DE102016217703A1 - Method for determining information relating to an inductive coupling system - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren (500) zur Ermittlung von Information in Bezug auf ein induktives Koppelsystem zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs (100) beschrieben, wobei das induktive Koppelsystem eine Primärspule (111) und eine Sekundärspule (121) umfasst, die magnetisch miteinander gekoppelt sind. Das Verfahren (500) umfasst das Ermitteln (501) von Ist-Parameterwerten von mehreren Parametern (331) eines Modelles (330) des induktiven Koppelsystems. Außerdem umfasst das Verfahren (500) das Ermitteln (502) von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem auf Basis der Ist-Parameterwerte und auf Basis von mathematischen Funktionen für Soll-Parameterwerte der Parameter (331). Dabei zeigt die mathematische Funktion für einen Parameter (331) die Soll-Parameterwerte des Parameters (331) als Funktion einer relativen Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) des induktiven Koppelsystems an.The invention relates to a method (500) for determining information relating to an inductive charging system for inductively charging an electrical energy store of a vehicle (100), wherein the inductive coupling system comprises a primary coil (111) and a secondary coil (121) that magnetically interact with one another are coupled. The method (500) comprises determining (501) actual parameter values from a plurality of parameters (331) of a model (330) of the inductive coupling system. In addition, the method (500) includes determining (502) information related to the inductive coupling system based on the actual parameter values and based on mathematical functions for desired parameter values of the parameters (331). The mathematical function for a parameter (331) indicates the desired parameter values of the parameter (331) as a function of a relative position between the primary coil (111) and the secondary coil (121) of the inductive coupling system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Auswerteeinheit zur Ermittlung von Information in Bezug auf ein induktives Koppelsystem für das induktive Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs.The invention relates to a method and an evaluation unit for determining information relating to an inductive charging system for the inductive charging of the energy storage device of a vehicle.

Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über eine Batterie (d. h. über einen elektrischen Energiespeicher), in der elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.Electric vehicles typically have a battery (i.e., an electrical energy store) in which electrical energy can be stored to operate an electric machine of the vehicle. The battery of the vehicle can be charged with electrical energy from a power grid. For this purpose, the battery is coupled to the power grid to transfer the electrical energy from the power grid into the battery of the vehicle. The coupling can be wired (via a charging cable) and / or wireless (based on an inductive coupling between a charging station and the vehicle).

Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Energiespeicher 103 für elektrische Energie (z. B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Sekundärspule 121 im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule 121 über eine nicht gezeigte Impedanzanpassung und einen Gleichrichter 101 mit dem Speicher 103 für elektrische Energie verbunden ist. Die Sekundärspule 121 ist typischerweise Teil einer sogenannten „Wireless Power Transfer” (WPT) Fahrzeugeinheit 120 bzw. Sekundäreinheit 120.One approach to automatically, wirelessly, inductively charging the battery of the vehicle is to transmit electrical energy to the battery from the floor to the underbody of the vehicle via magnetic induction via the underbody clearance. This is exemplary in 1 shown. In particular shows 1 a vehicle 100 with an energy storage 103 for electrical energy (eg with a rechargeable battery 103 ). The vehicle 100 includes a secondary coil 121 in the vehicle underbody, with the secondary coil 121 via an impedance matching (not shown) and a rectifier 101 with the memory 103 connected to electrical energy. The secondary coil 121 is typically part of a so-called "Wireless Power Transfer" (WPT) vehicle unit 120 or secondary unit 120 ,

Die Sekundärspule 121 der WPT-Fahrzeugeinheit 120 kann über einer Primärspule 111 positioniert werden, wobei die Primärspule 111 z. B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule 111 ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT-Bodeneinheit 110 bzw. Primäreinheit 110. Die Primärspule 111 ist mit einer Stromversorgung 113 verbunden. Die Stromversorgung 113 kann einen Radio-Frequenz-Generator bzw. Wechselrichter umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule der WPT-Bodeneinheit 110 erzeugt (der in diesem Dokument auch als Primärstrom bezeichnet wird), wodurch ein magnetisches Feld (insbesondere ein magnetisches Ladefeld) induziert wird. Das magnetische Ladefeld kann eine Frequenz aus einem vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich aufweisen. Die Ladefeld-Frequenz des elektromagnetischen Ladefelds kann im Bereich von 80–90 kHz (insbesondere bei 85 kHz) liegen.The secondary coil 121 the WPT vehicle unit 120 can over a primary coil 111 be positioned, the primary coil 111 z. B. is mounted on the floor of a garage. The primary coil 111 is typically part of a so-called WPT ground unit 110 or primary unit 110 , The primary coil 111 is with a power supply 113 connected. The power supply 113 may include a radio-frequency generator that provides an alternating current in the primary coil of the WPT ground unit 110 is generated (which is also referred to in this document as a primary current), whereby a magnetic field (in particular a magnetic charging field) is induced. The magnetic charging field may have a frequency from a predefined charging field frequency range. The charging field frequency of the electromagnetic charging field can be in the range of 80-90 kHz (in particular at 85 kHz).

Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule 111 der WPT-Bodeneinheit 110 und Sekundärspule 121 der WPT-Fahrzeugeinheit 120 über die Unterbodenfreiheit 130 wird durch das magnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule 121 induziert (der in diesem Dokument auch als Sekundärstrom bezeichnet wird). Der induzierte Strom in der Sekundärspule 121 der WPT-Fahrzeugeinheit 120 wird durch den Gleichrichter 101 gleichgerichtet und im Speicher 103 gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung 113 zum Energiespeicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade-Steuergerät 105 gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät 105 kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z. B. drahtlos (etwa über WLAN), mit der WPT-Bodeneinheit 110 zu kommunizieren.With sufficient magnetic coupling between primary coil 111 the WPT ground unit 110 and secondary coil 121 the WPT vehicle unit 120 about the underbody freedom 130 becomes by the magnetic field a corresponding voltage and thus also a current in the secondary coil 121 (also referred to as secondary current in this document). The induced current in the secondary coil 121 the WPT vehicle unit 120 is through the rectifier 101 rectified and in memory 103 saved. So, electric power can be wireless from the power supply 113 to the energy storage 103 of the vehicle 100 be transmitted. The charging process can be in the vehicle 100 through a charging control unit 105 to be controlled. The charging control unit 105 may be set up for this purpose, e.g. B. wirelessly (such as over Wi-Fi), with the WPT ground unit 110 to communicate.

Um möglichst große Feldstärken des magnetischen Ladefelds für die Überbrückung der Unterbodenfreiheit 130 herstellen zu können, können resonante Systeme verwendet werden. Dabei sind sowohl die Primärspule 111 als auch die Sekundärspule 121 in Schwingkreise eingebunden, die über die Primärspule 111 und die Sekundärspule 121 miteinander gekoppelt sind. Insbesondere werden dabei in einem Primärschwingkreis der WPT-Bodeneinheit 110 aufgrund eines relativ geringen Kopplungsfaktors zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 typischerweise relativ hohe Primärstrome zur Erzeugung eines magnetischen Ladefeldes mit ausreichender Feldstärke verwendet.To maximize field strengths of the magnetic charging field for bridging the underbody clearance 130 To be able to produce resonant systems can be used. Here are both the primary coil 111 as well as the secondary coil 121 integrated into resonant circuits, via the primary coil 111 and the secondary coil 121 coupled together. In particular, in a primary resonant circuit of the WPT ground unit 110 due to a relatively low coupling factor between primary coil 111 and secondary coil 121 typically uses relatively high primary currents to produce a magnetic charging field with sufficient field strength.

Der Abstand zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 kann relativ stark variieren. Insbesondere kann die Höhe der Unterbodenfreiheit 130 für unterschiedliche Fahrzeugmodelle (Limousine vs. SUV) unterschiedlich sein. Des Weiteren kann es durch unpräzises Abstellen des Fahrzeugs 100 auf der Parkposition zu einem seitlichen Versatz der Spulen 111, 121 kommen. Als Konsequenz daraus ergeben sich unterschiedliche Übertragungsparameter (insbesondere unterschiedliche Größen des Kopplungsfaktors und unterschiedliche effektive Induktivitäten der Primärspule 111 bzw. der Sekundärspule 121) für das induktive Koppelsystem aus WPT-Bodeneinheit 110 und WPT-Fahrzeugeinheit 120.The distance between primary coil 111 and secondary coil 121 can vary quite a bit. In particular, the height of the underbody clearance 130 be different for different vehicle models (sedan vs. SUV). Furthermore, it may be due to imprecise parking of the vehicle 100 in the parking position to a lateral offset of the coils 111 . 121 come. As a consequence, different transmission parameters result (in particular different sizes of the coupling factor and different effective inductances of the primary coil 111 or the secondary coil 121 ) for the WPT ground unit inductive coupling system 110 and WPT vehicle unit 120 ,

Aufgrund der diversen Einflussgrößen auf die Übertragungsparameter eines induktiven Ladesystems kann typischerweise nicht in präziser Weise ermittelt werden, ob ein induktives Ladesystem einen technischen Defekt (z. B. eine gebrochene Spule) aufweist und/oder ob eine ungünstige Positionen zwischen der WPT-Bodeneinheit 110 und der WPT-Fahrzeugeinheit 120 vorliegt.Due to the various factors influencing the transmission parameters of an inductive charging system, it can typically not be determined in a precise manner whether an inductive charging system has a technical charging system Has a defect (eg a broken coil) and / or unfavorable positions between the WPT ground unit 110 and the WPT vehicle unit 120 is present.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in effizienter und präziser Weise Information in Bezug auf ein induktives Koppelsystem zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs zu ermitteln.The present document addresses the technical problem of efficiently and precisely determining information related to an inductive coupling system for charging a vehicle energy storage.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is solved by the independent claim. Advantageous embodiments are u. a. in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung von Information in Bezug auf ein induktives Koppelsystem zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren kann z. B. durch eine Auswerteinheit bzw. Steuereinheit des Fahrzeugs ausgeführt werden. Das induktive Koppelsystem umfasst eine Primärspule (als Teil einer WPT-Bodeneinheit) und eine Sekundärspule (als Teil einer WPT-Fahrzeugeinheit), wobei die Primärspule und die Sekundärspule magnetisch miteinander gekoppelt sind.According to one aspect, a method is described for determining information relating to an inductive coupling system for inductively charging an electrical energy store of a vehicle. The method may, for. B. be carried out by an evaluation or control unit of the vehicle. The inductive coupling system includes a primary coil (as part of a WPT ground unit) and a secondary coil (as part of a WPT vehicle unit), with the primary and secondary coils magnetically coupled together.

Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Ist-Parameterwerten von mehreren Parametern eines Modelles des induktiven Koppelsystems. Die Parameter können ein oder mehrere induktive Eigenschaften des induktiven Koppelsystems beschreiben. Insbesondere kann das Modell mit den Parametern das elektromagnetische Verhalten des induktiven Koppelsystems (in approximativer Weise) beschreiben. Die Parameter können z. B. einen Kopplungsgrad zwischen der Primärspule und der Sekundärspule und/oder Induktivitätswerte der Primärspule und der Sekundärspule anzeigen.The method comprises determining actual parameter values of a plurality of parameters of a model of the inductive coupling system. The parameters may describe one or more inductive properties of the inductive coupling system. In particular, the model with the parameters can describe the electromagnetic behavior of the inductive coupling system (in an approximate manner). The parameters can z. B. indicate a degree of coupling between the primary coil and the secondary coil and / or inductance values of the primary coil and the secondary coil.

Das induktive Koppelsystem umfasst zwei magnetisch gekoppelte Spulen, die einen Transformator bilden. Das Modell des induktiven Koppelsystems kann ein elektrisches Ersatzschaltbild bzw. eine elektrische Ersatzschaltung des induktiven Koppelsystems und insbesondere ein elektrisches Ersatzschaltbild bzw. eine elektrische Ersatzschaltung eines Transformators (z. B. ein T-Ersatzschaltbild) umfassen. Die Parameter können Induktivitäten (z. B. eine effektive Induktivitäten und/oder eine Gegeninduktivität) und ggf. Widerstände eines elektrische Ersatzschaltbildes des induktiven Koppelsystems umfassen. Eine elektrische Ersatzschaltung umfasst typischerweise mehrere idealisierte elektrische Bauteile (insbesondere idealisierte Spulen und ggf. lineare Widerstände). Die Parameter können die Eigenschaften der unterschiedlichen idealisierten elektrischen Bauteile der elektrischen Ersatzschaltung (z. B. die Induktivitäten) beschreiben.The inductive coupling system comprises two magnetically coupled coils that form a transformer. The model of the inductive coupling system may comprise an electrical equivalent circuit diagram or an electrical equivalent circuit of the inductive coupling system, and in particular an electrical equivalent circuit diagram or an electrical equivalent circuit of a transformer (eg a T equivalent circuit diagram). The parameters may include inductances (eg an effective inductance and / or a mutual inductance) and possibly resistances of an electrical equivalent circuit diagram of the inductive coupling system. An equivalent electrical circuit typically includes a plurality of idealized electrical components (particularly idealized coils and possibly linear resistors). The parameters may describe the characteristics of the different idealized electrical components of the equivalent electrical circuit (eg, the inductors).

Das Modell des induktiven Koppelsystems kann messbare physikalische Größen des induktiven Koppelsystems in Abhängigkeit der Parameter beschreiben. Mit anderen Worten, das Modell kann einen Zusammenhang zwischen messbaren physikalischen Größen des induktiven Koppelsystems und den Parametern beschreiben (z. B. in Form eines elektrischen Ersatzschaltbildes des induktiven Koppelsystems). Die messbaren physikalischen Größen können Ströme und/oder Spannungen an der Primärspule und der Sekundärspule bzw. Ströme und/oder Spannungen an den idealisierten, elektrischen Bauteilen des Ersatzschaltbildes umfassen.The model of the inductive coupling system can describe measurable physical quantities of the inductive coupling system as a function of the parameters. In other words, the model can describe a relationship between measurable physical quantities of the inductive coupling system and the parameters (eg in the form of an electrical equivalent circuit diagram of the inductive coupling system). The measurable physical quantities may include currents and / or voltages at the primary coil and the secondary coil or currents and / or voltages at the idealized, electrical components of the equivalent circuit diagram.

Durch Verwendung eines Modells des induktiven Koppelsystems kann das induktive Koppelsystem in effizienter Weise beschrieben werden. Insbesondere können auf diese Weise Eigenschaften des induktiven Koppelsystems, die für die elektromagnetische Energieübertragung relevant sind (d. h. Parameterwerte für die Parameter des Modells) in effizienter Weise auf Basis von (Strom- bzw. Spannungs-)Messungen an dem realen induktiven Koppelsystem ermittelt werden.By using a model of the inductive coupling system, the inductive coupling system can be described efficiently. In particular, properties of the inductive coupling system that are relevant to electromagnetic energy transmission (i.e., parameter values for the parameters of the model) can thus be efficiently determined based on (current or voltage) measurements on the real inductive coupling system.

Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem, auf Basis der Ist-Parameterwerte und auf Basis von mathematischen Funktionen für Soll-Parameterwerte der Parameter des Modells. Insbesondere kann für jeden (berücksichtigten) Parameter des Modells eine mathematische Funktion bereitgestellt werden. Die mathematische Funktion für einen Parameter zeigt dabei die Soll-Parameterwerte des Parameters als Funktion einer relativen Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule des induktiven Koppelsystems an. Die relative Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule kann z. B. durch kartesische Koordinaten (d. h. durch Abstände in X, Y und Z Richtung) angegeben werden. Die mathematische Funktion für einen Parameter kann dann die Soll-Parameterwerte des Parameters als Funktion von x, y und z anzeigen.The method further includes determining information related to the inductive coupling system based on the actual parameter values and based on mathematical functions for desired parameter values of the parameters of the model. In particular, a mathematical function can be provided for each (considered) parameter of the model. The mathematical function for a parameter indicates the desired parameter values of the parameter as a function of a relative position between the primary coil and the secondary coil of the inductive coupling system. The relative position between the primary coil and the secondary coil may, for. By Cartesian coordinates (i.e., by distances in X, Y and Z directions). The mathematical function for a parameter may then indicate the desired parameter values of the parameter as a function of x, y, and z.

Das Verfahren ermöglicht es durch die Verwendung eines Modells des induktiven Koppelsystems mit mehreren (induktiv relevanten) Parametern und durch die Verwendung von mathematischen Funktionen zur Beschreibung der Soll-Parameterwerte der (induktive relevanten) Parameter des induktiven Koppelsystems, in effizienter und präziser Weise Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem (z. B. eine aktuelle relative Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule) zu ermitteln.The method makes it possible by using a model of the inductive coupling system with several (inductively relevant) parameters and by the use of mathematical functions for Describing the desired parameter values of the (inductive-relevant) parameters of the inductive coupling system to determine in an efficient and precise manner information relating to the inductive coupling system (eg a current relative position between the primary coil and the secondary coil).

Die mathematische Funktion für einen Parameter kann im Vorfeld durch Vermessen des induktiven Koppelsystems bestimmt werden. Insbesondere können Kennfelder für die Parameter des (Modells des) induktiven Koppelsystems erfasst werden. Das Kennfeld für einen Parameter kann dabei Werte des Parameters als Funktion der relativen Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule (z. B. als Funktion von x, y, z) umfassen. Die mathematische Funktion für den Parameter kann dann durch Approximation, insbesondere mittels linearer Regression, des Kennfelds für den Parameter ermittelt werden.The mathematical function for a parameter can be determined in advance by measuring the inductive coupling system. In particular, maps for the parameters of the (model of) inductive coupling system can be detected. The characteristic map for a parameter may include values of the parameter as a function of the relative position between the primary coil and the secondary coil (eg as a function of x, y, z). The mathematical function for the parameter can then be determined by approximation, in particular by means of linear regression, of the characteristic map for the parameter.

Die mathematische Funktion für einen Parameter kann insbesondere eine analytische Funktion umfassen, beispielsweise ein Polynom einer bestimmten Ordnung (z. B. 3., 5., 10. oder höherer Ordnung). Die mathematische Funktion kann dabei derart ermittelt werden, dass die Funktion das Kennfeld möglichst gut (z. B. im quadratischen Mittel) approximiert. Alternativ kann die mathematische Funktion z. B. ein neuronales Netzwerk umfassen, das auf Basis von Messwerten des Kennfelds angelernt wurde.The mathematical function for a parameter may in particular comprise an analytic function, for example a polynomial of a certain order (eg 3rd, 5th, 10th or higher order). In this case, the mathematical function can be determined in such a way that the function approximates the characteristic map as well as possible (eg in the quadratic mean). Alternatively, the mathematical function z. B. include a neural network that has been learned based on measurements of the map.

Die mathematische Funktion kann einen Soll-Parameterwert eines Parameters als Funktion von unterschiedlichen Positions-Variablen zur Beschreibung der relativen Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule angeben. Dabei können die Positions-Variablen Abstände zwischen der Primärspule und der Sekundärspule anzeigen, z. B. in kartesischen Koordinaten oder in Polarkoordinaten. Die Positions-Variablen können z. B. einen Abstand in X-Richtung, einen Abstand in Y-Richtung und/oder einen Abstand in Z-Richtung anzeigen. Beispielhafte weitere Positionsvariablen sind z. B. der Drehwinkel zwischen Primär- und Sekundärspule 111, 121. Insbesondere kann eine mathematische Funktion einen Soll-Parameterwert eines Parameters als Funktion des Drehwinkels zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 beschreiben.The mathematical function may specify a desired parameter value of a parameter as a function of different positional variables for describing the relative position between the primary coil and the secondary coil. The position variables can indicate distances between the primary coil and the secondary coil, eg. In Cartesian coordinates or in polar coordinates. The position variables can, for. Example, a distance in the X direction, a distance in the Y direction and / or display a distance in the Z direction. Exemplary further position variables are z. B. the angle of rotation between the primary and secondary coil 111 . 121 , In particular, a mathematical function may have a desired parameter value of a parameter as a function of the angle of rotation between the primary coil 111 and the secondary coil 121 describe.

