DE102014202747A1 - Device for detecting a positional deviation of the passive coil relative to the primary coil of an inductive charging system for a vehicle and associated method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug, mit – einem Doppelwicklungssystem, welches ein Ferritelement, eine erste Wicklung und eine auf der ersten Wicklung angeordnete zweite Wicklung aufweist, wobei die zweite Wicklung gegenüber der ersten Wicklung um einen vorbestimmten Winkel versetzt ist, und wobei das Doppelwicklungssystem die jeweils von dem Magnetfeld der Primärspule des induktiven Ladesystems in die jeweilige Wicklung induzierte Spannung über eine Ausgabeschnittstelle ausgibt; – einer Auswerteinheit, welche die induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems über eine Eingabeschnitte einliest und derart verarbeitet, dass eine Information hinsichtlich der Lageabweichung des an die passive Spule angrenzenden Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule des induktiven Ladesystems basierend auf den induzierten Spannungen bestimmt wird, und wobei die Auswerteeinheit eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe der Information hinsichtlich der bestimmten Lageabweichung des Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule des induktiven Ladesystems aufweist.The invention relates to a device for detecting a positional deviation of the passive coil relative to the primary coil of an inductive charging system for a vehicle, comprising a double winding system comprising a ferrite element, a first winding and a second winding disposed on the first winding, the second winding facing the first winding is offset by a predetermined angle, and wherein the double winding system outputs the respectively induced by the magnetic field of the primary coil of the inductive charging system in the respective winding voltage via an output interface; - An evaluation unit, which reads the induced voltages of the double winding system via an input cuts and processed so that information regarding the positional deviation of adjacent to the passive coil double winding system relative to the primary coil of the inductive charging system is determined based on the induced voltages, and wherein the evaluation unit Output interface for outputting the information regarding the specific positional deviation of the double winding system relative to the primary coil of the inductive charging system.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die zunehmende Verbreitung von Fahrzeugen mit einem Elektromotor als Antriebseinheit sowie eines Akkumulators als Energiespeicher für die elektrische Energie in dem Fahrzeug erfordert eine komfortable Lösung für das Wiederaufladen des Akkumulators. Für gewöhnlich wird hierzu bei einem abgestellten Fahrzeug der Akkumulator mit Hilfe eines Ladekabels physikalisch mit einer externen Stromquelle verbunden, was auch als ein konduktives Laden bezeichnet wird. Allerdings erfordert ein solcher Ansatz die Mitwirkung des Fahrers für das Aufladen, was aufgrund der bislang notwendigen Häufigkeit des Aufladens als unbequem erachtet wird und deshalb eine breitere Marktdurchdringung solcher Systeme erschwert.The increasing spread of vehicles with an electric motor as a drive unit and a battery as energy storage for the electrical energy in the vehicle requires a convenient solution for recharging the battery. Usually, in a parked vehicle, the accumulator is physically connected to an external power source by means of a charging cable, which is also referred to as a conductive charging. However, such an approach requires the driver's involvement in charging, which is considered inconvenient due to the hitherto necessary frequency of charging, and therefore complicates broader market penetration of such systems.
