Induktive Ladevorrichtung für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren für die Ladevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine induktive Ladevorrichtung für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Die Ladevorrichtung weist eine Bodeneinheit auf, in welcher die Primärspule zum Erzeugen des magnetischen Feldes für einen induktiven Lade- betrieb bereitgestellt sein kann. Die Bodeneinheit kann bei ^¬ spielsweise in einem Garagenboden oder in einer Straße eingelassen sein. Zu der Erfindung gehört auch ein Betriebsverfahren für die induktive Ladevorrichtung. Eine induktive Ladevorrichtung ermöglicht ein kabelloses

Aufladen einer elektrischen Traktionsbatterie eines elektrisch antreibt waren Kraftfahrzeugs. Die Energieübertragung erfolgt induktiv, wofür eine stationäre Bodeneinheit am Boden mit einer mobilen Einheit am Kraftfahrzeug zusammenwirkt. Da zwischen den beiden Einheiten sehr hohe Leistungen übertragen werden können, muss eine Steuereinheit ein sicheres Abschalten im Falle des Eindringens von zum Beispiel Lebewesen oder elektrisch leitfähigen Gegenständen gewährleisten. Dies ist umso wichtiger für den Fall, dass der Ladebetrieb automatisiert durchgeführt werden soll.

Eine induktive Ladevorrichtung ist aus der DE 11 2012 006 354 T5 bekannt . Aus der DE 10 2009 012 317 AI ist ein kapazitiver Sensor bekannt, der Lagen aus Schutzpaneelen und leitenden Paneelen umfasst, die abwechselnd derart angeordnet sind, dass durch belasten der Anordnung mit einer Gewichtskraft die Schutzpaneelen zusammengedrückt werden und sich hierdurch ein Abstand der leitenden Paneelen verringert, was zu einer Veränderung der elektrischen Kapazität der Anordnung führt . Diese wird von einer Steuereinheit erkannt und zum Bestimmen eines Werts der Gewichtskraft genutzt. Aus der DE 601 12 595 T2 ist ein Gewichtssensor bekannt, der in einem Sitzrahmen eines Fahrzeugsitzes angeordnet ist. Mittels des Gewichtssensors kann eine auf die Sitzfläche des Fahrzeug ^¬ sitzes einwirkende Gewichtskraft erfasst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen induktiven Ladebetrieb den Luftspalt oder Zwischenbereich zwischen einer Bodeneinheit einer induktiven Ladevorrichtung und einer fahr- zeugseitigen Empfangseinheit darauf hin zu überwachen, ob sich darin ein Objekt befindet und deshalb der Ladebetrieb gesperrt werden muss.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patent ^¬ ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Be ^¬ schreibung sowie die Figuren beschrieben.

Durch die Erfindung ist eine induktive Ladevorrichtung für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die in- duktive Ladevorrichtung stellt die Primärseite für einen in ^¬ duktiven Ladevorgang oder einen induktiven Ladebetrieb bereit. Mit anderen Worten weist die Ladevorrichtung eine Bodeneinheit zum Anordnen in einem Boden auf . Die Bodeneinheit ist zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes für den induktiven Ladebetrieb ausgestaltet. Mit anderen Worten kann die Bodeneinheit die sogenannte elektrische Primärspule für das induktive Übertragen von Energie aufweisen. Die Bodeneinheit kann beispielsweise in einem Garagenboden oder in einem Boden eines Parkplatzes integriert oder eingelassen sein.

