WO2015090905A1

WO2015090905A1 - Vorrichtung und verfahren zum drahtlosen laden eines batteriebetriebenen geräts

Info

Publication number: WO2015090905A1
Application number: PCT/EP2014/075917
Authority: WO
Inventors: Ulrich Schauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2016-06-20
Also published as: DE102013226995A1

Abstract

Es sind eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum drahtlosen Laden von batteriebetriebenen Geräten (2; 3) bereitgestellt. Die Vorrichtung (1) umfasst eine Aufnahmeeinheit (15) zur Aufnahme einer ersten Ladeeinrichtung (11) und einer zweiten Ladeeinrichtung (12), wobei die erste Ladeeinrichtung (11) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2, 3) nach einem vorbestimmten ersten Standard ausgestaltet ist, wobei die zweite Ladeeinrichtung (12) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2, 3) nach einem vorbestimmten zweiten Standard ausgestaltet ist, wobei der erste Standard verschieden von dem zweiten Standard ist, und wobei die Aufnahmeeinheit (15) derart ausgestaltet ist, dass die erste Ladeeinrichtung (11) zum drahtlosen Laden eines ersten (2) batteriebetriebenen Geräts zumindest teilweise gleichzeitig mit der zweiten Ladeeinrichtung (12) zum drahtlosen Laden eines zweiten batteriebetriebenen Geräts (3) verwendbar ist.

Description

Titel

Vorrichtung und Verfahren zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts

Beschreibung Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum drahtlosen Laden von batteriebetriebenen Geräten, die insbesondere ein Mobiltelefon umfassen können. Die Vorrichtung kann beispielsweise in ein Fahrzeug eingebaut sein.

Stand der Technik

Batteriebetriebene Geräte, wie beispielsweise Kleincomputer, tragbare medizinische Geräte, Mobiltelefone, usw., umfassen eine Batterie, die gegebenenfalls wiederaufladbar ist, wie einen Akkumulator. Solche Geräte sollen zuverlässig und schnell wiederaufladbar sein, spätestens wenn die Batterie eine ausreichende Stromversorgung für das Gerät nicht mehr gewährleisten kann. Hierfür gibt es neben einer Aufladung des Akkumulators über ein

drahtgebundenes Ladegerät auch die Möglichkeit der drahtlosen Ladung oder Aufladung der wiederaufladbaren Batterie.

Ein drahtloses Laden einer wiederaufladbaren Batterie kann beispielsweise mit dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion erfolgen. Alternativ kann das Prinzip einer kapazitiven Ladung zur drahtlosen Energieübertragung und damit drahtlosem Laden der wiederaufladbaren Batterie zum Einsatz kommen. Bei dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion steht eine Spule in einer Ladestation mit einer elektrischen Stromversorgung, beispielsweise einem Wechselstromgenerator, in Verbindung. Das batteriebetriebene Gerät umfasst ebenfalls eine Spule, die so an der Spule in der Ladestation angeordnet wird, dass ein Wechselfeld in der Spule der Ladestation die Spule des

batteriebetriebenen Geräts durchfluten kann. Aufgrund von elektromagnetischer Induktion entsteht an der Spule des batteriebetriebenen Geräts eine

Wechselspannung, die zum Laden der wiederaufladbaren Batterie des batteriebetriebenen Geräts verwendbar ist. Hierbei können auch Daten zwischen Ladestation und batteriebetriebenem Gerät bidirektional übertragen werden, indem beispielsweise eine Amplitudenmodulation des bei diesem Prinzip entstehenden elektromagnetischen Felds genutzt wird. Bei dem beschriebenen drahtlosen Laden kann das batteriebetriebene Gerät in Betrieb sein.

Bei dem Prinzip der kapazitiven Ladung zur drahtlosen Energieübertragung sind Träger des Energieflusses zwischen Ladestation und batteriebetriebenem Gerät metallische Flächen. Hierbei werden eine metallische Fläche der Ladestation und eine metallische Fläche des batteriebetriebenen Geräts derart zueinander angeordnet, dass die metallischen Flächen Platten eines Kondensators bilden. Hierbei wird die metallische Fläche der Ladestation ebenfalls mit einer elektrischen Stromversorgung, beispielsweise einem

Wechselspannungsgenerator, in Verbindung gebracht.

Problematisch ist jedoch, dass insgesamt Standards mit Unterschieden hinsichtlich Frequenz der Energieübertragung, Spulenanordnung, Datenkanal, Datenprotokoll, Modulationsart sowie physikalischer Ausführungsform zu verschieden aufgebauten Ladestationen führen, die stets nur mit

batteriebetriebenen Geräten des gleichen Standards kompatibel sind. Dies erfordert jeweils eine Ladestation, die speziell für das jeweilige batteriebetriebene Gerät ausgestaltet ist.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Steuerung einer Ladestation mit elektrischen Geräten zu synchronisieren ist, welche in der Umgebung der Ladestation angeordnet sind und im gleichen Frequenzbereich arbeiten wie die Steuerung der Ladestation, um eine störungsfreie Funktion zu gewährleisten. Noch ein Problem besteht darin, dass nachteilige Interferenzen der

elektromagnetischen Streufelder der Ladestation mit körpereigenen

medizinelektronischen Geräten, wie einem Herzschrittmacher, usw. nicht ausschließbar sind. Dadurch kann die Ladestation im Betrieb zu

Gesundheitsproblemen bei Personen mit medizinelektronischen Geräten führen.

Offenbarung der Erfindung Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein

Verfahren zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts

bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts bereitgestellt werden, bei welchen sowohl ein zuverlässiges und schnelles drahtloses Wiederaufladen der Batterie möglich ist und möglichst keine Beeinträchtigung einer Person durch das drahtlose Aufladen auftritt.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung umfasst einer Aufnahmeeinheit zur Aufnahme einer ersten Ladeeinrichtung und einer zweiten Ladeeinrichtung, wobei die erste Ladeeinrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts nach einem vorbestimmten ersten Standard ausgestaltet ist, wobei die zweite Ladeeinrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts nach einem vorbestimmten zweiten

Standard ausgestaltet ist, wobei der erste Standard verschieden von dem zweiten Standard ist, und wobei die Aufnahmeeinheit derart ausgestaltet ist, dass die erste Ladeeinrichtung zum drahtlosen Laden eines ersten batteriebetriebenen Geräts zumindest teilweise gleichzeitig mit der zweiten Ladeeinrichtung zum drahtlosen Laden eines zweiten batteriebetriebenen Geräts verwendbar ist.

Mit der Vorrichtung kann sichergestellt werden, dass sowohl ein zuverlässiges und schnelles drahtloses Wiederaufladen der Batterie mit verschiedenen Ladestandards möglich ist und praktisch keine Beeinträchtigung einer Person durch das drahtlose Aufladen auftritt. Die Ausbreitung von Streufeldern beim Laden der Batterie ist deutlich gemindert. Zudem können mindestens zwei verschiedene Mobilgerätetypen, die verschiedene Ladestandards verwenden, mit derselben Vorrichtung aufgeladen werden.

Mit der Vorrichtung ist außerdem eine physikalische Integration beider Prinzipien in einer Ladestation möglich. Hierbei wird vermieden, dass sich in der

Ladestation zwischen den Induktionsflächen eine kapazitiv wirkende Metallfläche befindet, da diese einen induktiven Wirbelstromverlust zur Folge hat. Zudem ist keine zwischen den kapazitiven Platten gelegene Spule vorhanden, welche den Wirkungsgrad des kapazitiven Prinzips vermindern würde.

