detektiert. Dies und entsprechende Vorteile wurden vorhergehend erläutert.

Insbesondere kann hierbei eine Sendeleistung erfasst oder bestimmt werden. Weiter kann eine Verlustleistung erfasst oder bestimmt werden. Auch kann eine Empfangsleistung erfasst oder bestimmt werden, wobei Informationen über die Empfangsleistung von dem portablen Endgerät an die Vorrichtung übertragen werden können, insbesondere über die erläuterte Kommunikationseinrichtung.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 3 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig 4 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen. Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur induktiven

Energieübertragung an ein portables Endgerät 2. Das portable Endgerät kann

beispielsweise ein Mobilfunktelefon sein. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Insbesondere kann die Vorrichtung in einer

Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.

Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 3, welches eine Oberschale 4 und eine

Unterschale 5 aufweist. Eine Oberseite der Oberschale 4 bildet eine Auflagefläche 15 für das portable Endgerät 2 aus.

Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine erste Leiterplatte 6. Auf oder in dieser Leiterplatte 6 sind eine Antennenstruktur 7 und Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c angeordnet. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine zweite Leiterplatte 9. Auf oder in dieser zweiten

Leiterplatte 9 sind eine erste Windungsstruktur W1 , eine zweite Windungsstruktur W2 und eine dritte Windungsstruktur W3 angeordnet. Diese Windungsstrukturen W1 , W2, W3 dienen zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes. Dieses

elektromagnetische Wechselfeld kann wiederum von einer Windungsstruktur WR des portablen Endgeräts 2 empfangen werden, wodurch eine Wechselspannung in dieser Windungsstruktur WR indiziert wird.

Weiter umfasst die Vorrichtung 1 ein erstes Abschirmblech 10 und ein weiteres

Abschirmblech 1 1. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine weitere Leiterplatte 12, wobei in oder auf der weiteren Leiterplatte 12 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 angeordnet oder ausgebildet ist. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Kühlkörper 14.

Dargestellt ist eine Vertikalrichtung z. Diese ist senkrecht zur Auflagefläche 5 orientiert. Ebenfalls ist die Vertikalrichtung z parallel zu nicht dargestellten zentralen Mittelachsen der Windungsstrukturen W1 , W2, W3 orientiert. Die Vertikalrichtung z ist von der

Unterschale 5 zur Oberschale 4 orientiert. Somit ist die Vertikalrichtung z auch von den Windungsstrukturen W1 , W2, W3 hin zur Auflagefläche 15 orientiert. Entlang der

Vertikalrichtung z sind die Unterschale 5, der Kühlkörper 14, ein Schirmblech 1 1 , die weitere Leiterplatte 12, das Schirmblech 10, die Leiterplatte 9, die Leiterplatte 6 und die Oberschale 4 übereinander, also aufeinander folgend, angeordnet. Nicht in Fig. 1 dargestellt sind daten- und signaltechnische Verbindungen sowie

Verbindungen zur Energieübertragung zwischen den einzelnen Elementen der

Vorrichtung 1 , beispielsweise zwischen der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 und den Temperatursensoren 8.

Mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 kann ein Betrieb der Windungsstrukturen W1 , W2, W3 gesteuert werden. Insbesondere kann mittels der Steuer- und

Auswerteeinrichtung ein Ladebetrieb aktiviert werden, wobei im Ladebetrieb eine

Wechselspannung mit gewünschten Eigenschaften (Amplitude, Frequenz) an mindestens eine, jedoch auch mehrere, Windungsstrukturen W1 , W2, W3 angelegt werden kann. In Abhängigkeit dieser angelegten Betriebsspannung erzeugt die eine Windungsstruktur W1 , W2, W3 oder erzeugen die mehreren Windungsstrukturen W1 , W2, W3 das

elektromagnetische Wechselfeld.

In Fig. 1 ist dargestellt, dass die Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c entlang der

Vertikalrichtung z vor der Auflagefläche 15 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c unter der Auflagefläche 15 angeordnet. Weiter sind die Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c entlang der Vertikalrichtung z hinter den

Windungsstrukturen W1 , W2, W3, mit anderen Worten also oberhalb diesen

Windungsstrukturen W1 , W2, W3 angeordnet. Die Oberschale 4 sowie die Leiterplatte 6 können aus thermisch leitfähigem Material bestehen, insbesondere aus Kunststoff. Somit sind die Temperatursensoren 8a, 8b, 8c thermisch mit der Auflagefläche 15 verbunden.

Schematisch dargestellt (durch gestrichelte Linien) sind Erfassungsbereiche der einzelnen Temperatursensoren 8a, 8b, 8c.

Somit ist ersichtlich, dass ein erster Temperatursensor 8a eine Temperatur eines ersten Teilbereichs der Auflagefläche 15 erfassen kann. Ein zweiter Temperatursensor 8b kann eine Temperatur eines zweiten Teilbereichs der Auflagefläche 15 erfassen. Entsprechend kann ein dritter Temperatursensor 8c eine Temperatur eines dritten Teilbereichs der Auflagefläche 15 erfassen.

