DE102018217082B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte und eine im oder am Fahrzeug angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte eine erste Spule und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte eine zweite Spule vorgesehen ist, mit folgenden Schritten:- Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle (21) und- Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit von auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten durch eine Auswertung der durchgeführten Bestromung auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems.Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems. Diese Energieübertragung kann zur Ladung eines Energiespeichers des Fahrzeugs und/oder zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs vorgesehen sein.
  • Bei einer Ladung eines Energiespeichers eines Fahrzeugs mittels eines induktiven Ladesystems erfolgt eine induktive Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug drahtlos unter Verwendung eines der Ladestation zugehörigen Senders und eines dem Fahrzeug zugehörigen Empfängers. Der Sender weist üblicherweise eine Bodenplatte auf, innerhalb welcher eine Spule vorgesehen ist, unter deren Verwendung ein magnetisches Wechselmagnetfeld ausgestrahlt wird. Diese wird von einem oberhalb der Bodenplatte angeordneten fahrzeugseitigen Empfänger empfangen und in Gleichstromsignale umgewandelt, die beispielsweise zur Aufladung einer fahrzeugseitigen Batterie verwendet werden.
  • Um diese Energieübertragung bestmöglich zu gestalten, ist es notwendig, verschiedene Vorbereitungsmaßnahmen durchzuführen. Zu diesen Vorbereitungsmaßnahmen gehört eine möglichst genaue Positionierung des fahrzeugseitigen Empfängers über der Spule der Bodenplatte. Zu diesen Vorbereitungsmaßnahmen gehört des Weiteren eine Überprüfung, ob der Zwischenraum zwischen der Bodenplatte und dem fahrzeugseitigen Empfänger frei von Objekten ist. Zu diesen Objekten gehören beliebige Gegenstände und auch beliebige Lebewesen. Bei dieser Objekterkennung kann eine Bewegungsdetektion vorgenommen werden.
  • Aus der US 2016 / 0 178 740 A1 sind Systeme, Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mittels welcher bei einer drahtlosen Leistungsübertragungsanwendung ein Schutz lebender Objekte erreicht werden soll. Dabei werden mittels Radar ausgestrahlte Daten von einer Vielzahl von Radar-Transceivern empfangen, Antworten in den empfangenen Radardaten jedes der Vielzahl von Radar-Transceivern miteinander verglichen, eine Anwesenheit eines Fahrzeugs in einer ersten Entfernung von der Vielzahl von Radar-Transceivern zumindest teilweise basierend auf einer Korrelation der von jedem der Vielzahl von Radar-Transceivern empfangenen Antworten ermittelt und Teile der empfangenen Radardaten gefiltert, die Bewegungen innerhalb eines vorbestimmten, die erste Entfernung einschließenden Entfernungsbereiches von der Vielzahl von Radar-Transceivern entsprechen, wenn weiterhin Objekte im Detektionsbereich detektiert werden. Bei einem der in der US 2016 /0 178 740 A1 beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die von einer Vielzahl von Radarmodulen ausgestrahlten Radarsignale an einem an einem Fahrzeug befestigten passiven oder aktiven Radar-Transponder reflektiert.
  • Die US 2015 / 0 274 023 A1 offenbart ein kontaktloses Ladesystem zum Laden einer Kraftfahrzeugbatterie, umfassend einen Primärinduktionskreis außerhalb des Kraftfahrzeugs, der von einem elektrischen Stromnetz gespeist wird, einen im Kraftfahrzeug installierten Sekundärinduktionskreis, der über eine Gleichrichterbrücke mit der Batterie gekoppelt ist und einen gesteuerten Schaltmechanismus konfiguriert, um den sekundären Induktionskreis in einen Kurzschluss zu versetzen, ohne die Batterie in einen Kurzschluss zu versetzen, wenn eine elektrische Störung an Bord des Kraftfahrzeugs vorliegt, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, die Stromversorgung des primären Induktionskreises zu unterbrechen, wenn ein Kurzschluss im sekundären Induktionskreis erkannt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 11 angegeben. Die Ansprüche 12 - 17 betreffen eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte und eine im oder am Fahrzeug angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte eine erste Spule und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte eine zweite Spule vorgesehen ist, vorgestellt, welches die folgenden Schritte aufweist:
    • - Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle und
    • - Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit von auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten durch eine Auswertung der durchgeführten Bestromung auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten nicht nur zum Empfang der Ladeenergie verwendet werden, sondern auch weitere Aufgaben haben. Durch eine Auswertung der Bestromung der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Spule aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle werden Informationen gewonnen, welche zum Zwecke einer verbesserten Vorbereitung der Energieübertragung zu einem Fahrzeug verwendet werden können. Beispielsweise können durch eine sekundärseitige Bestromung der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Spule Informationen über die Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten gewonnen werden. Dazu bedarf es keiner Übertragung von Energie von der Primärseite auf die Sekundärseite. Folglich kann die Ermittlung der Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten des induktiven Ladesystems bereits vorgenommen werden, wenn sich das zu ladende Fahrzeug noch nicht im Nahbereich der Primärseite befindet, d.h. in einem Entfernungsbereich von der Primärseite, in welchem noch keine Kopplung zwischen der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule vorliegt.
