DE102010042395A1 - Method for inductive charging of battery in vehicle e.g. electric car, involves performing the inductive coupling of primary coil in loading station and secondary coil of vehicle while maintaining preset gap between coils - Google Patents

Method for inductive charging of battery in vehicle e.g. electric car, involves performing the inductive coupling of primary coil in loading station and secondary coil of vehicle while maintaining preset gap between coils Download PDF

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Abstract

The method involves placing secondary coil (L2) of the vehicle (2) adjacent to primary coil (L1) of loading station (1). The inductive coupling of primary coil in loading station and secondary coil of the vehicle is performed while maintaining preset gap between the primary coil and secondary coil. An independent claim is included for system for inductive charging of battery in vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum induktiven Laden einer Batterie eines Fahrzeuges, wie z. B. der Traktionsbatterie eines Straßenfahrzeuges, welches mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet ist (z. B. Elektroauto oder ”Plug-In-Hybrid”).The present invention relates to methods and systems for inductively charging a battery of a vehicle, such as. B. the traction battery of a road vehicle, which is equipped with an electric drive (eg., Electric car or "plug-in hybrid").

Anders als bei einem herkömmlichen Laden, bei welchem das mit der zu ladenden Batterie versehene Fahrzeug über ein Kabel und eine Steckverbindung mit einem Stromnetz bzw. einer Ladestation verbunden wird, erfolgt beim induktiven Laden die Übertragung der elektrischen Energie drahtlos über eine induktive Kopplung einer Primärspule einer Ladestation mit einer Sekundärspule des Fahrzeuges.Unlike in a conventional shop in which the provided with the battery to be charged vehicle is connected via a cable and a plug connection to a power supply or a charging station, carried out during inductive charging, the transmission of electrical energy wirelessly via an inductive coupling of a primary coil Charging station with a secondary coil of the vehicle.

Ein System zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie umfasst ein die Primärspule aufweisendes primärseitiges Teilsystem und ein die Sekundärspule aufweisendes sekundärseitiges Teilsystem.A system for inductively charging a vehicle battery includes a primary-side subsystem having the primary coil and a secondary-side subsystem having the secondary coil.

Nach einem Platzieren der beiden Spulen in einer bestimmten, für die induktive Kopplung geeigneten gegenseitigen Anordnung kann das Laden der Batterie durch eine Bestromung der Primärspule im primärseitigen Teilsystem bewirkt werden. Die dadurch in der Sekundärspule des sekundärseitigen Teilsystems induzierte Wechselspannung kann sodann z. B. mittels einer Ladesteuereinrichtung des sekundärseitigen Teilsystems gleichgerichtet und zur Einspeisung eines Gleichstromes (Ladestromes) in die Batterie genutzt werden.After placing the two coils in a specific arrangement suitable for the inductive coupling, the charging of the battery can be effected by energizing the primary coil in the primary-side subsystem. The induced thereby in the secondary coil of the secondary-side subsystem AC voltage can then z. B. rectified by means of a charging control device of the secondary-side subsystem and used to feed a direct current (charging current) into the battery.

Das induktive Laden einer Fahrzeugbatterie hat eine Reihe von Vorteilen, wie vor allem eine erhöhte Sicherheit für den Benutzer, da es anders als bei einer elektrischen Steckverbindung keine freiliegenden elektrischen Kontakte und keine besondere Gefahr bei Feuchtigkeit gibt. Da der Benutzer nicht manuell eine elektrische Steckverbindung herstellen muss, ergibt sich vorteilhaft auch ein hoher Komfort für den Benutzer. Insbesondere wenn die Primärspule als Komponente einer (stationären) Ladestation vorgesehen und die Sekundärspule fest im Fahrzeug verbaut ist, ergibt sich auch kein umständliches Hantieren mit einem Ladekabel, wodurch wiederum Ausfälle durch Kabelbruch vermieden werden. Schließlich können die zum induktiven Laden erforderlichen Einrichtungen am Fahrzeug sowie an der Ladestation in einfacher Weise gegen Vandalismus gesichert ausgebildet werden.The inductive charging of a vehicle battery has a number of advantages, such as above all an increased safety for the user, since there are no exposed electrical contacts and no special danger in moisture, unlike an electrical connector. Since the user does not have to manually create an electrical connector, resulting in a high comfort for the user. In particular, if the primary coil provided as a component of a (stationary) charging station and the secondary coil is permanently installed in the vehicle, there is no cumbersome handling with a charging cable, which in turn can be avoided by cable break failures. Finally, the facilities required for inductive charging on the vehicle and on the charging station can be easily secured against vandalism.

Es gibt jedoch auch Nachteile bzw. zu berücksichtigende Probleme, wie z. B. mehr oder weniger große Energieverluste und etwaig auftretenden ”Elektrosmog”. Beim induktiven Laden erfolgt eine Energieübertragung von der Primärspule zumeist über einen ”Luftspalt” zur Sekundärspule (Lufttransformator). Die Qualität der induktiven Kopplung der beiden Spulen, d. h. die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad der Energieübertragung hängt stark von der gegenseitigen Anordnung (Position und Orientierung) der beiden Spulen und insbesondere der Größe des dazwischen verbleibenden Luftspaltes ab.However, there are also disadvantages or problems to be considered, such. B. more or less large energy losses and any occurring "electrosmog". In inductive charging, energy is transferred from the primary coil mostly via an "air gap" to the secondary coil (air transformer). The quality of the inductive coupling of the two coils, d. H. the efficiency or the efficiency of the energy transfer depends strongly on the mutual arrangement (position and orientation) of the two coils and in particular the size of the remaining air gap therebetween.

Um übermäßige Energieverluste beim induktiven Laden zu vermeiden, sollte daher im Rahmen einer Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden zunächst eine möglichst exakte Positionierung und Orientierung der beiden Spulen zueinander sichergestellt werden, bei welcher die induktive Kopplung mit einem hohen Kopplungsgrad und wenig Streuverlusten gewährleistet ist.In order to avoid excessive energy losses during inductive charging, a precise positioning and orientation of the two coils should therefore be ensured as part of commissioning the primary coil for inductive charging, in which the inductive coupling is guaranteed with a high degree of coupling and low wastage.

Bei den ersten induktiv geladenen Elektroautos wurde ein über ein Kabel mit einer primärseitigen Stromversorgung einer Ladestation verbundenes, die Primärspule beinhaltendes, so genanntes ”Paddle” (gehäuste Primärspule) verwendet. Durch manuelles Einstecken dieses Paddles in eine hierfür am Fahrzeug vorgesehene zugehörige (passende) ”Paddle”-Aufnahme, welche die Sekundärspule beinhaltet, wurde somit durch eine Formschlussverbindung die gewünschte gegenseitige Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule (exakt koaxial zueinander und mit minimalem Luftspalt) sichergestellt.In the first inductively charged electric cars, a so-called "paddle" (housed primary coil) connected to a primary side power supply of a charging station and including the primary coil was used. By manually inserting this paddle into a dedicated (suitable) "paddle" receptacle provided for this purpose on the vehicle, which contains the secondary coil, the desired mutual arrangement of the primary coil and the secondary coil (exactly coaxial to one another and with minimal air gap) was thus ensured by a positive connection ,

Nachteilig für den Benutzer ist bei dieser bekannten Lösung jedoch der Aufwand zum manuellen Einstecken der Primärspuleneinheit (Paddle) des primärseitigen Teilsystems in die zugehörige Aufnahme des sekundärseitigen Teilsystems (Fahrzeug).However, a disadvantage to the user in this known solution is the expense of manually inserting the primary coil unit (paddle) of the primary-side subsystem into the associated receptacle of the secondary-side subsystem (vehicle).

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie eine hohe Energieübertragungseffizienz bei gleichzeitig hohem Komfort für den Benutzer zu ermöglichen.It is an object of the present invention to enable a high energy transfer efficiency with simultaneous high convenience for the user in the case of inductive charging of a vehicle battery.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Verfahren und Systeme bzw. Teilsysteme gelöst, die in den unabhängigen Ansprüchen angegeben sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere durch beliebige Kombinationen der unabhängigen Ansprüche miteinander und/oder durch Hinzunahme von Merkmalen, die in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind.This object is achieved according to the invention by methods and systems or subsystems, which are specified in the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent in particular by any combination of the independent claims with each other and / or by adding features that are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein automatisches Platzieren der Primärspule und/oder der Sekundärspule zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule. vorgesehen.According to the invention, an automatic placement of the primary coil and / or the secondary coil to achieve a specific mutual arrangement of the primary coil and the secondary coil. intended.

Damit kann zuverlässig eine hohe Qualität der induktiven Kopplung mit geringen Verlusten beim Ladevorgang und gleichzeitig ein hoher Bedienungskomfort für den Benutzer sichergestellt werden.This can reliably high quality inductive coupling with low losses in the Charging and at the same time a high ease of use for the user to be ensured.

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Primärspule bzw. in einem primärseitigen Teilsystem kann demnach beispielsweise die Primärspule platziert, d. h. relativ zu einem (in der Regel stationären) Installationsort der Ladestation bewegt werden.Accordingly, in a method for operating a primary coil or in a primary-side subsystem, for example, the primary coil can be placed, i. H. relative to a (usually stationary) installation location of the charging station to be moved.

Alternativ oder zusätzlich, bei einem Verfahren zum Betrieb einer Sekundärspule bzw. in einem sekundärseitigen Teilsystem, kann auch die Sekundärspule platziert, d. h. beispielsweise relativ zu einem Fahrzeugchassis bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer Bewegung der Sekundärspule relativ zum Fahrzeugchassis kommt im Rahmen der Erfindung zu demselben Zweck auch in Betracht, das Fahrzeug selbst zu bewegen.Alternatively or additionally, in a method for operating a secondary coil or in a secondary-side subsystem, the secondary coil can also be placed, i. H. For example, be moved relative to a vehicle chassis. As an alternative or in addition to a movement of the secondary coil relative to the vehicle chassis, in the context of the invention for the same purpose it is also possible to move the vehicle itself.

Zur Bewerkstelligung des automatischen Platzierens der Primärspule und/oder der Sekundärspule können das primärseitige Teilsystem bzw. das sekundärseitige Teilsystem mit ansteuerbaren Einstellmitteln ausgestattet sein.To accomplish the automatic placement of the primary coil and / or the secondary coil, the primary-side subsystem or the secondary-side subsystem can be equipped with controllable adjustment means.

Die Einstellmittel können z. B. einen oder mehrere ansteuerbare Aktoren (z. B. elektromotorische Aktoren) umfassen, welche von einer Steuereinrichtung angesteuert werden und mit der Primärspule bzw. Sekundärspule bzw. deren Gehäusen mechanisch verbunden sind, um eine gewünschte Bewegung (translatorisch und/oder rotatorisch) der betreffenden Spule im Rahmen der automatischen Platzierung zu bewirken.The adjustment can z. B. one or more controllable actuators (eg., Electromotive actuators) include, which are controlled by a control device and mechanically connected to the primary coil or secondary coil or their housings to a desired movement (translational and / or rotational) of the effect coil in the context of automatic placement.

Die zum Ansteuern der Einstellmittel verwendete Steuereinrichtung kann z. B. durch eine elektronische, programmgesteuerte Steuereinrichtung (z. B. enthaltend einen Mikrocontroller) gebildet sein. Sie kann primärseitig und/oder sekundärseitig angeordnet sein und z. B. auf Basis von primärseitig und/oder sekundärseitig gewonnenen Erfassungsgrößen (insbesondere z. B. Sensorsignalen) gemäß eines Einstellalgorithmus die entsprechenden Ansteuersignale für die Einstellmittel erzeugen.The control means used to drive the adjusting means may e.g. B. by an electronic, program-controlled control device (eg, containing a microcontroller) may be formed. It can be arranged on the primary side and / or secondary side and z. B. based on primary and / or secondary side acquired acquisition variables (in particular, for example, sensor signals) according to a setting algorithm generate the corresponding drive signals for the adjustment.

