DE102012210930A1 - Energy transfer arrangement and method for operating the energy transfer arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (60) zum Betreiben einer Energieübertragungsanordnung (10), wobei die Energieübertragungsanordnung (10) ein Primärglied (12) zum Abgeben von elektrischer Energie und ein Sekundärglied (14) zum Aufnehmen der elektrischen Energie aufweist, wobei das Primärglied (12) und das Sekundärglied (14) beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind und wobei das Primärglied (12) und das Sekundärglied (14) eine Mehrzahl von Betriebsparametern aufweisen, wobei zunächst die elektrische Energie von dem Primärglied (12) auf das Sekundärglied (14) übertragen wird, wobei wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds (12) erfasst wird, wobei der Betriebsparameter des Primärglieds (12) mit primärseitigen Referenzwerten verglichen wird, um die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung des Primärglieds (12) und des Sekundärglieds (14) zu bestimmen und damit ein Störobjekt zwischen dem Primärglied (12) und dem Sekundärglied (14) und/oder eine Bewegung des Sekundärglieds (14) relativ zu dem Primärglied (12) zu erfassen, und wobei wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds (12) variiert wird, sofern der Betriebsparameter des Primärglieds (12) von den primärseitigen Referenzwerten abweicht.The invention relates to a method (60) for operating an energy transmission arrangement (10), the energy transmission arrangement (10) having a primary member (12) for delivering electrical energy and a secondary member (14) for receiving the electrical energy, the primary member (12 ) and the secondary member (14) are designed to be movable relative to one another and can be coupled magnetically and / or electromagnetically for the transmission of the electrical energy, and the primary member (12) and the secondary member (14) have a plurality of operating parameters, the electrical energy from the primary member being the first (12) is transmitted to the secondary member (14), at least one of the operating parameters of the primary member (12) being recorded, the operating parameter of the primary member (12) being compared with primary-side reference values in order to determine the magnetic and / or electromagnetic coupling of the primary member ( 12) and the secondary member (14) to be determined and dam it to detect a disturbing object between the primary member (12) and the secondary member (14) and / or a movement of the secondary member (14) relative to the primary member (12), and at least one of the operating parameters of the primary member (12) is varied, if the operating parameter of the primary element (12) deviates from the primary-side reference values.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energieübertragungsanordnung, wobei die Energieübertragungsanordnung ein Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und ein Sekundärglied zum Aufnehmen der elektrischen Energie aufweist, und wobei das Primärglied und das Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind.The present invention relates to a method for operating an energy transmission arrangement, wherein the energy transmission arrangement has a primary element for discharging electrical energy and a secondary element for receiving the electrical energy, and wherein the primary element and the secondary element are movable relative to one another and magnetic and / or transferring the electrical energy. or are electromagnetically coupled.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Energieübertragungsanordnung mit einem Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und einem Sekundärglied zum Aufnehmen der elektrischen Energie, wobei das Primärglied und das Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind.Furthermore, the present invention relates to a power transmission arrangement having a primary member for discharging electrical energy and a secondary member for receiving the electrical energy, wherein the primary member and the secondary member are movable to each other and magnetic and / or electromagnetically coupled to transmit the electrical energy.