  • Die sekundärseitig gewonnenen Informationen über die Funktionsfähigkeit der sekundärseitigen Komponenten des induktiven Ladesystems können bei Bedarf in einem fahrzeugseitigen Speicher zwischengespeichert werden und dann, wenn eine ausreichende Kopplung zwischen der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule vorliegt, zur Primärseite übertragen werden. Beispielsweise kann nach einem Erkennen der Funktionsunfähigkeit einer oder mehrerer sekundärseitiger Komponenten ein entsprechendes Informationssignal oder ein entsprechendes Steuersignal an die Primärseite übertragen werden, aufgrund dessen der Ladevorgang der sekundärseitigen Batterie von Anfang an verhindert wird.
  • Diese und weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der 1. Diese zeigt eine Blockdarstellung eines induktiven Fahrzeugladesystems.
  • Das in der 1 gezeigte induktive Fahrzeugladesystem weist eine Ladestation 1 auf, zu welcher eine Steuereinheit 2 und eine Bodenplatte 3 gehören. In der Bodenplatte 3 ist eine Spule 4 angeordnet. Die Steuereinheit 2 kann alternativ zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auch integrierter Bestandteil der Bodenplatte 3 sein. Die Ladestation 1 bildet die Primärseite des induktiven Ladesystems.
  • Des Weiteren ist in der 1 ein Fahrzeug 5 dargestellt, in bzw. an welchem die fahrzeugseitigen Teile des induktiven Fahrzeugladesystems angeordnet sind. Die fahrzeugseitigen Teile des induktiven Ladesystems bilden die Sekundärseite des induktiven Ladesystems. Zu diesen fahrzeugseitigen Teilen gehören unter anderem ein zur Energieübertragung benötigter, in einer Fahrzeugplatte 6 angeordneter Empfängerkreis 7, 8, 9, ein Gleichrichter 10, ein Spannungsmesser 11, ein Filterkondensator 12, ein Strommesser 13, eine Entladeanordnung 14 und ein Energiespeicher 18. Der Empfängerkreis enthält eine Spule 7 und Kondensatoren 8 und 9, die zusammen mit der Spule 7 einen Resonanzkreis bilden. Die Entladeanordnung 14, die aus Sicht der zweiten Spule 7 hinter dem Spannungsmesser 11 und auch hinter dem Strommesser 13 angeordnet ist, d.h. unmittelbar vor dem Energiespeicher 18 angeordnet ist, weist einen ohmschen Widerstand 15, einen Transistor 16 und eine Diode 17 auf.
  • Mittels des in der 1 dargestellten induktiven Ladesystems kann eine drahtlose Energieübertragung von der Ladestation 1 an das Fahrzeug 5 unter Verwendung eines der Ladestation zugehörigen Senders, bei dem es sich um die in der Bodenplatte 3 angeordnete Spule 4 handelt, und des fahrzeugseitigen Empfängerkreises, zu welchem die Spule 7 und die Kondensatoren 8 und 9 gehören, erfolgen.
  • Die Spule 7 ist über die Kondensatoren 8 und 9 mit dem Gleichrichter 10 verbunden, in welchem das vom Empfängerkreis 7, 8, 9 empfangene Signal gleichgerichtet wird.