Ein von der Steuereinrichtung verwendetes Sensorsignal kann z. B. repräsentativ für die momentane Anordnung (translatorisch und/oder rotatorisch) der Primärspule oder der Sekundärspule (bzw. des Fahrzeuges) sein.A sensor signal used by the controller may, for. B. representative of the instantaneous arrangement (translational and / or rotational) of the primary coil or the secondary coil (or of the vehicle).

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Steuereinrichtung bzw. derjenige Teil der Steuereinrichtung, der unter Berücksichtigung eines mittels eines Sensors gewonnenen Sensorsignals ein Ansteuersignal für einen Aktor erzeugt, keineswegs zwingend zusammen mit dem Sensor und dem Aktor ”auf derselben Seite” (Primärseite oder Sekundärseite) angeordnet sein muss. Vielmehr kann gegebenenfalls eine Übertragung eines Sensorsignals oder von Sensordaten und/oder eine Übertragung eines Ansteuersignals oder von Ansteuerdaten von der Primärseite zur Sekundärseite und/oder umgekehrt vorgesehen sein. Abgesehen von einer Datenübertragung z. B. per Funk ergibt sich eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Datenübertragung durch die ohnehin vorhandene induktive Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule. Wie weiter unten noch erläutert, kann die induktive Kopplung vor und/oder während der eigentlichen Energieübertragung (zum Laden der Batterie) vorteilhaft auch für eine Datenübertragung genutzt werden.In this context, it should be noted that the control device or that part of the control device which generates a drive signal for an actuator, taking into account a sensor signal obtained by means of a sensor, by no means necessarily together with the sensor and the actuator "on the same side" (primary side or secondary side ) must be arranged. Rather, a transmission of a sensor signal or of sensor data and / or a transmission of a control signal or of control data from the primary side to the secondary side and / or vice versa may optionally be provided. Apart from a data transfer z. B. by radio results in a particularly advantageous possibility for data transmission through the already existing inductive coupling between the primary coil and secondary coil. As explained below, the inductive coupling before and / or during the actual energy transfer (for charging the battery) can also be advantageously used for data transmission.

Gemäß einer Ausführungsvariante der automatischen Platzierung umfasst diese eine gesteuerte Bewegung der betreffenden Spule(n), wobei jede Spule z. B. in einer Richtung parallel zu ihrer Spulenachse bewegt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Spule auch in wenigstens einer Richtung quer, insbesondere orthogonal zu ihrer Spulenachse bewegt werden. Darüber hinaus kann alternativ oder zusätzlich schließlich auch eine die Spule verdrehende bzw. verschwenkende Bewegung (um eine oder mehrere Achsen) vorgesehen sein.According to one embodiment of the automatic placement, this includes a controlled movement of the relevant coil (s), each coil z. B. can be moved in a direction parallel to its coil axis. Alternatively or additionally, the coil can also be moved in at least one direction transversely, in particular orthogonal to its coil axis. In addition, alternatively or additionally, a movement that rotates or swivels the coil (by one or more axes) may finally also be provided.

In einer Ausführungsvariante des automatischen Platzierens wird eine Qualität der induktiven Kopplung erfasst und das automatische Platzieren in Abhängigkeit von der erfassten Kopplungsqualität durchgeführt. In diesem Fall dient die Qualität der induktiven Kopplung als von der Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Einstellmittel zu verwendendes Sensorsignal. Bei der ”Qualität” der induktiven Kopplung kann es sich um eine auf Basis von elektrischen Messgrößen ermittelte Erfassungsgröße handeln, welche ein Maß für die Energieübertragungseffizienz der induktiven Kopplung darstellt. Als Erfassungsgröße gut geeignet ist somit z. B. insbesondere die sekundärseitige Leistung oder Spannung bei einer bestimmten, vorgegebenen primärseitigen Bestromung der Primärspule. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, einen Steueralgorithmus zur Realisierung einer ”Optimierungsstrategie” durchzuführen, mit dem Ziel, die Primärspule und die Sekundärspule in eine gegenseitige Anordnung zu bringen, bei welcher die Energieübertragungseffizienz relativ groß bzw. optimiert ist.In an embodiment of the automatic placement, a quality of the inductive coupling is detected and the automatic placement is performed as a function of the detected coupling quality. In this case, the quality of the inductive coupling serves as a sensor signal to be used by the control means for driving the adjusting means. The "quality" of the inductive coupling can be a detection quantity determined on the basis of electrical measured variables, which represents a measure of the energy transmission efficiency of the inductive coupling. As detection size is well suited z. B. in particular the secondary-side power or voltage at a given, predetermined primary-side energization of the primary coil. In a particularly advantageous development, the control device is designed to implement a control algorithm for implementing an "optimization strategy", with the aim of bringing the primary coil and the secondary coil into a mutual arrangement in which the energy transmission efficiency is relatively large or optimized.

Gemäß einer Ausführungsform eines solchen Optimierungsverfahrens ist beispielsweise vorgesehen, dass ausgehend von einer bestimmten Einstellung sämtlicher Aktoren zunächst in einem ersten Schritt die momentane Qualität der induktiven Kopplung gemessen wird, sodann in einem zweiten Schritt eine kleine Änderung wenigstens einer Aktoreinstellung vorgenommen wird (z. B. eine zufällig gewählte Änderung), in einem dritten Schritt erneut die Kopplungsqualität gemessen wird, und in einem vierten Schritt festgestellt wird, ob sich die Kopplungsqualität durch die Änderung verbessert oder verschlechtert hat, wobei im Falle einer Verbesserung die Verarbeitung unmittelbar wieder zum ersten Schritt schreitet, wohingegen im Falle einer Verschlechterung zunächst in einem fünften Schritt die letzte Änderung der Einstellung rückgängig gemacht wird und erst dann zum ersten Schritt zurückgekehrt wird. In dieser oder ähnlicher Weise kann das automatische Platzieren gewissermaßen durch eine Regelung der Kopplungsqualität auf ein Maximum erfolgen.According to one embodiment of such an optimization method, it is provided, for example, that the instantaneous quality of the inductive coupling is first measured in a first step starting from a specific setting of all the actuators, then a small change of at least one actuator setting is made in a second step (eg. a random change), in a third step the coupling quality is measured again and in a fourth step Step is determined whether the coupling quality has improved or deteriorated by the change, wherein in case of improvement, the processing immediately goes back to the first step, whereas in case of deterioration first in a fifth step, the last change of the setting is reversed and only then returned to the first step. In this or similar ways, the automatic placement can be done to a certain extent by controlling the coupling quality to a maximum.

Gemäß einer Ausführungsform des automatischen Platzierens der Sekundärspule umfasst dieses ein automatisches Rangieren des Fahrzeuges zur Erzielung der bestimmten (also insbesondere z. B. hinsichtlich der Kopplungsqualität optimierten) gegenseitigen Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule. In einer Weiterbildung handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Straßenfahrzeug mit einem motorischen, insbesondere elektrischen Antrieb und einer motorischen, insbesondere elektrischen Lenkung (z. B. Elektroauto oder Plug-In-Hybrid). In diesem Fall kann das automatische Rangieren durch geeignetes Ansteuern des z. B. elektrischen Antriebs, bevorzugt in Verbindung mit einer geeigneten Ansteuerung der z. B. elektrischen Lenkung erfolgen. Zum Zwecke der Realisierung der vorstehend erläuterten Optimierungsstrategie sind der Antrieb des Fahrzeuges und/oder die Lenkung des Fahrzeuges dann als spezielle Aktoren (zum Bewegen der Sekundärspule) anzusehen.According to one embodiment of the automatic placement of the secondary coil, the latter comprises an automatic maneuvering of the vehicle to achieve the specific mutual arrangement of the primary coil and the secondary coil (ie in particular, for example, with regard to the coupling quality). In a further development, the vehicle is a road vehicle with a motor, in particular an electric drive and a motor, in particular electric steering (eg electric car or plug-in hybrid). In this case, the automatic maneuvering by suitable driving the z. B. electric drive, preferably in conjunction with a suitable control of z. B. electrical steering. For the purpose of realizing the above-described optimization strategy, the drive of the vehicle and / or the steering of the vehicle are then to be regarded as special actuators (for moving the secondary coil).

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden folgende Schritte durchgeführt:

  • – Überprüfen, ob sich die Sekundärspule in der Nähe der Primärspule befindet oder nicht,
  • – sobald die Sekundärspule in der Nähe der Primärspule festgestellt wurde, Initiierung einer Bestromung der Primärspule zum induktiven Laden der Batterie.
In a preferred embodiment of the invention, the following steps are carried out to start up the primary coil for inductive charging:
  • Check whether the secondary coil is close to the primary coil or not,
  • - Once the secondary coil has been detected in the vicinity of the primary coil, initiation of energization of the primary coil for inductive charging of the battery.

Eine derartige Inbetriebnahme der Primärspule kann als Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Primärspule, in einem erfindungsgemäßen primärseitigen Teilsystem bzw. Gesamtsystem vorgesehen sein, wobei jedoch nicht ausgeschlossen sein soll, dass bei dem genannten Überprüfungsschritt und/oder dem genannten Schritt der Initiierung der Bestromung eine Mitwirkung durch das sekundärseitige Teilsystem erfolgt oder das sekundärseitige Teilsystem eine hierfür geeignete spezielle Gestaltung besitzt.Such a start-up of the primary coil can be provided as a development of the method according to the invention for operating a primary coil in a primary-side subsystem or overall system according to the invention, although it should not be ruled out that in the said checking step and / or said step of initiating the energization Participation takes place by the secondary-side subsystem or the secondary-side subsystem has a special design suitable for this purpose.

Im einfachsten Fall erfolgt die vorstehend erwähnte Inbetriebnahme der Primärspule im Wesentlichen lediglich durch primärseitig angeordnete Systemkomponenten. Zur Realisierung des Überprüfungsschrittes kann z. B. primärseitig wenigstens ein Sensor zur Detektion einer in der Nähe befindlichen Sekundärspule (oder eines Fahrzeuges) vorgesehen sein, beispielsweise eine Lichtschranke, ein Kontaktschalter, ein Belastungssensor (zur Detektion eines Fahrzeuges anhand des Fahrzeuggewichtes) etc. Sobald mittels eines derartigen Sensors die Anwesenheit eines Fahrzeuges (mit der Sekundärspule) festgestellt wurde, kann z. B. eine Initiierung der Bestromung der Primärspule dergestalt erfolgen, dass diese mit einem Wechselstrom von zunächst beispielsweise fest vorgegebener Frequenz und Amplitude beaufschlagt wird.In the simplest case, the above-mentioned commissioning of the primary coil essentially takes place only by system components arranged on the primary side. To realize the verification step z. B. on the primary side at least one sensor for detecting a nearby secondary coil (or a vehicle) may be provided, for example, a photoelectric sensor, a contact switch, a load sensor (for detecting a vehicle based on the vehicle weight) etc. Once by means of such a sensor, the presence of a Vehicle (with the secondary coil) has been determined, z. B. initiation of the energization of the primary coil take place such that it is acted upon by an alternating current of, for example, initially fixed frequency and amplitude.