Stand der TechnikState of the art
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine als alleinigen Antrieb oder gemeinsam mit einem Antriebsmotor eines anderen Typs (Hybridantrieb) zu verwenden. In derartigen Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden typischerweise elektrische Maschinen als Antriebsmotor verwendet, die durch einen elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einen Akkumulator, mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die elektrischen Energiespeicher regelmäßig je nach Ladezustand aufgeladen werden. Dabei dient üblicherweise ein Kabel zur Übertragung der elektrischen Energie von einer Ladestation auf das Fahrzeug. Eine derartige Kabelverbindung bietet einen sehr schlechten Bedienungskomfort und stellt außerdem eine mögliche Gefahr für den Anwender dar, da die Steckverbindung und das Kabel aufgrund von Beschädigungen beispielsweise elektrische Entladungen an den Anwender übertragen können. Alternativ zu einer Kabelverbindung besteht die Möglichkeit, Fahrzeuge über eine kontaktlose Energieübertragung mit elektrischer Energie zu versorgen. Dabei können verschiedene Wirkprinzipien zur kontaktlosen Energieübertragung genutzt werden, beispielsweise eine induktive Energieübertragung oder eine elektromagnetische Energieübertragung. Bei der induktiven Energieübertragung wird auf der Primärseite mithilfe einer Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Zumindest ein Teil dieses magnetischen Wechselfelds durchdringt die Sekundärseite, die ebenfalls eine Spule enthält. Dadurch wird in der Spule der Sekundärseite eine Spannung induziert und somit Energie von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen. Bei der elektromagnetischen Energieübertragung ist der Abstand zwischen der Primärseite und der Sekundärseite so groß, dass die Welleneigenschaften der elektromagnetischen Felder relevant sind und genutzt werden können. Üblicherweise werden Antennen als Sender/Empfänger auf der Primär-/Sekundärseite verwendet. In the field of motor vehicle drive technology, it is generally known to use an electric machine as the sole drive or together with a drive motor of another type (hybrid drive). In such electric or hybrid vehicles electrical machines are typically used as a drive motor, which are supplied by an electrical energy storage, such as an accumulator, with electrical energy, the electric energy storage are charged regularly depending on the state of charge. In this case, usually a cable is used to transfer the electrical energy from a charging station to the vehicle. Such a cable connection offers a very poor ease of use and also represents a potential danger to the user, since the connector and the cable due to damage, for example, electrical discharges can be transmitted to the user. As an alternative to a cable connection, it is possible to supply vehicles with electrical energy via contactless energy transmission. In this case, different principles of action can be used for contactless energy transfer, for example, an inductive energy transfer or electromagnetic energy transfer. In the case of inductive energy transmission, a magnetic alternating field is generated on the primary side by means of a coil. At least part of this alternating magnetic field penetrates the secondary side, which also contains a coil. As a result, a voltage is induced in the coil of the secondary side and thus energy is transferred from the primary side to the secondary side. In the case of electromagnetic energy transmission, the distance between the primary side and the secondary side is so great that the wave properties of the electromagnetic fields are relevant and can be used. Usually antennas are used as transceivers on the primary / secondary side.
Der Wirkungsgrad dieser kontaktlosen Energieübertragung ist insbesondere durch Streuverluste schlechter als bei der kabelgebundenen Übertragung, wobei bei einem Luftspalt von 20 bis 30 cm der Wirkungsgrad ca. 90 % sein kann. Jedoch ist eine derartige Energieübertragung durch die einfachere Handhabung komfortabler und bietet somit eine höhere Akzeptanz bei dem Anwender.The efficiency of this contactless energy transfer is in particular by scattering losses worse than in the wired transmission, with an air gap of 20 to 30 cm, the efficiency can be about 90%. However, such energy transfer is more comfortable due to the easier handling and thus offers greater acceptance by the user.
Bei der kontaktlosen Energieübertragung stellt die Betriebssicherheit ein wichtiges Thema dar. Zum einen darf die Energieübertragung nur dann gestartet werden, wenn tatsächlich ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug über der Ladestation/Bodenstation geparkt ist, die zum Beispiel in den Straßenbelag eingelassen ist. Befinden sich andere Objekte oder gar Menschen über der Ladestation, so muss eine Übertragung von elektrischer Energie verhindert werden, um weitere Gefährdungen auszuschließen. Zum anderen wird während der Energieübertragung in einem Bereich zwischen der Bodenstation und einer fahrzeugseitigen Übertragungseinrichtung ein magnetisches Feld hoher Feldstärke und Flussdichte aufgebaut. Gelangen Menschen oder Tiere während des Ladevorgangs in diesen Bereich, so können Körperströme induziert werden. Befinden sich beispielsweise elektrisch leitfähige Gegenstände in diesem Bereich, so können diese durch die induzierten Wirbelströme erwärmt werden. Um derartige Gefährdungen auszuschließen, muss die Energieübertragung sofort beendet werden, sobald ein Objekt in dem Luftspalt zwischen der Bodenstation und der fahrzeugseitigen Übertragungseinrichtung erfasst wird.Operational safety is an important issue in non-contact power transmission. Firstly, the energy transmission may only be started if an electrically driven vehicle is actually parked above the charging station / ground station, which is embedded in the road surface, for example. If other objects or even people are above the charging station, a transfer of electrical energy must be prevented in order to exclude further hazards. On the other hand, a magnetic field of high field strength and flux density is built up during the energy transmission in a region between the ground station and a vehicle-side transmission device. If humans or animals enter this area during the charging process, body currents can be induced. If, for example, electrically conductive objects are in this area, they can be heated by the induced eddy currents. In order to exclude such hazards, the energy transfer must be terminated immediately as soon as an object in the air gap between the ground station and the vehicle-side transmission device is detected.
