DE102014012703B4 - Receiving unit, inductive energy transmission system, method for inductive energy transmission and use - Google Patents

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Abstract

Empfangseinheit (200) für ein induktives Energieübertragungssystem (500), umfassend:- eine Empfangsspule (16) zum induktiven Erzeugen einer Wechselspannung;- eine Gleichrichterschaltung (30) zum Gleichrichten der erzeugten Wechselspannung, wobei die Gleichrichterschaltung (30) einen Schalter (40) aufweist, mit dem die Gleichrichterschaltung (30) in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann, wobei der erste Betriebsmodus auf eine erste Empfangsleistung abgestimmt ist und der zweite Betriebsmodus auf eine zweite Empfangsleistung abgestimmt ist, wobei sich die erste Empfangsleistung von der zweiten Empfangsleistung unterscheidet; und- eine Steuereinheit zum Steuern des Schalters (40), wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, die Empfangsleistung zu ermitteln, die ermittelte Empfangsleistung mit einem vorgegebenen Vergleichswert zu vergleichen, und den Schalter (40) zu öffnen, wenn die ermittelte Empfangsleistung mindestens so groß wie der vorbestimmte Vergleichswert ist und den Schalter (40) zu schließen, wenn die ermittelte Empfangsleistung kleiner als der vorbestimmte Vergleichswert ist.Receiving unit (200) for an inductive energy transmission system (500), comprising: - a receiving coil (16) for inductively generating an AC voltage; - a rectifier circuit (30) for rectifying the generated AC voltage, the rectifier circuit (30) having a switch (40). , with which the rectifier circuit (30) can be operated in a first and a second operating mode, the first operating mode being matched to a first reception power and the second operating mode being coordinated to a second reception power, the first reception power differing from the second reception power ; and - a control unit for controlling the switch (40), wherein the control unit is designed to determine the received power, to compare the determined received power with a predetermined comparison value, and to open the switch (40) if the determined received power is at least as great as is the predetermined comparison value and to close the switch (40) if the received power determined is less than the predetermined comparison value.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinheit für ein induktives Energieübertragungssystem, ein induktives Energieübertragungssystem, ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung und eine Verwendung der Empfangseinheit bzw. des induktives Energieübertragungssystems.The present invention relates to a receiving unit for an inductive energy transmission system, an inductive energy transmission system, a method for inductive energy transmission and a use of the receiving unit or the inductive energy transmission system.

Die induktive Energieübertragung ist die am weitest verbreitetste Methode zur kontaktlosen Energieübertragung. Gerade im Hinblick auf den Ausbau der Elektromobilität kommt der induktiven Energieübertragung ein hoher Stellenwert zu. Beispielsweise können Elektrofahrzeuge mit Hilfe der induktiven Energieübertragung ohne Verwendung eines Kabels geladen werden.Inductive energy transfer is the most widespread method of contactless energy transfer. Especially with regard to the expansion of electromobility, inductive energy transmission is of great importance. For example, electric vehicles can be charged using inductive energy transfer without using a cable.

Zur induktiven Energieübertragung wird in einer Sendeeinheit bzw. einem Transmitter ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dies erfolgt mit Hilfe einer Sendespule bzw. Transmitterspule, die von einem Wechselstrom durchflossen ist. Eine zugehörige Empfangseinheit bzw. ein zugehöriger Receiver enthält ebenfalls eine Spule, die Empfangsspule. Diese wird von einem Teil des magnetischen Wechselfelds durchdrungen. Dadurch wird in der Empfangsspule eine Spannung induziert. Wenn an der Empfangsspule eine elektrische Last angeschlossen wird, so kommt es aufgrund der induzierten Spannung zum Stromfluss durch die Last, d.h. es wird Energie vom Sender zum Empfänger induktiv, d.h. kabellos übertragen. Ist die Last z.B. eine Batterie bzw. ein Akku, so kann diese bzw. dieser induktiv über den Sender geladen werden. Das Wirkprinzip entspricht dem eines Transformators mit schwacher Kopplung der Spulen.For inductive energy transmission, an alternating magnetic field is generated in a transmission unit or transmitter. This is done with the help of a transmission coil or transmitter coil through which an alternating current flows. An associated receiving unit or an associated receiver also contains a coil, the receiving coil. This is penetrated by part of the alternating magnetic field. This induces a voltage in the receiving coil. If an electrical load is connected to the receiving coil, current flows through the load due to the induced voltage, i.e. energy is transmitted inductively, i.e. wirelessly, from the transmitter to the receiver. If the load is a battery or a rechargeable battery, for example, it can be charged inductively via the transmitter. The operating principle corresponds to that of a transformer with weak coupling of the coils.

Für das induktive Laden von Elektrofahrzeugen werden aktuell Übertragungssysteme bzw. Ladestationen entwickelt, welche eine Leistung von ca. 20 kW übertragen. Des Weiteren gibt es Systeme bzw. Ladestationen mit einer Leistung von ca. 3 kW, welche teilweise bereits auf dem Markt verfügbar sind bzw. in absehbarer Zukunft auf den Markt kommen. Gerade für den Endverbraucher ist daher eine Kompatibilität zwischen einer in einem Elektrofahrzeug verbauten Empfangseinheit und den auf dem Markt vorhandenen Ladestationen wichtig. Insbesondere sollen Fahrzeuge mit beispielsweise einer 20 kW Empfangseinheit auch eine Ladestation mit beispielsweise 3 kW Nennleistung nutzen können.Transmission systems or charging stations are currently being developed for the inductive charging of electric vehicles, which transmit a power of approx. 20 kW. There are also systems or charging stations with an output of approx. 3 kW, some of which are already available on the market or will be on the market in the foreseeable future. Compatibility between a receiver unit installed in an electric vehicle and the charging stations available on the market is therefore particularly important for the end user. In particular, vehicles with, for example, a 20 kW receiver unit should also be able to use a charging station with, for example, a 3 kW rated output.

Ein induktives Energieübertragungssystem, welches für eine bestimmte Nennleistung ausgelegt ist, benötigt jedoch bei einem Betrieb mit deutlich geringerer Leistung eine überproportional große Blindleistung im Vergleich zu einem System, welches auf die kleinere Leistung optimiert ist. Durch die hohe Blindleistung werden folglich hohe Verluste erzeugt, was wiederum den Wirkungsgrad des Systems stark verringert.However, an inductive energy transmission system that is designed for a specific rated power requires a disproportionately large reactive power when operated with significantly lower power compared to a system that is optimized for the lower power. The high reactive power consequently generates high losses, which in turn greatly reduces the efficiency of the system.

Ein bisheriger Lösungsansatz, um eine Empfangseinheit eines induktiven Energieübertragungssystems auch bei deutlich geringerer Leistung als seiner Nennleistung wirkungsgradoptimiert zu betreiben, ist die Verwendung eines DC/DC-Wandlers auf der Empfangsseite. Dadurch kann die Spannungslage an der Empfangsspule an die übertragene Leistung angepasst und somit das System nahe am optimalen Punkt betrieben werden. Ein zusätzlicher DC/DC-Wandler macht die Empfangseinheit jedoch teurer, schwerer und größer. Gerade das höhere Gewicht und der größere Platzbedarf sind im Fahrzeugbau äußerst ungünstig.A previous approach to operating a receiving unit of an inductive energy transmission system in an efficiency-optimized manner even at significantly lower power than its nominal power is to use a DC/DC converter on the receiving side. As a result, the voltage level at the receiving coil can be adapted to the transmitted power and the system can thus be operated close to the optimum point. However, an additional DC/DC converter makes the receiving unit more expensive, heavier and larger. Especially the higher weight and the larger space requirement are extremely unfavorable in vehicle construction.

Die Druckschrift DE 10 2011 119 261 A1 offenbart einen sekundärseitigen Gleichrichter eines induktiven Energieübertragungssystems, wobei das Energieübertragungssystem einen einphasigen Resonanzschwingkreis mit mindestens einer Induktivität und mindestens einer Kapazität aufweist, welcher mit einem primärseitigen Resonanzschwingkreis magnetisch koppelbar ist. Der sekundärseitige Gleichrichter weist eine B2-Brückenschaltung aus vier Dioden auf, die eingangsseitig mit dem sekundärseitigen Resonanzschwingkreis verbunden ist und deren Ausgangsspannung mindestens ein Glättungskondensator glättet. Parallel zu einer der vier Dioden ist ein Schaltmittel geschaltet, mittels dem die Diode kurzschließbar ist.The pamphlet DE 10 2011 119 261 A1 discloses a secondary-side rectifier of an inductive energy transmission system, the energy transmission system having a single-phase resonant circuit with at least one inductance and at least one capacitance, which can be magnetically coupled to a primary-side resonant circuit. The rectifier on the secondary side has a B2 bridge circuit made up of four diodes, which is connected on the input side to the resonant circuit on the secondary side and whose output voltage is smoothed by at least one smoothing capacitor. A switching device, by means of which the diode can be short-circuited, is connected in parallel with one of the four diodes.

Die Druckschrift DE 10 2009 021 797 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Energiespeicher und einer Ladeanordnung, wobei die Ladeanordnung zumindest eine induktive Energieübertragung umfasst.The pamphlet DE 10 2009 021 797 A1 discloses a vehicle with an energy store and a charging arrangement, the charging arrangement comprising at least one inductive energy transmission.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bisherigen induktiven Energieübertragungssysteme, insbesondere die Empfangseinheit eines induktiven Energieübertragungssystems, hinsichtlich der Interoperabilität zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Empfangseinheit eines induktiven Energieübertragungssystems kostengünstig, leicht und kompakt zu halten, aber dennoch eine gute Kompatibilität zu unterschiedlichen Ladestationen bzw. Sendeeinheiten zu gewährleisten.It is an object of the present invention to improve the previous inductive energy transmission systems, in particular the receiving unit of an inductive energy transmission system, with regard to interoperability. In particular, it is an object of the present invention to keep the receiving unit of an inductive energy transmission system inexpensive, light and compact, while still ensuring good compatibility with different charging stations or transmitting units.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.This problem is solved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird mit den Begriffen „Primärseite“ oder „primärseitig“ die Sendeeinheit und mit den Begriffen „Sekundärseite“ bzw. „sekundärseitig“ die Empfangseinheit eines induktiven Energieübertragungssystems in Verbindung gebracht.In the context of the present description, the terms “primary side” or “primary side” refer to the transmission unit and the terms “secondary side” or “secondary side” refer to the receiving unit of an inductive energy transmission system.

Ein erster unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Empfangseinheit für ein induktives Energieübertragungssystem, umfassend:

  • - eine Empfangsspule zum induktiven Erzeugen einer Wechselspannung;
  • - eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten der erzeugten Wechselspannung, wobei die Gleichrichterschaltung einen Schalter aufweist, mit dem die Gleichrichterschaltung in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann, wobei der erste Betriebsmodus auf eine erste Empfangsleistung abgestimmt ist und der zweite Betriebsmodus auf eine zweite Empfangsleistung abgestimmt ist, wobei sich die erste Empfangsleistung von der zweiten Empfangsleistung unterscheidet; und
  • - eine Steuereinheit zum Steuern des Schalters, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, die Empfangsleistung zu ermitteln, die ermittelte Empfangsleistung mit einem vorgegebenen Vergleichswert zu vergleichen, und den Schalter zu öffnen, wenn die ermittelte Empfangsleistung mindestens so groß wie der vorbestimmte Vergleichswert ist und den Schalter zu schließen, wenn die ermittelte Empfangsleistung kleiner als der vorbestimmte Vergleichswert ist.
A first independent aspect of solving the problem relates to a receiving unit for an inductive energy transmission system, comprising:
  • - A receiving coil for inductively generating an AC voltage;
  • - a rectifier circuit for rectifying the AC voltage generated, the rectifier circuit having a switch with which the rectifier circuit can be operated in a first and a second operating mode, the first operating mode being matched to a first received power and the second operating mode being matched to a second received power is, wherein the first reception power differs from the second reception power; and
  • - A control unit for controlling the switch, wherein the control unit is designed to determine the reception power, to compare the reception power determined with a predetermined comparison value, and to open the switch when the reception power determined is at least as great as the predetermined comparison value and the switch to close when the determined received power is less than the predetermined comparison value.