Die mathematische Funktion ist bevorzugt in Bezug auf eine Positions-Variable stetig und nach einer Positions-Variablen stetig ableitbar. Somit kann die mathematische Funktion für einen Parameter des Modells des induktiven Koppelsystems in effizienter Weise dazu verwendet werden, Information in Bezug auf den aktuellen Zustand des induktiven Koppelsystems zu ermitteln (z. B. im Rahmen eines Optimierungsverfahrens).The mathematical function is preferably continuous with respect to a position variable and continuously derivable according to a position variable. Thus, the mathematical function for a model of the inductive coupling system can be efficiently used to determine information related to the current state of the inductive coupling system (eg, as part of an optimization process).

Das Ermitteln von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem kann umfassen, das Reduzieren einer Kostenfunktion, die eine Abweichung der Ist-Parameterwerte von den durch die mathematischen Funktionen gegebenen Soll-Parameterwerten anzeigt (z. B. einen mittleren quadratischen Abstand). Das Reduzieren (insbesondere das Minimieren) der Kostenfunktion kann durch Variieren der relativen Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule erfolgen. Insbesondere kann eine relative Ist-Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ermittelt werden, durch die die Kostenfunktion reduziert, insbesondere minimiert, wird. Des Weiteren kann ein Minimalwert der Kostenfunktion ermittelt werden.The determination of information related to the inductive coupling system may include reducing a cost function that indicates a deviation of the actual parameter values from the desired parameter values given by the mathematical functions (eg, a mean square distance). Reducing (in particular minimizing) the cost function can be done by varying the relative position between the primary coil and the secondary coil. In particular, a relative actual position between the primary coil and the secondary coil can be determined, by which the cost function is reduced, in particular minimized. Furthermore, a minimum value of the cost function can be determined.

Die Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem kann somit Information in Bezug auf eine relative Ist-Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule umfassen. Das Verfahren kann somit für eine effiziente und präzise Positionierung eines Fahrzeugs über einer WPT-Bodeneinheit verwendet werden.The information relating to the inductive coupling system may thus include information relating to a relative actual position between the primary coil and the secondary coil. The method may thus be used for efficient and accurate positioning of a vehicle over a WPT ground unit.

Das Verfahren kann das Ermitteln einer relativen Ausgangs-Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule umfassen (z. B. zu Beginn eines Ladevorgangs). Die Ausgangs-Position kann z. B. mit dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können anderweitige Positionierungsverfahren (z. B. kamerabasierte Positionierungsverfahren) dazu verwendet werden, die relative Ausgangs-Position zu bestimmen. Die Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem kann dann auch auf Basis der relativen Ausgangs-Position ermittelt werden. So kann z. B. die relative Ist-Position zwischen der Primärspule und der Sekundärspule mit einer erhöhten Genauigkeit ermittelt werden (insbesondere können durch Berücksichtigung einer Ausgangs-Position mögliche Mehrdeutigkeiten bei der Ermittlung der relativen Ist-Position vermieden werden).The method may include determining a relative output position between the primary coil and the secondary coil (eg, at the beginning of a charge). The starting position can z. B. be determined by the method described in this document. Alternatively or additionally, other positioning methods (eg, camera-based positioning methods) may be used to determine the relative home position. The information relating to the inductive coupling system can then also be determined on the basis of the relative output position. So z. B. the relative actual position between the primary coil and the secondary coil can be determined with increased accuracy (in particular can be avoided by taking into account an output position possible ambiguities in the determination of the relative actual position).

Alternativ oder ergänzend können durch Berücksichtigung einer Ausgangs-Position Defekte oder Störungen des induktiven Koppelsystems detektiert werden. Beispielsweise kann detektiert werden, dass die relative Ist-Position von der relativen Ausgangs-Position abweicht, obwohl das Fahrzeug zwischen dem Zeitpunkt des Ermittelns der relativen Ausgangs-Position und dem Zeitpunkt des Ermittelns der relativen Ist-Position nicht bewegt wurde. Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass sich ein störendes Objekt zwischen die Primärspule und die Sekundärspule geschoben hat und/oder dass das induktive Koppelsystem einen Defekt aufweist. Es kann dann ein induktiver Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs über das induktive Koppelsystem abgebrochen werden. So kann die Sicherheit von induktiven Ladevorgängen in effizienter und zuverlässiger Weise erhöht werden.Alternatively or additionally, defects or disturbances of the inductive coupling system can be detected by taking account of an output position. For example, it may be detected that the relative actual position deviates from the relative output position although the vehicle was not moved between the time of determining the relative output position and the time of determining the relative actual position. This can be an indication that a disturbing object has moved between the primary coil and the secondary coil and / or that the inductive coupling system has a defect. It can then be an inductive charging of the electrical energy storage of the vehicle via the inductive Pairing system to be canceled. Thus, the safety of inductive charging can be increased in an efficient and reliable manner.

Alternativ kann z. B. ermittelt werden, dass die relative Ist-Position von der relativen Ausgangs-Position abweicht, weil sich die Unterbodenfreiheit zwischen Fahrzeug und WPT-Bodeneinheit verändert hat. Insbesondere kann eine Abweichung der Ist-Position von der Ausgangs-Position in Z-Richtung detektiert werden (bei substantiell unveränderter Positionierung in X/Y-Richtung). Es kann dann auf ein Be- bzw. Entladen des Fahrzeugs geschlossen werden. In diesem Fall kann eine Anpassung eines Arbeitspunktes (z. B. eine Anpassung einer Frequenz des Ladefeldes) vorgenommen werden, um die Energieeffizienz des induktiven Ladevorgangs zu verbessern. Es kann somit die Energieeffizienz von induktiven Ladevorgängen in effizienter und zuverlässiger Weise erhöht werden.Alternatively, z. For example, it may be determined that the relative actual position deviates from the relative home position because the underfloor clearance between the vehicle and WPT ground unit has changed. In particular, a deviation of the actual position from the starting position in the Z direction can be detected (with substantially unchanged positioning in the X / Y direction). It can then be closed on a loading or unloading of the vehicle. In this case, an adjustment of an operating point (eg, an adaptation of a frequency of the charging field) may be made to improve the energy efficiency of the inductive charging process. Thus, the energy efficiency of inductive charging can be increased in an efficient and reliable manner.

Das induktive Koppelsystem kann zusätzlich (mindestens) eine Messspule umfassen. Die Parameter des Modells des induktiven Koppelsystems können dann (zumindest) einen Parameter umfassen, der von einem Kopplungsgrad zwischen der Messspule einerseits und der Primärspule und/oder der Sekundärspule andererseits abhängt. Durch die Berücksichtigung einer weiteren Messspule können Symmetrien des induktiven Koppelsystems und damit Mehrdeutigkeiten bei der Ermittlung von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem beseitigt werden.The inductive coupling system may additionally comprise (at least) one measuring coil. The parameters of the model of the inductive coupling system can then comprise (at least) one parameter which depends on a degree of coupling between the measuring coil on the one hand and the primary coil and / or the secondary coil on the other hand. By taking into account a further measuring coil symmetries of the inductive coupling system and thus ambiguities in the determination of information in relation to the inductive coupling system can be eliminated.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Auswerteeinheit bzw. eine Steuereinheit (z. B. mit einem Prozessor) beschrieben, die eingerichtet ist, das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.In accordance with a further aspect, an evaluation unit or a control unit (for example with a processor) which is set up to carry out the method described in this document is described.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Auswerteeinheit bzw. Steuereinheit umfasst.According to a further aspect, a vehicle (in particular a road motor vehicle, for example a passenger car, a lorry or a motorcycle) is described, which comprises the evaluation unit or control unit described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.In another aspect, a software (SW) program is described. The SW program can be set up to run on a processor and thereby perform the method described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.In another aspect, a storage medium is described. The storage medium may include a SW program that is set up to run on a processor and thereby perform the method described in this document.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be understood that the methods, devices and systems described herein may be used alone as well as in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, devices, and systems described herein may be combined in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined in a variety of ways.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigenFurthermore, the invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments. Show

1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems; 1 exemplary components of an inductive charging system;

2 beispielhafte Komponenten einer WPT-Bodeneinheit und einer WPT-Fahrzeugeinheit; 2 exemplary components of a WPT ground unit and a WPT vehicle unit;

3a ein beispielhaftes induktives Koppelsystem; 3a an exemplary inductive coupling system;

3b ein beispielhaftes Modell für ein induktives Koppelsystem; 3b an exemplary model for an inductive coupling system;

3c beispielhafte Parameterverläufe eines induktiven Koppelsystems; 3c exemplary parameter profiles of an inductive coupling system;

4 beispielhafte Verläufe von Kostenfunktionen (wobei exemplarisch nur die x-Koordinate dargestellt ist); und 4 exemplary courses of cost functions (with only the x-coordinate shown as an example); and

5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung des Zustands eines induktiven Koppelsystems. 5 a flowchart of an exemplary method for determining the state of an inductive coupling system.

Aufgrund von Toleranzen beim Parken eines Fahrzeugs 100 über einer Primärspule 111 und/oder aufgrund von variierenden Unterbodenfreiheiten 130 (z. B. durch unterschiedliche Beladungszustände des Fahrzeugs 100) ergeben sich bei einem induktiven Ladesystem relativ große mechanische Toleranzen (z. B. –7 bis +7 cm in X-Richtung, –10 bis +10 cm in Y-Richtung; 10 bis 16 cm in Z-Richtung). Diese mechanischen bzw. örtlichen Toleranzen führen typischerweise zu einer relativ großen Streuung der Parameter des induktiven Ladesystems (insbesondere der Parameter L1, L2 und k). Aufgrund der relativ großen Streuung der möglichen Parameterwerte des induktiven Koppelsystems (d. h. des induktiven Ladesystems) ist typischerweise nur eine relativ grobe Diagnose in Bezug auf einen Zustand des Koppelsystems möglich. Insbesondere kann meist nicht zuverlässig erkannt werden, ob eine Spule 111, 121 gebrochen ist, ob ein Fahrzeug 100 bezüglich der Bodenspule 111 verschoben ist und/oder ob z. B. ein Fremdkörper die induktive Energieübertragung behindert. Des Weiteren ist die Einstellung eines Arbeitspunktes für einen induktiven Ladevorgang meist unzureichend, da der Zustand des induktiven Ladesystems nur unzureichend bekannt ist. Due to tolerances when parking a vehicle 100 over a primary coil 111 and / or due to varying underbody freedoms 130 (eg due to different loading states of the vehicle 100 In the case of an inductive charging system, relatively large mechanical tolerances result (eg -7 to +7 cm in the X-direction, -10 to +10 cm in the Y-direction, 10 to 16 cm in the Z-direction). These mechanical or local tolerances typically lead to a relatively large dispersion of the parameters of the inductive charging system (in particular the parameters L 1 , L 2 and k). Due to the relatively large variance of the possible parameter values of the inductive coupling system (ie of the inductive charging system), only a relatively rough diagnosis with respect to a state of the coupling system is typically possible. In particular, can not be reliably detected, if a coil 111 . 121 is broken, whether a vehicle 100 with respect to the bottom coil 111 is shifted and / or whether z. B. a foreign body obstructs the inductive energy transfer. Furthermore, the setting of an operating point for an inductive charging process is usually insufficient, since the state of the inductive charging system is only insufficiently known.