Aus der
In einem weiteren Aspekt wird außerdem bei bekannten Anordnungen zur Energieübertragung nicht erkannt, dass sich beispielsweise durch Beladen des Fahrzeugs während des Ladevorgangs der Abstand zwischen dem Fahrzeug und der Bodenstation ändert und damit die Effizienz der Energieübertragung verringert wird.In a further aspect, it is also not recognized in known arrangements for energy transmission that, for example, by loading the vehicle during the charging process, the distance between the vehicle and the ground station changes and thus the efficiency of energy transfer is reduced.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zum Betreiben einer Energieübertragungsanordnung bereit, wobei die Energieübertragungsanordnung ein Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und ein Sekundärglied zum Aufnehmen der elektrischen Energie aufweist, wobei das Primärglied und das Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind und wobei das Primärglied und das Sekundärglied eine Mehrzahl von Betriebsparametern aufweisen, wobei zunächst die elektrische Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied übertragen wird, wobei wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds erfasst wird, wobei der Betriebsparameter des Primärglieds mit primärseitigen Referenzwerten verglichen wird, um die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung des Primärglieds und des Sekundärglieds zu bestimmen und damit ein Störobjekt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied und/oder eine Bewegung des Sekundärglieds relativ zu dem Primärglied zu erfassen, und wobei wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds variiert wird, sofern der Betriebsparameter des Primärglieds von den primärseitigen Referenzwerten abweicht. The present invention therefore provides a method of operating an energy transfer assembly, wherein the energy transfer assembly comprises a primary member for discharging electrical energy and a secondary member for receiving the electrical energy, wherein the primary member and the secondary member are movably formed to each other and magnetic and for transmitting the electrical energy and / or are electromagnetically coupled and wherein the primary member and the secondary member having a plurality of operating parameters, wherein first the electrical energy is transmitted from the primary member to the secondary member, wherein at least one of the operating parameters of the primary member is detected, wherein the operating parameter of the primary member with primary reference values is compared to determine the magnetic and / or electromagnetic coupling of the primary member and the secondary member and thus an interference object between the primary member and the Secondary member and / or movement of the secondary member relative to the primary member to detect, and wherein at least one of the operating parameters of the primary member is varied, provided that the operating parameter of the primary member deviates from the primary-side reference values.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Energieübertragungsanordnung mit einem Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und einem Sekundärglied zum Aufnehmen der elektrischen Energie bereit, wobei das Primärglied und das Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind, und wobei das Primärglied und das Sekundärglied wenigstens eine Steuereinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren der oben genannten Art auszuführen.Furthermore, the present invention provides a power transmission arrangement with a primary member for discharging electrical energy and a secondary member for receiving the electrical energy, wherein the primary member and the secondary member are movable to each other and magnetically and / or electromagnetically coupled for transmitting the electrical energy, and wherein the primary member and the secondary member have at least one control unit which is adapted to carry out the method of the above-mentioned type.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Störobjekt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied und/oder eine Bewegung des Sekundärglieds relativ zu dem Primärglied durch Auswertung der magnetischen und/oder elektromagnetischen Kopplung der beiden Energieübertragungsglieder erfasst. Dabei wird die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung lediglich mithilfe der Betriebsparameter des Primärglieds und/oder des Sekundärglieds bestimmt. Somit sind beispielsweise keine separaten Sensoren notwendig, die einzeln für die Erfassung von Störobjekten justiert werden müssen. Dies führt zu einer reduzierten Komplexität der Energieübertragungsanordnung und zu geringeren Produktionskosten, da weniger Bauteile erforderlich sind. Aufgrund der Objekterkennung im Luftspalt kann das Gefährdungspotential der Energieübertragungsanordnung verringert werden. Die Betriebssicherheit der Anordnung wird erhöht. Des Weiteren wird die Effizienz der Energieübertragung gesteigert, da auch Abstandsänderungen der Energieübertragungsglieder zueinander berücksichtigt werden.In the present invention, an interfering object between the primary member and the secondary member and / or movement of the secondary member relative to the primary member is detected by evaluating the magnetic and / or electromagnetic coupling of the two energy transfer members. In this case, the magnetic and / or electromagnetic coupling is determined only by means of the operating parameters of the primary member and / or the secondary member. Thus, for example, no separate sensors are necessary, which must be adjusted individually for the detection of interfering objects. This leads to a reduced complexity of the power transmission arrangement and lower production costs, since fewer components are required. Due to the object recognition in the air gap, the risk potential of the energy transmission arrangement can be reduced. The reliability of the arrangement is increased. Furthermore, the efficiency of the energy transfer is increased, as well as changes in the distance of the energy transfer elements are taken into account.
