DE102018218581A1 - Method for determining a coupling inductance and / or a variable proportional to the coupling inductance, control unit - Google Patents
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- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Koppelinduktivität und/oder einer zu der Koppelinduktivität proportionalen Größe, insbesondere eines Koppelfaktors, einer Energieübertragungseinrichtung (1), wobei die Energieübertragungseinrichtung (1) eine erste Spule (2) und eine von der ersten Spule (2) elektrisch getrennte zweite Spule (3) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass eine elektrische Wechselspannung oder ein elektrischer Wechselstrom an der ersten Spule (2) angelegt wird, dass zumindest ein erster Spannungswert einer der Spulen (2,3), zumindest ein erster Stromwert der ersten Spule (2) und zumindest ein zweiter Stromwert der zweiten Spule (3) ermittelt werden, und dass in Abhängigkeit von einem elektrischen Widerstand einer der Spulen (2,3), einer Selbstinduktivität einer der Spulen (2,3), dem ersten Spannungswert, dem ersten Stromwert und dem zweiten Stromwert die Koppelinduktivität und/oder die Größe ermittelt werden.The invention relates to a method for determining a coupling inductance and / or a variable proportional to the coupling inductance, in particular a coupling factor, an energy transmission device (1), the energy transmission device (1) comprising a first coil (2) and one of the first coil (2). has electrically separated second coil (3). It is provided that an electrical alternating voltage or an electrical alternating current is applied to the first coil (2), that at least one first voltage value of one of the coils (2, 3), at least one first current value of the first coil (2) and at least one second Current value of the second coil (3) are determined, and that depending on an electrical resistance of one of the coils (2, 3), a self-inductance of one of the coils (2, 3), the first voltage value, the first current value and the second current value Coupling inductance and / or the size can be determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Koppelinduktivität und/oder einer zu der Koppelinduktivität proportionalen Größe, insbesondere eines Koppelfaktors, einer Energieübertragungseinrichtung, wobei die Energieübertragungseinrichtung eine erste Spule und eine von der ersten Spule elektrisch getrennte zweite Spule aufweist.The invention relates to a method for determining a coupling inductance and / or a variable proportional to the coupling inductance, in particular a coupling factor, of an energy transmission device, the energy transmission device having a first coil and a second coil electrically separated from the first coil.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuergerät zum Durchführen des eingangs genannten Verfahrens.The invention also relates to a control device for carrying out the method mentioned at the beginning.
Stand der TechnikState of the art
Energieübertragungseinrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise weisen induktive Ladestationen eine erste Spule auf. Wird an die erste Spule ein elektrischer Wechselstrom oder eine elektrische Wechselspannung angelegt, so wird in der ersten Spule ein Spulenstrom und durch den Spulenstrom beziehungsweise durch die erste Spule ein Magnetfeld erzeugt. Wird nun eine zweite elektrisch von der ersten Spule getrennte Spule geeignet in dem Magnetfeld angeordnet, wird durch das Magnetfeld eine elektrische Spannung in die zweite Spule induziert, wobei durch die induzierte Spannung beispielsweise ein elektrisch mit der zweiten Spule verbundener Verbraucher betrieben oder ein elektrisch mit der zweiten Spule verbundener Energiespeicher aufgeladen werden kann. Somit bilden die erste Spule und die zweite Spule bei geeigneter Anordnung der zweiten Spule eine Energieübertragungseinrichtung.Energy transmission devices of the type mentioned are known. For example, inductive charging stations have a first coil. If an electrical alternating current or an electrical alternating voltage is applied to the first coil, a coil current is generated in the first coil and a magnetic field is generated by the coil current or by the first coil. If a second coil, which is electrically separated from the first coil, is now suitably arranged in the magnetic field, an electrical voltage is induced in the second coil by the magnetic field, with the induced voltage, for example, operating a consumer electrically connected to the second coil or one electrically connected to the second coil connected energy storage can be charged. With a suitable arrangement of the second coil, the first coil and the second coil thus form an energy transmission device.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Koppelinduktivität der Energieübertragungseinrichtung einfach und zuverlässig ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine zu der Koppelinduktivität proportionale Größe, beispielsweise ein Koppelfaktor, ermittelt. Die Kenntnis der Koppelinduktivität beziehungsweise der Größe bietet aus steuerungs- beziehungsweise regelungstechnischer Sicht Vorteile. Beispielsweise kann anhand der Koppelinduktivität beziehungsweise der Größe festgestellt werden, ob eine Energieübertragung zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule möglich ist beziehungsweise erfolgt, oder mit welchem Wirkungsgrad die Energieübertragung möglich ist beziehungsweise erfolgt. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass eine elektrische Wechselspannung oder ein elektrischer Wechselstrom an die erste Spule angelegt wird, dass zumindest ein erster Spannungswert einer der Spulen, zumindest ein erster Stromwert der ersten Spule und zumindest ein zweiter Stromwert der zweiten Spule ermittelt werden, und dass in Abhängigkeit von einem Widerstand einer der Spulen, einer Selbstinduktivität einer der Spulen, dem ersten Spannungswert, dem ersten Stromwert und dem zweiten Stromwert die Koppelinduktivität und/oder die Größe ermittelt werden. Somit werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zumindest die Größen ermittelt, die zum Ermitteln der Koppelinduktivität benötigt werden. Insbesondere werden der erste Spannungswert, der erste Stromwert und/oder der zweite Stromwert erfasst. Es werden demnach Messeinrichtungen verwendet, die dazu ausgebildet sind, die oben genannten Werte direkt zu erfassen. Alternativ dazu wird zum Ermitteln zumindest eines der Werte eine Messeinrichtung verwendet, die nicht direkt den Wert, also den ersten Spannungswert, den ersten Stromwert oder den zweiten Stromwert, erfasst, sondern einen Wert, in Abhängigkeit dessen der erste Spannungswert, der erste Stromwert oder der zweite Stromwert berechnet beziehungsweise ermittelt wird. Vorzugsweise wird als erster Spannungswert ein Spannungswert der ersten Spule ermittelt. Alternativ dazu wird als erster Spannungswert ein Spannungswert der zweiten Spule ermittelt. Vorzugsweise werden die Koppelinduktivität und/oder die Größe in Abhängigkeit von dem Widerstand und der Selbstinduktivität derjenigen der Spulen ermittelt, deren Spannungswert ermittelt und beim Ermitteln der Koppelinduktivität und/oder Größe berücksichtigt wird.The method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a coupling inductance of the energy transmission device is determined simply and reliably. Alternatively or additionally, a variable proportional to the coupling inductance, for example a coupling factor, is determined by the method according to the invention. Knowing the coupling inductance or the size offers advantages from a control point of view. For example, the coupling inductance or the size can be used to determine whether an energy transfer between the first coil and the second coil is possible or takes place, or with what efficiency the energy transfer is possible or takes place. According to the invention, it is provided that an electrical alternating voltage or an electrical alternating current is applied to the first coil, that at least a first voltage value of one of the coils, at least a first current value of the first coil and at least a second current value of the second coil are determined, and that in Depending on a resistance of one of the coils, a self-inductance of one of the coils, the first voltage value, the first current value and the second current value, the coupling inductance and / or the size are determined. The method according to the invention thus determines at least the quantities which are required to determine the coupling inductance. In particular, the first voltage value, the first current value and / or the second current value are recorded. Accordingly, measuring devices are used which are designed to directly record the above-mentioned values. As an alternative to this, a measuring device is used to determine at least one of the values, which does not directly record the value, i.e. the first voltage value, the first current value or the second current value, but rather a value, depending on which the first voltage value, the first current value or the second current value is calculated or determined. A voltage value of the first coil is preferably determined as the first voltage value. Alternatively, a voltage value of the second coil is determined as the first voltage value. The coupling inductance and / or the size are preferably determined as a function of the resistance and the self-inductance of those of the coils, the voltage value of which is determined and taken into account when determining the coupling inductance and / or size.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere erste Spannungswerte, mehrere erste Stromwerte und/oder mehrere zweite Stromwerte ermittelt und beim Ermitteln der Koppelinduktivität und/oder der Größe berücksichtigt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Genauigkeit beim Ermitteln des Koppelfaktors und/oder der Größe gesteigert wird. Vorzugsweise wird dabei ein erster der ersten Spannungswerte, ersten Stromwerte und/oder zweiten Stromwerte zu einem anderen Zeitpunkt ermittelt beziehungsweise erfasst als ein zweiter der ersten Spannungswerte, ersten Stromwerte und/oder zweiten Stromwerte.According to a preferred embodiment, it is provided that a plurality of first voltage values, a plurality of first current values and / or a plurality of second current values are determined and taken into account when determining the coupling inductance and / or the variable. This has the advantage that the accuracy when determining the coupling factor and / or the size is increased. In this case, a first of the first voltage values, first current values and / or second current values is preferably determined or recorded at a different point in time than a second of the first voltage values, first current values and / or second current values.