Eine in dieser Weise automatisch erfolgende Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden stellt insbesondere dann einen hohen Bedienungskomfort dar, wenn der Benutzer (z. B. Fahrzeugbediener) hierfür nicht erst eine manuelle Bedienhandlung zum Einschalten des primärseitigen Versorgungsfeldes vornehmen muss.Automatic commissioning of the primary coil for inductive charging in this way represents a high degree of operating comfort, in particular, when the user (eg vehicle operator) does not first have to undertake a manual operating action for switching on the primary-side supply field.

Ein im System für den Überprüfungsschritt eigens angeordneter Sensor ist für die vorstehend erläuterte Inbetriebnahme jedoch nicht zwingend erforderlich. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Überprüfen einfach durch Messung einer elektrischen Belastung im Bereich der induktiven Kopplung bewerkstelligt wird, also z. B. folgende Schritte umfasst:

  • – schwache Bestromung der Primärspule,
  • – Messung der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Leistungsaufnahme.
However, a sensor specially arranged in the system for the checking step is not absolutely necessary for the commissioning explained above. According to an advantageous embodiment, it is provided that the checking is accomplished simply by measuring an electrical load in the inductive coupling, so z. B. comprises the following steps:
  • - weak energization of the primary coil,
  • - Measurement of the primary-side and / or secondary-side power consumption.

Diese Weiterbildung nutzt den Umstand, dass im Falle der Anwesenheit der Sekundärspule ab einer gewissen Nähe zur Primärspule bereits eine induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen besteht, so dass z. B. durch eine Messung der primärseitigen Leistungsaufnahme die Anwesenheit der Sekundärspule leicht detektiert werden kann (Der primäre Laststrom bzw. die primäre Leistungsaufnahme(fähigkeit) wächst in der Höhe extrem stark an, sobald ein ”Leistungsabnehmer” (Sekundärspule) in das von der Primärspule erzeugte Feld gelangt. Eine solche Strom- bzw. Leistungsüberhöhung, typischerweise um eine oder mehrere Zehnerpotenzen (im Vergleich zu einem ”Ruhestrom” ohne in der Nähe befindlicher Sekundärspule) kann durch eine entsprechende Schwellwertüberschreitung leicht detektiert werden.This development uses the fact that in the case of the presence of the secondary coil from a certain proximity to the primary coil already an inductive coupling between the two coils, so that z. B. by a measurement of the primary side power consumption, the presence of the secondary coil can be easily detected (The primary load current or the primary power (ability) increases in height extremely strong as soon as a "power take" (secondary coil) in the generated by the primary coil Such an increase in power or power, typically by one or more powers of ten (in comparison to a "quiescent current" without a secondary coil located in the vicinity) can easily be detected by a corresponding threshold value overshoot.

Bei dem ”Testlauf” der Primärspule mit der schwachen Bestromung kann z. B. ein Primärstrom verwendet werden, der um wenigstens einen Faktor 102, bevorzugt wenigstens einen Faktor 103 kleiner als ein für das eigentliche induktive Laden vorgesehener Nennstrom ist.In the "test run" of the primary coil with the weak energization z. B. a primary current can be used which is smaller by at least a factor of 10 2 , preferably at least a factor of 10 3 as intended for the actual inductive charging rated current.

Die schwache Bestromung kann vom primärseitigen Teilsystem z. B. selbstständig in gewissen Intervallen (z. B. jeweils etwa 1 Sekunde lang, in zeitlichen Abständen von etwa 1 Minute) durchgeführt werden. Falls bei einem solchen Testlauf eine für die Anwesenheit der Sekundärspule charakteristische Leistungsaufnahme gemessen wird, so kann im einfachsten Fall eine Initiierung der Bestromung der Primärspule ohne weitere Zwischenschritte dergestalt erfolgen, dass z. B wie oben bereits erwähnt, die Primärspule mit einem Wechselstrom von zumindest zunächst fest vorgegebener Frequenz und Amplitude bestromt wird. The weak energization can from the primary-side subsystem z. B. independently at certain intervals (eg, each about 1 second long, at intervals of about 1 minute) are performed. If in such a test run a characteristic of the presence of the secondary coil power consumption is measured, so in the simplest case, an initiation of the energization of the primary coil without further intermediate steps take place in such a way that z. As already mentioned above, the primary coil is supplied with an alternating current of at least initially predetermined frequency and amplitude.

Der erwähnte, bevorzugt mit drastisch reduzierter Leistung durchgeführte ”Testlauf” der Primärspule vermeidet vorteilhaft elektomagnetische Störungen, Energieverluste und darüber hinaus auch mögliche Schädigungen z. B. bei in der Nähe befindlichen Herzschrittmacherträgern durch eine ständig ”strahlende” Primärspule. Gemäß der oben erläuterten Ausführungsform wird der Magnetfelderzeuger (Primärspule) nur dann mit höherer Leistung in Betrieb genommen, wenn der zugehörige Abnehmer, hier das mit der Sekundärspule ausgestattete Fahrzeug, sich im Feld befindet.The mentioned, preferably performed with drastically reduced power "test run" of the primary coil advantageously avoids electromagnetic interference, energy losses and beyond possible damage z. B. in nearby cardiac pacemakers by a constantly "radiant" primary coil. According to the embodiment explained above, the magnetic field generator (primary coil) is put into operation with higher power only when the associated pickup, in this case the vehicle equipped with the secondary coil, is in the field.

Andererseits ist es problematisch, in den eigentlichen Ladebetrieb zu wechseln, wenn sich unbeabsichtigterweise ein ”einer Sekundärspule ähnelnder” Gegenstand im Magnetfeld der Primärspule befindet, wie z. B. ein Fahrrad, welcher die Bestromung der Primärspule mit der zum induktiven Laden vorgesehenen Stromstärke auslösen kann. Zur Beseitigung dieses Problems ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Datenübertragung zwischen primärseitigem Teilsystem und sekundärseitigem Teilsystem vorgesehen, mittels welcher eine solche fehlerhafte Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden vermieden wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften Realisierung ist vorgesehen, dass während einer Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden und/oder während eines Betriebs der Primärspule für das induktive Laden eine Datenübertragung über die induktive Kopplung vom primärseitigen Teilsystem zum sekundärseitigen Teilsystem und/oder umgekehrt erfolgt, so dass (z. B. durch Abfrage einer ”Identifikation”) z. B. ein Fahrrad oder ein nicht zum Laden geeignetes Fahrzeug oder sonstiges Objekt als ”nicht zum Laden geeignetes Objekt” erkannt werden kann. Bei dieser Realisierungsvariante wird vorteilhaft die ohnehin vorhandene induktive Kopplung für die Datenübertragung genutzt.On the other hand, it is problematic to switch to the actual charging operation, when inadvertently a "secondary coil-like" object is in the magnetic field of the primary coil, such. As a bicycle, which can trigger the energization of the primary coil with the power provided for inductive charging current. To eliminate this problem, a data transmission between primary-side subsystem and secondary-side subsystem is provided according to an embodiment of the invention, by means of which such erroneous startup of the primary coil for inductive charging is avoided. According to a particularly advantageous realization, provision is made for data transmission via the inductive coupling from the primary-side subsystem to the secondary-side subsystem and / or vice versa during commissioning of the primary coil for inductive charging and / or during operation of the primary coil for inductive charging (eg by requesting an "identification") z. B. a bicycle or a non-loading vehicle or other object can be recognized as "not suitable for loading object". In this embodiment, the already existing inductive coupling is advantageously used for data transmission.

Im einfachsten Fall kann z. B. eine die Sekundärspule bzw. das zugehörige Fahrzeug identifizierende Information und/oder weitere ”Zustandsparameter” des sekundärseitigen Teilsystems (z. B. Batterietyp, Batterieladezustand etc.) ähnlich wie bei einem RFID(radio frequency identification)-Verfahren von der Sekundärseite zur Primärseite übertragen werden. In diesem Vergleich mit einem RFID-System bildet das primärseitige Teilsystem gewissermaßen ein ”RFID-Lesegerät” und das sekundärseitige Teilsystem einen ”RFID-Transponder”, aus welchem mittels des primärseitigen Teilsystems eine Information (hier: Identifikation) ausgelesen wird.In the simplest case, z. Example, the secondary coil or the associated vehicle identifying information and / or other "state parameters" of the secondary-side subsystem (eg., Battery type, battery charge status, etc.) similar to an RFID (radio frequency identification) method from the secondary side to the primary side be transmitted. In this comparison with an RFID system, the primary-side subsystem forms a sort of "RFID reader" and the secondary-side subsystem an "RFID transponder", from which information (here: identification) is read out by means of the primary-side subsystem.

Durch eine derartige Datenübertragung, bei welcher eine das sekundärseitige Teilsystem identifizierende Information und/oder eine andere, jedoch zuvor im Gesamtsystem festgelegte bzw. vereinbarte Information übertragen wird, lässt sich z. B. zuverlässig eine fehlerhafte Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden verhindern, die z. B. durch eine Annäherung eines einer Sekundärspule ähnelnden Objektes ansonsten ausgelöst werden könnte.By such a data transmission, in which a secondary side subsystem identifying information and / or another, but previously set in the overall system or agreed information is transmitted, z. B. reliably prevent erroneous commissioning of the primary coil for inductive charging, the z. B. could be triggered by an approach of a secondary coil similar object otherwise.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorstehend erläuterten Inbetriebnahme der Primärspule ist vorgesehen, dass im Rahmen der Überprüfung, ob sich die Sekundärspule in der Nähe der Primärspule befindet oder nicht, das sekundärseitige Teilsystem eine Identifizierung (z. B. numerischer Code an das primärseitige Teilsystem überträgt, woraufhin die Initiierung der Bestromung der Primärspule zum induktiven Laden nur nach Übertragung einer ”richtigen” bzw. gültigen Identifizierung erfolgt. Bevorzugt wird hierbei die induktive Kopplung für die Datenübertragung genutzt.According to a preferred embodiment of the above-described start-up of the primary coil, it is provided that, in the context of checking whether the secondary coil is in the vicinity of the primary coil or not, the secondary-side subsystem transmits an identification (eg numerical code to the primary-side subsystem, Whereupon the initiation of the energization of the primary coil for inductive charging takes place only after the transmission of a "correct" or valid identification, in which case the inductive coupling is preferably used for the data transmission.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Datenübertragung wechselseitig zwischen dem primärseitigen Teilsystem und dem sekundärseitigen Teilsystem erfolgt und hierdurch wenigstens ein Parameter des induktiven Ladens festgelegt wird. Eine derartige wechselseitige Kommunikation zwischen den beiden Teilsystemen ermöglicht eine Vielzahl interessanter weiterer Ausgestaltungen.According to a further development, it is provided that the data transmission takes place alternately between the primary-side subsystem and the secondary-side subsystem and, as a result, at least one parameter of the inductive charging is determined. Such two-way communication between the two subsystems allows for a variety of other interesting designs.

Beispielsweise kann damit das primärseitige Teilsystem eine dieses Teilsystem identifizierende Information (z. B. Code) und/oder weitere, die Eigenschaften des primärseitigen Teilsystems charakterisierende Informationen an das sekundärseitige Teilsystem übermitteln (z. B. Information über den ”Ladestationtyp”, über technische Spezifikationen der Ladestation, über primärseitig verfügbare Betriebsparameter für das induktive Laden (z. B. Primärstromfrequenz, Primärfeldleistung etc.). Alternativ oder zusätzlich könnte das primärseitige Teilsystem eine Information über den aktuellen Strompreis an das Fahrzeug übermitteln, der vom Benutzer im Falle der Durchführung der Batterieladung zu entrichten ist.For example, the primary-end subsystem can thus transmit information (eg code) identifying this subsystem and / or further information characterizing the properties of the primary-side subsystem to the secondary-side subsystem (eg information about the "charging station type", technical specifications) the charging station, via operating parameters available on the primary side for the inductive charging (eg primary current frequency, primary field power, etc.) Alternatively or additionally, the primary-side subsystem could transmit information about the current electricity price to the vehicle provided by the user in the case of carrying out the battery charging is to be paid.

