DE102017202025A1

DE102017202025A1 - Verfahren zur Überprüfung einer Primär- oder Sekundäreinheit eines induktiven Ladesystems

Info

Publication number: DE102017202025A1
Application number: DE102017202025.3A
Authority: DE
Inventors: Marius Haßler; Josef Krammer; Florian Niedermeier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-08-09
Also published as: US20220324339A1; US20190363808A1; CN110248838B; US11479131B2; CN110248838A; US11679686B2; WO2018145913A1

Abstract

Es wird ein Verfahren (510) zur Überprüfung einer Test-Sekundäreinheit (120) eines induktiven Test-Ladesystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (103) beschrieben. Das Test-Ladesystem umfasst die Test-Sekundäreinheit (120) mit einer Test-Sekundärspule (121) und eine Referenz-Primäreinheit (410) mit einer Referenz-Primärspule (411). Das Verfahren (510) umfasst das Erfassen (511) einer Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten des Test-Ladesystems an der Referenz-Primärspule (411) für eine entsprechende Vielzahl von Test-Kombinationen von Werten von Betriebsparametern (401, 402, 403) des Test-Ladesystems. Außerdem umfasst das Verfahren (520) das Vergleichen (512) der Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten mit einem Referenz-Wertebereich (372) für die Primäreinheits-Impedanz (251).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Auswerteeinheit zur Überprüfung einer Primäreinheit und/oder einer Sekundäreinheit eines induktiven Koppelsystems für das induktive Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs.
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.
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.
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 80-90kHz (insbesondere bei 85kHz) liegen.
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.
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.
Baugleiche Sekundäreinheiten 120 können in unterschiedliche Fahrzeug-Typen (z.B. Limousinen, SUVs, etc.) eingebaut werden und weisen aufgrund des unterschiedlichen Aufbaus der unterschiedlichen Fahrzeug-Typen meist unterschiedliche Kopplungseigenschaften zu einer Primäreinheit 110 auf. Des Weiteren können von unterschiedlichen Herstellern unterschiedliche Primäreinheiten 110 und/oder Sekundäreinheiten 120 mit unterschiedlichen Kopplungseigenschaften bereitgestellt werden.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und eine Auswerteeinheit bereitzustellen, durch die in effizienter und zuverlässiger Weise die Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Paaren von Primäreinheiten und Sekundäreinheiten sichergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Test-Sekundäreinheit eines induktiven Test-Ladesystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers beschrieben. Das Test-Ladesystem umfasst die Test-Sekundäreinheit mit einer Test-Sekundärspule und eine Referenz-Primäreinheit mit einer Referenz-Primärspule. Dabei kann durch die Referenz-Primärspule ein magnetisches Ladefeld generiert werden, welches in der Test-Sekundärspule einen Strom induziert, so dass elektrische Energie von der Referenz-Primäreinheit an die Test-Sekundäreinheit übertragen werden kann. Die Referenz-Primäreinheit kann Teil eines Referenz-Ladesystems mit der Referenz-Primäreinheit und einer Referenz-Sekundäreinheit mit einer Referenz-Sekundärspule sein.
Das Test-Ladesystem kann eingerichtet eine, eine Ist-Ladeleistung zum Laden des Energiespeichers auf eine Soll-Ladeleistung zu regeln. Zu diesem Zweck kann eine Rückkopplung von der Sekundäreinheit zu der Primäreinheit erfolgen (z.B. über eine drahtlose Kommunikation), um eine Regelschleife zur Regelung der Ist-Ladeleistung bereitzustellen. Die Regelung kann durch ein Lade-Steuergerät erfolgen.
Das Verfahren umfasst das Erfassen einer Vielzahl von (komplexwertigen) Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten des Test-Ladesystems an der Referenz-Primärspule für eine entsprechende Vielzahl von Test-Kombinationen von Werten von Betriebsparametern des Test-Ladesystems. Die Betriebsparameter umfassen z.B. eine Ladespannung an dem Energiespeicher (mit der der Energiespeicher geladen wird). Die Ladespannung kann in einem Referenz-Spannungsbereich variiert werden, d.h. die Ladespannung kann beliebige Werte aus einem Referenz-Spannungsbereich annehmen. Die Betriebsparameter können weiter eine Soll-Ladeleistung zum Laden des Energiespeichers umfassen. Dabei kann die Soll-Ladeleistung beliebige Werte aus einem Referenz-Leistungsbereich annehmen.
Der Referenz-Leistungsbereich kann dabei in unterschiedliche Teilbereiche unterteilt sein (z.B. in einen WPT1-, einen WPT2- und einen WPT3-Teilbereich). Des Weiteren können die Betriebsparameter eine Versatzposition zwischen der Test-Sekundärspule und der Referenz-Primärspule umfassen. Die Versatzposition kann dabei in zwei oder drei Dimensionen innerhalb eines Referenz-Versatzbereichs variiert werden.
Es können somit unterschiedliche Test-Kombinationen von Werten von Betriebsparametern eingestellt werden, und der sich jeweils dafür ergebende Ist-Primäreinheits-Impedanzwert gemessen werden. Die Test-Kombinationen von Werten können dabei in einem Referenz-Betriebsbereich liegen, der sich aus der Kombination des Referenz-Leistungsbereichs, des Referenz-Spannungsbereichs und/oder des Referenz-Versatzbereichs ergibt. Insbesondere können repräsentative Test-Kombinationen von Werten der Betriebsparameter als Stichproben ausgewählt werden, so dass der Referenz-Betriebsbereich möglichst umfassend abgedeckt wird.
Das Verfahren umfasst weiter das Vergleichen der Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten mit einem Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz. Dabei kann der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz die Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte anzeigen, die sich ergeben, wenn das Referenz-Ladesystem mit Kombinationen von Werten der Betriebsparameter aus dem gesamten Referenz-Betriebsbereich betrieben wird. Mit anderen Worten, der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz kann Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte des Referenz-Ladesystems für eine Vielzahl von Referenz-Kombinationen von Werten der Betriebsparameter anzeigen (insbesondere von Referenz-Kombinationen von Werten aus dem gesamten Referenz-Betriebsbereich).
Die Ermittlung von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten und die Berücksichtigung eines Referenz-Wertebereichs für die Primäreinheits-Impedanz ermöglicht es, in effizienter und zuverlässiger Weise die Interoperabilität einer Test-Sekundäreinheit in einem Ladesystem zu überprüfen.
Die Betriebsparameter können insbesondere die Soll-Ladeleistung des Energiespeichers und/oder die Ladespannung an dem Energiespeicher umfassen. Der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz kann dann von Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten an der Referenz-Sekundärspule für unterschiedliche Werte der Soll-Ladeleistung und/oder der Ladespannung abhängen. Mit anderen Worten, im Rahmen des Betriebs eines Referenz-Ladesystems können an der Referenz-Sekundärspule für unterschiedliche Werte der Soll-Ladeleistung und/oder der Ladespannung jeweils Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte gemessen werden. Wenn die Soll-Ladeleistung und/oder die Ladespannung im gesamten Referenz-Betriebsbereich variiert werden, kann so ein Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz ermittelt werden. Der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz kann dann von dem Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz abhängen (z.B. über eine Kopplungsformel für die Kopplung zwischen der Referenz-Primärspule und der Referenz-Sekundärspule). Somit kann in effizienter und präziser Weise ein Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz bereitgestellt werden.
