DE102014222475A1

DE102014222475A1 - Übertragungssystem, Verfahren und Fahrzeuganordnung

Info

Publication number: DE102014222475A1
Application number: DE102014222475.6A
Authority: DE
Inventors: Oliver Blum; Philipp Schumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-25
Also published as: WO2016071029A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Übertragungssystem zum kontaktlosen Übertragen von Energie von einer Energiequelle, welche eine Versorgungsleistung bereitstellt, an einen Verbraucher oder von dem Verbraucher an die Energiequelle, mit einer Übertragungseinrichtung zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie, mit einer Gleichrichtereinrichtung, welche mit der Energiequelle gekoppelt ist und ausgebildet ist, elektrische Energie aus der Energiequelle bereitzustellen und in die Energiequelle einzuspeisen, mit einer ersten Wechselrichtereinrichtung, welche zwischen der Gleichrichtereinrichtung und der Übertragungseinrichtung angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die bereitgestellte elektrische Energie aus der Energiequelle an die Übertragungseinrichtung zu übertragen und elektrische Energie von der Übertragungseinrichtung an die Gleichrichtereinrichtung zu übertragen, mit einer zweiten Wechselrichtereinrichtung, welche zwischen der Übertragungseinrichtung und dem Verbraucher angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie von der Übertragungseinrichtung an den Verbraucher zu übertragen und elektrische Energie von dem Verbraucher an die Übertragungseinrichtung zu übertragen, wobei die erste Wechselrichtereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Menge der übertragenen elektrischen Energie durch eine Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation der Steuersignale der ersten Wechselrichtereinrichtung einzustellen und die zweite Wechselrichtereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Menge der übertragenen elektrischen Energie durch eine Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation der Steuersignale der zweiten Wechselrichtereinrichtung einzustellen. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Fahrzeuganordnung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem zum kontaktlosen Übertragen von Energie. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren und eine Fahrzeuganordnung.
Stand der Technik
Heute werden elektrische Energiespeicher in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Insbesondere in mobilen Anwendungen werden z.B. Batterien als Energiespeicher eingesetzt.
Beispielsweise werden Batterien in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen als Energiespeicher eingesetzt, um Energie für den elektrischen Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs bereitzustellen.
Um eine Batterie als Energiespeicher in einem Fahrzeug einsetzen zu können, muss zusätzlich eine Möglichkeit zum Laden der Batterie bereitgestellt werden.
Heute ist es üblich, Hochvoltbatterien in einem Fahrzeug z.B. über einen galvanischen Anschluss an das öffentliche Stromnetz zu laden. Dazu kann z.B. in einer Garage eines Hauses ein Ladeadapter installiert werden, an welchen das jeweilige Fahrzeug über ein Kabel angeschlossen werden kann. Alternativ befindet sich der Ladeadapter auf Fahrzeugseite und kann an eine herkömmliche Steckdose angeschlossen werden.
Die EP2623363 zeigt eine herkömmliche Ladeeinrichtung für Energiespeicher.
Ferner sind heute induktive Ladeanordnungen bekannt, bei welchen Energie von dem Ladeadapter an das Fahrzeug kabellos über eine induktive Kopplung zweier Spulen übertragen wird.
Beim sogenannten induktiven Laden von Elektrofahrzeugen wird die für das Laden der Fahrzeugbatterie notwendige Energie nicht über ein Ladekabel zum Fahrzeug übertragen (konduktives Laden), sondern über einen Transformator mit großem Luftspalt kontaktlos übertragen. Hierbei ist typischerweise die Primärspule des Transformators entweder im Boden eingelassen oder als auf den Boden aufgelegte Ladeplatte ausgeformt und wird mittels einer geeigneten Elektronik mit dem Stromnetz verbunden. Die Sekundärspule des Transformators ist typischerweise fest im Unterboden des Fahrzeugs montiert und ihrerseits mittels geeigneter Elektronik mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Zur Energieübertragung erzeugt die Primärspule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das die Sekundärspule durchdringt und dort einen entsprechenden Strom induziert.
Da einerseits die übertragbare Energie linear mit der Schaltfrequenz skaliert, andererseits die Schaltfrequenz durch die Ansteuerungselektronik, Verluste im Übertragungspfad und gesetzliche Grenzwerte bezüglich magnetischer Felder begrenzt ist, ergibt sich ein typischer Frequenzbereich von 10–150 kHz.
In 5 ist eine herkömmliche induktive Ladeanordnung gezeigt. Kernstück der Elektronik, die die Primärspule mit dem Stromnetz verbindet, ist ein mit hoher Schaltfrequenz betriebener Wechselrichter. Der Stromfluss ergibt sich typischerweise durch Anregung des durch die Primärspule und eine entsprechende Kompensationskapazität gebildeten Schwingkreises. Verschiedene Resonanzanordnungen mit zusätzlichen Resonanzelementen sind hierbei prinzipiell möglich.
Die resonante Last kann hierbei ausgenutzt werden, um den Wechselrichter im sogenannten Zero Voltage Switching Mode (ZVS) und/oder Zero Current Switching Mode (ZCS) zu betreiben. Bei diesem vollresonanten Betrieb entstehen nur geringe Schaltverluste in den zur Schaltung verwendeten Halbleiterbauelementen. Die Kombination der beiden Schwingkreise zuzüglich Wechselrichter und Gleichrichter kann für die Ladung einer Batterie mit festgelegtem Spannungsbereich und entsprechender Ladeleistung ausgelegt werden.
