DE102013215785B4 - Vehicle-side charging module, inductive charging system and method for inductively charging an energy storage device - Google Patents
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Abstract
Es wird ein fahrzeugseitiges Lademodul zum induktiven Laden eines Energiespeichers (140) eines Kraftfahrzeugs mit einer induktiven Energieübertragungseinrichtung (120) beschrieben. Das Lademodul (131) weist auf (a) eine Stromleitung (206) zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Lademoduls (131) erstreckt, (b) eine der der Stromleitung (206) zugeordnete elektrische Messeinrichtung zum Messen einer elektrischen Ladevorgangs-Größe, (c) eine Auswerteeinheit (230) gekoppelt mit der elektrischen Messeinrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals, falls die gemessene elektrische Größe bei einem Vergleich einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet; und (d) eine mit der Auswerteeinheit (230) gekoppelte Sicherheitseinrichtung, zum Empfang des Auslösesignals und zur Leistungsreduzierung, wenn das Auslösesignal auftritt. Ferner wird ein induktives Ladesystem zum Laden eines Energiespeichers (140) eines elektromobilen Kraftfahrzeugs beschrieben, welches ein Ladesystem mit einem derartigen Lademodul (131) aufweist, sowie ein Verfahren zum induktiven Laden.A vehicle-side charging module for inductively charging an energy store (140) of a motor vehicle with an inductive energy transfer device (120) is described. The charging module (131) comprises (a) a power line (206) extending between an input and an output of the charging module (131), (b) an electrical measuring device associated with the power line (206) for measuring an electrical charging quantity, ( c) an evaluation unit (230) coupled to the electrical measuring device for generating a trigger signal, if the measured electrical quantity exceeds a predetermined limit in a comparison; and (d) a safety device coupled to the evaluation unit (230) for receiving the triggering signal and for reducing power when the triggering signal occurs. Furthermore, an inductive charging system for charging an energy store (140) of an electromobile motor vehicle is described, which has a charging system with such a charging module (131), and a method for inductive charging.
Description
Die Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet von elektromobilen Kraftfahrzeugen, die einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, der von Zeit zu Zeit geladen werden muss. Die Erfindung betrifft ein fahrzeugseitiges Lademodul zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines elektromobilen Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer induktiven Energieübertragungseinrichtung. Die Erfindung betriff ferner ein induktives Ladesystem zum Laden eines Energiespeichers eines elektromobilen Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines elektromobilen Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer induktiven Energieübertragungseinrichtung.The invention generally relates to the technical field of electromobile motor vehicles having an electrical energy storage which must be charged from time to time. The invention relates to a vehicle-side charging module for inductively charging an energy storage device of an electromobile motor vehicle using an inductive energy transfer device. The invention further relates to an inductive charging system for charging an energy store of an electromobile motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a method for inductively charging an energy storage device of an electromobile motor vehicle using an inductive energy transfer device.
Die Energiespeicher von Elektroautos und Plug-in-Hybridfahrzeugen werden üblicherweise an einem Stromnetz geladen. Eine komfortable Möglichkeit stellt das sogenannte induktive Laden dar. Hierbei wird Leistung aus dem Stromnetz bereitgestellt. Nach entsprechender Gleichrichtung und Stabilisierung wird die bereitgestellte Leistung mittels einer induktiven Übertragungseinrichtung kabellos in eine Hochvolt-Architektur des Elektrofahrzeugs übertragen. Die induktive Energieübertragung hat typischerweise die Vorteile, dass es sich im Vergleich zu anderen Energieübertragungsverfahren, beispielsweise konduktives Laden oder kabelgebundenes Laden, um eine robuste und komfortable Energieübertragung handelt.The energy storage of electric cars and plug-in hybrid vehicles are usually charged on a power grid. A convenient option is the so-called inductive charging dar. This power is provided from the power grid. After appropriate rectification and stabilization, the power provided is transmitted wirelessly by means of an inductive transmission device into a high-voltage architecture of the electric vehicle. Typically, inductive energy transfer has the advantages of being a robust and convenient energy transfer compared to other energy transfer methods, such as conductive charging or wired charging.
Induktive Energieübertragungseinrichtungen für Fahrzeuge werden üblicherweise mit Übertragungsfrequenzen zwischen 20 kHz und 200 kHz betrieben. Damit die Leistung dem nachgeschalteten Ladegerät zugeführt werden kann, welches beispielsweise bei Frequenzen bis zu 60 Hz betrieben werden kann, oder dem Energiespeicher zugeführt werden kann, welcher beispielsweise nur Gleichstrom akzeptiert, müssen Strom und/oder Spannung gleichgerichtet werden.Inductive power transmission devices for vehicles are usually operated with transmission frequencies between 20 kHz and 200 kHz. Thus, the power can be supplied to the downstream charger, which can be operated, for example, at frequencies up to 60 Hz, or the energy storage can be supplied, which accepts, for example, only DC power and / or voltage must be rectified.
Der Kopplungsfaktor von einer Energie bereitstellenden Primärspule und einer Energie empfangenden Sekundärspule der induktiven Energieübertragungseinrichtung unterliegt Schwankungen und Fehlermöglichkeiten. Eine mögliche Ursache für Schwankungen ist beispielsweise der Abstand der Spulen oder die Ausrichtung der Spulen zueinander. Mit sinkendem Kopplungsfaktor sinkt in der Regel auch der Wirkungsgrad der Energieübertragung und damit die gleichzurichtende Spannung im Ladesystem.The coupling factor of a primary coil providing energy and a secondary coil receiving the energy of the inductive energy transmission device is subject to fluctuations and possible errors. One possible cause of fluctuations is, for example, the spacing of the coils or the orientation of the coils relative to one another. As the coupling factor decreases, the efficiency of the energy transfer and thus the voltage to be rectified in the charging system generally also decreases.
Es ist auch denkbar, dass die Primärspule der induktiven Energieübertragung aufgrund von ”Missverständnissen” oder Fehlverhalten zu viel oder zu wenig Leistung bereitstellt. Im Fall einer zu geringen Leistung der Energieübertragung wird der Energiespeicher des Fahrzeugs nicht geladen und der Ladevorgang ggf. abgebrochen. Im Fall einer zu hohen Leistung der Energieübertragung können unerwünscht hohe Spannungen an den Komponenten des Ladesystems auftreten oder die Stromtragfähigkeit der Komponenten überlastet werden. Dadurch können die der Energieübertragungseinrichtung nachgeschalteten Komponenten, beispielsweise Gleichrichtermodul, Ladegerät oder der Energiespeicher irreversibel geschädigt werden.It is also conceivable that the primary coil of the inductive energy transmission due to "misunderstandings" or misconduct provides too much or too little power. In the case of power transmission that is too low, the energy storage of the vehicle will not be charged and charging will be aborted if necessary. In the case of an excessively high power transmission, undesirably high voltages can occur at the components of the charging system or the current carrying capacity of the components can be overloaded. As a result, the components downstream of the energy transmission device, for example rectifier module, charger or the energy store, can be irreversibly damaged.
