DE202009009691U1 - Device for inductive transmission of electrical energy - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer stationären Einheit zu einem benachbart zu dieser stehenden Fahrzeug (5), dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Einheit mindestens zwei untereinander gleichartige Primärinduktivitäten (1–4) aufweist, die unabhängig voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbar sind.Device for the inductive transmission of electrical energy from a stationary unit to a stationary vehicle (5) adjacent thereto, characterized in that the stationary unit has at least two mutually identical primary inductances (1-4) which can be supplied with electric current independently of one another.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Vorrichtungen dienen der induktiven Ladung einer in einem Elektrofahrzeug eingebauten, wiederaufladbaren Batterie. Sie werden heute üblicherweise in einem 1:1 Verhältnis von Primär- und Sekundärseite gebaut. Da die beiden Seiten entsprechend aufeinander abgestimmt sind, kann nicht ohne weiteres eine völlig anders ausgelegte Sekundärseite zur Energieübertragung eingesetzt werden. Zumindest ist der Wirkungsgrad deutlich reduziert und es treten deutlich höhere Streufelder auf, wenn die Sekundärspule deutlich kleiner als die Primärspule ist.The The invention relates to a device for inductive transmission electrical energy according to the preamble of claim 1. Such Devices are used to inductive charge one in an electric vehicle built-in, rechargeable battery. They are becoming common today in a 1: 1 ratio from primary and secondary side built. Since the two sides matched accordingly can not easily be a completely different secondary side to power transmission be used. At least the efficiency is significantly reduced and there are much higher ones Stray fields on when the secondary coil clear smaller than the primary coil is.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das induktive Laden von Fahrzeugen mit unterschiedlich großen Ladeleistungen an ein und derselben Ladestation zu schaffen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad und minimale Streuverluste auszeichnet.Of the The invention is therefore based on the object, a solution for the inductive Charging vehicles with different levels of charging power on and to create the same charging station, characterized by high efficiency and minimal scattering losses.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by a Device solved with the features of claim 1. advantageous Embodiments are specified in the subclaims.
Die Erfindung stellt zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer stationären Einheit zu einem benachbart zu dieser stehenden Fahrzeug mindestens zwei untereinander gleichartige Primärinduktivitäten bereit, die unabhängig voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbar sind. Ein Kerngedanke der Erfindung besteht somit in einer Modularisierung der Primärinduktivität, mit der zwangsläufig eine entsprechende Modularisierung der Sekundärinduktivität verbunden ist. Vorzugsweise ist eine regelmäßige zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von untereinander gleichartigen Primärinduktivitäten vorgesehen, die beispielsweise die Form einer rechteckigen Matrix haben kann. Alternativ zur klassischen Matrixform können aufeinanderfolgende Reihen jeweils in ihrer Längsrichtung um das halbe Rastermaß einer Reihe gegeneinander versetzt sein, um eine höhere Packungsdichte zu erzielen.The Invention provides for inductive transmission electrical energy from one stationary unit to an adjacent one at least two mutually similar to this stationary vehicle Primary inductances ready, the independent can be acted upon by electricity from each other. A core idea The invention thus consists in a modularization of the primary inductance, with inevitably a corresponding modularization of the secondary inductance is connected. Preferably is a regular two-dimensional Arrangement of a plurality of mutually identical primary inductances provided which may, for example, take the form of a rectangular matrix. As an alternative to the classical matrix form, consecutive rows can be used each in their longitudinal direction by half the pitch of a Row offset against each other to achieve a higher packing density.
