DE102022201628A1

DE102022201628A1 - Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung

Info

Publication number: DE102022201628A1
Application number: DE102022201628.9A
Authority: DE
Inventors: Mike Böttigheimer; Jörg Heinrich; Timo Lämmle; Anja Sewalski
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2023-08-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung (1) zur drahtlosen Energieübertragung, wobei die Induktionsladevorrichtung (1) eine Vorrichtung (8) zum aktiven Anpassen einer Kapazität aufweist, welche zwei Schalter (16) umfasst.Eine verbesserte Präzision und Sicherheit der Induktionsladevorrichtung (1) werden dadurch erreicht, dass für den jeweiligen Schalter (16) der Vorrichtung (8) ein Komparator (36) sowie ein zwischen dem Schalter (16) und dem Komparator (36) geschalter Spannungsbegrenzer (42) vorgesehen ist.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein drahtloses Energieübertragungssystem (1) mit einer solchen Induktionsladevorrichtung (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung, welche eine Vorrichtung zur aktiven Anpassung einer Kapazität aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein drahtloses Energieübertragungssystem, welches insbesondere zum Laden einer Batterie in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt, mit einer solchen Induktionsladevorrichtung.
Drahtlose Energieübertragungssysteme basieren gewöhnlich auf dem Induktionsprinzip. Dabei übermittelt eine, in der Regel stationäre, Induktionsladevorrichtung induktiv Energie auf eine andere, in der Regel mobile, Induktionsladevorrichtung. Zum effektiven Zusammenwirken dieser Induktionsladevorrichtungen ist eine Abstimmung dieser Induktionsladevorrichtungen aufeinander von Vorteil. Insbesondere um dieselbe stationäre Induktionsladevorrichtung mit unterschiedlichen mobilen Induktionsladevorrichtungen oder umgekehrt betreiben zu können, ist es dabei wünschenswert, gewisse Parameter in der stationären Induktionsladevorrichtung und/oder in der mobilen Induktionsladevorrichtung bei Bedarf anpassen zu können. Gewöhnlich sollte es zu diesem Zweck möglich sein, eine Anpassung der Kapazität der Induktionsladevorrichtung vorzunehmen.
Ein solches drahtloses Energieübertragungssystem ist aus der EP 3 365 958 B1 bekannt. Das Energieübertragungssystem umfasst in der stationären Induktionsladevorrichtung eine Vorrichtung zur aktiven Anpassung einer Kapazität sowie eine Steuerschaltung zum Steuern der Vorrichtung. Die Vorrichtung zum variablen Anpassen der Kapazität umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren sowie zwei jeweils als ein MOSFET ausgebildete Schalter. Die Schalter sind in Reihe geschaltet und antiseriell zueinander angeordnet, wobei die Sourceanschlüsse der Schalter elektrisch miteinander verbunden sind. Die Drainanschlüsse der Schalter sind jeweils elektrisch mit einem Anschluss eines zugehörigen Kondensators und elektrisch mit einem Anschluss der Vorrichtung verbunden. Die Gateanschlüsse und somit Steueranschlüsse der Schalter sind mit der Steuerschaltung gekoppelt. Beim Erkennen aufeinanderfolgender Stromnulldurchgänge durch die Vorrichtung erfolgt jeweils das Schließen einer der beiden Schalter. Die effektive Kapazität der Vorrichtung lässt sich hierbei durch die Dauer einstellen, für welche die Schalter geschlossen werden und somit leiten. Zum Erkennen von Spannungsnulldurchgängen durch die Kondensatoren ist zwischen den Schaltern und der Steuerschaltung für den jeweiligen Schalter ein Komparator geschaltet. Der jeweilige Komparator ist elektrisch mit dem Sourceanschluss und dem Drainanschluss des zugehörigen Schalters der Vorrichtung verbunden. Der Ausgangsanschluss des jeweiligen Komparators ist zudem elektrisch mit der Steuerschaltung verbunden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine Induktionsladevorrichtung sowie für ein drahtloses Energieübertragungssystem der eingangs genannten Art verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine erhöhte Präzision und/oder Sicherheit und/oder Effizienz auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einer Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung, welche eine Vorrichtung zum aktiven Anpassen einer Kapazität mit zwei Schaltern sowie einer Kondensatoranordnung mit zumindest einem Kondensator umfasst, zur Erkennung von Nulldurchgängen der Spannung durch die Schalter bzw. der Kondensatoranordnung der Vorrichtung Komparatoren einzusetzen, wobei die an den Komparatoren anliegende Spannung mittels jeweils eines zugehörigen Spannungsbegrenzers begrenzt wird. In der Folge entspricht die am jeweiligen Komparator anliegende Spannung bis zur besagten Grenze der Spannung der am zugehörigen Schalter/der Kondensatoranordnung der Vorrichtung anliegenden Spannung und wird oberhalb dieser Grenze entsprechend begrenzt. Im Vergleich zum Stand der Technik, wo aufgrund der begrenzten Betriebsspannungen von Komparatoren eine Reduzierung der an den Schaltern/der Kondensatoranordnung der Vorrichtung anliegenden Spannungen mittels Spannungsteilern und Differenzenverstärkern notwendig ist, wird also vorliegend die an den Komparatoren anliegende Spannung nach oben begrenzt. Dies erlaubt es, die Spannungsnulldurchgänge weiterhin zuverlässig zu bestimmen. Darüber hinaus werden auf diese Weise die bei Differenzenverstärkern vorhandenen und insbesondere durch intrinsische parasitäre Kapazitäten und/oder Impedanz bedingte Ungenauigkeiten bei der Reduzierung der an den Schaltern/der Kondensatoranordnung der Vorrichtung anliegenden Spannung, welche zu einer erheblichen Ungenauigkeit bei der Erkennung der Spannungsnulldurchgänge führen, vermieden. Auch werden auf diese Weise die in Komparatoren vorhandenen Jitter und die damit verbundenen zusätzlichen Ungenauigkeiten bei der Erkennung der Nulldurchgänge verhindert oder zumindest erheblich reduziert. Folglich führt der erfindungsgemäße Gedanke zu einer präzisen Erkennung der Spannungsnulldurchgänge. In der Folge lassen sich mittels der Erkennung der Spannungsnulldurchgänge durchgeführte Vorgänge genauer und präziser umsetzen. Daraus resultieren eine erhöhte Sicherheit und/oder Effizienz der Induktionsladevorrichtung.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend umfasst die Induktionsladevorrichtung die Vorrichtung zur aktiven Anpassung der Kapazität. Die Vorrichtung umfasst eine Kondensatoranordnung mit zumindest einem Kondensator sowie zwei Schaltern. Die Kondensatoranordnung weist zwei elektrische Anschlüsse auf, welche nachfolgend auch als erster Kondensatoranschluss und zweiter Kondensatoranschluss bezeichnet werden. Der jeweilige Schalter umfasst einen Steueranschluss zum Steuern des Schalters sowie zwei weitere elektrische Anschlüsse, durch welche im geschlossenen Zustand des Schalters ein elektrischer Strom fließen kann. Die Vorrichtung weist also einen ersten Schalter mit einem ersten Erstschalteranschluss, einem zweiten Erstschalteranschluss sowie einem Erstschalter-Steueranschluss auf. Ferner umfasst die Vorrichtung einen zweiten Schalter, der einen ersten Zweitschalteranschluss, einen zweiten Zweitschalteranschluss sowie einen Zweitschalter-Steueranschluss aufweist. Dabei ist der zweite Erstschalteranschluss elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss verbunden. Ferner ist der zweite Zweitschalteranschluss elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss verbunden. Die Induktionsladevorrichtung weist zwei Spannungsbegrenzer auf, welche zwischen den Schaltern der Vorrichtung und Komparatoren der Induktionsladevorrichtung zur Erkennung von Spannungsnulldurchgängen geschaltet sind. Die Induktionsladevorrichtung weist also einen ersten Komparator für den ersten Schalter sowie einen zweiten Komparator für den zweiten Schalter auf. Der jeweilige Komparator weist zwei Eingangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluss auf. Somit weist die Induktionsladevorrichtung einen ersten Komparator mit einem ersten Erstkomparatoranschluss und einem zweiten Erstkomparatoranschluss sowie einem Erstkomparator-Ausgangsanschluss auf. Ferner weist die Induktionsladevorrichtung einen zweiten Komparator mit einem ersten Zweitkomparatoranschluss und einem zweiten Zweitkomparatoranschluss sowie einem Zweitkomparator-Ausgangsanschluss auf. Zwischen dem ersten Schalter und dem ersten Komparator ist ein erster Spannungsbegrenzer geschaltet. Der erste Spannungsbegrenzer ist derart ausgestaltet, dass er die zwischen dem ersten Erstkomparatoranschluss und dem zweiten Erstkomparatoranschluss anliegende Spannung begrenzt. Ferner ist zwischen dem zweiten Schalter und dem zweiten Komparator ein zweiter Spannungsbegrenzer geschaltet. Der zweite Spannungsbegrenzer ist derart ausgestaltet, dass er die zwischen dem ersten Zweitkomparatoranschluss und dem zweiten Zweitkomparatoranschluss anliegende Spannung begrenzt. Die Induktionsladevorrichtung weist zumindest eine mit den Komparator-Ausgangsanschlüssen gekoppelte Einrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass sie mittels den Komparatoren Spannungsnulldurchgänge durch die Schalter/der Kondensatoranordnung erkennt und nachfolgend auch als Erkennungseinrichtung bezeichnet wird.
Die Erkennungseinrichtung kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Erkennungseinrichtung eine Auswerteschaltung sein oder eine Auswerteschaltung aufweisen.