Vorzugsweise wird als erster Spannungswert ein erster Spannungsverlauf, als erster Stromwert ein erster Stromverlauf und/oder als zweiter Stromwert ein zweiter Stromverlauf ermittelt. Hierdurch wird die Genauigkeit des Verfahrens weiter gesteigert.A first voltage curve is preferably determined as the first voltage value, a first current curve as the first current value and / or a second current curve as the second current value. This further increases the accuracy of the method.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als erster Spannungswert eine erste Spannungsamplitude, als erster Stromwert eine erste Stromamplitude und/oder als zweiter Stromwert eine zweite Stromamplitude ermittelt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren kostengünstig durchführbar ist. Insbesondere werden gemäß dieser Ausführungsform Messeinrichtungen zum Ermitteln beziehungsweise Erfassen des ersten Spannungswertes und/oder der Stromwerte verwendet, die kostengünstiger sind als solche Messeinrichtungen, durch die ein Spannungsverlauf beziehungsweise Stromverlauf ermittelt beziehungsweise erfasst werden könnte.According to a preferred embodiment, provision is made for a first voltage amplitude to be determined as the first voltage value, a first current amplitude as the first current value and / or a second current amplitude as the second current value. This has the advantage that the method can be carried out inexpensively. In particular, according to this embodiment, measuring devices for determining or detecting the first voltage value and / or the current values are used, which are less expensive than such measuring devices by means of which a voltage curve or current curve could be determined or recorded.
Vorzugsweise wird als erster Spannungswert ein erstes quadratisches Spannungsmittel, als erster Stromwert ein erstes quadratisches Strommittel und/oder als zweiter Stromwert ein zweites quadratisches Strommittel ermittelt. Auch daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren durch die einfache Ausgestaltung der Messeinrichtungen kostengünstig durchführbar ist.A first square voltage means is preferably determined as the first voltage value, a first square current means as the first current value and / or a second square current means as the second current value. This also has the advantage that the method can be carried out inexpensively due to the simple design of the measuring devices.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem ersten Stromwert eine erste Ableitung und/oder in Abhängigkeit von dem zweiten Stromwert eine zweite Ableitung ermittelt werden, und dass in Abhängigkeit von der ersten Ableitung und/oder der zweiten Ableitung die Koppelinduktivität und/oder die Größe ermittelt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Koppelinduktivität und/oder die Größe besonders einfach, insbesondere gemäß der untenstehenden Gleichung (0.1), berechnet werden können.According to a preferred embodiment, it is provided that a first derivative and / or a second derivative are determined as a function of the first current value and that the coupling inductance and / or as a function of the first derivative and / or the second derivative or the size can be determined. This has the advantage that the coupling inductance and / or the size can be calculated particularly easily, in particular according to equation (0.1) below.