Die Betriebsparameter können eine Versatzposition zwischen der Referenz-Sekundärspule und der Referenz-Primärspule umfassen, wobei die Versatzposition innerhalb eines Referenz-Versatzbereichs variiert werden kann. Der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz kann dann von einem Referenz-Wertebereich für Kopplungsparameter des Koppelsystems aus Referenz-Sekundärspule und Referenz-Primärspule abhängen.
Die Kopplungsparameter können z.B. Parameter eines Ersatzschaltbildes, insbesondere eines T-Ersatzschalbildes, der Referenz-Sekundärspule und der Referenz-Primärspule umfassen. Insbesondere können die Kopplungsparameter eine Primär-Streuinduktivität (L₁ - M), eine Sekundär-Streuinduktivität (L₂ - M) und/oder eine Gegeninduktivität (M) umfassen. Ein Wert des Referenz-Wertebereichs für Kopplungsparameter kann dann ein mögliches Wertetupel der Mehrzahl von unterschiedlichen Kopplungsparametern umfassen.
Die Versatzposition kann innerhalb des gesamten Referenz-Versatzbereichs variiert werden. Als Folge daraus ergeben sich unterschiedliche Wertetupel der Mehrzahl von unterschiedlichen Kopplungsparametern. Die Punktwolke aller gemessenen Wertetupel ergibt dann den Referenz-Wertebereich für Kopplungsparameter des Koppelsystems zwischen Referenz-Primärspule und Referenz-Sekundärspule. Darüber hinaus kann der Referenz-Wertebereich gegenüber den gemessenen Wertetupeln erweitert werden, um Toleranzen (z.B. Messtoleranzen) zu berücksichtigen. Durch die Berücksichtigung eines Referenz-Wertebereichs für Kopplungsparameter kann der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz in präziser und effizienter Weise bereitgestellt werden.
Der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz kann für einen einzigen Sekundäreinheits-Impedanzwert (aus dem Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz) eine Vielzahl von Primäreinheits-Impedanzwerten umfassen. Dabei kann die Vielzahl von Primäreinheits-Impedanzwerten mittels einer Kopplungsformel aus dem Sekundäreinheits-Impedanzwert berechnet werden. Die Kopplungsformel ist z.B. gegeben durch: $Z_{G A} = \frac{j ω M (j ω L_{σ_{2}} + Z_{V A})}{j ω M + j ω L_{σ_{2}} + Z_{V A}} + j ω L_{σ_{1}}$
wobei Z_GA ein Primäreinheits-Impedanzwert ist, wobei Z_VA ein Sekundäreinheits-Impedanzwert ist, wobei L_σ1 die Primär-Streuinduktivität ist und wobei L_σ2 die Sekundär-Streuinduktivität ist. Die Kopplungsformel kann somit von den Kopplungsparametern abhängt.
Anhand der Koppelungsformel und anhand der möglichen Wertetupel der Kopplungsparameter aus dem Referenz-Wertebereich für Kopplungsparameter kann somit für einen Sekundäreinheits-Impedanzwert eine Vielzahl von unterschiedlichen Primäreinheits-Impedanzwerten ermittelt werden. Die Kopplungsparameter können somit für die Vielzahl von Primäreinheits-Impedanzwerten eine entsprechende Vielzahl von Wertetupeln aus dem Referenz-Wertebereich für Kopplungsparameter annehmen. Durch die Berücksichtigung einer Kopplungsformel kann der Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz in präziser und effizienter Weise ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Test-Primäreinheit eines induktiven Test-Ladesystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers beschrieben. Die in diesem Dokument dargelegten Aspekte in Bezug auf ein Test-Ladesystem gelten in entsprechender Weise für das Verfahren zur Überprüfung einer Test-Primäreinheit. Das Test-Ladesystem umfasst die Test-Primäreinheit mit einer Test-Primärspule und eine Referenz-Sekundäreinheit mit einer Referenz-Sekundärspule.
Das Verfahren umfasst das Einstellen einer Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten einer Sekundäreinheits-Impedanz an der Referenz-Sekundärspule. Dabei sind die Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte Werte aus einem Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz. Insbesondere können Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte eingestellt werden, durch die gewährleistet wird, dass der gesamte Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz abgedeckt wird. Der Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz kann dabei anhand eines Referenz-Ladesystems ermittelt worden sein (wie in diesem Dokument dargelegt). Des Weiteren kann der Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz von der Soll-Ladeleistung und/oder der Ladespannung abhängen, mit der das Test-Ladesystem betrieben wird.
Außerdem umfasst das Verfahren das Überprüfen, ob für die Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten eine Ist-Ladeleistung des Energiespeichers auf eine Soll-Ladeleistung geregelt werden kann. Mit anderen Worten, es kann ermittelt werden, ob eine bestimmte Soll-Ladeleistung bei den unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten an den Ausgang der Sekundäreinheit übertragen werden kann (und z.B. als DC-Ladeleistung bereitgestellt werden kann). Es wird somit eine effiziente und zuverlässige Überprüfung der Interoperabilität der Test-Primäreinheit ermöglicht.
Das Überprüfen kann für unterschiedliche Soll-Ladeleistungen aus einem Referenz-Leistungsbereich erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann das Überprüfen für unterschiedliche Versatzpositionen zwischen der Referenz-Sekundärspule und der Test-Primärspule aus einem Referenz-Versatzbereich erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann das Überprüfen für unterschiedliche Ladespannungen aus einem Referenz-Spannungsbereich erfolgen. Somit kann eine Überprüfung der Test-Primäreinheit im gesamten Referenz-Betriebsbereich erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Auswerteeinheit bzw. ein Prüfstand beschrieben, die bzw. der eingerichtet ist, die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
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 eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
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 eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
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.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems;
2 beispielhafte Komponenten einer WPT-Bodeneinheit und einer WPT-Fahrzeugeinheit;
3a ein beispielhaftes induktives Koppelsystem;
3b ein beispielhaftes Modell für ein induktives Koppelsystem;
Figur 3c beispielhafte Parameterverläufe der Kopplungsparameter eines induktiven Koppelsystems;
3d einen beispielhaften Referenz-Wertebereich für Kopplungsparameter;
3e einen beispielhaften Referenz-Wertebereich für die Sekundäreinheits-Impedanz;
3f einen beispielhaften Referenz-Wertebereich für die Primäreinheits-Impedanz;
4a einen beispielhaften Prüfstand zur Überprüfung einer Test-Sekundäreinheit;
4b einen beispielhaften Prüfstand zur Überprüfung einer Test-Primäreinheit;
5a ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überprüfung einer Test-Sekundäreinheit;
5b ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überprüfung einer Test-Primäreinheit; und
6 ein beispielhaftes Ersatzschaltbild zur Ermittlung von Verlusten in einem induktiven Ladesystem.