Im Interesse eines modularen Aufbaus des Gesamtsystems kann jeder Primärinduktivität eine eigene Stromversorgungseinheit zugeordnet sein, wobei alle Stromversorgungseinheiten mit einer gemeinsamen Steuereinheit verbunden sind, welche die von den Stromversorgungseinheiten in die einzelnen Primärinduktivitäten eingespeisten Ströme individuell steuert, insbesondere durch Aktivierung oder Deaktivierung der einzelnen Stromversorgungseinheiten. Alternativ hierzu kann auch eine zentrale Stromversorgungseinheit mit mehreren Ausgängen, an denen jeweils eine einzelne Primärinduktivität angeschlossen ist, vorgesehen sein. In diesem Fall werden die einzelnen Ausgänge von der Steuereinheit individuell gesteuert.in the Interest of a modular construction of the whole system, each primary inductance can have its own Power supply unit to be assigned, with all power supply units are connected to a common control unit, which the of the power supply units fed into the individual primary inductances streams individually controlled, in particular by activation or deactivation the individual power supply units. Alternatively, it can also a central power supply unit with multiple outputs, on each having a single primary inductance connected is to be provided. In this case, the individual outputs of individually controlled by the control unit.
Die Entscheidung, welche Primärinduktivitäten zu bestromen sind, kann von der Steuereinheit anhand von Impedanz- oder Spannungsmessungen an den Primärinduktivitäten getroffen werden, durch welche die Präsenz einer Sekundärinduktivität im Bereich jeder einzelnen Primärinduktivität feststellbar ist. Hierzu ist die Stromversorgungseinheit mit einer entsprechenden Messeinrichtung ausgerüstet, wobei die Anwendung einer reinen Spannungsmessung zur Positionsdetektion der Sekundärinduktivitäten deren Bestromung voraussetzt.The Deciding which primary inductors to energize can be from the control unit based on impedance or voltage measurements hit the primary inductors become, through which the presence a secondary inductance in the range each individual primary inductance is detectable. For this purpose, the power supply unit with a corresponding Equipped with measuring equipment, the application of a pure voltage measurement for position detection the secondary inductances their energization presupposes.
Die Anzahl der fahrzeugseitigen Sekundärinduktivitäten kann entsprechend dem Ladeleistungsbedarf eines Fahrzeugs zwischen einer einzigen und der Gesamtzahl der Primärinduktivitäten eines Ladestation variieren, wobei im Fall mehrerer Sekundärinduktivitäten diese so angeordnet sein sollten, dass durch eine geeignete Positionierung des Fahrzeugs eine gleichzeitige paarweise Überdeckung zwischen mehreren Sekundärinduktivitäten und Primärinduktivitäten herbeigeführt werden kann. Dies ist dann gewährleistet, wenn die Anordnung der Sekundärinduktivitäten zumindest mit einem Teilabschnitt der Anordnung der Primärinduktivitäten übereinstimmt.The Number of vehicle-side secondary inductances can be according to the charging power requirement of a vehicle between a single and the total number of primary inductances of a vehicle Charging station vary, and in the case of multiple secondary inductances this should be arranged so that by a suitable positioning the vehicle a simultaneous pairwise overlap between several Secondary inductors and Primary inductances are brought about can. This is guaranteed if the arrangement of the secondary inductances at least coincides with a portion of the arrangement of the primary inductances.
Die Erfindung erlaubt das induktive Laden unterschiedlich großer Elektrofahrzeuge mit unterschiedlichem Leistungsbedarf und an diesen Leistungsbedarf jeweils angepasster Sekundärseite an einer für den Leistungsbedarf eines großen Fahrzeugs ausgelegten Ladestation ohne nennenswerte Verluste bei kleineren Fahrzeugen, die nicht die maximal mögliche Ladeleistung benötigen. Ferner stellt die Erfindung bei kleineren Fahrzeugen eine Vielzahl von gleichermaßen optimalen Ladepositionen bereit, schafft also eine gewisse Toleranz für die Positionierung kleinerer Fahrzeuge. Auch eröffnet die Erfindung auch die Möglichkeit, an einer Ladestation anstelle eines einzigen großen Fahrzeugs mehrere kleinere Fahrzeuge gleichzeitig zu laden.The Invention allows the inductive charging of different size electric vehicles with different power requirements and these power requirements each adapted secondary side at one for the power requirement of a large Vehicle designed charging station without significant losses smaller vehicles that do not require the maximum possible charging power. Further the invention provides for smaller vehicles a variety of equally optimal loading positions ready, so creates a certain tolerance for the Positioning of smaller vehicles. Also, the invention also opens up the possibility at a charging station instead of a single large vehicle several smaller ones To load vehicles at the same time.