Wird als Resonanzanordnung beispielhaft die sogenannte Serien-Serien-Kompensation mit Serienschwingkreisen auf Primär- und Sekundärseite verwendet, so ergibt sich, dass der Primärspulenstrom von der Batteriespannung, nicht aber vom Ladestrom abhängt. Da die Leitungsverluste in den Spulen und im Wechselrichter einen wesentlichen Beitrag zu den Gesamtverlusten des Systems leisten, wird deutlich, dass diese Anordnung bei Teillastbetrieb, d.h. reduziertem Ladestrom, bezogen auf die Übertragungsleistung signifikant ansteigende Verluste und damit eine signifikant geringere Gesamteffizienz der Energieübertragung aufweist. Dieses Problem kann durch eine Reduktion der (in dem beschriebenen Aufbau durch die Batterie vorgegebenen) Sekundärspannung des Systems behoben werden. Ein geläufiger Ansatz ist der Einsatz eines zusätzlichen DC/DC-Wandlers bzw. Impedanzwandlers (aktiv oder passiv) auf Sekundärseite. Ein solcher Wandler auf Sekundärseite, d.h. im Fahrzeug, ist jedoch auf Grund von Gewichts- und Bauraumrestriktionen sowie auf Grund von Verlusten in Schaltelementen und/oder passiven Bauelementen unvorteilhaft.
Ferner ist es heute wünschenswert, elektrische Energie auch aus dem Fahrzeug in das öffentliche Stromnetz zu übertragen, um z.B. im Rahmen einer Erweiterung des öffentlichen Stromnetzes zu einem sog. „Smart-Grid“ eine dezentrale Stromversorgung oder einen Pufferspeicher bereitstellen zu können.
Zur Rückspeisung von elektrischer Energie in das öffentliche Stromnetz müssen alle Komponenten der oben beschriebenen Anordnung bidirektional ausgelegt werden. Hierfür müssten sowohl der Wechselrichter als auch der Gleichrichter und insbesondere auch der DC/DC-Wandler aufwändig angepasst werden. Auch der Netzgleichrichter und die PFC, Power Factor Correction, müssen aufwändig an den bidirektionalen Betrieb angepasst werden, insbesondere, da die Netzfrequenz von 50Hz bzw. 60Hz mit der Schaltfrequenz des Wechselrichters nachgebildet werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Übertragungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und eine Fahrzeuganordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Übertragungssystem zum kontaktlosen Übertragen von Energie von einer Energiequelle, welche eine Versorgungsleistung bereitstellt, an einen Verbraucher oder von dem Verbraucher an die Energiequelle, mit einer Übertragungseinrichtung zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie, mit einer Gleichrichtereinrichtung, welche mit der Energiequelle gekoppelt ist und ausgebildet ist, elektrische Energie aus der Energiequelle bereitzustellen und in die Energiequelle einzuspeisen, mit einer ersten Wechselrichtereinrichtung, welche zwischen der Gleichrichtereinrichtung und der Übertragungseinrichtung angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die bereitgestellte elektrische Energie aus der Energiequelle an die Übertragungseinrichtung zu übertragen und elektrische Energie von der Übertragungseinrichtung an die Gleichrichtereinrichtung zu übertragen, mit einer zweiten Wechselrichtereinrichtung, welche zwischen der Übertragungseinrichtung und dem Verbraucher angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie von der Übertragungseinrichtung an den Verbraucher zu übertragen und elektrische Energie von dem Verbraucher an die Übertragungseinrichtung zu übertragen, wobei die erste Wechselrichtereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Menge der übertragenen elektrischen Energie durch eine Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation der Steuersignale der ersten Wechselrichtereinrichtung einzustellen und die zweite Wechselrichtereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Menge der übertragenen elektrischen Energie durch eine Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation der Steuersignale der zweiten Wechselrichtereinrichtung einzustellen.
Ferner ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum kontaktlosen Übertragen von elektrischer Energie von einer Energiequelle, welche eine Versorgungsenergie bereitstellt, an einen Verbraucher oder von dem Verbraucher an die Energiequelle, mit den Schritten zyklisches Schalten einer elektrischen Versorgungsenergie einer Energiequelle an eine Übertragungseinrichtung, welche zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie ausgebildet ist in einem ersten Betriebsmodus und zyklisches Schalten einer elektrischen Energie des Verbrauchers an die Übertragungseinrichtung in einem zweiten Betriebsmodus, kontaktloses Übertragen der elektrischen Energie in der Übertragungseinrichtung, zyklisches Schalten der von der Übertragungseinrichtung bereitgestellten elektrischen Energie an den Verbraucher in dem ersten Betriebsmodus und zyklisches Schalten der von der Übertragungseinrichtung bereitgestellten elektrischen Versorgungsenergie an die Energiequelle in dem zweiten Betriebsmodus, wobei in mindestens einem der Schritte des zyklischen Schaltens die jeweilige übertragene elektrische Energie durch Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation geregelt wird.
Schließlich ist vorgesehen:
Eine Fahrzeuganordnung mit einem erfindungsgemäßen Übertragungssystem, mit einem Fahrzeug, wobei die Gleichrichtereinrichtung in dem Fahrzeug angeordnet ist, und wobei die Wechselrichtereinrichtung außerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist, und wobei die Übertragungseinrichtung zumindest teilweise in dem Fahrzeug und teilweise außerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass eine herkömmliche Schaltung zum induktiven Laden von Elektrofahrzeugen nur mit hohem Aufwand auf einen bidirektionalen Betrieb umgerüstet werden kann.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und ein Übertragungssystem vorzusehen, bei welchem sowohl auf der Primärseite, also netzseitig, als auch auf der Sekundärseite, also auf der Seite des Verbrauchers, jeweils gesteuerte Wechselrichtereinrichtungen eingesetzt werden, die basierend auf einer geeigneten Schaltstrategie angesteuert werden.