Vorzugsweise werden die Koppelinduktivität und/oder die Größe mittels einer Regression, insbesondere linearen Regression, ermittelt. Durch eine derartige Vorgehensweise wird gewährleistet, dass zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelte Werte beim Ermitteln der Koppelinduktivität und/oder der Größe berücksichtigt werden. Dadurch wird die Genauigkeit des Verfahrens gesteigert.The coupling inductance and / or the size are preferably determined by means of a regression, in particular linear regression. Such a procedure ensures that values determined at different times are taken into account when determining the coupling inductance and / or the size. This increases the accuracy of the method.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem ersten quadratischen Strommittel oder der ersten Stromamplitude der erste Stromverlauf und/oder in Abhängigkeit von dem zweiten quadratischen Strommittel oder der zweiten Stromamplitude der zweite Stromverlauf ermittelt wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der erste Stromverlauf und/oder der zweite Stromverlauf zur Verfügung stehen, obwohl diese nicht erfasst werden. Somit ist das Verfahren zum Ermitteln der Koppelinduktivität und/oder der Größe einerseits genau und andererseits kostengünstig durchführbar.According to a preferred embodiment, provision is made for the first current profile to be determined as a function of the first square current means or the first current amplitude and / or the second current profile to be determined as a function of the second square current means or the second current amplitude. This has the advantage that the first current profile and / or the second current profile are available, although these are not recorded. The method for determining the coupling inductance and / or the size can thus be carried out precisely on the one hand and on the other hand inexpensively.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von dem ersten quadratischen Spannungsmittel oder der ersten Spannungsamplitude der erste Spannungsverlauf ermittelt. Auch daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren einerseits genau und andererseits kostengünstig durchführbar ist.The first voltage curve is preferably determined as a function of the first square voltage means or the first voltage amplitude. This also has the advantage that the method can be carried out precisely on the one hand and on the other hand inexpensively.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden zumindest zwei Phasenverschiebungen vorgegeben, die jeweils ein Maß für eine Phasendifferenz zwischen dem tatsächlichen ersten Spannungsverlauf einerseits und dem ersten Stromverlauf oder dem zweiten Stromverlauf andererseits sind, wobei in Abhängigkeit der vorgegebenen Phasenverschiebungen jeweils ein potentieller erster Spannungsverlauf ermittelt wird. Wie oben beschrieben werden insbesondere das erste quadratische Spannungsmittel oder die erste Spannungsamplitude als erster Spannungswert ermittelt. In diesen Fällen ist die tatsächliche Phasendifferenz zwischen dem ersten Spannungsverlauf und dem ersten Stromverlauf beziehungsweise dem zweiten Stromverlauf aus den Messwerten nicht ersichtlich. Durch das Vorgeben von zumindest zwei Phasenverschiebungen wird erreicht, dass die Koppelinduktivität und/oder die Größe auch dann ermittelt werden können, wenn die tatsächliche Phasendifferenz unbekannt ist.According to a preferred embodiment, at least two phase shifts are specified, each of which is a measure of a phase difference between the actual first voltage curve on the one hand and the first current curve or the second current curve on the other hand, a potential first voltage curve being determined as a function of the specified phase shifts. As described above, in particular the first square voltage means or the first voltage amplitude are determined as the first voltage value. In these cases, the actual phase difference between the first voltage curve and the first current curve or the second current curve cannot be seen from the measured values. By specifying at least two phase shifts, it is achieved that the coupling inductance and / or the size can also be determined if the actual phase difference is unknown.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von jedem der ermittelten potentiellen Spannungsverläufe jeweils eine potentielle Koppelinduktivität und/oder eine zu der potentiellen Koppelinduktivität proportionale potentielle Größe ermittelt werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass in Abhängigkeit von den mehreren potentiellen Koppelinduktivitäten oder potentiellen Größen entschieden werden kann, welche der potentiellen Koppelinduktivitäten oder potentiellen Größen der tatsächlichen Koppelinduktivität oder der tatsächlichen Größe zumindest im Wesentlichen entspricht, und dass diese potentielle Koppelinduktivität oder potentielle Größe dann als Koppelinduktivität oder Größe ausgewählt werden kann.According to a preferred embodiment, a potential coupling inductance and / or a potential variable proportional to the potential coupling inductance are determined as a function of each of the potential voltage curves determined. This has the advantage that, depending on the plurality of potential coupling inductances or potential sizes, it can be decided which of the potential coupling inductances or potential sizes at least substantially corresponds to the actual coupling inductance or size, and that this potential coupling inductance or potential size then as Coupling inductance or size can be selected.