In der Empfangsspule kann eine Wechselspannung auf Basis eines durch eine Sendeeinheit bzw. eine Sendespule erzeugten magnetischen Wechselfeldes induktiv erzeugt werden. Die erzeugte Wechselspannung wird mit der Gleichrichterschaltung in eine Gleichspannung gewandelt, mit der eine Last versorgt werden kann. Insbesondere kann die gewandelte Gleichspannung zum Laden eines Energiespeichers verwendet werden.An alternating voltage can be generated inductively in the receiving coil on the basis of an alternating magnetic field generated by a transmitting unit or a transmitting coil. The AC voltage generated is converted into a DC voltage with the rectifier circuit, with which a load can be supplied. In particular, the converted DC voltage can be used to charge an energy store.

Die Gleichrichterschaltung ist ausgelegt, dass sie zumindest in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann. Insbesondere ist die Gleichrichterschaltung ausgelegt, in genau einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben zu werden. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass die Gleichrichterschaltung ausgelegt ist, in einem dritten, vierten, fünften, usw. Betriebsmodus betrieben zu werden.The rectifier circuit is designed so that it can be operated in at least a first and a second operating mode. In particular, the rectifier circuit is designed to be operated in exactly one first and one second operating mode. In principle, however, it is also possible for the rectifier circuit to be designed to be operated in a third, fourth, fifth, etc. operating mode.

Unter Empfangsleistung wird im Sinne dieser Beschreibung eine von der Empfangseinheit bzw. der Empfangsspule der Empfangseinheit empfangene Leistung, insbesondere magnetische Leistung, verstanden, welche z.B. von einer Sendeeinheit an die Empfangseinheit induktiv übertragen wird. Die Empfangsleistung entspricht im Idealfall der Sendeleistung der Sendeeinheit. Die Empfangsleistung kann aber auf Grund von Übertragungsverlusten auch etwas geringer als die Sendeleistung der Sendeeinheit sein. Das heißt die Empfangsleistung kann gleich der Sendeleistung abzüglich einer Übertragungsverlustleistung PVerlust sein. Beispielsweise kann die Sendeleistung etwa 3 kW, 3,6 kW, 7 kW oder 20 kW betragen. Die Empfangsleistung beträgt dann in erster Näherung ebenfalls 3 kW, 3,6 kW, 7 kW oder 20 kW. Wird eine Übertragungsverlustleistung berücksichtigt, so muss die entsprechende Übertragungsverlustleistung von der Sendeleistung abgezogen werden, um die Empfangsleistung zu erhalten. Die Übertragungsverlustleistung kann auch von der Sendeleistung abhängen. Beispielsweise kann eine erste Sendeleistung etwa 20 kW betragen und eine zweite Sendeleistung etwa 3 kW betragen. Die erste Empfangsleistung ist somit im Idealfall bzw. in erster Näherung ebenfalls etwa 20 kW und die zweite Empfangsleistung etwa 3 kW. Bei Berücksichtigung etwaiger Übertragungsverluste beträgt die erste Empfangsleistung 20 kW - Pverlust,20kW und die zweite Empfangsleistung 3 kW - Pverlust,3kW. Die Begriffe Empfangsleistung und Sendeleistung beziehen sich im Sinne dieser Beschreibung in der Regel auf eine Nennleistung.For the purposes of this description, received power is understood to mean power received by the receiving unit or the receiving coil of the receiving unit, in particular magnetic power, which is inductively transmitted, for example, from a transmitting unit to the receiving unit. In the ideal case, the reception power corresponds to the transmission power of the transmission unit. However, the reception power can also be slightly lower than the transmission power of the transmission unit due to transmission losses. This means that the reception power can be equal to the transmission power minus a transmission power loss P loss . For example, the transmission power can be about 3 kW, 3.6 kW, 7 kW or 20 kW. The received power is then also 3 kW, 3.6 kW, 7 kW or 20 kW in a first approximation. If a transmission power loss is taken into account, the corresponding transmission power loss must be subtracted from the transmission power in order to obtain the reception power. The transmission power loss can also depend on the transmission power. For example, a first transmission power can be approximately 20 kW and a second transmission power can be approximately 3 kW. In the ideal case or in a first approximation, the first reception power is therefore also approximately 20 kW and the second reception power is approximately 3 kW. If any transmission losses are taken into account, the first reception power is 20 kW - P loss,20kW and the second reception power is 3 kW - P loss,3kW . For the purposes of this description, the terms reception power and transmission power generally refer to a nominal power.

Die Eigenschaft, dass ein Betriebsmodus auf eine Empfangsleistung abgestimmt ist, bedeutet insbesondere, dass die Energieübertragung von einer Sendeeinheit zu der Empfangseinheit optimiert ist. Beispielsweise wird durch das Abstimmen ein höherer Wirkungsgrad bei der Energieübertragung erreicht.The property that an operating mode is matched to a reception power means in particular that the energy transmission from a transmission unit to the reception unit is optimized. For example, tuning achieves higher efficiency in energy transmission.

Die erfindungsgemäße Empfangseinheit kann somit auf Grund der unterschiedlichen Betriebsmodi auf verschiedene Sendeeinheiten bzw. Ladestationen, insbesondere auf Sendeeinheiten bzw. Ladestationen mit unterschiedlicher Sendeleistung wirkungsgradoptimiert angepasst bzw. eingestellt werden. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Empfangseinheit kompatibel zu mehreren, insbesondere zwei, unterschiedlichen Sendeeinheiten, indem die Empfangseinheit mehrere, insbesondere zwei, optimierte Betriebspunkte hat. Jeder optimierte Betriebspunkt kann für eine der Sendeeinheiten, d.h. für eine Sendeleistung bzw. Empfangsleistung einer der Sendeeinheiten, optimiert sein. Somit ist eine Kompatibilität zu mehreren Sendeeinheiten gewährleistet, ohne dass sich dabei der Wirkungsgrad bei der Nutzung der unterschiedlichen Sendeinheiten, d.h. bei Nutzung unterschiedlicher Sendeleistungen bzw. Empfangsleistungen der unterschiedlichen Sendeeinheiten, wesentlich verändert bzw. verschlechtert. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist es zudem möglich, auf eine zusätzliche DC/DC-Stufe, welche in herkömmlichen Empfangseinheiten notwendig ist, um diese kompatibel zu verschiedenen Sendeeinheiten zu machen, zu verzichten. Die erfindungsgemäße Empfangseinheit kann somit auf verschiedene Sendeeinheiten bzw. Ladestationen, insbesondere auf Sendeeinheiten bzw. Ladestationen mit unterschiedlichen Sendeleistungen, wirkungsgradoptimiert angepasst bzw. eingestellt werden. Und trotzdem bleibt die Empfangseinheit kostengünstig, leicht und kompakt.Due to the different operating modes, the receiving unit according to the invention can thus be adapted or adjusted in an efficiency-optimized manner to different transmission units or charging stations, in particular to transmission units or charging stations with different transmission power. In other words, the receiving unit according to the invention is compatible with several, in particular two, different transmitting units, in that the receiving unit has several, in particular two, optimized operating points. Each optimized operating point can be optimized for one of the transmission units, ie for a transmission power or reception power of one of the transmission units. Compatibility with a number of transmission units is thus ensured without the efficiency significantly changing or deteriorating when using the different transmission units, ie when using different transmission powers or reception powers of the different transmission units. With the help of the receiving unit according to the invention, it is also possible to dispense with an additional DC/DC stage, which is necessary in conventional receiving units in order to make them compatible with different transmitting units. The invent The receiving unit according to the invention can thus be adapted or adjusted in an efficiency-optimized manner to different transmission units or charging stations, in particular to transmission units or charging stations with different transmission powers. And yet the receiving unit remains inexpensive, light and compact.

Vorzugsweise ist die Gleichrichterschaltung zwischen einer Empfangsspule und einer Last, beispielsweise einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie bzw. einem Akku, geschaltet.The rectifier circuit is preferably connected between a receiving coil and a load, for example an energy store, in particular a battery or an accumulator.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist die Gleichrichterschaltung ausgelegt, im ersten Betriebsmodus die Blindleistung des Energieübertragungssystems für die erste Empfangsleistung im Vergleich zur Blindleistung des Energieübertragungssystems für die zweite Empfangsleistung zu reduzieren, und/oder im zweiten Betriebsmodus die Blindleistung des Energieübertragungssystems für die zweite Empfangsleistung im Vergleich zur Blindleistung des Energieübertragungssystems für die erste Empfangsleistung zu reduzieren.In a preferred embodiment of the receiving unit according to the invention, the rectifier circuit is designed to reduce the reactive power of the energy transmission system for the first received power in comparison to the reactive power of the energy transmission system for the second received power in the first operating mode, and/or to reduce the reactive power of the energy transmission system for the second received power in the second operating mode to reduce compared to the reactive power of the energy transmission system for the first reception power.

Durch die elektromagnetische Kopplung zwischen der Sendeeinheit, d.h. der Primärseite des induktiven Energieübertragungssystems, und der Empfangseinheit, d.h. der Sekundärseite des induktiven Energieübertragungssystems, wirkt sich der Betriebsmodus der Gleichrichterschaltung der Empfangseinheit auch auf die Blindleistung der Sendeeinheit aus. Die Blindleistung des Energieübertragungssystems stellt somit die Summe der Blindleistung der Sendeeinheit und der Blindleistung der Empfangseinheit dar.Due to the electromagnetic coupling between the transmitting unit, i.e. the primary side of the inductive energy transmission system, and the receiving unit, i.e. the secondary side of the inductive energy transmission system, the operating mode of the rectifier circuit of the receiving unit also affects the reactive power of the transmitting unit. The reactive power of the energy transmission system thus represents the sum of the reactive power of the transmitting unit and the reactive power of the receiving unit.

Alternativ oder zusätzlich ist die Gleichrichterschaltung ausgelegt, für die erste Empfangsleistung die Blindleistung des Energieübertragungssystems im ersten Betriebsmodus im Vergleich zur Blindleistung des Energieübertragungssystems im zweiten Betriebsmodus zu reduzieren.Alternatively or additionally, the rectifier circuit is designed to reduce the reactive power of the energy transmission system in the first operating mode compared to the reactive power of the energy transmission system in the second operating mode for the first received power.

Alternativ oder zusätzlich ist die Gleichrichterschaltung ausgelegt, für die zweite Empfangsleistung die Blindleistung des Energieübertragungssystems im zweiten Betriebsmodus im Vergleich zur Blindleistung des Energieübertragungssystems im ersten Betriebsmodus zu reduzieren.Alternatively or additionally, the rectifier circuit is designed to reduce the reactive power of the energy transmission system in the second operating mode compared to the reactive power of the energy transmission system in the first operating mode for the second received power.

Die jeweilige Reduktion der Blindleistung des Energieübertragungssystems in den verschiedenen Betriebsmoden der Empfangseinheit bzw. der Gleichrichterschaltung ermöglicht somit eine Erhöhung der Effizienz und des Wirkungsgrades der Energieübertragung unabhängig von der Empfangsleistung, d.h. unabhängig von der Sendeleistung einer Sendeeinheit.The respective reduction in the reactive power of the energy transmission system in the various operating modes of the receiving unit or the rectifier circuit thus enables an increase in the efficiency and effectiveness of the energy transmission independently of the received power, i.e. independently of the transmission power of a transmission unit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist der erste Betriebsmodus ein Vollbrückenmodus und der zweite Betriebsmodus ein Halbbrückenmodus.In a further preferred embodiment of the receiving unit according to the invention, the first operating mode is a full-bridge mode and the second operating mode is a half-bridge mode.