Um nun für den Ladebetrieb sicherzustellen, dass sich bei einem automatisierten Starten des Ladebetriebs und/oder während des Ladebetriebs kein Objekt zwischen der Bodeneinheit und dem Kraft ^¬ fahrzeug befindet, sind folgende Merkmale bereitgestellt. Ent- lang eines Randes der Bodeneinheit sind Abstandssensoren an ^¬ geordnet, die dazu eingerichtet sind, einen Abstand zu zumindest einem über dem Boden angeordneten Objekt zu erfassen. Jeder Abstandssensor kann also ein Sensorsignal erzeugen, welches abhängig ist von einem Abstand des Objekts zu dem jeweiligen Abstandssensor. Die Abstandssensoren können entlang des Randes noch innerhalb der Bodeneinheit angeordnet sein oder die Bo ^¬ deneinheit außen umgeben oder umkränzen. Des Weiteren ist eine Gewichtssensoranordnung vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, eine auf die Bodeneinheit wirkende Kraft zu erfassen, nämlich die Gewichtskraft eines auf der Bodeneinheit stehenden oder über die Bodeneinheit bewegten Objekts. Bei der induktiven Ladevorrichtung kann also sowohl eine Abstandsmessung eines Objekts entlang des Randes der Bodeneinheit als auch eine Gewichtsmessung oder eine Erfassung der auf die Bodeneinheit wirkenden Ge ^¬ wichtskraft durchgeführt werden. Eine Steuereinheit der La ^¬ devorrichtung ist dazu eingerichtet, den Ladebetrieb der La ^¬ devorrichtung, also das Erzeugen des magnetischen Wechselfeld, in Abhängigkeit von einem jeweiligen durch die Abstandssensoren signalisierten Abstand und in Abhängigkeit von einem Gewichts ^¬ signal der Gewichtssensoranordnung freizuschalten. Mit anderen Worten empfängt die Steuereinheit aus den Abstandssensoren einen jeweiligen Abstand oder ein Abstandssignal, welches den Abstand beschreibt, und aus der Gewichtssensoranordnung ein Gewichtssignal, welches die Gewichtskraft, die auf die Bodeneinheit wirkt, charakterisiert. Die Steuereinheit schaltet den Lade ^¬ betrieb nur frei, falls die Abstände und die Gewichtskraft eine jeweils vorbestimmte Freischaltbedingung erfüllen.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Kom ^¬ bination aus Abstandsmessung und Gewichtsmessung eine Überwachung des Zwischenraums zwischen der Bodeneinheit am Boden und der Empfangseinheit am Kraftfahrzeug ermöglicht. Hierdurch kann die Präsenz von solchen Objekten, beispielsweise Tieren, auch dann noch erkannt werden, wenn sie durch eine der beiden Sen- soriken (Abstandssensoren und Gewichtssensoranordnung) allein nicht mehr erkannt werden können. Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Abstandssensoren jeweils einen Ultraschallsensor und/oder einen Radarsensor und/oder eine Kombination aus einer Lichtquelle und einem Photosensor/Licht ^¬ sensor aufweisen. Ein Ultraschallsensor hat einen Aufnahme- bereich in einem Winkelintervall von 45° bis 20° gemessen an einer Mittelachse. Ein Ultraschallsensors hat daher den Vorteil, dass er ein Umfeld verhältnismäßig bereit abtastet . Hierdurch kann der Rand der Bodeneinheit lückenlos oder nahezu lückenlos abgetastet werden. Somit können auch schmale Gegenstände, wie beispiels- weise eine Hand, mit Sicherheit detektiert werden. Als Radar ^¬ sensor kann ein so genannter Nahbereichsradarsensor (SSR - Short Range Radar) gewählt werden. Hiermit kann mittels eines Radar ^¬ sensors die verhältnismäßig geringe Entfernung zwischen Boden ^¬ einheit und Fahrzeugunterboden abgetastet oder überwacht werden. Ein Nahbereichsradar hat auch einen verhältnismäßig breiten ab Strahlwinkel. Dieser kann in einem Bereich von 50° bis 70° in einer Achsenrichtung und in einem Bereich von 5° bis 20° in der Achsenrichtung senkrecht dazu liegen. Mittels der besagten Kombination aus Lichtquelle und Photosensor kann entlang des Randes der Bodeneinheit ein Lichtschrankengitter erzeugt werden, wobei dann der Lichtschrankentyp des sogenannten Reflex-Licht ^¬ tasters realisiert ist. Hiermit kann ein Schaltvorgang ausgelöst werden, falls das Lichtschrankengitter von einem Objekt gekreuzt wird .

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Gewichtssensoranordnung zumindest eine kapazitive Sensoranordnung und/oder zumindest einen Drucksensor und/oder zumindest einen Kraftsensor aufweist. Die kapazitive Sensoranordnung kann in der beschriebenen Weise aus einer Schichtanordnung gebildet sein, die zwei Schichten mit jeweils zumindest einem elektrisch leifähigen Element und eine elastische Zwischenschicht aufweist. Durch Beaufschlagen der Schichtanordnung senkrecht zu ihrer Schichtebene mit einer Kraft wird die elastische Zwischenschicht komprimiert und hierdurch der Abstand zwischen den elektrisch leitfähigen Elementen der beiden umgebenden Schichten, was zu einer Kapazitätsänderung in Abhängigkeit vom Betrag der Kraft führt. Mittels eines Druck ^¬ sensors und und/oder eines Kraftsensors ist es möglich, die gesamte Fläche der Bodeneinheit auf eine einwirkende Gewichts ^¬ kraft hin zu überwachen und hierbei aber eine Gewichtssenso ^¬ ranordnung bereitzustellen, deren Fläche oder Sensorfläche kleiner als die Fläche der Bodeneinheit selbst ist. Ein solcher Drucksensor und/oder eine ein Kraftsensor kann auf der Grundlage einer elektrischen Schaltung mit Dehnungsmessstreifen gebildet sein .

Um eine Gewichtssensoranordnung verwenden zu können, deren Sensorfläche oder sensitive Fläche kleiner als die Gesamtfläche der Bodeneinheit ist, dass die Bodeneinheit ein Scharnier und/oder ein Schienensystem aufweist, des jeweils dazu eingerichtet ist, die Bodeneinheit beweglich bezüglich eines an die Bodeneinheit angrenzenden Bodenbereichs zu lagern. Hierdurch kann also die Bodeneinheit an einer beliebigen Berührstelle mit einer Gewichtskraft beaufschlagt werden, wobei dies zu einer Bewegung der gesamten Bodeneinheit führt. Hierdurch kann die Gewichtskraft von der Berührstelle über die Bodeneinheit auf die Gewichtssensoranordnung umgeleitet werden.