Die Induktionsladevorrichtung weist vorteilhaft eine Steuerschaltung zum Schalten der Schalter der Vorrichtung, also des ersten Schalters und des zweiten Schalters auf. Die Steuerschaltung ist zu diesem Zweck mit den Steueranschlüssen der Schalter der Vorrichtung elektrisch gekoppelt. Somit ist die Steuerschaltung mit dem Erstschalter-Steueranschluss und dem Zweitschalter-Steueranschluss gekoppelt. Die Steuerschaltung ist derart ausgestaltet, dass sie die Kapazität der Vorrichtung durch Schließen und Öffnen der Schalter aktiv anpasst.
Vorteilhaft ist die Steuerschaltung derart ausgestaltet, dass sie die Schalter der Vorrichtung bei aufeinanderfolgenden Stromnulldurchgängen durch die Vorrichtung periodisch für jeweils eine zugehörige Zeitdauer schließt und öffnet. Das heißt, dass die Steuerschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie die effektive Kapazität der Vorrichtung anpasst, wobei hierzu bei einem ersten Stromnulldurchgang durch die Vorrichtung ein erstes Steuersignal an den Erstschalter-Steueranschluss angelegt wird, sodass der erste Schalter für eine erste Zeitdauer geschlossen ist. Ferner wird bei einem auf den ersten Stromnulldurchgang folgenden zweiten Stromnulldurchgang durch die Vorrichtung ein zweites Steuersignal an den Zweitschalter-Steueranschluss angelegt, sodass der zweite Schalter für eine zweite Zeitdauer geschlossen ist. Bevorzugt werden der erste Schalter und der zweite Schalter bei den aufeinanderfolgenden Stromnulldurchgängen periodisch und abwechselnd geschlossen und geöffnet.
Die Steuerschaltung ist vorteilhaft zur Erkennung der Stromnulldurchgänge ausgestaltet.
Die Erkennung der Spannungsnulldurchgänge mittels den Komparatoren und der Erkennungseinrichtung, nachfolgend auch als Spannungsnulldurchgangserkennung bezeichnet, kann zu beliebigen Zwecken zum Einsatz kommen.
Vorstellbar ist es, die Spannungsnulldurchgangserkennung in der Steuerschaltung zu berücksichtigen. Dabei sind die Steuerschaltung und die Erkennungseinrichtung miteinander gekoppelt oder koppelbar. Vorstellbar ist es auch, dass die Steuerschaltung und die Erkennungseinrichtung zumindest teilweise einander entsprechen.
Vorteilhaft kommt die Spannungsnulldurchgangserkennung zu Überwachungszwecken und/oder zur Regelung der Induktionsladevorrichtung zum Einsatz. Insbesondere wird die Spannungsnulldurchgangserkennung zu Überwachungsfunktionen und/oder Regelungsfunktionen verwendet. Damit kann beispielsweise die tatsächliche Leitdauer der Schalter der Vorrichtung und folglich insbesondere die jeweilige Zeitdauer erkannt und/oder bestimmt und/oder überwacht werden.
Zweckmäßig ist die Begrenzung der am jeweiligen Komparator anliegenden Spannung an die entsprechende Auslegung des Komparators angepasst. Das heißt, dass die Begrenzung der zulässigen Betriebsspannung bzw. Eingangsspannung des Komparators nicht übersteigt, oder dass die Betriebsspannung des Komparators gleich oder größer ist als die Begrenzung der Spannung. Beispielsweise entspricht die Begrenzung der Spannung bei einem für den Betrieb mit 15 V ausgelegten Komparator 15 V oder weniger. Entsprechend sind die Spannungsbegrenzer ausgelegt.
Prinzipiell können die Komparatoren und die zugehörigen Spannungsbegrenzer unterschiedlich ausgebildet und/oder für unterschiedliche Spannungen ausgelegt sein.
Bevorzugt sind die Komparatoren identisch. Ebenso ist es bevorzugt, wenn die Spannungsbegrenzer identisch sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist zumindest einer der Spannungsbegrenzer, vorteilhaft der jeweilige Spannungsbegrenzer, einen Schalter und einen Widerstand auf.
Bevorzugt ist es somit, wenn der erste Spannungsbegrenzer einen Schalter und einen Widerstand aufweist, welche nachfolgend als dritter Schalter und als erster Widerstand bezeichnet werden. Ferner weist der zweite Spannungsbegrenzer einen Schalter und einen Widerstand auf, welche nachfolgend als vierter Schalter und als zweiter Widerstand bezeichnet werden. Der dritte Schalter und der vierte Schalter weisen jeweils, analog zum ersten Schalter und zum zweiten Schalter, drei Anschlüsse auf. Der dritte Schalter weist also einen ersten Drittschalteranschluss, einen zweiten Drittschalteranschluss und einen Drittschalter-Steueranschluss aufweist. Zudem weist der vierte Schalter einen ersten Viertschalteranschluss, einen zweiten Viertschalteranschluss und einen Viertschalter-Steueranschluss auf. Der jeweilige Widerstand weist zwei Anschlüsse auf. Somit weist der erste Widerstand einen ersten Erstwiderstandanschluss und einen zweiten Erstwiderstandanschluss auf. Zudem weist der zweite Widerstand einen ersten Zweitwiderstandanschluss und einen zweiten Zweitwiderstandanschluss auf. Dabei ist der erste Erstschalteranschluss elektrisch mit dem ersten Erstwiderstandanschluss und der erste Drittschalteranschluss elektrisch mit dem zweiten Erstwiderstandanschluss verbunden. Ferner ist der erste Zweitschalteranschluss elektrisch mit dem ersten Zweitwiderstandanschluss und der erste Viertschalteranschluss elektrisch mit dem zweiten Zweitwiderstandanschluss verbunden. Zudem ist der erste Erstwiderstandanschluss elektrisch mit dem ersten Erstkomparatoranschluss und der zweite Erstwiderstandanschluss elektrisch mit dem zweiten Erstkomparatoranschluss verbunden. Ferner ist der erste Zweitwiderstandanschluss elektrisch mit dem ersten Zweitkomparatoranschluss und der zweite Zweitwiderstandanschluss elektrisch mit dem zweiten Zweitkomparatoranschluss verbunden. Somit ist ein einfacher Aufbau des jeweiligen Spannungsbegrenzers einfach umgesetzt und zudem wird eine effektive und zuverlässige Begrenzung der am zugehörigen Komparator anliegenden Spannung erreicht. Ferner werden auf diese Weise Störungen, insbesondere Störsignale am Komparator verhindert oder zumindest reduziert.
Mit dem jeweiligen Widerstand und dem Schalter zwischen der Vorrichtung und dem Komparator wird für den jeweiligen Schalter der Vorrichtung eine an dem zugehörigen Komparator begrenzt anliegende Spannung in der Art eines Sourcefolgers realisiert. Das heißt, dass der dritte Schalter und der erste Widerstand als Spannungsbegrenzer für den ersten Komparator in der Art eines Sourcefolgers des ersten Schalters zusammenwirken. Zudem wirken der vierte Schalter und der zweite Widerstand als Spannungsbegrenzer für den zweiten Komparator in der Art eines Sourcefolgers des zweiten Schalters zusammen.
Bevorzugt handelt es sich bei zumindest einem der Schalter, vorteilhaft beim jeweiligen Schalter, um einen Transistor. Besonders bevorzugt handelt es sich bei zumindest einem der Schalter, vorteilhaft beim jeweiligen Schalter, um einen MOSFET. Dabei entspricht der erste Schalteranschluss einem Sourceanschluss, der zweite Schalteranschluss einem Drainanschluss und der Steueranschluss einem Gateanschluss des Transistors. Somit sind kostengünstige Herstellung sowie eine vereinfachte Ansteuerung der Schalter erreicht.
Prinzipiell kann die Steuerschaltung beliebig ausgebildet sein. Zweckmäßig weist die Steuerschaltung zumindest eine integrierte Schaltung, insbesondere einen Treiber-IC, auf.
Die Kondensatoranordnung umfasst, wie vorstehend beschrieben, zumindest einen Kondensator. Insbesondere kann die Kondensatoranordnung einen einzigen Kondensator umfassen. Umfasst die Kondensatoranordnung zwei oder mehr Kondensatoren, so sind diese zweckmäßig in Reihe geschaltet. In diesem Fall entsprechen die Kondensatoranschlüsse zweckmäßig den freien Anschlüssen der äußersten beiden Kondensatoren.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist zumindest einer der Komparatoren, vorzugsweise der jeweilige Komparator, galvanisch von der Erkennungseinrichtung getrennt. Das heißt, dass der Ausgangsanschluss zumindest einer der Komparatoren galvanisch von der Erkennungseinrichtung getrennt ist. Durch die galvanische Trennung werden beispielsweise Erdschleifen bis zu einem gewissen Grad bzw. Grenzfrequenz vermieden oder zumindest reduziert. Folglich können sich leitungsgebundene Störungen nicht oder zumindest reduziert ausbreiten. Somit sind reduzierte Störungen im Betrieb und/oder eine erhöhte Präzision der Erkennung der Spannungsnulldurchgänge erreicht.
Die galvanische Trennung des jeweiligen Komparators von der Erkennungseinrichtung kann prinzipiell beliebig erfolgen.
Bevorzugt ist zu diesem Zweck zwischen zumindest einem der Komparatoren und der Steuerschaltung ein Logikisolator, insbesondere ein Optokoppler vorgesehen. Das heißt, dass zumindest einer der Ausgangsanschlüsse über einen Logikisolator, insbesondere über einen Optokoppler, mit der Steuerschaltung gekoppelt ist. Somit wird eine einfache und zuverlässige galvanische Trennung der Erkennungseinrichtung von dem jeweils zugehörigen Komparator erreicht.
