DE102018203959A1 - System zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Primär- und einer Sekundärseite - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Primär- und einer Sekundärseitemit einem Steuermodul (3), das eine Eingangsschnittstelle zur Kommunikation mit externen Geräten und definierte Ausgangsschnittstellen zur Kommunikation mit internen Modulen (2, 4, 5) aufweist, mit einem primärseitigen Energiebereitstellungsmodul (2) mit Eingangsanschlüssen zur Verbindung mit externen Energiequellen und standarisierten Ausgangsanschlüssen zur Bereitstellung einer definierten Gleichspannung und/oder einer definierten Wechselspannung, das außerdem eine definierte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Steuermodul (3) aufweist, mit einem Kommunikationsmodul (4), das eine definierte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Steuermodul (3) und eine Sende/Empfangsschnittstelle zur Kommunikation mit einer Gegenstelle aufweist, mit zumindest einem Energiewandlermodul (5), das eine definierte Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit einem Ausgangsanschluss des Energiebereitstellungsmoduls (2) und eine Ausgangsschnittstelle zur Bereitstellung einer definierten Gleichspannung aufweist, mit einem Spulenversorgungsmodul (6) mit einer definierten Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit dem Ausgangsanschluss des Energiewandlermoduls (5) und einer definierten Ausgangsschnittstelle zur Bereitstellung einer Wechselspannung mit definierter Frequenz, mit einem Primärspulenmodul (7) mit einer Primärspule mit Anschlüssen zur Verbindung mit der Ausgangsschnittstelle des Spulenversorgungsmoduls 6).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Primär- und einer Sekundärseite mit einem Steuermodul, einem Kommunikationsmodul, einem primärseitigen Energiebereitstellungsmodul, einem Spulenversorgungsmodul und mit einem Primärspulenmodul.
  • Ein solches System ist aus der US 2016/178740 A1 bekannt. Dort ist das Steuermodul, das Kommunikationsmodul und das Spulenversorgungsmodul mit einem Leitsystemmodul und einem Positionierungsmodul in einem Gesamtmodul, häufig als „Wallbox“ bezeichnet, zusammengefasst, wobei die einzelnen Module über nicht näher beschriebene Schnittstellen miteinander Signale austauschen oder mit Energie versorgt werden. Dieses Gesamtmodul ist einerseits mit einem in der US 2016/178740 A1 nicht näher beschriebenen primärseitigen Energiebereitstellungsmodul und andererseits mit einem Primärspulenmodul verbunden, über das induktiv Energie zu einer Sekundärspule einer Sekundärseite zum Laden einer Fahrzeugbatterie übertragen wird. Auch diese Schnittstellen sind nicht näher beschrieben.
  • Solche Systeme sind in ihrer Zusammensetzung und auch in ihrer Funktion festgelegt, das heißt, es kann nicht oder nicht auf einfache Weise von einer induktiven Energieübertragung auf eine konduktive Energieübertragung umgerüstet werden und es ist auch nicht auf einfache Weise möglich, die einzelnen Module durch andere höherwertige oder gleichwirkende Module auszutauschen, beispielsweise durch Module anderer Hersteller, oder die Module in anderer Weise in einem Gehäuse zusammenzufassen.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes System zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Primär- und einer Sekundärseite ist demnach mit einem Steuermodul, das eine Eingangsschnittstelle zur Kommunikation mit externen Geräten und definierte Ausgangsschnittstellen zur Kommunikation mit internen Modulen aufweist, mit einem primärseitigen Energiebereitstellungsmodul mit Eingangsanschlüssen zur Verbindung mit externen Energiequellen und standarisierten Ausgangsanschlüssen zur Bereitstellung einer definierten Gleichspannung und/oder einer definierten Wechselspannung, das außerdem eine definierte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Steuermodul aufweist, mit einem Kommunikationsmodul, das eine definierte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Steuermodul und eine Sende/Empfangsschnittstelle zur Kommunikation mit einer Gegenstelle aufweist, mit zumindest einem Energiewandlermodul, das eine definierte Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit einem Ausgangsanschluss des Energiebereitstellungsmoduls und eine Ausgangsschnittstelle zur Bereitstellung einer definierten Gleichspannung aufweist, mit einem Spulenversorgungsmodul mit einer definierten Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit dem Ausgangsanschluss des Energiewandlermoduls und einer definierten Ausgangsschnittstelle zur Bereitstellung einer Wechselspannung mit definierter Frequenz, sowie mit einem Primärspulenmodul mit einer Primärspule mit Anschlüssen zur Verbindung mit der Ausgangsschnittstelle des Spulenversorgungsmoduls gebildet.