Mit anderen Worten fungiert die Gleichrichterschaltung im ersten Betriebsmodus als Vollbrückengleichrichter und im zweiten Betriebsmodus als Halbbrückengleichrichter.In other words, the rectifier circuit functions as a full-bridge rectifier in the first operating mode and as a half-bridge rectifier in the second operating mode.

Der jeweilige Betriebsmodus, d.h. Vollbrückenmodus oder Halbbrückenmodus, bestimmt die Charakteristik des gesamten Energieübertragungssystems. Insbesondere liegt bei Betrieb im Halbbrückenmodus der optimale Betriebspunkt bei einer übertragenen Leistung, die etwa einem Viertel der Leistung bei Betrieb im Vollbrückenmodus entspricht. Damit ist es in einfacher Weise möglich, die Empfangseinheit an eine Sendeeinheit anzupassen. Beispielsweise können die Empfangseinheit bzw. deren Komponenten im ersten Betriebsmodus auf eine Empfangsleistung bzw. Sendeleistung von etwa 20 kW ausgelegt sein. Hat die Sendeeinheit eine Sendeleistung von 20 kW, so kann die Empfangseinheit im ersten Betriebsmodus betrieben werden, um einen hohen bzw. optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. Hat jedoch die Sendeeinheit eine Sendeleistung von beispielsweise nur 3 kW, so kann die Empfangseinheit im zweiten Betriebsmodus betrieben werden, um wiederum einen hohen bzw. optimalen Wirkungsgrad zu erzielen.The respective operating mode, i.e. full-bridge mode or half-bridge mode, determines the characteristics of the entire energy transmission system. In particular, when operating in half-bridge mode, the optimal operating point is at a transmitted power which corresponds to approximately a quarter of the power when operating in full-bridge mode. It is thus possible in a simple manner to adapt the receiving unit to a transmitting unit. For example, the reception unit or its components can be designed for a reception power or transmission power of approximately 20 kW in the first operating mode. If the transmission unit has a transmission power of 20 kW, then the reception unit can be operated in the first operating mode in order to achieve a high or optimum level of efficiency. However, if the transmission unit has a transmission power of only 3 kW, for example, then the reception unit can be operated in the second operating mode in order to again achieve a high or optimal efficiency.

Der wahlweise Betrieb der Gleichrichterschaltung als Vollbrückengleichrichter oder Halbbrückengleichrichter ermöglicht es, den Blindleistungsbedarf des gesamten Energieübertragungssystems auch bei dem Betrieb mit geringerer Empfangsleistung zu reduzieren. Dadurch kann eine unnötige Überdimensionierung von Komponenten des induktiven Energieübertragungssystems, insbesondere von Komponenten der Sendeeinheit wie z.B. der Sendespule und/oder etwaiger Kompensationsbauteile, vermieden werden. Zudem kann die Effizienz des induktiven Energieübertragungssystems gesteigert werden.The optional operation of the rectifier circuit as a full-bridge rectifier or half-bridge rectifier makes it possible to reduce the reactive power requirement of the entire energy transmission system even when operating with a lower received power. As a result, an unnecessary oversizing of components of the inductive energy transmission system, in particular of components of the transmission unit such as the transmission coil and/or any compensation components, can be avoided. In addition, the efficiency of the inductive energy transmission system can be increased.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit umfasst die Gleichrichterschaltung einen Schalter zum Einstellen des Betriebsmodus. Dabei fungiert bzw. verhält sich die Gleichrichterschaltung als Vollbrückengleichrichter, wenn der Schalter geöffnet ist, und als Halbbrückengleichrichter, wenn der Schalter geschlossen ist.In a further preferred embodiment of the receiving unit according to the invention, the rectifier circuit includes a switch for setting the operating mode. The rectifier circuit functions or behaves as a full-bridge rectifier when the switch is open and as a half-bridge rectifier when the switch is closed.

Der Betriebsmodus der Gleichrichterschaltung und damit das Verhalten der Empfangseinheit bzw. des gesamten induktiven Energieübertragungssystems kann somit mit Hilfe des Schalters verändert werden. Mit anderen Worten dient der Schalter zum Umschalten der Gleichrichterschaltung zwischen einem Vollbrückenmodus und einem Halbbrückenmodus.The operating mode of the rectifier circuit and thus the behavior of the receiving unit or of the entire inductive energy transmission system can thus be changed using the switch. In other words, the switch serves to Switching the rectifier circuit between a full bridge mode and a half bridge mode.

Der Schalter kann ein mechanischer Schalter oder ein Halbleiterschalter, beispielsweise ein MOSFET, d.h. ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, oder ein IGBT, d.h. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, sein.The switch may be a mechanical switch or a semiconductor switch, for example a MOSFET, i.e. a metal-oxide-semiconductor field effect transistor, or an IGBT, i.e. an insulated gate bipolar transistor.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit umfasst die Gleichrichterschaltung vier Dioden, insbesondere Gleichrichterdioden, wobei der Schalter parallel zu einer der vier Dioden geschaltet ist.In a further preferred embodiment of the receiving unit according to the invention, the rectifier circuit comprises four diodes, in particular rectifier diodes, with the switch being connected in parallel with one of the four diodes.

Mit Hilfe der vier Dioden kann eine Wechselspannung (AC-Spannung), die z.B. in der Empfangsspule der Empfangseinheit induziert wird, gleichgerichtet werden, d.h. in eine Gleichspannung (DC-Spannung) umgewandelt werden. Die umgewandelte Gleichspannung ist vorzugsweise derart beschaffen, dass sie eine Last versorgen bzw. betreiben kann und/oder einen Energiespeicher laden kann.With the help of the four diodes, an alternating voltage (AC voltage), which is e.g. induced in the receiving coil of the receiver unit, can be rectified, i.e. converted into a direct voltage (DC voltage). The converted DC voltage is preferably such that it can supply or operate a load and/or charge an energy store.

Die Gleichrichterschaltung umfasst ferner einen Schalter, welcher parallel zu einer der vier Dioden angeordnet und/oder geschaltet ist. Ist der Schalter offen, so fungiert die Gleichrichterschaltung als ein Vollbrückengleichrichter. Ist der Schalter geschlossen, so wird die zu dem Schalter parallel geschaltete Diode überbrückt, so dass die Gleichrichterschaltung als ein Halbbrückengleichrichter fungiert.The rectifier circuit also includes a switch which is arranged and/or connected in parallel with one of the four diodes. When the switch is open, the rectifier circuit acts as a full bridge rectifier. If the switch is closed, the diode connected in parallel with the switch is bridged, so that the rectifier circuit functions as a half-bridge rectifier.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit sind die vier Dioden gemäß einer sogenannten Graetzschaltung angeordnet und geschalten.In a preferred embodiment of the receiving unit according to the invention, the four diodes are arranged and connected according to a so-called Graetz circuit.

Die Graetzschaltung ist eine Brückengleichrichter-Schaltung mit vier Dioden. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei der vier Dioden mit gleicher Polaritätsrichtung in Reihe geschaltet und bilden einen ersten Brückenzweig. Unter gleicher Polarisationsrichtung wird verstanden, dass die Anode der ersten Diode mit der Kathode der zweiten Diode verbunden ist. Die zwei anderen der vier Dioden sind ebenfalls mit gleicher Polarisationsrichtung in Reihe geschalten und bilden einen zweiten Brückenzweig. Der erste Brückenzweig ist derart parallel zum zweiten Brückenzweig geschalten, dass die Kathode einer Diode des ersten Brückenzweigs mit der Kathode einer Diode des zweiten Brückenzweigs verbunden ist und/oder die Anode einer Diode des ersten Brückenzweigs mit der Anode einer Diode des zweiten Brückenzweigs verbunden ist.The Graetz circuit is a bridge rectifier circuit with four diodes. According to one embodiment, two of the four diodes are connected in series with the same polarity direction and form a first bridge branch. Same direction of polarization means that the anode of the first diode is connected to the cathode of the second diode. The other two of the four diodes are also connected in series with the same polarization direction and form a second bridge branch. The first bridge arm is connected in parallel to the second bridge arm in such a way that the cathode of a diode in the first bridge arm is connected to the cathode of a diode in the second bridge arm and/or the anode of a diode in the first bridge arm is connected to the anode of a diode in the second bridge arm.

Vorzugsweise weist die Gleichrichterschaltung einen Spannungseingang, insbesondere einen Wechselspannungseingang, und einen Spannungsausgang, insbesondere einen Gleichspannungsausgang, auf. Ein erster Anschluss des Spannungseingangs ist zwischen den Dioden des ersten Brückenzweigs am ersten Brückenzweig ausgebildet. Ein zweiter Anschluss des Spannungseingangs ist zwischen den Dioden des zweiten Brückenzweigs am zweiten Brückenzweig ausgebildet. Die Anschlüsse des Spannungsausgangs sind jeweils zwischen den Brückenzweigen ausgebildet. Mit anderen Worten kann die umgewandelte Gleichspannung zwischen den Brückenzweigen abgegriffen werden.The rectifier circuit preferably has a voltage input, in particular an AC voltage input, and a voltage output, in particular a DC voltage output. A first connection of the voltage input is formed between the diodes of the first bridge arm on the first bridge arm. A second connection of the voltage input is formed between the diodes of the second bridge arm on the second bridge arm. The terminals of the voltage output are each formed between the bridge branches. In other words, the converted DC voltage can be tapped off between the bridge arms.

Die erfindungsgemäße Empfangseinheit umfasst ferner eine Steuereinheit zum Steuern des Schalters der Gleichrichterschaltung, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, die Empfangsleistung zu ermitteln und den Schalter auf Basis der ermittelten Empfangsleistung zu betätigen, d.h. zu schließen bzw. zu öffnen.The receiving unit according to the invention also includes a control unit for controlling the switch of the rectifier circuit, the control unit being designed to determine the received power and to actuate the switch on the basis of the determined received power, i.e. to close or open it.

Beispielsweise weist die Steuereinheit einen Signalempfänger auf, mit dem Informationen von einem zugehörigen Signalsender einer Sendeeinheit bzw. Ladestation empfangen werden können. Somit kann die Steuereinheit ausgelegt sein, die von einer Sendeeinheit erzeugte Sendeleistung und damit die Empfangsleistung über den Signalempfänger insbesondere als Signal zu empfangen. In anderen Worten kann die Steuereinheit ein Signal empfangen, wobei nach Verarbeiten des Signals durch die Steuereinheit bzw. aufgrund des empfangenen Signals die Steuereinheit veranlasst ist bzw. wird, den Schalter in den Zustand zu versetzen bzw. in dem Zustand zu belassen, der der Empfangsleistung entspricht, d.h. für die Empfangsleistung vorteilhaft bzw. optimiert ist. Somit ist die Gleichrichterschaltung in dem Betriebszustand betreibbar, der der Empfangsleistung entspricht.For example, the control unit has a signal receiver with which information can be received from an associated signal transmitter of a transmission unit or charging station. The control unit can thus be designed to receive the transmission power generated by a transmission unit and thus the reception power via the signal receiver, in particular as a signal. In other words, the control unit can receive a signal, after processing the signal by the control unit or based on the received signal, the control unit is or is prompted to put the switch into the state or to leave it in the state that corresponds to the received power corresponds, i.e. is advantageous or optimized for the reception performance. The rectifier circuit can thus be operated in the operating state that corresponds to the received power.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit eine Messvorrichtung aufweisen, mit der die Empfangsleistung messbar bzw. detektierbar ist.Alternatively or additionally, the control unit can have a measuring device with which the received power can be measured or detected.