Es sind Sicherheitssysteme bekannt, bei denen das Fahrzeug mit der Energieübertragungseinrichtung kommuniziert und dabei Informationen übertragen kann, die den Leistungsbedarf des Ladesystems betreffen. Diese Lösung ist nicht grundsätzlich störungsfrei und hat den Nachteil, dass große Datenmengen anfallen können, welche übertragen werden müssen. Bei der Übertragung kommt es zu zeitlichen Verzögerungen, so dass nicht rechtzeitig über eine Kommunikationsschnittstelle eingegriffen werden kann, um einen Schaden am Fahrzeug abzuwenden.Safety systems are known in which the vehicle communicates with the energy transmission device and can transmit information relating to the power requirements of the charging system. This solution is not fundamentally trouble-free and has the disadvantage that large amounts of data can arise, which must be transmitted. In the transmission, there are delays, so that can not be intervened in time via a communication interface to avert damage to the vehicle.
Einfache Überspannungsmechanismen haben den Nachteil, dass sie gesondert eingebaut und mitgeführt werden müssen und einen zusätzlichen Kostenfaktor darstellen.Simple overvoltage mechanisms have the disadvantage that they have to be installed and carried separately and represent an additional cost factor.
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit beim induktiven Laden eines Elektroautos zu verbessern.The invention has for its object to improve the safety when inductive charging an electric car.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Lademodul beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Verfahren sowie dem Ladesystem, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments, further features and details of the present invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the loading module, of course, also in connection with the method and the charging system, and vice versa, so that with respect to the disclosure of this invention to the individual aspects of the invention always reciprocal reference can be made.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein fahrzeugseitiges Lademodul zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines elektromobilen Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer induktiven Energieübertragungseinrichtung beschrieben. Das fahrzeugseitige Lademodul weist auf (a) eine Stromleitung, welche sich zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Lademoduls erstreckt, (b) eine elektrische Messeinrichtung, welche der Stromleitung zugeordnet ist und welche zum Messen einer elektrischen Größe eines Ladevorgangs des Energiespeichers eingerichtet ist, (c) eine Auswerteeinheit, welche mit der elektrischen Messeinrichtung gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, (i) die gemessene elektrische Größe mit einem vorbestimmten Grenzwert zu vergleichen und (ii) falls die gemessene elektrische Größe den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, ein Auslösesignal zu generieren, und (d) eine Sicherheitseinrichtung, welche mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist und welche eingerichtet ist, (i) das generierte Auslesesignal zu empfangen und (ii) als Antwort auf den Empfang des Auslösesignals eine Leistungsreduzierung des Ladevorgangs zu bewirken. According to a first aspect of the invention, a vehicle-side charging module for inductively charging an energy store of an electromobile motor vehicle using an inductive energy transfer device is described. The vehicle-side charging module has (a) a power line which extends between an input and an output of the charging module, (b) an electrical measuring device which is assigned to the power line and which is set up for measuring an electrical variable of a charging process of the energy store, c) an evaluation unit which is coupled to the electrical measuring device and which is set up to (i) compare the measured electrical variable with a predetermined limit value and (ii) if the measured electrical variable exceeds the predetermined limit value, generate a triggering signal, and (d) a safety device which is coupled to the evaluation unit and which is configured to (i) receive the generated readout signal and (ii) to effect a power reduction of the charging process in response to the reception of the triggering signal.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Sicherheit des induktiven Ladens des Energiespeichers dadurch verbessert werden kann, dass unerwünscht hohe Ströme und Spannungen beim Ladevorgang mittels der Messeinrichtung detektiert werden und die Auswerteeinheit im Falle von unerwünscht hohen Messwerten von Strom und/oder Spannung das Auslösesignal generieren kann. Als Antwort auf das Auslösesignal wird von der Sicherheitseinrichtung sofort eine Leistungsreduzierung des Ladevorgangs veranlasst.The invention is based on the finding that the safety of inductive charging of the energy store can be improved by detecting undesirably high currents and voltages during the charging process by means of the measuring device and the evaluation unit in the case of undesirably high measured values of current and / or voltage, the trigger signal can generate. In response to the trigger signal, the safety device immediately causes a reduction in the charging process.
Insbesondere kann die elektrische Messeinrichtung detektieren, wie hoch die Spannung und/oder die Stromstärke sind, die bei dem Ladevorgang des Energiespeichers auftreten. Beispielsweise kann bei einer ungünstigen Ausrichtung von der Energie sendenden Primärspule relativ zu der Energie empfangenden Sekundärspule eine unerwünscht hohe Leistungsübertragung stattfinden, welche sich insbesondere in unerwünscht hohen Stromstärken und Spannungspegeln im nachgeschalteten Lademodul wiederfinden. Mittels der elektrischen Messeinrichtung kann der Wert der Stromstärke und/oder des Spannungspegels gemessen werden und anschließend der Auswerteeinheit zugeführt werden. In der Auswerteeinheit kann ein Vergleich des Messwerts mit dem vorbestimmten Grenzwert vorgenommen werden. In dem Fall, dass der gemessene Wert den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann die Auswerteeinheit das Auslösesignal generieren und an die Sicherheitseinrichtung senden. Als Antwort auf dem Empfang des Auslösesignals kann die Sicherheitseinrichtung Schutzmaßnahmen ergreifen, die Stromstärke und/oder Spannungspegel des Ladevorgangs reduzieren, insbesondere kann die Sicherheitseinrichtung einen Abbruch des Ladevorgangs herbeiführen.In particular, the electrical measuring device can detect how high the voltage and / or the current that occur during the charging process of the energy storage. For example, in the case of an unfavorable alignment of the energy-transmitting primary coil relative to the energy-receiving secondary coil, an undesirably high power transmission can take place, which is found in particular in undesirably high current intensities and voltage levels in the downstream charging module. By means of the electrical measuring device, the value of the current intensity and / or the voltage level can be measured and then fed to the evaluation unit. In the evaluation unit, a comparison of the measured value with the predetermined limit value can be made. In the event that the measured value exceeds the predetermined limit value, the evaluation unit can generate the trigger signal and send it to the safety device. In response to the reception of the triggering signal, the safety device may take protective measures that reduce the current intensity and / or voltage level of the charging process; in particular, the safety device may bring about a termination of the charging process.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein induktives Ladesystem zum Laden eines Energiespeichers eines elektromobilen Kraftfahrzeugs beschrieben. Das induktive Ladesystem weist auf (a) eine Primärspule, welche mit einem Energieeinspeisungssystem gekoppelt ist, (b) eine Sekundärspule, welche eingerichtet ist, von der Primärspule induktiv Energie zu empfangen, (c) ein fahrzeugseitiges Lademodul des vorstehend beschriebenen Typs, welches mit der Sekundärspule gekoppelt ist, und (d) einen Energiespeicher, welcher mit dem fahrzeugseitigen Lademodul gekoppelt ist.According to a further aspect of the invention, an inductive charging system for charging an energy store of an electromobile motor vehicle is described. The inductive charging system comprises (a) a primary coil coupled to a power feed system, (b) a secondary coil configured to inductively receive power from the primary coil, (c) a vehicle-side charging module of the type described above Secondary coil is coupled, and (d) an energy storage, which is coupled to the vehicle-side charging module.