Prinzipiell können die Schalter der Vorrichtung, das heißt der erste Schalter und der zweite Schalter, in der Vorrichtung beliebig angeordnet und/oder verschaltet sein, sofern sie durch Schalten mittels der Steuerschaltung jeweils eine zugehörige Strömung durch die Vorrichtung erlauben.
Die Vorrichtung, insbesondere die Steuerschaltung, ist derart ausgestaltet, dass der jeweilige Schalter der Vorrichtung einer Stromrichtung zugeordnet ist. Beispielsweise kann der erste Schalter für die positive Halbwelle des Wechselstroms und der zweite Schalter für die negative Halbwelle des Wechselstroms zuständig sein oder umgekehrt.
Insbesondere können die Schalter der Vorrichtung in einem Strompfad der Vorrichtung in Reihe und zueinander antiseriell vorgesehen sein. Dabei sind die ersten Schalteranschlüsse elektrisch miteinander verbunden. Das heißt, dass der erste Erstschalteranschluss und der erste Zweitschalteranschluss elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Spannung über der Kondensatoranordnung entspricht vorteilhaft auch jeweils der Spannung über dem Schalter-Pfad. Leitet der jeweilige Schalter ist die Spannung über der Kondensatoranordnung null. Sperrt der in Stromrichtung liegende Schalter dagegen, liegt über der Kondensatoranordnung damit eine Spannung an. Über die Überprüfung, ob an den Schaltern eine Spannung anliegt oder diese leiten, ist es daher möglich, die Spannung über der Vorrichtung zu ermitteln.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die ersten Schalteranschlüsse der Schalter der Vorrichtung elektrisch voneinander getrennt sind. Das heißt, dass der erste Erstschalteranschluss und der erste Zweischalteranschluss elektrisch voneinander getrennt sind. Folglich lassen sich der erste Schalter und der zweite Schalter unabhängig voneinander und individuell ansteuern. Somit lassen sich Resonanzen zwischen den beiden Schaltern verhindern oder zumindest reduzieren. In der Folge lässt sich die mit der Vorrichtung anpassbare Kapazität präziser einstellen. Somit ist es ferner möglich, das Schaltverhalten zu verbessern, insbesondere wenn hochfrequente Störungen gedämpft sind. Dies führt auch zu einer erhöhten Effizienz bei der drahtlosen Energieübertragung.
Die voneinander elektrisch getrennten Schalteranschlüsse der Schalter der Vorrichtung erlauben ferner eine Trennung der Strompfade der beiden Schalter in der Vorrichtung. Das heißt, dass für Hinströme und Rückströme durch die Vorrichtung jeweils ein zugehöriger Strompfad vorgesehen ist. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung von Resonanzen und folglich einer weiteren Verbesserung der Effizienz. Durch die Trennung der Strompfade für die Hinströme und Rückströme ist es ferner möglich, die Vorrichtung und somit die Induktionsladevorrichtung mit einer erhöhten Spannung zu betreiben.
Die Vorrichtung erlaubt vorteilhaft drei unterschiedliche elektrische Ströme über die Vorrichtung. Ist der jeweilige Schalter der Vorrichtung in der zugehörigen Stromrichtung bzw. bei der zugehörigen Halbwelle des Wechselstroms geöffnet, fließt der gesamte Strom über den Kondensator. Im geschlossenen Zustand des ersten Schalters fließt der elektrische Strom über den ersten Schalter und umgeht dabei den zweiten Schalter, wobei der zugehörige Strompfad nachfolgend auch als Hinpfad bezeichnet wird. Der erste Schalter wird dabei vorteilhaft bei einer zugehörigen Phase der anliegenden elektrischen Spannung geschlossen, wohingegen der zweite Schalter während des Anliegens dieser Phase geöffnet ist. Zudem kann der elektrische Strom beim geschlossenen zweiten Schalter über einen durch den zweiten Schalter führenden Strompfad, der nachfolgende auch als Rückpfad bezeichnet wird, fließen. Hierbei werden der Hinpfad und die Kondensatoranordnung umgangen. Der Rückpfad wird durch das Schließen des zweiten Schalters und das Öffnen des ersten Schalters realisiert. Zweckmäßig wird dabei der zweite Schalter geschlossen und der erste Schalter geöffnet, wenn an der Vorrichtung eine elektrische Anspannung mit einer der ersten Phase entgegen gerichteten zweiten Phase anliegt. Entsprechendes gilt für den Hinpfad.
Die effektive Kapazität der Vorrichtung lässt sich mittels der jeweiligen Zeitdauer Einschaltdauer und somit Zeitdauer und/oder dem jeweiligen Einschaltwinkel aktiv anpassen. Hierbei resultiert beispielsweise eine längere Zeitdauer in eine erhöhte Kapazität der Vorrichtung.
Insbesondere ist die Kapazität der Vorrichtung und somit die effektive Kapazität bei einem Stromfluss nur über die Kondensatoranordnung von der Kapazität der Kondensatoranordnung dominiert, entspricht insbesondere der Kapazität der Kondensatoranordnung. Bei einem Stromfluss nur über die Schalter geht die effektive Kapazität gegen unendlich. Insbesondere gilt somit für die Kapazität der Vorrichtung und folglich die effektive Kapazität C_ef bei einem Stromfluss nur über die Schalter tendenziell: $C_{ef} = C_{1} \cdot \frac{1}{2 - \frac{(2 φ - sin 2 φ)}{π}}$
wobei C₁ die feste Kapazität der Kondensatoranordnung ist. Zudem ist <p der Einschaltwinkel und entspricht der in einen Winkel umgerechneten Einschaltdauer.
Dabei bedeutet insbesondere φ = 90°, dass der zugehörige Schalter nie die Stromführung übernimmt, und φ= 180°, dass der zugehörige Schallter dauerhaft leitet, wobei diese Formel nur für die Grundwelle gilt, und wobei gilt: $90 ° \leq φ \leq 180 ° .$
Durch die aktive Anpassung der Kapazität erfolgt mit der Vorrichtung auch eine aktive Anpassung der Impedanz, da die Impedanz Z umgekehrt proportional zur effektiven Kapazität ist: $Z \sim \frac{1}{C_{ef}}$
Erhöhte Spannungsfestigkeiten lassen sich dadurch erreichen, dass zumindest einer der Schalter, vorteilhaft der jeweilige Schalter, zumindest der Vorrichtung auf Silicium basiert, insbesondere ein Siliciumschalter ist. Bevorzugt basiert der jeweilige Schalter auf Siliciumcarbid, nachfolgend auch kurz als „SiC“ bezeichnet. Der jeweilige Schalter ist bevorzugt ein SiC-Schalter, besonders bevorzugt ein SiC-MOSFET. Somit lässt sich für den jeweiligen Schalter eine erhöhte Spannungsfestigkeit erreichen, sodass die Spannungsfestigkeit der Vorrichtung erhöht ist.
Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen im Betrieb am Drittschalter-Steueranschluss und/oder am Viertschalter-Steueranschluss eine feste Spannung anliegt. Somit lässt sich eine einfache und zuverlässige Begrenzung der an den Komparatoren anliegenden elektrischen Spannung erreichen. Insbesondere kann am Drittschalter-Steueranschluss relativ zum ersten Erstschalteranschluss eine feste Spannung anliegen, und/oder am Viertschalter-Steueranschluss relativ zum ersten Zweitschalteranschluss eine feste Spannung anliegen. Bei einer Ausbildung der Schalter als Transistoren bzw. MOSFETs heißt das insbesondere, dass die Gateversorgungsspannung des dritten Schalters und/oder des vierten Schalters gegen das jeweilige Sourcepotential auch einer festen Spannung, betragen kann. Der Erstschalter-Erstanschluss stellt also für den Drittschalter-Steueranschluss das Bezugspotential dar, wobei am Drittschalter-Steueranschluss im Betrieb die feste, konstante Spannung gegenüber dem Erstschalter-Erstanschluss anliegt. Alternativ oder zusätzlich stellt der Zweitschalter-Erstanschluss für den Viertschalter-Steueranschluss das Bezugspotential dar, wobei am Viertschalter-Steueranschluss im Betrieb die feste, konstante Spannung gegenüber dem Zweitschalter-Erstanschluss anliegt. Die feste Spannung beträgt beispielsweise 15 V.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtung für zumindest einen der Schalter der Vorrichtung, vorteilhaft für den jeweiligen Schalter der Vorrichtung, eine von den Schaltern separate und somit dedizierte Diode aufweist. Die dedizierte Diode ist bevorzugt derart, dass sie für den dem zugehörigen Strom des zugehörigen Schalters einen Weg des geringeren elektrischen Widerstands bietet. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem für den jeweiligen Schalter die im Schalter intrinsisch vorhandene, sogenannte Bodydiode zum Realisieren des zugehörigen Strömungspfads zum Einsatz kommt, wird also bei der vorteilhaften Ausführungsform eine dedizierte Diode eingesetzt. Somit ist es insbesondere bei SiC-MOSFESTs, deren Bodydioden erhöhte Durchlassspannungen aufweisen, möglich, für den jeweiligen Strömungspfad eine niedrigere Durchlassspannung bereitzustellen. In der Folge lässt sich die Vorrichtung bei einer erhöhten Spannungsfestigkeit und folglich bei erhöhten Betriebsspannungen mit niedrigen Durchlassspannungen und somit mit erhöhter Effizienz betreiben.