Bevorzugt ist zumindest ein Abstandshalter bereitgestellt, der dazu eingerichtet ist, für den Fall, dass die auf die Bodeneinheit wirkende Gewichtskraft größer als ein vorbestimmter Maximalwert ist, einen vorbestimmten Anteil der Gewichtskraft anstelle der Gewichtssensoranordnung aufzunehmen. Mit anderen Worten liegt die Bodeneinheit auf dem Abstandshalter auf, falls die Gewichts ^¬ kraft den Maximalwert überschreitet oder größer als der Ma ^¬ ximalwert ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Gewichtssensoranordnung gegen eine Beschädigung geschützt ist, wie sie durch eine Gewichtskraft größer als der Maximalwert verursacht werden kann. Der zumindest eine Abstandshalter kann zumindest einen Anschlagsbolzen und/oder zumindest eine Feder und/oder zumindest ein Auflageelement , zum Beispiel einen Würfel oder Klotz, umfassen oder vorsehen. Ein Anschlagsbolzen und ein Auflageelement weisen jeweils den Vorteil auf, dass jeweils eine weitere Bewegung der Bodeneinheit bei zunehmender Gewichtskraft blockiert oder verhindert ist. Eine Feder weist dagegen den Vorteil auf, dass eine weitere Auslenkung der Bodeneinheit mit zunehmender Gewichtskraft auch nach Überschreiten der Maximalkraft möglich ist und hierdurch mit der Gewichtssensoranordnung weiterhin die Gewichtskraft quantifiziert werden kann, also deren Wert bestimmt werden kann, solang die Feder nicht vollständig komprimiert ist.

Um mittels der Ladevorrichtung einen Ladebetrieb freizuschalten oder zu steuern, ist durch die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der induktiven Ladevorrichtung bereitgestellt.

Durch die Steuereinheit der Ladevorrichtung wird hierbei von einem Freizustand ausgegangen, in welchem angenommen wird, dass die Bodeneinheit frei von jeglichem Objekt ist. Ein solcher Freizustand kann mittels eines Obj ektmerkers verwaltet werden. Dann wird erkannt, dass entlang des Rands der Bodeneinheit alle Abstandssensoren einen Abstand kleiner als ein vorbestimmter Abstandsschwellenwert signalisieren. Dies bedeutet, dass sich über der Bodeneinheit ein Objekt befindet, dass mindestens so groß ist wie die Bodeneinheit selbst, da es in den Erfassungs- bereich aller Abstandssensoren entlang des Randes ragt. Wird bei allen Abstandssensoren der Abstand kleiner ab als der Abstandsschwellenwert erkannt, so wird in diesem Fall verifiziert oder erkannt, dass die Gewichtssensoranordnung seit dem Freizustand dennoch einen Gewichtswert kleiner als ein vorbestimmter Ge- wichtsschwellenwert signalisiert. In anderen Worten wird ve ^¬ rifiziert, dass sich das Objekt zwar über der Bodeneinheit befindet, aber nicht auf der Bodeneinheit aufliegt. Dies ist die typische Situation, die sich ergibt, wenn ein Fahrzeugunterboden für einen Ladebetrieb über der Bodeneinheit angeordnet oder geparkt ist, aber kein Rad des Kraftfahrzeugs mehr auf der

Bodeneinheit steht. Es ist also davon auszugehen, dass sich ein Kraftfahrzeug für den Ladebetrieb über der Bodeneinheit po ^¬ sitioniert hat oder positioniert worden ist. In diesem Fall wird durch die Steuereinheit eine vorbestimmte Positionierungs- routine ausgelöst, um eine Empfangseinheit des Kraftfahrzeugs, also die Sekundärspule zum induktiven Ladebetrieb, in eine vorbestimmte, bezüglich der Bodeneinheit definierte Ladepo ^¬ sition zu positionieren. Eine solche Positionierungsroutine ist aus dem Stand der Technik bekannt und selbst nicht Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie kann z.B. darin bestehen, einem Fahrer des Kraftfahrzeugs Anweisungen für Fahrmanöver zum Positionieren der fahrzeugseitigen Empfangseinheit bezüglich der Bodeneinheit zu geben. Es kann sich auch um Steuersignale für einen Autopiloten des Kraftfahrzeugs handeln. Die Positio ^¬ nierungsroutine kann damit enden, dass signalisiert wird, dass die Ladeposition von dem Kraftfahrzeug erfolgreich eingenommen wurde. Bei eingenommener Ladeposition werden die dann von den Abstandssensoren jeweils signalisierten Abstände als jeweilige Referenzabstände festgelegt. Mit anderen Worten befindet sich nun das Kraftfahrzeug über der Bodeneinheit und ist bereit für den induktiven Ladebetrieb. Die Abstandssensoren messen nun dauerhaft einen Abstand kleiner als unendlich, da sich ja der Fahrzeugunterboden über der Bodeneinheit befindet. Die sich hierdurch ergebenden Referenzabstände (jeweiliger Abstand zwischen Abstandssensor und Fahrzeugunterboden) können verwendet werden, um während des Ladebetriebs einen Eindringen eines Objekts in den Luftspalt oder Zwischenraum zwischen Bodeneinheit und Kraftfahrzeug zu detektieren. Es wird nämlich ein Frei ^¬ gabesignal zum Freigeben des Ladebetriebs erzeugt, aber nur solange jeder der Abstandssensoren einen Abstand signalisiert, der zumindest dem jeweiligen Referenzabstand entspricht. Ver ^¬ sucht also eine Person in den besagten Zwischenraum zugreifen oder läuft ein Tier in den Zwischenraum hinein, so wird dabei der Erfassungsbereich eines der Abstandssensoren durchkreuzt, wodurch dieser einen Abstand kleiner als der Referenzabstand signa ^¬ lisiert. Somit kann also auch während des Ladebetriebs ein Ein ^¬ dringen eines Objekts in den Zwischenraum erkannt werden. Dann wird das Freigabesignal unterbrochen oder beendet, d.h. der Ladebetrieb blockiert oder abgebrochen.