Insbesondere kann die Primärspule im Boden eines Parkplatzes installiert sein und Energie induktiv an die Sekundärspule im Fahrzeug senden. Die übertragene Energie kann mittels des fahrzeugseitigen Lademoduls dem Energiespeicher zugeführt werden.In particular, the primary coil may be installed in the floor of a parking lot and inductively send energy to the secondary coil in the vehicle. The transmitted energy can be supplied to the energy storage device by means of the vehicle-side charging module.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines elektromobilen Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer induktiven Energieübertragungseinrichtung beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Messen, mittels einer Messeinrichtung, einer elektrischen Größe eines Ladevorgangs des Energiespeichers in einer Stromleitung, welche die induktive Energieübertragungseinrichtung mit dem Energiespeicher verbindet, (b) Vergleichen der gemessenen elektrischen Größe des Ladevorgangs mit einem vorbestimmten Grenzwert mittels einer mit der elektrischen Messeinrichtung gekoppelten Auswerteeinheit, (c) Generieren eines Auslösesignals, falls die gemessene elektrische Größe den vorbestimmten Grenzwert überschreitet, (d) Empfangen des generierten Auslösesignals von einer Sicherheitseinrichtung, und (e) Reduzieren einer Leistung des Ladevorgangs mittels der Sicherheitseinrichtung als Antwort auf das Empfangen des Auslösesignals. Das Reduzieren der Leistung dient insbesondere als Notfall-Leistungsreduzierung zur Vermeidung von Schäden durch Überlast, kann jedoch auch im Rahmen eines Steuer- oder Regelprozesses ausgeführt werden.According to a further aspect of the invention, a method is described for inductively charging an energy store of an electromobile motor vehicle using an inductive energy transfer device. The described method comprises (a) measuring, by means of a measuring device, an electrical quantity of a charging process of the energy store in a power line which connects the inductive energy transfer device with the energy store, (b) comparing the measured electrical size of the charging process with a predetermined limit value by means of a (c) generating a trigger signal if the measured electrical quantity exceeds the predetermined limit, (d) receiving the generated trigger signal from a safety device, and (e) reducing a power of the charging by the safety device in response to receiving the triggering signal. Reducing power, in particular, serves as an emergency power reduction to avoid damage due to overload, but may also be performed as part of a control process.
Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Sicherheit des induktiven Ladens des Energiespeichers dadurch verbessert werden kann, dass unerwünscht hohe Ströme und Spannungen beim Ladevorgang mittels der Messeinrichtung detektiert werden und die Auswerteeinheit im Falle von unerwünscht hohen Messwerten von Strom und/oder Spannung das Auslösesignal generieren kann. Als Antwort auf das Auslösesignal wird von der Sicherheitseinrichtung sofort eine Leistungsreduzierung des Ladevorgangs veranlasst. Unter dem Begriff ”Lademodul” kann eine Schaltung verstanden werden, die der induktiven Energieübertragung nachgeschaltet ist und Energie in eine für den nachgeschalteten Energiespeicher geeignete Form modulieren kann. Beispielsweise kann das Lademodul ein über eine induktive Übertragungsstrecke übertragenes hochfrequentes Signal in einen Gleichstrom modulieren, welcher geeignet ist, an den Energiespeicher eines Elektromobils übertragen zu werden.The described method is also based on the finding that the safety of the inductive charging of the energy store can be improved by detecting undesirably high currents and voltages during the charging process by means of the measuring device and the evaluation unit in the case of undesirably high measured values of current and / or voltage can generate the trigger signal. In response to the trigger signal, the safety device immediately causes a reduction in the charging process. The term "charge module" can be understood as a circuit which is connected downstream of the inductive energy transfer and can modulate energy into a form suitable for the downstream energy store. By way of example, the charging module can modulate a high-frequency signal transmitted via an inductive transmission link into a direct current which is suitable for being transmitted to the energy store of an electromobile.
Unter dem Begriff ”Energiespeicher” kann ein wiederaufladbarer Speicher von elektrischer Energie verstanden werden, insbesondere ein Akku bzw. Akkumulator, welcher einem Kraftfahrzeug mit Elektromotor als Energiequelle dienen kann.The term "energy storage" can be understood to mean a rechargeable storage of electrical energy, in particular a rechargeable battery or accumulator, which can serve as a source of energy for a motor vehicle with an electric motor.
Unter dem Begriff ”induktive Energieübertragungseinrichtung” kann eine Einrichtung zur kontaktfreien Übertragung von Energie verstanden werden. Hierbei kann die Energie mittels des Transformatorprinzips über Distanzen von beispielsweise bis zu ca. 25 cm übertragen werden. Mittels der stromdurchflossenen Primärspule wird ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt. Die korrespondierende Sekundärspule wird von zumindest einem Teil des Magnetfelds durchflossen und dadurch ein Stromfluss in der Sekundärspule induziert. Beispielsweise kann die Primärspule im Boden eines Parkplatzes integriert sein, die Sekundärspule kann sich im Unterboden des Kraftfahrzeugs befinden. Parkt das Kraftfahrzeug mit der Sekundärspule auf dem Parkplatz mit der Primärspule, kann induktiv Energie zwischen Primär- und Sekundärspule übertragen werden und damit der Energiespeicher des Fahrzeugs geladen werden.The term "inductive energy transmission device" can be understood as a device for the non-contact transmission of energy. In this case, the energy can be transmitted by means of the transformer principle over distances of, for example, up to about 25 cm. By means of the current-carrying primary coil, a time-varying magnetic field is generated. The corresponding secondary coil is traversed by at least part of the magnetic field and thereby induces a current flow in the secondary coil. For example, the primary coil may be integrated in the floor of a parking space, the secondary coil may be located in the underbody of the motor vehicle. If the motor vehicle with the secondary coil is parked in the parking lot with the primary coil, it is possible to inductively transfer energy between the primary and secondary coil and thus charge the vehicle's energy store.
Unter dem Begriff ”elektrische Messeinrichtung” kann eine Einrichtung verstanden werden, die den Wert einer elektrischen Größe erfassen kann, beispielsweise einer Stromstärke, eines Spannungspegels oder einer nicht-elektrischen Größe, wie beispielsweise der Temperatur.The term "electrical measuring device" can be understood to mean a device which can detect the value of an electrical quantity, for example a current intensity, a voltage level or a non-electrical quantity, such as the temperature.