Wie eingangs dargelegt befasst sich das vorliegende Dokument damit, in effizienter und zuverlässiger Weise die Interoperabilität zwischen einer WPT-Bodeneinheit (bzw. einer Primäreinheit) 110 und einer WPT-Fahrzeugeinheit (bzw. einer Sekundäreinheit) 120 zu testen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein induktives Ladesystem aus Primäreinheit 110 und Sekundäreinheit 120

• mit unterschiedlichen Ladeleistungen P aus einem Referenz-Leistungsbereich (z.B. zwischen 0kW bis 12kW) betrieben werden kann;
• mit unterschiedlichen Ladespannungen aus einem Referenz-Spannungsbereich an dem Energiespeicher 103 des Fahrzeugs 100 betrieben werden kann (z.B. zwischen 300V und 400V);
• mit unterschiedlichen Ladefeld-Frequenzen aus einem Referenz-Frequenzbereich betrieben werden kann (z.B. zwischen 80kHz und 90kHz); und/oder
• mit einem unterschiedlichen räumlichen Versatz zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 (z.B. mit unterschiedlichen Versatzpositionen aus einem Referenz-Versatzbereich) und damit mit unterschiedlichen Kopplungsparametern betrieben werden kann.

Es ergibt sich somit für das induktive Ladesystem ein bestimmter Referenz-Betriebsbereich, der durch die o.g. Parameter und deren Referenz-Parameterbereiche beschrieben werden kann. Durch einen Interoperabilitätstest soll in effizienter und zuverlässiger Weise sichergestellt werden, dass eine zu testende Test-Sekundäreinheit 120 mit allen qualifizierten bzw. zugelassenen (Referenz-) Primäreinheiten 110 in dem festgelegten Referenz-Betriebsbereich einen vordefinierten Mindestwirkungsgrad erreicht oder dass eine zu testende Test-Primäreinheit 110 mit allen qualifizierten bzw. zugelassenen (Referenz-) Sekundäreinheiten 120 in dem festgelegten Referenz-Betriebsbereich den vordefinierten Mindestwirkungsgrad erreicht.
2 zeigt ein Schaltbild einer beispielhaften WPT-Bodeneinheit 110 (als Beispiel für eine Primäreinheit) und einer beispielhaften WPT-Fahrzeugeinheit 120 (als Beispiel für eine Sekundäreinheit). Die WPT-Bodeneinheit 110 umfasst einen Wechselrichter 213, der eingerichtet ist, aus einem Gleichstrom (z.B. bei einer Gleichspannung von ca. 500V) einen Wechselstrom mit einer Ladefeld-Frequenz zu generieren. Des Weiteren umfasst die WPT-Bodeneinheit 110 die Primärspule 111 und einen Primärkondensator 212. 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 $f_{0} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C}}$
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.
In analoger Weise umfasst die WPT-Fahrzeugeinheit 120 einen Schwingkreis (hier auch als Sekundärschwingkreis bezeichnet), der aus der Sekundärspule 121 und einem Sekundärkondensator 222 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.
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 hängen 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.
Die relative Positionierung, insbesondere eine Versatzposition, 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.
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 (mit der Gegeninduktivität $M = k \cdot \sqrt[2]{L_{1} L_{2}}$
Die Parameter L₁, L₂, M 331 sind dabei Funktionen der relativen Position zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121, d.h. Funktionen von x, y, z.
3c zeigt beispielhafte Verläufe/Kennfelder 300, 310, 320 für die Parameter M, 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 Referenz-Bodeneinheit 110 und Referenz-Fahrzeugeinheit 120 Verläufe 300, 310, 320 für die Parameter M, L₁, L₂ 331 ausgemessen werden. Es können somit Referenz-Kennfelder M (x, y, z) 300, L₁(x, y, z) 310 und L₂ (x, y, z) 320 für die Kopplungsparameter 331 ermittelt werden. Diese Referenz-Kennfelder 300, 310, 320 können für ein oder mehrere Kombinationen aus jeweils einer Referenz-Bodeneinheit 110 und jeweils einer Referenz-Fahrzeugeinheit 120 bestimmt werden.
Die Referenz-Kennfelder 300, 310, 320 für ein oder mehrere Kombinationen von Referenz-Bodeneinheiten 110 / Referenz-Fahrzeugeinheiten 120 können in ein Referenz-Kennfeld 351 zusammengefasst werden, das mögliche Wertetupel der Kopplungsparameter M, L₁, L₂ 331 angibt. Ein Wertetupel ergibt sich dabei aus den Parameter-Werten M(x, y, z), L₁(x, y, z) und L₂ (X, y, z) für eine bestimmte Versatzposition x, y, z. Für eine Vielzahl von Versatzpositionen und ggf. für eine Mehrzahl von Kombinationen von Referenz-Bodeneinheiten 110 / Referenz-Fahrzeugeinheiten 120 ergibt sich dann eine Vielzahl von Wertetupeln, die zu einem Referenz-Kennfeld 351 zusammengefasst werden können.