  • Das Ausgangssignal des Gleichrichters 10 wird über den Filterkondensator 12 der Entladeanordnung 14 zugeführt, welche den ohmschen Widerstand 15, den Transistor 16 und die Diode 17 aufweist. An diese Entladeanordnung 14 ist der Energiespeicher 18 angeschlossen, in welchem die übertragene Energie gespeichert wird.
  • Im Rahmen der Vorbereitung einer Ladung des Energiespeichers 18 des Fahrzeugs 5 mittels des gezeigten induktiven Ladesystems erfolgt eine Bestromung der auf der Sekundärseite angeordneten Spule 7 aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle 21. Bei dieser fahrzeugseitigen Stromquelle kann es sich um das Niedervolt-Bordnetz des Fahrzeugs 5 handeln. Alternativ dazu kann als fahrzeugseitige Stromquelle auch eine im Fahrzeug angeordnete Batterie verwendet werden, beispielsweise die Batterie 18.
  • Die fahrzeugseitige Stromquelle 21 ist über Dioden 19 und 20 und die bereits genannten Kondensatoren 8 und 9 mit der Spule 7 verbunden, um diese zu bestromen. Dieser Bestromungsvorgang wird von einer fahrzeugseitigen Steuereinheit 22 gesteuert, die der Stromquelle Steuersignale s2 zuführt, mittels derer der Betrieb der Stromquelle gesteuert wird. Die Steuereinheit ist des Weiteren dazu ausgebildet, Steuersignale s1 zur Steuerung des Transistors 16 der Entladeanordnung 14 bereitzustellen.
  • Die Bestromung der zweiten Spule 7 durch die fahrzeugseitige Stromquelle 21 wird auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems unter Verwendung der Ausgangssignale des Spannungsmessers 11 und des Strommessers 13 ausgewertet, um Informationen über die Funktionsfähigkeit der sekundärseitigen Komponenten des induktiven Ladesystems zu erhalten.
  • Im Rahmen dieser Auswertung wird die Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten zweiten Spule 7 diagnostiziert. Dabei erfolgt eine Überprüfung des Resonanzverhaltens der zweiten Spule. Des Weiteren wird überprüft, ob ein Kurzschluss der zweiten Spule vorliegt und ob eine oder mehrere der Anschlussklemmen der zweiten Spule offen sind.
  • Des Weiteren wird im Rahmen dieser Auswertung die Funktionsfähigkeit des Gleichrichters 10 überprüft. Dabei wird überprüft, ob im Gleichrichter ein Kurzschluss vorliegt. Diese Überprüfung erfolgt unter Verwendung einer Ein- und Ausschaltung der Bestromung der zweiten Spule 7.
  • Ferner wird im Rahmen dieser Auswertung die Funktionsfähigkeit des Filterkondensators 14 überprüft. Dies geschieht durch eine Überprüfung des Entladeverhaltens des Filterkondensators.
  • Des Weiteren wird im Rahmen dieser Auswertung die Funktionsfähigkeit der Entladeanordnung 14 überprüft. Auch diese Überprüfung kann unter Verwendung einer Ein- und Ausschaltung der Bestromung der zweiten Spule vorgenommen werden.
  • Wird im Rahmen dieser Auswertung der Bestromung der zweiten Spule 7, die von der Steuereinheit 22 vorgenommen wird, erkannt, dass eine oder mehrere Komponenten der Sekundärseite des induktiven Ladesystems funktionsunfähig sind, dann erzeugt die Steuereinheit 22 ein Informationssignal, das diese Funktionsunfähigkeit signalisiert. Dieses Informationssignal wird auf die Primärseite übertragen und dort an die primärseitige Steuereinheit 2 weitergeleitet. Diese unterbindet als Reaktion auf den Empfang dieses Informationssignals den beabsichtigten Ladevorgang, um zu verhindern, dass im Fahrzeug Schäden auftreten.