Demzufolge sieht die vorliegende Erfindung ein Übertragungssystem vor, bei welchem beispielhaft die erste, auch primäre genannte, Wechselrichtereinrichtung und/oder die zweite, auch sekundäre genannte, Wechselrichtereinrichtung die übertragene elektrische Energie bidirektional in allen auslegungsrelevanten Betriebspunkten auch unter Beibehaltung des gewünschten ZVS- und/oder ZCS-Betriebsmodus (Zero Voltage Switching bzw. Zero Current Switching, weichschaltender Betrieb) regeln können.
Dabei wird unter einer Pulsmustermodulation verstanden, dass die erste (primäre) Wechselrichtereinrichtung und/oder die zweite (sekundäre) Wechselrichtereinrichtung derart angesteuert werden, dass die Übertragungseinrichtung mit pulsartigen Signalen, z.B. Rechtecksignalen, angesteuert wird. Die Pulsmustermodulation besteht beispielhaft darin, die Frequenz, Anzahl bzw. Reihenfolge dieser pulsartigen Signale zu steuern. Dies kann für die erste Wechselrichtereinrichtung oder die zweite Wechselrichtereinrichtung bedeuten, dass das Übertragungssystem statt mit einem monofrequenten Rechtecksignal mit einem Rechtecksignal einer Grundfrequenz mit ausgelassenen Halb- oder Vollwellen angesteuert wird.
Für den Fall einer Übertragung von elektrischer Energie an den Verbraucher bedeutet dies ferner, dass die zweite Wechselrichtereinrichtung als gesteuerte Gleichrichtereinrichtung arbeitet, die nicht alle Halb- oder Vollwellen des von der Übertragungseinrichtung übertragenen Stromsignals gleichrichtet und zum Verbraucher weiterleitet, sondern über einen gesteuerten Kurzschluss des Eingangs des zweiten Wechselrichters einige Halb- oder Vollwellen ausgelassen werden und im sekundären Schwingkreis der Übertragungseinrichtung rezirkulieren.
Im Falle der Übertragung elektrischer Energie von dem Verbraucher an die Energiequelle, z.B. Rückspeisung in das öffentliche Stromnetz, gilt das soeben Beschriebene analog für die erste Wechselrichtereinrichtung.
Bei weichschaltenden Topologien, die insbesondere auch bei höherer Übertragungsleistung und höherer Übertragungsfrequenz eingesetzt werden können, werden die Halbleiter-Schalter nur bei sehr kleinem Strom, nahe am Nulldurchgang des periodischen Stromsignals, oder sehr kleiner Spannung, während die parallele Freilaufdiode den Strom führt, betätigt.
Wenn bei der Leistungsmodulation nur komplette Sinus-Halbwellen ausmaskiert werden, ist das sogenannte weiche Schalten im Unterschied zu anderen Modulationsarten auch bei Teillast weiterhin möglich. Durch das Auslassen von Halbwellen wird im zeitlichen Mittel eine geringere Spannung an der Übertragungseinrichtung angelegt, ohne dass die Spannung z.B. durch einen DC/DC-Wandler geregelt werden muss. Dennoch kann es auch unter Umständen von Vorteil sein, die Modulation nicht durch das Auslassen von Voll- oder Halbwellen, sondern durch die Variation der Pulsbreite des Ansteuersignals vorzunehmen (Pulsweitenmodulation oder auch Pulsbreitenmodulation).
Die Erfindung legt somit einen Systementwurf vor, der einerseits minimalen Hardware-Aufwand darstellt, da keine zusätzlichen passiven und aktiven Elemente benötigt werden, und andererseits auch bei hohen Leistungen, Voll- und Teillastbetrieb sowie bidirektionaler Leistungsübertragung einen optimalen Wirkungsgrad erreicht. Zudem können die Topologie und die Schaltstrategie bei hohen Frequenzen eingesetzt werden, was durch den weichschaltenden Betrieb ermöglicht wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
In einer Ausführungsform weist das Übertragungssystem eine Steuereinrichtung auf, welche mit der Gleichrichtereinrichtung und der ersten Wechselrichtereinrichtung und der zweiten Wechselrichtereinrichtung gekoppelt ist und für eine Vielzahl von Arbeitspunkten des Übertragungssystems für die erste Wechselrichtereinrichtung und/oder für die zweite Wechselrichtereinrichtung jeweils ein Schaltmuster vorgegebener oder variabler Länge aufweist, wobei jede Stelle des Schaltmusters eine Halbwelle oder eine Vollwelle der jeweiligen elektrischen Spannung oder des jeweiligen elektrischen Stroms kennzeichnet, und wobei die Steuereinrichtung insbesondere ausgebildet ist, jeweils in Abhängigkeit eines der Schaltmuster die erste Wechselrichtereinrichtung und/oder die zweite Wechselrichtereinrichtung, insbesondere synchron, zu steuern. Werden die Schaltvorgänge der Wechselrichtereinrichtung und der Gleichrichtereinrichtung synchronisiert, wird der Wirkungsgrad verbessert und Blindströme im System verringert.
In einer Ausführungsform sind die Schaltmuster oder Pulsweiten in einer der Wechselrichtereinrichtungen oder in beiden Wechselrichtereinrichtungen für die Übertragung elektrischer Energie von dem Verbraucher an die Übertragungseinrichtung und von der Übertragungseinrichtung an die Energiequelle derart ausgebildet, dass die Amplitude der Spannung und/oder des Stroms, welcher von der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 an die Gleichrichtereinrichtung 9 ausgegeben wird, der Amplitude der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle folgen. Dadurch kann mit Hilfe der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 die Energieübertragung derart gesteuert werden, dass keine weitere Leistungsfaktorkorrektur mehr notwendig ist. Ferne kann auf diese Art eine sinusartige Spannung bzw. ein sinusartiger Strom in die Energiequelle eingespeist werden, auch, wenn die Gleichrichtereinrichtung z.B. lediglich zwei Schaltvorgänge z.B. pro 50Hz oder 60Hz Periode durchführt.
