DE102018009095A1

DE102018009095A1 - Ladevorrichtung zum induktiven Laden und Verfahren zum Betreiben der Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102018009095A1
Application number: DE102018009095.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Kronewitter; Christoph Schwill
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (9) zum induktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (8) mit einer bodenseitigen Primärspule (1) und einer Wandladestation (5), welche über eine Verbindungsleitung (7) mit der bodenseitigen Primärspule (1) verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung als geschirmte Hinleitung (2) und Rückleitung (3) ausgebildet ist, wobei eine Widerstandsmesseinheit (4) der Wandladestation (5) mit der Hinleitung (2) und der Rückleitung (3) kontaktiert ist und die Hinleitung (2) und die Rückleitung (3) über eine Schalteinheit (6) der bodenseitigen Primärspule (1) zur Widerstandsmessung kurzschließbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Ladevorrichtung (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer bodenseitigen Primärspule und einer Wandladestation, welche über eine Verbindungsleitung mit der bodenseitigen Primärspule verbunden ist. Des Weiteren ist ein Verfahren zum Betreiben der Ladevorrichtung vorgesehen.
Ein elektrisch betriebenes Fahrzeug kann induktiv oder mit einem Ladekabel aufgeladen werden. Der induktive Ladevorgang des elektrisch betriebenen Fahrzeugs findet über eine bodenseitige Primärspule und eine fahrzeugseitige Sekundärspule statt.
Beim induktiven Laden ist oftmals eine Primärspule über eine Hochfrequenz-Litze mit einer Wandladestation verbunden.
Die DE 10 2015 226 223 A1 offenbart eine Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Speichers eines Fahrzeugs. Die Ladevorrichtung umfasst einen Kabelanschluss zum Anschluss eines zweiten Endes eines Ladekabels, das an einem ersten Ende eine erste Schnittstelle mit einer Mehrzahl von ersten Kontaktteilen umfasst. Außerdem umfasst die Ladevorrichtung eine Testschnittstelle mit zumindest einem Test-Kontaktteil. Dabei ist die Testschnittstelle eingerichtet, mit der ersten Schnittstelle eine Steckverbindung zu bilden, so dass das zumindest eine Test-Kontaktteil mit einem der Mehrzahl von ersten Kontaktteilen eine elektrisch leitende Test-Verbindung bildet. Des Weiteren umfasst die Ladevorrichtung eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, anhand der Testverbindung einen Zustand der Lade-Vorrichtung, insbesondere einen Zustand des Ladekabels, zu ermitteln.
Die EP 2 985 870 B1 offenbart eine Energieversorgungsvorrichtung, die Energie von einer Energieübertragungsspule an eine Energieempfangsspule, die an einem Fahrzeug bereitgestellt wird, in einer kontaktlosen Weise mittels zumindest einer magnetischen Kopplung liefert. Des Weiteren wird eine Benachrichtigungseinrichtung zum Benachrichtigen eines Zustands der Stromversorgungsvorrichtung bereitgestellt
Während des Ladevorgangs werden Signale zwischen der Primärspule und Sekundärspule bereitgestellt, welche mögliche Ladefehler erkennen sollen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Montage und Demontage, oder anfallende Wartungsarbeiten einer induktiven Ladestation zu vereinfachen, oder mögliche Beschädigungen der induktiven Ladestation frühzeitig zu erkennen.
Die Aufgabe wird gemäß einer Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach Anspruch 1 und gemäß einem Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung nach Anspruch 3 gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer bodenseitigen Primärspule und einer Wandladestation, welche über eine Verbindungsleitung mit der bodenseitigen Primärspule verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung als geschirmte Hinleitung und Rückleitung ausgebildet ist. Eine Widerstandsmesseinheit der Wandladestation ist mit der Hinleitung und der Rückleitung kontaktiert und die Hinleitung und die Rückleitung sind über eine Schalteinheit der bodenseitigen Primärspule zur Widerstandsmessung kurzschließbar. Die Verbindungsleitung ist mit der Hinleitung und mit der Rückleitung für die Stromversorgung der bodenseitigen Primärspule und