Anstelle des konduktiven Ladens stellt das induktive Laden eine innovative Lösung zum Aufladen des Energiespeichers von Elektrofahrzeugen dar. Das induktive Laden benötigt in vorteilhafter Weise keinerlei Mitwirkung des Fahrers für das Aufladen, es bietet Schutz vor Witterungseinflüssen und das Aufladen ist sicher gegenüber unerwünschten externen Einflüssen. Hierbei ist typischerweise die Primärspule des Transformators entweder im Straßenboden eingelassen oder als auf den Boden aufgelegte Ladeplatte ausgebildet und wird mittels einer geeigneten Elektronik mit dem Stromnetz verbunden. Die Sekundärspule (oder passive Spule) des Transformators ist typischerweise fest im Unterboden des Fahrzeugs montiert und ihrerseits mittels zugehöriger Leistungselektronik mit der Fahrzeugbatterie oder dem Energiespeicher verbunden. Zur Energieübertragung erzeugt die Primärspule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, welches die Sekundärspule durchdringt und in dieser einen entsprechenden Strom induziert. Da einerseits die übertragbare Leistung linear mit der Schaltfrequenz skaliert, andererseits die Schaltfrequenz durch die Ansteuerungselektronik und Verluste im Übertragungspfad begrenzt ist, ergibt sich ein typischer Frequenzbereich von 20 bis 150 kHz.Instead of the conductive charging inductive charging is an innovative solution for charging the energy storage of electric vehicles. The inductive charging advantageously requires no involvement of the driver for charging, it provides protection from the weather and charging is safe against unwanted external influences. Here, typically, the primary coil of the transformer is either embedded in the street floor or designed as a floor-mounted pallet and is connected by means of suitable electronics to the power grid. The secondary coil (or passive coil) of the transformer is typically fixedly mounted in the underbody of the vehicle and in turn connected by means of associated power electronics with the vehicle battery or the energy storage. For energy transmission, the primary coil generates a high-frequency alternating magnetic field which penetrates the secondary coil and induces a corresponding current in it. Since, on the one hand, the transmittable power scales linearly with the switching frequency, and on the other hand the switching frequency is limited by the control electronics and losses in the transmission path, this results in a typical frequency range of 20 to 150 kHz.
Die induktive Energieübertragung erfolgt über den Luftspalt zwischen den beiden Spulen. Um eine möglichst effiziente Energieübertragung zu realisieren, muss eine möglichst hohe Kopplung zwischen den beiden Spulen erreicht werden, was einer Minimierung des Streufelds gleichkommt. Aufgrund von physikalischen Gesetzmäßigkeiten steigen mit zunehmendem Spulenabstand die Verluste und der Wirkungsgrad reduziert sich. Um einen hohen Wirkungsgrad zu realisieren und gleichzeitig die energetischen Verluste zu reduzieren, müssen folglich die Primär- und Sekundärspule optimal zueinander positioniert werden, das heißt sowohl in Bezug auf den Höhenabstand als auch den Versatz in der Ebene, optimal wäre eine konzentrische Anordnung der beiden Spule bei einem gleichzeitig sehr geringen Abstand in Höhenrichtung. Erfahrungsgemäß ist es einem Fahrer ohne zusätzliche Hilfsmittel kaum möglich, diese Anforderungen hinsichtlich der Positionierung der beiden Spulen beim Abstellen bzw. beim Einparken des Fahrzeugs gezielt und reproduzierbar zu erfüllen, insbesondere im Hinblick auf den Versatz in der Ebene.The inductive energy transfer takes place via the air gap between the two coils. In order to realize the most efficient energy transfer, the highest possible coupling between the two coils must be achieved, which equates to minimizing the stray field. Due to physical laws, the losses increase with increasing coil spacing and the efficiency is reduced. In order to realize a high efficiency and at the same time to reduce the energy losses, therefore, the primary and secondary coils must be optimally positioned to each other, that is, both in terms of the height distance and the offset in the plane, optimally would be a concentric arrangement of the two coil at the same time a very small distance in the height direction. Experience has shown that it is hardly possible for a driver without additional aids to fulfill these requirements with regard to the positioning of the two coils when the vehicle is parked or parked in a targeted and reproducible manner, in particular with regard to the offset in the plane.