Unter dem Begriff ”Auswerteeinheit” kann eine Komponente, beispielsweise ein Mikrocontroller, verstanden werden der Messwerte empfangen kann und basierend auf den empfangenen Werten ein Signal ausgeben kann. Insbesondere kann die Auswerteeinheit Messwerte empfangen, die indikativ für eine Spannung oder einen Strom beim Ladevorgang sind und im Falle von erhöhten Spannungs- oder Strommesswerten das Auslösesignal an die Sicherheitseinrichtung ausgeben, was eine Reduzierung der entsprechenden Strom- und Spannungswerte bewirkt.The term "evaluation unit" can be understood to mean a component, for example a microcontroller, which can receive measured values and can output a signal based on the received values. In particular, the evaluation unit can receive measured values that are indicative of a voltage or a current during the charging process and, in the case of increased voltage or current measured values, output the triggering signal to the safety device, which causes a reduction of the corresponding current and voltage values.
Unter dem ”vorbestimmten Grenzwert” kann insbesondere der Wert des Stroms und/oder der Spannung im Ladesystem verstanden werden, bis zu welchem der Ladevorgang gefahrlos möglich ist. Bei einer Überschreitung des Grenzwerts sind Strom und/oder Spannung derart erhöht, dass eine Schädigung der Komponenten die Folge sein kann.The "predetermined limit value" can be understood in particular to be the value of the current and / or the voltage in the charging system, up to which the charging process is possible without danger. If the limit value is exceeded, current and / or voltage are increased in such a way that damage to the components can result.
Unter dem Begriff ”Auslösesignal” kann insbesondere ein Informationssignal verstanden werden, welches von der Auswerteeinheit generiert wird als Antwort auf unerwünscht erhöhte Spannungs- und Strommesswerte beim Ladevorgang. Beispielsweise kann es ein ”Notsignal” aufweisen, welches an die Sicherheitseinrichtung gesendet wird, um dort eine Leistungsreduzierung oder einen Abbruch der Leistungsübertragung zu bewirken. Insbesondere kann das Auslösesignal mehrere Teilsignale aufweisen, die an eine Mehrzahl von Stelleinrichtungen gesendet werden können.The term "triggering signal" can in particular be understood to mean an information signal which is generated by the evaluation unit in response to undesirably increased voltage and current measured values during the charging process. For example, it may have a "distress signal", which is sent to the safety device to effect a power reduction or a termination of the power transmission there. In particular, the trigger signal may comprise a plurality of sub-signals that may be sent to a plurality of actuators.
Unter dem Begriff ”Sicherheitseinrichtung” kann eine Einrichtung verstanden werden, die Maßnahmen ergreifen kann, um einen sicheren Zustand, beispielsweise im Lademodul, zu erhalten und/oder wiederherzustellen. Insbesondere kann die Sicherheitseinrichtung nach Empfang des Auslösesignals der Auswerteeinheit als Antwort Widerstände hinzuschalten oder überbrücken, Spulen verstimmen und/oder weitere regulierende Maßnahmen ergreifen, um Ströme und/oder Spannungen auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren oder um einen Ladevorgang aus Sicherheitsgründen vollständig abzubrechen. Ferner wird unter diesem Begriff eine Leistungssteuereinheit, Stromsteuereinheit, Leistungsregeleinheit oder Stromregeleinheit verstanden, die den Betrag der Leistung, des Stroms oder allgemein der Energie, die an den Energiespeicher übertragen wird. Diese Leistungssteuereinheit, Stromsteuereinheit, Leistungsregeleinheit oder Stromregeleinheit ist wie hier beschrieben eingerichtet, bei Empfang des Auslösesignals den genannten Betrag zu verringern, etwa bis die elektrische Größe sich innerhalb unterhalb eines Grenzwerts oder innerhalb eines Grenzwertintervalls befindet. Im Falle einer Regeleinheit wird eine Regelung des Betrags vorgesehen mit der Größe als Istwert, mit einem vorgegebenen Sollwert und mit dem Regelungsziel, die Differenz zwischen Ist- und Sollwert zu minimieren, wobei als Stellgröße der Betrag verändert wird, insbesondere wie hier beschrieben reduziert wird (im Sinne der hier beschriebenen Leistungsreduzierung). Da auch durch diese Steuer- und Regelvorgänge der erfindungsgemäße Schutz vor Überlast realisiert wird, wird auch eine derartige Leistungssteuereinheit, Stromsteuereinheit, Leistungsregeleinheit oder Stromregeleinheit als Sicherheitseinrichtung beschrieben.The term "safety device" can be understood to mean a device which can take measures to maintain and / or restore a safe state, for example in the charging module. In particular, after receipt of the triggering signal of the evaluation unit, the safety device can in response switch on or bypass resistors, detune coils and / or take further regulating measures to reduce currents and / or voltages to a desired level or to completely abort a charging process for safety reasons. Furthermore, this term is understood to mean a power control unit, current control unit, power control unit or current control unit which determines the amount of power, of the current or, in general, of the energy which is transmitted to the energy store. This power control unit, power control unit, power control unit, or current control unit is configured as described herein to reduce said amount upon receipt of the trip signal, such as until the electrical variable is within a threshold or within a threshold interval. In the case of a control unit, a regulation of the amount is provided with the value as the actual value, with a predetermined desired value and with the control objective to minimize the difference between the actual value and the desired value, whereby the amount is changed as a manipulated variable, in particular as described here ( in the sense of the power reduction described here). Since the protection according to the invention from overload is also realized by these control and regulating operations, such a power control unit, current control unit, power control unit or current control unit is described as a safety device.
Unter dem Begriff ”Leistungsreduzierung” kann eine Reduzierung der Stromstärke und/oder des Spannungspegels des Ladevorgangs verstanden werden. Insbesondere kann darunter ein vollständiger Abbruch der Energieübertragung und damit des Ladevorgangs verstanden werden, oder auch ein Reduzierung auf einen Betrag unter einem Schwellwert oder auf ein einen Wert innerhalb eines Schwellwertintervalls. Diese Leistungsreduzierung kann insbesondere im Rahmen eines Leistungssteuerverfahrens oder eines Leistungsregelverfahrens ausgeführt werden, das insbesondere zumindest einen Schritt des hier beschriebenen Verfahrens umfasst.The term "power reduction" can be understood as a reduction of the current intensity and / or the voltage level of the charging process. In particular, this can be understood as a complete interruption of the energy transfer and thus of the charging process, or even a Reduction to an amount below a threshold or to a value within a threshold interval. This power reduction can be carried out, in particular, in the context of a power control method or a power control method, which in particular comprises at least one step of the method described here.