Die hier beschriebene Fallunterscheidung ist mehrstufig: Zu ^¬ nächst signalisieren alle Abstandssensoren einen Abstand kleiner als der Abstandsschwellenwert (Fahrzeug parkt über der Boden ^¬ einheit) , es wird ein Gewichtswert kleiner als der vorbestimmte Gewichtsschwellenwert signalisiert (kein Reifen steht auf der Bodeneinheit) , die Abstände bleiben im Ladebetrieb mindestens so groß wie die Referenzabstände. In jedem anderen Fall wird der Ladebetrieb gesperrt, also das Freigabesignal erst gar nicht erst erzeugt oder es wird abgebrochen oder unterbrochen. Das Verfahren geht in der beschriebenen Weise davon aus, dass anfangs, bevor das Kraftfahrzeug über der Bodeneinheit posi ^¬ tioniert wird, bereits der besagte Freizustand erkannt wurde. Um den Freizustand zu erkennen, während sich noch kein Kraftfahrzeug über der Bodeneinheit befindet, wird gemäß einer Weiterbildung ein Objektmerker genutzt. Dieser Objektmerker ist ein Speicherwert oder Parameterwert. Ist kein Objekt auf der Bodeneinheit detektiert worden, so ist der Objektmerker gelöscht, weist also beispielsweise den Wert 0 oder einen anderen vorbestimmten Signalwert auch. Ist ein Objekt auf der Bodeneinheit detektiert, so ist der Objektmerker gesetzt, weist also einen entsprechend vorbestimmten Signalwert, zum Beispiel 1, auf. Der Freizustand wird erkannt, indem ausgehend von einem gelöschten Objektmerker erkannt wird, dass zumindest einer der Abstandssensoren, aber insbesondere nicht alle Abstandssensoren, jeweils einen Abstand kleiner als ein vorbestimmter zweiter Abstandsschwellenwert signalisiert, und mittels der Gewichtssensoranordnung während ^¬ dessen und/oder danach ein Gewichtswert größer als ein vorbestimmter Zunahmeschwellenwert erkannt wird. Es wird also ein Erfassungsbereich eines oder einiger der Abstandssensoren ge- kreuzt und dabei und/oder danach eine Gewichtszunahme festge ^¬ stellt. Dieser Ablauf der Ereignisse ergibt sich, falls sich ein Objekt durch die Reihe oder den Kranz der Abstandssensoren hindurch auf die Bodeneinheit begibt. In diesem Fall wird also der Objektmerker gesetzt. Der Freigabezustand aber eben nur signalisiert, falls der Obj ektmerker gelöscht ist . Somit ist also nun ein Zustand erreicht, bei welchem der Freigabezustand nicht mehr angezeigt wird.

Es wurde bisher davon ausgegangen, dass ganz am Anfang der Objektmerker gelöscht ist. Dies kann bei einer Inbetriebnahme der Bodeneinheit sichergestellt werden, beispielsweise durch War ^¬ tungspersonal, welches die Ladevorrichtung in Betrieb nimmt und dabei sicherstellt, dass sich anfangs kein Objekt auf der Boden ^¬ einheit befindet.

Falls nun der Objektmerker gesetzt ist, weil in der beschriebenen Weise ein Objekt auf der Bodeneinheit detektiert wurde, so wird gemäß einer Weiterbildung nun überprüft, wann das Objekt die Bodeneinheit wieder verlässt. Bei gesetztem Objektmerker wird hierzu erkannt, dass zumindest einer der Abstandssensoren einen Abstand kleiner als der besagte zweite Abstandsschwellenwert signalisiert, und mittels der Gewichtssensoranordnung während ^¬ dessen und/oder danach ein Gewichtswert kleiner als ein vorbestimmter Abnahmeschwellenwert erkannt wird. In diesem Fall wird der Objektmerker gelöscht, falls danach die Abstandssensoren nur Abstände größer als der zweite Abstandsschwellenwert signalisieren. Bewegt sich also zum Beispiel ein Tier oder ein anderes Objekt von der Bodeneinheit herunter, so kreuzt es wieder den Erfassungsbereich zumindest eines Abstandssensors und wäh ^¬ renddessen und/oder danach nimmt die auf die Bodeneinheit wirkende Gewichtskraft wieder ab.