Die Anbringung der Sekundärspule am Fahrzeug kann an unterschiedlichen Stellen erfolgen, so zum Beispiel an dem Fahrzeugdach, am Nummernschild, unter dem Fahrzeug bzw. im Bereich des Unterbodens. In der Regel wird von allen Automobilherstellern die Positionierung der Sekundärspule unter dem Fahrzeug aufgrund einer möglichst geringen Einwirkung auf selbige im Falle eines Unfalls bevorzugt. Des Weiteren muss der Innenraum des Fahrzeugs gegenüber den bei der induktiven Energieübertragung an der Sekundärspule entstehenden Magnetfelder abgeschirmt werden, weshalb für gewöhnlich der Fahrzeugunterboden mit einem Blech eines nicht-magnetischen Werkstoffs, vorzugsweise aus Aluminium, abgeschirmt ist, um einen möglichen negativen Einfluss dieser Magnetfelder auf die Personen im Fahrzeug zu verhindern.The attachment of the secondary coil on the vehicle can be done at different locations, such as on the vehicle roof, on the license plate, under the vehicle or in the area of the subsoil. As a rule, the positioning of the secondary coil under the vehicle is preferred by all automobile manufacturers due to the least possible impact on it in the event of an accident. Furthermore, the interior of the vehicle must be shielded from the magnetic fields generated during the inductive energy transfer to the secondary coil, which is why usually the vehicle underbody is shielded with a sheet of non-magnetic material, preferably aluminum, to a possible negative influence of these magnetic fields to prevent the persons in the vehicle.
Ein Ansatz für eine kontaktlose Energieübertragung wird in der
Nachteilig ist hierbei, dass mit diesem Aufbau bei der Verwendung eines Abschirmblechs am Unterboden keine Information im Hinblick auf den Abstand zwischen der Primärspule und der Sekundärspule bestimmt werden kann. Außerdem ist eine Vielzahl von Spulen zur Ausbildung der Führungsspule erforderlich, damit eine Bestimmung für eine seitliche Abweichung der Sekundärspule von der Primärspule realisiert werden kann. Dadurch steigt jedoch neben der benötigten Anzahl von Bauteilen für die Führungsspule auch der Aufwand für die Auswertung der Messsignale zur Bestimmung der seitlichen Abweichung der Sekundärspule von der Primärspule. Schließlich ist die Gefahr für eine Deformation der einzelnen Spulen der Führungsspule durch das Vorhandensein von großen Magnetfeldern sehr hoch, da die Spulen der Führungsspule durch sehr große Magnetfelder von der Primärseite übersteuert werden, wodurch aufgrund einer sehr hohen Induktion ein Überschlag durch die hohe Spannung auf die Spule besteht. Dies wiederum führt zu einer Gefahr für eine Deformation der Spulen der Führungsspule.The disadvantage here is that with this structure when using a shielding plate on the subsoil no information with regard to the distance between the primary coil and the secondary coil can be determined. In addition, a plurality of coils for forming the guide coil is required so that a determination for a lateral deviation of the secondary coil can be realized by the primary coil. As a result, in addition to the required number of components for the guide coil and the cost of the evaluation of the measurement signals for determining the lateral deviation of the secondary coil of the primary coil increases. Finally, the risk of deformation of the individual coils of the guide coil through the presence of large magnetic fields very high, since the coils of the guide coil are overdriven by very large magnetic fields from the primary side, which is due to a very high induction, a rollover by the high voltage on the coil. This in turn leads to a risk of deformation of the coils of the guide coil.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug sowie das zugehörige erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug weisen den Vorteil auf, dass eine optimale Positionierung der passiven Spule an der Unterseite des Fahrzeugs in Bezug auf die Primärspule für das induktive Laden des Energiespeichers im Fahrzeug möglich ist, da nunmehr dem Fahrer beim Zusteuern auf die Primärspule Informationen bezüglich eventuell notwendiger Korrekturmanöver zur Verfügung gestellt werden können. Darüber hinaus sorgt die vorliegende Erfindung für eine Verhinderung einer Deformation der Führungsspule durch die hohen induzierten Spannungen, wie sie im Stand der Technik auftreten können.The inventive device for detecting a positional deviation of the passive coil relative to the primary coil of an inductive charging system for a vehicle and the associated inventive method for detecting a positional deviation of the passive coil relative to the primary coil of an inductive charging system for a vehicle have the advantage that an optimal positioning of the passive coil on the underside of the vehicle with respect to the primary coil for the inductive charging of the energy storage in the vehicle is possible because now the driver when driving on the primary coil information regarding any necessary correction maneuvers can be provided. In addition, the present invention provides for preventing deformation of the guide coil due to the high induced voltages that may occur in the prior art.