Aus dem Referenz-Kennfeld 351 für mögliche Wertekombinationen der Kopplungsparameter M, L₁, L₂ 331 kann dann ein Referenz-Wertebereich 352 für die Kopplungsparameter 331 des induktiven Koppelsystems zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 ermittelt werden. Der Referenz-Wertebereich 352 zeigt dabei an, welche Wertekombinationen der Kopplungsparameter M, L₁, L₂ 331 für unterschiedliche Versatzpositionen zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 zulässig sind. Ggf. kann der Referenz-Wertebereich 352 um einen bestimmten Toleranzwert (z.B. von 3%, 5% oder mehr) gegenüber dem Referenz-Kennfeld 351 vergrößert werden, um z.B. Fertigungstoleranzen und Einflüsse durch umgebende Fahrzeugstrukturen zu berücksichtigen.
In 2 sind unterschiedliche Impedanzen in einem induktiven Ladesystem definiert. Insbesondere ist in 2 eine Sekundäreinheits-Impedanz Z_VA 252 definiert, die sich an der Sekundärspule 121 ergibt. Des Weiteren ist in 2 eine Primäreinheits-Impedanz Z_GA 251 definiert, die sich an der Primärspule 111 ergibt. Die Primäreinheits-Impedanz Z_GA 251 kann dabei über die Kopplungseigenschaften der Spulen 111, 121 aus der Sekundäreinheits-Impedanz Z_VA 252 berechnet werden. Insbesondere kann zu diesem Zweck die folgende Kopplungsformel verwendet werden: $Z_{G A} = \frac{j ω M (j ω L_{σ_{2}} + Z_{V A})}{j ω M + j ω L_{σ_{2}} + Z_{V A}} + j ω L_{σ_{1}}$
wobei L_σ1 = L₁ - M und L_σ2 = L₂ - M die Streuinduktivitäten des Koppelsystems sind.
Für ein oder mehrere Kombinationen von Referenz-Bodeneinheiten 110 / Referenz-Fahrzeugeinheiten 120 können mögliche Sekundäreinheits-Impedanzen Z_VA 252 ermittelt werden (für unterschiedliche Ladeleistungen und/oder für unterschiedliche Ladespannungen), um ein Referenz-Kennfeld für die Sekundäreinheits-Impedanzen Z_VA 252 zu ermitteln. 3e zeigt einen beispielhaften Referenz-Wertebereich 361 für die Sekundäreinheits-Impedanz Z_VA 252 (für eine feste Ladeleistung und für unterschiedliche Ladespannungen).
Der Referenz-Wertebereich 361 für die Sekundäreinheits-Impedanz Z_VA 252 kann dann in ein Referenz-Kennfeld 371 für die Primäreinheits-Impedanz Z_GA 251 überführt werden (z.B. mittels der o.g. Formel). Dabei können alle möglichen Wertetupel aus dem Referenz-Kennfeld 351 für mögliche Wertekombinationen der Kopplungsparameter M, L₁, L₂ 331 berücksichtigt werden. Es kann somit ein Referenz-Kennfeld 371 für die Primäreinheits-Impedanz Z_GA 251 für unterschiedliche Ladespannungen, für unterschiedliche Ladeleistungen und/oder für unterschiedliche Versatzpositionen ermittelt werden (siehe 3f). Des Weiteren kann bei Verwendung des (um einen Toleranzbereich erweiterten) Referenz-Wertebereichs 352 für mögliche Wertekombinationen der Kopplungsparameter M, L₁, L₂ 331 bei der Umrechnung der Sekundäreinheits-Impedanzwerte in die Primäreinheits-Impedanzwerte ein Referenz-Wertebereich 372 für die Primäreinheits-Impedanz Z_GA 251 ermittelt werden.
Zur Überprüfung einer Test-Fahrzeugeinheit 120 kann die Test-Fahrzeugeinheit 120 in Kombination mit einer Referenz-Bodeneinheit 410 getestet werden (siehe 4a). Andererseits kann zur Überprüfung einer Test-Bodeneinheit 110 die Test-Bodeneinheit 110 in Kombination mit einer Referenz-Fahrzeugeinheit 420 getestet werden (siehe 4b). Dabei können für einen Test unterschiedliche Versatzpositionen 402 zwischen Primärspule 411, 111 und Sekundärspule 121, 421 eingestellt werden. Die Einstellung der unterschiedlichen Versatzpositionen 402 kann ggf. automatisch durch eine Stelleinheit 415 erfolgen.
Zum Testen einer Test-Fahrzeugeinheit 120 (siehe 4a) kann der Energiespeicher 103 eines Fahrzeugs 100 mit einer bestimmten Ladespannung U_DC 403 geladen werden. Die Ladespannung 403 kann mit einer Spannungsmesseinheit 416 gemessen werden. Des Weiteren kann der Ladestrom I_DC mit einer Strommesseinheit 417 gemessen werden. Aus der Ladespannung und dem Ladestrom ergibt sich dann die Ist-Ladeleistung. An der Referenz-Bodeneinheit 410 kann darüber hinaus die Soll-Ladeleistung 401 vorgegeben werden. Über eine Regelschleife können die Test-Fahrzeugeinheit 120 und die Referenz-Bodeneinheit 410 die Ist-Ladeleistung auf die vorgegebene Soll-Ladeleistung 401 regeln.
Die Test-Kombination aus Test-Fahrzeugeinheit 120 und Referenz-Bodeneinheit 410 (siehe 4a) kann nun mit