Die Vorrichtung kann vorteilhaft in eine Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs integriert sein. Dadurch hat ein Fahrer des Kraftfahrzeugs das batteriebetriebene Gerät während eines Ladevorgangs in der Ladestation bei Bedarf im Blick oder zumindest in Reichweite. Je nach Bedarf kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs damit den Ladevorgang oder -zustand des batteriebetriebenen Geräts kontrollieren. Dies kann nicht nur über eine Bedienung und/oder Anzeige am batteriebetriebenen Gerät sondern auch durch eine Bedienung und/oder Anzeige an einer der Vorrichtung übergeordneten Einheit, beispielsweise an der

Armaturentafel eines Fahrzeugs, erfolgen. Zudem kann das batteriebetriebene Gerät während einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug aufgeladen werden und ist dabei weiter betriebsbereit. Alle diese Merkmale sind für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs sehr komfortabel.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Beispielsweise kann die Aufnahmeeinheit ein Gehäuse zur Aufnahme der zweiten Ladeeinrichtung über der ersten Ladeeinrichtung sein, und/oder die Vorrichtung kann gegen Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung nach außerhalb der Vorrichtung abgeschirmt sein, und/oder die zweite

Ladeeinrichtung kann gegen Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung in Richtung der ersten Ladeeinrichtung abgeschirmt sein. Es ist auch möglich, dass die Aufnahmeeinheit zur Aufnahme einer lösbar montierbaren Kassette ausgestaltet ist, an deren einen Seite eine erste

Ladeeinrichtung und an einer der Seite gegenüberliegenden Seite eine zweite Ladeeinrichtung angeordnet ist, und/oder anderen einen Seite eine erste

Ladeeinrichtung und eine zweite Ladeeinrichtung angeordnet ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Ladeeinrichtung am Boden des Gehäuses angeordnet und weist sowohl mindestens eine Spule zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts bei Frequenzen im Bereich von ca. 100 bis 200 kHz als auch mindestens eine Spule zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts bei Frequenzen im Bereich von ca. 5 bis 100 MHz auf. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Ladeeinrichtung metallische Flächen zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts mittels kapazitiver Ladung aufweisen. Hierbei kann die Spule zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts bei Frequenzen im Bereich von ca. 5 bis 100 MHz eine Rahmenspule oder eine Flachspule sein.

Es ist auch denkbar, dass die zweite Ladeeinrichtung relativ zur ersten

Ladeeinrichtung derart bewegbar ist, dass die zweite Ladeeinrichtung die erste Ladeeinrichtung je nach Bedarf in Richtung auf eine Öffnung der Vorrichtung abdecken oder freigeben kann. Hierbei kann die zweite Ladeeinrichtung eine Jalousie sein, die zum Öffnen aus ihrer Verschlussebene wegzubewegen und aufzurollen ist. Hierbei ist es auch möglich, dass die Vorrichtung eine

Erfassungseinrichtung zur Erfassung aufweist, ob sich die zweite

Ladeeinrichtung in einer Position befindet, in welcher die zweite Ladeeinrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts verwendbar ist, und/oder eine Einrichtung aufweist zum Senden von Daten in Bezug auf ein drahtloses Laden mit der ersten und/oder zweiten Ladeeinrichtung an eine externe

Anzeigeeinrichtung.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung kann Teil einer Einheit für einen

Fahrgastraum eines Fahrzeugs sein. Hierbei kann die Einheit derart ausgestaltet sein, dass die Vorrichtung im Fahrzeug fest einbaubar ist. Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Anordnen eines ersten batteriebetriebenen Geräts an einer ersten Ladeeinrichtung oder einer zweiten Ladeeinrichtung einer Vorrichtung, welche eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme der ersten

Ladeeinrichtung und der zweiten Ladeeinrichtung aufweist, wobei die erste Ladeeinrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts nach einem vorbestimmten ersten Standard ausgestaltet ist, wobei die zweite

Ladeeinrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts nach einem vorbestimmten zweiten Standard ausgestaltet ist, und wobei der erste Standard verschieden von dem zweiten Standard ist, und drahtloses Laden des ersten batteriebetriebenen Geräts mit der Ladeeinrichtung der ersten oder zweiten Ladeeinrichtung, an welcher das erste batteriebetriebene Gerät zum drahtlosen Laden angeordnet ist, wobei das drahtlose Laden des ersten batteriebetriebenen Geräts zumindest teilweise gleichzeitig mit einem drahtlosen Laden eines zweiten batteriebetriebenen Geräts ausgeführt werden kann, das auf der anderen Ladeeinrichtung der ersten oder zweiten Ladeeinrichtung angeordnet ist.

Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die

Teilnehmerstation genannt sind.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der

Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Zeichnungen

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 und Fig. 2 jeweils eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum drahtlosen Laden von batteriebetriebenen Geräten gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ladeeinrichtung der Vorrichtung von Fig. 1, an welcher ein batteriebetriebenes Gerät angeordnet ist;

Fig. 4 eine weitere Seitenansicht der Vorrichtung zum drahtlosen Laden von batteriebetriebenen Geräten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil einer Ladeeinrichtung der Vorrichtung von Fig. 4, wobei unter der Ladeeinrichtung ein batteriebetriebenes Gerät angeordnet ist; Fig. 6 noch eine weitere Seitenansicht der Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Ladeeinrichtung der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 und Fig. 9 jeweils eine Schnittansicht der Ladeeinrichtung von Fig. 7;

Fig. 10 ein schematisches Schaltbild der Ladeeinrichtung von Fig. 7; Fig. 11 eine Draufsicht auf eine weitere Ladeeinrichtung der Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts gemäß dem ersten

Ausführungsbeispiel;

Fig. 12 ein Flussdiagramm eines Verfahren zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 ein Flussdiagramm einer Unterroutine des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 14 eine Draufsicht auf eine Ladeeinrichtung einer Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 15 jeweils Schnittansichten der Ladeeinrichtung von Fig. 14;

Fig. 17 bis Fig. 19 jeweils eine Draufsicht auf eine Ladeeinrichtung einer Vorrichtung zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts gemäß einem dritten bis fünften Ausführungsbeispiel;

Fig. 20 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum drahtlosen Laden von batteriebetriebenen Geräten gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;

Fig. 21 und Fig. 22 jeweils eine dreidimensionale Ansicht einer Ladeeinheit gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 23 eine dreidimensionale Ansicht einer Ladeeinheit gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 bis Fig. 6 zeigen verschiedene Ansichten einer Vorrichtung 1 zum drahtlosen Laden eines ersten batteriebetriebenen Geräts 2 und eines zweiten batteriebetriebenen Geräts 3. Die Vorrichtung 1 kann in einer übergeordneten Einrichtung 5, wie beispielsweise einem Fahrzeug, einem Gebäude, usw., in einer Einheit 6 eingebaut sein. In einem Kraftfahrzeug kann die Einheit 6 beispielsweise die Armaturentafel oder eine Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs sein. Die Einheit 6 kann jedoch auch beim Fonds eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, so dass Insassen im Fonds des Kraftfahrzeugs die Vorrichtung 1 von ihrem Sitz aus bedienen können. Es sind auch weitere Montageorte denkbar. Das erste und/oder zweite batteriebetriebene Gerät 2, 3 können beispielsweise ein Kleincomputer, ein tragbares medizinisches Gerät, insbesondere ein medizinisches Diagnosegerät, ein Mobiltelefon, insbesondere ein Handy, Smartphone, usw. sein.