Dabei wird vorzugsweise für jede der potentiellen Koppelinduktivitäten und/oder potentiellen Größen jeweils ein Gütemaß bestimmt, wobei in Abhängigkeit von den Gütemaßen eine der potentiellen Koppelinduktivitäten als Koppelinduktivität und/oder eine der potentiellen Größen als Größe ausgewählt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass eine der potentiellen Koppelinduktivitäten als Koppelinduktivität und/oder eine der potentiellen Größen als Größe ausgewählt wird, die der tatsächlichen Koppelinduktivität beziehungsweise der tatsächlichen Größe zumindest im Wesentlichen entspricht. Demnach wird auch durch ein derartiges Vorgehen die Genauigkeit des Verfahrens gesteigert. Als Gütemaß wird vorzugsweise für jede der potentiellen Koppelinduktivitäten und/oder potentiellen Größen jeweils ein Bestimmtheitsmaß ermittelt.In this case, a quality measure is preferably determined for each of the potential coupling inductances and / or potential variables, with one of the potential coupling inductances being selected as coupling inductance and / or one of the potential variables as a variable depending on the quality measures. This ensures that one of the potential coupling inductances is selected as the coupling inductance and / or one of the potential variables as a variable which at least substantially corresponds to the actual coupling inductor or the actual variable. Accordingly, the accuracy of the method is also increased by such a procedure. A coefficient of determination is preferably determined as a quality measure for each of the potential coupling inductances and / or potential variables.
Das erfindungsgemäße Steuergerät für eine Energieübertragungseinrichtung, die eine erste Spule, eine von der ersten Spule elektrisch getrennte zweite Spule, eine elektrisch leitend mit der ersten Spule verbundene Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle, eine Spannungsmesseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen ersten Spannungswert, insbesondere der ersten Spule, zu ermitteln, eine erste Strommesseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen ersten Stromwert der ersten Spule zu ermitteln, und eine zweite Strommesseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen zweiten Stromwert der zweiten Spule zu ermitteln, aufweist, zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 13 dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich daraus die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.The control device according to the invention for an energy transmission device, the first coil, a second coil that is electrically separated from the first coil, an alternating current or alternating voltage source that is electrically conductively connected to the first coil, a voltage measuring device that is designed to at least a first voltage value, in particular the first coil to determine a first current measuring device, which is designed to at least a first current value to determine the first coil and has a second current measuring device, which is designed to determine at least a second current value of the second coil, is characterized by the features of claim 13 in that the control device is specially designed for the intended use to carry out the method according to the invention. This results in the advantages already mentioned. Further preferred features and combinations of features result from what has been described above and from the claims.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und entsprechende Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu zeigen
-
1 eine Energieübertragungseinrichtung in einer schematischen Darstellung, -
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ermitteln einer Koppelinduktivität der Energieübertragungseinrichtung und -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
-
1 an energy transmission device in a schematic representation, -
2nd a first embodiment of a method for determining a coupling inductance of the energy transmission device and -
3rd a second embodiment of the method.
Der ersten Spule
Außerdem weist die Energieübertragungseinrichtung
Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Ermitteln der Koppelinduktivität und/oder des Koppelfaktors der Energieübertragungseinrichtung
Die Koppelinduktivität M lässt sich gemäß Gleichung (0.1) wie folgt darstellen:
Die Gleichung (0.1) kann wie folgt umgestellt werden:
Da in dem Schritt
Insbesondere wird in einem optionalen Schritt
Mit Bezug auf
In einem Schritt
In einem Schritt
Das Bestimmtheitsmaß R2 wird folgendermaßen berechnet:
In einem Schritt
Insbesondere werden in dem Schritt
Zusätzlich zu den im Zusammenhang mit
Alternativ zu der Gleichung (0.1) lässt sich die Koppelinduktivität M auch gemäß der nachfolgenden Gleichung (0.17) wie folgt darstellen:
Claims (13)
Priority Applications (1)
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DE102018218581.6A DE102018218581A1 (en) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | Method for determining a coupling inductance and / or a variable proportional to the coupling inductance, control unit |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102018218581.6A Pending DE102018218581A1 (en) | 2018-10-30 | 2018-10-30 | Method for determining a coupling inductance and / or a variable proportional to the coupling inductance, control unit |
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