  • Nach alledem erfolgt bei der vorliegenden Erfindung im Rahmen einer Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems eine Diagnose der Funktionsfähigkeit der fahrzeugseitigen Komponenten des induktiven Ladesystems. Zu dieser Diagnose ist es nicht notwendig, dass bereits eine enge Kopplung der bodenseitigen ersten Spule des induktiven Ladesystems mit der fahrzeugseitigen zweiten Spule des induktiven Ladesystems vorliegt. Die genannte Funktionsdiagnose erfolgt unabhängig von der Primärseite des induktiven Ladesystems, wobei eine fahrzeugseitige Stromquelle zur Bestromung der fahrzeugseitigen zweiten Spule verwendet wird und wobei im Fahrzeug eine Auswertung dieser Bestromung der fahrzeugseitigen zweiten Spule vorgenommen wird. Bei dieser Auswertung wird insbesondere die Funktionsfähigkeit der zweiten Spule 7, des Gleichrichters 10, des Filterkondensators 12 und der Entladeanordnung 14 überprüft. Das Ergebnis dieser Auswertung kann der primärseitigen Steuereinheit 2 gemeldet werden. Diese unterbindet im Falle einer Funktionsunfähigkeit einer oder mehrerer fahrzeugseitiger Komponenten des induktiven Ladesystems eine Energieübertragung von der Primärseite auf die Sekundärseite. Dadurch wird verhindert, dass es zu Schäden im Fahrzeug kommt.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine bidirektionale Möglichkeit zum Laden und Entladen vorzusehen. Dadurch besteht auch die Möglichkeit, Energie aus dem Fahrzeug zur Bodenstation zu übertragen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug (5) mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte (3) und eine im oder am Fahrzeug (5) angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte (3) eine erste Spule (4) und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte (6) eine zweite Spule (7) vorgesehen ist, mit folgenden Schritten: - Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle (21) und - Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit von auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten durch eine Auswertung der durchgeführten Bestromung auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten zweiten Spule (7) diagnostiziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten zweiten Spule (7) im Hinblick auf ein Vorliegen eines Kurzschlusses und/oder im Hinblick auf ein Vorliegen eines oder mehrerer offener Klemmen diagnostiziert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten zweiten Spule (7) im Hinblick auf deren Resonanzverhalten diagnostiziert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Funktionsfähigkeit eines auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Gleichrichters (10) diagnostiziert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehen Ansprüche, bei welchem die Funktionsfähigkeit einer auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Entladeanordnung (14) diagnostiziert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Funktionsfähigkeit eines auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Filterkondensators (12) diagnostiziert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) von einer im Fahrzeug (5) angeordneten Steuereinheit (22) gesteuert wird und das Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten von der im Fahrzeug (5) angeordneten Steuereinheit (22) vorgenommen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die im Fahrzeug angeordnete Steuereinheit (22) beim Erkennen einer Funktionsunfähigkeit einer der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten eine Ausgabe eines die Funktionsunfähigkeit einer der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten anzeigendes Informationssignals initiiert.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) aus einem Niedervolt-Bordnetz des Fahrzeugs vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, bei welchem die Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) aus einer Fahrzeugbatterie vorgenommen wird.
  12. Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte (3) und eine im oder am Fahrzeug (5) angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte (3) eine erste Spule (4) und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte (6) eine zweite Spule (7) vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung des Weiteren aufweist: - eine fahrzeugseitige Stromquelle (21), die zur Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) ausgebildet ist, und - eine fahrzeugseitige Steuereinheit (22), die zur Steuerung der Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) und zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit von auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten durch eine Auswertung der durchgeführten Bestromung ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher auf der Sekundärseite mit der zweiten Spule (7) Kondensatoren (8, 9) verbunden sind, die zusammen mit der zweiten Spule einen Resonatorkreis bilden.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher der Resonatorkreis mit einem Gleichrichter (10) verbunden ist, an dessen Ausgang ein Filterkondensator (12) angeschlossen ist, der über eine Entladevorrichtung (14) mit dem Energiespeicher (18) verbunden ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, welche einen mit dem Gleichrichter (10) verbundenen Spannungsmesser (11) aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, welche einen Strommesser (13) aufweist, der zwischen dem Filterkondensator (12) und der Entladeanordnung (14) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-16, bei welcher die Entladeanordnung (14) einen von der Steuereinheit (21) gesteuerten Transistor (16) aufweist.
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