Das vorliegende Dokument befasst sich daher mit der effizienten und präzisen Ermittlung von Information in Bezug auf den Zustand eines induktiven Koppelsystems für das induktive Laden eines Fahrzeugs.The present document therefore deals with the efficient and accurate detection of information regarding the condition of an inductive charging system for the inductive charging of a vehicle.

2 zeigt ein Schaltbild einer WPT-Bodeneinheit 110 und einer WPT-Fahrzeugeinheit 120. Die WPT-Bodeneinheit 110 umfasst einen Wechselrichter 213, der eingerichtet ist, aus einem Gleichstrom (z. B. bei einer Gleichspannung von ca. 500 V) einen Wechselstrom mit einer Ladefeld-Frequenz zu generieren. Des Weiteren umfasst die WPT-Bodeneinheit 110 die Primärspule 111 (allgemein als induktive Einheit bezeichnet) und einen Primärkondensator 212 (allgemein als kapazitive Einheit bezeichnet). Außerdem ist in 2 beispielhaft ein Filter 214 der WPT-Bodeneinheit 110 dargestellt. Die WPT-Bodeneinheit 110 umfasst somit einen seriellen Schwingkreis (hier auch als Primärschwingkreis bezeichnet), dessen Resonanzfrequenz sich aus der Gesamtkapazität C (insbesondere der Kapazität des Kondensators 212) und der Gesamtinduktivität L (insbesondere der Induktivität der Primärspule 111) als

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ergibt. Die Ladefeld-Frequenz ist bevorzugt nahe an der Resonanzfrequenz f0, um einen möglichst hohen Primärstrom durch die Primärspule 111 zu erzeugen (durch eine Resonanz). Ein hoher Primärstrom ist typischerweise erforderlich, da der Kopplungsfaktor k 230 zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 aufgrund des großen Luftspaltes 130 relativ klein ist, z. B. k ~ 0.1. 2 shows a circuit diagram of a WPT ground unit 110 and a WPT vehicle unit 120 , The WPT ground unit 110 includes an inverter 213 which is adapted to generate an alternating current with a charging field frequency from a direct current (eg at a direct voltage of approximately 500 V). Furthermore, the WPT ground unit includes 110 the primary coil 111 (commonly referred to as inductive unit) and a primary capacitor 212 (commonly referred to as capacitive unit). It is also in 2 an example of a filter 214 the WPT ground unit 110 shown. The WPT ground unit 110 thus includes a series resonant circuit (also referred to herein as the primary resonant circuit), the resonant frequency of the total capacitance C (in particular the capacitance of the capacitor 212 ) and the total inductance L (in particular the inductance of the primary coil 111 ) when
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results. The charging field frequency is preferably close to the resonance frequency f 0 , to the highest possible primary current through the primary coil 111 to generate (by a resonance). A high primary current is typically required because the coupling factor k 230 between primary coil 111 and secondary coil 121 due to the large air gap 130 is relatively small, z. Eg k ~ 0.1.

In analoger Weise umfasst die WPT-Fahrzeugeinheit 120 einen Schwingkreis (hier auch als Sekundärschwingkreis bezeichnet), der aus der Sekundärspule 121 (allgemein als induktive Einheit bezeichnet) und einem Sekundärkondensator 222 (allgemein als kapazitive Einheit bezeichnet) gebildet wird. Die Resonanzfrequenz dieses Sekundärschwingkreises ist bevorzugt an die Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises der WPT-Bodeneinheit 110 angepasst, um eine möglichst gute Energieübertragung zu erreichen. Außerdem ist in 2 ein Filter-Kondensator 224, ein Gleichrichter 101 und ein zu ladender Energiespeicher 103 dargestellt.Analogously, the WPT vehicle unit includes 120 a resonant circuit (also referred to here as secondary resonant circuit), which consists of the secondary coil 121 (commonly referred to as inductive unit) and a secondary capacitor 222 (generally referred to as capacitive unit) is formed. The resonant frequency of this secondary resonant circuit is preferably at the resonant frequency of the primary resonant circuit of the WPT ground unit 110 adapted to achieve the best possible energy transfer. It is also in 2 a filter capacitor 224 , a rectifier 101 and an energy store to be charged 103 shown.

Die effektiven Induktivitäten L1, L2 der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 hängen von der Anordnung der Primärspule 111 relativ zu der Sekundärspule 121 ab. Insbesondere hängt die effektive Induktivität L1 der Primärspule 111 bzw. die effektive Induktivität L2 der Sekundärspule 121 von der Größe der Unterbodenfreiheit 130 und/oder von einem Querversatz der Primärspule 111 zur Sekundärspule 121 ab. Eine sich ändernde effektive Induktivität führt zu einer sich ändernden Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises. Die Ansteuerung der Primärspule 111 sollte für eine optimale Energieeffizienz entsprechend angepasst werden. Dabei können insbesondere eine Anpassung der Ladefeld-Frequenz, eine Anpassung eines Matching-Netzwerks (z. B. des Filters 214) und/oder eine Anpassung der Spannungen erfolgen.The effective inductances L 1 , L 2 of the primary coil 111 and the secondary coil 121 depend on the arrangement of the primary coil 111 relative to the secondary coil 121 from. In particular, the effective inductance L 1 of the primary coil depends 111 or the effective inductance L 2 of the secondary coil 121 the size of the underbody clearance 130 and / or from a transverse offset of the primary coil 111 to the secondary coil 121 from. A changing effective inductance leads to a changing resonant frequency of the primary resonant circuit. The control of the primary coil 111 should be adjusted accordingly for optimal energy efficiency. In particular, an adaptation of the charging field frequency, an adaptation of a matching network (eg of the filter 214 ) and / or an adjustment of the voltages.

Die relative Positionierung zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 kann wie in 3a z. B. durch kartesische Koordinaten X, Y, Z beschrieben werden. Dabei gibt die Z-Koordinate die Größe der Unterbodenfreiheit 130 an. Die X- und Y-Koordinaten beschreiben den Querversatz der Primärspule 111 zur Sekundärspule 121.The relative positioning between primary coil 111 and secondary coil 121 can be like in 3a z. B. by Cartesian coordinates X, Y, Z are described. The Z-coordinate gives the size of the underbody clearance 130 at. The X and Y coordinates describe the transverse offset of the primary coil 111 to the secondary coil 121 ,

Das induktive Koppelsystem zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 kann z. B. durch ein T-Ersatzschaltbild (siehe 3b) beschrieben bzw. modelliert werden. Dieses Modell 330 weist als Parameter 331 die effektive Induktivität L1 der Primärspule 111, die effektive Induktivität L2 der Sekundärspule 121 und den Kopplungsfaktor k auf (wobei

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Die Parameter L1, L2, k 331 sind dabei Funktionen der relativen Position zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121, d. h. Funktionen von x, y, z.The inductive coupling system between primary coil 111 and secondary coil 121 can z. B. by a T-equivalent circuit diagram (see 3b ) are described or modeled. This model 330 indicates as a parameter 331 the effective inductance L 1 of the primary coil 111 , the effective inductance L 2 of the secondary coil 121 and the coupling factor k (where
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The parameters L 1 , L 2 , k 331 are functions of the relative position between the primary coil 111 and secondary coil 121 , ie functions of x, y, z.

3c zeigt beispielhafte Verläufe/Kennfelder 300, 310, 320 für die Parameter k, L1, L2 331. Diese Verläufe/Kennfelder 300, 310, 320 können im Vorfeld für ein bestimmtes induktives Koppelsystem bestimmt werden. Insbesondere können für eine bestimmte Kombination aus WPT-Bodeneinheit 110 und WPT-Fahrzeugeinheit 120 bzw. für eine bestimmte Kombination aus WPT-Bodeneinheit 110 und Fahrzeug-Typ die Verläufe 300, 310, 320 für die Parameter k, L1, L2 331 ausgemessen werden. Diese Verläufe 300, 310, 320 können dann jeweils durch eine mathematische Funktion, insbesondere durch eine analytische Funktion, approximiert werden. Mit anderen Worten, die gemessenen Parameter-Kennfelder k(x, y, z) 300, L1(x, y, z) 310 und L2(x, y, z) 320 können jeweils durch eine mathematische Funktion Pk(x, y, z), PL1(x, y, z) und PL2(x, y, z) approximiert werden. Beispielsweise können die Parameter-Kennfelder durch Polynome approximiert werden. Die mathematischen Funktionen können z. B. durch lineare Regression auf Basis der drei-dimensionalen Parameter-Kennfelder 300, 310, 320 ermittelt werden. Die mathematischen Funktionen Pk(x, y, z), PL1(x, y, z) und PL2(x, y, z) beschreiben dabei die Soll-Parameterwerte eines Modells 330 eines induktiven Koppelsystems. 3c shows exemplary gradients / maps 300 . 310 . 320 for the parameters k, L 1 , L 2 331 , These curves / maps 300 . 310 . 320 can be determined in advance for a specific inductive coupling system. In particular, for a particular combination of WPT ground unit 110 and WPT vehicle unit 120 or for a particular WPT ground unit combination 110 and vehicle type the gradients 300 . 310 . 320 for the parameters k, L 1 , L 2 331 be measured. These courses 300 . 310 . 320 can then each be approximated by a mathematical function, in particular by an analytical function. In other words, the measured parameter maps k (x, y, z) 300 , L 1 (x, y, z) 310 and L 2 (x, y, z) 320 can each be approximated by a mathematical function P k (x, y, z), P L1 (x, y, z) and P L2 (x, y, z). For example, the parameter maps can be approximated by polynomials. The mathematical functions can z. By linear regression based on the three-dimensional parameter maps 300 . 310 . 320 be determined. The mathematical functions P k (x, y, z), P L1 (x, y, z) and P L2 (x, y, z) describe the desired parameter values of a model 330 an inductive coupling system.