Darüber hinaus sorgt die erfindungsgemäße Modularisierung für höhere Stückzahlen an kleineren Primär- und Sekundärinduktivitäten, was Kostenvorteile bei der Massenfertigung erbringt. Gleiches gilt sinngemäß auch für die Stromversorgungseinheiten, falls diese in die Modularisierung einbezogen werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung von Redundanz. So ist ein Laden mit reduzierter Laderate auch dann noch möglich, wenn ein Teil der Primär- und/oder Sekundärinduktivitäten und/oder Stromversorgungseinheiten defekt sein sollte, indem defekte Komponenten abgeschaltet und nur die noch intakten Komponenten benutzt werden.In addition, the modularization of the invention provides for higher numbers of smaller primary and secondary inductances, which provides cost advantages in mass production. The same applies mutatis mutandis to the power supply units, if they are included in the modularization. Another advantage of the invention is the provision of redundancy. Thus, charging with a reduced charging rate is still possible if a part of the primary and / or secondary inductances and / or power supply units should be defective, by switching off defective components and only the still intact components are used.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigtfollowing Be exemplary embodiments of Invention described with reference to the drawings. In these shows
Eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit vier untereinander gleichen Primärspulen
Die
einzelnen Primärspulen
Die
einzelnen Stromversorgungseinheiten
Von
den einzelnen Stromversorgungseinheiten
Die
Steuereinheit
Alternativ
zu dem vorausgehend vorgestellten Ausführungsbeispiel mit mehreren
dezentralen Stromversorgungseinheiten
Vorausgehend
war ein Elektrofahrzeug
Das
große
Fahrzeug
In
der Mitte von
Wie
aus
In
Wie
ohne weiteres ersichtlich ist, gibt es für das kleine Fahrzeug eine
große
Anzahl von optimalen Ladepositionen, davon acht allein bei der in
Die
in den
Die
einfachste denkbare Anordnung
Aufgrund der üblicherweise rechteckigen Grundfläche einer Fahrzeugkarosserie erscheint es als sinnvoll, eine zumindest annähernd rechteckige Spulenanordnung mit der längeren Seite in der vorgesehenen Fahrtrichtung eines zu ladenden Fahrzeugs auszurichten. Im Grenzfall könnte auch nur eine einzige Reihe von in der vorgesehenen Fahrtrichtung eines zu ladenden Fahrzeugs hintereinander angeordneten Spulen vorgesehen werden. In der Regel wird die Aufreihung von Primärspulen bei den heute erreichbaren Übertragungsleistungen von den vorhandenen Fahrzeuglängen bzw. dem nutzbaren Einbauraum für die Sekundärspulen begrenzt werden.by virtue of the usual rectangular base a vehicle body, it seems reasonable, at least one nearly rectangular coil assembly with the longer side in the provided Align the direction of travel of a vehicle to be loaded. In the limit case could even a single row in the intended direction provided to be loaded vehicle successively arranged coils become. As a rule, the array of primary coils at today achievable transmission powers from the existing vehicle lengths or the usable installation space for the secondary coils be limited.