Die erfindungsgemäße induktive Ladevorrichtung ist also be ^¬ vorzugt dazu eingerichtet, mittels ihrer Steuereinheit eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Zu der Erfindung gehören entsprechend auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung be ^¬ schrieben. Hierzu zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung in einer perspektivischen Ansicht; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Bodeneinheit der Ladevorrichtung von Fig. 1 in einer Draufsicht;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer kapazitiven

Gewichtssensoranordnung der Ladevorrichtung von Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht der

Ladevorrichtung von Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Gewichtssenso ^¬ ranordnung für Druck und/oder Kraft der Ladevorrichtung von Fig. 4;

Fig. 7 ein Flussschaudiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 8 ein Flussschaudiagramm einer Objektüberwachung des

Verfahrens von Fig. 7.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine induktive Ladevorrichtung 10, die eine Bo ^¬ deneinheit 11 aufweisen kann, die in einem Boden 12, beispielsweise einem Garagenboden oder einer Straße, eingelassen oder versenkt sein kann. Die Bodeneinheit 11 kann eine nicht näher dargestellte Primärspule für einen induktiven Ladebetrieb auf ^¬ weisen, um über der Bodeneinheit 11 ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, dass in einer (nicht dargestellten) Empfangseinheit eines Kraftfahrzeugs eine elektrische Spannung zum Aufladen eines elektrischen Akkumulators oder einer Traktionsbatterie erzeugen kann. Die Primärspule kann über eine Anschlussleitung 13 mit einem elektrischen Strom versorgt werden. Der Strom kann durch eine Schalteinrichtung 14 geschaltet werden. Die Schalteinrichtung 14 kann in aus dem Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein. Allerdings kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung 14 den Strom in der Anschlussleitung 13 nur einschaltet oder fließen lässt, falls eine Steuereinheit 15 der Ladevorrichtung 10 ein Freischaltsignal oder Freigabesignal 16 an die Schalteinrichtung 14 ausgibt.

Die Steuervorrichtung 15 kann überwachen, ob sich auf oder über der Bodeneinheit 11 ein Objekt befinden, das im Ladebetrieb abwesend sein sollte, weil es sich dann in demjenigen Zwischenbereich befinden, in welchem die Leistung für den Ladebetrieb durch die Luft übertragen wird. Wird ein solches Objekt detektiert, so wird das Freigabesignal 16 unterbrochen oder nicht erzeugt. Damit verhindert die Schalteinrichtung 14 den Strom durch die Anschlussleitung 13. Die Steuereinheit 15 kann das Freigabesignal 16 in Abhängigkeit von jeweiligen Sensorsignalen mehrere Abstandssensoren 19 und einer Gewichtssensoranordnung 20 erzeugen. Jeder Abstandssensor 19 signalisiert mittels seines Sensorsignals einen Abstand 17, die Gewichtssensoranordnung signalisiert mittels ihres Sensorsignals einen Gewichtswert 18.

Fig. 2 veranschaulicht, wie die Abstandssensoren 19 entlang eines Randes 21 der Bodeneinheit 11 angeordnet sein können. Sie bilden somit einen Kranz oder ein Gitter. Der jeweilige Erfassungsbereich 22 (siehe Fig. 1) jeder der Abstandssensoren 19 kann in einen Bereich oberhalb der Bodeneinheit 11 in eine Umgebung eingerichtet sein. Wird ein Objekt über den Rand 21 auf die Bodeneinheit 11 bewegt, so durchdringt es einen oder mehrere Erfassungsbereiche 22. Ein solches Objekt kann z.B. ein Tier sein, das auf die Bodeneinheit läuft. Wird ein Kraftfahrzeug über der Bodeneinheit 11 geparkt, so ist der Fahrzeugunterboden des Kraftfahrzeugs im jeweiligen Erfassungsbereich 22 jedes der Abstandssensoren 19 angeordnet.

Fig. 3 veranschaulicht die Gewichtssensoranordnung 20 in einer Schnittdarstellung durch die Bodeneinheit 11. Fig. 3 veranschau ^¬ licht eine Ausführungsform als kapazitive Gewichtssensoranordnung oder kapazitiver Gewichtssensor.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Ladevorrichtung 10 mit einer Bodeneinheit 11, bei welcher die Gewichtssensoranordnung 20 auf der Grundlage von mehreren Drucksensoren oder Kraftsensoren gebildet sein kann. Fig. 5 veranschaulicht eine Drauf ^¬ sicht auf die Bodeneinheit 11 mit den am Rand 21 angeordneten Abstandssensoren 19. Fig. 6 veranschaulicht in einer Darstellung von unten die Bodeneinheit 11 mit der Gewichtssensoranordnung 11 aus den mehreren Drucksensoren oder Kraftsensoren.

Mittels der Bodeneinheit kann die Ladevorrichtung berührungslos und/oder kabellos Leistung von der Bodeneinheit 11 in ein Kraft- fahrzeug übertragen. Die übertragene Leistung kann mehr als 3 kW, insbesondere mehr als 10 kW betragen, sodass eine Beeinträch ^¬ tigung von lebendem Gewebe (zum Beispiel von kleinen Tiere oder Körperteilen) in dem Zwischenbereich zwischen der Bodeneinheit 11 und dem Kraftfahrzeug verhindert werden sollte.

Um dies zu erreichen, wird bei der Ladevorrichtung 10 gemäß Fig. 1 und Fig. 4 eine Kombination aus der Gewichtssensoranordnung 20 und der Abstandsüberwachung mittels der Abstandssensoren 19 bereitgestellt. Die Gewichtssensoranordnung 20 kann gemäß Fig. 3 eine kapazitive Messeeinheit oder einen kapazitiven Gewichts ^¬ sensor aufweisen, mit dem die gesamte Bodeneinheit 11 darauf überwacht werden kann, welche Gewichtskraft von oben auf die Bodeneinheit 11 wirkt. Dies ist bereits eingangs im Zusammenhang mit der Erkennung von Insassen auf einem Fahrzeugsitz im Stand der Technik beschrieben worden.