Das Bereitstellen des Lademoduls kann den Vorteil haben, dass die am Ladevorgang beteiligten Komponenten, beispielsweise Gleichrichter, Ladegerät und Energiespeicher, durch ein schnelles Eingreifen der Sicherheitseinrichtung vor Schädigung durch zu hohe Spannungen und Ströme geschützt sind, ohne dass ein manuelles Eingreifen in den Ladevorgang notwendig ist. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass die Sicherheitseinrichtung ohnehin vorhandene Bauteile, beispielsweise Widerstände, aufweist und daher kein zusätzlicher Geräteaufwand erforderlich ist. Zudem bietet das Lademodul Berührschutz für Werkstattpersonal, auch wenn das Lademodul geöffnet ist. Ein weiterer Vorteil des Lademoduls kann darin gesehen werden, dass es bei der Diagnose einer fehlerhaften Leistungsübertragung assistiert.The provision of the charging module can have the advantage that the components involved in the charging process, for example rectifier, charger and energy storage, are protected against damage by excessively high voltages and currents through rapid intervention of the safety device, without manual intervention in the charging process being necessary , Another advantage may be that the safety device already has existing components, such as resistors, and therefore no additional equipment expense is required. In addition, the charging module offers protection against touching for workshop personnel, even if the charging module is open. Another advantage of the charging module can be seen as assisting in diagnosing faulty power transfer.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Messeinrichtung einen Stromsensor auf und die elektrische Größe ist eine Stromstärke eines Ladestroms für den Energiespeicher durch die Stromleitung.According to one exemplary embodiment of the invention, the measuring device has a current sensor and the electrical variable is a current intensity of a charging current for the energy store through the power line.
Der Stromsensor kann insbesondere einen niederohmigen Messwiderstand in der Stromleitung des Lademoduls aufweisen. Der niederohmige Messwiderstand kann z. B. einen Widerstandswert von 0,01 mΩ bis 1,0 mΩ haben. An dem Messwiderstand findet dann ein Spannungsabfall statt, der mittels Abgriffspunkten vor und hinter dem Messwiderstand gemessen werden kann. Der Messwert ist indikativ für eine Stromstärke in der Stromleitung und kann der Auswerteeinheit zugeführt werden, welche daraufhin eine Leistungsreduzierung des Ladevorgangs initiieren kann, falls der gemessene Wert einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Zusätzlich kann ein mit der Auswerteeinheit gekoppeltes Kommunikationsmodul die Leistungsübertragung auf Seite der Primärspule reduzieren.The current sensor may in particular have a low-impedance measuring resistor in the power line of the charging module. The low-impedance measuring resistor can z. B. have a resistance of 0.01 mΩ to 1.0 mΩ. At the measuring resistor then a voltage drop takes place, which can be measured by means of tapping points in front of and behind the measuring resistor. The measured value is indicative of a current intensity in the power line and can be fed to the evaluation unit, which can then initiate a power reduction of the charging process, if the measured value exceeds a predetermined limit value. In addition, a communication module coupled to the evaluation unit can reduce the power transmission on the side of the primary coil.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung einen Spannungssensor auf und die elektrische Größe ist ein Spannungspegel einer Ladespannung für den Energiespeicher, welche an der Stromleitung anliegt.According to a further embodiment, the measuring device has a voltage sensor and the electrical variable is a voltage level of a charging voltage for the energy store, which is applied to the power line.
Der Spannungssensor kann insbesondere einen Spannungsteiler aufweisen, welcher zwei in Reihe geschaltete elektrische Widerstände aufweist. Mittels eines Abgriffspunkts zwischen den beiden Widerständen kann eine Teilspannung gemessen werden, welche indikativ für die Spannung im Lademodul ist. Der Messwert kann der Auswerteeinheit zugeführt werden, welche daraufhin eine Leistungsreduzierung des Ladevorgangs initiiert, falls der gemessene Wert einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Zusätzlich kann ein mit der Auswerteeinheit gekoppeltes Kommunikationsmodul die Leistungsübertragung auf Seite der Primärspule reduzieren.In particular, the voltage sensor can have a voltage divider which has two series-connected electrical resistors. By means of a tapping point between the two resistors, a partial voltage can be measured, which is indicative of the voltage in the charging module. The measured value can be fed to the evaluation unit, which then initiates a power reduction of the charging process if the measured value exceeds a predetermined limit value. In addition, a communication module coupled to the evaluation unit can reduce the power transmission on the side of the primary coil.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Sicherheitseinrichtung (i) einen in der Stromleitung befindlichen Vorladewiderstand und (ii) eine den Vorladewiderstand überbrückende elektrische Brücke mit einem ersten Schaltelement auf, wobei in einem ersten Schaltzustand des ersten Schaltelements der Vorladewiderstand mittels der elektrische Brücke überbrückt ist und wobei das erste Schaltelement eingerichtet ist, als Antwort auf ein erstes Teilsignal des Auslösesignals die Brücke zu unterbrechen.According to a further exemplary embodiment, the safety device (i) has a precharging resistor in the power line and (ii) an electrical bridge bridging the precharging resistor with a first switching element, wherein in a first switching state of the first switching element the precharging resistor is bridged by means of the electrical bridge and the first switching element is arranged to interrupt the bridge in response to a first sub-signal of the triggering signal.
Der Vorladewiderstand kann insbesondere den Strom begrenzen, welcher bei einer Aktivierung des Ladevorgangs einen Kondensator vorlädt. Diese Vorladung kann einer Schonung der Komponenten dienen, indem sie eine Funkenbildung verhindert. Sind die Komponenten vorgeladen, kann für den Betrieb der Vorladewiderstand überbrückt werden, indem das erste Schaltelement einen zweiten Schaltzustand einnimmt, in dem der Vorladewiderstand überbrückt ist.The precharge resistor can in particular limit the current which precharges a capacitor when the charging process is activated. This precharge can serve to protect the components by preventing sparking. If the components are precharged, the precharge resistance can be bridged for operation by the first switching element assuming a second switching state in which the precharge resistor is bridged.
Zusätzlich kann der Vorladewiderstand im Falle einer unerwünschten Spannungserhöhung zugeschaltet werden. Beispielsweise kann bei einer unerwünschten Spannungserhöhung als Antwort auf dem Empfang des ersten Teilsignals des Auslösesignals das erste Schaltelement von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand geschaltet werden, wodurch die elektrische Brücke unterbrochen wird bzw. der Vorladewiderstand in die Stromleitung zugeschaltet wird, wodurch er zur Leistungsreduzierung des Ladevorgangs beiträgt.In addition, the precharge resistor can be switched on in the event of an undesired voltage increase. For example, in the case of an undesired voltage increase in response to the receipt of the first partial signal of the triggering signal, the first switching element can be switched from the first switching state to the second switching state, whereby the electrical bridge is interrupted or the precharging resistor is switched into the power line, thereby reducing the power the charging process contributes.