Zusätzlich dazu ist die vorstehend beschriebene Positionierung der Sekundärspule in Bezug auf die Primärspule mit einer Positionierungsspule möglich, welche lediglich ein einziges Bauteil aufweist, nämlich das erfindungsgemäße Doppelwicklungssystem. Somit können in vorteilhafter Weise das Gewicht der Vorrichtung verringert und Kosten für die Vorrichtung gespart werden. Darüber hinaus lassen sich mit der vorliegenden Anordnung negative EMV-Einflüsse der Kabel aus der Positionierungsspule gemäß dem Stand der Technik verhindern.In addition, the above-described positioning of the secondary coil with respect to the primary coil is possible with a positioning coil having only a single component, namely the double-winding system according to the invention. Thus, advantageously, the weight of the device can be reduced and costs for the device can be saved. In addition, the present arrangement can be used to prevent negative EMC effects of the cables from the positioning coil according to the prior art.
Zudem kann mit der vorliegenden Vorrichtung sowie mit dem zugehörigen Verfahren eine Erfassung der Lageabweichung der Sekundärspule gegenüber der Primärspule bei Konfigurationen eines Fahrzeugs erfolgen, das ein Abschirmblech für Magnetfelder aufweist oder nicht. Schließlich können für die Bestimmung von einer/mehreren Information(en) hinsichtlich der Lageabweichung des an die passive Spule angrenzenden Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule des induktiven Ladesystems Parameter verwendet werden, wie beispielsweise die induzierte Spannung, ein Kopplungsfaktor, die Schwingkreisgüte, die Impedanz oder andere Parameter.In addition, with the present device and with the associated method, a detection of the positional deviation of the secondary coil relative to the primary coil in configurations of a vehicle can take place, which has a shield plate for magnetic fields or not. Finally, parameters such as induced voltage, coupling factor, resonant circuit quality, impedance or other parameters may be used to determine one or more pieces of information regarding the positional deviation of the double coil system adjacent the passive coil from the primary coil of the inductive charging system ,
Der Kern der Erfindung ist es, für die Bestimmung der Lageabweichung der Sekundärspule gegenüber der Primärspule ein Doppelwicklungssystem einzusetzen, mit dem ein Detektieren der induzierten Spannungen trotz einem Abschirmblech im Bereich des Unterbodens möglich ist. Auf dem Abschirmblech ist die z-Komponente der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds der Primärspule Null (Bz = 0). Somit ist die Bestimmung der Lageabweichung nur durch das Detektieren der weiteren Komponenten Bx und By des Magnetfelds der Primärspule möglich, das heißt derjenigen Komponenten der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds, welche deren Wirkung in einer Ebene beschreiben. Die Komponenten Bx und By der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds der Primärspule sind nicht null und dabei deutlich größer als die Komponente Bz. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Komponenten Bx und By der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds detektierbar sind. Zu diesem Zweck wird das erfindungsgemäße Doppelwicklungssystem zur Verfügung gestellt, bei welchem um ein Ferritelement herum zwei voneinander getrennte, jedoch übereinander angeordnete Wicklungen ausgebildet sind. Des Weiteren umfasst die vorliegende Vorrichtung noch eine zugehörige Auswerteeinheit, welche die erfassten Messsignale des Doppelwicklungssystems für die Bestimmung einer Information hinsichtlich der Lageabweichung des an die passive Spule angrenzenden Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule des induktiven Ladesystems verwendet, basierend auf den induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems. Dabei ist bei der vorliegenden Vorrichtung nur noch eine einzige Signalverarbeitung in der Auswerteeinheit für die empfangenen induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems zur Bestimmung der Information hinsichtlich der Lageabweichung des an die passive Spule angrenzenden Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule notwendig. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit mittels einer Signalverbindung mit dem Doppelwicklungssystem verbunden, es ist jedoch auch eine drahtlose Übermittlung der induzierten Spannungen von dem Doppelwicklungssystem an die Auswerteeinheit möglich. Die Auswerteeinheit kann zusammen mit dem Doppelwicklungssystem in einem Gehäuse angeordnet sein. Alternativ dazu kann das Doppelwicklungssystem getrennt von der Auswerteeinheit angeordnet sein. Die Auswerteeinheit kann als ein selbstständiges Steuergerät ausgebildet sein, ihre Funktionalität kann jedoch auch in einem bereits bestehenden Steuergerät zusätzlich ausgebildet sein.The core of the invention is to use a double winding system for determining the positional deviation of the secondary coil relative to the primary coil, with which it is