In einer Ausführungsform ist die Gleichrichtereinrichtung dazu ausgebildet, bei einer Übertragung von elektrischer Versorgungsenergie von der Übertragungseinrichtung an die Gleichrichtereinrichtung durch die erste Wechselrichtereinrichtung die elektrische Versorgungsenergie an die Energiequelle weiterzuleiten und die Polarität der Spannung und/oder des Stroms der ausgegebenen elektrischen Versorgungsenergie an die Polarität einer Spannung und/oder eines Stroms der Energiequelle, insbesondere mit der Frequenz und/oder Phase der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle, anzupassen. Die Gleichrichtereinrichtung, welche beim Ladebetrieb als einfacher Gleichrichter arbeiten kann, ist also auch als Wechselrichter ausgelegt, welcher allerdings lediglich mit der Frequenz der Energiequelle schalten muss und daraufhin entsprechend ausgelegt werden kann. Es müssen keine harten Schaltvorgänge, welche höhere Verluste und eine deutlich aufwändigere Auslegung zur Folge haben, durchgeführt werden und die Gleichrichtereinrichtung, welche nun als Wechselrichter betrieben wird, muss nur zwei Schaltvorgänge pro 50 Hz bzw. 60 Hz Periode durchführen, die zudem noch beim Stromnulldurchgang erfolgen können und damit kaum Verluste erzeugen. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Dimensionierung der Halbleiterschalter aus.
In einer Ausführungsform weist die erste Wechselrichtereinrichtung und/oder die zweite Wechselrichtereinrichtung und/oder die Gleichrichtereinrichtung eine Brückenschaltung auf.
In einer Ausführungsform ist eine Leistungsfaktorkorrektureinrichtung zwischen der ersten Wechselrichtereinrichtung und der Gleichrichtereinrichtung angeordnet.
In einer Ausführungsform ist die zweite Wechselrichtereinrichtung ausgebildet, ihre Pulsmustermodulation bzw. ihren Modulationsgrad gemäß einem Absolutwert einer von der Energiequelle, wie z.B. einer Hochvolt-Batterie, bereitgestellten Spannung anzupassen, wobei die zweite Wechselrichtereinrichtung ausgebildet ist, die Spannung der ersten Wechselrichtereinrichtung bzw. den Strom in der Übertragungseinrichtung zu erfassen und ihre Pulsmustermodulation hieran anzupassen. Dadurch kann auch ohne eine explizite Synchronisation der ersten Wechselrichtereinrichtung und der zweiten Gleichrichtereinrichtung eine automatische Synchronisation der Wechselrichtereinrichtungen durchgeführt werden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems;
2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeuganordnung;
4 ein elektrisches Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems; und
5 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Ladeanordnung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems 1.
Das Übertragungssystem der 1 weist eine Energiequelle 6 auf, die mit einer Gleichrichtereinrichtung 9 gekoppelt ist, welche mit einer ersten Wechselrichtereinrichtung 4 gekoppelt ist. Die erste Wechselrichtereinrichtung 4 ist mit einer Übertragungseinrichtung 3 gekoppelt und die Übertragungseinrichtung 3 ist mit einer zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 gekoppelt, die wiederum mit einem Verbraucher 2 gekoppelt ist. Der Verbraucher 2 kann in einer Ausführungsform z.B. als ein Energiespeicher 2, z.B. eine Batterie 2, ausgebildet sein. Der Verbraucher 2 kann aber auch als jede andere Art von elektrischem Verbraucher 2 ausgebildet sein, der auch in der Lage ist elektrische Energie abzugeben, also z.B. als ein Elektromotor, der auch im Generatorbetrieb betrieben werden kann.
Zur Übertragung elektrischer Energie an den Verbraucher 2 stellt die Energiequelle 6 eine Versorgungsenergie 7, welche eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom aufweist, bereit, die die Gleichrichtereinrichtung 9 gleichrichtet und der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 zu Verfügung stellt, welche diese in eine Versorgungsenergie 7 für die Übertragungseinrichtung 3 wandelt. Die Versorgungsenergie 7 für die Übertragungseinrichtung 3 kann z.B. wieder eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom aufweisen.
Die Übertragungseinrichtung 3 kann elektrische Energie kontaktlos übertragen, dies ist lediglich beispielhaft in 1 als zwei Spulen dargestellt, die gegenüberliegend angeordnet sind. Ist die Übertragungseinrichtung 3 durch Spulen 3-1, 3-2 realisiert, weist jede Spule einen zusätzlichen Kondensator (nicht dargestellt) auf, der zusammen mit der jeweiligen Spule 3-1, 3-2 einen Schwingkreis bildet.
Für die Leistungsregelung bei einem Ladevorgang wird in der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 eine Auslassung von Halb- oder Vollwellen genutzt. Hierdurch ergibt sich eine effektiv niedrigere Anregungsamplitude des primärseitigen Schwingkreises, also auf Seiten der Energiequelle 2. In den Schwingungspausen wird die erste Wechselrichtereinrichtung 4 so eingestellt, dass sich ein Freilaufzustand ergibt, der ein Weiterschwingen des Schwingkreises erlaubt. Die Leistungsregelung durch die zweite Wechselrichtereinrichtung 5 wird erfindungsgemäß durch die Einführung eines schaltbaren Freilaufzustandes in der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 durchgeführt. Auch hier ist es vorgesehen, dass eine oder mehrere Halb- oder Vollwellen ausgelassen bzw. ausmaskiert werden. Somit sieht die erfindungsgemäße Schaltstrategie auch hier vor, einen Freilaufzustand zum Kurzschließen des sekundärseitigen Schwingkreises über mindestens eine Halbwelle des Stromsignals zu aktivieren. Während des Kurzschlusses des sekundärseitigen Schwingkreises fließt damit kein Strom in die Batterie. Als Folge "sieht" die Schaltung vor der Gleichrichtereinrichtung eine effektiv niedrigere Batteriespannung, was zu einem deutlich kleineren Stromfluss in der Spule auf der Seite der Energiequelle und damit zu reduzierten Verlusten führt.