Das Bereitstellen des Vorladewiderstands kann den Vorteil haben, dass unerwünscht hohe Spannungen und unerwünscht hohe Ströme schnell reduziert werden können, ohne dass ein manuelles Eingreifen in den Ladevorgang notwendig ist. Zudem können die gleichen Bauteile sowohl der Vorladung der Komponenten als auch der Leistungsreduzierung bei unerwünschter Spannungserhöhung dienen. Durch den redundanten Einsatz des Vorladewiderstands kann auf zusätzliche Sicherheitskomponenten mit der gleichen Funktion verzichtet werden, wodurch das Lademodul raum- und gewichtsreduziert realisiert werden kann.The provision of the precharge resistor may have the advantage that undesirably high voltages and undesirably high currents can be rapidly reduced without requiring manual intervention in the charging process. In addition, the same components can serve both the pre-charging of the components and the power reduction in case of unwanted voltage increase. Due to the redundant use of the precharge resistor can be dispensed with additional safety components with the same function, whereby the loading module can be realized space and reduced weight.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Sicherheitseinrichtung eine Nebenschlussleitung mit (i) einem Entladewiderstand und (ii) einem zweiten Schaltelement auf, wobei in einem ersten Schaltzustand des zweiten Schaltelements die Nebenschlussleitung unterbrochen ist und wobei das zweite Schaltelement eingerichtet ist, als Antwort auf ein zweites Teilsignal des Auslösesignals die Nebenschlussleitung zu schließen.According to a further embodiment, the safety device has a shunt line with (i) a discharge resistor and (ii) a second switching element, wherein in a first switching state of the second switching element, the bypass line is interrupted and wherein the second switching element is arranged to close in response to a second partial signal of the trigger signal, the shunt line.
Insbesondere kann das zweite Schaltelement als Antwort auf den Empfang des zweiten Teilsignals des Auslösesignals in den zweiten Schaltzustand schalten, wodurch die Nebenschlussleitung mit dem Entladewiderstand geschlossen wird. Dadurch trägt der zugeschaltete Entladewiderstand zur Leistungsreduzierung des Ladevorgangs bei.In particular, the second switching element can switch to the second switching state in response to the reception of the second partial signal of the trigger signal, whereby the bypass line is closed with the discharge resistor. As a result, the connected discharge resistor contributes to the power reduction of the charging process.
Zudem kann der gleiche Entladewiderstand im Falle einer Trennung des Lademoduls vom Hochspannungsnetz zugeschaltet werden, um die Ausgangsspannung des Lademoduls zu entladen.In addition, in the case of a separation of the charging module from the high-voltage network, the same discharge resistor can be connected in order to discharge the output voltage of the charging module.
Das Schließen der Nebenschlussleitung mittels des zweiten Schaltelements bei unerwünscht erhöhten Spannungen kann insbesondere den Vorteil haben, dass die Ausgangsspannung des Lademoduls sicher entladen wird. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass im Ladesystem befindliche Resonanzkreise, beispielsweise ein eingangsseitiger Resonanzkreis, belastet werden, der ohne Zuschalten des Entladewiderstands freilaufen würde. Durch den redundanten Einsatz des Entladewiderstands zur Spannungsreduzierung bei unerwünscht erhöhter Spannung und bei einer Trennung des Lademoduls vom Hochspannungsnetz kann auf zusätzliche Sicherheitskomponenten mit der gleichen Funktion verzichtet werden, wodurch das Lademodul raum- und gewichtsreduziert realisiert werden kann.The closing of the shunt line by means of the second switching element at undesirably increased voltages may in particular have the advantage that the output voltage of the charging module is safely discharged. A further advantage can be seen in the fact that resonant circuits located in the charging system, for example an input-side resonant circuit, are loaded, which would run free without switching on the discharge resistor. Due to the redundant use of the discharge resistor to reduce voltage at undesirably increased voltage and a separation of the charging module from the high-voltage network can be dispensed with additional safety components with the same function, whereby the loading module can be realized space and weight reduced.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Sicherheitseinrichtung eine Abgriffsleitung mit einem dritten Schaltelement auf, wobei ein eingangsseitiges Ende der Abgriffsleitung mit einem Abgriffspunkt einer Sekundärspule oder eines Kompensationskondensators der induktiven Energieübertragungseinrichtung elektrisch verbindbar ist und wobei als Antwort auf ein drittes Teilsignal des Auslösesignals ein elektrischer Resonanzkreis, welcher die Sekundärspule und den Kompensationskondensator umfasst, verstimmbar ist.According to a further exemplary embodiment, the safety device has a tapping line with a third switching element, wherein an input-side end of the tapping line is electrically connectable to a tapping point of a secondary coil or a compensation capacitor of the inductive energy transmission device and wherein in response to a third partial signal of the triggering signal an electrical resonance circuit, which includes the secondary coil and the compensation capacitor is tunable.
Insbesondere kann das dritte Schaltelement im Falle einer unerwünscht hohen Spannung beim Ladevorgang als Antwort auf den Empfang des dritten Teilsignals des Auslösesignals einen Schaltzustand einnehmen, bei welchem die Sekundärspule teilweise überbrückt ist. Die Überbrückung kann zu einer beabsichtigten Verstimmung der Sekundärspule führen, was eine Abweichung von der Resonanz der Sekundärspule und damit eine Spannungsminderung zufolge hat. Alternativ oder in Kombination kann zusätzlich auch ein Kondensator in dem eingangsseitigen Resonanzkreis verstimmbar sein. Ferner kann der eingangsseitige Resonanzkreis mehrere Kondensatoren aufweisen, welche einzeln oder gemeinsam verstimmbar sind. Auch das Vorsehen von mehreren Spulen ist möglich. In diesen Fällen kann das dritte Schaltelement vervielfältigt werden, um die Spulen und Kondensatoren einzeln verstimmen zu können.In particular, in the case of an undesirably high voltage during the charging process, the third switching element can assume a switching state in response to the reception of the third partial signal of the trigger signal, in which case the secondary coil is partially bridged. The bridging can lead to an intentional detuning of the secondary coil, which results in a deviation from the resonance of the secondary coil and thus a voltage reduction. Alternatively or in combination, in addition, a capacitor in the input-side resonant circuit may be tunable. Furthermore, the input-side resonant circuit may have a plurality of capacitors, which are tunable individually or jointly. The provision of multiple coils is possible. In these cases, the third switching element can be duplicated to detune the coils and capacitors individually.
Das Verstimmen kann umfassen:
- – Zuschalten zumindest eines Kondensators und/oder einer Induktivität zu dem Resonanzkreis, entweder seriell oder parallel;
- – Überbrücken eines zusätzlichen (Serien-)Kondensators und/oder einer zusätzlichen (Serien-)Induktivität innerhalb des Resonanzkreises
- – Abtrennen eines zusätzlichen (Parallel-)Kondensators und/oder einer zusätzlichen (Parallel-)Induktivität innerhalb des Resonanzkreises und/oder
- – Ändern eines Induktivitätswerts einer Induktivität oder eines Kapazitätswerts einer Kapazität innerhalb des Resonanzkreises durch Verschieben eines Dielektrikums oder zumindest einer Elektrode des Kondensators oder durch Verschieben eines Kerns relativ zu einer Wicklung der Induktivität bzw. einer Wicklung relativ zum Kern der Induktivität. (Es kann auch zum Zwecke des Verstimmens der Abstand zwischen einem zusätzlichen magnetischen Material (paramagnetisch oder ferromagnetisch) und mindestens einer der Induktivitäten des Resonanzkreises verändert werden. Das Material kann dem Material des Kerns entsprechen.)