für die Stromübertragung von der Wandladestation zur bodenseitigen Primärspule zuständig. Die Hinleitung und die Rückleitung können Daten, wie beispielsweise die benötigte Ladedauer für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, von der Wandladestation zur bodenseitigen Primärspule und umgekehrt senden. Wenn kein elektrisch betriebenes Fahrzeug geladen wird, kann man anhand eines Schalters an der bodenseitigen Primärspule die Verbindungsleitung kurzschließen. Das Kurzschließen kann in zyklischen Abständen, beispielsweise wenn längere Zeit kein elektrisch betriebenes Fahrzeug von der Ladevorrichtung induktiv aufgeladen wird, erfolgen. Währenddessen kann ein Widerstand in der Hinleitung und in der Rückleitung gemessen werden, um mögliche Beschädigungen in der Verbindungsleitung feststellen zu können. Der Widerstand gibt Auskunft darüber, welche Spannung notwendig ist, um die benötigte Stromstärke durch die Verbindungsleitung fließen zu lassen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Hinleitung und die Rückleitung jeweils mehradrig sind.
Bei einem Skinneffekt kann bei hohen Frequenzen eine Stromdichte in einem Leiter nicht reduziert sein, weil der Strom zur Oberfläche eines Leiters hin verdrängt wird. Durch ein Bündel mehrerer feiner Adern kann dieser beschriebene Skineffekt teilweise unterdrückt beziehungsweise herabgesetzt werden. Die Adern können miteinander verdrillt werden. Ein Teil der Adern, beispielsweise die Hinleitung und die Rückleitung kann für den Austausch von Daten, wie beispielsweise den Ladezustand des elektrisch betriebenen Fahrzeugs zuständig sein.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung vorgesehen, welche eine bodenseitige Primärspule und eine Wandladestation umfasst, wobei die bodenseitige Primärspule mit einer Verbindungsleitung mit der Wandladestation verbunden wird. Das Verfahren beinhaltet das Kurzschließen einer Hinleitung und einer Rückleitung der Verbindungsleitung und das Messen eines Widerstands zwischen der Hinleitung und der Rückleitung. An der bodenseitigen Primärspule kann ein Schalter montiert sein. In einem ersten Schalterzustand ist die Wandladestation mit der bodenseitigen Primärspule geschlossen, sodass eine Energieübertragung stattfinden und ein induktiver Ladevorgang beginnen kann. In einem zweiten Schalterzustand wird die Verbindungsleitung kurzgeschlossen. Beim Kurzschließen kann ein Widerstand der Hinleitung und der Rückleitung gemessen werden. Dadurch können mögliche Beschädigungen in der Verbindungsleitung frühzeitig erkannt werden. Beispielsweise kann es in der Verbindungsleitung zu einer Unterbrechung des Stromflusses kommen oder es kann in der Verbindungsleitung ein Kabelbruch vorliegen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei normalem Ladebetrieb die Hinleitung und die Rückleitung nicht kurzgeschlossen werden. Damit eine Energieübertragung stattfinden und ein induktiver Ladevorgang beginnen kann, muss die Verbindungsleitung mit der Wandladestation zu einem Stromkreis zusammengeschlossen werden. Dadurch kann ein elektrisch betriebenes Fahrzeug induktiv aufgeladen werden. Der Schalter kann außerhalb der bodenseitigen Primärspule angeordnet sein. Der Schalter kann auch als eine Einheit in der bodenseitigen Primärspule ausgebildet sein.
In einer sinnvollen Weiterbildung erfolgt das Messen des Widerstands zyklisch vor Aktivierung einer Energieübertragung. Die Verbindungsleitung ist an einer Messeinheit angeschlossen. Die Messeinheit kann als eigenständige Einheit ausgebildet sein oder als Teil der Wandladestation angeordnet sein. Anhand der Widerstandsmessung können mögliche Beschädigungen in der Verbindungsleitung frühzeitig erkannt werden, sodass ein einwandfreier induktiver Ladevorgang des elektrisch betriebenen Fahrzeugs vorausgesetzt werden kann. Wenn Beschädigungen in der Verbindungsleitung festgestellt wurden, wird eine Meldung ausgegeben, dass kein elektrisch betriebenes Fahrzeug geladen werden kann. Beispielsweise kann das Messen des Widerstands in regelmäßigen längeren Zeitabständen, in denen kein induktiver Ladevorgang stattfindet, erfolgen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in:

1 eine beispielhafte Darstellung einer Ladevorrichtung und
2 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Betreiben der Ladevorrichtung.

In 1 ist eine Ladevorrichtung 9 beispielhaft dargestellt. Eine bodenseitige Primärspule 1 und eine Wandladestation 5 sind über eine Verbindungsleitung 7, welche eine Hinleitung 2 und eine Rückleitung 3 aufweist, miteinander verbunden. Die Hinleitung 2 und die Rückleitung 3 können gegebenenfalls Daten zwischen der Wandladestation 5 und der bodenseitigen Primärspule 1 kommunizieren. Beispielsweise kann es sich bei den Daten um die Ladedauer oder den Ladezustand eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs 8 handeln. Hauptsächlich ist die Verbindungsleitung 7 mit der Hinleitung 2 und Rückleitung 3 für die Stromversorgung und Stromübertragung ausgebildet. Wenn sich das elektrisch betriebene Fahrzeug 8 über der bodenseitigen Primärspule 1 befindet, wird ein induktiver Ladevorgang gestartet. Gleichzeitig wird die Verbindungsleitung 7 mit der Hinleitung 2 und Rückleitung 3 mit der bodenseitigen Primärspule 1 und der Wandladestation 5 über eine Schalteinheit 6 geschlossen. Insbesondere kann vor und nach einem Ladevorgang, vorzugsweise in zyklischen Abständen, mit einer Messeinheit 4 ein Widerstand in der Verbindungsleidung 7 gemessen werden, welcher die durch die Verbindungsleitung 7 fließende Stromstärke beeinflusst. Dadurch kann geprüft werden, ob die Verbindungsleitung 7 beschädigt ist. Während des Messens ist die Verbindungsleitung 7 über eine Schalteinheit 6 mit der Wandladestation 5 kurzgeschlossen.
In 2 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung 9 schematisch dargestellt.
In einem ersten Schritt S1 wird ermittelt, ob sich das elektrisch betriebene Fahrzeug 8 in der Nähe einer Ladevorrichtung 9 befindet.
Wenn das elektrisch betriebene Fahrzeug 8 in der Nähe der Ladevorrichtung 9 ermittelt wurde und induktiv aufgeladen werden soll, wird in einem zweiten Schritt S2 die Schalteinheit 6 auf Laden gestellt. Die bodenseitige Primärspule 1 ist über die Verbindungsleitung 7 mit der Wandladestation 5 verbunden. Durch die Schalteinheit 6 wird somit ein Stromkreislauf mit der Verbindungsleitung 7 und der bodenseitigen Primärspule 1 geschlossen. Die Verbindungsleitung 7 weist eine Hinleitung 2 und eine Rückleitung 3 auf.
In einem dritten Schritt S3 wird das elektrisch betriebene Fahrzeug 8, beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, von der induktiven Ladevorrichtung 9 aufgeladen.
Wenn in Schritt S1 kein elektrisch betriebenes Fahrzeug 8 ermittelt wurde und somit auch nicht induktiv aufgeladen werden soll, werden in einem vierten Schritt S4 die Hinleitung 2 und die Rückleitung 3 anhand der Schalteinheit 6 kurzgeschlossen. Die Schalteinheit 6 kann an der bodenseitigen Primärspule 1 angeordnet sein.
In einem fünften Schritt S5 kann ein Widerstand in der Hinleitung 2 und der Rückleitung 3 gemessen werden. Das Messen des Widerstandes dient zum Ermitteln von möglichen Beschädigungen in der Verbindungsleitung 7. Die Messeinheit kann als Teil der Ladevorrichtung 9 ausgebildet sein oder extern angeordnet sein. Das Messen des Widerstandes kann beispielsweise in zyklischen Abständen erfolgen. Beispielsweise kann bei einer möglichen Reservierung einer Ladevorrichtung 9 ein Messen des Widerstandes kurz vor Beginn des induktiven Ladevorgangs durchgeführt werden, damit ein sicherer induktiver Ladevorgang erreicht werden kann. Das Messen des Widerstands kann auch erfolgen, wenn längere Zeit kein elektrisch betriebenes Fahrzeug 8 induktiv aufgeladen wird, beziehungsweise wenn die Ladevorrichtung 9 längere Zeit freigegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Bodenseitige Primärspule
2: Hinleitung
3: Rückleitung
4: Messeinheit
5: Wandladestation
6: Schalteinheit
7: Verbindungsleitung
8: Elektrisch betriebenes Fahrzeug
9: Ladevorrichtung
S1: Erster Schritt
S2: Zweiter Schritt
S3: Dritter Schritt
S4: Vierter Schritt
S5: Fünfter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015226223 A1 [0004]
EP 2985870 B1 [0005]

Claims

Ladevorrichtung (9) zum induktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (8) mit - einer bodenseitigen Primärspule (1), und - einer Wandladestation(5), welche über eine Verbindungsleitung (7) mit der bodenseitigen Primärspule (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verbindungsleitung (7) als geschirmte Hinleitung (2) und Rückleitung (3) ausgebildet ist, - wobei eine Widerstandsmesseinheit (4) der Wandladestation (5) mit der Hinleitung (2) und der Rückleitung (3) kontaktiert ist und, - die Hinleitung (2) und die Rückleitung (3) über eine Schalteinheit (6) der bodenseitigen Primärspule (1) zur Widerstandsmessung kurzschließbar sind.
Ladevorrichtung (9) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Hinleitung (2) und die Rückleitung (3) jeweils mehradrig sind.
Verfahren zum Betreiben einer Ladevorrichtung (9), welche eine bodenseitige Primärspule (1) und eine Wandladestation (5) umfasst, wobei die bodenseitige Primärspule (1) mit einer Verbindungsleitung (7) mit der Wandladestation (5) verbunden wird, gekennzeichnet, durch - Kurzschließen einer Hinleitung (2) und einer Rückleitung (3) der Verbindungsleitung (7) und -Messen eines Widerstands zwischen der Hinleitung (2) und der Rückleitung (3).
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass bei normalem Ladebetrieb die Hinleitung (2) und die Rückleitung (3) nicht kurzgeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Messen des Widerstands zyklisch vor Aktivierung einer Energieübertragung erfolgt.