Für einen Rückspeisevorgang, also für eine Energieübertragung von dem Verbraucher 2 zurück in die Energiequelle 6 wird die oben beschriebene Funktion der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 getauscht und analog umgesetzt.
Durch eine Kombination der Pulsmustermodulation der Energie in der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 kann so jeder beliebige Arbeitspunkt für das Übertragungssystem 1 eingestellt werden.
Die Arbeitsfrequenz der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 kann z.B. zwischen 10kHz und 150kHz, insbesondere bei 85kHz liegen,
Es wird mit Hilfe der vorliegenden Erfindung nicht nur möglich, Bauteile in dem Übertragungssystem 1 einzusparen. Vielmehr kann das Übertragungssystem 1 auch im Teillastbetrieb mit hoher Effizienz betrieben werden und Energie sowohl von der Energiequelle 6 an den Verbraucher 2 liefern, als auch Energie von dem Verbraucher 2 zurück in die Energiequelle 6 übertragen.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen sein, die dazu dient, die Gleichrichtereinrichtung 9, die erste Wechselrichtereinrichtung 4 und die zweite Wechselrichtereinrichtung 5 anzusteuern. Dazu kann die Steuereinrichtung 10 für unterschiedliche Arbeitspunkte des Übertragungssystems 1 z.B. jeweils ein Schaltmuster 11 aufweisen. Die Schaltmuster 11 können z.B. für wobei jede Halbwelle oder Vollwelle der jeweiligen elektrischen Spannung oder des jeweiligen elektrischen Stroms eine Stelle aufweisen, welche kennzeichnet, ob die jeweilige Halbwelle oder Vollwelle übertragen wird oder nicht.
Insbesondere bei einer Übertragung von elektrischer Energie von dem Verbraucher 2, z.B. der Batterie 2, zu der Energiequelle 6, also z.B. dem öffentlichen Versorgungsnetzwerk 6, können die Schaltmuster 11 derart ausgebildet sein, dass die Amplitude der Spannung und/oder des Stroms, welcher von der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 an die Gleichrichtereinrichtung 9 ausgegeben wird, der Amplitude der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle 6 folgen. Die von der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 ausgegebene Spannung bzw. der von der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 ausgegebene Strom weist also einen Amplitudenverlauf auf, welcher demjenigen der Energiequelle 6 entspricht. Bei einem 50Hz bzw. 60Hz Wechselspannungsnetzwerk also Energiequelle 6 entspricht der Verlauf also einer Gleichgerichteten 50Hz bzw. 60Hz Wechselspannung.
Dies hat zur Folge, dass die Gleichrichtereinrichtung 9 lediglich eine Wechselrichtung mit einer Frequenz von 50Hz bzw. 60Hz durchführen muss und keine hochfrequente Nachbildung der Netzspannung notwendig ist. Das erfindungsgemäße Übertragungssystem kann daher in dieser Ausführungsform auf eine Leistungsfaktoranpassung oder Power-Factor-Correction verzichten.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades ist eine Synchronisation der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 sinnvoll. Diese Synchronisation kann in einer Ausführungsform von der Steuereinrichtung 10 durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann aber auch die zweite Wechselrichtereinrichtung 5 ihre Pulsmustermodulation gemäß einem Absolutwert einer von der Energiequelle 6 bereitgestellten Spannung oder eines von der Energiequelle 6 bereitgestellten Stroms anpassen. Dies kann durch Erfassung des ohnehin durch die in Folge der variierenden Spannung an der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 variierenden Stroms in der Übertragungsrichtung 3 erfolgen, beispielsweise, indem beim Schalten einer Periode die Stromamplitude im sekundärseitigen Resonanzkreis der Übertragungseinrichtung 3 ermittelt wird.
Die zweite Wechselrichtereinrichtung 5 kann daraufhin ihre Pulsmustermodulation wiederum an den erfassten Strom anpassen. So wird eine Synchronisation der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 möglich, ohne dass ein zusätzliches Synchronisationssignal übertragen werden müsste.
Mit Hilfe der oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können drei unterschiedliche Modi der Netzeinspeisung bzw. Netzrückspeisung realisiert werden:

a) Sinus-förmiger Stromverlauf
b) Stromverlauf, der an den Spannungsverlauf angepasst ist
c) Korrigierender Stromverlauf, der die Netzspannung in einer gewünschten Weise beeinflusst (aktive PFC-Funktion)

2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zum kontaktlosen Übertragen von elektrischer Energie von einer Energiequelle 6, welche eine Versorgungsenergie 7 bereitstellt, an einen Verbraucher 2 oder umgekehrt eingesetzt werden kann.
Das Verfahren sieht in einem ersten Betriebsmodus das zyklische Schalten S1 einer elektrischen Versorgungsenergie 7 einer Energiequelle 6 an eine Übertragungseinrichtung 3 vor, welche zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie ausgebildet ist. In einem zweiten Betriebsmodus ist das zyklische Schalten einer elektrischen Energie 8 des Verbrauchers 2 an die Übertragungseinrichtung 3 vorgesehen.
Ferner ist das kontaktlose Übertragen S2 der jeweiligen elektrischen Energie in der Übertragungseinrichtung 3 vorgesehen.