Auch können z. B. Informationen bzw. Daten von der Primärseite zur Sekundärseite übertragen werden, welche in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit dem induktiven Laden der Fahrzeugbatterie stehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Bilddateien (z. B. Zeitungen oder Zeitschriften), Audiodateien (z. B. Musikdateien oder so genannte ”Podcasts”, z. B. im MP3-Format oder dergleichen), Videodateien (z. B. Nachrichten, Filme etc.) handeln.Also z. B. information or data from the primary side to the secondary side are transmitted, which in no immediate connection with the inductive charging the Vehicle battery stand. These may be, for example, image files (eg newspapers or magazines), audio files (eg music files or so-called "podcasts", eg in MP3 format or the like), video files (eg messages , Films, etc.) act.

Gemäß einer Weiterbildung verfügt das primärseitige Teilsystem über ein Abrechnungssystem bzw. ist mit einem solchen Abrechnungssystem verbunden, welches Abrechnungsdaten für eine Rechnungsstellung der Kosten der Batterieladung (Stromkosten) und/oder Parkgebühren und/oder Kosten der Übertragung von Daten bzw. Dateien der genannten Art (Bild, Audio, Video etc.) an den Benutzer erzeugt, nachdem der Batterieladevorgang abgeschlossen ist.According to a development, the primary-side subsystem has a billing system or is connected to such a billing system, which billing data for billing the cost of battery charging (electricity costs) and / or parking fees and / or costs of transferring data or files of the type mentioned ( Image, audio, video, etc.) to the user after the battery charging process is completed.

Im Hinblick auf die technische Realisierung einer Datenübertragung über die induktive Kopplung vom primärseitigen Teilsystem zum sekundärseitigen Teilsystem und/oder umgekehrt ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das System Bestromungssteuermittel zur Ermöglichung einer Variation wenigstens eines Parameters der Bestromung der Primärspule und/oder Laststeuermittel zur Ermöglichung einer Variation wenigstens eines Parameters der Leistungsaufnahme der Sekundärspule umfasst.With regard to the technical realization of a data transmission via the inductive coupling from the primary-side subsystem to the secondary-side subsystem and / or vice versa, it is provided according to one embodiment that the system energization control means for enabling a variation of at least one parameter of the energization of the primary coil and / or load control means to enable Variation of at least one parameter of the power consumption of the secondary coil comprises.

Durch die im primärseitigen Teilsystem stattfindende Variation wenigstens eines Bestromungsparameters (z. B. Frequenz und/oder Amplitude des Primärstromes), sei es bei dem oben erwähnten ”Testlauf” der Primärspule mit schwacher Bestromung oder im ”normalen” Betromungsbetrieb zum Laden der Batterie, kann diese Datenübertragung von der Primärseite zur Sekundärseite erfolgen.Due to the variation in the primary-side subsystem of at least one lighting parameter (eg frequency and / or amplitude of the primary current), be it the above-mentioned "test run" of the primary coil with weak energization or in the "normal" operating mode for charging the battery this data transmission from the primary side to the secondary side take place.

Das sekundärseitige Teilsystem muss hierfür lediglich mit geeigneten Demodulationsmitteln ausgestattet sein, um aus der in der Sekundärspule induzierten Spannung die betreffende Information zurückzugewinnen.For this purpose, the secondary-side subsystem merely has to be equipped with suitable demodulation means in order to recover the relevant information from the voltage induced in the secondary coil.

Die Datenübertragung in umgekehrter Richtung, also von der Sekundärseite zur Primärseite könnte in entsprechender Weise realisiert sein, d. h. durch eine (aktive) Bestromung der Sekundärspule gemäß einer vorbestimmten Modulation zur Codierung von Information, wobei dann primärseitig wieder entsprechende Demodulationsmittel vorhanden sein müssen. Gemäß einer bevorzugten Variante erfolgt die sekundärseitige Modulation jedoch mit den erwähnten Laststeuermitteln des sekundärseitigen Teilsystems, so dass für diese Modulation vorteilhaft keine ”aktive Energieversorgung” auf der Sekundärseite notwendig ist. Primärseitig benötigte Demodulationsmittel können vorteilhaft wenigstens teilweise identisch mit den bereits erwähnten Erfassungsmitteln zur Erfassung der Qualität der induktiven Kopplung sein, mit welchen die primärseitige Leistungsaufnahme gemessen und ausgewertet wird. Eine vom primärseitigen Teilsystem durchgeführte Messung der primärseitigen Leistungsaufnahme der Primärspule kann zum Einen für die Überprüfung hinsichtlich der Anwesenheit einer Sekundärspule, zum Anderen jedoch auch als Basis für eine Demodulation der von einer solchen Sekundärspule übertragenen Information genutzt werden.The data transmission in the reverse direction, ie from the secondary side to the primary side could be realized in a corresponding manner, d. H. by an (active) energization of the secondary coil in accordance with a predetermined modulation for the coding of information, in which case corresponding demodulation means must again be present on the primary side. According to a preferred variant, however, the secondary-side modulation is carried out with the aforementioned load control means of the secondary-side subsystem, so that advantageously no "active power supply" on the secondary side is necessary for this modulation. Demodulation means required on the primary side can advantageously be at least partially identical to the already mentioned detection means for detecting the quality of the inductive coupling, with which the primary-side power consumption is measured and evaluated. A measurement of the primary-side power consumption of the primary coil carried out by the primary-side subsystem can be used on the one hand for checking for the presence of a secondary coil, and on the other as a basis for demodulating the information transmitted by such a secondary coil.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. They show:

1 ein System zum induktiven Laden einer Batterie eines Fahrzeuges gemäß eines Ausführungsbeispiels, 1 a system for inductively charging a battery of a vehicle according to an embodiment,

2 ein Blockschaltbild einiger Komponenten des Systems von 1, 2 a block diagram of some components of the system of 1 .

3 ein Ablaufdiagramm eines bei dem System von 1 einsetzbaren Optimierungsverfahrens, und 3 a flow chart of a in the system of 1 applicable optimization method, and

4 ein Ablaufdiagramm eines bei dem System von 1 einsetzbaren Gesamtablaufes. 4 a flow chart of a in the system of 1 applicable overall process.

1 veranschaulicht ein System 10 zum induktiven Laden einer Batterie BAT eines Fahrzeuges 2 mittels einer induktiven Kopplung einer Primärspule L1 einer Ladestation 1 (welche ein ”primärseitiges Teilsystem” bildet) mit einer Sekundärspule L2 des Fahrzeuges 2 (welches ein ”sekundärseitiges Teilsystem” bildet). 1 illustrates a system 10 for inductively charging a battery BAT of a vehicle 2 by means of an inductive coupling of a primary coil L1 of a charging station 1 (Which forms a "primary-side subsystem") with a secondary coil L2 of the vehicle 2 (which forms a "secondary-sided subsystem").

Bei dem Fahrzeug 2 handelt es sich im dargestellten Beispiel um ein Elektroauto, umfassend einen elektrischen Antrieb MA und eine elektrische Lenkung ML, welche im Betrieb des Fahrzeuges 2 aus der Batterie BAT (Traktionsbatterie) über ein Fahrzeugsteuergerät 12 mit Energie versorgt werden. Das Steuergerät 12 ist hierfür wie dargestellt sowohl mit der Batterie BAT als auch den Antriebseinheiten MA und ML verbunden. Entsprechende Ansteuersignale sind in 1 mit sml und sma symbolisiert.In the vehicle 2 In the example shown, this is an electric car, comprising an electric drive MA and an electric steering ML, which are in operation of the vehicle 2 from the battery BAT (traction battery) via a vehicle control unit 12 be energized. The control unit 12 For this purpose, as shown, it is connected to both the battery BAT and the drive units MA and ML. Corresponding control signals are in 1 symbolized with sml and sma.

Der Einfachheit der Darstellung halber sind in 1 lediglich zum Verständnis der nachfolgend beschriebenen Erfindung relevante Komponenten dargestellt. Insbesondere lediglich für den normalen Fahrbetrieb erforderliche Komponenten (z. B. Fahrpedal etc.) sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und in 1 nicht dargestellt.For simplicity of illustration, in 1 shown only for understanding the invention described below relevant components. In particular, only components required for normal driving operation (eg accelerator pedal, etc.) are well known in the art and in 1 not shown.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sekundärspule L2 in einem Spulengehäuse G2 im Bereich eines Bodens des Fahrzeuges 2 mit vertikal orientierter Spulenachse angeordnet und die Primärspule L1 in einem Spulengehäuse G1 mit ebenfalls vertikal orientierter Spulenachse im Bereich einer Basisfläche (z. B. Erdboden) der Ladestation 1 angeordnet.In the illustrated embodiment, the secondary coil L2 in a coil housing G2 in the region of a floor of the vehicle 2 arranged with vertically oriented coil axis and the primary coil L1 in a coil housing G1 with also vertically oriented coil axis in the region of Base area (eg ground) of the charging station 1 arranged.

Die induktive Kopplung der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 ergibt sich dann, wenn wie in 1 dargestellt das Fahrzeug 2 derart an der Ladestation 1 abgestellt ist, dass die beiden Spulen L1 und L2 mit nicht allzu großem Abstand einander benachbart angeordnet sind. In dieser Situation kann ein induktives Laden der Batterie BAT dadurch bewerkstelligt werden, dass an der Ladestation 1 die Primärspule L1 hierfür durch deren Bestromung mit einem Wechselstrom I1 in Betrieb genommen wird, so dass die in der Sekundärspule L2 dadurch induzierte Spannung zu einem mit I2 symbolisierten Stromfluss führt, der von dem Fahrzeugsteuergerät 12 nach einer Gleichrichtung als Ladestrom für die Batterie BAT weitergeleitet werden kann.The inductive coupling of the primary coil L1 and the secondary coil L2 results when, as in 1 represented the vehicle 2 like that at the charging station 1 is turned off that the two coils L1 and L2 are arranged adjacent to each other with not too great a distance. In this situation, an inductive charging of the battery BAT can be accomplished by the charging station 1 For this purpose, the primary coil L1 is put into operation by energizing it with an alternating current I1, so that the voltage induced thereby in the secondary coil L2 leads to a current flow symbolized by I2, which is emitted by the vehicle control unit 12 can be forwarded as a charging current for the battery BAT after rectification.

Eine Besonderheit des von der Ladestation 1 gebildeten primärseitigen Teilsystems besteht darin, dass dieses ”primärseitige Einstellmittel” zum automatischen Platzieren der Primärspule L1 zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der beiden Spulen L1 und L2 aufweist.A special feature of the charging station 1 formed primary-side subsystem is that this "primary-side adjustment" for automatically placing the primary coil L1 to achieve a specific mutual arrangement of the two coils L1 and L2.

Damit wird vorteilhaft ermöglicht, dass nach einem Abstellen des Fahrzeuges 2 eine gute Qualität der induktiven Kopplung für den beschriebenen Ladevorgang selbst dann erzielbar ist, wenn das Fahrzeug 2 ”ungenau” an der Ladestation 1 platziert wurde.This is advantageously possible that after parking the vehicle 2 a good quality of the inductive coupling for the described charging process can be achieved even if the vehicle 2 "Inaccurate" at the charging station 1 was placed.