Eine vorteilhafte konstruktive Lösung ergibt sich, indem die Gewichtssensoranordnung 20 derart platziert wird, dass sie als Zwischenlage, wie in Fig. 1 dargestellt, in die Bodeneinheit 11 eingefügt ist, sodass sich jeweils eine Platte oberhalb und unterhalb der Gewichtssensoranordnung 20 befindet. Es kann eine konstruktive Maßnahme mit zumindest einem Ab ^¬ standshalter vorgesehen sein, um eine Überbelastung der Gewichtssensoranordnung 20, zum Beispiel beim versehentlichen Überfahren der Bodeneinheit 11 durch ein Kraftfahrzeug zu vermeiden. Der zumindest eine Abstandshalter kann in der be- schriebenen Weise ausgestaltet sein.

Gemäß Fig. 4 kann die Gewichtssensoranordnung 20 für die Gewichtsüberwachung Gewichtssensoren (Drucksensoren oder Kraftsensoren) aufweisen, die derart angeordnet sein können, dass die gesamte Bodeneinheit 11 auf die von oben wirkende Gewichtskraft überwacht werden kann.

Durch eine vorteilhafte konstruktive Lösung können auch weniger als der in Fig. 4 und Fig. 6 dargestellten vier Gewichtssensoren verwendet werden, indem die Bodeneinheit 11 bezüglich des Bodens 12 beispielsweise an einem Scharnier oder in einem Schienensystem gelagert wird, sodass sich unabhängig von einer Berührstelle, an welche die Gewichtskraft auf die Bodeneinheit 11 wirkt, die ge ^¬ samte Bodeneinheit bewegt wird, also die Gewichtskraft umge- leitet wird auf die Gewichtssensoren.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann eine Überbelastung der Gewichtssensoranordnung 20 mittels zumindest eines Ab ^¬ standshalters vermieden werden.

Um eine Nichterkennung von organischem Gewebe (zum Beispiel einer Hand oder einem Fuß) zu vermeiden, kann zusätzlich eine Überwachung des Abstands der Bodeneinheit 11 zur Fahrzeugunterseite oder dem Fahrzeugunterboden eingefügt oder vorgesehen werden. Zumindest wird verhindert, dass eine fehlende Erkennung in der Gewichtsüberwachung mittels der Gewichtssensoranordnung 20 eine Gefährdung für das organische Gewebe hervorruft. Hierzu wird entlang des Randes 21 der Bodeneinheit 11 der Kranz oder das „Gitter" aus Abstandssensoren 19 bereitgestellt. Die Abstands ^¬ sensoren 19 bilden also einen Kranz um die Bodeneinheit 21 (Anordnung außen am Rand 21, nicht dargestellt) oder entlang des Randes 21 (Anordnung innen am Rand 21, dargestellt) .

Jeder der Abstandssensoren 19 kann auf der Grundlage eines Ultraschallsensors gebildet sein, welcher in vorteilhafter Weise eine lokale Verringerung des Abstands signalisiert und somit ein Eindringen in den Zwischenraum oder Zwischenbereich zwischen Bodeneinheit 11 und Kraftfahrzeug signalisieren kann. Zur

Entfernungsmessung kann ein Ultraschallsensor verwendet werden, der eine Reichweite von 1 cm bis 250 cm aufweisen kann. Die der Aufnahmebereich oder Erfassungsbereich 22 kann beispielsweise kegelförmig ausgestaltet sein und einen Öffnungswinkel im Bereich von 20° bis 45° (gemessen bezüglich der Kegelachse oder vertikalen Achse) aufweisen. Zwar kann man hierdurch keine präzise Ortung des Objekts vornehmen. Dies ist aber zum Steuern der Schalteinrichtung 14 auch nicht nötig. Wichtig ist nur die Detektion. Somit hat ein Ultraschallsensor den Vorteil, dass das Umfeld oberhalb der Bodeneinheit 11 abgetastet wird und auch hierbei schmale Gegenstände, die aus Sicht eines Abstandssensors 19 schmaler als 5 cm, insbesondere schmaler als 4 cm sind, erfasst werden. So kann beispielsweise auch eine Hand erkannt oder detektiert werden. Hierbei kann die Anzahl der Abstandssensoren geringer, d.h. deren Abstand größer bleiben im Vergleich zu Abstandssensoren mit schmalerem Erfassungsbreich .

Ein Abstandssensor 19 kann auch auf der Grundlage eines Radarsensors realisiert sein. Ein Radarsensor kann nach dem Dopplerprinzip arbeiten und kann zur Detektion eines bewegten Objekts unabhängig von seiner Temperatur genutzt werden. Vorteilhaft ist bei einem Radarsensor, dass dieser zur sogenannten unsichtbaren Montage (Beispiel in der Bodeneinheit 11) geeignet ist, da ein Radarsensor Materie durchstrahlen kann. Der Radarsensor kann also durch eine Abdeckung der Ladevorrichtung 10 verdeckt sein. Für den Einsatz in der Ladevorrichtung 10 kann ein sogenannter Nahbereichsradar verwendet werden, um die für Radar- sensoren verhältnismäßig kleine Entfernung abbilden zu können, also Abstandsmessungen kleiner als 250 cm, insbesondere kleiner als 50 cm. Im Gegensatz zum Fernbereichsradar hat ein Nahbereichsradar auch einen verhältnismäßig breiten Abstrahlwinkel. Somit kann wie beim beschrieben Ultraschallsensors zuverlässig das Eindringen eines Objekts am Rand 21 erkannt werden.