Das statische oder dynamische Störobjekt in dem Luftspalt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied und/oder die Abstandsänderung der Energieübertragungsglieder zueinander wird durch den Vergleich wenigstens eines der Betriebsparameter des Primärglieds mit primärseitigen Referenzwerten erfasst. Dabei können die primärseitigen Referenzwerte vordefinierte Werte und/oder Werte von früheren Messungen aufweisen. The static or dynamic interference object in the air gap between the primary element and the secondary element and / or the change in distance of the energy transmission elements relative to one another is detected by comparing at least one of the operating parameters of the primary element with primary reference values. The primary-side reference values may have predefined values and / or values from earlier measurements.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das Sekundärglied vor dem Erfassen des Betriebsparameters des Primärglieds in einen vordefinierten Zustand geschaltet wird, um wenigstens einen der Betriebsparameter des Primärglieds zu variieren.It is of particular advantage if the secondary element is switched to a predefined state before the acquisition of the operating parameter of the primary element in order to vary at least one of the operating parameters of the primary element.
Das Schalten in den vordefinierten Zustand kann beispielsweise bedeuten, dass das Sekundärglied in einem Kurzschluss geschaltet wird oder dass auf der Seite des Sekundärglieds vordefinierte Widerstände zugeschaltet werden. Infolge des vordefinierten Zustands auf der Seite des Sekundärglieds, wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds verändert. Somit kann durch diesen Mechanismus eine Information von dem Sekundärglied zu dem Primärglied übertragen werden.The switching to the predefined state can mean, for example, that the secondary element is switched to a short circuit or that predefined resistances are switched on on the side of the secondary element. Due to the predefined state on the secondary link side, at least one of the operating parameters of the primary link is changed. Thus, information can be transmitted from the secondary link to the primary link by this mechanism.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Sekundärglied in einem vordefinierten zeitlichen Intervall in den vordefinierten Zustand geschaltet.According to a further embodiment, the secondary element is switched to the predefined state at a predefined time interval.
Durch diese Maßnahme kann die Primärseite bei Kenntnis dieses zeitlichen Intervalls regelmäßig die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung überprüfen und bei Erfassen einer Veränderung der Kopplung, zum Beispiel infolge eines Störobjekts in dem Luftspalt, entsprechende Maßnahmen einleiten.By this measure, the primary side with knowledge of this time interval regularly check the magnetic and / or electromagnetic coupling and upon detection of a change the coupling, for example, as a result of a disturbing object in the air gap, take appropriate action.
In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds erfasst und das Sekundärglied in Abhängigkeit eines Vergleichs des Betriebsparameters des Sekundärglieds mit sekundärseitigen Referenzwerten in den vordefinierten Zustand geschaltet.In a further embodiment, at least one of the operating parameters of the secondary link is detected and the secondary link is switched to the predefined state as a function of a comparison of the operating parameter of the secondary link with secondary-side reference values.
In dieser Ausführungsform wird das Sekundärglied in den vordefinierten Zustand geschaltet, sobald wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds von sekundärseitigen Referenzwerten abweicht, das heißt sobald beispielsweise ein Objekt in den Luftspalt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied eindringt. Somit kann das Störobjekt noch schneller erfasst werden, Gegenmaßnahmen können zu einem frühen Zeitpunkt eingeleitet werden. Infolgedessen wird die Sicherheit der Energieübertragung erhöht.In this embodiment, the secondary element is switched to the predefined state as soon as at least one of the operating parameters of the secondary element deviates from secondary reference values, that is, as soon as, for example, an object penetrates into the air gap between the primary element and the secondary element. Thus, the fault object can be detected even faster, countermeasures can be initiated at an early stage. As a result, the security of energy transfer is increased.
Dabei können die sekundärseitigen Referenzwerte vordefinierte Werte und/oder frühere Messwerte der Betriebsparameter aufweisen. The secondary-side reference values may have predefined values and / or earlier measured values of the operating parameters.
In einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Übertragen der elektrischen Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied zunächst eine elektrische Prüfenergie mittels des Primärglieds abgegeben. Des Weiteren wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds erfasst. Schließlich wird der erfasste Betriebsparameter des Sekundärglieds mit sekundärseitigen Prüfreferenzwerten verglichen, um auf der Seite des Sekundärglieds das benachbart angeordnete Primärglied zu erkennen.In a further embodiment, before transmitting the electrical energy from the primary element to the secondary element, an electrical test energy is first emitted by means of the primary element. Furthermore, at least one of the operating parameters of the secondary link is detected. Finally, the detected operating parameter of the secondary link is compared with secondary-side check reference values in order to recognize on the secondary link side the adjacently arranged primary link.
Durch diese Maßnahme wird auf der Seite des Sekundärglieds eine sichere Erkennung des benachbart angeordneten Primärglieds gewährleistet. Auf der Sekundärseite können nach der Erkennung vorbereitende Maßnahmen für die Energieübertragung eingeleitet werden. Die für den Erkennungsprozess verwendete Prüfenergie ist dabei vorzugsweise kleiner als die Energie, die während der regulären Energieübertragung von dem Primärglied auf das Sekundärglied übertragen wird. Infolgedessen kann der Energiebedarf für den Erkennungsprozess minimiert werden.By this measure, a secure detection of the adjacent arranged primary member is ensured on the side of the secondary link. On the secondary side, preparatory measures for the transmission of energy can be initiated after detection. The test energy used for the detection process is preferably smaller than the energy that is transferred during the regular energy transfer from the primary member to the secondary member. As a result, the energy consumption for the recognition process can be minimized.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden vor dem Übertragen der elektrischen Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied ferner die folgenden Schritte ausgeführt: zunächst wird eine elektrische Größe des Sekundärglieds in Abhängigkeit des Vergleichs des Betriebsparameters des Sekundärglieds mit sekundärseitigen Prüfreferenzwerten verändert, um wenigstens einen der Betriebsparameter des Primärglieds zu variieren, anschließend wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds erfasst, und schließlich wird der Betriebsparameter des Primärglieds mit primärseitigen Prüfreferenzwerten verglichen, um auf der Seite des Primärglieds das benachbart angeordnete Sekundärglied zu erkennen, wobei die elektrische Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied übertragen wird, sofern die benachbarte Positionierung des Primärglieds und des Sekundärglieds auf beiden Seiten erkannt wird.According to a further preferred embodiment, the following steps are further carried out before transmitting the electrical energy from the primary element to the secondary element: first, an electrical variable of the secondary element is changed in dependence on the comparison of the operating parameter of the secondary element with secondary-side test reference values to at least one of the operating parameters of the secondary element Finally, at least one of the operating parameters of the primary member is detected, and finally the operating parameter of the primary member is compared with primary-side Prüferferenzwerten to recognize on the side of the primary member, the adjacently arranged secondary member, wherein the electrical energy transmitted from the primary member to the secondary member is provided that the adjacent positioning of the primary member and the secondary member is recognized on both sides.
Diese Verfahrensschritte führen auf der Seite des Primärglieds zu einer zuverlässigen Erkennung des Sekundärglieds. Die Energieübertragung von dem Primärglied auf das Sekundärglied wird erst dann gestartet, wenn eine gegenseitige Erkennung der beiden Energieübertragungsglieder stattgefunden hat. Somit wird beispielsweise die Energieübertragung nicht gestartet, wenn sich ein metallisch leitfähiger Gegenstand oder auch ein Tier in dem direkten Umfeld des Primärglieds befindet. Daher wird durch diese Maßnahmen die Betriebssicherheit der Energieübertragung erhöht. These method steps lead on the side of the primary member to a reliable detection of the secondary link. The energy transfer from the primary element to the secondary element is only started when a mutual recognition of the two energy transfer elements has taken place. Thus, for example, the energy transfer is not started when a metallic conductive object or even an animal is in the immediate vicinity of the primary member. Therefore, the reliability of the energy transfer is increased by these measures.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schritt des Veränderns der elektrischen Größe des Sekundärglieds ein Verändern eines elektrischen Widerstands des Sekundärglieds auf.According to another embodiment, the step of varying the electrical size of the secondary member comprises varying an electrical resistance of the secondary member.
Durch das Verändern des elektrischen Widerstands kann auf einfache Art und Weise mindestens einer der Betriebsparameter des Primärglieds verändert werden.By changing the electrical resistance can be changed in a simple manner at least one of the operating parameters of the primary element.