In Fig. 1 umfasst die Vorrichtung 1 eine erste Ladeeinrichtung 11, eine zweite Ladeeinrichtung 12, ein Abdeckelement 13, ein Abschirmelement 14, eine

Aufnahmeeinheit 15, und zwei Kontaktelemente 16, die jeweils einen Schalter 20 über Schalterkontakte 21 betätigen können, was mit einer ersten und/oder zweiten Anzeigeeinrichtung 30, 40 optisch und/oder akustisch angezeigt werden kann. Zudem ist eine flexible Folie 22 und ein Anschlusskontakt 23 vorgesehen. Die Schalter 20 können als elektronischer Schalter, Hall-Schaltersensor,

Gabellichtschranke, usw. ausgeführt sein. Die Kontaktelemente 16 sind auch als Betätigungshilfe für eine Betätigung des Abdeckelements 13 bzw. der zweiten Ladeeinrichtung 12 ausgeführt. Beispielsweise kann die erste Anzeigeeinrichtung 30 eine Leuchtanzeige, insbesondere mittels Leuchte, beispielsweise LED sein. Die erste Anzeigeeinrichtung 30 kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch eine

Textanzeige bei der Armaturentafel eines Fahrzeugs sein. Hierfür kann die erste Anzeigeeinrichtung 30 an ein Kommunikationsbussystem der übergeordneten Einrichtung 5 angeschlossen sein. Somit muss die erste Anzeigeeinrichtung 30 nicht direkt an der Vorrichtung 1 angeordnet sein. Die zweite Anzeigeeinrichtung 40 kann auf die gleichen Weisen ausgeführt sein wie die erste

Anzeigeeinrichtung 30. Die erste Anzeigeeinrichtung 30 zeigt den Zustand des Verschlusses des Abdeckelements 13 an. Die zweite Anzeigeeinrichtung 40 zeigt den Zustand des Verschließens der zweiten Ladeeinrichtung 12 an. Bei der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 bis Fig. 6 kann die erste Ladeeinrichtung 11 das erste batteriebetriebene Gerät 2 nach einem vorbestimmten ersten Standard drahtlos laden. Die zweite Ladeeinrichtung 12 kann das zweite batteriebetriebene Gerät 3 nach einem vorbestimmten zweiten Standard drahtlos laden. Hierbei unterscheidet sich der erste Standard von dem zweiten Standard. Dies ist nachfolgend noch genauer beschrieben.

Wie in Fig. 1 dargestellt, nimmt die Aufnahmeeinheit 15 die erste und zweite Ladeeinrichtung 11, 12 derart auf, dass die erste Ladeeinrichtung 11 durch einen vorbestimmten Abstand Dl getrennt von der zweiten Ladeeinrichtung 12 angeordnet ist. Die Aufnahmeeinheit 15 ist als Schacht ausgeführt. Die Aufnahmeeinheit 15 hat auch eine Führung 17 für die zweite Ladeeinrichtung 12Die Führung 17 ist als Führungsnut ausgebildet und hat eine Führungsfunktion für die zweite Ladeeinrichtung 12. Die Ladeeinrichtung 12 ist entlang der Führung 17 und somit der Aufnahmeeinheit 15 translatorisch bewegbar, wie in Fig. 2, Fig. 4 und Fig. 6 durch weiße Blockpfeile gezeigt. Dadurch wird die zweite

Ladeeinrichtung 12 auf der linken Seite in Fig. 1 bis Fig. 6 um die

Aufnahmeeinheit 15 gebogen und aufgerollt, wie in Fig. 4 und Fig. 6

veranschaulicht. Dadurch kann die zweite Ladeeinrichtung 12 die erste

Ladeeinrichtung 11 nach oben hin in Fig. 1 freigeben, wie in Fig. 5 dargestellt.

In Fig. 4 ist der Aufbau der zweiten Ladeeinrichtung 12 genauer dargestellt. Demzufolge hat die zweite Ladeeinrichtung 12 ein Deckstreifenelement 121 mit einer Vielzahl von Lamellen. Das Deckstreifenelement 121 ist an einem

Montageband 122 montiert, das als flexibles Band ausgeführt ist. Somit ist die zweite Ladeeinrichtung 12 als Jalousie ausgeführt. In Fig.l ist dargestellt, dass die zweite Ladeeinrichtung 12 dadurch entsteht, dass der

Verbund aus Deckstreifenelement 121 und Montageband 122 gemäß Fig. 4 auch eine flexible Folie 22, z.B. aus Polyimid, einschließt, die ihrerseits

Metallstrukturen für Spulenanordnungen oder Kondensatorflächen trägt. Die elektrische Verbindung der Metallstrukturen der Folie 22 wird durch den

Anschlusskontakt 23 hergestellt.

Über der zweiten Ladeeinrichtung 12 ist in Fig. 1 das Abdeckelement 13 angeordnet, welches die Vorrichtung 1 nach oben abdeckt. Das Abdeckelement 13 ist durch einen vorbestimmten Abstand D2 getrennt von der zweiten

Ladeeinrichtung 12 angeordnet. Ist auch das Abdeckelement 13 nach links in Fig. 1 bewegt, kann eine Bedienperson der Vorrichtung 1 das erste

batteriebetriebene Gerät 2 auf die erste Ladeeinrichtung 11 legen oder von der ersten Ladeeinrichtung 11 herunternehmen. In diesem Fall sind die beiden Kontaktelemente 16 getrennt von den Schalterkontakten 21 angeordnet und die

Vorrichtung 1 ist vollständig geöffnet. In Fig. 1 ist die Vorrichtung 1 in einem geschlossenen Zustand gezeigt. Demgegenüber ist in Fig. 2 der Fall

veranschaulicht, in welchem die Vorrichtung 1 nur teilweise geöffnet ist, da zwar das Abdeckelement 13 geöffnet jedoch die zweite Ladeeinrichtung 12 geschlossen ist. Das Abdeckelement 13 kann beispielsweise aus ferromagnetischem Material als flexibles ferromagnetisches Material ausgebildet sein. Alternativ kann das Abdeckelement 13 beispielsweise aus starrem ferromagnetischem Material mit der konstruktiven Ausprägung einer Flexibilität als überlappende Deckstreifenelemente ausgebildet sein.

Demzufolge ist die zweite Ladeeinrichtung 12 und das Abdeckelement 13 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel relativ zur ersten Ladeeinrichtung 11 jeweils derart bewegbar, dass die zweite Ladeeinrichtung 12 und/oder das Abdeckelement 13 die erste Ladeeinrichtung 11 je nach Bedarf in Richtung auf eine Öffnung der Vorrichtung 1 abdeckt oder freigibt. Die Öffnung ist in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 4 und Fig. 6 jeweils oben an der Vorrichtung 1 angeordnet. Die zweite Ladeeinrichtung 12 und/oder das Abdeckelement 13 ist für die beschriebene Bewegung als Jalousie mit Lamellen ausgeführt, die zum Öffnen aus ihrer Verschlussebene wegzubewegen und aufzurollen ist. In Fig. 1, Fig. 2, Fig. 4 und Fig. 6 ist die Verschlussebene horizontal angeordnet. Die Verschlussebene der zweiten Ladeeinrichtung 12 ist auch in etwa parallel zu der Verschlussebene des Abdeckelements 13 angeordnet. Zudem ist die Verschlussebene der zweiten Ladeeinrichtung 12 auch in etwa parallel zu der ersten Ladeeinrichtung 11 angeordnet.