Im dargestellten Beispiel umfassen die primärseitigen Einstellmittel elektrisch ansteuerbare Aktoren Ax1, Ay1 und Az1, die jeweils mit dem Spulengehäuse G1 verbunden sind, so dass dieses Gehäuse G1 samt der darin untergebrachten Primärspule L1 in jeder der drei Raumrichtungen x (Längsrichtung), y (Querrichtung) und z (Vertikalrichtung) relativ zur Basisfläche der Ladestation 1 bewegt werden können. Die Ansteuerung der Aktoren erfolgt durch entsprechende Ansteuersignale sx1, sy1 und sz1, die von einer Steuereinheit 14 der Ladestation 1 zur Bewerkstelligung des automatischen Platzierens der Primärspule L1 ausgegeben werden. Der Übersichtlichkeit der Darstellung halber ist in 1 der Aktor Ay1 mitsamt seiner Ansteuerung nicht dargestellt.In the illustrated example, the primary-side adjusting means comprise electrically controllable actuators Ax1, Ay1 and Az1, which are each connected to the coil housing G1, so that this housing G1 together with the primary coil L1 housed therein in each of the three spatial directions x (longitudinal), y (transverse direction) and z (vertical direction) relative to the base surface of the charging station 1 can be moved. The actuation of the actuators takes place by means of corresponding control signals sx1, sy1 and sz1, which are generated by a control unit 14 the charging station 1 for effecting the automatic placement of the primary coil L1. For the sake of clarity, the illustration is in 1 the actuator Ay1 not shown, together with its control.

Diese Gestaltung der Ladestation 1 mit einstellbarer Primärspule L1 besitzt insbesondere dann einen großen Vorteil, wenn die Sekundärspule des zu ladenden Fahrzeuges an einer festen Position (unbeweglich) an diesem Fahrzeug angebracht ist. Eine etwaige ”Fehlstellung” des Fahrzeuges kann dann vorteilhaft durch das automatische Platzieren der Primärspule L1 ausgeglichen werden.This design of the charging station 1 with adjustable primary coil L1 has a great advantage in particular when the secondary coil of the vehicle to be loaded is attached to a fixed position (immovable) on this vehicle. A possible "misalignment" of the vehicle can then be compensated advantageous by the automatic placement of the primary coil L1.

Das von dem in 1 dargestellten Fahrzeug 2 gebildete sekundäre Teilsystem besitzt jedoch insofern ebenfalls eine Besonderheit, als dieses mit ”sekundärseitigen Einstellmitteln” zum automatischen Platzieren der Sekundärspule L2 ausgestattet ist, welche die Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule ermöglichen.That of the in 1 illustrated vehicle 2 However formed secondary subsystem also has a special feature in that it is equipped with "secondary side adjustment" for automatically placing the secondary coil L2, which allow the achievement of a specific mutual arrangement of the primary coil and the secondary coil.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen diese sekundärseitigen Einstellmittel elektrisch ansteuerbare Aktoren Ax2, Ay2 und Az2, die jeweils mit dem die Sekundärspule L2 beinhaltenden Spulengehäuse G2 verbunden sind, um dieses Gehäuse G2 mitsamt der Sekundärspule L2 in den drei Raumrichtungen x, y und z (bezogen auf ein fahrzeugeigenes Koordinatensystem) beim automatischen Platzieren bewegen zu können. Der Übersichtlichkeit der Darstellung halber ist in 1 der Aktor Ay2 mitsamt seiner Ansteuerung nicht dargestellt.In the illustrated embodiment, these secondary-side adjusting means include electrically controllable actuators Ax2, Ay2 and Az2, which are each connected to the secondary coil L2 containing coil housing G2 to this housing G2 together with the secondary coil L2 in the three spatial directions x, y and z (relative to a on-board coordinate system) during automatic placement. For the sake of clarity, the illustration is in 1 the actuator Ay2 not shown, together with its control.

Abgesehen von der im dargestellten Ausführungsbeispiel damit geschaffenen weiteren Einstellmöglichkeit hinsichtlich einer optimalen gegenseitigen Anordnung der beiden Spulen L1 und L2 besitzt das Fahrzeug 2 insbesondere dann einen großen Vorteil, wenn abweichend von der in 1 dargestellten Situation das primärseitige Teilsystem (Ladestation) keine Einstellbarkeit für die Primärspule vorsieht. Auch dann kann eine etwaige Fehlstellung des Fahrzeuges 2 auf der betreffenden Basisfläche vorteilhaft durch eine geeignete Verstellung der Sekundärspule L2 bezüglich des Fahrzeugchassis kompensiert werden.Apart from in the illustrated embodiment thus created further adjustment with respect to an optimal mutual arrangement of the two coils L1 and L2 has the vehicle 2 especially a great advantage, if different from the in 1 illustrated situation, the primary-side subsystem (charging station) provides no adjustability for the primary coil. Even then, a possible malposition of the vehicle 2 be compensated advantageously on the relevant base surface by a suitable adjustment of the secondary coil L2 with respect to the vehicle chassis.

In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass die dargestellte Ladestation 1 auch mit anderen als dem dargestellten Fahrzeug 2 verwendet werden kann und das dargestellte Fahrzeug 2 auch mit anderen als der dargestellten Ladestation 1 verwendet werden kann. Allerdings ist es von Vorteil, wenn im ”Gesamtsystem” bestimmte Gestaltungsdetails der Ladestation 1 einerseits und des Fahrzeuges 2 andererseits aufeinander abgestimmt sind. Im dargestellten Beispiel ist ein solches Gestaltungsdetail beispielsweise die Orientierung der Primärspule L1 mit vertikaler Spulenachse bezüglich der Ladestation 1 und die dementsprechende Orientierung der Sekundärspule L2 mit ebenfalls vertikaler Spulenachse bezüglich des Fahrzeuges 2. Dies macht im dargestellten System weitere Aktoren für eine rotatorische Bewegung (Verschwenkung) wenigstens der Primärspule L1 oder der Sekundärspule L2 entbehrlich. Weitere vorteilhaft in den beiden Teilsystemen 1 und 2 aufeinander abstimmbare Gestaltungsdetails betreffen die Art und Weise wie zwischen diesen Teilsystemen Informationen bzw. Daten übertragen bzw. ausgetauscht werden können und wie der vom Fahrzeugsteuergerät 12 und/oder von der Ladestation-Steuereinheit 14 zum automatischen Platzieren der Spule(n) L1 und/oder L2 verwendete ”Einstellalgorithmus” konkret abläuft. Diese Aspekte werden weiter unten noch detaillierter beschrieben.In this context, it should be noted that the charging station shown 1 also with other than the vehicle shown 2 can be used and the vehicle shown 2 also with other than the illustrated charging station 1 can be used. However, it is advantageous if in the "overall system" certain design details of the charging station 1 on the one hand and the vehicle 2 on the other hand are coordinated. In the example shown, such a design detail is, for example, the orientation of the primary coil L1 with a vertical coil axis relative to the charging station 1 and the corresponding orientation of the secondary coil L2 with also vertical coil axis with respect to the vehicle 2 , In the illustrated system, this makes additional actuators for a rotary movement (pivoting) at least the primary coil L1 or the secondary coil L2 unnecessary. Further advantageous in the two subsystems 1 and 2 design details that can be coordinated relate to the way in which information or data can be transmitted or exchanged between these subsystems and how the vehicle control unit 12 and / or from the charging station control unit 14 used to automatically place the coil (s) L1 and / or L2 " Setting algorithm "concrete runs. These aspects will be described in more detail below.

Bei einem Verfahren zum Betrieb der Primärspule L1 im primärseitigen Teilsystem (Ladestation 1) bzw. im Gesamtsystem (Ladestation 1 in Zusammenwirkung mit dem Fahrzeug 2) zum induktiven Laden der Batterie BAT des Fahrzeuges 2 mittels der induktiven Kopplung zwischen den beiden Spulen L1 und L2 ist ein automatisches Platzieren der Primärspule L1 vorgesehen, um damit insbesondere z. B. eine hinsichtlich der Kopplungsqualität optimierte gegenseitige Anordnung der Spulen L1 und L2 zu bewirken.In a method for operating the primary coil L1 in the primary-side subsystem (charging station 1 ) or in the overall system (charging station 1 in cooperation with the vehicle 2 ) for inductively charging the battery BAT of the vehicle 2 by means of the inductive coupling between the two coils L1 and L2, an automatic placement of the primary coil L1 is provided so that in particular z. B. to optimize the coupling quality optimized mutual arrangement of the coils L1 and L2.

Bei einem Verfahren zum Betrieb der Sekundärspule L2 kann in entsprechender Weise ein automatisches Platzieren der Sekundärspule L2 vorgesehen sein.In a method for operating the secondary coil L2, automatic placement of the secondary coil L2 can be provided in a corresponding manner.

Hierfür verwendbare primärseitige und/oder sekundärseitige Einstellmittel wurden weiter oben bereits erläutert.For this purpose usable primary-side and / or secondary-side adjustment means have already been explained above.

Was die Art und Weise des automatischen Platzierens der Primärspule L1 und/oder Sekundärspule L2 anbelangt, so ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass eine (momentane) Qualität der induktiven Kopplung zwischen den Spulen L1 und L2 erfasst wird und die Spule L1 und/oder die Spule L2 in Abhängigkeit von der erfassten Kopplungsqualität automatisch platziert wird. Zur Realisierung können die betreffenden Aktoren mittels des Fahrzeugsteuergerätes 12 und/oder der Steuereinheit 14 gemäß einer ”Einstellstrategie” geeignet angesteuert werden.As regards the manner of automatically placing the primary coil L1 and / or secondary coil L2, it is provided according to an advantageous embodiment that a (instantaneous) quality of the inductive coupling between the coils L1 and L2 is detected and the coil L1 and / or the coil L2 is automatically placed depending on the detected coupling quality. To realize the relevant actuators by means of the vehicle control unit 12 and / or the control unit 14 be suitably controlled according to a "setting strategy".

3 veranschaulicht beispielhaft eine verfahrensmäßige Realisierung (Algorithmus) einer solchen Einstellstrategie, die von einer Steuereinrichtung (hier: Steuergerät 12 und/oder Steuereinheit 14) durchgeführt werden kann. 3 exemplifies a procedural realization (algorithm) of such a setting strategy, by a control device (here: control unit 12 and / or control unit 14 ) can be carried out.

In einem Schritt S1 wird die momentane Qualität der induktiven Kopplung gemessen. Sodann wird in einem Schritt S2 eine Änderung, z. B. eine kleine und zufällige Änderung wenigstens einer Aktoreinstellung vorgenommen, um in einem weiteren Schritt S3 erneut die Kopplungsqualität zu messen. Falls in einem Schritt S4 festgestellt wird, dass die Kopplungsqualität sich durch die Änderung verbessert hat, so schreitet die Verarbeitung zurück zum Schritt S1. Im Falle einer Verschlechterung wird in einem Schritt S5 zunächst die Änderung rückgängig gemacht und erst dann zum Schritt S1 zurückgekehrt. Durch einen derartigen Algorithmus können die im dargestellten Beispiel verfügbaren Aktoren Ax1, Ay1, Az1, Ax2, Ay2 bzw. Az2 derart angesteuert werden, dass sich eine möglichst gute induktive Kopplung zur Vermeidung von Streuverlusten beim induktiven Laden ergibt.In a step S1, the instantaneous quality of the inductive coupling is measured. Then, in a step S2, a change, for. B. made a small and random change at least one Aktoreinstellung to again measure the coupling quality in a further step S3. If it is determined in a step S4 that the coupling quality has improved by the change, the processing returns to step S1. In the case of a deterioration, the change is reversed first in a step S5 and only then returned to step S1. By means of such an algorithm, the actuators Ax1, Ay1, Az1, Ax2, Ay2 and Az2 available in the illustrated example can be controlled in such a way that the best possible inductive coupling results in avoiding leakage losses during inductive charging.