• unterschiedlichen Ladespannungen 403 aus dem Referenz-Spannungsbereich;
• unterschiedlichen Versatzpositionen 402 aus dem Referenz-Versatzbereich; und/oder
• unterschiedlichen Soll-Ladeleistungen 401 aus dem Referenz-Leistungsbereich

430

401

402

403

411

403

_GA

411

_GA

411

_GA

Es können somit Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte für einen durch unterschiedliche Ladespannungen 403, Versatzpositionen 402 und/oder Soll-Ladeleistungen 401 definierten Betriebsbereich ermittelt werden. Die so ermittelten Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte können dann mit dem Referenz-Wertebereich 372 für die Primäreinheits-Impedanzen Z_GA 251 verglichen werden. Insbesondere kann überprüft werden, ob alle ermittelten Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte innerhalb des Referenz-Wertebereichs 372 liegen. Wenn dies der Fall ist, so kann die Test-Fahrzeugeinheit 120 freigegeben werden. Andererseits kann eine Nachbesserung der Test-Fahrzeugeinheit 120 erforderlich sein. Es kann somit in effizienter und präziser Weise die Interoperabilität zwischen einer Test-Fahrzeugeinheit 120 und unterschiedlichen Bodeneinheiten 110 gewährleistet werden.
Zum Testen einer Test-Bodeneinheit 110 können, wie in 4b dargestellt, mittels einer Impedanz-Einstelleinheit 440 unterschiedliche Sekundäreinheits-Impedanzwerte eingestellt werden, die wiederum mittels eines Impedanz-Messeinheit 430 gemessen werden können. Dabei können mittels der Impedanz-Einstelleinheit 440 alle möglichen Sekundäreinheits-Impedanzwerte aus dem Referenz-Wertebereich 361 für die Sekundäreinheits-Impedanz Z_VA 252 eingestellt werden. In dem in 4b dargestellten Beispiel umfasst die Impedanz-Einstelleinheit 440 einen einstellbaren Kondensator und einen einstellbaren Widerstand.
Die Test-Bodeneinheit 110 kann mit unterschiedlichen Soll-Ladeleistungen 401 betrieben werden. Es kann dann (für unterschiedliche Versatzpositionen 402) ermittelt werden, ob die jeweilige Soll-Ladeleistung 401 am Ausgang der Sekundärspule 421 der Referenz-Fahrzeugeinheit 420 bereitgestellt werden kann. So kann in effizienter und zuverlässiger Weise die Interoperabilität einer Test-Bodeneinheit 110 überprüft werden.
4a zeigt somit einen Prüfstand für die Prüfung eines Sekundärsystems, d.h. einer Test-Sekundäreinheit 120. Am Prüfstand wird das zu testende Sekundärsystem 120 mit einer Referenz-Primärspule 411 betrieben und dabei eine Soll-Ladeleistung 401 eingestellt, die sekundärseitig z.B. an einen Energiespeicher 103 abgegeben werden soll. Die Soll-Ladeleistung 401 kann dabei nachgeregelt werden. Die DC-Ladespannung 403 kann sekundärseitig auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Des Weiteren kann der relative Abstand (d.h. die Versatzposition 402) in einem bestimmten Referenz-Versatzbereich variiert werden. Als Interoperabilitätskriterium kann geprüft werden, ob für alle getesteten Arbeitspunkte die Primäreinheits-Impedanzwerte an der Referenz-Primärspule 411 innerhalb des erlaubten Impedanz-Wertebereichs 372 liegen.
4b zeigt einen Prüfstand für die Prüfung eines Primärsystems, d.h. einer Test-Primäreinheit 110. Am Prüfstand wird das Primärsystem 110 mit einer Referenz-Sekundärspule 411 betrieben. Am Ausgang der Referenz-Sekundärspule 411 kann über entsprechend einstellbare Elemente einer Impedanz-Einstelleinheit 440 (z.B. über einen einstellbaren Lastwiderstand und/oder über eine einstellbare Kapazität) die Sekundäreinheits-Impedanz 252 im gesamten Impedanz-Wertebereich 361 variiert werden. Dabei ist in der Impedanz-Einstelleinheit 440 aufgrund der Spuleninduktivität typischerweise immer eine kapazitive Last erforderlich. Des Weiteren kann der relative Abstand, d.h. die Versatzposition 402, variiert werden. Es kann dann überprüft werden, ob für alle Betriebspunkte (d.h. für alle Sekundäreinheits-Impedanzwerte, für alle Versatzpositionen 402 und/oder für unterschiedliche Soll-Ladeleistungen 401) genügend Leistung übertragen werden kann, um die Ist-Ladeleistung auf die jeweilige Soll-Ladeleistung 401 zu regeln.
Soll ein Design (d.h. eine Test-Sekundäreinheit 120 oder eine Test-Primäreinheit 110) mit mehreren Referenzdesigns interoperieren, so können die Messungen an den Prüfständen der 4a bzw. 4b in entsprechender Weise mit mehreren Referenz-Gegenspulen 411, 421 getestet werden. Die jeweiligen Interoperabilitätsbedingungen sollten dann mit allen Referenzdesigns erfüllt werden.