Bevorzugt ist es folglich, wenn beide Schalter SiC-MOSFETs sind und die Vorrichtung für den jeweiligen Schalter eine dedizierte Diode aufweist. Ein SiC-MOSFET hat gegenüber beispielsweise einem Si-MOSFET eine höhere Spannungsfestigkeit von beispielsweise über 1000V bspw. über 1200V. Jedoch hat die Bodydiode eines SiC-MOSFETs gegenüber der Bodydiode eines Si-MOSFETs eine erhöhte Durchlassspannung von beispielsweise 4,2V. Die erhöhte Durchlassspannung des SiC-MOSFETs würde zu erhöhten Verlusten führen, wenn Strom über die Bodydiode des SiC-MOSFETs fließt. Dem wird also mit der dedizierten Diode entgegengewirkt, welche einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die Bodydiode bereitstellt, sodass der Strom anstelle der Bodydiode über die dedizierte Diode fließt. Somit ist also bei einer erhöhten Spannungsfestigkeit zugleich eine erhöhte Effizienz erreicht.
Die jeweilige dedizierte Diode führt ferner dazu, dass sich keine ungewünschten Strompfade über die entsprechende Bodydiode ausbilden. Somit ist die Vorrichtung präziser und effizienter.
Bevorzugt ist es, wenn zumindest eine der dedizierten Dioden, besonders bevorzugt die jeweilige dedizierte Diode, eine SiC-Diode, insbesondere eine SiC-Schottky-Diode, ist. Somit ist auch die Spannungsfestigkeit der dedizierten Dioden und folglich der Vorrichtung erhöht.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der jeweilige Schalter ein SiC-MOSFET und die jeweilige dedizierte Diode eine SiC-Diode, insbesondere eine SiC-Schottky-Diode, ist. Somit ist insbesondere die Spannungsfestigkeit gegenüber einer Vorrichtung mit Si-MOSFETs erhöht.
Dementsprechend ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung für den ersten Schalter eine zugehörige dedizierte Diode aufweist, welche nachfolgend auch als erste Diode bezeichnet wird. Die erste Diode umfasst auf bekannte Weise einen Durchlassanschluss und einen Sperranschluss, welche nachfolgend auch als erster Durchlassanschluss und erster Sperranschluss bezeichnet werden. Dabei ist der erste Erstschalteranschluss elektrisch mit dem ersten Durchlassanschluss und der erste Sperranschluss elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss verbunden.
Dementsprechend ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung für den zweiten Schalter eine zugehörige dedizierte Diode aufweist, welche nachfolgend auch als zweite Diode bezeichnet wird. Das heißt, dass die Vorrichtung die von den Schaltern und von der ersten Diode separate zweite Diode aufweist. Die zweite Diode weist auf bekannte Weise einen Durchlassanschluss und einen Sperranschluss auf, welche nachfolgend auch als zweiter Durchlassanschluss und zweiter Sperranschluss bezeichnet werden. Dabei ist der erste Zweitschalteranschluss elektrisch mit dem zweiten Durchlassanschluss verbunden. Ferner ist der zweite Sperranschluss elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss verbunden. Vorstellbar ist es, wenn der Sperranschluss zumindest einer der Dioden elektrisch mit dem zweiten Schalteranschluss des zugehörigen Sourcefolgers verbunden ist. Das heißt, dass Ausführungsformen vorstellbar sind, bei denen der erste Sperranschluss der ersten Diode elektrisch mit dem zweiten Drittschalteranschluss und/oder der zweite Sperranschluss der zweiten Diode elektrisch mit dem zweiten Viertschalteranschluss verbunden ist. Somit lässt sich die an der jeweils zugehörigen Diode der Vorrichtung anliegende Spannung einfach und effektiv begrenzen.
Prinzipiell ist es auch denkbar, den jeweiligen Komparator am Schalter anzuschließen.
Vorteilhaft weist die Vorrichtung elektrische Anschlüsse auf, über welche die Vorrichtung mit der Induktionsladevorrichtung elektrisch verbunden ist. Die Vorrichtung weist also einen ersten Vorrichtungsanschluss und einen zweiten Vorrichtungsanschluss auf.
Bevorzugt ist es hierbei, wenn der erste Kondensatoranschluss elektrisch mit dem ersten Vorrichtungsanschluss und der zweite Kondensatoranschluss elektrisch mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss verbunden ist.
Die Induktionsladevorrichtung wirkt in einem zugehörigen Energieübertragungssystem zur drahtlosen Energieübertragung induktiv mit einer weiteren Induktionsladevorrichtung zusammen. In der jeweiligen Induktionsladevorrichtung ist zu diesem Zweck wenigstens eine Induktionsspule vorgesehen, wobei die Induktionsspulen der Induktionsladevorrichtungen induktiv zusammenwirken. Diese Induktionsspulen sind dem Fachmann auch als Primärspule und Sekundärspule bekannt. Die Primärspule erzeugt hierbei im Betrieb ein magnetisches Feld, welches von der Sekundärspule empfangen wird.
Die aktive Anpassung der Kapazität und somit der Impedanz kommt vorteilhaft zur aktiven Resonanzanpassung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule zum Einsatz. Insbesondere wird dabei bei einem Versatz die Resonanzbedingung im entsprechenden Betriebspunkt wieder erfüllt, sodass eine erhöhte, insbesondere maximale, Leistung übertragen wird.
Die Primärspule ist vorteilhaft Bestandteil einer stationären Induktionsladevorrichtung und die Sekundärspule Bestandteil einer mobilen Induktionsladevorrichtung.
Es versteht sich, dass die Induktionsladevorrichtung auch weitere Bestandteile aufweisen kann.
Die Induktionsladevorrichtung kann beispielsweise eine Schaltung zur passiven Anpassung der Impedanz aufweisen, welche nachfolgend auch als Passivimpedanzschaltung bezeichnet wird. Die Passivimpedanzschaltung entspricht insbesondere einem dem Fachmann auch unter dem englischen Ausdruck geläufigen „Impedance Matching Network“, oder kurz „IMN“. Die Passivimpedanzschaltung entspricht dabei vorteilhaft einer fest eingestellten Blindleistungskompensation. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die Passivimpedanzschaltung zwischen der Induktionsspule und der Vorrichtung geschaltet ist.
Das Energieübertragungssystem kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zur drahtlosen Energieübertragung zum Einsatz kommen.
Das Energieübertragungssystem kann insbesondere zur drahtlosen Energieübertragung zum Aufladen einer Batterie zum Einsatz kommen.
Denkbar ist es dabei, die Batterie eines Kraftfahrzeugs induktiv und somit drahtlos aufzuladen. Zu diesem Zweck ist die mobile Induktionsladevorrichtung vorteilhaft am Kraftfahrzeug vorgesehen und wirkt mit einer sich außerhalb des Kraftfahrzeugs befindenden stationären Induktionsladevorrichtung zusammen.
Es versteht sich, dass neben der Induktionsladevorrichtung auch ein solches Energieübertragungssystem zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Energieübertragungssystems mit zumindest einer Induktionsladevorrichtung,
2 eine Schaltung einer Vorrichtung der Induktionsladevorrichtung zum aktiven Anpassen der Kapazität,
3 Diagramme zu verschiedenen Spannungs- und Stromverläufen durch die Vorrichtung,
4 die Vorrichtung in der in 3 mit I bezeichneten Durchströmungsphase,
5 die Vorrichtung in der in 3 mit II bezeichneten Durchströmungsphase,
6 die Vorrichtung in der in 3 mit III bezeichneten Durchströmungsphase,
7 die Vorrichtung in der in 3 mit IV bezeichneten Durchströmungsphase,
8 eine Schaltung der Induktionsladevorrichtung mit der Vorrichtung aus 3,
9 eine Schaltung der Induktionsladevorrichtung zur Spannungsnulldurchgangserkennung bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
10 eine Schaltung der Induktionsladevorrichtung zur aktiven Resonanzanpassung mit Spannungsnulldurchgangserkennung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Eine Induktionsladevorrichtung 1 zur drahtlosen Energieübertragung, wie sie beispielsweise in den 1 bis 10 gezeigt ist, kommt insbesondere in einem Energieübertragungssystem 2 zum Einsatz, welches beispielhaft in 1 gezeigt ist. Das Energieübertragungssystem 2 umfasst zwei solche Induktionsladevorrichtung 1, welche zur drahtlosen Energieübertragung induktiv zusammenwirken. Eine der Induktionsladevorrichtungen 1a dient dabei dem Senden der Energie an die andere Induktionsladevorrichtung 1b, welche diese Energie empfängt. Dementsprechend wird die Induktionsladevorrichtung 1a nachfolgend auch als stationäre Induktionsladevorrichtung 1a und die Induktionsladevorrichtung 1b nachfolgend auch als mobile Induktionsladevorrichtung 1b bezeichnet. Zum induktiven Zusammenwirken weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 1 zumindest eine Induktionsspule 3 auf.
Bei der stationären Induktionsladevorrichtung 1a handelt es sich vorteilhaft um eine solche, welche mit einer elektrischen Energiequelle 4, beispielsweise einem Netzanschluss, verbunden ist oder eine solche Energiequelle 4 umfasst. Die mobile Induktionsladevorrichtung 1b kann insbesondere in einer mobilen Anwendung 5 vorgesehen sein. Entsprechend 1 kann es sich bei der Anwendung 5 um ein Kraftfahrzeug 6 handeln. Die Anwendung 5 des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels umfasst eine Batterie 7, welche mittels der drahtlosen Energieübertragung aufgeladen wird.
Zumindest eine der Induktionsladevorrichtungen 1 umfasst hierbei eine Vorrichtung 8 zur aktiven Anpassung einer Kapazität der Induktionsladevorrichtung 1. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 1 eine solche Vorrichtung 8 auf.