Zur Bestimmung der mathematischen Funktion für einen Parameter können z. B. bei der Entwicklung des induktiven Koppelsystems die Ist-Parameterwerte des Parameters an möglichst vielen Positionen (x, y, z) bzw. für möglichst viele Wert der Positions-Variablen erfasst werden. Aus diesen Daten kann dann die mathematische Funktion für den Parameter bestimmt. Zu diesem Zweck können (abhängig von der verwendeten Funktionsklasse, d. h. abhängig von dem verwendeten Typ der Funktion) lineare oder nichtlineare Regression und/oder Verfahren zur Dimensionsreduktion verwendet werden. Insbesondere können Methoden aus dem Bereich „Maschine Learning” eingesetzt werden. Beispielsweise kann als Typ der Funktion ein neuronales Netzwerk verwendet und auf Basis der gemessenen Daten angelernt werden. Das angelernte neuronale Netzwerk (d. h. die mathematische Funktion) für einen Parameter kann dann für eine bestimmte Position den Soll-Parameterwert des Parameters anzeigen.To determine the mathematical function for a parameter z. B. in the development of the inductive coupling system, the actual parameter values of the parameter at as many positions (x, y, z) or for as many values of the position variables are detected. From this data, the mathematical function for the parameter can then be determined. For this purpose (depending on the functional class used, i.e. depending on the type of function used), linear or non-linear regression and / or dimensional reduction techniques may be used. In particular, methods from the field of "machine learning" can be used. For example, a neural network can be used as the type of function and trained on the basis of the measured data. The learned neural network (i.e., the mathematical function) for a parameter may then indicate the desired parameter value of the parameter for a particular position.

Während der Positionierung eines Fahrzeugs 100 über der Primärspule 111 einer WPT-Bodeneinheit 110 können die Ist-Parameterwerte k(i), L1 (i), L2 (i) des Modells 330 eines induktiven Koppelsystems gemessen werden. Zu diesem Zweck kann z. B. in der WPT-Bodeneinheit 110 eine Wechselspannung U1 mit einer bestimmten Kreisfrequenz ω bewirkt werden. Es können dann der Primärstrom I1 in der WPT-Bodeneinheit 110, und der Sekundärstrom I2 und die Spannung U2 in der WPT-Fahrzeugeinheit 120 gemessen werden (als messbare elektrische Größen 332 des Modells 330. Insbesondere wenn sich das Fahrzeug 100 relativ zu der WPT-Bodeneinheit 110 bewegt, sollten dabei die Messungen an der WPT-Bodeneinheit 110 und an der WPT-Fahrzeugeinheit 120 zeitsynchron erfolgen. Zu diesem Zweck können die Messdaten an der WPT-Bodeneinheit 110 und an der WPT-Fahrzeugeinheit 120 mit einem Zeitstempel versehen werden. Dies kann z. B. über WLAN mittels TSF-Zeitstempel ( IEEE 802.11y , HW zur Laufzeitmessung) erfolgen.While positioning a vehicle 100 above the primary coil 111 a WPT ground unit 110 may be the actual parameter values k (i) , L 1 (i) , L 2 (i) of the model 330 an inductive coupling system are measured. For this purpose, z. In the WPT ground unit 110 an AC voltage U 1 can be effected with a certain angular frequency ω. It may then be the primary current I 1 in the WPT ground unit 110 , and the secondary current I 2 and the voltage U 2 in the WPT vehicle unit 120 be measured (as measurable electrical quantities 332 of the model 330 , Especially if the vehicle 100 relative to the WPT ground unit 110 moved, while doing the measurements on the WPT ground unit 110 and at the WPT vehicle unit 120 time-synchronized. For this purpose, the measurements can be made on the WPT ground unit 110 and at the WPT vehicle unit 120 be timestamped. This can be z. B. over WLAN by means of TSF timestamp ( IEEE 802.11y , HW for transit time measurement).

Aus den Strom- und Spannungsmessungen der messbaren Größen 332 in der WPT-Bodeneinheit 110 und in der WPT-Fahrzeugeinheit 120 können dann z. B. mit dem folgenden Gleichungssystem des Modells 330 aus 3b die Ist-Parameterwerte k(i), L1 (i), L2 (i) des induktiven Koppelsystems ermittelt werden:

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From the current and voltage measurements of the measurable quantities 332 in the WPT ground unit 110 and in the WPT vehicle unit 120 can then z. B. with the following system of equations of the model 330 out 3b the actual parameter values k (i) , L 1 (i) , L 2 (i) of the inductive coupling system are determined:
Figure DE102016217703A1_0005

Dabei kann ggf. angenommen werden, dass aufgrund der hohen Güten der Spulen 111, 121 (Ri « jωLi) gilt, so dass die Widerstände Ri 332 des Modells 330 vernachlässigt werden können.It may possibly be assumed that due to the high quality of the coils 111 . 121 (R i << jωL i ) holds, so that the resistors R i 332 of the model 330 can be neglected.

Auf Basis der Ist-Parameterwerte k(i), L1 (i), L2 (i) der Parameter 331 des Modells 330 des induktiven Koppelsystems und auf Basis der mathematischen Funktionen Pk(X, Y, Z), PL1(X, Y, Z) und PL2(X, Y, Z) für die Soll-Parameterwerte der Parameter 331 des Modells 330 des induktiven Koppelsystems kann Information in Bezug auf das Koppelsystem bestimmt werden. Beispielhafte Information in Bezug auf das Koppelsystem ist:

  • • Information in Bezug auf die relative Ist-Position (d. h. auf in Bezug auf die Ist-Werte von x, y, z) zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121;
  • • Information in Bezug auf einen Defekt der WPT-Bodeneinheit 110 und/oder der WPT-Fahrzeugeinheit 120; und/oder
  • • Information in Bezug auf ein induktiv störendes Objekt zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121.
On the basis of the actual parameter values k (i) , L 1 (i) , L 2 (i) the parameter 331 of the model 330 the inductive coupling system, and k on the basis of mathematical functions P (X, Y, Z), P L1 (X, Y, Z) and P L2 (X, Y, Z) for the target parameter values of the parameters 331 of the model 330 of the inductive coupling system information can be determined with respect to the coupling system. Exemplary information regarding the coupling system is:
  • Information relating to the relative actual position (ie with respect to the actual values of x, y, z) between the primary coil 111 and secondary coil 121 ;
  • • Information regarding a defect of the WPT ground unit 110 and / or the WPT vehicle unit 120 ; and or
  • • Information relating to an inductively disturbing object between the primary coil 111 and the secondary coil 121 ,

Beispielsweise kann die Ist-Position des Fahrzeugs 100 relativ zu der WPT-Bodeneinheit 110 bestimmt werden. Zu diesem Zweck kann eine Kostenfunktion J(i)(x, y, z) formuliert und optimiert werden, wobei die Kostenfunktion von den Ist-Parameterwerten und von den mathematischen Funktionen für die Soll-Parameterwerte abhängt. Beispielsweise kann die Kostenfunktion J(i)(x, y, z) darauf ausgelegt sein, die quadratische Abweichung zwischen entsprechenden Ist-Parameterwerten und Soll-Parameterwerten zu reduzieren, d. h.

Figure DE102016217703A1_0006
For example, the actual position of the vehicle 100 relative to the WPT ground unit 110 be determined. For this purpose, a cost function J (i) (x, y, z) can be formulated and optimized, the cost function depending on the actual parameter values and on the mathematical functions for the desired parameter values. For example, the cost function J (i) (x, y, z) may be designed to reduce the quadratic deviation between corresponding actual parameter values and desired parameter values, ie
Figure DE102016217703A1_0006

Die Kostenfunktion J(i)(x, y, z) kann z. B. durch Verwendung eines Gradientenverfahrens optimiert (insbesondere minimiert) werden. Dabei weist die Kostenfunktion typischerweise ein oder mehrere lokale Minima auf (insbesondere aufgrund eines symmetrischen Aufbaus des Koppelsystems (z. B. in Bezug auf die X- und/oder die Y-Achse)). Es kann sein, dass aufgrund von lokalen Minima, die Ist-Position des Fahrzeugs 100 nicht eindeutig bestimmt werden kann. Insbesondere kann ggf. nicht ermittelt werden, in welchem Quadranten des X/Y Sub-Koordinatensystems sich das Fahrzeug 100 relativ zu der WPT-Bodeneinheit 110 befindet. Diese Mehrdeutigkeiten können z. B. wie folgt aufgelöst werden:

  • • Es kann der Start-Quadrant aus einem Positionierungsvorgang vermerkt werden (z. B. wenn die Start-Position des Fahrzeugs 100 bekannt ist), und bei der Optimierung der Kostenfunktion berücksichtigt werden.
  • • Es kann für alle Quadranten simultan eine Optimierung der Kostenfunktion vorgenommen werden, um im Laufe eines Positionierungsvorgangs den wahrscheinlichsten Quadranten zu ermitteln (nach dem Prinzip der Sequentiellen Monte Carlo, SMC, Methode bzw. nach dem Prinzip von Partikel-Filtern).
  • • Es können ein oder mehrere zusätzliche Sensoren bzw. Messspulen verwendet werden, um die Quadranten zu ermitteln.
The cost function J (i) (x, y, z) can z. B. optimized by using a gradient method (in particular minimized). In this case, the cost function typically has one or more local minima (in particular due to a symmetrical structure of the coupling system (for example with regard to the X and / or the Y axis)). It may be that, due to local minima, the actual position of the vehicle 100 can not be determined clearly. In particular, it may not be possible to determine in which quadrant of the X / Y sub-coordinate system the vehicle is located 100 relative to the WPT ground unit 110 located. These ambiguities can z. B. can be resolved as follows:
  • • The start quadrant can be noted from a positioning process (eg when the vehicle's starting position is 100 is known), and be taken into account in the optimization of the cost function.
  • • It is possible to optimize the cost function for all quadrants simultaneously in order to determine the most probable quadrant in the course of a positioning process (according to the principle of Sequential Monte Carlo, SMC, method or according to the principle of particle filters).
  • • One or more additional sensors or measuring coils can be used to determine the quadrants.