- - connecting at least one capacitor and / or an inductance to the resonant circuit, either serially or in parallel;
- - Bridging an additional (series) capacitor and / or an additional (series) inductance within the resonant circuit
- - Separating an additional (parallel) capacitor and / or an additional (parallel) inductance within the resonant circuit and / or
- - Changing an inductance value of an inductance or a capacitance value of a capacitance within the resonant circuit by shifting a dielectric or at least one electrode of the capacitor or by shifting a core relative to a winding of the inductance or a winding relative to the core of the inductance. (Also, for detuning purposes, the distance between an additional magnetic material (paramagnetic or ferromagnetic) and at least one of the inductances of the resonant circuit may be varied.) The material may correspond to the material of the core.)
Als Kondensator oder Induktivität des Resonanzkreises werden Kondensatoren bzw. Induktivitäten bezeichnet, die in dem eingangsseitigen Resonanzkreis (Primärresonanzkreis) oder in dem fahrzeugseitigen Resonanzkreis (Sekundärresonanzkreis) vorgesehen sind. Der Kondensator bzw. die Induktivität haben einen Einfluss auf die Resonanzfrequenz des betreffenden Resonanzkreises.As a capacitor or inductor of the resonant circuit capacitors or inductors are referred to, which are provided in the input-side resonant circuit (primary resonant circuit) or in the vehicle-side resonant circuit (secondary resonant circuit). The capacitor or the inductance have an influence on the resonant frequency of the relevant resonant circuit.
Während die ersten drei der vorangehend genannten Möglichkeiten des Verstimmens sich auf eine elektrische/elektronische Änderung einer Impedanz des Resonanzkreises bezieht, betrifft die vierte der vorangehend genannten Möglichkeiten eine mechanische Änderung einer Impedanz des Resonanzkreises. Das Verstimmen sieht vor, dass zumindest eine Impedanz, der Imaginärteil einer Impedanz (d. h. ein induktiver oder kapazitiver Blindwiderstand) geändert wird. Mit anderen Worten wird das Verstimmen vorgesehen durch Ändern der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises (d. h. der Sekundär- oder auch der Primärspule), insbesondere durch Vergrößern des Unterschieds zwischen der Resonanzfrequenz der Primärspule und der Resonanzfrequenz der Sekundärspule. Bei Resonanzkreisen hoher Güte kann durch eine sehr geringfügige Verstimmung eine starke Leistungsänderung erzeugt werden.While the first three of the above-mentioned possibilities of detuning relate to an electrical / electronic change in an impedance of the resonant circuit, the fourth of the aforementioned possibilities relates to a mechanical change in an impedance of the resonant circuit. The detuning provides that at least one impedance, the imaginary part of an impedance (ie, an inductive or capacitive reactance) is changed. In other words, detuning is provided by changing the resonant frequency of the resonant circuit (ie, the secondary or primary coil), particularly by increasing the difference between the resonant frequency of the primary coil and the resonant frequency of the secondary coil. For resonant circuits higher Goodness can be generated by a very slight detuning a strong change in performance.
Insbesondere können sich ein oder mehrere Kondensatoren in der Stromleitung und/oder in Nebenschlussleitungen befinden, welche einem oder mehreren verstimmbaren Resonanzkreisen zugeordnet sein können.In particular, one or more capacitors may be located in the power line and / or in shunt lines, which may be associated with one or more tunable resonant circuits.
Der Vorteil von verstimmbaren Resonanzkreisen besteht insbesondere darin, dass unerwünscht hohe Spannungen und unerwünscht hohe Ströme schnell reduziert werden können, ohne dass ein manuelles Eingreifen in den Ladevorgang notwendig ist. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass bereits vorhandene Komponenten, beispielsweise die Sekundärspule, welche Teil der induktiven Energieübertragungseinrichtung ist, redundant zu der Spannungsreduzierung im Lademodul beitragen können. Somit kann das Ladesystem raum- und gewichtsreduziert realisiert werden.The advantage of tunable resonant circuits is, in particular, that undesirably high voltages and undesirably high currents can be rapidly reduced without requiring manual intervention in the charging process. A further advantage can be seen in that existing components, for example the secondary coil, which is part of the inductive energy transmission device, can contribute redundantly to the voltage reduction in the charging module. Thus, the charging system can be realized space and weight reduced.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das fahrzeugseitige Lademodul ferner einen Teil eines Überwachungsleitungssytems auf, welcher mittels Steckanschlüssen mit einem weiteren Teil des Überwachungsleitungssystems elektrisch leitend verbindbar ist. Dabei ist ein erster Steckanschluss der Steckanschlüsse der induktiven Energieübertragungseinrichtung zugeordnet. Ein zweiter Steckanschluss der Steckanschlüsse ist dem Energiespeicher zugeordnet.According to a further embodiment, the vehicle-side charging module further comprises a part of a Überwachungsleitungssytems, which is electrically connected by means of plug connections with another part of the monitoring line system. In this case, a first plug connection of the plug connections of the inductive energy transmission device is assigned. A second plug-in connection of the plug connections is assigned to the energy store.
Insbesondere kann an einem Eingang der Überwachungsleitung Strom oder ein Wechselsignal in die Überwachungsleitung eingespeist werden. In dem Fall, dass der erste Steckanschluss und der zweite Steckanschluss eingesteckt sind, kann der Strom durch das Überwachungsleitungssystem fließen und an einem Ausgang der Überwachungsleitung detektiert werden. Im alternativen Fall, dass zumindest einer der Steckanschlüsse nicht eingesteckt ist, beispielsweise weil das Lademodul aus dem Ladesystem entfernt wurde, ist die Überwachungsleitung unterbrochen und der eingespeiste Strom kann nicht an dem Ausgang der Überwachungsleitung detektiert werden. Im Fall einer unterbrochenen Überwachungsleitung kann der induktive Ladevorgang abgebrochen werden.In particular, current or an alternating signal can be fed into the monitoring line at an input of the monitoring line. In the event that the first plug-in connection and the second plug-in connection are plugged in, the current can flow through the monitoring line system and be detected at an output of the monitoring line. In the alternative case that at least one of the plug-in connections is not plugged in, for example because the charging module has been removed from the charging system, the monitoring line is interrupted and the fed-in current can not be detected at the output of the monitoring line. In the case of an interrupted monitoring line, the inductive charging process can be aborted.
Das Bereitstellen eines Überwachungsleitungssystems im Lademodul kann insbesondere den Vorteil haben, dass mit einfachen Mitteln detektiert werden kann, ob sich das Lademodul im Ladesystem befindet und gegebenenfalls der induktive Ladevorgang abgebrochen werden kann.The provision of a monitoring line system in the charging module can in particular have the advantage that it can be detected by simple means whether the charging module is located in the charging system and, if appropriate, the inductive charging process can be interrupted.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit eingerichtet, um einen Messwert von einem Magnetfeldsensor zu empfangen, und als Antwort auf den Empfang des Messwerts die Leistungsreduzierung des Ladevorgangs zu bewirken.According to a further exemplary embodiment, the evaluation unit is set up to receive a measured value from a magnetic field sensor and to effect the power reduction of the charging process in response to the reception of the measured value.