In Fig. 2, Fig. 4 und Fig. 6 sind das Abdeckelement 13, das Abschirmelement 14, das zugehörige Kontaktelement 16, der zugehörige Schalter 20 mit

Schalterkontakt 21, und die erste Anzeigeeinrichtung 30 nicht dargestellt. Diese Darstellungsweise dient hier zur besseren Veranschaulichung. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Vorrichtung 1 in einer abgewandelten Ausführungsform das Abdeckelement 13, das Abschirmelement 14, das zugehörige Kontaktelement 16, den zugehörigen Schalter 20 mit Schalterkontakt 21, und die erste

Anzeigeeinrichtung 30 nicht umfasst. In diesem Fall, oder wenn das

Abdeckelement 13 aus der in Fig. 1 gezeigten Position weggeschoben ist, ist das batteriebetriebene Gerät 3 in einer Draufsicht auf die Vorrichtung 1 sichtbar, wie in Fig. 3 veranschaulicht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, schirmt das Abschirmelement 14 die Vorrichtung 1 derart nach außen, dass durch sie keine elektromagnetische Strahlung von der Vorrichtung 1 in Richtung auf die Umgebung der Vorrichtung 1 austreten kann. Das Abschirmelement 14 ist hierfür aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Material gefertigt, wie beispielsweise ein Metall, insbesondere ein ferromagnetisches Stahlblech usw. Vorzugsweise ist auch das

Abdeckelement 13 aus einem abschirmenden Material ausgestaltet oder umfasst ein abschirmendes Material. Da gleiche gilt für die Seitenteile der Vorrichtung 1 quer zur Zeichenebene der Figuren. Dadurch bilden das Abdeckelement 13 und das Abschirmelement 14 und die Seitenteile der Vorrichtung 1 zusammen einen abschirmenden Käfig. Demzufolge kann verhindert werden, dass Personen oder die Funktion von elektrischen Geräten, insbesondere Herzschrittmachern, usw., in der Umgebung der Vorrichtung 1 durch elektromagnetische Strahlung beeinträchtigt werden können. Zudem kann die zweite Ladeeinrichtung 12 gegen Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung in Richtung auf die erste

Ladeeinrichtung 11 abgeschirmt sein. Dadurch beeinträchtigen sich die erste und zweite Ladeeinrichtung 11, 12 nicht in ihrer Funktion.

Mit der Vorrichtung 1 können das erste und zweite batteriebetriebene Gerät 2, 3 zumindest teilweise gleichzeitig drahtlos geladen werden. Dies ist möglich, da die Aufnahmeeinheit 15 die erste und zweite Ladeeinrichtung 11, 12 übereinander aufnimmt, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Aufnahmeeinheit 15 als ein Gehäuse ausgestaltet, das in die Vorrichtung 1 eingesetzt ist.

Fig. 7 zeigt eine Ansicht der ersten Ladeeinrichtung 11 zur Verdeutlichung des Ladeprinzips der ersten Ladeeinrichtung 11. Die erste Ladeeinrichtung 11 verwendet zum drahtlosen Laden des ersten oder zweiten batteriebetriebenen

Geräts 2, 3 das Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Hierbei können auch Daten zwischen der jeweiligen Ladeeinrichtung 11, 12 und dem entsprechenden batteriebetriebenem Gerät 2, 3 bidirektional übertragen werden, indem beispielsweise eine Amplitudenmodulation des bei dem Prinzip der

elektromagnetischen Induktion entstehenden elektromagnetischen Felds genutzt wird. Die Daten können insbesondere Angaben zur Identifikation, zum

Kopplungsgrad, zum Ladebedarf, zum Ladeverlauf, zum Ladeschluss, usw. umfassen. Als Kommunikationsweg von jeweiliger Ladeeinrichtung 11, 12 zum batteriebetriebenen Gerät 2, 3 und umgekehrt kommt das Verfahren der

Lastmodulation zum Einsatz. Hierbei wird kein zusätzlicher Kommunikationskanal benötigt, wie er bei einem Ladestandard erforderlich ist, der mit Frequenzen im Hundert kHz Bereich arbeitet. Bei einem Ladestandard, der mit Frequenzen im MHz Bereich arbeitet, kann der bidirektionale

Datenaustausch über einen GHz Hochfrequenzkanal wie bei Bluetooth ausgeführt werden.

Bei dem Beispiel von Fig. 7 hat die erste Ladeeinrichtung 11 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste bis fünfte Spule 111 bis 115, eine Ladefläche 116, in welche die erste bis fünfte Spule 111 bis 115 integriert sind, und Abstandshalter 117. Die erste bis fünfte Spule 111 bis 115 sind jeweils aus mehreren Wicklungen eines Spulendrahts, insbesondere Kupferdraht, gegebenenfalls mit einer Oberflächenversilberung, oder in einer gedruckten Schaltung, insbesondere auf Basismaterial FR4 oder auf Polyimidfolie, gebildet. Der Spulendraht kann an eine elektrische Energieversorgung angeschlossen werden. In Fig. 7 sind hierfür nur die Anschlüsse 1141, 1142 der vierten Spule

114 und die Anschlüsse 1151, 1152 der fünften Spule 115 dargestellt, auch wenn die erste und dritte Spule 111, 113 jeweils ebenfalls vergleichbare Anschlüsse aufweist. Fig. 8 zeigt einen Schnitt der ersten Ladeeinrichtung 11 entlang einer Schnittlinie

C-C in Fig. 7. Fig. 9 zeigt einen Schnitt der ersten Ladeeinrichtung 11 entlang einer Schnittlinie D-D in Fig. 7. Demzufolge sind die erste bis dritte Spule 111, 112, 113 jeweils in einer anderen Ebene angeordnet als die vierte und fünfte Spule 114, 115. Die vierte und fünfte Spule 114, 115 sind in der Ladefläche 116 angeordnet, die somit als Spulenträger dient. Die Ladefläche 116 ist geeignet, das zu ladende batteriebetriebene Gerät 2, 3 aufzunehmen und mit elektrischer Energie zu versorgen. Zudem ist die zweite Spule 112 über der ersten und dritten Spule 111, 113 angeordnet. Die erste und dritte Spule 111, 113 sind in einer Ebene angeordnet. Die Abstandshalter 117 gewährleisten den entsprechenden Abstand zwischen den Spulen 111 bis 113 und den Spulen 114, 115 und von einer Abschirmeinheit, die eine Abschirmplatte 118 und eine Montageplatte 119 umfasst. Die Abschirmplatte 118 kann eine Ferritplatte sein, welche die

Intermodulation des elektromagnetischen Felds mit metallischer Umgebung nach unten mindert und das Feld nach oben zur Kopplung mit der Sekundärspule des batteriebetriebenen Geräts 2, 3 konzentriert. Wie aus Fig. 7 bis Fig. 9 ersichtlich, sind die erste bis dritte Spule 111, 112, 113 jeweils als planare Rundspulen ausgeführt. Die erste bis dritte Spule 111, 112, 113 sind hierbei als Mehrlagenspule ausgeführt, wodurch die Induktion gegenüber einer einlagigen Ausführung verstärkt werden kann. Bei der ersten bis dritten Spule 111, 112, 113 liegen die Wicklungen bzw. verschiedenen Lagen in verschiedenen Ebenen, wie in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt. Die erste bis dritte Spule 111, 112, 113 haben jeweils einen Durchmesser von einigen zehn Millimetern und ermöglichen die drahtlose Energieübertragung im Abstand einiger Millimeter bis zu wenigen Zentimetern. Die erste bis dritte Spule 111, 112, 113 haben jeweils eine Induktivität im Bereich von Mikro-Henry. Die erste bis dritte Spule 111, 112, 113 können das erste oder zweite batteriebetriebene Gerät 2, 3 per elektromagnetischer Induktion drahtlos laden. Zum drahtlosen Laden des ersten oder zweiten batteriebetriebenen Geräts 2, 3 kann eine der ersten bis dritten Spule 111, 112, 113 bei ihrer Resonanzfrequenz im Bereich von hunderten kHz betrieben werden. Die Frequenz kann insbesondere im Bereich von ca. 100 bis 200 kHz liegen, was einem Niederfrequenzbereich entspricht.