Typischerweise umfasst ein Koppelsystem für das induktive Laden eines Fahrzeugs weitere Sensorelemente, wie z. B. Messspulen zur Detektion von Fremdkörpern in dem Luftspalt zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121. Es können auch für diese zusätzlichen Spulen Kennfelder von Parametern bestimmt werden. Beispielsweise kann die WPT-Bodeneinheit 110 ein oder mehrere zusätzliche Spulen LA, LB, LC, und LD aufweisen, die mit der Sekundärspule 120 jeweils ein Koppelsystem bilden. Es können dann z. B. die Kennfelder der Gegeninduktivitäten M2A,B,C,D, von L2 zu LA, LB, LC, und LD als Soll-Parameterwerte ausgemessen und durch mathematische Funktionen approximiert werden. Die Gegeninduktivitaten weisen eine hohe Abhängigkeit zum Versatz der Sekundärspule 121 auf. Die Gegeninduktivitaten ergeben sich aus den Spannungen UA,B,V,D/L2 und sind damit relativ einfach zu bestimmen. Während eines Positionierungsvorgangs können dann Ist-Parameterwerte für die Gegeninduktivitäten ermittelt werden. Des Weiteren können die Abweichungen zwischen den Ist-Parameterwerten und den mathematischen Funktionen für die Soll-Parameterwerten mit in die Kostenfunktion J(i)(x, y, z) aufgenommen werden. So können lokale Minima der Kostenfunktion J(i)(x, y, z) vermieden werden.Typically, a coupling system for the inductive charging of a vehicle includes further sensor elements, such. B. measuring coils for detecting foreign bodies in the air gap between the primary coil 111 and the secondary coil 121 , It is also possible to determine characteristic diagrams of parameters for these additional coils. For example, the WPT ground unit 110 have one or more additional coils L A , L B , L C , and L D , with the secondary coil 120 each form a coupling system. It can then z. B. the maps of mutual inductances M 2A, B, C, D, from L 2 to L A , L B , L C , and L D are measured as desired parameter values and approximated by mathematical functions. The mutual inductances have a high dependence on the offset of the secondary coil 121 on. The mutual inductances result from the voltages U A, B, V, D / L 2 and are thus relatively easy to determine. During a positioning process, actual parameter values for the mutual inductances can then be determined. Furthermore, the deviations between the actual parameter values and the mathematical functions for the desired parameter values can be included in the cost function J (i) (x, y, z). Thus, local minima of the cost function J (i) (x, y, z) can be avoided.

Die gemessenen Ist-Parameterwerte k(i), L1 (i), L2 (i) der Parameter 331 des Modells 330 des induktiven Koppelsystems und die mathematischen Funktionen Pk(x, y, z), PL1(x, y, z) und PL2(x, y, z) für die Soll-Parameterwerte der Parameter 331 des Modells 330 des induktiven Koppelsystems können auch dazu verwendet werden, eine physikalische Veränderung des induktiven Koppelsystems (z. B. aufgrund eines Defektes einer Spule 111, 121 des Koppelsystems und/oder aufgrund eines Objektes zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121) zu detektieren. Für eine derartige Diagnose einer physikalischen Veränderung des induktiven Koppelsystems ist eine Mehrdeutigkeit der Kostenfunktion J(i)(x, y, z) typischerweise unerheblich.The measured actual parameter values k (i) , L 1 (i) , L 2 (i) are the parameters 331 of the model 330 the inductive coupling system and the mathematical functions P k (x, y, z), P L1 (x, y, z) and P L2 (x, y, z) for the target parameter values of the parameters 331 of the model 330 of the inductive coupling system can also be used for a physical change of the inductive coupling system (eg due to a defect of a coil 111 . 121 of the coupling system and / or due to an object between the primary coil 111 and secondary coil 121 ) to detect. For such a diagnosis of a physical change of the inductive coupling system, an ambiguity of the cost function J (i) (x, y, z) is typically irrelevant.

Es kann eine Ausgangs-Position des Fahrzeugs 100 relativ zu der WPT-Bodeneinheit 110, d. h. x0, y0, z0, bekannt sein. Die Ausgangs-Position des Fahrzeugs 100 kann z. B. durch eine anderweitige Positionierungs-Methode (z. B. eine bildbasierte Positionierungs-Methode) bestimmt worden sein. Alternativ oder ergänzend kann die Ausgangs-Position x0, y0, z0 des Fahrzeugs 100 relativ zu der WPT-Bodeneinheit 110 durch die Minimierung der Kostenfunktion J(i)(x, y, z) ermittelt worden sein (z. B. zu Beginn eines Ladevorgangs). Es ist dann auch das Minimum J0 = J(i)(x0, y0, z0) bekannt.It can be an initial position of the vehicle 100 relative to the WPT ground unit 110 , ie x 0 , y 0 , z 0 , be known. The starting position of the vehicle 100 can z. B. determined by another positioning method (eg, an image-based positioning method). Alternatively or additionally, the starting position x 0 , y 0 , z 0 of the vehicle 100 relative to the WPT ground unit 110 has been determined by minimizing the cost function J (i) (x, y, z) (eg at the beginning of a loading process). The minimum J 0 = J (i) (x 0 , y 0 , z 0 ) is then known.

Es können dann (z. B. zu einem späteren Zeitpunkt und ggf. erneut) die Ist-Parameterwerte L1 (i), L2 (i) des induktiven Koppelsystems gemessen werden, und es können durch Optimierung der Kostenfunktion J(i)(x, y, z) die Ist-Position xi, yi, zi des Fahrzeugs und der Ist-Wert des Minimums der Kostenfunktion Ji = J(i)(xi, yi, zi) ermittelt werden. Aufgrund einer Änderung des Koppelsystems kann die Ist-Position xi, yi, zi von der Ausgangs-Position x0, y0, z0 abweichen. The actual parameter values L 1 (i) , L 2 (i) of the inductive coupling system can then be measured (eg at a later time and possibly again), and by optimizing the cost function J (i) ( x, y, z) the actual position x i , y i , z i of the vehicle and the actual value of the minimum of the cost function J i = J (i) (x i , y i , z i ) are determined. Due to a change in the coupling system, the actual position x i , y i , z i can deviate from the starting position x 0 , y 0 , z 0 .

Beispielsweise kann dann die radiale Abweichung im drei dimensionalen (3D) Raum (xi – x0)2 + (yi – y0)2 + (zi – z0)2 ermittelt werden, und es kann überprüft werden, ob diese radiale 3D Abweichung größer oder kleiner als eine maximal zulässige radiale 3D Abweichung rmax ist.For example, then the radial deviation in the three-dimensional (3D) space (x i - x 0 ) 2 + (y i - y 0 ) 2 + (z i - z 0 ) 2 can be determined, and it can be checked whether this radial 3D deviation is greater or less than a maximum allowable radial 3D deviation r max .

Wenn die radiale 3D Abweichung größer als die maximal zulässige radiale 3D Abweichung rmax ist, so kann ggf. ein induktiver Ladevorgang abgebrochen werden.If the radial 3D deviation is greater than the maximum permissible radial 3D deviation r max , it may be possible to stop an inductive charging process.

Alternativ oder ergänzend kann eine radiale Abweichung in der X/Y Ebene (d. h. im zwei dimensionalen, 2D, Raum) ermittelt werden, und es kann eine Abweichung in Z-Richtung ermittelt werden, d. h. (xi – x0)2 + (yi – y0)2 und (zi – z0). Diese Abweichungen können mit jeweiligen maximal zulässigen Abweichungen verglichen werden. So kann z. B. erkannt werden, dass sich eine signifikante Veränderung in Z-Richtung aber keine substantielle Veränderung in der X/Y Ebene ergeben haben. Eine derartige Veränderung in Z-Richtung kann z. B. auf einer Beladung bzw. einer Entladung des Fahrzeugs 100 beruhen. Es kann dann der Betriebspunkt des induktiven Ladesystems (z. B. die verwendete Frequenz des induktiven Ladefelds) verändert werden, um den induktiven Ladevorgang an die veränderte Unterbodenfreiheit 130 (und damit an die veränderte Resonanzfrequenz des induktiven Koppelsystems) anzupassen. Dabei können auch weitere Sensoren (z. B. ein Beladungssensor) des Fahrzeugs 100 berücksichtigt werden, um die Beladung bzw. Entladung des Fahrzeugs 100 zu bestätigen. Kann die Beladung bzw. Entladung des Fahrzeugs 100 nicht bestätigt werden, so kann ggf. ein Abbuch des Ladevorgangs erfolgen (aus Sicherheitsgründen).Alternatively or additionally, a radial deviation in the X / Y plane (ie in two-dimensional, 2D, space) can be determined, and a deviation in the Z-direction can be determined, ie (x i -x 0 ) 2 + (y i - y 0 ) 2 and (z i - z 0 ). These deviations can be compared with respective maximum permissible deviations. So z. For example, it can be seen that a significant change in the Z direction but no substantial change in the X / Y plane has resulted. Such a change in the Z direction can z. B. on a load or a discharge of the vehicle 100 based. The operating point of the inductive charging system (eg the frequency of the inductive charging field used) can then be changed in order to adapt the inductive charging process to the changed underbody clearance 130 (and thus to the changed resonant frequency of the inductive coupling system) adapt. Other sensors (eg a load sensor) of the vehicle may also be used 100 be taken into account to load or unload the vehicle 100 to confirm. Can the loading or unloading of the vehicle 100 can not be confirmed, so it may be a write off of the loading (for security reasons).