Ein Abstandssensor 19 kann auch auf der Grundlage eines Lichtschrankensensors mit Lichtquelle und Photosensor gebildet werden. Als bevorzugte Ausführung der Lichtschrankensensor für das Lichtgitter der Abstandssensoren 19 kann der Lichtschrankentyp des Reflex-Lichttasters gewählt werden. Hier ist ein Schalt ^¬ vorgang abhängig vom Abstand des Objekts und es ist keine Unter ^¬ brechung eines Lichtstrahls zwischen einer Lichtquelle und einem gegenüber angeordneten Reflektor nötig. Denn das Objekt selbst stellt dabei den Reflektor dar.

Fig. 7 veranschaulicht ein Verfahren, wie es durch die Steuereinheit 15 durchgeführt werden kann. Das Verfahren kann bei ^¬ spielsweise auf der Grundlage eines Programmcodes für einen MikroController der Steuereinheit 15 realisiert werden.

Nach einem Startschritt SO kann in einem Schritt Sl überprüft werden, ob ein Objektmerker gesetzt ist. Das Setzen und Löschen des Objektmerker es wird im Folgenden im Zusammenhang mit Fig. 8 erläutert.

Ist der Objektmerker gesetzt (positive Ergebnisse werden in Fig. 7 und Fig. 8 allgemein mit einem „+"-Zeichen repräsentiert, negative Ergebnisse mit einem - Zeichen) so kann in einem Schritt S3 der Ladebetrieb unterbrochen oder blockiert werden, indem also das Freigabesignal 16 nicht erzeugt oder das Frei ^¬ gabesignal 16 unterbrochen wird. Ist der Objektmerker im Schritt Sl dagegen als gelöscht erkannt, kann in einem Schritt S4 überprüft werden, welchen Abstand 17 die Abstandssensoren 19 jeweils signalisieren. Wird in einem Schritt S5 erkannt, dass der Abstand 17 aller Abstandssensoren 19 kleiner als ein erster Abstandsschwellenwert ist, so kann in einem Schritt S6 weiter verfahren werden. Andernfalls wird im Schritt S3 der Ladebetrieb blockiert. Der Abstandsschwellenwert kann in einem Bereich von 20 cm bis 70 cm liegen, insbesondere in einem Bereich von 30 cm bis 60 cm, also z.B. 50 cm betragen. Im Schritt S6 kann überprüft werden, ob sich während oder seit dem Erkennen der Abstandsunterschreitung im Schritt S5 eine Gewichtsänderung bei der Gewichtssensoranordnung 20 ergeben hat . Ist der Gewichtswert 18 größer als ein vorbestimmter Gewichts ^¬ schwellenwert (erkannt im Schritt S7), so wird im Schritt S3 der Ladebetrieb blockiert. Ist im Schritt S7 ein Gewichtswert 18 kleiner als der Gewichtsschwellenwert erkannt worden, so kann in einem Schritt S8 das Überwachen der Fahrzeugposition ausgelöst werden, damit das Kraftfahrzeug in eine definierte Ladeposition bezüglich der Bodeneinheit 11 gebracht wird. Wird in einem Schritt S9 erkannt, dass das Kraftfahrzeug die Ladeposition nicht erreichen kann, so wird im Schritt S3 der Ladebetrieb blockiert oder abgebrochen. Ist die Ladeposition im Schritt S9 als erreicht erkannt worden, kann in einem Schritt S10 der sich ergebende Abstand zwischen jedem Abstandssensoren 19 einerseits und dem Fahrzeugunterboden andererseits erfasst und als Referenzabstand gespeichert werden. In einem Schritt Sil kann dann überwacht werden, welchen Abstand die Abstandssensoren 19 während des Ladebetriebs signalisieren. Wird der Referenzabstand unter ^¬ schritten, so wird der Ladebetrieb im Schritt S3 unterbrochen. Andernfalls, falls sich also nur Abstände gleich oder größer als der jeweilige Referenzabstand ergeben, kann im Schritt S12 der Ladebetrieb weitergeführt oder freigeschaltet werden, d.h. das Freigabesignal 16 erzeugt oder gehalten werden. Die Schritte SO bis S6 stellen hierbei eine Vorbereitung 23 für den eigentlichen Ladebetrieb dar, während die Schritte S7 bis sl2 die eigentliche Überwachung 24 des Ladebetriebs darstellen. Zusammengefasst ergibt das Verfahren von Fig. 7 also, dass für den Fall, dass kein Objekt auf der Bodeneinheit 11 angeordnet ist, mittelst der Abstandssensoren 19 überwacht wird, ob der Abstand aller Abstandssensoren 19 einen Abstandsschwellenwert unter- schreitet. Ist dies der Fall, so kann von einem Überqueren des Kraftfahrzeugs ausgegangen werden. Als Folge wird die Gewichts ^¬ überwachung aktiviert und auf eine Gewichtszunahme überwacht. Wird keine Erhöhung über den Gewichtsschwellenwert festgestellt, so kann die Überwachung auf die Ladeposition des Kraftfahrzeugs überprüft werden. Ist die Ladeposition erreicht, kann der Ladevorgang gestartet werden.