Die Vorrichtung 8 wird über eine Steuerschaltung 9 angesteuert, welche zu diesem Zweck zumindest einen Treiber-IC (nicht gezeigt) aufweisen kann.
Zumindest eine der Induktionsladevorrichtungen 1 kann ferner eine Schaltung 10 zur passiven Anpassung einer Impedanz der Induktionsladevorrichtung 1 aufweisen. Die Schaltung 10 wird nachfolgend auch als Passivimpedanzschaltung 10 bezeichnet. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 1 eine solche, zugehörige Passivimpedanzschaltung 10 auf. Wie 1 entnommen werden kann, ist vorteilhaft die Passivimpedanzschaltung 10 jeweils zwischen der zugehörigen Induktionsspule 3 und der zugehörigen Vorrichtung 8 vorgesehen und geschaltet.
Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die stationäre Induktionsladevorrichtung 1a ferner einen Leistungsfaktorkorrekturfilter 11, auch bekannt als „PFC“, und einen Inverter 45, welche zwischen der Energiequelle 4 und der Vorrichtung 8 vorgesehen sind. Zudem umfasst die mobile Induktionsladevorrichtung 1b zwischen der Vorrichtung 8 und der Batterie 7 einen Gleichrichter 46.
Die 2 sowie 4 bis 10 zeigen die Vorrichtung 8. Entsprechend den 2 sowie 4 bis 10 weist die Vorrichtung 8 zwei elektrische Anschlüsse 12 zum elektrischen Verbinden der Vorrichtung 8 in der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 1 auf, welche nachfolgend auch als Vorrichtungsanschlüsse 12 bezeichnet werden. Die Vorrichtung 8 weist somit einen ersten Vorrichtungsanschluss 12a und einen zweiten Vorrichtungsanschluss 12b auf. Die Vorrichtung 8 umfasst ferner eine Kondensatoranordnung 13 mit zumindest einem Kondensator 14, wobei in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Kondensatoranordnung 13 einen einzigen Kondensator 14 aufweist, sodass die Kondensatoranordnung 13 dem Kondensator 14 entspricht. Die Kondensatoranordnung 13 umfasst zwei elektrische Anschlüsse 15, welche nachfolgend auch als erster Kondensatoranschluss 15a und zweiter Kondensatoranschluss 15b bezeichnet werden. Der erste Kondensatoranschluss 15a ist elektrisch mit dem ersten Vorrichtungsanschluss 12a und der zweite Kondensatoranschluss 15b elektrisch mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss 12b verbunden. Die Vorrichtung 8 umfasst ferner zwei Schalter 16, wobei der jeweilige Schalter 16 in einem zugehörigen Pfad der Vorrichtung 8 vorgesehen ist, der zwischen den Vorrichtungsanschlüssen 12 verläuft. Die Vorrichtung 8 umfasst also einen ersten Schalter 16a und einen zweiten Schalter 16b. Der jeweilige Schalter 16 weist einen ersten Schalteranschluss 17 und einen zweiten Schalteranschluss 18 auf, zwischen denen beim geschlossenen Zustand des Schalters 16 ein elektrischer Strom fließen kann. Zudem weist der jeweilige Schalter 16 einen Steueranschluss 19 zum Schalten des Schalters 16 auf, welcher mit der Steuerschaltung 9 gekoppelt ist. Der erste Schalter 16a weist also einen ersten Schalteranschluss 17a, nachfolgend auch erster Erstschalteranschluss 17a genannt, und einen zweiten Schalteranschluss 18a, nachfolgend auch zweiter Erstschalteranschluss 18a genannt, auf. Zudem weist der erste Schalter 16a einen Steueranschluss 19a auf, der nachfolgend auch als Erstschalter-Steueranschluss 19a bezeichnet wird. Analog hierzu weist der zweite Schalter 16b einen ersten Schalteranschluss 17b auf, der nachfolgend auch als erster Zweitschalteranschluss 17b bezeichnet wird. Der zweite Schalter 16b weist ferner einen zweiten Schalteranschluss 18b auf, der nachfolgend auch als zweiter Zweitschalteranschluss 18b bezeichnet wird. Ferner weist der zweite Schalter 16b einen Steueranschluss 19b auf, der nachfolgend auch als Zweitschalter-Steueranschluss 19b bezeichnet wird.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen und bevorzugt ist der jeweilige Schalter 16 als ein MOSFET 20 ausgebildet, wobei der erste Schalteranschluss 17 einem Sourceanschluss S, der zweite Schalteranschluss 18 einem Drainanschluss D und der Steueranschluss 19 einem Gateanschluss G des MOSFET 20 entspricht. Wie in den 2 sowie 4 bis 7 gestrichelt dargestellt, umfasst der jeweilige MOSFET 20 und somit Schalter 16 eine intrinsische, integrierte Bodydiode B.
Der jeweilige zweite Schalteranschluss 18 der Schalter 16 der Vorrichtung 8 ist mit einem zugehörigen der Kondensatoranschlüsse 15 elektrisch verbunden. Das heißt, dass der zweite Erstschalteranschluss 18a elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss 15a verbunden ist. Zudem ist der zweite Zweitschalteranschluss 18b elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss 15b verbunden. Somit ist der zweite Erstschalteranschluss 18a elektrisch mit dem ersten Vorrichtungsanschluss 12a verbunden. Ferner ist der zweite Zweitschalteranschluss 18b elektrisch mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss 12b verbunden. Bei den in den 2, sowie 4 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die ersten Schalteranschlüsse 17 des ersten Schalters 16a und des zweiten Schalters 16b elektrisch voneinander getrennt. Das heißt, dass der erste Erstschalteranschluss 17a elektrisch vom ersten Zweitschalteranschluss 17b getrennt ist.
In den in den 2, sowie 4 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen ist ferner für zumindest einen der Schalter 16 der Vorrichtung eine zugehörige, dedizierte und somit von den Schaltern 16 separate Diode 22 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist für den jeweiligen Schalter 16 eine zugehörige solche Diode 22 vorgesehen. Die jeweilige Diode 22 weist hierbei einen Durchlassanschluss 23 und einen Sperranschluss 24 auf, wobei der Durchlassanschluss 23 mit dem ersten Schalteranschluss 17 des zugehörigen Schalters 16 und der Sperranschluss 24 mit dem entsprechenden Kondensatoranschluss 15 und somit Vorrichtungsanschluss 12 verbunden ist. Das heißt, dass die Vorrichtung 8 eine erste Diode 22a mit einem ersten Durchlassanschluss 23a und einem ersten Sperranschluss 24a aufweist. Dabei ist der erste Durchlassanschluss 23a elektrisch mit dem ersten Erstschalteranschluss 17a verbunden. Ferner ist der erste Sperranschluss 24a elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss 15b und somit dem zweiten Vorrichtungsanschluss 12b verbunden. Ferner umfasst die Vorrichtung 8 eine von der ersten Diode 22a und den Schaltern 16 separate zweite Diode 22b mit einem zweiten Durchlassanschluss 23b und einem zweiten Sperranschluss 24b auf. Der zweite Durchlassanschluss 23b ist elektrisch mit dem ersten Zweitschalteranschluss 17b und der zweite Sperranschluss 24b elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss 15a und somit dem ersten Vorrichtungsanschluss 12a elektrisch verbunden.
Bei der jeweiligen Diode 22 handelt es sich vorzugsweise um eine SiC-Schottky-Diode 25. Bei dem jeweiligen MOSFET 20 handelt es sich vorzugsweise um einen SiC-MOSFET 26. Bevorzugt ist es ferner, wenn die Schalter 16 und die Dioden 22 jeweils identisch ausgebildet sind.
Der jeweilige als MOSFET 20 ausgebildete Schalter 16 der Vorrichtung 8 wird mittels einer zwischen dem zugehörigen Gateanschluss G und Sourceanschluss S anliegenden Steuerspannung UGS (siehe 3) mittels der Steuerschaltung 9 gesteuert. Der erste Schalter 16a wird also mittels einer ersten Steuerspannung UGSa gesteuert, welche zwischen dem Gateanschluss G und dem Sourceanschluss S des ersten Schalters 16a anliegt. Analog hierzu wird der zweite Schalter 16b durch eine zwischen dem Gateanschluss G und dem Sourceanschluss S anliegende zweite Steuerspannung UGSb gesteuert. Auf diese Weise lassen sich die Schalter 16 individuell und unabhängig voneinander schalten.
Die Funktionsweise der Vorrichtung 8 wird nachfolgend anhand der 3 bis 7 beispielhaft erläutert. 3 zeigt drei Diagramme 27, 28, 29. Entlang der Abszissenachse 30 des jeweiligen Diagramms 27, 28, 29 ist die Zeit aufgetragen. Ein erstes Diagramm 27, welches in der Darstellung der 3 dem obersten Diagramm 27 entspricht, zeigt entlang der Ordinatenachse 31 einen Spannungsverlauf und einen elektrischen Stromverlauf. Dabei ist mit einer durchgezogenen Linie der durch die Vorrichtung 8 insgesamt fließende Strom dargestellt. Aufgrund der an den Vorrichtungsanschlüssen 12 periodisch anliegenden Spannung fließt ein periodischer Strom durch die Vorrichtung 8. Im ersten Diagramm 27 ist ferner mit einer gestrichelten Linie die an der Kondensatoranordnung 13 und somit am Kondensator 14 anliegende Spannung dargestellt.