Schließlich wird in dem ersten Betriebsmodus die von der Übertragungseinrichtung 3 bereitgestellte elektrische Energie 8 zyklisch an den Verbraucher 2 geschalten, S3. In dem zweiten Betriebsmodus wird die von der Übertragungseinrichtung 3 bereitgestellte elektrische Versorgungsenergie 7 zyklisch an die Energiequelle 6 geschaltet. Die Unterscheidung zwischen Versorgungsenergie 7 und Energie 8 dient hier leidlich der Unterscheidung ob die Energie auf der Primärseite der Übertragungseinrichtung 3, also auf Seite der Energiequelle 6, oder auf der Sekundärseite, der Seite des Verbrauchers 2, gemeint ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sehen die Schritte des zyklischen Schaltens S1, S3 ferner vor, dass die jeweilige übertragene elektrische Energie 7, 8 durch eine Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation geregelt wird.
In einer Ausführungsform ist für eine Vielzahl von Arbeitspunkten des Verfahrens jeweils ein Schaltmuster 11 vorgegebener oder variabler Länge für das zyklische Schalten der elektrischen Versorgungsenergie 7 und/oder das zyklische Schalten der elektrischen Energie 8 vorgegeben. Dabei kennzeichnet jede Stelle des Schaltmusters 11 eine Halbwelle oder eine Vollwelle der jeweiligen elektrischen Spannung oder des jeweiligen Stroms der jeweiligen Energie 7, 8. Die elektrische Versorgungsenergie 7 und/oder die elektrische Energie 8 werden daraufhin jeweils in Abhängigkeit eines der Schaltmuster 11 zyklisch geschaltet.
In einer Ausführungsform wird zwischen der Energiequelle 6 und der Übertragungseinrichtung 3 eine Leistungsfaktorkorrektur durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Leistungsfaktorkorrektur beim Rückspeisen vom Verbraucher zur Energiequelle alternativ implizit durch die Pulsmustermodulation durchgeführt werden. Dazu können die Schaltmuster 11 für die Übertragung elektrischer Energie in dem zweiten Betriebsmodus derart ausgebildet sein, dass die Amplitude der Spannung und/oder des Stroms, welcher zyklisch von der Übertragungseinrichtung 3 an die Energiequelle 6 geschaltet wird, der Amplitude der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle 6 folgen. Es erfolgt also erfindungsgemäß eine Nachbildung des Amplitudenverlaufs der von der Energiequelle 6 bereitgestellten Spannung oder des von der Energiequelle 6 bereitgestellten Stroms.
In einer Ausführungsform sieht das Verfahren in dem zweiten Betriebsmodus ferner das zyklische Anpassen einer Polarität einer Spannung und/oder eines Stroms der zyklisch an die Energiequelle 6 geschalteten elektrischen Versorgungsenergie 7 vor. Dabei wird die Polarität an die Polarität einer Spannung und/oder eines Stroms der Energiequelle 6, insbesondere mit der Frequenz der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle 6, angepasst.
Hier erfolgt lediglich eine niederfrequente Anpassung der Polarität der in die Energiequelle 6 rückgespeisten Spannung bzw. des rückgespeisten Stroms mit der Frequenz der Energiequelle, üblicherweise also 50Hz oder 60Hz.
Zur Synchronisation der Primärseite und der Sekundärseite der Übertragungseinrichtung 3 kann ein explizites Synchronisationssignal vorgesehen sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Pulsmustermodulation für das zyklische Schalten der elektrischen Energie 8 des Verbrauchers 2 an die Übertragungseinrichtung 3 an eine durch die Spannung der Energiequelle 6 vorgegebene Stromamplitude der Übertragungseinrichtung 3 angepasst werden. Dadurch wird eine implizite Synchronisation ohne zusätzliches Synchronisationssignal möglich.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeuganordnung 20.
In der Fahrzeuganordnung 20 ist ein Fahrzeug 25 dargestellt, wobei innerhalb des Fahrzeugs 25 die Empfängerspule 3-2 der Übertragungseinrichtung 3, die zweite Wechselrichtereinrichtung 5 und der als Energiespeicher 2 ausgebildete Verbraucher 2, z.B. eine Fahrzeugbatterie 2, angeordnet sind.
Außerhalb des Fahrzeugs 25 sind die Energiequelle 6, die Gleichrichtereinrichtung 9, die erste Wechselrichtereinrichtung 4 und die Primärspule 3-1 der Übertragungseinrichtung 3 angeordnet.
Schließlich ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die mit der Gleichrichtereinrichtung 9, der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 gekoppelt ist, um diese zu steuern.
Die Steuereinrichtung 10 kann ausgebildet sein, ein Verfahren gemäß 2 auszuführen. Die Steuereinrichtung 10 kann dabei als einzelnes Steuergerät 10 ausgebildet sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung 10 auch als verteiltes Steuersystem 10 ausgebildet sein, welches zum Teil in der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und zum Teil in der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 angeordnet sein kann. Dabei können die Teile der Steuereinrichtung Daten zur Synchronisation z.B. per Funk austauschen. Alternativ können die Teile der Steuereinrichtung 10 die Synchronisation auch basierend auf einer Strom bzw. Spannungsmessung durchführen, wie oben bereits beschrieben.
4 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems 1.
Das Übertragungssystem in 4 weist eine Energiequelle 6 auf, die eine Versorgungsspannung U₀ bereitstellt.
Die Gleichrichtereinrichtung 9 weist vier Zweige auf, wobei zwei Zweige mit dem positiven Pol der Energiequelle 6 und zwei Zweige mit dem negativen Pol der Energiequelle 6 gekoppelt sind. Jeweils ein Zweig, der mit dem positiven Pol gekoppelt ist, und ein Zweig, der mit dem negativen Pol gekoppelt ist, sind mit einem ersten Pol der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 gekoppelt. Die verbleibenden Zweige sind mit einem zweiten Pol der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 gekoppelt. Jeder Zweig weist eine Schalteinrichtung 40-1–40-4 und eine mit der jeweiligen Schalteinrichtung 40-1–40-4 antiparallel geschaltete Diode 41-1–41-4 auf.