Die Steuereinheit ist ausgelegt, die ermittelte Empfangsleistung mit einem vorgegebenen Vergleichswert zu vergleichen und den Schalter zu öffnen bzw. in einem geöffneten Zustand zu belassen, wenn die ermittelte Empfangsleistung mindestens so groß wie der vorbestimmte Vergleichswert ist und den Schalter zu schließen bzw. in einem geschlossenen Zustand zu belassen, wenn die Empfangsleistung kleiner als der vorbestimmte Vergleichswert ist.The control unit is designed to compare the received power determined with a predetermined comparison value and to open the switch or leave it in an open state if the received power determined is at least as great as the predetermined comparison value and to close the switch or leave it in a closed state Leave state when the received power is less than the predetermined comparison value.

Der Vergleichswert ist vorzugsweise dadurch bestimmt, dass im Betrieb der Empfangseinheit bzw. des induktiven Energieübertragungssystems das charakteristische Verhältnis möglichst nahe an 1 ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleichswert dadurch bestimmt sein, dass im Betrieb der Empfangseinheit bzw. des induktiven Energieübertragungssystems das charakteristische Verhältnis vorzugsweise kleiner als 2, mehr bevorzugt kleiner als 1,5, noch bevorzugter kleiner als 1,3, insbesondere kleiner als 1,2 oder 1,1 und am bevorzugtesten kleiner oder gleich 1 ist. Im Rahmen der Erfindung wurde nämlich erkannt, dass die Effizienz des induktiven Energieübertragungssystems umso größer ist, je näher das charakteristische Verhältnis an 1 ist. Des Weiteren wurde erkannt, dass ein charakteristisches Verhältnis deutlich größer als 1 zu Problemen bei der resonanten Ansteuerung der Sendespule führen kann, da das induktive Energieübertragungssystem in diesem Bereich mehrere stabile systembedingte Resonanzfrequenzen besitzt, die von der gewünschten Resonanzfrequenz, der sogenannten Design-Frequenz ωD, abweichen. Folglich ist die Stabilität des Systems im Allgemeinen höher, wenn das charakteristische Verhältnis die oben angegebenen Bedingungen erfüllt. Beträgt beispielsweise die Sendeleistung einer ersten Sendeeinheit 3 kW und die Sendeleistung einer zweiten Sendeeinheit 20 kW, so kann der Vergleichswert z.B. 5 kW betragen.The comparison value is preferably determined by the fact that during operation of the receiving unit or the inductive energy transmission system characteristic ratio is as close to 1 as possible. Alternatively or additionally, the comparison value can be determined by the characteristic ratio preferably being less than 2, more preferably less than 1.5, even more preferably less than 1.3, in particular less than 1.2 during operation of the receiving unit or the inductive energy transmission system or 1.1 and most preferably less than or equal to 1. In the context of the invention, it was recognized that the closer the characteristic ratio is to 1, the greater the efficiency of the inductive energy transmission system. Furthermore, it was recognized that a characteristic ratio significantly greater than 1 can lead to problems with the resonant control of the transmitter coil, since the inductive energy transmission system has several stable system-related resonance frequencies in this range, which differ from the desired resonance frequency, the so-called design frequency ω D , deviate. Consequently, the stability of the system is generally higher when the characteristic ratio satisfies the conditions given above. For example, if the transmission power of a first transmission unit is 3 kW and the transmission power of a second transmission unit is 20 kW, the comparison value can be 5 kW, for example.

Die erfindungsgemäße Empfangseinheit kann mit einem Energiespeicher verbunden werden und/oder einen Energiespeicher umfassen. Somit kann zumindest ein Teil der von dem Energieübertragungssystem, d.h. der von einer Ladestation bzw. einer zugehörigen Sendeeinheit an die Empfangseinheit, übertragenen Energie gespeichert werden. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine oder mehrere wiederaufladbare Batterien bzw. Akkus umfassen.The receiving unit according to the invention can be connected to an energy store and/or comprise an energy store. Thus, at least part of the energy transmitted by the energy transmission system, i.e. the energy transmitted from a charging station or an associated transmission unit to the receiving unit, can be stored. The energy store can include, for example, one or more rechargeable batteries or accumulators.

Vorzugsweise sind die Empfangsspule und die Dioden der Gleichrichterschaltung derart dimensioniert bzw. ausgelegt, dass die Gleichrichterschaltung eine Gleichspannung erzeugt, die innerhalb eines Ladespannungsbereichs des Energiespeichers liegt. Handelt es sich bei dem Energiespeicher um eine Autobatterie, so beträgt der Ladespannungsbereich üblicherweise 250 V bis 500 V, insbesondere 280 V bis 420 V.The receiving coil and the diodes of the rectifier circuit are preferably dimensioned or designed in such a way that the rectifier circuit generates a DC voltage that lies within a charging voltage range of the energy store. If the energy store is a car battery, the charging voltage range is usually 250 V to 500 V, in particular 280 V to 420 V.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Empfangseinheit ferner eine Blindleistungskompensationseinheit zum Reduzieren der Blindleistung der Empfangseinheit.In a further preferred embodiment, the receiving unit according to the invention also includes a reactive power compensation unit for reducing the reactive power of the receiving unit.

Die Blindleistungskompensationseinheit kann z.B. einen oder mehrere Blindleistungskompensationskondensatoren bzw. Blindleistungskompensationskapazitäten umfassen. Die Blindleistungskompensationseinheit kann als Serienschaltung oder als Parallelschaltung ausgeführt sein Vorzugsweise ist die Blindleistungskompensationseinheit in Reihe mit der Empfangsspule geschaltet. Alternativ kann die Blindleistungskompensationseinheit auch parallel zur Empfangsspule geschaltet sein. Ist die Blindleistungskompensationseinheit parallel zur Empfangsspule geschaltet, so weist die Blindleistungskompensationseinheit vorzugsweise noch zusätzliche Glättungskomponenten, insbesondere eine Drossel auf.The reactive power compensation unit can include, for example, one or more reactive power compensation capacitors or reactive power compensation capacities. The reactive power compensation unit can be designed as a series connection or as a parallel connection. The reactive power compensation unit is preferably connected in series with the receiving coil. Alternatively, the reactive power compensation unit can also be connected in parallel with the receiving coil. If the reactive power compensation unit is connected in parallel to the receiving coil, then the reactive power compensation unit preferably has additional smoothing components, in particular a choke.

Mit Hilfe der Blindleistungskompensationseinheit können die Verluste auf Grund von Blindleistung reduziert und die Effizienz und/oder der Wirkungsgrad des induktiven Energieübertragungssystems erhöht werden.With the help of the reactive power compensation unit, the losses due to reactive power can be reduced and the efficiency and/or efficiency of the inductive energy transmission system can be increased.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein induktives Energieübertragungssystem umfassend:

  • - eine Sendeeinheit zum Erzeugen von Energie in Form eines magnetischen Wechselfeldes; und
  • - eine erfindungsgemäße Empfangseinheit zum Empfangen und/oder Speichern zumindest eines Teils der von der Sendeeinheit erzeugten Energie.
Another independent aspect of solving the task relates to an inductive energy transmission system comprising:
  • - A transmission unit for generating energy in the form of an alternating magnetic field; and
  • - A receiving unit according to the invention for receiving and/or storing at least part of the energy generated by the transmitting unit.

Die Sendeeinheit umfasst vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden primärseitigen Komponenten:

  • - eine Energiequelle und/oder einen Anschluss bzw. eine Anbindung an eine Energiequelle, insbesondere einen Anschluss bzw. eine Anbindung an ein Stromnetz, zum Erzeugen und/oder Aufnehmen bzw. Abgreifen von Energie;
  • - eine Sendespule zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes
  • - einen AC/DC Wandler als PFC-Stufe (Power Factor Correcting Stage) zur Anpassung der Sendeeinheit an die Energiequelle, insbesondere an das Stromnetz;
  • - einen DC/DC-Wandler zum Einstellen der Sendeleistung der Sendeeinheit;
  • - einen DC/AC-Wandler zur Erzeugung einer Wechselspannung bzw. eines Wechselstroms für die induktive Kopplung;
  • - eine primärseitige Blindleistungskompensationseinheit zur Kompensation der Blindleistung in der Sendeeinheit;
  • - einen Signalsender zum Senden von Informationen, insbesondere zum Senden der Information über die Sendeleistung des Signalsenders.
The transmission unit preferably includes one or more of the following primary-side components:
  • - an energy source and/or a connection or a connection to an energy source, in particular a connection or a connection to a power grid, for generating and/or absorbing or tapping off energy;
  • - A transmitter coil for generating an alternating magnetic field
  • - An AC/DC converter as a PFC stage (Power Factor Correcting Stage) for adapting the transmission unit to the energy source, in particular to the power grid;
  • - A DC/DC converter for adjusting the transmission power of the transmission unit;
  • - A DC/AC converter for generating an alternating voltage or an alternating current for the inductive coupling;
  • - A primary-side reactive power compensation unit for compensating for the reactive power in the transmission unit;
  • - A signal transmitter for sending information, in particular for sending information about the transmission power of the signal transmitter.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Empfangseinheit kann ein hoher Wirkungsgrad des induktiven Energieübertragungssystems unabhängig von der Sendeleistung der Sendeeinheit erreicht werden.With the help of the receiving unit according to the invention, a high efficiency of the inductive Energy transmission system can be achieved regardless of the transmission power of the transmitter unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems weist die Empfangsspule eine Induktivität L2 auf, so dass für ein charakteristisches Verhältnis des Energieübertragungssystems gilt: k ω D L 2 R L 1

Figure DE102014012703B4_0001
wobei k ein vorbestimmter Kopplungsfaktor zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit, ωD eine vorbestimmte Resonanzfrequenz und RL ein vorbestimmter Ersatzlastwiderstand ist.In a preferred embodiment of the energy transmission system according to the invention, the receiving coil has an inductance L 2 so that the following applies to a characteristic relationship of the energy transmission system: k ω D L 2 R L 1
Figure DE102014012703B4_0001
where k is a predetermined coupling factor between the transmitting unit and the receiving unit, ω D is a predetermined resonant frequency, and R L is a predetermined equivalent load resistance.

Der Kopplungsfaktor k zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit bzw. zwischen Sendespule der Sendeeinheit und Empfangsspule der Empfangseinheit kann durch k = M L 1 L 2

Figure DE102014012703B4_0002
bestimmt werden, wobei L1 die Selbstinduktivität der Sendespule, L2 die Selbstinduktivität der Empfangsspule und M die Gegeninduktivität ist. Die sogenannte Design-Frequenz ωD ist eine der Resonanzfrequenzen des gesamten Energieübertragungssystems, welche immer existiert. Sie wird auch zur Auslegung der Kompensationskondensatoren verwendet. Der Ersatzlastwiderstand RL charakterisiert einen effektiven Widerstand sowohl der Gleichrichtungsschaltung als auch der Last, d.h. des Energiespeichers.The coupling factor k between the transmitter unit and receiver unit or between the transmitter coil of the transmitter unit and the receiver coil of the receiver unit can be k = M L 1 L 2
Figure DE102014012703B4_0002
be determined, where L 1 is the self-inductance of the transmitting coil, L 2 is the self-inductance of the receiving coil and M is the mutual inductance. The so-called design frequency ω D is one of the resonant frequencies of the entire energy transmission system, which always exists. It is also used to design the compensation capacitors. The equivalent load resistance R L characterizes an effective resistance of both the rectification circuit and the load, ie the energy store.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist von den Erfindern erkannt worden, dass die gesamte Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems am geringsten ist und damit die beste Effizienz erreicht wird, wenn das charakteristische Verhältnis k ω D L 2 R L

Figure DE102014012703B4_0003
im Wesentlichen gleich 1 ist.In the context of the present invention, the inventors recognized that the total reactive power of the inductive energy transmission system is lowest and the best efficiency is therefore achieved when the characteristic ratio k ω D L 2 R L
Figure DE102014012703B4_0003
is essentially equal to 1.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Verfahren zum induktiven Übertragen von Energie, umfassend die Schritte:

  • - Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Empfangseinheit;
  • - Betätigen des Schalters der Gleichrichterschaltung der Empfangseinheit derart, dass der Schalter geöffnet ist bzw. wird, wenn eine Empfangsleistung mindestens so groß wie ein vorgegebener bzw. vorbestimmter Vergleichswert ist und der Schalter geschlossen ist bzw. wird, wenn die Empfangsleistung kleiner als der vorbestimmte Vergleichswert ist.
Another independent aspect of solving the problem relates to a method for the inductive transmission of energy, comprising the steps:
  • - Providing a receiving unit according to the invention;
  • - Actuating the switch of the rectifier circuit of the receiving unit in such a way that the switch is or will be open when a received power is at least as great as a specified or predetermined comparison value and the switch is or will be closed when the received power is less than the predetermined comparison value is.