Im Rahmen der Messungen können auch Teilwirkungsgrade eines Ladesystems ermittelt werden. Ein Ladesystem kann betrieben werden und es können die Ein- und Ausgangsspannungen des Ladesystems zusammen mit der Eingangsleistung der Primärseite und der DC-Ausgangsleistung der Sekundärseite gemessen werden. Die Verluste innerhalb des Ladesystems sind auf Basis dieser Messwerte ermittelbar. Des Weiteren sind über die ermittelten Ströme und Spannungen mit der Ersatzschaltung aus 6 auch die Verlustanteile in der Primär- und Sekundärspule 111, 121 ermittelbar. Diese Messung kann jeweils nur auf eine Seite (primär oder sekundär) des Ladesystems angewendet werden.
Beispielsweise können der Strom und die Spannung am Eingang der Primärspule 111, 411 gemessen werden (z.B. durch die Impedanz-Messeinheit 430 aus 4a). Des Weiteren können der Strom und die Spannung am Ausgang der Sekundärspule 121, 421 und/oder am Eingang des Energiespeichers 103 gemessen werden (z.B. durch die Spannungs-Messeinheit 416 und die Strom-Messeinheit 417 aus 4a). Des Weiteren kann die durch ein induktives Ladesystem aus einem Versorgungsnetz entnommene Leistung ermittelt werden. Außerdem kann ein Modell des induktiven Koppelsystems (z.B. das in 6 gezeigte Modell) berücksichtigt werden. Es kann dann ermittelt werden, welcher Verlustanteil auf der Primärseite des Koppelsystems und welcher Verlustanteil auf der Sekundärseite des Koppelsystems anfällt. Insbesondere kann z.B. mit dem Prüfstand aus 4a die Verlustleistung der Sekundärseite des Koppelsystems bestimmt werden.
5a zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 510 zur Überprüfung einer Test-Sekundäreinheit 120 eines induktiven Test-Ladesystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 103. Dabei umfasst das Test-Ladesystem die Test-Sekundäreinheit 120 (z.B. eine Fahrzeugeinheit) mit einer Test-Sekundärspule 121 und eine Referenz-Primäreinheit 410 (z.B. eine Bodeneinheit) mit einer Referenz-Primärspule 411. Die Test-Sekundäreinheit 120 umfasst dabei alle das Übertragungsverhalten des magnetischen Koppelsystems beeinflussenden Komponenten (z.B. Fahrzeugteile bzw. Karosserieteile). In entsprechender Weise umfasst auch die Referenz-Primäreinheit 410 alle das Übertragungsverhalten des magnetischen Koppelsystems beeinflussenden Komponenten (z.B. eine Spulenabdeckung). Das Verfahren 510 kann in automatischer Weise durchgeführt werden. Insbesondere können Betriebsparameter 401, 402, 403 des Test-Ladesystems, insbesondere die Soll-Ladeleistung 401, die Versatzposition 402 zwischen Test-Sekundärspule 421 und Referenz-Primärspule 111 und/oder die Ladespannung 403, in automatischer Weise variiert werden, um die Test-Sekundäreinheit 120 in einem bestimmten vordefinierten Referenz-Betriebsbereich zu testen.
Das Verfahren 510 umfasst das Erfassen 511 einer Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten des Test-Ladesystems an der Referenz-Primärspule 411 für eine entsprechende Vielzahl von Test-Kombinationen von Werten von Betriebsparametern 401, 402, 403 des Test-Ladesystems. Wie oben dargelegt können die Betriebsparameter 401, 402, 403 dabei zumindest teilweise in automatischer Weise variiert werden. Für jede Test-Kombination von Werten der Betriebsparameter 401, 402, 403 kann ein entsprechender Ist-Primäreinheits-Impedanzwert an der Referenz-Primärspule 411 gemessen werden. Dabei können (stichpunktartig) Test-Kombinationen aus dem gesamten Referenz-Betriebsbereich betrachtet werden. Die Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte können mit einer Impedanz-Messeinheit 430 gemessen werden.
Außerdem umfasst das Verfahren 510 das Vergleichen 512 der Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten mit einem Referenz-Wertebereich 372 für die Primäreinheits-Impedanz 251. Der Referenz-Wertebereich 372 kann dabei auf Basis ein oder mehrerer Referenz-Ladesysteme ermittelt worden sein. Dabei kann der Referenz-Wertebereich 372 für die Primäreinheits-Impedanz 251 die Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte anzeigen, die bei den ein oder mehreren Referenz-Ladesystemen an der jeweiligen Referenz-Primärspule 411 anliegen. Insbesondere kann der Referenz-Wertebereich 372 für die Primäreinheits-Impedanz 251 die Ist-Primäreinheits-Impedanzwerte der ein oder mehreren Referenz-Ladesysteme für den gesamten Referenz-Betriebsbereich anzeigen.