Fig. 8 veranschaulicht, wie der Objektmerker verwaltet werden kann .

Nach einem Startschritt S13 kann in einem Schritt S14 der Objektmerker zurückgesetzt oder gelöscht werden, also bei ^¬ spielsweise auf den Wert 0 gesetzt werden. In einem Schritt S15 kann erfasst werden, welchen Abstandswert die Abstandssensoren 19 signalisieren. Solange alle Abstandssensoren einen Abstand größer als ein zweiter Abstandsschwellenwert signalisieren, können die Schritte S15 und S16 wiederholt werden. Signalisiert wenigstens einer der Abstandssensoren 19 einen Abstand kleiner als der zweite Abstandsschwellenwert, kann in einem Schritt S17 die Überprüfung des durch die Gewichtssensoranordnung 20 signalisierten Gewichtswerts oder der Gewichtskraft erfolgen. Wird in einem Schritt S18 erkannt, dass eine Gewichtszunahme größer als ein vorbestimmter Zunahmeschwellenwert vorliegt, kann in einem Schritt S19 wie der die Überwachung der von den Ab- Standssensoren 19 signalisierten Abstände erfolgen und hierbei in einem Schritt S20 der Objektmerker als gesetzt eingestellt werden, also beispielsweise auf den Wert 1 gesetzt werden. Der zweite Abstandsschwellenwert kann beispielsweise 50 cm betragen. Der Zunahmeschwellenwert kann beispielsweise einen Wert größer als 200 g aufweisen.

In einem Schritt S21 kann überprüft werden, ob alle von den Abstandssensoren 19 signalisierten Abstände größer als der zweite Abstandsschwellenwert sind. Ist dies der Fall, kann zum Schritt S19 zurückgekehrt werden. Andernfalls kann in einem Schritt S22 überprüft werden, welche Gewichtsveränderung die Gewichtssensoranordnung 20 signalisiert. Wird in einem Schritt S23 erkannt, dass sich eine Gewichtsänderung auf einen Ge ^¬ wichtswert kleiner als ein Abstandsschwellenwert erfolgt, so kann in einem Schritt S24 wieder überwacht werden, welchen Abstand die Abstandssensoren 19 jeweils signalisieren. Die Gewichtsminderung kann z.B. erfolgen, wenn sich ein Tier von der Bodeneinheit 11 wegbewegt. Hierbei befindet es sich dann für einige Zeit in den Erfassungsbereichen 22 der Abstandssensoren 19. Solange in einem Schritt S25 erkannt wird, dass nicht alle Abstandssensoren 19 wieder einen Abstand größer als der zweite Abstandsschwellenwert signalisieren, werden die Schritte S24 und S25 bevorzugt wiederholt.

Wird im Schritt S25 dagegen erkannt, dass alle Abstandssensoren einen Abstand größer als der Abstandsschwellenwert signali ^¬ sieren, so hat das Objekt offensichtlich die Bodeneinheit 11 verlassen und der Objektmerker kann wieder zurückgesetzt oder gelöscht werden.

Somit ergibt sich also durch das Verfahren gemäß Fig. 8 eine Objektüberwachung, die überwacht, ob sich ein Objekt auf der Bodeneinheit 11 der Ladevorrichtung 10 befindet. Dies geschieht durch die Überwachung der Abstandssensoren 19 auf einen Abstand 17 von kleiner als der zweite Abstandsschwellenwert, zum Beispiel 50 cm. Falls ein Objekt von einem der Abstandssensoren 19 geortet oder erfasst wird, wird die Gewichtssensierung der Gewichts- sensoranordnung 20 aktiviert und eine Überprüfung auf eine Erhöhung des Gewichts durchgeführt. Steigt das Gewicht über ein gewisses Maß, definiert durch den Zunahmeschwellenwert, an, so kann von einem Objekt auf der Bodeneinheit 11 ausgegangen werden. Der Objektmerker zeigt dieses Ereignis dann an. Wird wieder eine Verringerung des Abstands erkannt, so kann die Prüfung auf Ver ^¬ lassen des Objekts geprüft werden. Das Verlassen wird erkannt, falls sich das Gewicht wieder verringert und der Abstand wieder größer als der zweite Abstandsschwellenwert erkannt wird. Der Objektmerker wird wieder zurückgesetzt oder gelöscht.

Der Objektmerker beeinflusst, wie in Fig. 7 veranschaulicht, bei erkanntem Objekt auch den Ladebetrieb, der dann nicht gestartet wird .

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Methode zur Überwachung eines Luftspalts einer induktiven Ladeeinheit mit Hilfe einer Gewichtsmessung und einer Abstands ^¬ messung bereitgestellt werden kann.

Bezugs zeichenliste

10 Lade orrichtung

11 Bodeneinheit

12 Boden

13 Anschlussleitung

14 Schalteinrichtung

15 Steuereinheit

16 Freigäbesignal

17 Abstand

18 Gewichtswert

19 Abstandssensoren

20 Gewichtssensoranordnung

21 Rand

22 Erfassungsbereich

23 Vorbereitung

24 Überwachung

S0-S26 Verfahrensschritte