Das Betätigen, d.h. das Öffnen und Schließen, des Schalters kann manuell vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Betätigen des Schalters mit Hilfe einer Steuereinheit automatisch erfolgen.The switch can be operated, i.e. opened and closed, manually. Alternatively or additionally, the switch can be actuated automatically with the aid of a control unit.

Insbesondere kann das Betätigen des Schalters einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen:

  • - Ermitteln der Empfangsleistung;
  • - Vergleichen der ermittelten Empfangsleistung mit einem vorgegebenen Vergleichswert;
  • - Betätigen des Schalters auf Basis des Vergleichsergebnisses.
In particular, actuating the switch can include one or more of the following steps:
  • - Determining the reception power;
  • - Comparing the determined received power with a predetermined reference value;
  • - Operating the switch based on the comparison result.

Die oben genannten Schritte können beispielsweise durch die Steuereinheit, insbesondere durch einen Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller, ausgeführt werden.The steps mentioned above can be carried out, for example, by the control unit, in particular by a microprocessor or microcontroller.

Beispielsweise kann der Schalter geschlossen werden bzw. in einem geschlossenen Zustand belassen werden, wenn die ermittelte Leistung kleiner als der vorgegebene Vergleichswert oder gleich dem vorgegebenen Vergleichswert ist. Entsprechend kann der Schalter geöffnet werden bzw. in einem geöffneten Zustand belassen werden, wenn die ermittelte Leistung größer als der vorgegebene Vergleichswert ist. Vorzugsweise wird die Sendeleistung bzw. Empfangsleistung vor Beginn der induktiven Energieübertragung festgelegt und der Schalter dann entsprechend geschaltet. Somit erfolgt das Schalten vorteilhafterweise nicht während des Betriebs, d.h. während der Energieübertragung.For example, the switch can be closed or left in a closed state when the determined power is less than the specified comparison value or equal to the specified comparison value. Accordingly, the switch can be opened or left in an open state when the power determined is greater than the specified comparison value. The transmission power or reception power is preferably set before the start of the inductive energy transmission and the switch is then switched accordingly. Thus, advantageously, switching does not occur during operation, i.e. during energy transfer.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Verwendung der erfindungsgemäßen Empfangseinheit und/oder des induktiven Energieübertragungssystems zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs bzw. dessen Energiespeichers.A further independent aspect for solving the problem relates to using the receiving unit according to the invention and/or the inductive energy transmission system for inductively charging an electric vehicle or its energy store.

Die Empfangseinheit kann Teil des Fahrzeugs sein, d.h. in das Fahrzeug integriert bzw. eingebaut sein.The receiving unit can be part of the vehicle, i.e. integrated or built into the vehicle.

Für die oben genannten weiteren unabhängigen Aspekte und insbesondere für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen des ersten Aspekts.The statements made above or below regarding the embodiments of the first aspect also apply to the above-mentioned further independent aspects and in particular to preferred embodiments in this regard.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereit stellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann, und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.In the following, individual embodiments for solving the problem are described by way of example with reference to the figures. In this case, the individual embodiments described in part Features that are not absolutely necessary to implement the claimed subject matter, but which provide desired properties in certain applications. Thus, embodiments that do not have all the features of the embodiments described below are also to be regarded as being disclosed as falling under the technical teaching described. Furthermore, in order to avoid unnecessary repetition, certain features are only mentioned in relation to individual embodiments described below. It is pointed out that the individual embodiments should therefore not only be considered individually, but should also be viewed as a whole. Based on this synopsis, those skilled in the art will recognize that individual embodiments can also be modified by incorporating individual or multiple features of other embodiments. It is pointed out that a systematic combination of the individual embodiments with one or more features that are described in relation to other embodiments can be desirable and useful and should therefore be considered and also be regarded as covered by the description.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines herkömmlichen induktiven Energ ieübertrag ungssystems; 1 shows a schematic circuit diagram of a conventional inductive energy transmission system;
  • 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Empfangseinheit für ein induktives Energieübertragungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche zwei verschiedene Betriebsmodi erlaubt; 2 shows a schematic circuit diagram of a receiving unit according to the invention for an inductive energy transmission system according to a preferred embodiment, which allows two different operating modes;
  • 3 zeigt ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen induktiven Energieübertragungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; 3 shows a schematic circuit diagram of an inductive energy transmission system according to the invention according to a preferred embodiment;
  • 4 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild eines induktiven Energieübertragungssystems zur Berechnung von Blindleistungen; 4 shows a schematic equivalent circuit diagram of an inductive energy transmission system for calculating reactive power;
  • 5 zeigt Diagramme zu Simulationsergebnissen des charakteristischen Verhältnisses in Abhängigkeit der Batteriespannung für verschiedene Kopplungsfaktoren k anhand eines Beispielsystems mit den Werten L1 = 30 µH, L2 = 18 µH und ωD = 140 kHz, wobei:
    • 5a die Kurvenverläufe für PBat = 20 kW unter Verwendung des Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    • 5b die Kurvenverläufe für PBat = 3 kW unter Verwendung des Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    • 5c die Kurvenverläufe für PBat = 3 kW unter Verwendung des Halbbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    5 shows diagrams of simulation results of the characteristic ratio depending on the battery voltage for different coupling factors k using an example system with the values L 1 = 30 µH, L 2 = 18 µH and ω D = 140 kHz, where:
    • 5a shows the curves for P Bat = 20 kW using the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
    • 5b shows the curves for P Bat = 3 kW using the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
    • 5c shows the curves for P Bat = 3 kW using the half-bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
  • 6 zeigt Diagramme zu Simulationsergebnissen der gesamten Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems in Abhängigkeit der Batteriespannung für verschiedene Kopplungsfaktoren k anhand eines Beispielsystems mit den Werten L1 = 30 µH, L2 = 18 µH und ωD = 140 kHz, wobei:
    • 6a die Kurvenverläufe für PBat = 20 kW unter Verwendung des Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    • 6b die Kurvenverläufe für PBat = 3 kW unter Verwendung des Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    • 6c die Kurvenverläufe für PBat = 3 kW unter Verwendung des Halbbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    6 shows diagrams of the simulation results of the total reactive power of the inductive energy transmission system depending on the battery voltage for different coupling factors k using an example system with the values L 1 = 30 µH, L 2 = 18 µH and ω D = 140 kHz, where:
    • 6a shows the curves for P Bat = 20 kW using the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
    • 6b shows the curves for P Bat = 3 kW using the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
    • 6c shows the curves for P Bat = 3 kW using the half-bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
  • 7 zeigt Diagramme zu Simulationsergebnissen des genormten Gesamtblindleistungsanteils des induktiven Energieübertragungssystems in Abhängigkeit der Batteriespannung für verschiedene Kopplungsfaktoren k anhand eines Beispielsystems mit den Werten L1 = 30 µH, L2 = 18 µH und ωD = 140 kHz, wobei:
    • 7a die Kurvenverläufe für PBat = 20 kW unter Verwendung des Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    • 7b die Kurvenverläufe für PBat = 3 kW unter Verwendung des Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt;
    • 7c die Kurvenverläufe für PBat = 3 kW unter Verwendung des Halbbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung zeigt.
    7 shows diagrams of the simulation results of the standardized total reactive power component of the inductive energy transmission system as a function of the battery voltage for various coupling factors k using an example system with the values L 1 = 30 µH, L 2 = 18 µH and ω D = 140 kHz, where:
    • 7a shows the curves for P Bat = 20 kW using the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
    • 7b shows the curves for P Bat = 3 kW using the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention;
    • 7c shows the curves for P Bat = 3 kW using the half-bridge mode of the rectifier circuit according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Die 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines herkömmlichen induktiven Energieübertragungssystems 50. Das induktive Energieübertragungssystem umfasst eine Primärseite bzw. eine Sendeeinheit 10 und eine Sekundärseite bzw. eine Empfangseinheit 20.The 1 shows a schematic circuit diagram of a conventional inductive energy transmission system 50. The inductive energy transmission system comprises a primary side or a transmitting unit 10 and a secondary side or a receiving unit 20.

Die Sendeeinheit 10 umfasst eine Energiequelle 1, einen DC/DC-Wandler 2, einen DC/AC-Wandler 4, eine Primärspule bzw. Sendespule 6 und eine Blindleistungskompensationseinheit bzw. einen Blindleistungskompensationskondensator 8. Die Energiequelle 1 kann z.B. ein Stromnetz sein. Mit dem DC/DC-Wandler 2 kann über die ausgegebene Spannungshöhe die Sendeleistung der Sendeeinheit 10 festgelegt bzw. eingestellt werden. Der DC/AC-Wandler 4 wandelt die vom DC/DC-Wandler 2 ausgegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Die Wechselspannung erzeugt in der Sendespule 6 einen Wechselstrom, so dass die Sendespule 6 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches zur induktiven Energieübertragung genutzt wird. Der Blindleistungskompensationskondensator 8 dient zur Kompensation der in der Sendespule 6 auftretenden Blindleistung.The transmission unit 10 comprises an energy source 1, a DC/DC converter 2, a DC/AC converter 4, a primary coil or transmission coil 6 and a reactive power compensation unit or a reactive power compensation capacitor 8. The energy source 1 can be a power grid, for example. With the DC/DC converter 2, the transmission power of the transmission unit 10 can be defined or set via the output voltage level. The DC/AC converter 4 converts the DC voltage output from the DC/DC converter 2 into an AC voltage. The alternating voltage generates an alternating current in the transmitter coil 6, so that the transmitter coil 6 generates an alternating magnetic field which is used for inductive energy transmission. The reactive power compensation capacitor 8 is used to compensate for the reactive power occurring in the transmission coil 6 .