Die Teilbereiche können sich hierbei zumindest teilweise überschneiden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Teilbereiche sich nicht überschneiden. Allerdings ist es

wünschenswert, dass die Teilbereiche eine sogenannte Ladefläche oder aktive Fläche der Auflagefläche 15 möglichst vollständig abdecken. Die Ladefläche der Auflagefläche 15 kann eine Teilfläche bezeichnen, für die eine induktive Energieübertragung mit gewünschten Eigenschaften möglich ist, wenn ein portables Endgerät auf dieser

Ladefläche aufgelegt ist. Es ist möglich, dass die gesamte Auflagefläche 15 die

Ladefläche bildet.

Weiter dargestellt ist ein Fremdobjekt 16, insbesondere ein metallisches Fremdobjekt 16, welches ebenfalls auf der Auflagefläche 15 angeordnet ist.

Mittels der Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c ist, insbesondere in einem Ladebetrieb, eine Temperatur der entsprechenden Teilbereiche der Auflagefläche 15 erfassbar. Weiter ist, beispielsweise mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13, ein zeitlicher Verlauf von Temperaturwerten bestimmbar, die von den einzelnen Temperatursensoren 8a, 8b, 8c während des Ladebetriebs erzeugt werden. Weiter kann ein Gradientenverlauf für diese einzelnen Temperaturverläufe bestimmt werden.

In dem in Fig. 1 dargestellten Szenario kann davon ausgegangen werden, dass die Gradientenverläufe, die aus den Temperaturverläufen der Temperaturwerte des ersten und des zweiten Temperatursensors 8a, 8b bestimmt werden, gleich sind oder nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander abweichen. Dem elektromagnetischen

Wechselfeld, welches beispielsweise von der dritten Windungsstruktur W3 zur induktiven Energieübertragung an das portable Endgerät 2 erzeugt wird, wird auch das Fremdobjekt 16 ausgesetzt sein. Insbesondere wird sich dieses Fremdobjekt 16 aufgrund des elektromagnetischen Wechselfeldes erwärmen. Daher wird der Gradientenverlauf, der aus dem zeitlichen Verlauf der Temperaturwerte des dritten Temperatursensors 8c bestimmt wird, um mehr als ein vorbestimmtes Maß von den weiteren

Gradientenverläufen abweichen.

Es ist hierbei vorteilhaft, Gradientenverläufe auszuwerten, da neben der Erwärmung durch das Fremdobjekt 16 auch Temperaturänderungen in der Umgebung der Vorrichtung 1 erfolgen können, die nicht durch unerwünschte Fremdobjekte bedingt sind,

beispielsweise eine Erwärmung der Innentemperatur eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs, z. B. durch eine Heizung. Detektiert die Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 eine Abweichung mindestens eines Werts des ersten Gradientenverlauf von mindestens einem Wert des weiteren

Gradientenverlaufs um mehr als ein vorbestimmtes Maß, so kann ein Fremdobjekt detektiert werden. Wird ein Fremdobjekt detektiert, so kann ein aktivierter Ladebetrieb deaktiviert werden oder für eine vorbestimmte Zeitdauer unterbrochen werden. Die Werte der Gradientenverläufe können für oder an einen gemeinsamen Zeitpunkt bestimmt werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 , wobei die Oberschale 4, die Antennenstruktur 7, die magnetischen Schirmbleche 10, 1 1 , die Leiterplatte 12, der Kühlkörper 14 und die Unterschale 3 nicht dargestellt sind.

Ersichtlich sind die drei Windungsstrukturen W1 , W2, W3, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmig ausgebildet sind. Weiter dargestellt sind die

Temperatursensoren 8, 8a, 8b, 8c.

Ersichtlich ist, dass in einer gemeinsamen Projektionsfläche, die senkrecht zur in Fig. 1 dargestellten Vertikalrichtung z orientiert sein kann, der erste Temperatursensor 8a von der ersten Windungsstruktur W1 umfasst wird. Insbesondere ist der erste

Temperatursensor 8a in einer Fläche angeordnet, die in der gemeinsamen

Projektionsfläche von der ersten Windungsstruktur W1 umfasst wird. Entsprechend wird der zweite Temperatursensor 8b von der zweiten Windungsstruktur W2 in der

gemeinsamen Projektionsfläche umfasst. Weiter wird auch der dritte Temperatursensor 8c von der dritten Windungsstruktur W3 umfasst. Hierbei wird jedoch nur ein

Temperatursensor von jeweils einer Windungsstruktur W1 , W2, W3 umfasst.

Dargestellt sind durch Strichlinien wiederum die Teilbereiche der Auflagefläche, deren Temperatur von dem entsprechenden Temperatursensor 8, 8a, 8b, 8c erfasst werden kann.