possible to detect the induced voltages despite a shielding plate in the region of the underbody. On the shielding plate, the z-component of the magnetic flux density of the magnetic field of the primary coil is zero (Bz = 0). Thus, the determination of the positional deviation is possible only by detecting the other components Bx and By of the magnetic field of the primary coil, that is to say those components of the magnetic flux density of the magnetic field which describe their effect in one plane. The components Bx and By of the magnetic flux density of the magnetic field of the primary coil are not zero and are significantly larger than the component Bz. For this reason, it is advantageous if the components Bx and By of the magnetic flux density of the magnetic field are detectable. For this purpose, the double-winding system according to the invention is provided, in which two separate, but superimposed windings are formed around a ferrite element. Furthermore, the present device also comprises an associated evaluation unit that uses the detected measurement signals of the double winding system for determining information regarding the positional deviation of the adjacent to the passive coil double winding system relative to the primary coil of the inductive charging system, based on the induced voltages of the double winding system. In this case, in the present device, only a single signal processing in the evaluation unit for the received induced voltages of the double winding system for determining the information regarding the positional deviation of adjacent to the passive coil double winding system relative to the primary coil is necessary. Preferably, the evaluation unit is connected to the double winding system by means of a signal connection, but it is also possible to wirelessly transmit the induced voltages from the double winding system to the evaluation unit. The evaluation unit can be arranged together with the double winding system in a housing. Alternatively, the double winding system may be arranged separately from the evaluation unit. The evaluation unit can be designed as an independent control unit, but its functionality can also be additionally configured in an already existing control unit.
Allgemein gilt für das vorliegende Doppelwicklungssystem, dass die Wicklungen jeweils mit einer möglichst geringen Ausdehnung in seiner Dickenrichtung ausgebildet sein sollen, damit die Wicklungen nicht weit aus dem Unterboden herausstehen. Dabei nimmt eine Wicklung mit möglichst geringer Ausdehnung in z-Richtung möglichst viel Flussdichte auf. Deshalb werden die Wicklungen um das Ferritelement herum gewickelt, um mehr Feldlinien durch die Wicklungen zu erhalten. Mit dem vorliegenden Doppelwicklungssystem kann in vorteilhafter Weise eine Richtungsdetektion lediglich auf Basis des Vergleichs zweier Amplituden einer Messgröße, hier insbesondere den induzierten Spannungen der beiden Wicklungen, realisiert werden. Des Weiteren hat ein Ferritelement die Eigenschaft, dass es die Feldlinien durchführt. Durch das Ferritelement werden mehr Feldlinien durch die Wicklungsfläche durchgehen, da die Ferrite in dem Ferritelement eine Saugkraft haben. Somit entsteht eine viel größere effektive Fläche der Wicklungen. Das Ferritelement ist vorzugsweise als eine Platte ausgebildet, insbesondere als eine quadratische Platte.Generally applies to the present double-winding system, that the windings should each be designed with the smallest possible extent in its thickness direction, so that the windings are not far out of the subsoil. In this case, a winding with the smallest possible expansion in the z-direction takes up as much flux density as possible. Therefore, the windings are wound around the ferrite member to pass through more field lines to get the windings. With the present double-winding system, a direction detection can be realized advantageously only on the basis of the comparison of two amplitudes of a measured variable, here in particular the induced voltages of the two windings. Furthermore, a ferrite element has the property that it performs the field lines. The ferrite element will allow more field lines to pass through the winding surface because the ferrites in the ferrite element have a suction force. This results in a much larger effective area of the windings. The ferrite element is preferably formed as a plate, in particular as a square plate.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann die Auswerteinheit aus den empfangenen induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems Informationen im Hinblick auf einen Winkel bestimmen, in welchem die Primärspule des induktiven Ladesystems gegenüber dem Doppelwicklungssystem in seitlicher Richtung zu dem Doppelwicklungssystem versetzt ist. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit aus den empfangenen induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems eine Information im Hinblick auf eine ungefähre Entfernung des Doppelwicklungssystems von der Primärspule bestimmen. Zusätzlich dazu ist es möglich, aus den empfangenen induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems eine Information im Hinblick auf die Frequenz der induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems zu bestimmen, sowie die Amplituden der induzierten Spannungen des Doppelwicklungssystems, sogar die absoluten oder die relativen Amplituden, für eine weitere Signalverarbeitung im Hinblick auf die Bestimmung der Lageabweichung der Sekundärspule bzw. des Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule zu verwenden.According to a further embodiment of the present device, the evaluation unit can determine from the received induced voltages of the double winding system information with regard to an angle in which the primary coil of the inductive charging system is offset relative to the double winding system in the lateral direction to the double winding system. Furthermore, the evaluation unit can determine from the received induced voltages of the double winding system information with regard to an approximate removal of the double winding system from the primary coil. In addition, it is possible to determine from the received induced voltages of the double winding system information regarding the frequency of the induced voltages of the double winding system, as well as the amplitudes of the induced voltages of the double winding system, even the absolute or relative amplitudes, for further signal processing With regard to the determination of the positional deviation of the secondary coil or the double winding system relative to the primary coil to use.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das Doppelwicklungssystem dazu vorgesehen sein, unterhalb eines magnetisch abschirmenden Elements für den Innenraum des Fahrzeugs angeordnet zu sein. Somit ist wie oberhalb erläutert die vorliegende Vorrichtung dazu in der Lage, die Bestimmung der Lageabweichung der Sekundärspule bzw. des Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule auch für den Fall durchzuführen, wenn lediglich zwei Komponenten der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds (speziell Bx und By, siehe hierzu
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung können die magnetischen Feldverhältnisse des magnetisch abschirmenden Elements für den Innenraum des Fahrzeugs bei der Bestimmung der Information hinsichtlich der Lageabweichung des Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule des induktiven Ladesystems berücksichtigt werden. Hierbei wird speziell der Umstand berücksichtigt, dass lediglich zwei Komponenten der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds (speziell Bx und By) der Primärspule ermittelt werden können, so dass das vorliegende Doppelwicklungssystem trotz dieser Beschränkung aufgrund des magnetisch abschirmenden Elements für den Innenraum des Fahrzeugs für eine optimale und eindeutige Bestimmung der beiden Komponenten des Magnetfelds der Primärspule in der Nähe des magnetisch abschirmenden Elements für den Innenraum des Fahrzeugs ausgebildet ist.According to a further embodiment of the present device, the magnetic field relationships of the magnetically shielding element for the interior of the vehicle in the determination of the information regarding the positional deviation of the double winding system relative to the primary coil of the inductive charging system can be considered. In this case, the fact that only two components of the magnetic flux density of the magnetic field (specifically Bx and By) of the primary coil can be determined is taken into account, so that the present double-winding system despite this limitation due to the magnetic shielding element for the interior of the vehicle for optimal and unambiguous determination of the two components of the magnetic field of the primary coil is formed in the vicinity of the magnetic shielding element for the interior of the vehicle.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das Doppelwicklungssystem im Wesentlichen im Bereich der Mittelachse des Fahrzeugs auf dessen Unterseite angeordnet sein, und eine Diagonale des Doppelwicklungssystems kann in Bezug auf die Längserstreckung des Fahrzeugs mit dieser kongruent sein. Bei dieser Gestaltung des Doppelwicklungssystems sind insbesondere bei einem quadratischen Ferritelement die Wicklungen jeweils um 45° gegenüber der Mittelachse des Fahrzeugs in einer Richtung versetzt angeordnet, wodurch ein Rauschen der induzierten Spannungen in dem Doppelwicklungssystem wesentlich verringert ist, und somit ist eine optimale Bestimmung der Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems möglich.According to a further embodiment of the present device, the double-winding system may be arranged substantially in the region of the center axis of the vehicle on the underside thereof, and a diagonal of the double-winding system may be congruent with the longitudinal extent of the vehicle with this. In this design of the double-winding system, in particular with a square ferrite element, the windings are each offset by 45 ° relative to the central axis of the vehicle in one direction, whereby noise of the induced voltages in the double winding system is substantially reduced, and thus an optimal determination of the positional deviation is passive coil relative to the primary coil of an inductive charging system possible.