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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieübertragung mit einer Erfassung der Ströme und ein Verfahren zum Betrieb einer Energieübertragungseinrichtung.
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Stand der Technik
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Beim drahtlosen Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit Hilfe der induktiven Übertragung von elektrischer Energie werden Übertragungssysteme eingesetzt, die aus einer Sendespulenanordnung und einer Empfangsspulenanordnung bestehen. Die Sendespulenanordnung einer Ladestation wird dazu beispielsweise mit einer flachen Wicklung auf die Fahrbahnoberfläche gelegt oder in die Fahrbahn eingelassen. Die Empfangsspulenanordnung mit einer ebenfalls möglichst flachen Wicklung wird beispielsweise am Fahrzeugboden angebracht. Für den Ladevorgang wird das Fahrzeug über der Sendespulenanordnung positioniert. Diese Systeme zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines Magnetfeldes, welches von der Sendespulenanordnung ausgehend in der Empfangsspulenanordnung einen elektrischen Strom induziert, werden zur Überwachung mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet. Mit diesen Sensoren werden unterschiedliche Parameter überwacht.
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Beispielsweise wird in
DE 10 2017 219 612 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer Überwachungsvorrichtung einer induktiven Energieübertragungseinheit mit einer Sendespule und einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule vorgeschlagen, wobei die Überwachungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Zwischenraum zwischen der Sendespule und der Empfangsspule und ein Umfeld, außerhalb des Zwischenraumes zu überwachen. Die Empfangsspule und die Überwachungsvorrichtung sind in oder an einem Fahrzeug angeordnet, wobei die Überwachungsvorrichtung einen Sensor aufweist, wobei die Überwachungsvorrichtung mittels des Sensors ein Objekt im Zwischenraum und/oder im Umfeld über Winkel-, Distanz- und radiale Geschwindigkeitsmessungen anhand des Chirp Sequence Verfahrens lokalisiert, wobei in einem ersten Schritt der Ladevorgang eingeschaltet ist und die Überwachungsvorrichtung mittels des Sensors den Zwischenraum nach eindringenden Objekten überwacht, in einem zweiten Schritt der Ladevorgang unterbrochen wird, wenn ein eindringendes Objekt detektiert wird, in einem dritten Schritt das Überwachungssystem die vom Objekt gelieferten Dopplerinformationen auswertet und in einem vierten Schritt die Dopplerinformationen mit in der Überwachungsvorrichtung hinterlegten Zieldopplersignaturen abgeglichen werden.
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Weiterhin wird in der
DE 10 2015 223 986 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Radarsensors vorgeschlagen, wobei der Radarsensor im Boden verbaut ist und mit einem Steuergerät verbunden ist, wobei das Steuergerät mit einem Server einer Infrastruktur kommuniziert, wobei der Radarsensor in einem ersten Verfahrensschritt ein Radarsignal senkrecht zur Oberfläche des Bodens abstrahlt. Weiterhin detektiert der Radarsensor in einem weiteren Verfahrensschritt das von einem über ihm stehenden Fahrzeug reflektierte Radarsignal. Weiterhin kommuniziert der Radarsensor in einem weiteren Verfahrensschritt mit dem Fahrzeug und ermittelt in einem weiteren Verfahrensschritt mit Hilfe des Radarsensors den Abstand zwischen Fahrzeug und Radarsensor. Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt mit Hilfe des Radarsensors die Position des Fahrzeugs ermittelt und schließlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt ermittelt, ob sich ein Gegenstand zwischen dem Radarsensor und dem Fahrzeug befindet.