Falls wie dargestellt sowohl die Ladestation 1 als auch das Fahrzeug 2 eine Einstellbarkeit der jeweiligen Kopplungsspule L1 bzw. L2 vorsieht, so muss lediglich durch eine geeignete Kommunikation zwischen den beiden Teilsystemen sichergestellt werden, dass eine koordinierte Einstellung der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 erfolgt. Es ist klar, dass auf Basis einer derartigen Kommunikation eine Vielzahl von Möglichkeiten besteht, die Einstellung einer der beiden Spulen L1 und L2 im Falle einer Einstellbarkeit der jeweils anderen Spule (L2 bzw. L1) geeignet vorzusehen. Im dargestellten Beispiel könnte eine Koordination z. B. realisiert werden, indem nach dem Abstellen des Fahrzeuges 2 zunächst die Primärspule L1 für eine etwaige Verbesserung der Kopplungsqualität eingestellt wird, während für diese Zeit die Sekundärspule L2 nicht verstellt wird. Sodann könnte eine zur etwaig weiteren Verbesserung der Kopplungsqualität dienende Einstellung der Sekundärspule L2 erfolgen, während die Primärspule L1 ruht. Sodann könnten diese beiden Vorgänge auch noch ein- oder mehrmals wiederholt werden.If both the charging station as shown 1 as well as the vehicle 2 provides an adjustability of the respective coupling coil L1 and L2, it must be ensured only by a suitable communication between the two subsystems that a coordinated adjustment of the primary coil L1 and the secondary coil L2 takes place. It is clear that on the basis of such communication there are a large number of possibilities for suitably providing the adjustment of one of the two coils L1 and L2 in the case of adjustability of the respective other coil (L2 or L1). In the example shown, a coordination z. B. be realized by after parking the vehicle 2 First, the primary coil L1 is set for a possible improvement of the coupling quality, while for this time the secondary coil L2 is not adjusted. Then could be done for any further improvement in the coupling quality setting of the secondary coil L2, while the primary coil L1 rests. Then these two processes could also be repeated one or more times.

Die unmittelbare Ansteuerung der Primärspule L1 erfolgt durch die Steuereinheit 14, wohingegen die unmittelbare Ansteuerung der Sekundärspule L2 durch das Steuergerät 12 erfolgt. Nachdem jedoch zweckmäßigerweise eine Kommunikation bzw. Datenübertragung zwischen diesen Steuerkomponenten 12 und 14 besteht, ist es keineswegs zwingend erforderlich, dass die Erzeugung der Ansteuersignale sx1, sy1 usw. (für die Spule L1) völlig autonom durch die Steuereinheit 14 und/oder die Erzeugung der Ansteuersignale sx2, sy2 usw. (für die Spule L2) völlig autonom durch das Steuergerät 12 durchgeführt wird. Auf Basis der erwähnten Kommunikation kann z. B. ohne Weiteres eine bereits koordinierte Erzeugung von Ansteuersignalen für beide Spulen L1 und L2 allein durch die Steuereinheit 14 (alternativ allein durch das Steuergerät 12) erfolgen, wobei die für ”die andere Seite” benötigten Ansteuersignale an dieselbe kommuniziert werden können.The direct control of the primary coil L1 is carried out by the control unit 14 whereas the immediate control of the secondary coil L2 by the control unit 12 he follows. However, after appropriately a communication or data transmission between these control components 12 and 14 It is by no means imperative that the generation of the drive signals sx1, sy1, etc. (for the coil L1) is completely autonomous by the control unit 14 and / or the generation of the drive signals sx2, sy2, etc. (for the coil L2) completely autonomously by the control unit 12 is carried out. On the basis of the mentioned communication can z. B. readily an already coordinated generation of drive signals for both coils L1 and L2 alone by the control unit 14 (alternatively alone by the controller 12 ), whereby the drive signals required for "the other side" can be communicated to the same.

Nebenbei bemerkt ist abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges 2 eine Einstellbarkeit der Sekundärspule L2 zum Optimieren der induktiven Kopplung auch dadurch realisierbar, dass anstatt einer Ansteuerung der fahrzeugseitigen Aktoren Ax2 und Ay2 eine automatische Ansteuerung des Fahrzeugantriebes MA und der Fahrzeuglenkung ML durchgeführt wird, also das Fahrzeug 2 automatisch auf der Basisfläche der Ladestation 1 rangiert wird. In diesem Fall sind die Aktoren Ax2 und Ay2 entbehrlich. Bei der oben erläuterten Einstellstrategie (vgl. z. B. 3) können die zum Rangieren des Fahrzeuges 2 verfügbaren Komponenten MA und ML entsprechend berücksichtigt bzw. genutzt werden.Incidentally, is different from the illustrated embodiment of the vehicle 2 An adjustability of the secondary coil L2 for optimizing the inductive coupling can also be realized by carrying out an automatic actuation of the vehicle drive MA and of the vehicle steering system ML, ie the vehicle, instead of activating the vehicle-side actuators Ax2 and Ay2 2 automatically on the base of the charging station 1 is ranked. In this case, the actuators Ax2 and Ay2 are dispensable. In the setting strategy explained above (cf. 3 ) can be used to maneuver the vehicle 2 available components MA and ML are considered or used accordingly.

Bei dem in 1 dargestellten System könnte z. B. folgender Verfahrensablauf stattfinden:
Die Ladestation 1 bestromt die Primärspule L1 in periodischen Abständen (z. B. alle etwa 10 bis 20 Sekunden) eine gewisse Zeit lang (z. B. etwa 1 Sekunde) mit einem relativ kleinen ”Teststrom” I1 (z. B. Wechselstrom mit fest vorgegebener Frequenz und kleiner Amplitude).
At the in 1 shown system could z. B. the following procedure take place:
The charging station 1 energizes the primary coil L1 at periodic intervals (eg, every 10 to 20 seconds) for a certain amount of time (eg, about 1 second) with a relatively small "test current" I1 (eg, fixed current AC current and small amplitude).

Falls nun das Fahrzeug 2 durch einen Benutzer wie in 1 dargestellt an der Ladestation 1 abgestellt wird, so gelangt die Sekundärspule L2 in das von der Primärspule L1 ausgehende Feld (Magnetfeld). Dieser Umstand wird durch die Ladestation 1 anhand der damit einhergehenden Vergrößerung der primärseitigen Leistungsaufnahme der Primärspule L1 detektiert. Hierfür geeignete Auswertemittel, z. B. umfassend eine Messeinrichtung zur Messung des Primärstromes I1 bei einer vorbestimmten Beaufschlagung der Primärspule L1, sind in 1 nicht dargestellt. Für deren Realisierung stehen dem Fachmann jedoch zahlreiche wohlbekannte Möglichkeiten zur Verfügung.If now the vehicle 2 by a user like in 1 shown at the charging station 1 is turned off, the secondary coil L2 enters the outgoing from the primary coil L1 field (magnetic field). This circumstance is due to the charging station 1 detected on the basis of the associated increase in the primary-side power consumption of the primary coil L1. For this purpose suitable evaluation, z. B. comprising a measuring device for measuring the primary current I1 at a predetermined loading of the primary coil L1, are in 1 not shown. However, numerous well-known options are available to the person skilled in the art for their realization.

Nachdem in dieser Weise also die Anwesenheit eines Objektes bzw. des Fahrzeuges 2 detektiert wurde, beginnt die Ladestation 1 im Rahmen der Inbetriebnahme der Primärspule L1 zunächst noch eine ”Aussendung” von verschiedenen Informationen, wofür ein gemäß eines zuvor festgelegten ”Übertragungsprotokolls” modulierter Primärstrom I1 erzeugt wird, der in dieser Datenübertragungsphase immer noch eine relativ kleine Amplitude besitzen kann. Bei den ausgesendeten Informationen handelt es sich z. B. um eine oder mehrere der folgenden Informationen: Identifikation des Stromanbieters bzw. Betreibers der Ladestation 1, Identifikation (z. B. Typ) der Ladestation 1 und verfügbare ”Ladebetriebsparameter” (z. B. mögliche Frequenzen und Stärken des Primärfeldes) der Ladestation 1, aktueller Strompreis, verfügbares ”Multimediaangebot” (z. B. in ein Entertainmentsystem des Fahrzeuges 2 einspielbare MP3-Dateien) etc.After so in this way the presence of an object or the vehicle 2 was detected, the charging station begins 1 as part of the commissioning of the primary coil L1 first a "transmission" of various information, for which a according to a previously defined "transmission protocol" modulated primary current I1 is generated, which may still have a relatively small amplitude in this data transfer phase. The information sent is z. B. to one or more of the following information: identification of the electricity supplier or operator of the charging station 1 , Identification (eg type) of the charging station 1 and available "charging operating parameters" (eg, possible frequencies and strengths of the primary field) of the charging station 1 , current electricity price, available "multimedia offer" (eg in an entertainment system of the vehicle 2 recordable MP3 files) etc.

Gleichzeitig und/oder unmittelbar nach dieser Informationsaussendung erwartet die Ladestation 1 eine ”Antwort”, die wiederum vom Fahrzeug 2 über die induktive Kopplung (Spulen L2 und L1) an die Ladestation 1 übertragen wird. Dies kann z . B. durch eine aktive Bestromung der Sekundärspule L2 entsprechend des vereinbarten Übertragungsprotokolls oder alternativ z. B. durch eine sekundärseitige ”Lastmodulation” erfolgen, bei welcher die im Fahrzeug 2 von der Sekundärspule L2 bestromte Last variiert wird. In letzterem Falle funktioniert das Fahrzeug 2 vergleichbar einem ”passiven RFID-Transponder”.At the same time and / or immediately after sending this information, the charging station expects 1 an "answer", in turn, from the vehicle 2 via the inductive coupling (coils L2 and L1) to the charging station 1 is transmitted. This can be z. B. by an active energization of the secondary coil L2 according to the agreed transmission protocol or alternatively z. B. by a secondary-side "load modulation" done in which in the vehicle 2 is varied by the secondary coil L2 energized load. In the latter case, the vehicle works 2 comparable to a "passive RFID transponder".

Mit einer solchen wechselseitigen Datenübertragung zwischen dem primärseitigen Teilsystem 1 und dem sekundärseitigen Teilsystem 2 lässt sich vorteilhaft eine Art von ”Handshake”-Verfahren realisieren, bei welchem nach einer Detektion der Anwesenheit einer Sekundärspule L2 im Rahmen einer Inbetriebnahme der Primärspule L1 für das induktive Laden nicht sofort eine Bestromung mit der zum Laden der Batterie BAT vorgesehenen (hohen) Primärstromstärke erfolgt, sondern zunächst durch die Abfrage von Informationen aus den sekundärseitigen Teilsystem etwaige Fehlinbetriebnahmen vermieden werden (und bevorzugt auch Betriebsparameter des eigentlichen Ladevorganges vereinbart werden).With such a mutual data transmission between the primary-side subsystem 1 and the secondary-side subsystem 2 Advantageously, it is possible to realize a type of "handshake" method in which, after a detection of the presence of a secondary coil L2 during the initial operation of the primary coil L1 for inductive charging, there is no immediate energization with the (high) primary current intensity provided for charging the battery BAT takes place, but first by the query of information from the secondary-side subsystem possible mis-commissioning can be avoided (and preferably also operating parameters of the actual charging process to be agreed).