Die
korrespondierenden Anordnungen
Die
Primärspulenanordnung
Die
vorausgehend bereits anhand von
In
der ganz links dargestellten Fahrzeugposition liegt die Sekundärspule
Für die Funktionsfähigkeit
der Erfindung ist es nicht erforderlich, dass die Grundflächen der
Primärspulen
und der Sekundärspulen
wie in den
Auf
der linken Seite von
In
der Mitte von
Auf
der rechten Seite von
Wenn ein Fahrzeug zum Laden über die Primärspulenanordnung einer erfindungsgemäßen Ladestation gefahren wird, kann die Positionierung des Fahrzeugs für den Ladevorgang zusätzlich zu der vorausgehend bereits erwähnten Impedanzmessung durch weitere Sensoren, z. B. auf der Basis von Radar, Ultraschall, Infrarot, Lichtschranken, sowie durch eine drahtlose Kommunikation zwischen dem sich annähernden Fahrzeug und der Steuereinheit der Ladestation unterstützt werden. Insbesondere kann hierbei eine Identifikation der Art des Fahrzeugs hinsichtlich der Anzahl und Anordnung der Sekundärinduktivitäten erfolgen, aus der sich eine oder mehrere optimale Positionen für den Ladevorgang ergeben, in die das Fahrzeug mit Hilfe der Impedanzmessung und ggf. zusätzlicher Sensorik manövriert werden sollte.If a vehicle for loading over the primary coil assembly a charging station according to the invention can be driven, the positioning of the vehicle for charging additionally to the previously mentioned Impedance measurement by additional sensors, eg. B. based on Radar, ultrasound, infrared, photoelectric sensors, as well as through a wireless Communication between the approaching vehicle and the control unit the charging station supports become. In particular, an identification of the type of Vehicle with regard to the number and arrangement of the secondary inductances, Out of the one or more optimal positions for charging into which the vehicle is to be detected by means of impedance measurement and, if additional Sensors maneuvered should be.
Hier ist es auch denkbar, die Sekundärspulen in der Ankunftsphase des Fahrzeugs zur Erzeugung eines eigenen Magnetfeldes aus der Fahrzeugbatterie zu bestromen, um die Detektion ihrer Positionen durch die Ladestation zu erleichtern. Die Einzelheiten der Manövrierung des Fahrzeugs sind jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Here it is also conceivable, the secondary coils in the arrival phase of the vehicle to generate its own magnetic field from the vehicle battery to energize the detection of their positions through the charging station to facilitate. The details of the maneuvering However, the vehicle are not the subject of the present invention.
Es versteht sich dass die Ladung der Batterie eines großen Fahrzeugs mit einer hohen Laderate die Bereitstellung einer relativ hohen Gesamt-Anschlussleistung erfordert. Bei kleineren Fahrzeugen ermöglicht diese hohe Anschlussleistung eine vergleichsweise schnelle Ladung der Batterie. Auf diese Weise kann eine kurze Standzeit eines Fahrzeugs an einer erfindungsgemäßen Ladestation durch eine höhere Ladeleistung ausgeglichen werden.It It is understood that the charge of the battery of a large vehicle with a high charging rate providing a relatively high Total connected load required. For smaller vehicles this allows high connected load a comparatively fast charge of the Battery. In this way, a short life of a vehicle at a charging station according to the invention through a higher Charging power to be compensated.
So ist beispielsweise in Wohngebieten in den meisten Garagen für Personenkraftwagen nur ein einphasiger Netzanschluss (230 V/10 A) verfügbar, mit dem eine Ladeleistung von ca. 2 kW erreichbar ist. In einer solchen Garage kann daher eine einzelne Primärspule eingebaut werden, die von einer für diese Leistung ausgelegten Stromversorgungseinheit gespeist wird. Über Nacht wird ein Fahrzeug mit dieser Leistung über einen längeren Zeitraum geladen. Tagsüber besteht die Möglichkeit, dasselbe Fahrzeug beispielsweise auf einem Firmenparkplatz aufzuladen, wo für eine Ladestation ohne weiteres ein dreiphasiger Anschluss (400 V/16 A) mit ca. 6 kW Übertragungsleistung vorgesehen werden kann. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Fahrzeug mit zwei oder mehr Sekundärspulen ausgerüstet ist, von denen bei der Ladung in der häuslichen Garage nur eine einzige benutzt wird, während bei der kürzer andauernden Ladung auf dem Firmenparkplatz zwei oder mehr Sekundärspulen benutzt werden.For example, in residential areas in most garages for passenger cars only a single-phase power supply (230 V / 10 A) is available, with a charging capacity of about 2 kW can be reached. In such a garage, therefore, a single primary coil can be installed, which is fed by a designed for this performance power supply unit. Overnight, a vehicle with this power is charged for a longer period of time. During the day there is the possibility of the same vehicle, for example, on a company car park load, where for a charging station easily a three-phase connection (400 V / 16 A) with approximately 6 kW transmission power can be provided. In this case, it is advantageous if the vehicle is equipped with two or more secondary coils, of which only one is used in the charge in the domestic garage, while two or more secondary coils are used for the shorter charge on the company parking lot.