Alternativ oder ergänzend kann der Ist-Wert des Minimums der Kostenfunktion Ji = J(i)(xi, yi, zi) betrachtet werden, und mit einem maximal zulässigen Schwellenwert Jmax und/oder mit dem Ausgangs-Wert J0 = J(i)(x0, y0, z0) verglichen werden. Falls der Ist-Wert Ji zu hoch ist, so kann daraus geschlossen werden, dass ein Defekt des Koppelsystems vorliegt und/oder dass sich ein Objekt zwischen den Spulen 111, 121 des Koppelsystems befindet. Es kann dann der induktive Ladevorgang abgebrochen werden.Alternatively or additionally, the actual value of the minimum of the cost function J i = J (i) (x i , y i , z i ) can be considered, and with a maximum allowable threshold J max and / or with the output value J 0 = J (i) (x 0 , y 0 , z 0 ). If the actual value J i is too high, then it can be concluded that a defect of the coupling system is present and / or that an object is located between the coils 111 . 121 of the coupling system is located. It can then be canceled, the inductive charging.

4 zeigt einen beispielhaften Verlauf 400 der Kostenfunktion J(i)(x, y, z) für ein intaktes Koppelsystem und einen beispielhaften Verlauf 401 der Kostenfunktion J(i)(x, y, z) für ein beeinträchtigtes Koppelsystem. Es ist aus 4 zu entnehmen, dass durch einen Defekt und/oder durch ein störendes Objekt die Kostenfunktion beeinträchtigt wird, so dass sich das Minimum der Kostenfunktion zu einer anderen Position verschiebt (und eine abweichende Ist-Positionen ermittelt wird) und so dass das Minimum der Kostenfunktion einen erhöhten Wert aufweist. Beide Tatsachen können (separat oder in Kombination) dazu verwendet werden, einen Defekt und/oder ein störendes Objekt zu detektieren. 4 shows an exemplary course 400 the cost function J (i) (x, y, z) for an intact coupling system and an exemplary course 401 the cost function J (i) (x, y, z) for an impaired coupling system. It is off 4 it can be seen that the cost function is impaired by a defect and / or by a disturbing object, so that the minimum of the cost function shifts to another position (and a different actual position is determined) and so that the minimum of the cost function is increased Value. Both facts can be used (separately or in combination) to detect a defect and / or a disturbing object.

Es kann somit die relative Ausgangs-Position x0, y0, z0 ermittelt werden, z. B. aus vorab ermittelten Spulen-Parameterfeldern. Dabei können unterschiedliche Informationen-Quellen verwendet werden. Des Weiteren können automatisch ermittelte Datenfelder des induktiven Koppelsystems berücksichtigt werden, die mittels Regressionsrechnung in parametrierbare Funktionen überführt wurden und somit relativ einfach auswertbar sind.It can thus be the relative output position x 0 , y 0 , z 0 are determined, for. B. from previously determined coil parameter fields. Different information sources can be used. Furthermore, automatically determined data fields of the inductive coupling system can be taken into account, which have been converted into parameterizable functions by means of regression calculation and are therefore relatively easy to evaluate.

Es kann dann, auf Basis der parametrierbaren Funktionen, eine Ist-Position xi, yi, zi geschätzt werden. Die Schätzposition kann zur Abschaltung (ggf. in Verbindung mit Fahrzeughöhenstandsdaten) eines Ladevorgangs, zur Erkennung von Defekten, zur Erkennung von Fremdkörpern im Luftspalt, zur Optimierung der Energieübertragung und/oder zur Optimierung weiterer Funktionen wie z. B. der Schwellwertanpassung eines Sensorarrays zur Fremdkörpererkennung verwendet werden.On the basis of the parameterizable functions, an actual position x i , y i , z i can then be estimated. The estimation position can be used to switch off (possibly in conjunction with vehicle height data) a charging process, to detect defects, to detect foreign bodies in the air gap, to optimize the energy transfer and / or to optimize other functions such. B. the threshold value adjustment of a sensor array for foreign body detection can be used.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Ermittlung von Information in Bezug auf ein induktives Koppelsystem zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs 100. Das induktive Koppelsystem umfasst eine Primärspule 111 (z. B. als Teil einer WPT-Bodeneinheit 110) und eine Sekundärspule 121 (z. B. als Teil einer WPT-Fahrzeugeinheit 120 des Fahrzeugs 100), die magnetisch miteinander gekoppelt sind. Für einen energieeffizienten Ladevorgang ist es vorteilhaft, dass der Kopplungsgrad zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 möglichst hoch ist. Dies erfordert eine präzise Positionierung der Sekundärspule 121 über der Primärspule 111. 5 shows a flowchart of an exemplary method 500 for determining information relating to an inductive coupling system for inductively charging an electrical energy storage device of a vehicle 100 , The inductive coupling system comprises a primary coil 111 (eg as part of a WPT ground unit 110 ) and a secondary coil 121 (eg as part of a WPT vehicle unit 120 of the vehicle 100 ), which are magnetically coupled together. For an energy-efficient charging process, it is advantageous that the degree of coupling between the primary coil 111 and the secondary coil 121 as high as possible. This requires a precise positioning of the secondary coil 121 above the primary coil 111 ,

Das Verfahren 500 umfasst das Ermitteln 501 von Ist-Parameterwerten von mehreren Parametern 331 eines Modelles 330 des induktiven Koppelsystems. Das Modell 330 des induktiven Koppelsystems kann dabei messbare physikalische Größen 332 des induktiven Koppelsystems in Abhängigkeit der Parameter 331 beschreiben. Mit anderen Worten kann das Modell 330 des induktiven Koppelsystems einen Zusammenhang zwischen messbaren physikalischen Größen 332 und den Parametern 331 (z. B. idealisierten Bauelement) des Modells 330 beschreiben. Die messbaren physikalischen Größen 332 können z. B. Spannungen und/oder Ströme an der WPT-Bodeneinheit 110 und/oder der Primärspule 111 bzw. an der WPT-Fahrzeugeinheit 120 und/oder der Sekundärspule 121 umfassen. Die Parameter 331 können induktive Parameter umfassen, die induktive Eigenschaften des Koppelsystems wie z. B. die (effektiven) Induktivtäten L1, L2 der Primärspule 111 und/oder der Sekundärspule 121 oder den Kopplungsgrad k beschreiben. Das Modell 330 kann z. B. ein T-Ersatzmodell eines Transformators mit der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 umfassen. The procedure 500 includes determining 501 of actual parameter values of several parameters 331 a model 330 of the inductive coupling system. The model 330 The inductive coupling system can thereby measurable physical quantities 332 of the inductive coupling system as a function of the parameters 331 describe. In other words, the model can 330 of the inductive coupling system a relationship between measurable physical quantities 332 and the parameters 331 (eg idealized component) of the model 330 describe. The measurable physical quantities 332 can z. For example, voltages and / or currents on the WPT ground unit 110 and / or the primary coil 111 or at the WPT vehicle unit 120 and / or the secondary coil 121 include. The parameters 331 may include inductive parameters, the inductive properties of the coupling system such. B. the (effective) Induktivtäten L 1 , L 2 of the primary coil 111 and / or the secondary coil 121 or describe the degree of coupling k. The model 330 can z. B. a T-replacement model of a transformer with the primary coil 111 and the secondary coil 121 include.

Die Ist-Parameterwerte der Parameter 331 können durch Messen von Werten der messbaren physikalischen Größen 332 ermittelt werden. Zu diesem Zweck können aus den gemessenen Werten der messbaren physikalischen Größen 332 unter Verwendung des Modells 330 des induktiven Koppelsystems die Ist-Parameterwerte der Parameter 331 bestimmt werden.The actual parameter values of the parameters 331 can be measured by measuring values of measurable physical quantities 332 be determined. For this purpose, from the measured values of the measurable physical quantities 332 using the model 330 of the inductive coupling system, the actual parameter values of the parameters 331 be determined.

Das Verfahren 500 umfasst weiter das Ermitteln 502 von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem auf Basis der Ist-Parameterwerte und auf Basis von mathematischen Funktionen für Soll-Parameterwerte der Parameter 331. Insbesondere kann für jeden Parameter 331 eine separate mathematische Funktion bereitgestellt werden. Dabei zeigt die mathematische Funktion für einen Parameter 331 die Soll-Parameterwerte des Parameters 331 als Funktion einer relativen Position x, y, z zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 des induktiven Koppelsystems an.The procedure 500 further includes determining 502 information related to the inductive coupling system based on the actual parameter values and based on mathematical functions for desired parameter values of the parameters 331 , In particular, for each parameter 331 be provided a separate mathematical function. This shows the mathematical function for a parameter 331 the target parameter values of the parameter 331 as a function of a relative position x, y, z between the primary coil 111 and the secondary coil 121 of the inductive coupling system.

Insbesondere kann die relative Ist-Position xi, yi, zi zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 als Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann eine Kostenfunktion J(i)(x, y, z) minimiert werden, die von einer (ggf. quadratischen) Abweichung zwischen den Ist-Parameterwerten und den Soll-Parameterwerten abhängt. Die Soll-Parameterwerte werden dabei in effizienter Weise anhand der mathematischen Funktionen ermitteltIn particular, the relative actual position x i , y i , z i between the primary coil 111 and the secondary coil 121 be determined as information relating to the inductive coupling system. For this purpose, a cost function J (i) (x, y, z) can be minimized, which depends on a (possibly quadratic) deviation between the actual parameter values and the desired parameter values. The desired parameter values are thereby determined in an efficient manner on the basis of the mathematical functions

Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren 500 ermöglicht es, in effizienter Weise Defekte in einem Spulensystem 111, 121 zu detektieren. Des Weiteren kann ein relativer Versatz zwischen Primär- und Sekundärspule 111, 121 überwacht werden (ggf. auch in Abhängigkeit von einer bekannten Fahrzeug-Vertikal-Bewegung). Außerdem können Parameter 331 des induktiven Ladesystems in präziser Weise ermittelt werden, so dass ein Arbeitspunkt des induktiven Ladesystems optimiert werden kann, um den Wirkungsgrad des induktiven Ladesystems zu erhöhen. Dabei können ggf. Einstellungen der Schaltungen der WPT-Bodeneinheit 110 und/oder der WPT-Fahrzeugeinheit 120 angepasst werden.The procedure described in this document 500 makes it possible to efficiently detect defects in a coil system 111 . 121 to detect. Furthermore, a relative offset between the primary and secondary coils 111 . 121 be monitored (possibly also in dependence on a known vehicle vertical movement). In addition, parameters can 331 of the inductive charging system can be determined in a precise manner, so that an operating point of the inductive charging system can be optimized to increase the efficiency of the inductive charging system. It may be possible settings of the circuits of the WPT ground unit 110 and / or the WPT vehicle unit 120 be adjusted.