Demgegenüber sind in Fig. 7 bis Fig. 9 die vierte und fünfte Spule 114, 115 jeweils als planare Schleifenspule ausgeführt, deren Spulenwicklungen alle in einer Ebene liegen. Die vierte und fünfte Spule 114, 115 haben einen größeren Spulendurchmesser als jede der ersten bis dritten Spule 111, 112, 113. Die vierte und fünfte Spule 114, 115 spannen für große Feldausbreitung eine möglichst große Fläche innerhalb der Ladefläche 116 auf. In planarer Ausrichtung ist dadurch eine größere Freiheit der Lage der Sekundärspule im ersten oder zweiten batteriebetriebenen Gerät 2, 3 relativ zur vierten oder fünften Spule 114, 115, der Primärspule, gegeben. Zum drahtlosen Laden des ersten oder zweiten batteriebetriebenen Geräts 2, 3 kann die vierte und/oder fünfte Spule 114, 115 jeweils bei ihrer Resonanzfrequenz im Bereich von MHz betrieben werden. Die Frequenz kann beispielsweise im Bereich von ca. 5 bis 100 MHz, insbesondere bei 6,78 MHz oder 13,56 MHz, liegen, was einem Hochfrequenzbereich entspricht.

Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild einer elektrischen Verschaltung der ersten bis fünften Spule 111 bis 115, um mindestens eine der Spulen 111, 112, 113 mit einer Spule 25 des ersten batteriebetriebenen Geräts 2 zum Laden seiner Batterie 26 oder eine der Spulen 114, 115 mit einer Spule 35 des zweiten batteriebetriebenen Geräts 3 zum Laden seiner Batterie 36 zu koppeln.

Demzufolge wird die erste Ladeeinrichtung 11 von einer Steuereinheit 50 gesteuert, die an ein Bussystem 60 der übergeordneten Einrichtung 5 angeschlossen ist. Das Bussystem 60 kann beispielsweise ein CAN- Bussystem, ein Ethernet-Bus, usw. sein. Die Steuereinheit 50 dient zum Steuern einer ersten Schalteinrichtung 51, einer zweiten Schalteinrichtung 52, einer dritten

Schalteinrichtung 53 und einem Trägerfrequenzgenerator 54. Der

Trägerfrequenzgenerator 54 ist an einen Spulenstromtreiber 55 angeschlossen, welcher wiederum je nach Stellung der dritten Schalteinrichtung 53 an eine Niederfrequenz-Impedanzanpasseinrichtung 56 oder eine Hochfrequenz- Impedanzanpasseinrichtung 57 angeschlossen ist. Je nach Stellung der ersten bis dritten Schalteinrichtung 51, 52, 53, die in Fig. 10 als Umschalter ausgeführt sind, wird also in den Spulen 111 bis 115 ein Strom mit der entsprechenden

Frequenz erzeugt, Dadurch kann mittels elektromagnetischer Induktion

Ladeenergie für die Batterie 26, 36 eines der batteriebetriebenen Geräte 2, 3 erzeugt werden. Der Spulenstromtreiber 55 ist in diesem Beispiel als

Breitbandverstärker ausgeführt. Die Steuereinheit 50 steuert die Einstellung des Trägerfrequenzgenerators 54 auf die gewünschte Frequenz für den Strom in den

Spulen 111 bis 115 und die Modulation der Frequenz für die Datenübertragung.

Somit kann die erste Ladeeinrichtung 11 das erste batteriebetriebene Gerät 2 je nach Bedarf entweder nach einem vorbestimmten ersten Standard oder einem vorbestimmten zweiten Standard drahtlos laden. Wobei der erste und zweite

Standard das Prinzip der elektromagnetischen Induktion verwenden.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die zweite Ladeeinrichtung 12 das zweite batteriebetriebene Gerät 3 nach einem vorbestimmten dritten Standard drahtlos laden. Gemäß dem dritten Standard kann beispielsweise das

Prinzip der kapazitiven Ladung Verwendung finden. In diesem Fall ist die zweite Ladeeinrichtung 12 ausgeführt, wie in Fig. 11 dargestellt. Hier ist auf einer Ladefläche 123 eine Vielzahl von Flächen 124 regelmäßig benachbart zueinander angeordnet. Die Flächen 124 sind insbesondere als metallische Kapazitätsbeläge ausgeführt. Die Flächen 124 wirken als eine Kondensatorplatte auf einer energieeinspeisenden Seite. Die andere Kondensatorplatte zur Aufnahme von Energie in dem batteriebetrieben Gerät 2, 3 ist vorzugsweise auf die gleiche Weise ausgeführt, wie in Fig. 11 für die zweite Ladeeinrichtung 12 dargestellt. Die Ladefläche 123 ist insbesondere sehr dünn ausgeführt.

Beispielsweise ist die Ladefläche 123 als eine metallisierte flexible Folie, insbesondere eine Polyimidfolie, die eine als Flächen 124 strukturierte

Kupferkaschierung trägt, ausgeführt. Für die Erhöhung der Energieübertragung ist die Spannung an den zur Energieübertragung genutzten Flächen 124 zu erhöhen.

Gemäß einer Modifikation der zweiten Ladeeinrichtung 12 ist neben den Flächen 124 an der Ladefläche 123 mindestens eine Spule der Spulen 111 bis 115 vorhanden. Dadurch ist mit der zweiten Ladeeinrichtung 12 sowohl eine Ladung gemäß dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion als auch eine Ladung gemäß kapazitiver Ladung mit einem batteriebetriebenen Gerät 2, 3 möglich. Somit wäre in diesem Fall der erste Standard zum drahtlosen Laden bei der zweiten Ladeeinrichtung 12 ein Laden gemäß dem Prinzip der

elektromagnetischen Kopplung. Dagegen ist der zweite Standard zum drahtlosen Laden bei der zweiten Ladeeinrichtung 12 ein Laden gemäß dem Prinzip der kapazitiven Ladung. Die Ladefläche 123 kann auch hier als metallisierte flexible Folie, insbesondere eine Polyimidfolie, die eine als Flächen 124 und Spule(n) 111 bis 115 strukturierte Kupferkaschierung trägt, ausgeführt sein.

Fig. 12 und Fig. 13 zeigen Teile eines Verfahrens zum drahtlosen Laden der batteriebetriebenen Geräte 2, 3. Das Verfahren kann beispielsweise ausgeführt werden, wenn die Vorrichtung 1 mittels Abdeckelement 13 und/oder zweiter Ladeeinrichtung 12 geschlossen ist, was mit den Schaltern 20 erfassbar und mit den Anzeigeeinrichtungen 30, 40 anzeigbar ist. Somit ist der Schalter 20 eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung, ob sich die zweite Ladeeinrichtung 12 in einer Position befindet, in welcher die zweite Ladeeinrichtung 12 zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts 2, 3 verwendbar ist. Gegebenenfalls kann ein Bediener der Vorrichtung 1 mittels der Anzeigeeinrichtungen 30, 40 im Klartext akustisch und/oder optisch zum Schließen der Schalter 20 aufgefordert werden. Nach dem Beginn des Verfahrens bei einem Schritt S10 in Fig. 12 wird bei einem Schritt S20 beispielsweise das batteriebetriebene Gerät 2 an der Ladefläche 116 der ersten Ladeeinrichtung 11 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass das batteriebetriebene Gerät 2 an der Ladefläche 123 der zweiten Ladeeinrichtung 12 angeordnet wird. Das Gleiche gilt für das batteriebetriebene Gerät 3. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S30 weiter.

Bei einem Schritt S30 wird eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem batteriebetrieben Gerät 2 und der Ladeeinrichtung 11 aufgebaut, an welcher das batteriebetriebe Gerät 2 angeordnet ist. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S40 weiter.