Ein zweites der Diagramme 28, das dem ersten Diagramm 27 folgt, zeigt den entsprechenden zeitlichen Verlauf des durch die Kondensatoranordnung 13 fließenden Stroms. Somit ist im zweiten Diagramm entlang der Ordinatenachse 31 der durch die Kondensatoranordnung 13 fließende Strom aufgetragen.
Ein drittes der Diagramme 29, welches in 3 dem untersten Diagramm 29 entspricht, zeigt den zeitlichen Verlauf der Steuerspannungen UGS. Im dritten Diagramm 29 ist somit entlang der Ordinatenachse 31 die Steuerspannung UGS aufgetragen. Im dritten Diagramm 29 ist dabei die am ersten Schalter 16a anliegende erste Steuerspannung UGSa mit einer durchgezogenen Linie und die am zweiten Schalter 16b anliegende zweite Steuerspannung UGSb mit einer gestrichelten Linie gezeigt.
Entsprechend 3 erfolgt also mittels der Steuerschaltung 9 bei aufeinanderfolgenden Stromnulldurchgängen 32 das Anlegen einer entsprechenden Steuerspannung UGS an einem zugehörigen Schalter 16, um diesen Schalter 16 zu schließen. Der geschlossene Zustand des jeweiligen Schalters 16 wird dabei für eine zugehörige Zeitdauer t aufrechterhalten. Der insgesamt durch die Vorrichtung 8 fließende Strom durchgeht also periodisch nacheinander erste Stromnulldurchgänge 32a und zweite Stromnulldurchgänge 32b. Dabei wird beim jeweiligen ersten Stromnulldurchgang 32a durch die Vorrichtung 8 die erste Steuerspannung UGSa an den Erstschalter-Steueranschluss 19a angelegt, sodass der erste Schalter 16a für eine erste Zeitdauer ta geschlossen ist. Demgegenüber wird beim jeweiligen zweiten Stromnulldurchgang die zweite Steuerspannung UGSb am Zweitschalter-Steueranschluss 19b angelegt, sodass der zweite Schalter 16b für eine zweite Zeitdauer tb geschlossen ist. Somit ergeben sich beim Durchströmen der Vorrichtung 8 insgesamt vier gezielt durchgeführte, Durchströmungsvarianten. Diese Durchströmungsvarianten sind in den 4 bis 7 dargestellt, wobei die 4 eine erste Durchströmungsvariante I, die 5 eine zweite Durchströmungsvariante II, die 6 eine dritte Durchströmungsvariante III und die 7 eine vierte Durchströmungsvariante IV zeigt. Im Betrieb der Vorrichtung 8 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich dabei die in 3 gezeigte Reihenfolge der Durchströmungsvarianten I, II, III, IV, welche sich periodisch wiederholen. Somit folgt auf die erste Durchströmungsvariante I die zweite Durchströmungsvariante II, anschließend wieder die erste Durchströmungsvariante I, anschließend die dritte Durchströmungsvariante III, anschließend die vierte Durchströmungsvariante IV und anschließend die dritte Durchströmungsvariante III, wobei dies periodisch wiederholt wird.
Wie insbesondere Diagramm 29 in 3 entnommen werden kann, ist die jeweilige Steuerspannung UGS mit einer Einschaltverzögerung behaftet, welche in Diagramm 3 zur besseren Übersicht als extrem lang dargestellt ist. Das heißt, dass zum Erreichen der zum Schließen der jeweiligen Schalters 16 benötigten Steuerspannung UGS eine der Einschaltverzögerung entsprechende Zeit vergeht. Wie 3 ferner entnommen werden kann, enthält dabei der jeweilige als MOSFET 20 ausgebildete Schalter 16 das Steuersignal UGS beim zugehörigen Stromnulldurchgang 32, übernimmt aber tatsächlich erst im folgenden Spannungsnulldurchgang 43 die Stromführung durch die Vorrichtung 8, da beim Erreichen des Spannungsnulldurchgangs keine Spannung mehr über der zugehörigen dezidierten Diode 22 anliegt und diese leitfähig wird.
Eine aktive Anpassung der Kapazität und somit der Impedanz der Vorrichtung 8 erfolgt durch eine Änderung der jeweiligen Zeitdauer t und/oder des jeweiligen Einschaltwinkels. Hierbei entsprechen die erste Zeitdauer ta und die zweite Zeitdauer tb vorzugsweise einander.
In 3 ist angenommen, dass zu Beginn der gezeigten Durchströmung der Vorrichtung 8 ein erster Stromnulldurchgang 32a mit anschließend positivem Strom vorliegt. Die elektrische Spannung an der Kondensatoranordnung 13 ist dabei negativ, wobei die Kondensatoranordnung 13 durch den positiven Strom entladen wird. Beim ersten Stromnulldurchgang 32a wird die erste Steuerspannung UGSa mit der Einschaltverzögerung und für die erste Zeitdauer ta angelegt. Dabei beginnt die Zeitdauer ta, wie vorstehend beschrieben, beim Erreichen des dem ersten Stromnulldurchgangs 32a folgenden Spannungsnulldurchgangs 43. Der geschlossene Zustand des ersten Schalters 16a wird demnach beim Erreichen eines Schwellwerts der ersten Steuerspannung UGSa erreicht, wobei beim Erreichen dieses Schwellwerts die Kondensatoranordnung 13 vollständig entladen ist und der erste Schalter 16a geschlossen ist. Bis zum Schließen des ersten Schalters 16a liegt die erste Durchströmungsvariante I vor. Entsprechend 4 fließt in der ersten Durchströmungsvariante I der Strom durch die Kondensatoranordnung 13.
Ist der erste Schalter 16a geschlossen, liegt die zweite Durchströmungsvariante II vor. Entsprechend 5 fließt in der zweiten Durchströmungsvariante II der Strom vom ersten Vorrichtungsanschluss 12a über den ersten Schalter 16a und die erste Diode 22a zum zweiten Vorrichtungsschalter 12b. Ein Durchströmen der Vorrichtung 8 über den zweiten Schalter 16b ist aufgrund der zweiten Diode 23b und des geöffneten Zustands des zweiten Schalters 16b nicht möglich.
Nach Ablauf der ersten Zeitdauer ta und somit nach Abschalten der ersten Steuerspannung UGSa und Öffnen des ersten Schalters 16a folgt entsprechend 3 wieder die erste Durchströmungsvariante I, die in 4 gezeigt ist. Das heißt, dass aufgrund des geöffneten Zustands beider Schalter 16 und der Anordnung der Dioden 22 der elektrische Strom die Kondensatoranordnung 13 auflädt, sodass die an der Kondensatoranordnung 13 anliegende Spannung beim Erreichen des zweiten Stromnulldurchgangs 32b ein Maximum erreicht. Hier wird, wie erläutert, die zweite Steuerspannung UGSb am zweiten Schalter 16b angelegt, wobei zunächst die Kondensatoranordnung gemäß der in 6 gezeigten dritten Durchströmungsvariante III entladen wird. Entsprechend den 3 und 6 wird die Kondensatoranordnung 13 in der dritten Durchströmungsvariante III zur ersten Durchströmungsvariante I entgegengesetzt durchströmt. Das heißt, dass die Vorrichtung 8 vom zweiten Vorrichtungsanschluss 12b über die Kondensatoranordnung 13 zum ersten Kondensatoranschluss 12a durchströmt wird. Ist der Schwellwert der zweiten Steuerspannung UGSb zum Schließen des zweiten Schalters 16b erreicht, erfolgt die vierte Durchströmungsvariante IV.
Entsprechend 7 und 3 ist in der vierten Durchströmungsvariante IV der zweite Schalter 16b geschlossen, sodass der elektrische Strom vom zweiten Vorrichtungsanschluss 12b über den zweiten Schalter 16b und die zweite Diode 22b zum ersten Schalteranschluss 12a strömt. Ein Durchströmen des ersten Schalters 16a wird aufgrund des geöffneten Zustands des ersten Schalters 16a und der ersten Diode 22a verhindert. Nach Ablauf der zweiten Zeitdauer tb wird die Vorrichtung 8 entsprechend 3 gemäß der dritten Durchströmungsvariante III durchströmt, welche in 6 gezeigt ist.
Die beschriebenen Durchströmungsvarianten I, II, III, IV werden dabei im Betrieb periodisch wiederholt.
Zur Erkennung der aufeinander folgenden Spanungsnulldurchgänge 43 der Vorrichtung 8 weist die Vorrichtung einen jeweils zugehörigen Komparator 36 auf, welcher lediglich in den 8 bis 10 gezeigt ist. Das heißt, dass zum Erkennen erster Spannungsnulldurchgänge 43a ein erster Komparator 36a und zum Erkennen zweiter Spannungsnulldurchgänge 43b ein zweiter Komparator 36b zum Einsatz kommt, wobei die ersten Spannungsnulldurchgänge 43a und die zweiten Spannungsnulldurchgänge 43b, wie 3 entnommen werden kann, sich abwechseln. Der jeweilige Komparator 36 weist zwei als Eingänge dienende Komparatoranschlüsse 37, 38 sowie einen Ausgangsanschluss 21 auf. Die Komparator-Ausgangsanschlüsse 21a, 21b sind mit einer lediglich in 1 gezeigten Einrichtung 44 der Induktionsladevorrichtung 1 gekoppelt. Die Einrichtung 44 ist derart ausgestaltet, dass sie mittels den Komparatoren 36a, 36b die Spannungsnulldurchgänge 43 durch die Vorrichtung 8 erkennt. Die Einrichtung 44 wird nachfolgend auch als Erkennungseinrichtung 44 bezeichnet. Bei der Erkennungseinrichtung 44 handelt es sich insbesondere um eine Auswerteschaltung. Somit weist der erste Komparator 36a einen ersten Erstkomparatoranschluss 37a und einen zweiten Erstkomparatoranschluss 38a sowie einem Erstkomparator-Ausgangsanschluss 21a auf. Zudem weist der zweite Komparator 36b einen ersten Zweitkomparatoranschluss 37b, einen zweiten Zweitkomparatoranschluss 38b sowie einem Zweitkomparator-Ausgangsanschluss 21 b auf. Zudem weist die Induktionsladevorrichtung 1 für den jeweiligen Komparator 36 und den zugehörigen Schalter 16a, 16b der Vorrichtung 8 einen zugehörigen Spannungsbegrenzer 42 auf, welcher derart ausgestaltet ist, dass er die an den Komparatoranschlüssen 37, 38 des zugehörigen Komparators 36 anliegende Spannung begrenzt. Somit ist zwischen dem ersten Schalter 16a und dem ersten Komparator 36a ein erster Spannungsbegrenzer 42a und zwischen dem zweiten Schalter 16b und dem zweiten Komparator 36b ein zweiter Spannungsbegrenzer 42b geschaltet.
Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Erkennungseinrichtung 44 und die Steuerschaltung 9 separate Bestandteile der Induktionsladevorrichtung 1. Vorstellbar ist es auch, die Erkennungseinrichtung 44 und die Steuerschaltung 9 in einer gemeinsamen, nicht gezeigten Einrichtung der Induktionsladevorrichtung 1 zu integrieren.
Die Spannungsnulldurchgangserkennung kann zu Überwachungs- und/oder Regelungsfunktionen eingesetzt werden. Auch kann die Spannungsnulldurchgangserkennung in der Steuerschaltung 9 berücksichtigt werden. Dabei sind ist die Erkennungseinrichtung 44 mit der Steuerschaltung 9 gekoppelt (nicht gezeigt), so dass die Steuerschaltung 9 die Spannungsnulldurchgänge 43 berücksichtigen kann.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Spannungsbegrenzer 42 identisch ausgebildet. Dabei ist der jeweilige Spannungsbegrenzer 42 in der Art eines Sourcefolgers des zugehörigen Schalters 16 der Vorrichtung 8 ausgestaltet. Der jeweilige Spannungsbegrenzer 42 weist hierzu einen Schalter 16 sowie einen Widerstand 33 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist somit der erste Spannungsbegrenzer 42a einen dritten Schalter 16c und einen ersten Widerstand 33a auf. Zudem weist der zweite Spannungsbegrenzer 42b einen vierten Schalter 16d und einen zweiten Widerstand 33b auf. Der dritte Schalter 16c und der vierte Schalter 16d weisen, wie die Schalter 16a, 16b der Vorrichtung 8, einen ersten Schalteranschluss 17 und einen zweiten Schalteranschluss 18 sowie einen Steueranschluss 19 auf. Das heißt, dass der dritte Schalter 16c einen ersten Drittschalteranschluss 17c, einen zweiten Drittschalteranschluss 18c und einen Drittschalter-Steueranschluss 19c aufweist. Zudem weist der vierte Schalter 16d einen ersten Viertschalteranschluss 17d, einen zweiten Viertschalteranschluss 18d und einen Viertschalter-Steueranschluss 19d auf. Der jeweilige Widerstand 33 weist zwei Widerstandanschlüsse 34, 35 auf. Das heißt, dass der erste Widerstand 33a einen ersten Erstwiderstandanschluss 34a und einen zweiten Erstwiderstandanschluss 35a aufweist. Zudem weist der zweite Widerstand 33b einen ersten Zweitwiderstandanschluss 34b und einen zweiten Zweitwiderstandanschluss 35b auf. Wie den 8 bis 10 entnommen werden kann, ist dabei der erste Erstschalteranschluss 17a elektrisch mit dem ersten Erstwiderstandanschluss 34a und der erste Drittschalteranschluss 17c elektrisch mit dem zweiten Erstwiderstandanschluss 35a verbunden. Ferner ist der erste Zweitschalteranschluss 17b elektrisch mit dem ersten Zweitwiderstandanschluss 34b und der erste Viertschalteranschluss 17d elektrisch mit dem zweiten Zweitwiderstandanschluss 35b verbunden. Zudem ist der erste Erstwiderstandanschluss 34a elektrisch mit dem ersten Erstkomparatoranschluss 37a und der zweite Erstwiderstandanschluss 35a elektrisch mit dem zweiten Erstkomparatoranschluss 38a verbunden. Ferner ist der erste Zweitwiderstandanschluss 34b elektrisch mit dem ersten Zweitkomparatoranschluss 37b und der zweite Zweitwiderstandanschluss 35b elektrisch mit dem zweiten Zweitkomparatoranschluss 38b verbunden. Hierbei sind der dritte Schalter 16c und der vierte Schalter 16d, wie der erste Schalter 16a und der zweite Schalter 16b, vorteilhaft jeweils als ein MOSFET 20, bevorzugt als ein SiC-MOSFET 26 ausgebildet, wobei wiederum der jeweilige erste Schalteranschluss 17 einem Sourceanschluss S, der jeweilige zweite Schalteranschluss 18 einem Drainanschluss D und der jeweilige Steueranschluss 19 einem Gateanschluss G des MOSFET 20 entspricht. Der dritte Schalter 16c und der erste Widerstand 33a wirken dabei als Begrenzer der zwischen den Komparatoranschlüssen 37a, 38a des ersten Komparators 36a anliegenden Spannung in der Art eines Sourcefolgers des ersten Schalters 16a zusammen.
Analog hierzu wirken der vierte Schalter 16d und der zweite Widerstand 33b als Begrenzer der zwischen den Komparatoranschlüssen 37b, 38b des zweiten Komparators 36b anliegenden Spannung in der Art eines Sourcefolgers des zweiten Schalters 16b zusammen. Somit wird also die am jeweiligen Komparator 36 anliegende Spannung begrenzt. Dies erfolgt durch eine entsprechende Ausgestaltung des drittes Schalters 16c und des ersten Widerstands 33a sowie des vierten Schalters 16d und des zweiten Widerstands 33b. Dabei entspricht die am jeweiligen Komparator 36 anliegende Spannung bis zur besagten Begrenzung der zwischen dem ersten Schalteranschluss 17 und dem zweiten Schalteranschluss 18 des zugehörigen Schalters 16a, 16b anliegenden Spannung und oberhalb der Begrenzung der Begrenzung. Ist also die Begrenzung beispielsweise 15 V, entspricht die zwischen dem ersten Erstkomparatoranschluss 37a und dem zweiten Erstkomparatoranschluss 38a anliegende Spannung bei Spannungen zwischen dem ersten Erstschalteranschluss 17a und dem zweiten Erstschalteranschluss 18a bis zu 15 V dieser Spannung und bei Spannungen von mehr als 15 V der Begrenzung, also 15 V. Analog hierzu entspricht die zwischen dem ersten Zweitkomparatoranschluss 37b und dem zweiten Zweitkomparatoranschluss 38b anliegende Spannung bei Spannungen zwischen dem ersten Zweitschalteranschluss 17b und dem zweiten Zweitschalteranschluss 18b bis zu 15 V dieser Spannung und bei Spannungen von mehr als 15 V der Begrenzung, also 15 V. Auf diese Weise wird eine präzise und einfache Erkennung der Spannungsnulldurchgänge 32 durch den jeweiligen Schalter 16a, 16b der Vorrichtung 8 erreicht.
Wie 9 entnommen werden kann, ist vorteilhaft zumindest einer der Komparatoren 36, bevorzugt der jeweilige Komparator 36, galvanisch von der Erkennungseinrichtung 44 zu trennen. 9 zeigt hierbei anhand des Beispiels des zweiten Komparators 36b, dass zu diesem Zweck zwischen dem Ausgangsanschluss 21 und der in 9 nicht gezeigten Erkennungseinrichtung 44 ein Logikisolator 40, insbesondere ein Optokoppler 41, angeordnet sein kann.
Wie in den 8 und 9 angedeutet, liegt im Betrieb am Drittschalter-Steueranschluss 19c relativ zum ersten Erstschalteranschluss 17a eine feste Spannung bzw. Gateversorgungsspannung an. Zudem liegt im Betrieb am Viertschalter-Steueranschluss 19d relativ zum zweiten Erstschalteranschluss 17b eine feste Spannung bzw. Gateversorgungsspannung an. Die feste Spannung beträgt beispielsweise 15 V.
10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 8, welches sich von den in den 2 sowie 4 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen insbesondere dadurch unterscheidet, dass die Schalter 16a, 16b der Vorrichtung 8 in einem gemeinsamen Strompfad der Vorrichtung 8 in Reihe und zueinander antiseriell angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind dabei der erste Erstschalteranschluss 17a und der erste Zweitschalteranschluss 17b elektrisch miteinander verbunden. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 2 sowie 4 bis 9 sind bei diesem Ausführungsbeispiel ferner keine dezidierten, zusätzlichen Dioden 22 vorgesehen. Dabei fungiert für den ersten Schalter 16a die Bodydiode B des zweiten Schalters 16b und für den zweiten Schalter 16b die Bodydiode B des ersten Schalters 16a anstelle der in den Ausführungsbeispielen der 2 sowie 4 bis 9 gezeigten, dedizierte Dioden 22. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ferner der erste Drittschalteranschluss 17c und der erste Viertschalteranschluss 17d über die Widerstände 33 elektrisch miteinander und mit dem ersten Erstschalteranschluss 17a und folglich auch mit dem ersten Zweitschalteranschluss 17b verbunden.