In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds derart variiert, dass die Energieübertragung unterbrochen wird, sofern das Störobjekt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied erkannt wird.In a further embodiment, at least one of the operating parameters of the primary element is varied in such a way that the energy transmission is interrupted if the disturbing object is detected between the primary element and the secondary element.
Um das Gefährdungspotential der Energieübertragung zu verringern, wird die Energieübertragung bei Erfassen eines Störobjekts, das sich vor oder während der Energieübertragung in einem unmittelbaren Bereich des Primärglieds befindet, beendet. Diese Maßnahme führt außerdem zu einer höheren Energieeffizienz, da die Energieübertragung nur dann erfolgt, wenn das Sekundärglied benachbart zu dem Primärglied angeordnet ist und sich außerdem keine Störobjekte in dem Luftspalt befinden.In order to reduce the hazard potential of the energy transfer, the energy transfer is terminated upon detection of a disturbing object which is located in an immediate area of the primary member before or during the energy transfer. This measure also leads to a higher energy efficiency, since the energy transfer takes place only when the secondary member is disposed adjacent to the primary member and also no jamming objects are in the air gap.
In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds derart variiert, dass ein Wirkungsgrad der Energieübertragung erhöht wird, sofern die Bewegung des Sekundärglieds relativ zu dem Primärglied erkannt wird.In a further embodiment, at least one of the operating parameters of the primary element is varied in such a way that an efficiency of the energy transmission is increased, as long as the movement of the secondary element relative to the primary element is detected.
Ändert sich der Abstand zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied, so verringert sich zunächst die Effizienz der Energieübertragung. Durch Variieren wenigstens eines Betriebsparameters des Primärglieds kann der Wirkungsgrad der Übertragung erhöht werden. Damit wird auch bei veränderlichen Bedingungen eine hohe Effizienz der Energieübertragung gewährleistet. If the distance between the primary element and the secondary element changes, the efficiency of the energy transmission first decreases. By varying at least one operating parameter of the primary element, the efficiency of the transmission can be increased. This ensures a high energy transfer efficiency even under variable conditions.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der sekundärseitigen Betriebsparameter von dem Sekundärglied auf das Primärglied und/oder wenigstens einer der primärseitigen Betriebsparameter von dem Primärglied auf das Sekundärglied übertragen.According to a further embodiment, at least one of the secondary-side operating parameters is transmitted from the secondary element to the primary element and / or at least one of the primary-side operating parameters from the primary element to the secondary element.
Die Übertragung der Betriebsparameter zwischen den Energieübertragungsgliedern stellt in den meisten Fällen eine redundante Information zu den lokal erfassten Daten dar. The transmission of the operating parameters between the energy transfer elements is in most cases a redundant information to the locally acquired data.
Aufgrund dieser Redundanz wird die Sicherheit und die Zuverlässigkeit der Energieübertragung erhöht. Außerdem ist die Übertragung der Betriebsparameter infolge der Redundanz nicht sicherheitsrelevant und kann daher auf einfache Art und Weise realisiert werden. Die Komplexität der Energieübertragung und der damit verbundenen Steuerung wird dadurch verringert.This redundancy increases the safety and reliability of the energy transfer. In addition, the transmission of the operating parameters due to the redundancy is not security-relevant and can therefore be implemented in a simple manner. The complexity of the energy transfer and the associated control is thereby reduced.
Zusätzlich zu den Betriebsparametern können auch weitere Informationselemente übertragen werden, die die Steuerung der Energieübertragung beeinflussen (zum Beispiel eine separat ermittelte Luftspalthöhe).In addition to the operating parameters, other information elements can also be transmitted which influence the control of the energy transmission (for example, a separately determined air gap height).
In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds auf der Grundlage des an dem Primärglied empfangenen sekundärseitigen Betriebsparameters angepasst.In a further embodiment, at least one of the operating parameters of the primary member is adjusted based on the secondary-side operating parameter received at the primary member.