Bei dem Schritt S40 wird geprüft, ob mit der Ladeeinrichtung 11 ein drahtloses Laden des batteriebetriebenen Geräts 2 gemäß dem ersten Standard also dem Laden gemäß dem Prinzip von elektromagnetischer Induktion mit Niederfrequenz ausgeführt werden kann. Ist dies möglich, geht der Fluss zu einem Schritt S50 weiter. Ist dies nicht möglich, geht der Fluss zu einem Schritt S60 weiter.

Bei dem Schritt S50 steuert die Steuereinrichtung 50 die Schalteinrichtung 53 derart, dass die Schalteinrichtung 53 den Spulenstromtreiber 55 mit der

Niederfrequenz-Impedanzanpasseinrichtung 56 verbindet. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S80 weiter, bei welchem eine Unterroutine gestartet wird, die in Fig. 13 veranschaulicht ist und feststellt, welche Spule der Spulen 111, 112, 113 am besten mit einer Spule des batteriebetriebenen Geräts 2 gekoppelt ist, um eine bestmögliche Energieübertragung beim Laden des

batteriebetriebenen Geräts 2 zu ermöglichen.

Demgegenüber wird bei dem Schritt S60 wird geprüft, ob mit der Ladeeinrichtung 11 ein drahtloses Laden des batteriebetriebenen Geräts 2 gemäß dem zweiten Standard also dem Laden gemäß dem Prinzip von elektromagnetischer Induktion mit Hochfrequenz ausgeführt werden kann. Ist dies möglich, geht der Fluss zu einem Schritt S70 weiter. Ist dies nicht möglich, geht der Fluss zu einem Schritt S120 weiter. Bei dem Schritt S70 steuert die Steuereinrichtung 50 die Schalteinrichtung 53 derart, dass die Schalteinrichtung 53 den Spulenstromtreiber 55 mit der

Hochfrequenz-Impedanzanpasseinrichtung 55 verbindet. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S90 weiter, bei welchem eine Unterroutine gestartet wird, die analog zu der Unterroutine von Fig. 13 ist.

Bei der Unterroutine von Fig. 13 werden nach dem Start bei einem Schritt S901 die Kopplung k der Spule des batteriebetriebenen Geräts 2 mit jeder der drei Niederfrequenzspulen 111, 112, 113 gemessen und als Kopplungswerte kl , k2, k3 gespeichert. Kl steht für die Kopplung der Spule 111 mit der Spule 25 des batteriebetriebenen Geräts 2. K2 steht für die Kopplung der Spule 112 mit der Spule 25 des batteriebetriebenen Geräts 2. K3 steht für die Kopplung der Spule 113 mit der Spule 25 des batteriebetriebenen Geräts 2. Die Kopplung wird beispielsweise durch die Geometrie der Spulen, wie beispielsweise deren Durchmesser, und den Spulenabstand bestimmt. Die größte Kopplung ergibt sich, wenn die Primärspule in der Ladeeinrichtung 11, also die jeweiligen Spulen 111, 112, 113, und die Sekundärspule im batteriebetriebenen Gerät 2

übereinstimmend ausgerichtet sind. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S903 weiter.

Bei dem Schritt S903 wird geprüft, ob der Wert kl > k2 ist. Lautet die Antwort JA, geht der Fluss zu einem Schritt S904 weiter. Ansonsten geht der Fluss zu einem Schritt S905 weiter

Bei dem Schritt S904 wird geprüft, ob der Wert kl > k3 ist. Lautet die Antwort JA, geht der Fluss zu einem Schritt S906 weiter. Ansonsten geht der Fluss zu einem Schritt S907 weiter.

Bei dem Schritt S905 wird geprüft, ob der Wert k2 > k3 ist. Lautet die Antwort JA, geht der Fluss zu einem Schritt S908 weiter. Ansonsten geht der Fluss zu einem Schritt S909 weiter.

Bei dem Schritt S906 wird der Kopplungswert kl als die maximale Kopplung bestimmt, so dass die Spule 111 als die Spule bestimmt wird, welche die beste Kopplung mit der Spule 25 des batteriebetriebenen Geräts 2 hat. Bei den Schritten S907 und S909 wird die maximale Kopplung als k3 bestimmt. Bei dem Schritt S908 wird die maximale Kopplung als k2 bestimmt. Danach geht der Fluss jeweils zu einem Schritt S910 weiter. Bei dem Schritt S910 steuert die Steuereinheit 50 die zweite Schalteinrichtung

52, um die Niederfrequenz-Impedanzanpasseinrichtung 57 mit der Spule der Spulen 111, 112, 113 zu verbinden, welche die beste Kopplung mit der Spule 25 des batteriebetriebenen Geräts 2 hat. Danach wird die Unterroutine von Fig. 13 beendet und der Fluss geht zu dem Schritt S100 in Fig. 12.

Bei dem Schritt S100 wird das Laden des batteriebetriebenen Geräts 2 durch Einschalten der Feldenergie gestartet. Hierbei steuert die Steuereinheit 50 den Trägerfrequenzgenerator 54 und damit den Spulenstromtreiber 55 entsprechend an. Dabei ist es vorteilhaft, die Spulen 111 bis 113 für einen hohen Wirkungsgrad der Energieübertragung bei ihrer Resonanzfrequenz zu betreiben, da bei der

Resonanzfrequenz eine Energieüberhöhung entsteht. Streufeld Verluste, Wirbelstromverluste in umgebenden metallischen Körpern und die elektrischen Innenwiderstände der Spulen 25, 111, 112, 113 selbst beeinflussen den

Wirkungsgrad der Energieübertragung zusätzlich. Schließlich geht auch die Effizienz des Trägerfrequenzgenerators 54 direkt in den Wirkungsgrad der

Energieübertragung ein. Für die Erhöhung der Energieübertragung ist der Strom in der zur Energieübertragung ausgewählten Spule 111, 112, 113 zu erhöhen. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S110 weiter. Bei dem Schritt S110 wird über die bidirektionale Kommunikation geprüft, ob die

Batterie des batteriebetriebenen Geräts 2 bereits vollständig geladen ist oder nicht. Ist die Batterie noch nicht vollständig geladen, geht der Fluss zu dem Schritt S100 zurück. Ansonsten geht der Fluss zu dem Schritt S140 weiter, bei welchem der Ladevorgang und damit das Verfahren beendet werden.

Bei dem Schritt S120 wird geprüft, ob mit der Ladeeinrichtung 11 ein drahtloses Laden des batteriebetriebenen Geräts 2 gemäß dem dritten Standard also dem Laden gemäß dem Prinzip der kapazitiven Ladung ausgeführt werden kann. Ist dies möglich, geht der Fluss zu einem Schritt S130 weiter. Ist dies nicht möglich, geht der Fluss zu dem Schritt S140 weiter, wo das Verfahren beendet ist. Bei dem Schritt S140 wird das Laden des batteriebetriebenen Geräts 2 mittels des dritten Standards durch Einschalten der Feldenergie gestartet. Hierbei steuert die Steuereinheit 50 die zweite Ladeeinrichtung 12 entsprechend an. Vorteilhaft ist auch hier, wenn zuvor geprüft wird, an welchen Flächen 124 das batteriebetriebene Gerät 2 an der zweiten Ladeeinrichtung 12 angeordnet ist, und dann nur die entsprechenden Flächen 124 eingeschaltet werden, welche gegenüber von Kondensatorflächen des batteriebetriebenen Geräts 2, 3 angeordnet sind. Zudem wird über eine bidirektionale Kommunikation zwischen Ladeeinrichtung 12 und batteriebetriebenem Gerät 2 geprüft, ob die Batterie 26 des batteriebetriebenen Geräts 2 bereits vollständig geladen ist oder nicht.

Danach geht der Fluss zu dem Schritt S140 weiter, bei welchem der

Ladevorgang und damit das Verfahren beendet werden. Bei dem Verfahren können die Schritte S40, S60 und S120 in beliebiger anderer

Reihenfolge oder auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden.