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Bei induktiven Übertragungseinrichtungen insbesondere an elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird ein großer Aufwand zur Überwachung des Magnetfelds betrieben, eine ungenügende Überwachung der induktiven Übertragungseinrichtung selbst wird in Kauf genommen. Es besteht der Wunsch, induktive Übertragungseinrichtungen insbesondere an elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sehr robust und bedienerfreundlich mit einer Eigenüberwachung auszuführen, welche Fehler der Übertragungsspulen frühzeitig erkennt und entsprechende Warnungen ausgibt bzw. die Energieübertragung im Gefahrenfall abschaltet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Energieversorgungseinrichtung mit einer kostengünstigen Sensorik zur Verfügung zu stellen, welche eine Überwachung der Übertragungsspulen zuverlässig ermöglicht und somit Gefahren für Leib und Leben vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung mit dem Kennzeichen der unabhängigen Ansprüche bietet den Vorteil, dass eine Energieversorgungseinrichtung mit einer kostengünstigen Sensorik zur Verfügung steht, welche eine Überwachung der Übertragungsspulen zuverlässig ermöglicht und somit Gefahren für Leib und Leben vermeidet.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieübertragung mit einer Primärspulenanordnung zur Abgabe und/oder Aufnahme eines elektromagnetischen Feldes an einer Übertragungsseite der Primärspulenanordnung und einer Sekundärspulenanordnung zur Abgabe und/oder Aufnahme eines elektromagnetischen Feldes an einer Übertragungsseite der Sekundärspulenanordnung umfasst in vorteilhafter Weise einen Stromsensor an der Primärspulenanordnung und einen Stromsensor an der Sekundärspulenanordnung, wobei die Stromsensoren mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, wobei die Auswerteeinrichtung einen Datenspeicher umfasst.
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Damit bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieübertragung den Vorteil, dass bei einer Störung oder Beschädigung einer Spulenanordnung oder beider Spulenanordnungen eine Warnmeldung ausgegeben wird oder die Übertragung von Energie abgeschaltet wird, um Gefahren für Leib und Leben zu vermeiden. Der nicht unwahrscheinliche Fall einer Beschädigung einer Spulenanordnung führt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung in vorteilhafter Weise nicht zu Gefahren für Leib und Leben. Die Ausgabe einer Warnmeldung ermöglicht es dem Benutzer, beispielsweise eine Werkstatt aufzusuchen, die den Fehler beheben kann. Bei Beschädigungen, welche unmittelbar zu Gefahren für Leib und Leben führen, vermeidet der Abschaltbefehl der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung ein Fortbestehen der Gefährdung durch das Abschalten der Vorrichtung zur Energieübertragung.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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In vorteilhafter Weise ist die Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung an der Primärspulenanordnung angeordnet und über eine Datenverbindung mit dem Stromsensor an der Primärspulenanordnung verbunden und über eine kabellose Datenverbindung mit dem Stromsensor an der Sekundärspulenanordnung verbunden. Die Anordnung der Auswerteeinrichtung an der in der Regel ortsfest angeordneten Primärspulenanordnung hat den Vorteil, dass auch bei unterschiedlichen Sekundärspulenanordnungen von verschiedenen Fahrzeugen eine zuverlässige fahrzeugunabhängige Überwachung gegeben ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung an der Sekundärspulenanordnung anzuordnen und über eine Datenverbindung mit dem Stromsensor der Sekundärspulenanordnung zu verbinden und über eine kabellose Datenverbindung mit dem Stromsensor an der Primärspulenanordnung zu verbinden. Die Anordnung der Auswerteeinrichtung an der in der Regel an einem Fahrzeug angeordneten Sekundärspulenanordnung hat den Vorteil, dass auch bei unterschiedlichen Primärspulenanordnungen von verschiedenen Ladeeinrichtungen eine zuverlässige fahrzeugunabhängige Überwachung gegeben ist.
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Vorteilhafterweise ist der Datenspeicher als Teil der Auswerteeinrichtung angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Daten der Auswerteeinrichtung unmittelbar zur Verfügung stehen. Weiterhin ist von Vorteil, dass für den Datenspeicher keine eigene Einrichtung geschaffen werden muss und somit eine kostengünstige Ausführung des Datenspeichers möglich ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Datenspeicher nicht Teil der Auswerteeinrichtung ist und die Auswerteeinrichtung über eine Datenverbindung mit dem Datenspeicher verbunden ist. Damit ist der Vorteil verbunden, dass bei einem Fehler der Auswerteeinrichtung die gespeicherten Daten der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung weiterhin zur Verfügung stehen.
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Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Verfahrens zur Überwachung einer Energieübertragungseinrichtung. Vorteilhafterweise wird in einem ersten Schritt der tatsächliche Stromwert der Primärspulenanordnung und der tatsächliche Stromwert der Sekundärspulenanordnung erfasst. Damit stehen für die weitere Auswertung die tatsächlichen Werte in vorteilhafter Weise zur Verfügung.
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In einem folgenden Schritt werden die tatsächlich erfassten Stromwerte der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung in den Datenspeicher der Auswerteeinrichtung gespeichert.