2 veranschaulicht die prinzipielle Funktion des sekundärseitigen Teilsystems (Fahrzeug 2) bei der vorstehend erwähnten Rückübertragung von Informationen zur Ladestation 1. 2 illustrates the principal function of the secondary-side subsystem (vehicle 2 ) in the aforementioned retransmission of information to the charging station 1 ,

Wie in 2 ersichtlich, umfasst das Fahrzeugsteuergerät 12 eine Ladesteuereinheit 16, welche über einen Koppelkondensator C mit der in der Sekundärspule L2 indizierten Spannung U2 versorgt wird, so dass nach entsprechender Ansteuerung der Ladesteuereinheit 16 durch eine Steuereinheit 18 die Batterie BAT geladen werden kann. Die beiden Steuereinheiten 16 und 18 stehen hierfür in einer wechselseitigen Kommunikationsverbindung, so dass von der Steuereinheit 16 auch z. B. eine Information über den Ladezustand der Batterie BAT an die Steuereinheit 18 übermittelt werden kann.As in 2 can be seen, includes the vehicle control unit 12 a charging control unit 16 , which is supplied via a coupling capacitor C with the voltage indicated in the secondary coil L2 voltage U2, so that after appropriate control of the charging control unit 16 by a control unit 18 the battery BAT can be charged. The two control units 16 and 18 stand for this purpose in a mutual communication connection, so that from the control unit 16 also z. B. information about the state of charge of the battery BAT to the control unit 18 can be transmitted.

Parallel zur Ladesteuereinheit 16 ist eine Kommunikationseinheit 20 angeordnet, welcher somit ebenfalls die Spannung U2 über den Koppelkondensator C zugeführt wird.Parallel to the charging control unit 16 is a communication unit 20 arranged, which thus also the voltage U2 is supplied via the coupling capacitor C.

Die Kommunikationseinheit 20 hat zwei Aufgaben: Zum einen fungiert diese als ”Demodulator”, um die durch den Verlauf der Spannung U2 codierte Information zurückzugewinnen und über eine wechselseitige Kommunikationsverbindung an die Steuereinheit 18 weiterzugeben. Nachdem in der Steuereinheit 18 hierauf die entsprechende Antwortinformation generiert und über dieselbe Kommunikationsverbindung zurück an die Kommunikationseinheit 20 geliefert wurde, dient diese Kommunikationseinheit 20 als ”Modulator”, um durch eine sekundärseitige Lastmodulation die Antwortinformation (mittels der induktiven Kopplung der Spulen L1, L2) zur Ladestation 1 zu übertragen. Diese Modulation wird durch die Steuereinheit 18 angesteuert.The communication unit 20 It has two purposes: First, it acts as a "demodulator" to recover information encoded by the waveform of voltage U2 and to the control unit via a two-way communication link 18 pass. After in the control unit 18 then the corresponding response information generated and the same communication back to the communication unit 20 has been delivered, this communication unit serves 20 as a "modulator" in order, by a secondary-side load modulation, the response information (by means of the inductive coupling of the coils L1, L2) to the charging station 1 transferred to. This modulation is done by the control unit 18 driven.

Anhand der Antwortinformation kann die Ladestation 1 dann in entsprechender Weise (durch Auswertung der primärseitigen Leistungsaufnahme) die Antwortinformation zurückgewinnen und auswerten.Based on the answer information, the charging station 1 then in a corresponding manner (by evaluation of the primary-side power consumption) recover the response information and evaluate.

Die Antwortinformation kann insbesondere eine oder mehrere der folgenden Informationen umfassen: eine das Fahrzeug 2 und/oder dessen Benutzer identifizierende Information (z. B. numerischer Code), eine Information über eine gewünschte Primärfeldstärke bzw. einen zulässigen Bereich für die Primärfeldstärke, sonstige Ladeparameter wie z. B. eine gewünschte Ladedauer etc. Außerdem kann durch die Antwortinformation z. B. eine über Bedienelemente des Fahrzeuges 2 vom Benutzer bewirkte Anforderung zur Übertragung von Multimediadateien etc. erfolgen. In particular, the answer information may include one or more of the following information: one the vehicle 2 and / or its user identifying information (eg, numeric code), information about a desired primary field strength or range for the primary field strength, other loading parameters such. B. a desired charging time, etc. In addition, by the response information z. B. one on controls of the vehicle 2 User-initiated request for the transmission of multimedia files etc. done.

Im Hinblick auf eine Authentifizierung des Fahrzeuges 2 bzw. von dessen Benutzer können bei der wechselseitigen Datenübertragung zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 2 vorteilhaft auch Verschlüsselungsverfahren eingesetzt werden, um ein ”Abhören” der übertragenen Daten zu vermeiden. Die Ladestation 1 kann insbesondere in einem Netz von öffentlich zugänglichen Ladestationen vorgesehen sein.With regard to an authentication of the vehicle 2 or by its user can in the mutual data transfer between charging station 1 and vehicle 2 Advantageously, encryption methods are used to avoid "listening" of the transmitted data. The charging station 1 may in particular be provided in a network of publicly accessible charging stations.

Die über die ”Schnittstelle” der induktiven Kopplung zwischen den Spulen L1 und L2 übertragenen Informationen erlauben vorteilhaft auch die eindeutige Zuordnung der Stromkosten, so dass nach Abschluss des eigentlichen Ladevorganges auch wesentliche Schritte für die Abrechnung der Stromkosten von der Ladestation 1 bzw. deren Steuereinheit 14 erledigt werden können, insbesondere die Berechnung der Stromkosten und Zuordnung zu einem bestimmten Benutzer.The information transmitted via the "interface" of the inductive coupling between the coils L1 and L2 advantageously also allow the unambiguous assignment of the electricity costs, so that after completion of the actual charging process also essential steps for the settlement of electricity costs from the charging station 1 or their control unit 14 can be done, in particular the calculation of electricity costs and assignment to a specific user.

Das eigentliche Laden der Batterie BAT beginnt erst nach Abschluss des beschriebenen wechselseitigen Informationsaustausches sowie der weiter oben erläuterten Einstellung der Primärspule L1 und/oder der Sekundärspule L2 zur Optimierung der induktiven Kopplung. Beim eigentlichen Laden wird die Primärspule L1 mit einer gegenüber dem erwähnten ”Testlauf” bzw. dem erwähnten Datenaustausch wesentlich erhöhten Stromstärke I1 betrieben.The actual charging of the battery BAT begins only after completion of the described mutual exchange of information as well as the above-explained setting of the primary coil L1 and / or the secondary coil L2 to optimize the inductive coupling. During the actual charging process, the primary coil L1 is operated with a significantly increased current intensity I1 compared to the mentioned "test run" or the mentioned data exchange.

Die vor dem eigentlichen Ladevorgang erfolgende Kommunikation zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 2 und/oder die Einstellung der induktiven Kopplung auf eine möglichst hohe Übertragungseffizienz (durch Bewegen der Primärspule L1 und/oder der Sekundärspule L2) kann ohne Weiteres auch noch später, also während des eigentlichen Ladevorganges wiederholt werden.The communication between the charging station before the actual charging process 1 and vehicle 2 and / or the adjustment of the inductive coupling to the highest possible transmission efficiency (by moving the primary coil L1 and / or the secondary coil L2) can be easily repeated even later, ie during the actual charging process.

Wenn sich z. B. während des Ladens der Batterie BAT herausstellt, dass die Aufladung früher als erwartet beendet sein wird, so kann das Fahrzeug 2 diesen Umstand über die beschriebene Datenübertragungsverbindung an die Ladestation 1 melden, um den Ladevorgang entsprechend früher zu beenden. Auch umgekehrt, wenn sich während des Ladens herausstellt, dass die Aufladung der Batterie BAT länger als erwartet dauert, kann dies entsprechend von dem Fahrzeug 2 nachträglich angefordert werden. Die etwaig vorgesehene Übertragung von Multimediadateien erfolgt bevorzugt während des eigentlichen Ladevorganges.If z. B. during charging of the battery BAT shows that the charge will be completed sooner than expected, so the vehicle 2 this circumstance over the described data transmission connection to the charging station 1 Report to finish charging sooner. Conversely, if it turns out during charging that the charging of the battery BAT takes longer than expected, this can be done by the vehicle 2 be requested later. The eventual intended transmission of multimedia files preferably takes place during the actual charging process.

4 zeigt nochmals zusammenfassend die Schritte des beispielhaft beschriebenen Verfahrensablaufes. 4 again summarizes the steps of the exemplary procedure described procedure.

In einem Schritt S11 erfolgt die Überprüfung, ob die Sekundärspule L2 in der Nähe der Primärspule L1 ist oder nicht (”Testlauf”). Falls in einem Schritt S12 keine Sekundärspule L2 detektiert wird, so kehrt die Verarbeitung zum Schritt S11 zurück. Falls jedoch die Sekundärspule L2 detektiert wurde, so erfolgt in einem Schritt S13 die Übertragung von Informationen bzw. Daten von der Ladestation 1 zum Fahrzeug 2, und in einem Schritt S14 die Übertragung der entsprechenden Antwortinformationen vom Fahrzeug 2 zur Ladestation 1. In einem Schritt S15 entscheidet die Ladestation 1 auf Basis der erhaltenen Antwortinformation darüber, ob eine Inbetriebnahme der Primärspule L1 für das induktive Laden erfolgen kann oder nicht. Falls nicht, so schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt S17, bei welchem die Verarbeitung beendet ist. Dies ist z. B. der Fall, wenn der Benutzer den im Schritt S13 übermittelten Strompreis nicht akzeptiert, oder wenn sich anhand der im Schritt S14 übertragenen Antwortinformation herausstellt, dass das Fahrzeug 2 inkompatibel zur Ladestation 1 ist.In a step S11, the check is made as to whether or not the secondary coil L2 is in the vicinity of the primary coil L1 ("test run"). If no secondary coil L2 is detected in step S12, the processing returns to step S11. If, however, the secondary coil L2 has been detected, the transmission of information or data from the charging station takes place in a step S13 1 to the vehicle 2 , and in a step S14 the transmission of the corresponding response information from the vehicle 2 to the charging station 1 , In a step S15, the charging station decides 1 based on the received response information on whether commissioning of the primary coil L1 for the inductive charging can or may not take place. If not, the processing proceeds to a step S17 at which the processing is finished. This is z. Example, the case when the user does not accept the electricity price transmitted in step S13, or if it turns out based on the transmitted in step S14 answer information that the vehicle 2 incompatible with the charging station 1 is.

Andernfalls erfolgt in einem Schritt S16 die automatische Einstellung der Primärspule L1 und/oder der Sekundärspule L2 (z. B. gemäß einer Optimierungsstrategie wie in 3 beispielhaft veranschaulicht), und das eigentliche Laden der Batterie BAT durch Beaufschlagung der Primärspule L1 mit der zum Laden vorgesehenen Primärstromstärke (z. B. fest vorgegeben oder aber durch den Datenaustausch in den Schritten S13 und S14 zuvor vereinbart).Otherwise, the automatic adjustment of the primary coil L1 and / or the secondary coil L2 takes place in a step S16 (eg according to an optimization strategy as in FIG 3 by way of example), and the actual charging of the battery BAT by charging the primary coil L1 with the primary current strength intended for charging (for example, fixedly specified or else previously agreed by the data exchange in steps S13 and S14).