Somit ist mit der Vorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein Laden eines ersten batteriebetriebenen Geräts 2 und/oder eines zweiten

batteriebetriebenen Geräts 3 mit der ersten und/oder zweiten Ladeeinrichtung

11, 12 gemäß einem ersten bis dritten Standard möglich, also dem Laden gemäß dem Prinzip von elektromagnetischer Induktion mit Niederfrequenz oder

Hochfrequenz und dem Laden gemäß dem Prinzip der kapazitiven Ladung. Fig. 14 bis Fig. 16 zeigen eine erste Ladeeinrichtung IIA gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel, die anstelle der ersten Ladeeinrichtung 11 in eine

Vorrichtung 1 integriert sein kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die erste Ladeeinrichtung IIA gemäß dem vorliegenden

Ausführungsbeispiel umfasst anstelle der Flachspulen 114, 115 zwei

Rahmenspulen 114A, 115A. Die Rahmenspule 114A hat einen Rahmen 1145.

Die Rahmenspule 115A hat einen Rahmen 1155. Die Rahmen 1145, 1155 sind in Fig. 15 und Fig. 16 als Beispiel mit drei Wicklungen bewickelt. Die

Rahmenspulen 114A, 115A sind innerhalb der Ladefläche 116 montiert, wie in Fig. 14 gezeigt. Die Rahmenspule 115A ist größer als die Rahmenspule 114A Genauer gesagt, hat die Rahmenspule 115A längere Seitenlängen als die Rahmenspule 114A. Die Rahmenspulen 114A, 115A sind in Fig. 14 bis Fig. 16 rechteckig ausgebildet. Demzufolge hat die erste Ladeeinrichtung IIA gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gegebenenfalls eine größere Höhe als die Ladeeinrichtung 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 17 zeigt eine erste Ladeeinrichtung IIB gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel, die anstelle der ersten Ladeeinrichtung 11 in eine

Vorrichtung 1 integriert werden kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die erste Ladeeinrichtung IIB gemäß dem vorliegenden

Ausführungsbeispiel umfasst anstelle der Spulen 111 bis 115 nur die Spule 115.

Somit kann mit der ersten Ladeeinrichtung IIB gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur gemäß dem Prinzip von elektromagnetischer Induktion aufgrund eines hochfrequenten elektrischen Stroms drahtlos geladen werden. Dadurch kann auch die Schalteinrichtung 53 entfallen und die Elemente 54, 55 57 können in einem Teil ausgeführt sein.

Fig. 18 zeigt eine erste Ladeeinrichtung HC gemäß einem vierten

Ausführungsbeispiel, die anstelle der ersten Ladeeinrichtung 11 in eine

Vorrichtung 1 integriert werden kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die erste Ladeeinrichtung HC gemäß dem vorliegenden

Ausführungsbeispiel umfasst anstelle der Spulen 111 bis 115 nur die Spulen 111 bis 113. Somit kann mit der ersten Ladeeinrichtung HB gemäß dem

vorliegenden Ausführungsbeispiel nur gemäß dem Prinzip von

elektromagnetischer Induktion aufgrund eines niederfrequenten elektrischen Stroms drahtlos geladen werden. Dadurch kann auch die Schalteinrichtung 53 entfallen und die Elemente 54 bis 56 können in einem Teil ausgeführt sein.

Fig. 19 zeigt eine erste Ladeeinrichtung HD gemäß einem fünften

Ausführungsbeispiel, die anstelle der ersten Ladeeinrichtung 11 in eine

Vorrichtung 1 integriert werden kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die erste Ladeeinrichtung HD gemäß dem vorliegenden

Ausführungsbeispiel umfasst wie die erste Ladeeinrichtung HC gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel anstelle der Spulen 111 bis 115 nur die Spulen 111 bis 113. Jedoch sind die Spulen 111 bis 113 bei dem vorliegenden

Ausführungsbeispiel keine Rundspulen sondern rechteckig gewickelte Spulen. Die rechteckig gewickelten Spulenlll bis 113 bieten durch ihre größere

Flächenausdehnung als die Rundspulen eine geringfügig größere Fläche gleichmäßiger Energieübertragung auf der Ladefläche 116.

Fig. 20 zeigt eine Vorrichtung 7 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Hier ist die Aufnahmeeinheit 15 zur Aufnahme einer lösbar montierbaren

Kassette 70 ausgestaltet. Die Kassette 70 hat eine Anschlusseinrichtung 71 zum Anschluss der Kassette 70 über eine Anschlusseinrichtung 27 der Vorrichtung 1 an eine Stromversorgung der Vorrichtung 7, eine Datenleitung für das Bussystem 60 (Fig. 10), Ein- und Ausgänge für die Schalter 20 und die Anzeigeeinrichtungen 30, 40. Die Kassette 70 umfasst eine vollständige mechanische und

elektronische Anordnung zum Umsetzen von zwei Standards für das drahtlose Laden. Die Anschlusseinrichtung 27 kann als Federkontaktleiste ausgeführt sein.

Die Kassette 70 ist in Fig. 21 und Fig. 22 näher gezeigt. Die Kassette 70 ist um ihre eigene Achse 72 drehbar. Bei der Kassette 70 ist an ihrer einen Seite eine zweite Ladeeinrichtung 12 angeordnet, wie in Fig. 21 gezeigt. An einer Seite, welche dieser Seite der Kassette 70 gegenüberliegt, ist eine erste

Ladeeinrichtung IIB angeordnet, wie in Fig. 22 gezeigt. Die erste und zweite Ladeeinrichtung 12 sind durch einen Seitensteg 73 der Kassette 70 voneinander beabstandet. Die Anschlusseinrichtung 71 hat in Fig. 21 und Fig. 22 eine Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten, die separat oder zumindest teilweise gemeinsam für einen Anschluss an elektrische Geräte, wie eine Anzeigeeinrichtung 30, 40 (Fig. 1), eine Stromversorgung, usw., genutzt werden können. Die

Anschlusseinrichtung 71 ist beispielsweise als Flachkontakt ausgestaltet. Hierbei ist die Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten der Anschlusseinrichtung 71 symmetrisch doppelt um die Achse 72 angeordnet. Demzufolge sind auf beiden Seiten der Achse 72 die gleichen Anschlussmöglichkeiten der

Anschlusseinrichtung 71 vorhanden. Dadurch kann durch Drehen der Kassette 70 um ihre Achse 72 die eine oder die andere Ladeeinrichtung 11, 12 zum drahtlosen Laden ausgewählt werden.

Bei einem Verfahren zum Laden eines der batteriebetriebenen Geräte 2, 3 können zusätzlich zu den Schritten des Verfahrens gemäß dem ersten

Ausführungsbeispiel die Kompatibilität der Ladeeinrichtung 11, 2, an welcher das batteriebetriebenen Gerät 2, 3 angeordnet ist, und/oder Anweisungen zum Wechsel bzw. der Drehung der Kassette 70 um ihre Achse 72 angezeigt werden.

Gemäß einer Modifikation des sechsten Ausführungsbeispiels hat die Kassette 70 nur eine Ladeeinrichtung, also entweder die erste Ladeeinrichtung 11 oder die zweite Ladeeinrichtung 12.

Gemäß einer weiteren Modifikation des sechsten Ausführungsbeispiels hat die Kassette 70 an einer Seite zwei Ladeeinrichtungen gemäß unterschiedlichen Standards des drahtlosen Ladens, also entweder gemäß dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion (Hochfrequenz und Niederfrequenz) und/oder der kapazitiven Ladung. In diesem Fall kann die Anschlusseinrichtung 71 auch auf zwei verschiedenen Seiten angeordnet sein, die jeweils quer zu den zwei Ladeeinrichtungen angeordnet sind.