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann die zweite Wicklung gegenüber der ersten Wicklung um 90° versetzt sein. Diese Anordnung sorgt in vorteilhafter Weise dafür, dass die Signalverarbeitung in der Auswerteeinheit vereinfacht und die Herstellung der beiden Wicklungen auf dem Ferritelement einfach und kostengünstig herstellbar ist.According to a further embodiment of the present device, the second winding may be offset from the first winding by 90 °. This arrangement advantageously ensures that the signal processing in the evaluation unit is simplified and the production of the two windings on the ferrite element is simple and inexpensive to produce.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann die Querschnittsfläche der ersten Wicklung im Wesentlichen gleich groß wie die Querschnittsfläche der zweiten Wicklung sein. Dies weist den Vorteil auf, dass man die induzierten Spannungen der beiden Wicklungen direkt miteinander vergleichen kann, wodurch die Signalverarbeitung in der Auswerteeinheit vereinfacht wird. Allgemein gilt jedoch, dass in jeder Wicklung die Abstände von benachbarten Schlaufen einer Wicklung vorzugsweise konstant sind, so dass eine gleichmäßige Erfassung des Magnetfelds der Primärspule möglich ist. Außerdem weisen die beiden Wicklungen bevorzugt jeweils eine identische Anzahl von Windungen auf.According to a further embodiment of the present device, the cross-sectional area of the first winding may be substantially the same as the cross-sectional area of the second winding. This has the advantage that one can compare the induced voltages of the two windings directly with each other, whereby the signal processing in the evaluation unit is simplified. Generally, however, in each winding, the distances from adjacent loops of a winding are preferably constant, so that a uniform detection of the magnetic field of the primary coil is possible. In addition, the two windings preferably each have an identical number of turns.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann die Querschnittsfläche der ersten Wicklung von der Querschnittsfläche der zweiten Wicklung verschieden sein. In diesem Fall sind dann die induzierten Spannungen der beiden Wicklungen an einer Stelle des Magnetfelds der Primärspule unterschiedlich groß.According to a further embodiment of the present device, the cross-sectional area of the first winding may be different from the cross-sectional area of the first winding different second winding. In this case, the induced voltages of the two windings are then different in size at a position of the magnetic field of the primary coil.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das Ferritelement eine quadratische Gestalt aufweisen, und die Querschnittsfläche der ersten Wicklung ist im Wesentlichen gleich groß wie die Querschnittsfläche der zweiten Wicklung. Eine quadratische Gestalt des Ferritelements hat den Vorteil, dass wenn die erste Wicklung und die zweite Wicklung exakt gleiche Abmessungen (hier insbesondere denselben Querschnitt und dieselbe Windungszahl) haben, dann sind die induzierten Spannungen in der jeweiligen Wicklung ebenfalls gleich. Somit ergibt sich die jeweils induzierte Spannung in einer Wicklung zu Ui = N·2π·f·B·Asekundär. Hierbei bezeichnet N die Windungszahl, f die Frequenz des Magnetfelds der Primärspule und Asekundär diejenige Fläche, welche der Sekundärspule zugewandt und auf dem Ferritelement aufgespannt ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Wicklungen unterschiedliche Windungszahlen und unterschiedliche Querschnitte entlang des Ferritelements haben, so dass die induzierte Spannung in den beiden Wicklungen nicht gleich ist.According to a further embodiment of the present device, the ferrite element may have a square shape, and the cross-sectional area of the first winding is substantially the same size as the cross-sectional area of the second winding. A quadratic shape of the ferrite element has the advantage that if the first winding and the second winding have exactly the same dimensions (here in particular the same cross section and the same number of turns), then the induced voltages in the respective winding are also the same. Thus, the respectively induced voltage in a winding results in U i = N * 2π * f * B * A secondary . Here, N denotes the number of turns, f the frequency of the magnetic field of the primary coil and A secondarily that surface, which faces the secondary coil and is clamped on the ferrite element. Alternatively, it is also possible that the windings have different numbers of turns and different cross sections along the ferrite element, so that the induced voltage in the two windings is not the same.