Wird beispielsweise auf der Seite des Sekundärglieds während der Energieübertragung ein Störobjekt in dem Luftspalt detektiert, so kann dies als Information an das Primärglied übermittelt werden. Diese Maßnahme erhöht die Betriebssicherheit der Energieübertragung und führt zu einem einfacheren Verfahren auf der Seite des Primärglieds, da diese Information (Störobjekt im Luftspalt) nicht von einem Verlauf der primärseitigen Betriebsparameter abgeleitet werden muss.If, for example, an interfering object is detected in the air gap on the side of the secondary element during the energy transmission, this can be transmitted as information to the primary element. This measure increases the reliability of the energy transfer and leads to a simpler process on the side of the primary element, since this information (disturbing object in the air gap) does not have to be derived from a course of the primary-side operating parameters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Sekundärglied auf der Grundlage des an dem Sekundärglied empfangenen primärseitigen Betriebsparameters in den vordefinierten Zustand geschaltet. According to a further embodiment, the secondary element is switched to the predefined state on the basis of the primary-side operating parameter received at the secondary element.
Beispielsweise kann das Primärglied die Information an das Sekundärglied übermitteln, dass die Energieübertragung demnächst beendet wird. Bei einem Abschalten der Energieübertragung besteht die Gefahr, dass Überspannungen auftreten, die zu einer Beschädigung von Energieaufnehmern auf der Sekundärseite führen können. Aufgrund der übermittelten Information (Beenden der Energieübertragung) können auf der Seite des Sekundärglieds vorbereitende Maßnahmen eingeleitet werden, die diese Beschädigungen verhindern.For example, the primary member may communicate the information to the secondary member that the power transmission will soon be terminated. When switching off the energy transfer, there is a risk that overvoltages may occur which can lead to damage of energy receivers on the secondary side. On the basis of the transmitted information (termination of the energy transfer) preparatory measures can be initiated on the side of the secondary link, which prevent this damage.
In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens eine der folgenden physikalischen Größen als Betriebsparameter des Primärglieds oder des Sekundärglieds erfasst: ein elektrischer Strom des Primärglieds oder des Sekundärglieds, eine elektrische Spannung des Primärglieds oder des Sekundärglieds, und/oder eine Frequenz des elektrischen Stroms oder der elektrischen Spannung.In a further embodiment, at least one of the following physical quantities is detected as the operating parameters of the primary element or the secondary element: an electric current of the primary element or the secondary element, an electrical voltage of the primary element or the secondary element, and / or a frequency of the electric current or the electric voltage ,
Mithilfe dieser Größen kann auf einfache Art und Weise die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung des Primärglieds und des Sekundärglieds bestimmt werden. Dabei kann primärseitig und/oder sekundärseitig eine Wechselspannung/Wechselstrom und/oder eine Gleichspannung/Gleichstrom erfasst werden.These quantities can be used to easily determine the magnetic and / or electromagnetic coupling of the primary element and the secondary element. In this case, an AC voltage / AC current and / or a DC voltage / DC current can be detected on the primary side and / or secondary side.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Energieübertragungsanordnung weist das Primärglied und das Sekundärglied jeweils eine elektrische Spule und/oder eine Antenne zum Abgeben oder Aufnehmen der elektrisch Energie, eine Sende-/ Empfangseinheit zum Übertragen wenigstens eines Betriebsparameters des Primärglieds und/oder des Sekundärglieds, und eine Steuereinheit zum Steuern der Energieabgabe oder der Energieaufnahme auf.In a particularly preferred embodiment of the energy transmission arrangement, the primary element and the secondary element each have an electrical coil and / or an antenna for emitting or receiving the electrical energy, a transceiver unit for transmitting at least one operating parameter of the primary element and / or the secondary element, and a Control unit for controlling the energy delivery or the energy consumption.
In dieser Ausführungsform kann die Sende-/Empfangseinheit beispielsweise ein SRD (short range device) sein. Alternativ kann die Sende-/Empfangseinheit dazu eingerichtet sein, die zu übertragenden Daten (zum Beispiel die Betriebsparameter) auf die magnetische und/oder elektromagnetische Energieübertragung aufzumodulieren. Da die Übertragung des wenigstens einen Betriebsparameters eine redundante Information darstellt, kann das Primärglied und das Sekundärglied in einer alternativen Ausführungsform auch ohne Sende-/Empfangseinheit ausgestaltet werden.In this embodiment, the transceiver unit may be, for example, an SRD (short range device). Alternatively, the transmitting / receiving unit can be set up to modulate the data to be transmitted (for example, the operating parameters) to the magnetic and / or electromagnetic energy transmission. Since the transmission of the at least one operating parameter represents a redundant information, in an alternative embodiment, the primary element and the secondary element can also be designed without a transmitting / receiving unit.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Energieübertragungsanordnung kann die Steuereinheit nur auf der Primärseite oder lediglich auf der Sekundärseite ausgeführt sein. In a further alternative embodiment of the energy transmission arrangement, the control unit may be designed only on the primary side or only on the secondary side.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Energieübertragungsanordnung ist das Primärglied eine Komponente einer mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz koppelbaren Bodenstation und das Sekundärglied eine Komponente eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, die dazu eingerichtet ist, eine in dem Fahrzeug angeordnete Traktionsbatterie mittels der Bodenstation zu laden.In a particularly preferred embodiment of the energy transmission arrangement is the primary member is a component of a ground station that can be coupled to an electric power supply network; and the secondary member is a component of an electrically driven vehicle that is configured to charge a traction battery arranged in the vehicle by means of the ground station.