Insbesondere kann sich zumindest ein Magnetfeldsensor am Fahrzeugboden befinden, der die Feldstärke der Primärspule messen kann und das Ergebnis an die Auswerteeinheit senden kann. Im Fall einer zu hohen Feldstärke kann die Auswerteeinheit das Auslösesignal an die Sicherheitseinrichtung senden, wodurch eine Leistungsreduzierung des Ladevorgangs eingeleitet wird.In particular, at least one magnetic field sensor can be located on the vehicle floor, which can measure the field strength of the primary coil and can send the result to the evaluation unit. In the case of too high a field strength, the evaluation unit can send the triggering signal to the safety device, whereby a power reduction of the charging process is initiated.
Das Bereitstellen von Magnetfeldsensoren kann insbesondere den Vorteil haben, dass eine Diagnose einer fehlerhaften Energiebereitstellung auf Seite der Primärspule möglich ist.The provision of magnetic field sensors can in particular have the advantage that a diagnosis of faulty energy provision on the side of the primary coil is possible.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das fahrzeugseitige Lademodul ferner einen Gleichrichter zum Gleichrichten eines von der induktiven Energieübertragungseinrichtung bereitgestellten Wechselstrom-Leistungssignals auf.According to a further embodiment, the vehicle-side charging module further comprises a rectifier for rectifying an AC power signal provided by the inductive power transmission device.
Insbesondere kann sich ein Gleichrichter in der Stromleitung befinden, welche die induktive Energieübertragungseinrichtung mit dem Energiespeicher verbindet.In particular, a rectifier may be located in the power line, which connects the inductive energy transfer device with the energy storage.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit eingerichtet, um das Auslösesignal an ein der induktiven Energieübertragungseinrichtung vorgeschaltetes Energieeinspeisungssystem zu senden, um eine Leistungsreduzierung des Ladevorgangs zu bewirken.In accordance with a further exemplary embodiment, the evaluation unit is set up to send the triggering signal to a power supply system connected upstream of the inductive power transmission device in order to effect a reduction in the power of the charging process.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit mit einem Kommunikationsmodul gekoppelt sein. Bei einer unerwünscht hohen Leistungsübertragung kann das Kommunikationsmodul ein Signal an das primärseitige Energieeinspeisungssystem senden.In particular, the evaluation unit can be coupled to a communication module. With an undesirably high power transmission, the communication module can send a signal to the primary-side power supply system.
Unter dem Begriff ”Energieeinspeisungssystem” kann eine an das Stromversorgungsnetz angeschlossene Leistungselektronik, welche beispielsweise eine Ansteuerungseinheit aufweist, die dem primärseitigen Gleichrichtermodul übergeordnet ist, sowie die damit gekoppelte Primärspule der induktiven Energieübertragungseinrichtung verstanden werden.The term "power supply system" can be understood as a power electronics connected to the power supply network, which has, for example, a drive unit which is superordinate to the primary-side rectifier module and the primary coil of the inductive energy transmission device coupled thereto.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Reduzieren der Leistung des Ladevorgangs einen Abbruch des Ladevorgangs auf.According to one embodiment, reducing the power of the charging process has an interruption of the charging process.
Insbesondere kann bei Auftreten von zu hohen Spannungen, Strömen oder Temperaturen der Ladevorgang vollständig abgebrochen werden, um Schäden an den Komponenten zu vermeiden.In particular, when too high voltages, currents or temperatures occur, the charging process can be completely interrupted in order to avoid damage to the components.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with apparatus claims and other embodiments of the invention with method claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments. The individual figures of the drawing of this application are merely to be regarded as schematic and not to scale.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit anderen Bezugszeichen versehen sind, welche sich lediglich in ihrer ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.It should be noted that features of different embodiments, which are the same or at least functionally identical to the corresponding features or components of the embodiment, are provided with the same reference numerals or with other reference numerals, which are only in their first digit of the reference number of a (functionally) corresponding feature or a (functional) corresponding component. In order to avoid unnecessary repetitions, features or components already explained on the basis of a previously described embodiment will not be explained in detail later.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.It should also be noted that the embodiments described below represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. In particular, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed to the person skilled in the art with the embodiment variants explicitly illustrated here.
Mittels eines Messwiderstands
In dem Fall, dass sich die Ströme und Spannungen bei dem Ladevorgang im Normbereich befinden, also keine Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind, kann eine Kombination der Schaltzustände beispielsweise wie folgt vorliegen: (i) Das erste Schaltelement
In dem Fall, dass die Spannungen und/oder Ströme bei dem Ladevorgang unerwünscht hoch sind, kann beispielsweise durch folgende Kombination der Schaltzustände eine Leistungsreduzierung bewirkt werden: (i) Das erste Schaltelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Induktive LadeeinrichtungInductive charging device
- 110110
- Primärseitiges GleichrichtermodulPrimary rectifier module
- 120120
- Induktive EnergieübertragungseinrichtungInductive energy transfer device
- 121121
- Primärspuleprimary coil
- 122122
- Sekundärspulesecondary coil
- 130130
- Fahrzeugseitiges ModulVehicle-side module
- 131131
- Fahrzeugseitiges LademodulVehicle-side charging module
- 140140
- Energiespeicherenergy storage
- 150150
- Leiter einer 3phasigen SpannungHead of a 3-phase voltage
- 151151
- Pulsweitenmodulierte hochfrequente SpannungPulse width modulated high frequency voltage
- 152152
- Pulsweitenmodulierte hochfrequente SpannungPulse width modulated high frequency voltage
- 153153
- Gleichstromdirect current
- 201201
- Erstes SchaltelementFirst switching element
- 202202
- Zweites SchaltelementSecond switching element
- 203203
- Drittes SchaltelementThird switching element
- 204204
- Viertes SchaltelementFourth switching element
- 205205
- Gleichrichterrectifier
- 206206
- Stromleitungpower line
- 210210
- Kondensatorcapacitor
- 220220
- Messwiderstandmeasuring resistor
- 230230
- Auswerteeinheitevaluation
- 240240
- Vorladewiderstandprecharging
- 250250
- Entladewiderstanddischarge
- 260260
- Spannungsteilervoltage divider
- 270270
- Abgriff für SpannungsmessungTap for voltage measurement
- 280280
- Abgriff für StrommessungTap for current measurement
- 290290
- Kommunikationsmodulcommunication module
- 310310
- Sekundärspulenseitiger SteckanschlussSecondary coil side plug connection
- 311311
- Energiespeicherseitiger SteckanschlussEnergy storage side connector
- 320320
- Erster Teil des ÜberwachungsleitungssystemsFirst part of the monitoring system
- 321321
- Zweiter Teil des ÜberwachungsleitungssystemsSecond part of the monitoring system
- 322322
- Dritter Teil des ÜberwachungsleitungssystemsThird part of the monitoring system
- 340340
- Eingang des ÜberwachungsleitungssystemsEntrance of the monitoring system
- 350350
- Ausgang des ÜberwachungsleitungssystemsOutput of the monitoring system
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