Auf der Basis dieses Konzeptes können auch Schnelllade-Elektrotankstellen betrieben werden. Sind Fahrzeuge mit mehreren Sekundärspulen ausgerüstet, so wird zu Hause und im Alltagsbetrieb meistens nur eine einzige Sekundärspule benutzt. Wenn aber möglichst schnell eine große Menge Energie überragen werden soll, dann werden mehrere Sekundärspulen benutzt.On The basis of this concept can also Fast charging electric filling stations are operated. Are vehicles equipped with several secondary coils, so At home and in everyday use usually only a single secondary coil is used. If but possible fast a big one Surpass amount of energy should be, then several secondary coils are used.
Soweit hier von Primär- und Sekundärspulen die Rede ist, sind allgemein gekoppelte Induktivitäten gemeint, bei denen es sich nicht zwingend um Spulen klassischer Bauform handeln muss. So kann beispielsweise ihre Grundfläche eine andere als die den Ausführungsbeispielen zugrundeliegende Kreisform haben und die Windungen brauchen nicht schraubenförmig zu verlaufen, sondern können auch planar geführt sein. Die genaue Auslegung der Form der Induktivitäten liegt im fachmännischen Ermessen.So far here from primary and secondary coils the What is meant is generally coupled inductors that are themselves does not necessarily have to act coils of classic design. So can for example, their base area another than the embodiments have underlying circular shape and the turns do not need helically to get lost but can also guided in a planar manner be. The exact interpretation of the shape of the inductors lies in the expert Discretion.
Claims (14)
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DE202009009691U DE202009009691U1 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Device for inductive transmission of electrical energy |
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DE202009009691U DE202009009691U1 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Device for inductive transmission of electrical energy |
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2009
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20101230 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE CHARRIER RAPP & LIEBAU, DE |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: IPT TECHNOLOGY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONDUCTIX-WAMPFLER AG, 79576 WEIL AM RHEIN, DE Effective date: 20120803 Owner name: CONDUCTIX-WAMPFLER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONDUCTIX-WAMPFLER AG, 79576 WEIL AM RHEIN, DE Effective date: 20120803 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE CHARRIER RAPP & LIEBAU, DE Effective date: 20120803 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20120921 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE CHARRIER RAPP & LIEBAU, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: IPT TECHNOLOGY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONDUCTIX-WAMPFLER GMBH, 79576 WEIL AM RHEIN, DE Effective date: 20140828 Owner name: CONDUCTIX-WAMPFLER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONDUCTIX-WAMPFLER GMBH, 79576 WEIL AM RHEIN, DE Effective date: 20140828 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE CHARRIER RAPP & LIEBAU, DE Effective date: 20140828 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONDUCTIX-WAMPFLER GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: IPT TECHNOLOGY GMBH, 79588 EFRINGEN-KIRCHEN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: CHARRIER RAPP & LIEBAU PATENTANWAELTE PARTG MB, DE Representative=s name: PATENTANWAELTE CHARRIER RAPP & LIEBAU, DE |
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R071 | Expiry of right |