Die Empfangseinheit umfasst eine Sekundärspule bzw. eine Empfangsspule 16, eine Blindleistungskompensationseinheit bzw. einen Blindleistungskompensationskondensator 18, einen AC/DC-Wandler 14 und einen DC/DC-Wandler 12. Die Empfangseinheit ist mit einem Energiespeicher bzw. einer wiederaufladbaren Batterie 11 verbunden, um diese aufzuladen. Der Blindleistungskompensationskondensator 18 dient zur Kompensation der in der Empfangseinheit 20 erzeugten Blindleistung. Die Empfangsspule 16 wird von dem magnetischen Wechselfeld der Sendespule 6 durchflutet und erzeugt folglich eine induzierte Wechselspannung. Diese Wechselspannung wird mit Hilfe des AC/DC-Wandlers 14 gleichgerichtet. Der DC/DC-Wandler ist herkömmlich erforderlich, um das induktive Energieübertragungssystem 50, welches für eine bestimmte Nennleistung ausgelegt ist, auch mit einer anderen, z.B. einer deutlich geringeren Leistung, wirkungsgradoptimiert betreiben zu können. Ohne dem DC/DC-Wandler würde das System bei einem Betrieb mit deutlich geringerer Leistung eine überproportional große Blindleistung in den Kompensationskapazitäten im Vergleich zu einem System, welches auf die kleinere Leistung optimiert ist, benötigen. Dies würde somit hohe Verluste verursachen und den Wirkungsgrad des Systems entsprechend verringern. Mit Hilfe des DC/DC-Wandlers 12 auf der Empfangsseite wird herkömmlicherweise die Spannungslage an der Empfangsspule an die übertragene Leistung angepasst, so dass das System nahe am optimalen Punkt betrieben werden kann. Jedoch wird die Empfangseinheit aufgrund des zusätzlich benötigten DC/DC-Wandlers teurer und schwerer und größer.The receiving unit comprises a secondary coil or a receiving coil 16, a reactive power compensation unit or a reactive power compensation capacitor 18, an AC/DC converter 14 and a DC/DC converter 12. The receiving unit is connected to an energy store or a rechargeable battery 11 in order to to charge them. The reactive power compensation capacitor 18 is used to compensate for the reactive power generated in the receiving unit 20 . The magnetic alternating field of the transmitting coil 6 flows through the receiving coil 16 and consequently generates an induced alternating voltage. This alternating voltage is rectified using the AC/DC converter 14 . The DC/DC converter is conventionally required in order to be able to operate the inductive energy transmission system 50, which is designed for a specific nominal power, with a different power, e.g. a significantly lower power, in an efficiency-optimized manner. Without the DC/DC converter, the system would require a disproportionately large amount of reactive power in the compensation capacities when operated with significantly lower power than a system that is optimized for the lower power. This would thus cause high losses and correspondingly reduce the efficiency of the system. With the help of the DC/DC converter 12 on the receiving side, the voltage level at the receiving coil is conventionally adapted to the transmitted power, so that the system can be operated close to the optimal point. However, the receiving unit becomes more expensive, heavier and larger because of the additionally required DC/DC converter.

Die 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Empfangseinheit 200 für ein induktives Energieübertragungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die Empfangseinheit 200 umfasst eine Empfangsspule 16, eine Blindleistungskompensationseinheit 18 und einen AC-DC-Wandler bzw. eine Gleichrichterschaltung 30. Die Empfangseinheit ist mit einem Energiespeicher bzw. einer wiederaufladbaren Batterie 11 verbunden, um diese zu laden. Die Gleichrichterschaltung 30 dient zum Gleichrichten der von der Empfangsspule 16 erzeugten Wechselspannung. Die Gleichrichterschaltung 30 stellt somit eine Verbesserung des AC-DC-Wandlers 14 der 1 dar.The 2 shows a schematic circuit diagram of a receiving unit 200 according to the invention for an inductive energy transmission system according to a preferred embodiment. The receiving unit 200 includes a receiving coil 16, a reactive power compensation unit 18 and an AC-DC converter or a rectifier circuit 30. The receiving unit is connected to an energy store or a rechargeable battery 11 in order to charge it. The rectifier circuit 30 serves to rectify the AC voltage generated by the receiving coil 16 . The rectifier circuit 30 thus represents an improvement on the AC-DC converter 14 of FIG 1 represent.

Die Empfangseinheit 30 umfasst vier Dioden 32, 34, 36, 38, die in einer Graetzschaltung angeordnet sind. Als Erweiterung dieser B2-Zweipuls-Brückenschaltung umfasst die Empfangseinheit 30 ferner einen Schalter 40, der parallel zu der Diode 32 geschaltet ist. Der Schalter könnte aber genauso gut parallel zu einer der anderen Dioden 34, 36 oder 38 geschaltet sein. Wenn die Empfangseinheit 30 mit einer deutlich geringeren Leistung, d.h. Empfangsleistung, als die Nennleistung betrieben wird, wird der Schalter 40 geschlossen. Durch Schließen des Schalters 40 wird das Verhalten der Gleichrichterschaltung 30 von einem Vollbrückengleichrichter (Schalter offen) zu einem Halbbrückengleichrichter (Schalter geschlossen) verändert. Die Gleichrichterschaltung 30 weist somit zwei Betriebsmoden auf, nämlich einen Vollbrückenmodus bei offenem Schalter und einen Halbbrückenmodus bei geschlossenem Schalter. Das Schließen des Schalters 40 verändert die Charakteristik des gesamten Systems insofern, dass der optimale Betriebspunkt nun bei einer übertragenen Leistung bzw. Empfangsleistung liegt, die einem Viertel der Leistung bei offenem Schalter entspricht. Dadurch kann auf eine zusätzliche DC/DC-Stufe verzichtet werden.The receiving unit 30 includes four diodes 32, 34, 36, 38, which are arranged in a Graetz circuit. As an extension of this B2 two-pulse bridge circuit, the receiving unit 30 also includes a switch 40 which is connected in parallel with the diode 32 . However, the switch could just as well be connected in parallel with one of the other diodes 34, 36 or 38. If the receiving unit 30 is operated with a significantly lower power, i.e. received power, than the nominal power, the switch 40 is closed. Closing switch 40 changes the behavior of rectifier circuit 30 from a full-bridge rectifier (switch open) to a half-bridge rectifier (switch closed). The rectifier circuit 30 thus has two operating modes, namely a full-bridge mode when the switch is open and a half-bridge mode when the switch is closed. Closing switch 40 changes the characteristics of the entire system in that the optimal operating point is now at a transmitted power or received power that corresponds to a quarter of the power when the switch is open. This eliminates the need for an additional DC/DC stage.

Der wahlweise Betrieb des Gleichrichters als Vollbrücken- oder Halbbrückengleichrichter verringert den Blindleistungsbedarf des gesamten induktiven Energieübertragungssystems beim Betrieb mit deutlich geringerer Leistung, z.B. bei einem Betrieb mit 3 kW oder 6 kW anstelle eines Betriebs bei einer Nennleistung bzw. Sendeleistung bzw. Empfangsleistung von 20 kW. Dadurch kann insbesondere eine unnötige Überdimensionierung von Primärspule und primärseitiger Blindleistungskompensationseinheit vermieden werden, sowie die Effizienz und der Wirkungsgrad des induktiven Energieübertragungssystems gesteigert werden.The optional operation of the rectifier as a full-bridge or half-bridge rectifier reduces the reactive power requirement of the entire inductive energy transmission system when operating with significantly lower power, e.g. when operating with 3 kW or 6 kW instead of operating at a nominal power or transmission power or reception power of 20 kW. In this way, in particular, an unnecessary oversizing of the primary coil and reactive power compensation unit on the primary side can be avoided, and the efficiency and efficiency of the inductive energy transmission system can be increased.

Die Erfindung stellt somit eine elektrische Schaltung bzw. eine Empfangseinheit bereit, welche insbesondere beim induktiven Laden von Elektrofahrzeugen einsetzbar ist und eine sehr gute Interoperabilität zwischen verschiedenen Systemen, z.B. zwischen einem 20 kW-System und einem 3 kW-System ermöglicht. Herkömmliche induktive Energieübertragungssysteme bzw. induktive Energieübertragungssystem mit herkömmlichen Empfangseinheiten verursachen dagegen höhere Verluste und verringern den Wirkungsgrad oder benötigen eine zusätzliche DC/DC-Stufe.The invention thus provides an electrical circuit or a receiving unit which can be used in particular for the inductive charging of electric vehicles and enables very good interoperability between different systems, e.g. between a 20 kW system and a 3 kW system. Conventional inductive energy transmission systems or inductive energy transmission systems with conventional receiving units, on the other hand, cause higher losses and reduce efficiency or require an additional DC/DC stage.

Die 3 zeigt ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen induktiven Energieübertragungssystems 500 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das erfindungsgemäße Energieübertragungssystem 500 umfasst eine Sendeeinheit 10 und eine erfindungsgemäße Empfangseinheit 200, welche bereits oben beschrieben wurden. Zusätzlich können Sendeeinheit 10 und Empfangseinheit 200 mit einem, insbesondere drahtlosen, Kommunikationssystem (in 3 nicht gezeigt) ausgestattet sein. D.h. die Sendeeinheit 10 und die Empfangseinheit 200 können jeweils einen Sender und/oder Empfänger aufweisen, die einen Informationsaustausch ermöglichen. Beispielsweise kann die Sendeeinheit 10 der Empfangseinheit 200 Informationen zur verwendeten Sendeleistung bzw. Empfangsleistung übermitteln.The 3 shows a schematic circuit diagram of an inductive energy transmission system 500 according to the invention according to a preferred embodiment. The energy conversion according to the invention The transmission system 500 includes a transmitter unit 10 and a receiver unit 200 according to the invention, which have already been described above. In addition, transmitter unit 10 and receiver unit 200 can be equipped with a, in particular wireless, communication system (in 3 not shown). That is to say that the transmission unit 10 and the reception unit 200 can each have a transmitter and/or receiver which enable information to be exchanged. For example, the transmission unit 10 can transmit information on the transmission power or reception power used to the reception unit 200 .

Die 4 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild eines induktiven Energieübertragungssystems, auf dessen Grundlage Berechnungen bzw. Simulationen durchgeführt werden können. Beispielsweise können auf Basis des Ersatzschaltbildes die Blindleistungen von Sendeeinheit, Empfangseinheit und des gesamten Systems aus Sendeeinheit und Empfangseinheit berechnet bzw. simuliert werden.The 4 shows a schematic equivalent circuit diagram of an inductive energy transmission system, on the basis of which calculations or simulations can be carried out. For example, based on the equivalent circuit diagram, the reactive powers of the transmitter unit, receiver unit and the entire system made up of transmitter unit and receiver unit can be calculated or simulated.

Bei den folgenden Modellrechnungen bezeichnet die Größe j die imaginäre Einheit. Unterstrichene Größen sind jeweils komplexe Größen, während nicht unterstrichene und groß geschriebene Größen Effektivwerte bzw. Beträge der komplexen Größen darstellen. Klein geschriebene Größen sind zeitabhängige Größen. Der Einfachheit halber wird jeweils der ohmsche Widerstand der Spulen vernachlässigt.In the following model calculations, the variable j designates the imaginary unit. Underlined quantities are complex quantities, while quantities that are not underlined and capitalized represent effective values or magnitudes of the complex quantities. Lowercase quantities are time-dependent quantities. For the sake of simplicity, the ohmic resistance of the coils is neglected.

Das Spulensystem kann durch drei Parameter beschrieben werden, nämlich die Selbstinduktivitäten L1 bzw. L2 von Sendespule 6 bzw. Empfangsspule 16, und die Gegeninduktivität M. Die Größe k = M L 1 L 2

Figure DE102014012703B4_0004
wird als Kopplungsfaktor bezeichnet. Zur Berechnung des grundlegenden Verhaltens des Systems wurde nur die Grundschwingung einer einzelnen sinusförmigen Spannungsquelle 1 betrachtet. Der sekundärseitige Gleichrichter, d.h. die Gleichrichterschaltung der Empfangseinheit, wurde einschließlich der Last, d.h. der Batterie 11, als sogenannter Ersatzlastwiderstand RL modelliert. Die Werte der Kondensatoren 8 und 18 der primärseitigen und sekundärseitigen Blindleistungskompensationseinheit wurden jeweils mit der gleichen Designfrequenz ωD, wie in der 4 dargestellt, dimensioniert.The coil system can be described by three parameters, namely the self-inductances L 1 and L 2 of the transmitter coil 6 and receiver coil 16, respectively, and the mutual inductance M. The size k = M L 1 L 2
Figure DE102014012703B4_0004
is called the coupling factor. To calculate the basic behavior of the system, only the fundamental frequency of a single sinusoidal voltage source 1 was considered. The rectifier on the secondary side, ie the rectifier circuit of the receiving unit, including the load, ie the battery 11, was modeled as a so-called equivalent load resistance R L . The values of the capacitors 8 and 18 of the primary-side and secondary-side reactive power compensation units were respectively calculated with the same design frequency ω D as in FIG 4 shown, dimensioned.