Gemäß dem nebengeordneten Anspruch wird ein Verfahren zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, mit den Schritten:
- a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug;
- b) Positionieren der Vorrichtung zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug in den Bereich des Magnetfelds der Primärspule;
- c) Erfassen einer ersten induzierten Spannung in der ersten Wicklung des Doppelwicklungssystems und einer zweiten induzierten Spannung in der zweiten Wicklung des Doppelwicklungssystems und Ausgeben der erfassten ersten und zweiten induzierten Spannung mit Hilfe der Ausgabeschnittstelle an die Auswerteeinheit;
- d) Bestimmen, in der Auswerteeinheit, einer Information hinsichtlich der Lageabweichung des an die passive Spule angrenzenden Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule des induktiven Ladesystems, basierend auf den ersten und zweiten induzierten Spannungen; und
- e) Ausgeben, von der Auswerteeinheit, der Information hinsichtlich der Lageabweichung des Doppelwicklungssystems gegenüber der Primärspule des induktiven Ladesystems an der Ausgabeschnittstelle der Auswerteeinheit.
- a) providing a device according to the invention for detecting a positional deviation of the passive coil relative to the primary coil of an inductive charging system for a vehicle;
- b) positioning the device for detecting a positional deviation of the passive coil relative to the primary coil of a vehicle inductive charging system in the region of the magnetic field of the primary coil;
- c) detecting a first induced voltage in the first winding of the double winding system and a second induced voltage in the second winding of the double winding system and outputting the detected first and second induced voltages by means of the output interface to the evaluation unit;
- d) determining, in the evaluation unit, information regarding the positional deviation of the double coil system adjacent to the passive coil with respect to the primary coil of the inductive charging system, based on the first and second induced voltages; and
- e) output, of the evaluation unit, the information regarding the positional deviation of the double winding system relative to the primary coil of the inductive charging system at the output interface of the evaluation unit.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erklärt. Es zeigt dabeiThe present invention will be explained with reference to the accompanying drawings. It shows
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den folgenden Ausführungen beziehen sich dieselben Bezugszeichen auf dieselben Elemente über die einzelnen Figuren hinweg.In the following embodiments, the same reference numerals refer to the same elements across the individual figures.
Das Ferritelement
Dabei wird von einer Primärspule
Bezugnehmend auf
Das Doppelwicklungssystem
Das Fahrzeug weist ein magnetisch abschirmendes Element
Bezugnehmend auf
Da in dieser Situation die Konfiguration der Vorrichtung zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug gleich wie diejenige gemäß
Wird das Fahrzeug in Richtung zu der Primärspule
Auf diese Weise kann die vorliegende Vorrichtung zum Erfassung einer Lageabweichung der passiven Spule gegenüber der Primärspule eines induktiven Ladesystems für ein Fahrzeug bestimmen, dass sich das Fahrzeug nicht auf einer optimalen Bahn auf die Primärspule
Bei dieser Anordnung ist für das vorliegende Doppelwicklungssystem
In diesem Fall ist für das vorliegende Doppelwicklungssystem
Dabei soll mit Hilfe des Doppelwicklungssystems und der ausgegebenen Induktionsspannung die Sekundärspule
Um die Sekundärspule
Die
Ab einem bestimmten Abstand (in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfelds der Primärspule
Wenn das Fahrzeug
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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