Die Wechselrichtereinrichtung 4 weist ebenfalls vier Zweige auf, wobei zwei Zweige mit dem positiven ersten Pol der Wechselrichtereinrichtung 4 und zwei Zweige mit dem negativen zweiten Pol der Wechselrichtereinrichtung 4 gekoppelt sind. Jeweils ein Zweig, der mit dem positiven Pol gekoppelt ist, und ein Zweig, der mit dem negativen Pol gekoppelt ist, ist mit einem ersten Pol einer Sendespule 3-1 der Übertragungseinrichtung 3 gekoppelt, die eine Induktivität L1 aufweist. Die verbleibenden Zweige sind mit einem zweiten Pol der Sendespule 3-1 der Übertragungseinrichtung 3 gekoppelt. Jeder Zweig weist eine Schalteinrichtung 15-1–15-4 und eine mit der jeweiligen Schalteinrichtung 15-1–15-4 antiparallel geschaltete Diode 16-1–16-4 auf. Zwischen der Wechselrichtereinrichtung 4 und der Sendespule 3-1 ist ferner ein Kondensator C1 angeordnet, der mit der Spule 3-1 einen Schwingkreis bildet.
In 4 ist ferner eine PFC-Schaltung bzw. eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung 30 zwischen der Gleichrichtereinrichtung 9 und der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 angeordnet, die eine Spule 33 mit einem parallelen Schaltelement 31 aufweist, welche zwischen einem Ausgang der Gleichrichtereinrichtung 9 und dem ersten Pol der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 angeordnet sind. Ferner ist ein Schaltelement 32 und eine dazu parallel angeordnete Serienschaltung aus einem Schaltelement 34 und einer Induktivität 35 zwischen dem ersten Pol der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und dem zweiten Pol der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 angeordnet. Diese PFC-Schaltung kann durch die Schaltelemente 31, 32 und 34 deaktiviert werden, wenn sie nicht benötigt wird. Z.B. bei einer Rückspeisung elektrischer Energie in die Energiequelle 6. Wird die PFC-Funktion durch eine Anpassung der Pulsmustermodulation durchgeführt, kann auf die PFC-Schaltung 30 verzichtet werden.
Die Empfängerspule 3-2 der Übertragungseinrichtung 3 ist mit der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 gekoppelt. Die zweite Wechselrichtereinrichtung 5 weist ebenfalls vier Zweige auf, wobei zwei Zweige mit dem positiven Pol des Verbrauchers 2 und zwei Zweige mit dem negativen Pol des Verbrauchers 2, hier einer Batterie 2, gekoppelt sind. Jeder dieser Zweige weist eine Schaltvorrichtung 17-1–17-4 mit jeweils einer antiparallel angeordneten Diode 18-1–18-4 auf. Zwischen der Gleichrichtereinrichtung 5 und der Empfängerspule 3-2 ist ferner ein Kondensator C2 angeordnet, der mit der Spule 3-2 einen Schwingkreis bildet.
In 4 stellt die Energiequelle die Wechselspannung U₀ bereit. An dem Schwingkreis der Sendespule 3-1 liegt die Spannung U₁ an. In dem Schwingkreis der Sendespule 3-1 fließt der Strom I₁. An dem Schwingkreis der Empfängerspule 3-2 liegt die Spannung U₂ an. In dem Schwingkreis der Empfängerspule 3-2 fließt der Strom I₂. Der Energiespeicher 2 weist die Spannung U_bat auf.
In 4 ist ferner die Steuereinrichtung 10 dargestellt, welche mindestens ein Schaltmuster 11 zur Ansteuerung der Gleichrichtereinrichtung 9, der ersten Wechselrichtereinrichtung 4 und der zweiten Wechselrichtereinrichtung 5 aufweist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2623363 [0006]

Claims

Übertragungssystem (1) zum kontaktlosen Übertragen von Energie von einer Energiequelle (6), welche eine Versorgungsenergie (7) bereitstellt, an einen Verbraucher (2) oder von dem Verbraucher (2) an die Energiequelle (6), mit einer Übertragungseinrichtung (3) zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie, mit einer Gleichrichtereinrichtung (9), welche mit der Energiequelle (6) gekoppelt ist und ausgebildet ist, elektrische Energie aus der Energiequelle (6) bereitzustellen und in die Energiequelle (6) einzuspeisen; mit einer ersten Wechselrichtereinrichtung (4), welche zwischen der Gleichrichtereinrichtung (9) und der Übertragungseinrichtung (3) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die bereitgestellte elektrische Energie aus der Energiequelle (6) an die Übertragungseinrichtung (3) zu übertragen und elektrische Energie von der Übertragungseinrichtung (3) an die Gleichrichtereinrichtung (9) zu übertragen; mit einer zweiten Wechselrichtereinrichtung (5), welche zwischen der Übertragungseinrichtung (3) und dem Verbraucher (2) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie (8) von der Übertragungseinrichtung (3) an den Verbraucher (2) zu übertragen und elektrische Energie (8) von dem Verbraucher (2) an die Übertragungseinrichtung (3) zu übertragen; wobei die erste Wechselrichtereinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, die Menge der übertragenen elektrischen Energie durch eine Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation der Steuersignale der ersten Wechselrichtereinrichtung (4) einzustellen und die zweite Wechselrichtereinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, die Menge der übertragenen elektrischen Energie durch eine Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation der Steuersignale der zweiten Wechselrichtereinrichtung (5) einzustellen.