  • Es wird also ein modulares Energieübertragungssystem insbesondere zum Laden einer (Fahrzeug)-Batterie vorgestellt. Das Energieübertragungssystem besteht aus mehreren Modulen oder Baugruppen, die durch definierte Schnittstellen verbunden werden. Hierdurch ist die Kombination von Modulen verschiedener Hersteller möglich. Außerdem können einzelne Komponenten ausgetauscht werden, z.B. bei einer Änderung der Übertragungsleistung von 3,3kW auf 11kW. Es ist auch der Ersatz von einzelnen Modulen bei einem Defekt eines Moduls auf einfache Weise möglich. Zudem ist es auf einfache Weise möglich, ein konduktives Energieübertragungssystem in ein induktives Energieübertragungssystem umzurüsten oder um ein solches zu erweitern und umgekehrt.
  • In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems sind zumindest das Spulenversorgungsmodul und das Primärspulenmodul in einem Gehäuse angeordnet.
  • Hierdurch muss die an die Primärspule anzulegende hochfrequente Wechselspannung nicht über eine längere Strecke über ein Kabel übertragen werden. Die Primärspule wird zumeist als resonante Spule ausgebildet, wirkt also zusammen mit einem Kondensator in einem Resonanzkreis. Dabei kann auch dieser Kondensator in dem Gehäuse untergebracht sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind das Steuermodul, das primärseitige Energiebereitstellungsmodul und das Kommunikationsmodul in einem Wandgehäuse angeordnet.
  • Hierdurch werden eine Steuereinheit und die mit externen Geräten Energie oder Signale austauschenden Module kompakt in einem Gehäuse untergebracht. Aufgrund der Modulbauweise sind sie jedoch trotzdem austauschbar.
  • In einer Weiterbildung kann zumindest ein Energiewandlermodul in dem Wandgehäuse angeordnet sein. Durch das Energiewandlermodul wird eine von außen gelieferte Wechsel- oder Gleichspannung in eine definierte Gleichspannung für ein nachfolgendes Spulenversorgungsmodul gewandelt. Dadurch kann ein beliebiges Spulenversorgungsmodul, das aus dieser Gleichspannung die hochfrequente Wechselspannung für die Primärspule erzeugt, verwendet werden. Das Energiewandlermodul kann als AC/DC- oder als DC/DC-Wandler ausgebildet sein.
  • Jedes der genannten Module kann in Submodule mit jeweils definierten Schnittstellen unterteilt sein.
  • Ebenso können zwei oder mehrere der genannten Module zu einem Gesamtmodul mit definierten Schnittstellen zusammengefasst werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher beschrieben.
  • Die 1 zeigt ein Wandgehäuse 1, in dem ein Energiebereitstellungsmodul 2 untergebracht ist. Wandgehäuse bedeutet, dass dieses Modul an einer Wand abgestellt oder aufgehängt werden kann. Es ist über Eingangsanschlüsse mit externen Wechselspannungs- und/oder Gleichspannungsquellen verbunden, wobei solche Energiequellen das öffentliche Wechselniederspannungsnetz, eine Solaranlage, ein Energiespeicher oder dergleichen sein können.
  • Das Energiebereitstellungsmodul 2 wandelt die von extern bezogene Energie in eine Gleich- oder Wechselspannung definierter Größe um und stellt sie an einer ersten definierten Schnittstelle 10 an Ausgangsanschlüssen zur Verfügung.
  • Das Energiebereitstellungsmodul 2 ist über diese erste Schnittstelle 10 mit einem Energiewandlermodul 5 verbunden, das die von dem Energiebereitstellungsmodul 2 zur Verfügung gestellte Gleich- oder Wechselspannung in eine Gleichspannung definierter Größe umwandelt und an einer zweiten definierten Schnittstelle 11 einem damit verbundenen Spulenversorgungsmodul 6 zur Verfügung stellt. Dieses wandelt die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer Frequenz um, die an die Resonanzfrequenz eines Primärspulenmoduls 7 angepasst ist.
  • Das Energiewandlermodul 5 kann dabei ein AC-DC-Wandler oder ein DC-DC-Wandler sein.
  • Das Primärspulenmodul 7 ist induktiv mit einer Sekundärspule 8 beispielsweise in einem Fahrzeug gekoppelt, um damit eine Fahrzeugbatterie laden zu können.
  • Das Spulenversorgungsmodul 6 ist über eine dritte definierte Schnittstelle 12 mit dem Primärspulenmodul 7 verbunden.
  • Über die bisher beschriebenen Module 2, 5, 6, 7, 8 wird also Energie aus einer externen Energiequelle an eine Fahrzeugbatterie übertragen, um diese zu laden, wobei die einzelnen Module über definierte Schnittstellen 10, 11, 12 miteinander verbunden sind. Damit können sie auf einfache Weise ausgetauscht oder erweitert werden. Beispielsweise kann auch ein Ladungsmodul zur konduktiven Batterieladung mit der ersten 10 oder der zweiten Schnittstelle 11 verbunden werden.