Das Verfahren 500 kann mit einem relativ geringen Rechenaufwand im Fahrzeug 100 umgesetzt werden, da auf zuvor ermittelte mathematische Funktionen zurückgegriffen werden kann. Dabei können im Rahmen der Ermittlung der mathematischen Funktionen (z. B. bei einer Regressionsrechnung) statistische Messfehler der Kennfelder für die Parameter 331 des induktiven Koppelsystems geglättet werden (insbesondere kann ein Under- und Overfitting vermieden werden). Die mathematischen Funktionen zur Beschreibung der Soll-Parameterwerte des induktiven Koppelsystems sind typischerweise vom Typ eines Fahrzeugs 100 abhängig. Durch die Bereitstellung von Typ-abhängigen mathematischen Funktionen kann das Verfahren 500 in effizienter Weise auf unterschiedliche Fahrzeugtypen übertragen werden.The procedure 500 can with a relatively low computational effort in the vehicle 100 be implemented, since previously determined mathematical functions can be used. In the context of the determination of the mathematical functions (eg in a regression calculation), statistical measurement errors of the characteristic diagrams for the parameters 331 be smoothed the inductive coupling system (in particular, an under- and overfitting can be avoided). The mathematical functions for describing the desired parameter values of the inductive coupling system are typically of the vehicle type 100 dependent. By providing type-dependent mathematical functions, the procedure can 500 be efficiently transferred to different types of vehicles.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed methods, apparatus and systems.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • IEEE 802.11y [0050] IEEE 802.11y [0050]

Claims (11)

Verfahren (500) zur Ermittlung von Information in Bezug auf ein induktives Koppelsystem zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs (100), wobei das induktive Koppelsystem eine Primärspule (111) und eine Sekundärspule (121) umfasst, die magnetisch miteinander gekoppelt sind; wobei das Verfahren (500) umfasst, – Ermitteln (501) von Ist-Parameterwerten von mehreren Parametern (331) eines Modelles (330) des induktiven Koppelsystems; und – Ermitteln (502) von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem auf Basis der Ist-Parameterwerte und auf Basis von mathematischen Funktionen für Soll-Parameterwerte der Parameter (331); wobei die mathematische Funktion für einen Parameter (331) die Soll-Parameterwerte des Parameters (331) als Funktion einer relativen Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) des induktiven Koppelsystems anzeigt.Procedure ( 500 ) for determining information relating to an inductive coupling system for inductively charging an electrical energy store of a vehicle ( 100 ), wherein the inductive coupling system is a primary coil ( 111 ) and a secondary coil ( 121 ) magnetically coupled together; the method ( 500 ), - determining ( 501 ) of actual parameter values of several parameters ( 331 ) of a model ( 330 ) of the inductive coupling system; and - determining ( 502 ) of information relating to the inductive coupling system based on the actual parameter values and on the basis of mathematical functions for desired parameter values of the parameters ( 331 ); where the mathematical function for a parameter ( 331 ) the nominal parameter values of the parameter ( 331 ) as a function of a relative position between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ) of the inductive coupling system indicates. Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, wobei – das Verfahren (500) umfasst, Erfassen von Kennfeldern (300, 310, 320) für die Parameter (331) des induktiven Koppelsystems; und – das Kennfeld (300, 310, 320) für einen Parameter (331), Werte des Parameters (331) als Funktion der relativen Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) umfasst; und – das Verfahren (500) umfasst, Ermitteln der mathematischen Funktion für den Parameter (331) durch Approximation, insbesondere mittels linearer Regression, des Kennfelds für den Parameter (331).Procedure ( 500 ) according to claim 1, wherein - the method ( 500 ), acquisition of maps ( 300 . 310 . 320 ) for the parameters ( 331 ) of the inductive coupling system; and - the map ( 300 . 310 . 320 ) for a parameter ( 331 ), Values of the parameter ( 331 ) as a function of the relative position between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ); and - the method ( 500 ), determining the mathematical function for the parameter ( 331 ) by approximation, in particular by means of linear regression, of the characteristic map for the parameter ( 331 ). Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mathematische Funktion, – eine analytische Funktion umfasst; – einen Soll-Parameterwert eines Parameters (331) als Funktion von unterschiedlichen Positions-Variablen zur Beschreibung der relativen Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) angibt; – die Positions-Variablen insbesondere Abstände zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) in kartesischen Koordinaten anzeigen; – in Bezug auf eine Positions-Variable stetig ist; – nach einer Positions-Variablen stetig ableitbar ist; und/oder – ein Polynom umfasst.Procedure ( 500 ) according to one of the preceding claims, wherein the mathematical function, - comprises an analytical function; A desired parameter value of a parameter ( 331 ) as a function of different position variables for describing the relative position between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ) indicates; The position variables, in particular distances between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ) in Cartesian coordinates; - is continuous with respect to a position variable; - is continuously derivable according to a position variable; and / or - a polynomial. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (502) von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem umfasst, Reduzieren einer Kostenfunktion, die eine Abweichung der Ist-Parameterwerte von den durch die mathematischen Funktionen gegebenen Soll-Parameterwerten anzeigt, durch Variieren der relativen Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121).Procedure ( 500 ) according to any one of the preceding claims, wherein the determining ( 502 ) of information relating to the inductive coupling system, reducing a cost function indicating a deviation of the actual parameter values from the desired parameter values given by the mathematical functions by varying the relative position between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ). Verfahren (500) gemäß Anspruch 4, wobei das Ermitteln (502) von Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem umfasst, – Ermitteln einer relativen Ist-Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121), durch die die Kostenfunktion reduziert, insbesondere minimiert, wird; und/oder – Ermitteln eines Minimalwerts der Kostenfunktion.Procedure ( 500 ) according to claim 4, wherein said determining ( 502 ) of information relating to the inductive coupling system, - determining a relative actual position between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ), which reduces, in particular minimizes, the cost function; and / or - determining a minimum value of the cost function. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem Information in Bezug auf eine relative Ist-Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) umfasst.Procedure ( 500 ) according to one of the preceding claims, wherein the information relating to the inductive coupling system contains information relating to a relative actual position between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ). Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Verfahren (500) umfasst, Ermitteln einer relativen Ausgangs-Position zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121); und – die Information in Bezug auf das induktive Koppelsystem auch auf Basis der relativen Ausgangs-Position ermittelt wird.Procedure ( 500 ) according to one of the preceding claims, wherein - the method ( 500 ), determining a relative output position between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ); and - the information relating to the inductive coupling system is also determined on the basis of the relative output position. Verfahren (500) gemäß Anspruch 7 mit Rückbezug auf Anspruch 4, wobei das Verfahren (500) umfasst, – Detektieren, dass die relative Ist-Position von der relativen Ausgangs-Position abweicht, obwohl das Fahrzeug (100) zwischen dem Ermitteln der relativen Ausgangs-Position und dem Ermitteln der relativen Ist-Position nicht bewegt wurde; und – in Reaktion darauf, Abbrechen eines induktiven Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs (100) über das induktive Koppelsystem.Procedure ( 500 ) according to claim 7 with reference to claim 4, wherein the method ( 500 ), - detecting that the relative actual position deviates from the relative starting position, although the vehicle ( 100 ) has not been moved between determining the relative home position and determining the relative current position; and - in response, canceling an inductive charging of the vehicle electrical energy storage ( 100 ) via the inductive coupling system. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Parameter (331) einen Kopplungsgrad zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) und/oder Induktivitätswerte der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) anzeigen. Procedure ( 500 ) according to one of the preceding claims, wherein the parameters ( 331 ) a degree of coupling between the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ) and / or inductance values of the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ) Show. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das induktive Koppelsystem zusätzlich eine Messspule umfasst; und – die Parameter (331) einen Parameter (331) umfassen, der von einem Kopplungsgrad zwischen der Messspule einerseits und der Primärspule (111) und/oder der Sekundärspule (121) andererseits abhängt.Procedure ( 500 ) according to one of the preceding claims, wherein - the inductive coupling system additionally comprises a measuring coil; and - the parameters ( 331 ) a parameter ( 331 ), which depends on a degree of coupling between the measuring coil on the one hand and the primary coil ( 111 ) and / or the secondary coil ( 121 ) on the other hand. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Modell (330) des induktiven Koppelsystems messbare physikalische Größen (332) des induktiven Koppelsystems in Abhängigkeit der Parameter (331) beschreibt; – das Modell (330) des induktiven Koppelsystems ein elektrische Ersatzschaltung des induktiven Koppelsystems umfasst; – das Modell (330) des induktiven Koppelsystems mehrere idealisierte elektrische Bauelemente, insbesondere idealisierte Spulen, umfasst; – die Parameter (331) die Eigenschaften der idealisierten elektrischen Bauelemente, insbesondere die Induktivitäten, beschreiben; – das Modell (330) eine Ersatzschaltung, insbesondere eine T-Ersatzschaltung, eines Transformators mit der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) umfasst; und/oder – die messbaren physikalischen Größen (332) Ströme und/oder Spannungen an der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) umfassen.Procedure ( 500 ) according to one of the preceding claims, wherein - the model ( 330 ) of the inductive coupling system measurable physical quantities ( 332 ) of the inductive coupling system as a function of the parameters ( 331 ) describes; - the model ( 330 ) of the inductive coupling system comprises an electrical equivalent circuit of the inductive coupling system; - the model ( 330 ) of the inductive coupling system comprises a plurality of idealized electrical components, in particular idealized coils; - the parameters ( 331 ) describe the properties of the idealized electrical components, in particular the inductances; - the model ( 330 ) an equivalent circuit, in particular a T-equivalent circuit, of a transformer with the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ); and / or - the measurable physical quantities ( 332 ) Currents and / or voltages at the primary coil ( 111 ) and the secondary coil ( 121 ).
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