Unter Verwendung der Kirchhoff'schen Gesetze auf der Sekundärseite des Ersatzschaltbildes der 4 ergeben sich bei einer Betriebsfrequenz ω = ωD folgende Beziehungen: I _ 2 I _ 1 = j ω D M R L

Figure DE102014012703B4_0005
I 2 I 1 = | I _ 2 I _ 1 | = ω D M R L
Figure DE102014012703B4_0006
U 2 I 1 = = ω D M
Figure DE102014012703B4_0007
I 2 U 1 = 1 ω D M
Figure DE102014012703B4_0008
U 2 U 1 = R L ω D M
Figure DE102014012703B4_0009
Using Kirchhoff's laws on the secondary side of the equivalent circuit of the 4 the following relationships result at an operating frequency ω = ω D : I _ 2 I _ 1 = j ω D M R L
Figure DE102014012703B4_0005
I 2 I 1 = | I _ 2 I _ 1 | = ω D M R L
Figure DE102014012703B4_0006
u 2 I 1 = = ω D M
Figure DE102014012703B4_0007
I 2 u 1 = 1 ω D M
Figure DE102014012703B4_0008
u 2 u 1 = R L ω D M
Figure DE102014012703B4_0009

Dabei symbolisiert I1 den Strom durch die Primärspule und U1 die Spannung der Primärspule. Entsprechend symbolisiert I2 den Strom durch die Sekundärspule und U2 die Spannung der Sekundärspule.I 1 symbolizes the current through the primary coil and U 1 the voltage of the primary coil. Correspondingly, I 2 symbolizes the current through the secondary coil and U 2 the voltage of the secondary coil.

Die Blindleistung des gesamten induktiven Energieübertragungssystems berechnet sich zu Q g e s = I 1 2 ω D L 1 + I 2 2 ω D L 2

Figure DE102014012703B4_0010
The reactive power of the entire inductive energy transmission system is calculated to Q G e s = I 1 2 ω D L 1 + I 2 2 ω D L 2
Figure DE102014012703B4_0010

Mit Gleichung (4) ergibt sich Q g e s = ( R L k ω D L 2 + k ω D L 2 R L ) 1 k U 2 2 R L

Figure DE102014012703B4_0011
With equation (4) we get Q G e s = ( R L k ω D L 2 + k ω D L 2 R L ) 1 k u 2 2 R L
Figure DE102014012703B4_0011

Die gesamte Blindleistung hängt stark von dem sogenannten charakteristischen Verhältnis k ω D L 2 R L

Figure DE102014012703B4_0012
ab. Wegen min [x+1/x] = 2 für x = 1, folgt für die minimale Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems: Q min = Q ges ( k ω D L 2 R L = 1 ) = 2 k U 2 2 R L
Figure DE102014012703B4_0013
The total reactive power depends strongly on the so-called characteristic ratio k ω D L 2 R L
Figure DE102014012703B4_0012
away. Because min [x+1/x] = 2 for x = 1, it follows for the minimum reactive power of the inductive energy transmission system: Q at least = Q total ( k ω D L 2 R L = 1 ) = 2 k u 2 2 R L
Figure DE102014012703B4_0013

Die höchste Effizienz kann erreicht werden, wenn die gesamte Blindleistung, d.h. die Blindleistung des gesamten induktiven Energieübertragungssystems minimal ist. Somit arbeitet das induktive Energieübertragungssystem im Nennbetrieb am effizientesten, wenn das charakteristische Verhältnis möglichst nahe bei 1 liegt.The highest efficiency can be achieved when the total reactive power, i.e. the reactive power of the entire inductive energy transmission system is minimal. Thus, the inductive energy transmission system works most efficiently in nominal operation when the characteristic ratio is as close to 1 as possible.

Abhängig davon, ob die Gleichrichterschaltung im Vollbrückenmodus oder im Halbbrückenmodus betrieben wird, ergeben sich an der Batterie unterschiedliche Ströme bzw. Spannungen. Allgemein berechnet sich der Strom durch die Batterie wie folgt: I B a t = 1 T 0 T | i 2 ( t ) | d t

Figure DE102014012703B4_0014
Depending on whether the rectifier circuit is operated in full-bridge mode or in half-bridge mode, different currents or voltages result at the battery. In general, the current through the battery is calculated as follows: I B a t = 1 T 0 T | i 2 ( t ) | i.e t
Figure DE102014012703B4_0014

Damit ergibt sich für den Vollbrückenmodus: I Bat = 2 2 π I 2 0.9 I 2

Figure DE102014012703B4_0015
This results in the full bridge mode: I Bat = 2 2 π I 2 0.9 I 2
Figure DE102014012703B4_0015

Für den Halbbrückenmodus ergibt sich: I Bat = 2 π I 2 0.45 I 2

Figure DE102014012703B4_0016
For the half-bridge mode we get: I Bat = 2 π I 2 0.45 I 2
Figure DE102014012703B4_0016

Aus der Leistungsbilanz ergibt sich: I Bat U Bat = I 2 U 2

Figure DE102014012703B4_0017
U Bat = I 2 I Bat U 2
Figure DE102014012703B4_0018
The power balance gives: I Bat u Bat = I 2 u 2
Figure DE102014012703B4_0017
u Bat = I 2 I Bat u 2
Figure DE102014012703B4_0018

Somit folgt für die Vollbrücke: U Bat = π 2 2 U 2 1.11 U 2

Figure DE102014012703B4_0019
Thus it follows for the full bridge: u Bat = π 2 2 u 2 1.11 u 2
Figure DE102014012703B4_0019

Und für die Halbbrücke: U Bat = π 2 U 2 2.22 U 2

Figure DE102014012703B4_0020
And for the half bridge: u Bat = π 2 u 2 2.22 u 2
Figure DE102014012703B4_0020

Somit kann der Ersatzlastwiderstand RL wie folgt berechnet werden: R L = U 2 I 2

Figure DE102014012703B4_0021
Thus, the equivalent load resistance R L can be calculated as follows: R L = u 2 I 2
Figure DE102014012703B4_0021

Dabei ergibt sich der Ersatzlastwiederstand RL für die Vollbrücke zu: R L 0.81 U Bat I Bat

Figure DE102014012703B4_0022
The equivalent load resistance R L for the full bridge results in: R L 0.81 u Bat I Bat
Figure DE102014012703B4_0022

Und für die Halbbrücke ergibt sich der Ersatzlastwiderstand RL zu: R L 0.20 U Bat I Bat

Figure DE102014012703B4_0023
And for the half bridge, the equivalent load resistance R L results in: R L 0.20 u Bat I Bat
Figure DE102014012703B4_0023

Wie aus Gleichung (10) hervorgeht, arbeitet das System am effizientesten bei einem charakteristischen Verhältnis k ω D L 2 R L

Figure DE102014012703B4_0024
von ungefähr 1. Bei vorgegebenem Kopplungsfaktor k, Designfrequenz ωD und Ersatzlastwiederstand RL, sollte also die Selbstinduktivität der Empfangsspule als einstellbarer Parameter entsprechend gewählt werden. Bei einer Batteriespannung von 290 V bis 410 V, einem Kopplungsfaktor von 0,25 bis 0,35, einer konstanten Sende- bzw. Empfangs- bzw. Ladeleistung von 20 kW und einer Resonanzfrequenz von 140 kHz, kann die Selbstinduktivität L2 der Empfangsspule z.B. etwa 18 µH betragen.As can be seen from equation (10), the system works most efficiently at a characteristic ratio k ω D L 2 R L
Figure DE102014012703B4_0024
of approximately 1. With a given coupling factor k, design frequency ω D and equivalent load resistance R L , the self-inductance of the receiving coil should be selected accordingly as an adjustable parameter. With a battery voltage of 290 V to 410 V, a coupling factor of 0.25 to 0.35, a constant transmission or reception or charging power of 20 kW and a resonant frequency of 140 kHz, the self-inductance L 2 of the receiving coil, for example be about 18 µH.

Die 5a bis 5c zeigen Diagramme zu Simulationsergebnissen des charakteristischen Verhältnisses k ω D L 2 R L

Figure DE102014012703B4_0025
in Abhängigkeit der Batteriespannung für verschiedene Kopplungsfaktoren k mit L1 = 30 µH, L2 = 18 µH und ωD = 140 kHz. Dabei wurde bei der Simulation der 5a eine Empfangsleistung bzw. Batterie-Ladeleistung von PBat = 20 kW angenommen und die Simulation für den Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung durchgeführt. Bei der Simulation der 5b wurde die Empfangsleistung bzw. Batterie-Ladeleistung auf PBat = 3 kW reduziert und die Simulation ebenfalls für den Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung durchgeführt. Bei der Simulation der 5c wurde die Empfangsleistung bzw. Batterie-Ladeleistung von PBat = 3 kW beibehalten, dafür aber die Simulation für den Halbbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung durchgeführt.The 5a until 5c show diagrams of simulation results of the characteristic ratio k ω D L 2 R L
Figure DE102014012703B4_0025
depending on the battery voltage for different coupling factors k with L 1 = 30 µH, L 2 = 18 µH and ω D = 140 kHz. In the simulation, the 5a a received power or battery charging power of P Bat = 20 kW assumed and carried out the simulation for the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention. When simulating the 5b the received power or battery charging power was reduced to P Bat =3 kW and the simulation was also carried out for the full-bridge mode of the rectifier circuit according to the invention. When simulating the 5c the received power or battery charging power of P Bat = 3 kW was retained, but the simulation was carried out for the half-bridge mode of the rectifier circuit according to the invention.

Wie sich aus den Diagrammen der 5a und 5b ergibt, entfernt sich das charakteristische Verhältnis vom Idealwert 1 merklich, wenn die Sende-bzw. Empfangsleistung von 20 kW (5a) auf 3 kW (5b) reduziert wird und die Gleichrichterschaltung weiterhin im Vollbrückenmodus betrieben wird. Wird dagegen die Gleichrichterschaltung bei 3 kW im Halbbrückenmodus betrieben (5c), so rückt das charakteristische Verhältnis wieder näher an 1. Durch Umschalten der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung von dem Vollbrückenmodus in den Halbbrückenmodus kann somit erreicht werden, dass die Effizienz des induktiven Energieübertragungssystems deutlich gesteigert wird.As can be seen from the diagrams of 5a and 5b results, the characteristic ratio deviates noticeably from the ideal value 1 when the transmission or receiving power of 20 kW ( 5a) to 3 kW ( 5b) is reduced and the rectifier circuit continues to be operated in full-bridge mode. If, on the other hand, the rectifier circuit is operated at 3 kW in half-bridge mode ( 5c ), the characteristic ratio moves closer to 1 again. By switching the rectifier circuit according to the invention from the full-bridge mode to the half-bridge mode, it can thus be achieved that the efficiency of the inductive energy transmission system is significantly increased.

Die 6a bis 6c zeigen Diagramme zu Simulationsergebnissen der gesamten Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems in Abhängigkeit der Batteriespannung für verschiedene Kopplungsfaktoren k mit L1 = 30 µH, L2 = 18 µH und ωD = 140 kHz. Dabei wurde bei der Simulation der 6a eine Empfangsleistung bzw. Batterie-Ladeleistung von PBat = 20 kW angenommen und die Simulation für den Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung durchgeführt. Bei der Simulation der 6b wurde die Empfangsleistung bzw. Batterie-Ladeleistung auf PBat = 3 kW reduziert und die Simulation ebenfalls für den Vollbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung durchgeführt. Bei der Simulation der 6c wurde die Empfangsleistung bzw. Batterie-Ladeleistung von PBat = 3 kW beibehalten, dafür aber die Simulation für den Halbbrückenmodus der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung durchgeführt.The 6a until 6c show diagrams of simulation results of the total reactive power of the inductive energy transmission system depending on the battery voltage for different coupling factors k with L 1 = 30 µH, L 2 = 18 µH and ω D = 140 kHz. In the simulation, the 6a a received power or battery charging power of P Bat = 20 kW assumed and carried out the simulation for the full bridge mode of the rectifier circuit according to the invention. When simulating the 6b the received power or battery charging power was reduced to P Bat =3 kW and the simulation was also carried out for the full-bridge mode of the rectifier circuit according to the invention. When simulating the 6c the received power or battery charging power of P Bat = 3 kW was retained, but the simulation was carried out for the half-bridge mode of the rectifier circuit according to the invention.