Übertragungssystem nach Anspruch 1, mit einer Steuereinrichtung (10), welche mit der Gleichrichtereinrichtung (9) und der ersten Wechselrichtereinrichtung (4) und der zweiten Wechselrichtereinrichtung (5) gekoppelt ist und für eine Vielzahl von Arbeitspunkten des Übertragungssystems (1) für die erste Wechselrichtereinrichtung (4) und/oder für die zweite Wechselrichtereinrichtung (5) jeweils ein Schaltmuster (11) vorgegebener oder variabler Länge aufweist, wobei jede Stelle des Schaltmusters (11) eine Halbwelle oder eine Vollwelle der jeweiligen elektrischen Spannung oder des jeweiligen elektrischen Stroms kennzeichnet; und wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, jeweils in Abhängigkeit eines der Schaltmuster (11) die erste Wechselrichtereinrichtung (4) und/oder die zweite Wechselrichtereinrichtung (5), insbesondere synchron, zu steuern.
Übertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuster (11) oder Pulsweiten in einer der Wechselrichtereinrichtungen (5, 9) oder in beiden Wechselrichtereinrichtungen (5, 9) für die Übertragung elektrischer Energie von dem Verbraucher (2) an die Übertragungseinrichtung (3) und von der Übertragungseinrichtung (3) an die Energiequelle (6) derart ausgebildet sind, dass die Amplitude der Spannung und/oder des Stroms, welcher von der ersten Wechselrichtereinrichtung (4) an die Gleichrichtereinrichtung (9) ausgegeben wird, der Amplitude der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle (6) folgen.
Übertragungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichtereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, bei einer Übertragung von elektrischer Versorgungsenergie (7) von der Übertragungseinrichtung (3) an die Gleichrichtereinrichtung (9) durch die erste Wechselrichtereinrichtung (4) die elektrische Versorgungsenergie (7) an die Energiequelle (6) weiterzuleiten und die Polarität der Spannung und/oder des Stroms der ausgegebenen elektrischen Versorgungsenergie (7) an die Polarität einer Spannung und/oder eines Stroms der Energiequelle (6), insbesondere mit der Frequenz und/oder Phase der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle (6), anzupassen.
Übertragungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wechselrichtereinrichtung (4) und/oder die zweite Wechselrichtereinrichtung (5) und/oder die Gleichrichtereinrichtung (9) eine Brückenschaltung aufweist; und/oder wobei eine Leistungsfaktorkorrektureinrichtung (30) zwischen der ersten Wechselrichtereinrichtung (4) und der Gleichrichtereinrichtung (9) angeordnet ist.
Übertragungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wechselrichtereinrichtung (5) ausgebildet ist, ihren Modulationsgrad gemäß einem Absolutwert einer von der Energiequelle (6) bereitgestellten Spannung anzupassen.
Verfahren zum kontaktlosen Übertragen von elektrischer Energie von einer Energiequelle (6), welche eine Versorgungsenergie (7) bereitstellt, an einen Verbraucher (2) oder von dem Verbraucher (2) an die Energiequelle (6), mit den Schritten: zyklisches Schalten (S1) einer elektrischen Versorgungsenergie (7) einer Energiequelle (6) an eine Übertragungseinrichtung (3), welche zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie ausgebildet ist in einem ersten Betriebsmodus und zyklisches Schalten einer elektrischen Energie (8) des Verbrauchers (2) an die Übertragungseinrichtung (3) in einem zweiten Betriebsmodus; Kontaktloses Übertragen (S2) der elektrischen Energie in der Übertragungseinrichtung (3); zyklisches Schalten (S3) der von der Übertragungseinrichtung (3) bereitgestellten elektrischen Energie (8) an den Verbraucher (2) in dem ersten Betriebsmodus und zyklisches Schalten der von der Übertragungseinrichtung (3) bereitgestellten elektrischen Versorgungsenergie (7) an die Energiequelle (6) in dem zweiten Betriebsmodus; wobei in mindestens einem der Schritte des zyklischen Schaltens (S1, S3) die jeweilige übertragene elektrische Energie (7, 8) durch Pulsmustermodulation und/oder Pulsweitenmodulation geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei für eine Vielzahl von Arbeitspunkten des Verfahrens jeweils ein Schaltmuster (11) vorgegebener oder variabler Länge für das zyklische Schalten der elektrischen Versorgungsenergie (7) und/oder das zyklische Schalten der elektrischen Energie (8) vorgegeben werden, wobei jede Stelle des Schaltmusters (11) eine Halbwelle oder eine Vollwelle der jeweiligen elektrischen Spannung oder des jeweiligen Stroms der jeweiligen Energie kennzeichnet, und wobei jeweils in Abhängigkeit eines der Schaltmuster (11) die elektrische Versorgungsenergie (7) zyklisch geschaltet wird und/oder die elektrische Energie (8) zyklisch geschaltet wird; und/oder wobei eine Leistungsfaktorkorrektur zwischen der Energiequelle (6) und der Übertragungseinrichtung (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Schritte des zyklischen Schaltens oder die Schaltmuster synchronisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner aufweisend: zyklisches Anpassen einer Polarität einer Spannung und/oder eines Stroms der zyklisch an die Energiequelle (6) geschalteten elektrischen Versorgungsenergie (7) an die Polarität einer Spannung und/oder eines Stroms der Energiequelle (6) in dem zweiten Betriebsmodus, insbesondere mit der Frequenz und/oder Phase der Spannung und/oder des Stroms der Energiequelle (6).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Pulsmustermodulation oder Pulsweitenmodulation für das zyklische Schalten (S1) der elektrischen Energie (8) des Verbrauchers (2) gemäß einem Absolutwert einer von der Energiequelle (6) bereitgestellten Spannung angepasst wird.
Fahrzeuganordnung (20), mit einem Übertragungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Fahrzeug (25); wobei die Gleichrichtereinrichtung (5) in dem Fahrzeug (25) angeordnet ist; und wobei die Wechselrichtereinrichtung (4) außerhalb des Fahrzeugs (25) angeordnet ist; und wobei die Übertragungseinrichtung (3) zumindest teilweise in dem Fahrzeug (25) und teilweise außerhalb des Fahrzeugs (25) angeordnet ist.