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Weiterhin ist es vorteilhaft in einem folgenden Schritt die bereits gespeicherten Stromwerte der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung von vorhergehenden Energieübertragungsvorgängen aus dem Datenspeicher der Auswerteeinrichtung auszulesen.
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Besonders vorteilhaft ist es, die erfassten Stromwerte mit den aus dem Datenspeicher ausgelesenen Stromwerten durch die Auswerteeinrichtung zu vergleichen und die Abweichung der erfassten Stromwerte von den ausgelesenen Stromwerten zu ermitteln.
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Somit stehen in vorteilhafter Weise die Werte der Abweichung zur Verfügung, welche in einem nächsten Schritt mit einem ersten gespeicherten Schwellenwert und einem zweiten gespeicherten Schwellenwert der Primärspulenanordnung und einem ersten gespeicherten Schwellenwert und einem zweiten gespeicherten Schwellenwert der Sekundärspulenanordnung verglichen werden.
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Bevorzugt wird bei einem Überschreiten der Abweichung des ersten Schwellenwertes der Primärspulenanordnung und/oder bei einem Überschreiten der Abweichung des ersten Schwellenwertes der Sekundärspulenanordnung eine Warnmeldung ausgegeben. Diese Warnmeldung informiert den Nutzer in vorteilhafter Weise über den Zustand der aus der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung bestehenden Vorrichtung zur Energieübertragung. Diese Warnmeldung ermöglicht es dem Nutzer in vorteilhafter Weise bereits vor dem Auftreten noch schwerwiegenderer Fehler eine Werkstatt aufzusuchen, die den Fehler beheben kann.
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Bei besonders schwerwiegenden Fehlern wird eine mit einem Abschaltbefehl verbundene Abschaltmeldung zum Abschalten der Primärspulenanordnung und/oder der Sekundärspulenanordnung der Energieübertragungseinrichtung bei einem Überschreiten der Abweichung des zweiten Schwellenwertes der Primärspulenanordnung und/oder bei einem Überschreiten der Abweichung des zweiten Schwellenwertes der Sekundärspulenanordnung ausgegeben. Dies ist bei besonders schwerwiegenden Fehlern sehr vorteilhaft, da hiermit unmittelbare Gefahren für Leib und Leben ausgeschlossen werden können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend Stromsensoren an der Primärspulenanordnung und an der Sekundärspulenanordnung.
- 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung und Auswertung der Stromwerte.
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Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. In 1 sind die Primärspulenanordnung 2 und die Sekundärspulenanordnung 3 mit angedeuteten Wicklungen gezeigt, die gegebenenfalls zusätzlich erforderlichen Ferrite sind nicht dargestellt. Beispielsweise kann die Primärspulenanordnung 2 in eine Fahrbahn eines Fahrzeuges eingelassen sein oder auf die Fahrbahnoberfläche aufgelegt sein. Ebenfalls kann beispielsweise die Sekundärspulenanordnung 3 an der Unterseite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs angeordnet sein, welches zur Aufladung des elektrischen Energiespeichers des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit der Sekundärspulenanordnung 3 über der Primärspulenanordnung 2 positioniert wird. Durch einen möglichst geringen Positionsversatz der beiden Spulenanordnungen 2, 3 mit den gegenüberliegenden Übertragungsseiten 7, 8 wird ein bestmöglicher Wirkungsgrad der Übertragung elektrischer Energie zwischen den beiden Spulenanordnungen 2, 3 über das elektromagnetische Feld 6 erreicht.
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Weiterhin umfasst die Primärspulenanordnung 2 der Energieversorgungseinrichtung 1 einen Stromsensor 9, mit welchem der Spulenstrom der Primärspulenanordnung 2 erfasst wird. Außerdem umfasst die Sekundärspulenanordnung 3 der Energieversorgungseinrichtung 1 einen Stromsensor 10, mit welchem der Spulenstrom der Sekundärspulenanordnung 3 erfasst wird. Diese Sensoren liefern die Messwerte an eine Auswerteeinheit 4 der Energieversorgungseinrichtung 1. Diese Auswerteeinheit 4 der Energieversorgungseinrichtung 1 ist ihrerseits mit einem Datenspeicher 5 verbunden, in welchem die bereits erfassten Stromwerte der Stromsensoren 9, 10 der Primärspulenanordnung 2 und der Sekundärspulenanordnung 3 gespeichert und abrufbar sind. Neu ermittelte Messwerte der Stromsensoren 9, 10 der Primärspulenanordnung 2 und der Sekundärspulenanordnung 3 werden in diesen Datenspeicher 5 gespeichert. Diese Werte dienen zusammen mit den in dem Datenspeicher 5 bereits gespeicherten Werten als Vergleichswerte für zukünftige Werte. Weiterhin sind in dem Datenspeicher 5 auch die Schwellenwerte 12, 13, 18, 19 gespeichert.