Insbesondere sind die Temperatursensoren zentral oder mittig über einer entsprechenden Windungsstruktur W1 , W2, W3 angeordnet. Dies kann bedeuten, dass die zentrale Mittelachse der Windungsstruktur W1 , W2, W3 den der jeweiligen Windungsstruktur Wl, W2, W3 zugeordneten Temperatursensor 8a, 8b, 8c schneidet.

Weiter ist dargestellt, dass sich die Windungsstrukturen zumindest teilweise in der gemeinsamen Projektionsebene überlappen. Fig. 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

In einem ersten Schritt S1 wird ein Ladebetrieb aktiviert, beispielsweise durch die in Fig. 1 dargestellte Steuer- und Auswerteeinrichtung 13. Hierbei kann der Ladebetrieb derart aktiviert werden, dass eine, mehrere oder alle Windungsstrukturen W1 , W2, W3 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen. Vorzugsweise wird jedoch nur mittels einer einzigen Windungsstruktur W1 , W2, W3 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Insbesondere wird mittels der Windungsstruktur W1 , W2, W3 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, durch welches die effektivste und verlustfreieste

Energieübertragung zum portablen Endgerät 2 möglich ist. Eine Identifizierung der entsprechenden Windungsstruktur W1 , W2, W3 kann hierbei vor dem ersten Schritt S1 erfolgen und ist nicht Teil dieser Erfindung.

In einem zweiten Schritt S2 werden während des Ladebetriebs Temperaturwerte der einzelnen Temperatursensoren 8a, 8b, 8c erfasst. Somit werden zeitliche Verläufe dieser Temperaturwerte erfasst. Weiter wird ein Gradientenverlauf dieses zeitlichen Verlaufs bestimmt, beispielsweise mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13. In einem dritten Schritt S3 wird bestimmt, ob mindestens einer dieser Gradientenverläufe um mehr als ein vorbestimmtes Maß, welches beispielsweise durch Tests oder Kalibrierdurchgänge bestimmt werden kann, von mindestens einem weiteren Gradientenverlauf abweicht.

Wird eine solche Abweichung detektiert, so wird ein Fremdobjekt 16 (siehe Fig. 1 ) detektiert. In diesem Fall kann ein Ladebetrieb deaktiviert oder unterbrochen werden.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei entspricht der erste Schritt S1 dem in Fig. 3 dargestellten ersten Schritt S1 . In einem zweiten Schritt S2 wird eine

Leistungsbilanz bestimmt und ausgewertet. Hierbei kann, insbesondere mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung 13, eine Eingangsleistung bestimmt werden, wobei die Eingangsleistung im Ladebetrieb eine Eingangsleistung eines nicht dargestellten

Wechselrichters ist, der die Betriebsspannung für eine oder mehrere der

Windungsstrukturen W1 , W2, W3 erzeugt. Weiter kann mittels der Steuer- und

Auswerteeinrichtung 13 eine Verlustleistung bestimmt werden. Die Verlustleistung kann hierbei arbeitspunktabhängig sein, insbesondere also abhängig vom Strom in den Sendespulen und der Empfangsleistung. Verlustleistungen für Arbeitspunkte können z.B. in einem Kalibrierdurchgang oder in Testverfahren bestimmt und gespeichert werden.

Weiter kann eine Ausgangsleistung bestimmt werden. Dieses kann beispielsweise eine Leistung sein, die von einem Gleichrichter des portablen Endgeräts 2 bereitgestellt wird, wobei der Gleichrichter (nicht dargestellt) die in der Windungsstruktur WR des portablen Endgeräts 2 induzierte Spannung gleichrichtet. Die Ausgangsleistung kann z. B. vom Endgerät 2 über eine nicht dargestellte Kommunikationseinrichtung an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 13 übertragen werden. Weicht die Eingangsleistung um mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Summe aus Verlustleistung und Ausgangsleistung ab, so kann im zweiten Verfahrensschritt S2 ein potentielles Fremdobjekt 16 detektiert werden. Wird kein potentielles Fremdobjekt detektiert, so kann die Leistungsbilanz insbesondere nach einer vorbestimmten Zeitdauer erneut, also periodisch, ausgewertet werden.

Alternativ kann die Leistungsbilanz kontinuierlich ausgewertet werden. Weiter, insbesondere simultan, können im zweiten Verfahrensschritt S2 zeitliche Verläufe der Temperatursensoren 8a, 8b, 8c erfasst werden sowie die entsprechenden

Gradientenverläufe bestimmt werden.

Nur wenn aufgrund der Auswertung der Leistungsbilanz im zweiten Verfahrensschritt S2 ein potentiell vorhandenes Fremdobjekt 16 detektiert wird, so kann ein dritter Schritt S3 durchgeführt werden, der dem in Fig. 3 dargestellten dritten Schritt S3 entspricht. Im zweiten Schritt S2 wird hierbei die vorhergehend erläuterte Erfassung und Auswertung des Gradientenverlaufs durchgeführt.