  • Es ist außerdem ein Steuermodul 3 zur Steuerung der Wandlungs- und Ladeabläufe und ein Kommunikationsmodul 4 beispielsweise zur Kommunikation der Primärseite mit der Sekundärseite des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen. Diese können in eigenen Gehäusen gemeinsam oder getrennt oder in dem Wandgehäuse 1 angeordnet sein. Das Steuermodul 3 ist dabei über eine vierte definierte Schnittstelle 13 und das Kommunikationsmodul 4 über eine fünfte definierte Schnittstelle 14 mit dem Energiebereitstellungsmodul 2 verbunden.
  • Auch das Energiewandlermodul 5 kann in dem Wandgehäuse 1 angeordnet sein. Das Spulenversorgungsmodul 6 kann ebenfalls in dem Wandgehäuse 1 oder in dem Primärspulenmodul 7 oder in einem eigenen Gehäuse ausgebildet sein. Wesentlich sind definierte Schnittstellen, die eine einfache Austauschbarkeit gewährleisten.
  • Vorteilhaft wäre die Ausgestaltung der Schnittstellen <1000V AC bzw. 1500DC (Hochvolt), da nach BGI/GUV-I 8686 (Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen) in diesem Spannungsbereich Arbeiten von Personen mit einem ingenieur- oder naturwissenschaftlichen Studium oder mit einer nichtelektrotechnischen Facharbeiter- oder Gesellenausbildung nach entsprechender Qualifizierung durchführen kann. Dies ist z.B. ein großer Vorteil für Werkstätten, da die vorhandenen Mitarbeiter entsprechende Arbeiten durchführen können. Die Mittelspannung beginnt ab 1kV.
  • 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
    • US 2016178740 A1 [0002]

Claims (6)

  1. System zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Primär- und einer Sekundärseite - mit einem Steuermodul (3), das eine Eingangsschnittstelle zur Kommunikation mit externen Geräten und definierte Ausgangsschnittstellen zur Kommunikation mit internen Modulen (2, 4, 5) aufweist, - mit einem primärseitigen Energiebereitstellungsmodul (2) mit Eingangsanschlüssen zur Verbindung mit externen Energiequellen und standarisierten Ausgangsanschlüssen zur Bereitstellung einer definierten Gleichspannung und/oder einer definierten Wechselspannung, das außerdem eine definierte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Steuermodul (3) aufweist, - mit einem Kommunikationsmodul (4), das eine definierte Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Steuermodul (3) und eine Sende/Empfangsschnittstelle zur Kommunikation mit einer Gegenstelle aufweist, - mit zumindest einem Energiewandlermodul (5), das eine definierte Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit einem Ausgangsanschluss des Energiebereitstellungsmoduls (2) und eine Ausgangsschnittstelle zur Bereitstellung einer definierten Gleichspannung aufweist, - mit einem Spulenversorgungsmodul (6) mit einer definierten Eingangsschnittstelle zur Verbindung mit dem Ausgangsanschluss des Energiewandlermoduls (5) und einer definierten Ausgangsschnittstelle zur Bereitstellung einer Wechselspannung mit definierter Frequenz, - mit einem Primärspulenmodul (7) mit einer Primärspule mit Anschlüssen zur Verbindung mit der Ausgangsschnittstelle des Spulenversorgungsmoduls 6).
  2. System nach Anspruch 1, bei dem zumindest das Spulenversorgungsmodul (6) und das Primärspulenmodul (7) in einem Gehäuse angeordnet sind.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem das Steuermodul (3), das primärseitige Energiebereitstellungsmodul (2) und das Kommunikationsmodul (4) in einem Wandgehäuse (1) angeordnet sind.
  4. System nach Anspruch 3, bei dem zusätzlich zumindest ein Energiewandlermodul in dem Wandgehäuse (1) angeordnet ist.
  5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jedes der genannten Module (2, 3, 4, 5 6, 7) in Submodule mit jeweils definierten (10-14) Schnittstellen unterteilt ist.
  6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zwei oder mehrere der genannten Module (2, 3, 4, 5 6, 7) zu einem Gesamtmodul mit definierten (10-14) Schnittstellen zusammengefasst werden.
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Artikel: „Modularität", in Wikipedia – Die freie Enzyklopädie, Bearbeitungsstand: 23.02.2018, URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Modularit%C3%A4t&oldid=174308401 [abgerufen am 29.01.2019] *
Norm BGI/GUV-I 8686 2012-04-00. Information - Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen. S. 1-80. *

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