Es kann überprüft werden, ob die Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten alle oder in mehr als X% der Fälle (z.B. X gleich 90 oder mehr) innerhalb des Referenz-Wertebereichs 372 für die Primäreinheits-Impedanz 251 liegen. Wenn dies der Fall ist, so kann bestimmt werden, dass die Test-Sekundäreinheit 120 interoperabel ist. Andererseits kann bestimmt werden, dass die Test-Sekundäreinheit 120 nicht interoperabel ist.
5b zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 520 zur Überprüfung einer Test-Primäreinheit 110 eines induktiven Test-Ladesystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 103. Dabei umfasst das Test-Ladesystem die Test-Primäreinheit 110 mit einer Test-Primärspule 111 und eine Referenz-Sekundäreinheit 420 mit einer Referenz-Sekundärspule 421. Die Test-Primäreinheit 110 umfasst alle das Übertragungsverhalten des magnetischen Koppelsystems beeinflussenden Komponenten (z.B. eine Spulenabdeckung). In entsprechender Weise umfasst auch die Referenz-Sekundäreinheit 420 alle das Übertragungsverhalten des magnetischen Koppelsystems beeinflussenden Komponenten (z.B. Karosserieteile eines Fahrzeugs 100).
Das Verfahren 520 umfasst das Einstellen 521 einer Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten einer Sekundäreinheits-Impedanz 252 an der Referenz-Sekundärspule 421. Dabei liegen die Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte innerhalb eines Referenz-Wertebereichs 361 für die Sekundäreinheits-Impedanz 252. Der Referenz-Wertebereich 361 für die Sekundäreinheits-Impedanz 252 kann anzeigen, welche Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte ein Referenz-Ladesystem bei Betrieb innerhalb des gesamten Referenz-Betriebsbereichs (d.h. für alle möglichen Werte-Kombinationen von Betriebsparametern 401, 402, 403) aufweist. Die unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte können mittels einer Impedanz-Einstelleinheit 440 eingestellt werden.
Das Verfahren 520 umfasst weiter das Überprüfen 522, ob für die Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten eine Ist-Ladeleistung des Energiespeichers 103 auf eine Soll-Ladeleistung 401 geregelt werden kann. Insbesondere kann überprüft werden, ob für die unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte die jeweils eingestellte Soll-Leistung 401 an die Sekundäreinheit 120 übertragen werden kann.
Das Überprüfen 522 kann dabei für unterschiedliche Soll-Ladeleistungen 401 aus einem Referenz-Leistungsbereich des Referenz-Betriebsbereichs erfolgen. Des Weiteren kann das Überprüfen 522 für unterschiedliche Versatzpositionen 402 zwischen der Referenz-Sekundärspule 421 und der Test-Primärspule 111 aus einem Referenz-Versatzbereich des Referenz-Betriebsbereichs erfolgen. Der Referenz-Wertebereich 361 für die Sekundäreinheits-Impedanz 252 kann dabei für unterschiedliche Soll-Ladeleistungen 401 und/oder für unterschiedliche Versatzpositionen 402 unterschiedlich sein. Mit anderen Worten, der Referenz-Wertebereich 361 für die Sekundäreinheits-Impedanz 252 kann von einem Betriebsparameter 401, 402, 403 des Test-Ladesystems abhängen, insbesondere von der Soll-Ladeleistung 401, von der Versatzposition 402 und/oder von der Ladespannung 403.
Wenn das Überprüfen 522 ergibt, dass die Soll-Ladeleistung 401 in dem Referenz-Leistungsbereich immer bzw. in allen Fällen oder zumindest in X% der Fälle (z.B. X gleich 90 oder mehr) als Ist-Ladeleistung bereitgestellt werden kann, so kann bestimmt werden, dass die Test-Primäreinheit 110 interoperabel ist. Alternativ oder ergänzend kann eine Toleranz bezüglich des Referenz-Leistungsbereichs bei der Bestimmung der Interoperabilität berücksichtigt werden (z.B. in Zusammenhang mit einer 100% Erbringung der Soll-Ladeleistung 401). Andererseits kann bestimmt werden, dass die Test-Primäreinheit 110 nicht interoperabel ist.
Mit denen in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können eine Test-Primäreinheit 110 oder eine Test-Sekundäreinheit 120 in effizienter Weise in Verbindung mit einer Referenz-Gegeneinheit 420, 410 getestet werden. Dabei können Eigenschaften der jeweiligen Test-Einheit 110, 120 (z.B. Wirkungsgrad, Einfluss von Schirmung und Metallteilen, Einhaltung der Interoperabilitätskriterien) ermittelt werden. So kann die Entwicklung von Primäreinheiten 110 bzw. Sekundäreinheiten 120 vereinfacht werden, da beide Teilsysteme 110, 120 unabhängig voneinander entwickelt werden können. Des Weiteren kann so in effizienter und zuverlässiger Weise die Interoperabilität von Primäreinheiten 110 bzw. Sekundäreinheiten 120 getestet werden.
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.