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In 2 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Energieübertragungseinrichtung 1 gezeigt.
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In einem ersten Schritt A wird der Stromwert der Primärspulenanordnung 2 und der Stromwert der Sekundärspulenanordnung durch die Stromsensoren 9, 10 erfasst und an die Auswerteeinrichtung 4 weitergegeben.
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In einem zweiten Schritt speichert die Auswerteeinrichtung 4 die erfassten Stromwerte der Stromsensoren 9, 10 in den Datenspeicher 5.
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In einem dritten Schritt liest die Auswerteeinrichtung 4 die bereits gespeicherten Stromwerte der Primärspulenanordnung 2 und der Sekundärspulenanordnung 3 aus den Stromwerterfassungen vorhergehender Energieübertragungsvorgänge aus dem Datenspeicher 5 aus.
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In einem vierten Schritt vergleicht die Auswerteeinrichtung 4 die in Schritt 1 erfassten Stromwerte mit den aus dem Datenspeicher 5 ausgelesenen Stromwerten. In diesem Vergleichsschritt wird in der Auswerteeinrichtung 4 die Abweichung 11 des erfassten Stromwertes von den ausgelesenen Stromwerten der Primärspulenanordnung 2 ermittelt. Weiterhin wird in der Auswerteeinrichtung 4 die Abweichung 17 des erfassten Stromwertes von den ausgelesenen Stromwerten der Sekundärspulenanordnung 3 ermittelt.
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In einem fünften Schritt wird die Abweichung 11 des Stromwertes der Primärspulenanordnung 2 mit einem ersten gespeicherten Schwellenwert 12 und mit einem zweiten gespeicherten Schwellenwert 13 verglichen. Weiterhin wird in diesem Schritt die Abweichung 17 des Stromwertes der Sekundärspulenanordnung 3 mit einem ersten gespeicherten Schwellenwert 18 und mit einem zweiten gespeicherten Schwellenwert 19 verglichen.
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In einem sechsten Schritt wird eine Warnmeldung 14 ausgegeben, sofern die Abweichung 11 den ersten Schwellenwert 12 der Primärspulenanordnung 2 überschreitet. Weiterhin wird in diesem Schritt eine Warnmeldung 20 ausgegeben, sofern die Abweichung 17 den ersten Schwellenwert 18 der Sekundärspulenanordnung 2 überschreitet. Diese Warnmeldung 14 informiert den Nutzer über einen vorliegenden Fehler, schaltet aber die Energieübertragung der Energieübertragungseinrichtung 1 nicht ab. So wird beispielsweise bei einem batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeug der Ladevorgang nicht unterbrochen.
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In einem siebten Schritt wird eine Abschaltmeldung 15 und ein Abschaltbefehl 16 zum Abschalten der Primärspulenanordnung 2 und/oder der Sekundärspulenanordnung 3 der Energieübertragungseinrichtung 1 bei einem Überschreiten der Abweichung 11 des zweiten Schwellenwertes 13 der Primärspulenanordnung 2 ausgegeben. Die Überschreitung des zweiten Schwellenwertes 13 entspricht beispielsweise einem schwerwiegenden Fehler. Weiterhin wird ebenfalls eine Abschaltmeldung 15 und ein Abschaltbefehl 16 zum Abschalten der Sekundärspulenanordnung 3 bei einem Überschreiten der Abweichung 17 des zweiten Schwellenwertes 19 der Sekundärspulenanordnung 3 ausgegeben. Die Überschreitung des zweiten Schwellenwertes 19 entspricht ebenfalls beispielsweise einem schwerwiegenden Fehler. Die Abschaltmeldung 15 informiert den Nutzer darüber, dass aufgrund eines vorliegenden besonders schwerwiegenden Fehlers durch den Abschaltbefehl 16 die Energieübertragung der Energieübertragungseinrichtung 1 unterbrochen wurde. In diesem Fall wird beispielsweise bei einem batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeug der Ladevorgang unterbrochen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017219612 A1 [0003]
- DE 102015223986 A1 [0004]