Fig. 20 zeigt eine Ladeeinrichtung HC einer Kassette 75 gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel. Die Ladeeinrichtung HC kann anstelle der ersten Ladeeinrichtung HB oder der zweiten Ladeeinrichtung 12 der Kassette 70 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel Verwendung finden. Ansonsten ist die Kassette 75 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut wie die Kassette 70 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung 1, der

Ladeeinrichtungen 11, HA bis HD, 12, 70, 75 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden.

Insbesondere ist eine beliebige Kombination der Merkmale der

Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen möglich. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.

Die Vorrichtung 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist insbesondere in einer Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs eingebaut oder im Fahrerhaus eines

Lastkraftf ah rzeu gs .

Die Abdeckung 13 kann, je nach verfügbarem Raum, entweder als starre Platte oder als Jalousie mit Lamellen ausgeführt sein. Zudem kann die zweite Ladeeinrichtung 12 entweder als starre Platte oder als Jalousie mit Lamellen ausgeführt sein. Im Falle einer starren Platte kann diese in der linear

verlängerten Ebene der Abdeckung 13 bzw. der zweiten Ladeeinrichtung 12 geführt sein, um die Vorrichtung 1, 7 zu öffnen oder zu schließen, wie zuvor beschrieben.

Die Spulen 111 bis 115 oder die kapazitiven Flächen 124 können über eine flexible Metallfolie, insbesondere eine Metallstrukturfolie, elektrisch mit der elektronischen Treiberschaltung verbunden sein, beispielsweise der

Niederfrequenz-Impedanzanpasseinrichtung 56 oder der Hochfrequenz- Impedanzanpasseinrichtung 57.

Die Anzahl und Anordnung der Spulen 111 bis 115 der Vorrichtung 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann auch nur eine Spule 111 vorhanden sein, auch wenn mehrere Spulen bevorzugt sind, um den

Kopplungsfaktor zwischen Ladeeinrichtung 11 oder 12 und dem

batteriebetriebenen Gerät 2, 3 zu erhöhen. Zudem ist die Geometrie und Größe der Spulen 111 bis 115 beliebig wählbar. Es können auch Spulen 111 bis 115 mit unterschiedlichen Formen, beispielsweise rechteckig und rund, usw., in einer Ladeeinrichtung 11 vorhanden sein.

Die Anzahl und Anordnung der Flächen 124 der Vorrichtung 1 der

Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann auch nur eine Fläche 124 vorhanden sein, auch wenn mehrere Flächen 124 bevorzug sind, um den Kopplungsfaktor zwischen Ladeeinrichtung 11 oder 12 und dem

batteriebetriebenen Gerät 2, 3 zu erhöhen.

Claims

Ansprüche

1) Vorrichtung (1) zum drahtlosen Laden von batteriebetriebenen Geräten (2, 3), mit

einer Aufnahmeeinheit (15) zur Aufnahme einer ersten

Ladeeinrichtung (11; IIA bis HD) und einer zweiten Ladeeinrichtung

(12),

wobei die erste Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2, 3) nach einem vorbestimmten ersten Standard ausgestaltet ist,

wobei die zweite Ladeeinrichtung (12) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2, 3) nach einem vorbestimmten zweiten Standard ausgestaltet ist, wobei der erste Standard verschieden von dem zweiten Standard ist, und

wobei die Aufnahmeeinheit (15) derart ausgestaltet ist, dass die erste Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) zum drahtlosen Laden eines ersten (2) batteriebetriebenen Geräts zumindest teilweise gleichzeitig mit der zweiten Ladeeinrichtung (12) zum drahtlosen Laden eines zweiten batteriebetriebenen Geräts (3) verwendbar ist. 2) Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,

wobei die Aufnahmeeinheit (15) ein Gehäuse zur Aufnahme der zweiten Ladeeinrichtung (12) über der ersten Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) ist, und/oder

wobei die Vorrichtung (1) gegen Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung nach außerhalb der Vorrichtung (1) abgeschirmt ist, und/oder

wobei die zweite Ladeeinrichtung (12) gegen Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung in Richtung der ersten Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) abgeschirmt ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aufnahmeeinheit (15) zur Aufnahme einer lösbar montierbaren Kassette (70; 75) ausgestaltet ist, an deren einen Seite eine erste Ladeeinrichtung (11; IIA bis HD) und an einer der Seite gegenüberliegenden Seite eine zweite

Ladeeinrichtung (12) angeordnet ist, und/oder an deren einen Seite eine erste Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) und eine zweite

Ladeeinrichtung (12) angeordnet ist.

Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei die erste Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) am Boden des Gehäuses angeordnet ist und sowohl mindestens eine Spule (111, 112, 113) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2; 3) bei Frequenzen im Bereich von ca. 100 bis 200 kHz als auch mindestens eine Spule (114, 115) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2; 3) bei Frequenzen im Bereich von ca. 5 bis 100 MHz aufweist, und/oder

wobei die zweite Ladeeinrichtung (12) metallische Flächen zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2; 3) mittels kapazitiver Ladung aufweist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 4,

wobei die Spule zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts bei Frequenzen im Bereich von ca. 5 bis 100 MHz eine

Rahmenspule oder eine Flachspule ist.

Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Ladeeinrichtung (12) relativ zur ersten Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) derart bewegbar ist, dass die zweite Ladeeinrichtung (12) die erste Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) je nach Bedarf in Richtung auf eine Öffnung der Vorrichtung (1) abdecken oder freigeben kann.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die zweite Ladeeinrichtung (12) eine Jalousie ist, die zum Öffnen aus ihrer Verschlussebene

wegzubewegen und aufzurollen ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, zudem mit

einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung, ob sich die zweite

Ladeeinrichtung (12) in einer Position befindet, in welcher die zweite

Ladeeinrichtung (12) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen

Geräts (2; 3) verwendbar ist, und/oder

einer Einrichtung zum Senden von Daten in Bezug auf ein drahtloses Laden mit der ersten und/oder zweiten Ladeeinrichtung (11;

HA bis HD; 12) an eine externe Anzeigeeinrichtung (30; 40).

Einheit (6) für einen Fahrgastraum eines Fahrzeug, mit

einer Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einheit (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung

(1) im Fahrzeug fest einbaubar ist.

Verfahren zum drahtlosen Laden von batteriebetriebenen Geräten (2; 3), mit den Schritten

Anordnen eines ersten batteriebetriebenen Geräts (2; 3) an einer ersten Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) oder einer zweiten

Ladeeinrichtung (12) einer Vorrichtung (1), welche eine Aufnahmeeinheit (15) zur Aufnahme der ersten Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) und der zweiten Ladeeinrichtung (12) aufweist, wobei die erste Ladeeinrichtung (11; HA bis HD) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2; 3) nach einem vorbestimmten ersten Standard ausgestaltet ist, wobei die zweite Ladeeinrichtung (12) zum drahtlosen Laden eines batteriebetriebenen Geräts (2; 3) nach einem vorbestimmten zweiten Standard ausgestaltet ist, und wobei der erste Standard verschieden von dem zweiten Standard ist, und

drahtloses Laden des ersten batteriebetriebenen Geräts (2; 3) mit der Ladeeinrichtung der ersten oder zweiten Ladeeinrichtung (11; HA bis HD; 12), an welcher das erste batteriebetriebene Gerät (2; 3) zum drahtlosen Laden angeordnet ist,

wobei das drahtlose Laden des ersten batteriebetriebenen Geräts (2) zumindest teilweise gleichzeitig mit einem drahtlosen Laden eines zweiten batteriebetriebenen Geräts (3) ausgeführt werden kann, das auf der anderen Ladeeinrichtung der ersten oder zweiten Ladeeinrichtung (11; HA bis HD; 12) angeordnet ist.