Alternativ zu dieser Ausführungsform kann das Primärglied aber auch im Fahrzeug und das Sekundärglied in der Bodenstation installiert sein. Konsequenterweise wird in diesem Anwendungsfall die in dem Fahrzeug gespeicherte Energie in das elektrische Energieversorgungsnetz eingespeist (Smart Grid).As an alternative to this embodiment, the primary element can also be installed in the vehicle and the secondary element in the ground station. Consequently, in this application, the energy stored in the vehicle is fed into the electric power grid (Smart Grid).
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Energieübertragungsanordnung in beliebigen Arten von Fahrzeugen eingesetzt werden (beispielsweise Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge, maritime Fahrzeuge, elektrisch angetriebene Fahrräder, etc.).In addition, the power transmission arrangement according to the invention can be used in any type of vehicle (for example, passenger cars, commercial vehicles, maritime vehicles, electrically powered bicycles, etc.).
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.It is understood that the features, properties and advantages of the method according to the invention also apply correspondingly to the device according to the invention or are applicable.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Für die Beschreibung der Figuren soll im Folgenden angenommen werden, dass das Sekundärglied auf der Seite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und das Primärglied auf der Seite einer Bodenstation installiert ist, die dazu eingerichtet ist, Energie an das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug zu übertragen. Es versteht sich, dass diese Zuordnung für andere Anwendungsfälle auch verändert werden kann (zum Beispiel Smart Grid) und dass die erfindungsgemäße Energieübertragungsanordnung auch in anderen Ladestationen/Fahrzeugen eingesetzt werden kann.For the description of the figures will be assumed below that the secondary link is installed on the side of an electrically driven motor vehicle and the primary member on the side of a ground station, which is adapted to transmit energy to the electrically driven motor vehicle. It is understood that this assignment can also be changed for other applications (for example Smart Grid) and that the energy transmission arrangement according to the invention can also be used in other charging stations / vehicles.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Das Primärglied
Im Einzelnen weist das Primärglied
Darüber hinaus weist das Primärglied
Das Sekundärglied
Außerdem weist das Sekundärglied
Als Betriebsparameter des Primärglieds
Die Messung der Betriebsparameter erfolgt bevorzugt sowohl auf der Seite des Primärglieds
Wird die Messung der Betriebsparameter in einer weiteren alternativen Ausführungsform lediglich auf der Seite des Sekundärglieds
Wird das elektrisch angetriebene Fahrzeug über der Bodenstation geparkt, so wird zunächst eine Initialisierung des Primärglieds
Sobald die Initialisierung des Primärglieds
Gerät während der Energieübertragung ein Objekt in einen Luftspalt zwischen dem Primärglied
Verändert sich während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie
In einem ersten Schritt
Zur Detektion des benachbart abgestellten Kraftfahrzeugs auf der Seite der Bodenstation wird in einem Schritt
Da sich in dem vorliegenden Beispiel das Kraftfahrzeug über der Bodenstation befindet, weicht der erfasst Betriebsparameter von dem ersten primärseitigen Prüfreferenzwert ab. Somit wird in einem Schritt
In dem hier vorliegenden Beispiel stimmt jedoch der erfasste Betriebsparameter des Primärglieds
Nach dem Vergleich gemäß dem Schritt
Zu diesem Zweck wird in dem Kraftfahrzeug in einem Schritt
In dem vorliegenden Beispiel entspricht der erfasste Betriebsparameter des Primärglieds
Die Verfahrensschritte aus
In einem Schritt
Zunächst wird in einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einem Schritt
In einer alternativen Ausführungsform können auch die Betriebsparameter des Sekundärglieds
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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