Claims

Verfahren (510) zur Überprüfung einer Test-Sekundäreinheit (120) eines induktiven Test-Ladesystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (103), wobei das Test-Ladesystem die Test-Sekundäreinheit (120) mit einer Test-Sekundärspule (121) und eine Referenz-Primäreinheit (410) mit einer Referenz-Primärspule (411) umfasst, wobei das Verfahren (510) umfasst, - Erfassen (511) einer Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten des Test-Ladesystems an der Referenz-Primärspule (411) für eine entsprechende Vielzahl von Test-Kombinationen von Werten von Betriebsparametern (401, 402, 403) des Test-Ladesystems; und - Vergleichen (512) der Vielzahl von Ist-Primäreinheits-Impedanzwerten mit einem Referenz-Wertebereich (372) für die Primäreinheits-Impedanz (251).
Verfahren (510) gemäß Anspruch 1, wobei die Betriebsparameter (401, 402, 403) umfassen, - eine Ladespannung (403) an dem Energiespeicher (103); - eine Soll-Ladeleistung (401) zum Laden des Energiespeichers (103); und/oder - eine Versatzposition (402) zwischen der Test-Sekundärspule (121) und der Referenz-Primärspule (411).
Verfahren (510) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Referenz-Wertebereich (372) für die Primäreinheits-Impedanz (251) Primäreinheits-Impedanzwerte eines Referenz-Ladesystems für eine Vielzahl von Referenz-Kombinationen von Werten von Betriebsparametern (401, 402, 403) anzeigt; und - das Referenz-Ladesystem die Referenz-Primäreinheit (410) und eine Referenz-Sekundäreinheit (420) mit einer Referenz-Sekundärspule (421) umfasst.
Verfahren (510) gemäß Anspruch 3, wobei - die Betriebsparameter (401, 402, 403) eine Soll-Ladeleistung (401) des Energiespeichers (103) und/oder eine Ladespannung (403) an dem Energiespeicher (103) umfassen; und - der Referenz-Wertebereich (372) für die Primäreinheits-Impedanz (251) von Sekundäreinheits-Impedanzwerten an der Referenz-Sekundärspule (421) für unterschiedliche Werte der Soll-Ladeleistung (401) und/oder der Ladespannung (403) abhängt.
Verfahren (510) gemäß Anspruch 4, wobei - die Betriebsparameter (401, 402, 403) eine Versatzposition (402) zwischen der Referenz-Sekundärspule (421) und der Referenz-Primärspule (411) umfassen; - der Referenz-Wertebereich (372) für die Primäreinheits-Impedanz (251) von einem Referenz-Wertebereich (352) für Kopplungsparameter (331) der Referenz-Sekundärspule (421) und der Referenz-Primärspule (411) für unterschiedliche Versatzpositionen (402) abhängt; und - ein Wert des Referenz-Wertebereichs (352) für Kopplungsparameter (331) insbesondere ein mögliches Wertetupel einer Mehrzahl von unterschiedlichen Kopplungsparametern (331) umfasst.
Verfahren (510) gemäß Anspruch 5, wobei - die Kopplungsparameter (331) Parameter eines Ersatzschaltbildes, insbesondere eines T-Ersatzschalbildes, der Referenz-Sekundärspule (421) und der Referenz-Primärspule (411) sind; und/oder - die Kopplungsparameter (331) eine Primär-Streuinduktivität (L₁ - M), eine Sekundär-Streuinduktivität (L₂ - M) und/oder eine Gegeninduktivität (M) umfassen.
Verfahren (510) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei - der Referenz-Wertebereich (372) für die Primäreinheits-Impedanz (251) für einen Sekundäreinheits-Impedanzwert eine Vielzahl von Primäreinheits-Impedanzwerten umfasst; - die Vielzahl von Primäreinheits-Impedanzwerten mittels einer Kopplungsformel aus dem Sekundäreinheits-Impedanzwert berechnet werden kann; - die Kopplungsformel von den Kopplungsparametern (331) abhängt; und - die Kopplungsparameter (331) für die Vielzahl von Primäreinheits-Impedanzwerten eine entsprechende Vielzahl von Werten aus dem Referenz-Wertebereich (352) für Kopplungsparameter (331) annehmen.
Verfahren (510) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Test-Ladesystem eingerichtet ist, eine Ist-Ladeleistung zu Laden des Energiespeichers (103) auf eine Soll-Ladeleistung (401) zu regeln.
Verfahren (520) zur Überprüfung einer Test-Primäreinheit (110) eines induktiven Test-Ladesystems zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (103), wobei das Test-Ladesystem die Test-Primäreinheit (110) mit einer Test-Primärspule (111) und eine Referenz-Sekundäreinheit (420) mit einer Referenz-Sekundärspule (421) umfasst, wobei das Verfahren (520) umfasst, - Einstellen (521) einer Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten einer Sekundäreinheits-Impedanz (252) an der Referenz-Sekundärspule (421); wobei die Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerte Werte aus einem Referenz-Wertebereich (361) für die Sekundäreinheits-Impedanz (252) sind; - Überprüfen (522), ob für die Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Sekundäreinheits-Impedanzwerten eine Ist-Ladeleistung des Energiespeichers (103) auf eine Soll-Ladeleistung (401) geregelt werden kann.
Verfahren (520) gemäß Anspruch 9, wobei das Überprüfen (522) - für unterschiedliche Soll-Ladeleistungen (401) aus einem Referenz-Leistungsbereich erfolgt; und/oder - für unterschiedliche Versatzpositionen (402) zwischen der Referenz-Sekundärspule (421) und der Test-Primärspule (111) aus einem Referenz-Versatzbereich erfolgt.