Wie sich aus den Diagrammen der 6a bis 6c ergibt, reduziert sich die gesamte Blindleistung, d.h. die Blindleistung Qges des gesamten induktiven Energieübertragungssystems, wenn die Sende- bzw. Empfangsleistung von 20 kW auf 3 kW reduziert wird. Jedoch ist Qges bei Betrieb der Gleichrichterschaltung im Halbbrückenmodus (6c) deutlich kleiner als Qges bei Betrieb der Gleichrichterschaltung im Vollbrückenmodus (6b).As can be seen from the diagrams of 6a until 6c results, the total reactive power is reduced, ie the reactive power Q tot of the entire inductive energy transmission system when the transmission or reception power is reduced from 20 kW to 3 kW. However, when the rectifier circuit is operated in half-bridge mode, Q tot is ( 6c ) significantly smaller than Q tot when operating the rectifier circuit in full-bridge mode ( 6b) .

In den 7a bis 7c sind die gleichen Simulationen wie in den 6a bis 6c gezeigt, allerdings wurde die Gesamtblindleistung Qges auf die Sende- bzw.-Empfangs- bzw. Batterie-Ladeleistung normiert. Somit können die Kurven hinsichtlich der Effizienz des induktiven Energieübertragungssystems besser verglichen werden.In the 7a until 7c are the same simulations as in the 6a until 6c shown, but the total reactive power Q tot was normalized to the transmission or reception or battery charging power. Thus, the curves can be better compared in terms of the efficiency of the inductive energy transfer system.

Wie sich aus den Diagrammen der 7a und 7b ergibt, steigt der Blindleistungsanteil Qges/PBat deutlich an, wenn die Sende-bzw. Empfangsleistung von 20 kW (7a) auf 3 kW (7b) reduziert wird und die Gleichrichterschaltung im Vollbrückenmodus betrieben wird. Wird dagegen die Gleichrichterschaltung bei 3 kW im Halbbrückenmodus betrieben (7c), so wird der Blindleistungsanteil Qges/PBat deutlich kleiner als im Vollbrückenmodus. Durch Umschalten der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung von dem Vollbrückenmodus in den Halbbrückenmodus kann somit erreicht werden, dass die Effizienz des induktiven Energieübertragungssystems deutlich gesteigert wird.As can be seen from the diagrams of 7a and 7b results, the reactive power component Q tot / P Bat increases significantly when the transmission or receiving power of 20 kW ( 7a) to 3 kW ( 7b) is reduced and the rectifier circuit is operated in full bridge mode. If, on the other hand, the rectifier circuit is operated at 3 kW in half-bridge mode ( 7c ), the reactive power component Q tot /P Bat is significantly smaller than in full-bridge mode. By switching the rectifier circuit according to the invention from the full-bridge mode to the half-bridge mode, the efficiency of the inductive energy transmission system can be significantly increased.

Bezugszeichenlistereference list

11
Energiequelle / StromnetzEnergy source / power grid
22
Primärseitiger DC/DC-WandlerPrimary side DC/DC converter
44
Primärseitiger DC/AC-WandlerPrimary side DC/AC converter
66
Primärspule / SendespulePrimary coil / transmitter coil
88th
Primärseitige BlindleistungskompensationseinheitPrimary side reactive power compensation unit
1010
Primärkreis / SendeeinheitPrimary circuit / transmitter unit
1111
Last / Energiespeicher / Batterie bzw. Akkuload / energy storage / battery or accumulator
1212
Sekundärseitiger DC/DC-WandlerSecondary side DC/DC converter
1414
Sekundärseitiger AC/DC-Wandler / GleichrichterschaltungSecondary side AC/DC converter / rectifier circuit
1616
Sekundärspule / EmpfangsspuleSecondary coil / receiving coil
1818
Sekundärseitige BlindleistungskompensationseinheitSecondary reactive power compensation unit
2020
Sekundärkreis / EmpfangseinheitSecondary circuit / receiving unit
3030
Sekundärseitiger AC/DC-Wandler / GleichrichterschaltungSecondary side AC/DC converter / rectifier circuit
3232
Diodediode
3434
Diodediode
3636
Diodediode
3838
Diodediode
4040
SchalterSwitch
5050
Induktives EnergieübertragungssystemInductive energy transmission system
200200
Sekundärkreis / EmpfangseinheitSecondary circuit / receiving unit
500500
Induktives EnergieübertragungssystemInductive energy transmission system

Claims (10)

Empfangseinheit (200) für ein induktives Energieübertragungssystem (500), umfassend: - eine Empfangsspule (16) zum induktiven Erzeugen einer Wechselspannung; - eine Gleichrichterschaltung (30) zum Gleichrichten der erzeugten Wechselspannung, wobei die Gleichrichterschaltung (30) einen Schalter (40) aufweist, mit dem die Gleichrichterschaltung (30) in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann, wobei der erste Betriebsmodus auf eine erste Empfangsleistung abgestimmt ist und der zweite Betriebsmodus auf eine zweite Empfangsleistung abgestimmt ist, wobei sich die erste Empfangsleistung von der zweiten Empfangsleistung unterscheidet; und - eine Steuereinheit zum Steuern des Schalters (40), wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, die Empfangsleistung zu ermitteln, die ermittelte Empfangsleistung mit einem vorgegebenen Vergleichswert zu vergleichen, und den Schalter (40) zu öffnen, wenn die ermittelte Empfangsleistung mindestens so groß wie der vorbestimmte Vergleichswert ist und den Schalter (40) zu schließen, wenn die ermittelte Empfangsleistung kleiner als der vorbestimmte Vergleichswert ist.Receiving unit (200) for an inductive energy transmission system (500), comprising: - A receiving coil (16) for inductively generating an AC voltage; - a rectifier circuit (30) for rectifying the AC voltage generated, the rectifier circuit (30) having a switch (40) with which the rectifier circuit (30) can be operated in a first and a second operating mode, the first operating mode being switched to a first received power is tuned and the second mode of operation is tuned to a second received power, wherein the first received power differs from the second received power; and - a control unit for controlling the switch (40), the control unit being designed to determine the received power, to compare the determined received power with a predetermined comparison value, and to open the switch (40) if the determined received power is at least as great as the predetermined comparison value and to close the switch (40) when the received power determined is less than the predetermined comparison value. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 1, wobei die Gleichrichterschaltung (30) ausgelegt ist, im ersten Betriebsmodus die Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems (500) für die erste Empfangsleistung im Vergleich zur Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems (500) für die zweite Empfangsleistung zu reduzieren, und/oder wobei die Gleichrichterschaltung (30) ausgelegt ist, im zweiten Betriebsmodus die Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems (500) für die zweite Empfangsleistung im Vergleich zur Blindleistung des induktiven Energieübertragungssystems (500) für die erste Empfangsleistung zu reduzieren.Receiving unit (200) after claim 1 , wherein the rectifier circuit (30) is designed, in the first operating mode, to reduce the reactive power of the inductive energy transmission system (500) for the first received power compared to the reactive power of the inductive energy transmission system (500) for the second received power, and/or wherein the rectifier circuit (30 ) is designed to reduce the reactive power of the inductive energy transmission system (500) for the second reception power in comparison to the reactive power of the inductive energy transmission system (500) for the first reception power in the second operating mode. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Betriebsmodus ein Vollbrückenmodus und der zweite Betriebsmodus ein Halbbrückenmodus ist.Receiving unit (200) after claim 1 or 2 , wherein the first mode of operation is a full-bridge mode and the second mode of operation is a half-bridge mode. Empfangseinheit (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gleichrichterschaltung (30) als Vollbrückengleichrichter fungiert, wenn der Schalter (40) geöffnet ist, und wobei die Gleichrichterschaltung (30) als Halbbrückengleichrichter fungiert, wenn der Schalter (40) geschlossen ist.Receiving unit (200) according to any one of the preceding claims, wherein the rectifier circuit (30) acts as a full-bridge rectifier when the switch (40) is open, and wherein the rectifier circuit (30) acts as a half-bridge rectifier when the switch (40) is closed. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 4, wobei die Gleichrichterschaltung (30) vier Dioden (32, 34, 36, 38) umfasst und der Schalter (40) parallel zu einer der vier Dioden (32, 34, 36, 38) geschaltet ist.Receiving unit (200) after claim 4 , wherein the rectifier circuit (30) comprises four diodes (32, 34, 36, 38) and the switch (40) is connected in parallel with one of the four diodes (32, 34, 36, 38). Empfangseinheit (200) nach Anspruch 5, wobei die vier Dioden (32, 34, 36, 38) gemäß einer Graetzschaltung angeordnet und geschalten sind.Receiving unit (200) after claim 5 , wherein the four diodes (32, 34, 36, 38) are arranged and connected according to a Graetz circuit. Induktives Energieübertragungssystem (500) umfassend: - eine Sendeeinheit (10) zum Erzeugen von Energie in Form eines magnetischen Wechselfeldes; und - eine Empfangseinheit (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Empfangen und/oder Speichern zumindest eines Teils der von der Sendeeinheit (10) erzeugten Energie.Inductive energy transmission system (500) comprising: - A transmitter unit (10) for generating energy in the form of an alternating magnetic field; and - A receiving unit (200) according to any one of the preceding claims for receiving and / or storing at least part of the energy generated by the transmitting unit (10). Induktives Energieübertragungssystem (500) nach Anspruch 7, wobei der Vergleichswert derart bestimmt ist, dass ein charakteristisches Verhältnis k ω D L 2 R L
Figure DE102014012703B4_0026
des induktiven Energieübertragungssystems (500) kleiner als 2 ist, wobei k ein vorbestimmter Kopplungsfaktor zwischen der Sendeeinheit (10) und der Empfangseinheit (200), ωD eine vorbestimmte Resonanzfrequenz, L2 eine Induktivität der Empfangsspule (16) und RL ein vorbestimmter Ersatzlastwiderstand ist.
Inductive energy transmission system (500) according to claim 7 , wherein the comparison value is determined such that a characteristic ratio k ω D L 2 R L
Figure DE102014012703B4_0026
of the inductive energy transmission system (500) is less than 2, where k is a predetermined coupling factor between the transmitting unit (10) and the receiving unit (200), ω D is a predetermined resonance frequency, L 2 is an inductance of the receiving coil (16) and R L is a predetermined equivalent load resistance is.
Verfahren zum induktiven Übertragen von Energie, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer Empfangseinheit (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und - Betätigen des Schalters (40) der Gleichrichterschaltung (30) der Empfangseinheit (200) mit Hilfe der Steuereinheit derart, dass der Schalter (40) geöffnet ist bzw. wird, wenn die Empfangsleistung mindestens so groß wie der vorgegebene Vergleichswert ist und der Schalter (40) geschlossen ist bzw. wird, wenn die Empfangsleistung kleiner als der vorbestimmte Vergleichswert ist.Method for the inductive transmission of energy, comprising the steps: - providing a receiving unit (200) according to one of Claims 1 until 6 ; and - actuating the switch (40) of the rectifier circuit (30) of the receiving unit (200) using the control unit in such a way that the switch (40) is or becomes open when the received power is at least as great as the predetermined comparison value and the switch (40) is closed when the received power is less than the predetermined comparison value. Verwendung der Empfangseinheit (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder des induktiven Energieübertragungssystems (500) nach Anspruch 7 oder 8 zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs.Use of the receiving unit (200) according to one of Claims 1 until 6 and/or the inductive energy transmission system (500). claim 7 or 8th for inductive charging of an electric vehicle.
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