Mit der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung 1 ist es insbesondere möglich, die Spannungsnulldurchgänge 43 präziser zu erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3365958 B1 [0003]

Claims

Induktionsladevorrichtung (1) zur drahtlosen Energieübertragung, insbesondere zum Laden einer Batterie (7) in einem Kraftfahrzeug (6), mit einer Vorrichtung (8) zum aktiven Anpassen einer Kapazität, wobei - die Vorrichtung (8) eine zumindest einen Kondensator (14) umfassende Kondensatoranordnung (13) mit einem ersten Kondensatoranschluss (15a) und einem zweiten Kondensatoranschluss (15b) aufweist, - die Vorrichtung (8) einen ersten Schalter (16a) aufweist, der einen ersten Erstschalteranschluss (17a), einen zweiten Erstschalteranschluss (18a) und einen Erstschalter-Steueranschluss (19a) aufweist, - die Vorrichtung (8) einen zweiten Schalter (16b) aufweist, der einen ersten Zweitschalteranschluss (17b), einen zweiten Zweitschalteranschluss (18b) und einen Zweitschalter-Steueranschluss (19b) aufweist, - der zweite Erstschalteranschluss (18a) elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss (15a) und der zweite Zweitschalteranschluss (18b) elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss (15b) verbunden ist, - die Induktionsladevorrichtung (1) für den ersten Schalter (16a) einen ersten Komparator (36a) mit einem ersten Erstkomparatoranschluss (37a) und einem zweiten Erstkomparatoranschluss (38a) sowie einem Erstkomparator-Ausgangsanschluss (21a) aufweist, - die Induktionsladevorrichtung (1) für den zweiten Schalter (16b) einen zweiten Komparator (36b) mit einem ersten Zweitkomparatoranschluss (37b) und einem zweiten Zweitkomparatoranschluss (38b) sowie einem Zweitkomparator-Ausgangsanschluss (21 b) aufweist, - zwischen dem ersten Schalter (16a) und dem ersten Komparator (36a) ein zugehöriger erster Spannungsbegrenzer (42a) geschaltet ist, welcher die zwischen dem ersten Erstkomparatoranschluss (37a) und dem zweiten Erstkomparatoranschluss (38a) anliegende Spannung begrenzt, - zwischen dem zweiten Schalter (16b) und dem zweiten Komparator (36b) ein zugehöriger zweiter Spannungsbegrenzer (42b) geschaltet ist, welcher die zwischen ersten Zweitkomparatoranschluss (37b) und dem zweiten Zweitkomparatoranschluss (38b) anliegende Spannung begrenzt, die Induktionsladevorrichtung (1) eine mit den Komparator-Ausgangsanschlüssen (21a, 21b) gekoppelte Erkennungseinrichtung (44) aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass sie mittels den Komparatoren (36a, 36b) Spannungsnulldurchgänge (43) durch die Schalter (16a, 16b) und/oder der Kondensatoranordnung (13) erkennt.
Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Spannungsbegrenzer (42a) einen dritten Schalter (16c) aufweist, der einen ersten Drittschalteranschluss (17c), einen zweiten Drittschalteranschluss (18c) und einen Drittschalter-Steueranschluss (19c) aufweist, - dass der erste Spannungsbegrenzer (42a) einen ersten Widerstand (33a) mit einem ersten Erstwiderstandanschluss (34a) und einem zweiten Erstwiderstandanschluss (35a) aufweist, - dass der zweite Spannungsbegrenzer (42b) einen vierten Schalter (16d) aufweist, der einen ersten Viertschalteranschluss (17d), einen zweiten Viertschalteranschluss (18d) und einen Viertschalter-Steueranschluss (19d) aufweist, - dass der zweite Spannungsbegrenzer (42b) einen zweiten Widerstand (33b) mit einem ersten Zweitwiderstandanschluss (34b) und einem zweiten Zweitwiderstandanschluss (35b) aufweist, - dass der erste Erstschalteranschluss (17a) elektrisch mit dem ersten Erstwiderstandanschluss (34a) und der erste Drittschalteranschluss (17c) elektrisch mit dem zweiten Erstwiderstandanschluss (35a) verbunden ist, - dass der erste Zweitschalteranschluss (17b) elektrisch mit dem ersten Zweitwiderstandanschluss (34b) und der erste Viertschalteranschluss (17d) elektrisch mit dem zweiten Zweitwiderstandanschluss (35b) verbunden ist, - dass der erste Erstwiderstandanschluss (34a) elektrisch mit dem ersten Erstkomparatoranschluss (37a) und der zweite Erstwiderstandanschluss (35a) elektrisch mit dem zweiten Erstkomparatoranschluss (38a) verbunden ist, - dass der erste Zweitwiderstandanschluss (34b) elektrisch mit dem ersten Zweitkomparatoranschluss (37b) und der zweite Zweitwiderstandanschluss (35b) elektrisch mit dem zweiten Zweitkomparatoranschluss (38b) verbunden ist.
Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsanschluss (21) zumindest einer der Komparatoren (36) galvanisch von der Erkennungseinrichtung (44) getrennt ist.
Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Ausgangsanschlüsse (21) über einen Logikisolator (40), insbesondere einen Optokoppler (41), mit der Erkennungseinrichtung (44) gekoppelt ist.
Induktionsladevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - dass am Drittschalter-Steueranschluss (19c) relativ zum ersten Erstschalteranschluss (17a) eine feste Spannung anliegt, und/oder - dass am Viertschalter-Steueranschluss (19d) relativ zum zweiten Erstschalteranschluss (17b) eine feste Spannung anliegt.
Induktionsladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die Induktionsladevorrichtung (1) eine Steuerschaltung (9) aufweist, welche mit dem Erstschalter-Steueranschluss (19a) und dem Zweitschalter-Steueranschluss (19b) gekoppelt ist, - dass die Steuerschaltung (9) derart ausgestaltet ist, dass sie die Kapazität der Vorrichtung (8) durch Schließen und Öffnen des ersten Schalters (16a) und des zweiten Schalters (16b) aktiv anpasst.
Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (9) derart ausgestaltet ist, dass sie die Kapazität der Vorrichtung (8) durch Folgendes anpasst: - bei einem ersten Stromnulldurchgang (32a) durch die Vorrichtung (8) wird ein erstes Steuersignal (UGSa) an den Erstschalter-Steueranschluss (19a) angelegt, sodass der erste Schalter (16a) für eine erste Zeitdauer (ta) geschlossen ist, - bei einem auf den ersten Stromnulldurchgang (32a) folgenden zweiten Stromnulldurchgang (32b) durch die Vorrichtung (8) wird ein zweites Steuersignal (UGSb) an den Zweitschalter-Steueranschluss (19b) angelegt, sodass der zweite Schalter (16b) für eine zweite Zeitdauer (tb) geschlossen ist.
Induktionsladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - dass zumindest einer der Schalter (16) als ein MOSFET (20) ausgebildet ist, - dass der erste Schalteranschluss (17) einem Sourceanschluss (S), der zweite Schalteranschluss (18) einem Drainanschluss (D) und der Steueranschluss (19) einem Gateanschluss (G) des MOSFET (20) entspricht.
Induktionsladevorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, - dass die Vorrichtung (8) eine erste Diode (22a) aufweist, welche von den Schaltern (16) separat ist, - dass die erste Diode (22a) einen ersten Durchlassanschluss (23a) und einen ersten Sperranschluss (24a) aufweist, - dass der erste Erstschalteranschluss (17a) elektrisch mit dem ersten Durchlassanschluss (23a) und der erste Sperranschluss (24a) elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss (15b) verbunden ist, - dass der erste Sperranschluss (24a) elektrisch mit dem zweiten Drittschalteranschluss (18c) verbunden ist.
Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste Erstschalteranschluss (17a) und der erste Zweischalteranschluss (17b) elektrisch voneinander getrennt sind, - dass der zweite Erstschalteranschluss (18a) und/oder der erste Diodensperranschluss 24a elektrisch mit dem zweiten Drittschalteranschluss (18c) verbunden ist, und/oder - dass der zweite Zweitschalteranschluss (18b) und/oder der zweite Diodensperranschluss 24b elektrisch mit dem zweiten Viertschalteranschluss (18d) verbunden ist.
Induktionsladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, - dass die Vorrichtung (8) eine zweite Diode (22b) aufweist, welche von den Schaltern (16) und der ersten Diode (22a) separat ist, - dass die zweite Diode (22b) einen zweiten Durchlassanschluss (23b) und einen zweiten Sperranschluss (24b) aufweist, - dass der erste Zweitschalteranschluss (17b) elektrisch mit dem zweiten Durchlassanschluss (23b) und der zweite Sperranschluss (24b) elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss (15a) verbunden ist, - der zweite Sperranschluss (24b) elektrisch mit dem zweiten Viertschalteranschluss (18d) verbunden ist.
Energieübertragungssystem (2), mit einer stationären Induktionsladevorrichtung (1a) und einer mobilen Induktionsladevorrichtung (1 b), welche zur drahtlosen Energieübertragung von der stationären Induktionsladevorrichtung (1a) auf die mobile Induktionsladevorrichtung (1b) induktiv zusammenwirken, wobei zumindest eine der Induktionsladevorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
Energieübertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, - dass die mobile Induktionsladevorrichtung (1b) in einem Kraftfahrzeug (6) vorgesehen ist, wobei das Kraftfahrzeug (6) ferner eine Batterie (7) umfasst, mit welcher die mobile Induktionsladevorrichtung (1b) verbunden ist, - dass die stationäre Induktionsladevorrichtung (1a) außerhalb des Kraftfahrzeugs (6) angeordnet ist und im Betrieb mit der mobilen Induktionsladevorrichtung (1b) zum drahtlosen Laden der Batterie (7) zusammenwirkt.