Zusammenfassend können die beschriebenen Ausführungsbeispiele von Verfahren und Systemen bzw. Teilsystemen zum induktiven Laden der Fahrzeugbatterie BAT z. B. folgende Vorteile aufweisen:

  • – Höchster Komfort, ohne dass der Benutzer ein Ladekabel anstecken und eine Stromübertragung manuell einschalten muss.
  • – Automatische, physikalisch optimale Ausrichtung des Fahrzeuges 2 im Feld der Ladestation 1, zur Erreichung des maximal möglichen Wirkungsgrades zur Verminderung der Verluste.
  • – Kurzzeitiges ”Antesten”, ob sich ein Energieabnehmer (Fahrtzeug 2) im Feld befindet, mit vorteilhaft kleiner Sendeleistung.
  • – Eindeutige Authentifizierung des Fahrzeuges 2 und/oder Benutzers mittels ein- oder wechselseitigem Codeabgleich über die induktive Kopplung.
  • – Kleinstmögliche Elektrosmog-Belastung für die Umwelt.
  • – Es können Fahrzeugdaten (z. B. Ladezustand der Batterie BAT) zurück in das Stromnetz bzw. die Ladestation kommuniziert werden, um beispielsweise die verbleibende Dauer des Ladens abwägen zu können.
  • – Es können nach einer erfolgreichen Anmeldung an der Ladestation 1 während des meist langen Aufladens auf die gleiche Weise digitale Daten (z. B. MP3-Titel) ebenso drahtlos/magnetisch aus dem Stromnetz bezogen werden.
In summary, the described embodiments of methods and systems or subsystems for inductive charging of the vehicle battery BAT z. B. have the following advantages:
  • - Maximum comfort without the user having to plug in a charging cable and switch on a power transmission manually.
  • - Automatic, physically optimal alignment of the vehicle 2 in the field of the charging station 1 , to achieve the maximum possible efficiency to reduce losses.
  • - Short-term "Antesten", if an energy consumer (Fahrzeug 2 ) is in the field, with advantageously low transmission power.
  • - Unique authentication of the vehicle 2 and / or user by means of one or two-way code matching on the inductive coupling.
  • - The smallest possible electrosmog pollution for the environment.
  • Vehicle data (eg state of charge of the battery BAT) can be communicated back into the power grid or the charging station in order, for example, to be able to weigh the remaining duration of the charging.
  • - It can after a successful login to the charging station 1 digital data (such as MP3 tracks) can also be obtained from the power grid wirelessly / magnetically in the same way during the usually long charging process.

Claims (15)

Verfahren zum Betrieb einer Primärspule (L1) in einem System (1, 2) zum induktiven Laden einer Batterie (BAT) eines Fahrzeuges (2) mittels einer induktiven Kopplung der Primärspule (L1) einer Ladestation (1) mit einer Sekundärspule (L2) des Fahrzeuges (2), gekennzeichnet durch ein automatisches Platzieren der Primärspule (L1) zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule (L1) und der Sekundärspule (L2).Method for operating a primary coil (L1) in a system ( 1 . 2 ) for inductively charging a battery (BAT) of a vehicle ( 2 ) by means of an inductive coupling of the primary coil (L1) of a charging station ( 1 ) with a secondary coil (L2) of the vehicle ( 2 ), characterized by automatically placing the primary coil (L1) to achieve a particular mutual arrangement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2). Verfahren zum Betrieb einer Sekundärspule (L2) in einem System (1, 2) zum induktiven Laden einer Batterie (BAT) eines Fahrzeuges (2) mittels einer induktiven Kopplung einer Primärspule (L1) einer Ladestation (1) mit der Sekundärspule (L2) des Fahrzeuges (2), gekennzeichnet durch ein automatisches Platzieren der Sekundärspule (L2) zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule (L1) und der Sekundärspule (L2).Method for operating a secondary coil (L2) in a system ( 1 . 2 ) for inductively charging a battery (BAT) of a vehicle ( 2 ) by means of an inductive coupling of a primary coil (L1) of a charging station ( 1 ) with the secondary coil (L2) of the vehicle ( 2 ), characterized by automatically placing the secondary coil (L2) to achieve a particular mutual arrangement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2). Verfahren zum Betrieb eines Systems (1, 2) zum induktiven Laden einer Batterie (BAT) eines Fahrzeuges (2) mittels einer induktiven Kopplung einer Primärspule (L1) einer Ladestation (1) mit einer Sekundärspule (L2) des Fahrzeuges (2), gekennzeichnet durch ein automatisches Platzieren der Primärspule (L1) und/oder Sekundärspule (L2) zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule (L1) und der Sekundärspule (L2).Method for operating a system ( 1 . 2 ) for inductively charging a battery (BAT) of a vehicle ( 2 ) by means of an inductive coupling of a primary coil (L1) of a charging station ( 1 ) with a secondary coil (L2) of the vehicle ( 2 ), characterized by an automatic placement of the primary coil (L1) and / or secondary coil (L2) to achieve a specific mutual arrangement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Erfassung einer Qualität der induktiven Kopplung und ein automatisches Platzieren in Abhängigkeit von der erfassten Kopplungsqualität.Method according to one of claims 1 to 3, comprising detecting a quality of the inductive coupling and an automatic placing depending on the detected coupling quality. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das automatische Platzieren der Primärspule (L1) bzw. der Sekundärspule (L2) in einer Richtung (z) parallel zur Spulenachse und/oder in wenigstens einer Richtung (x, y) orthogonal zur Spulenachse erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the automatic placement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2) takes place in a direction (z) parallel to the coil axis and / or in at least one direction (x, y) orthogonal to the coil axis , Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend ein automatisches Rangieren des Fahrzeuges (2) zur Erzielung der bestimmten Anordnung der Primärspule (L1) und der Sekundärspule (L2).Method according to one of claims 1 to 5, comprising an automatic maneuvering of the vehicle ( 2 ) to achieve the particular arrangement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zur Inbetriebnahme der Primärspule (L1) für das induktive Laden folgende Schritte durchgeführt werden: – Überprüfen, ob sich die Sekundärspule (L2) in der Nähe der Primärspule (L1) befindet oder nicht, – sobald die Sekundärspule (L2) in der Nähe der Primärspule (L1) festgestellt wurde, Initiierung einer Bestromung der Primärspule (L1) zum induktiven Laden der Batterie (BAT).Method according to one of claims 1 to 6, wherein the following steps are carried out for starting the primary coil (L1) for the inductive charging: Check whether the secondary coil (L2) is near the primary coil (L1) or not, - Once the secondary coil (L2) has been detected in the vicinity of the primary coil (L1), initiation of energization of the primary coil (L1) for inductive charging of the battery (BAT). Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Überprüfen folgende Schritte umfasst: – schwache Bestromung der Primärspule (L1), – Messung der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Leistungsaufnahme.The method of claim 7, wherein the checking comprises the steps of: Weak current supply to the primary coil (L1), - Measurement of the primary-side and / or secondary-side power consumption. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei während einer Inbetriebnahme der Primärspule (L1) für das induktive Laden und/oder während eines Betriebs der Primärspule (L1) für das induktive Laden eine Datenübertragung über die induktive Kopplung vom primärseitigen Teilsystem (1) zum sekundärseitigen Teilsystem (2) und/oder umgekehrt erfolgt.Method according to one of claims 1 to 8, wherein during commissioning of the primary coil (L1) for the inductive charging and / or during operation of the primary coil (L1) for the inductive charging a data transmission via the inductive coupling from the primary-side subsystem ( 1 ) to the secondary-side subsystem ( 2 ) and / or vice versa. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Datenübertragung wechselseitig zwischen dem primärseitigen Teilsystem (1) und dem sekundärseitigen Teilsystem (2) erfolgt und hierdurch wenigstens ein Parameter des induktiven Ladens festgelegt wird.Method according to claim 9, wherein the data transmission alternately between the primary-side subsystem ( 1 ) and the secondary-side subsystem ( 2 ) and thereby at least one parameter of the inductive charging is determined. Primärseitiges Teilsystem (1) in einem System (1, 2) zum induktiven Laden einer Batterie (BAT) eines Fahrzeuges (2) mittels einer induktiven Kopplung einer Primärspule (L1) einer Ladestation (1) mit einer Sekundärspule (L2) des Fahrzeuges (2), gekennzeichnet durch primärseitige Einstellmittel (Ax1, Ay1, Az1) zum automatischen Platzieren der Primärspule (L1) zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule (L1) und der Sekundärspule (L2).Primary subsystem ( 1 ) in a system ( 1 . 2 ) for inductively charging a battery (BAT) of a vehicle ( 2 ) by means of an inductive coupling of a primary coil (L1) of a charging station ( 1 ) with a secondary coil (L2) of the vehicle ( 2 ), characterized by primary-side setting means (Ax1, Ay1, Az1) for automatically placing the primary coil (L1) in order to achieve a specific mutual arrangement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2). Sekundärseitiges Teilsystem (2) in einem System (1, 2) zum induktiven Laden einer Batterie (BAT) eines Fahrzeuges (2) mittels einer induktiven Kopplung einer Primärspule (L1) einer Ladestation (1) mit einer Sekundärspule (L2) des Fahrzeuges (2), gekennzeichnet durch sekundärseitige Einstellmittel (Ax2, Ay2, Az2, MA, ML) zum automatischen Platzieren der Sekundärspule (L2) zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule (L1) und der Sekundärspule (L2).Secondary subsystem ( 2 ) in a system ( 1 . 2 ) for inductively charging a battery (BAT) of a vehicle ( 2 ) by means of an inductive coupling of a primary coil (L1) of a charging station ( 1 ) with a secondary coil (L2) of the vehicle ( 2 ), characterized by secondary side adjustment means (Ax2, Ay2, Az2, MA, ML) for automatically placing the secondary coil (L2) to achieve a particular mutual arrangement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2). System zum induktiven Laden einer Batterie (BAT) eines Fahrzeuges (2) mittels einer induktiven Kopplung einer Primärspule (L1) einer Ladestation (1) mit einer Sekundärspule (L2) des Fahrzeuges (2), gekennzeichnet durch primärseitige Einstellmittel und/oder sekundärseitige Einstellmittel zum automatischen Platzieren der Primärspule (L1) bzw. Sekundärspule (L2) zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule (L1) und der Sekundärspule (L2). System for inductively charging a battery (BAT) of a vehicle ( 2 ) by means of an inductive coupling of a primary coil (L1) of a charging station ( 1 ) with a secondary coil (L2) of the vehicle ( 2 ), characterized by primary-side adjustment means and / or secondary-side adjustment means for automatically placing the primary coil (L1) and secondary coil (L2) to achieve a specific mutual arrangement of the primary coil (L1) and the secondary coil (L2). System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, umfassend Erfassungsmittel (14, L1) zur Erfassung einer Qualität der induktiven Kopplung und zur Bereitstellung eines für die erfasste Kopplungsqualität repräsentativen Erfassungssignals an die Einstellmittel (Ax1, Ay1, Az1, Ax2, Ay2, Az2, MA, ML), um das automatische Platzieren in Abhängigkeit vom Erfassungssignal durchzuführen.System according to one of claims 11 to 13, comprising detection means ( 14 L1) for detecting a quality of the inductive coupling and for providing a detection signal representative of the detected coupling quality to the setting means (Ax1, Ay1, Az1, Ax2, Ay2, Az2, MA, ML) to perform the automatic placement in response to the detection signal , System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, umfassend Bestromungssteuermittel (14) zur Ermöglichung einer Variation wenigstens eines Parameters der Bestromung der Primärspule (L1) und/oder Laststeuermittel (18, 20) zur Ermöglichung einer Variation wenigstens eines Parameters der Leistungsaufnahme der Sekundärspule (L2).System according to one of claims 11 to 14, comprising current supply control means ( 14 ) for allowing a variation of at least one parameter of the energization of the primary coil (L1) and / or load control means ( 18 . 20 ) for allowing variation of at least one power consumption parameter of the secondary coil (L2).
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