DE102021119240A1

DE102021119240A1 - Process for energy transmission and energy carrier, monitoring device, battery and vehicle

Info

Publication number: DE102021119240A1
Application number: DE102021119240.4A
Authority: DE
Inventors: Willy May
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2023-01-26

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energieüberträger (1), ein Verfahren zur Übertragung elektrischer Energie, eine Überwachungseinrichtung, eine Batterie und ein Fahrzeug. Die Erfindung dient insbesondere zur Anwendung bei Überwachung einer Spannung oder eines Stromes bei einer Batterie. Der Energieüberträger 1 umfasst einen Wechselrichter (7), optional einen Gleichrichter (9), eine erste Spule (3a) und eine zweite Spule (3b) sowie eine Leiterplatte (2), wobei die erste Spule (3a) auf einer ersten Seite der Leiterplatte (2) angeordnet ist und die zweite Spule (3b) auf einer zweiten Seite der Leiterplatte (2) angeordnet ist, wobei die erste Spule (3a) dazu eingerichtet ist, elektrische Energie mit Hilfe eines, durch die erste Spule (3a) induzierten, magnetischen Feldes - durch die Leiterplatte (2) hindurch - in der zweiten Spule (3b) elektrische Energie zu induzieren. Die Erfindung dient vorzugsweise zur Übertragung besonders kleiner elektrischer Leistungen. Vorteilhaft sind die Spulen (3a, 3b) als Leiterbahnen auf der Leiterplatte (2) ausgebildet.In summary, the invention relates to an energy transmitter (1), a method for transmitting electrical energy, a monitoring device, a battery and a vehicle. The invention is used in particular for monitoring a voltage or a current in a battery. The energy transmitter 1 comprises an inverter (7), optionally a rectifier (9), a first coil (3a) and a second coil (3b) and a circuit board (2), the first coil (3a) on a first side of the circuit board (2) and the second coil (3b) is arranged on a second side of the printed circuit board (2), the first coil (3a) being set up to generate electrical energy with the aid of an induced by the first coil (3a), magnetic field - to induce electrical energy in the second coil (3b) - through the printed circuit board (2). The invention preferably serves to transmit particularly small electrical powers. The coils (3a, 3b) are advantageously designed as conductor tracks on the printed circuit board (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von elektrischer Energie, einen Energieüberträger, eine Überwachungseinrichtung, eine Batterie mit einer solchen Überwachungseinrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie.The invention relates to a method for transmitting electrical energy, an energy transmitter, a monitoring device, a battery with such a monitoring device, and a vehicle with such a battery.

In modernen Batterien ist in der Regel eine Überwachungseinrichtung integriert. Eine solche Überwachungseinrichtung dient zur Überwachung der Batteriespannung und/oder des Batteriestroms.A monitoring device is usually integrated in modern batteries. Such a monitoring device serves to monitor the battery voltage and/or the battery current.

Eine solche Überwachungseinrichtung ist in der Regel galvanisch von der Batteriespannung getrennt. Gemäß derzeitigem Stand der Technik nimmt man hierzu optisch gekoppelte Bauelemente (sog. Optokoppler). Nachteilhaft sind solche optisch gekoppelten Bauelemente aufwändig in der Herstellung.Such a monitoring device is usually galvanically separated from the battery voltage. According to the current state of the art, optically coupled components (so-called optocouplers) are used for this purpose. The disadvantage is that such optically coupled components are complex to manufacture.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, elektrische Energie einfach und auf kostengünstige Art und Weise zu übertragen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung einfacher und kostengünstiger bereitzustellen.It is therefore the object of the invention to transmit electrical energy in a simple and cost-effective manner. In particular, it is the object of the invention to provide such a device in a simpler and more cost-effective manner.

Die Aufgabe wird durch einen Energieüberträger gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch eine Überwachungseinrichtung mit einem solchen Energieüberträger gelöst. Darüber hinaus lösen eine Batterie mit einer solchen Überwachungseinrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie diese Aufgabe. Schließlich wird die Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.The task is solved by an energy transmitter according to patent claim 1 . The task is also solved by a monitoring device with such an energy transmitter. In addition, a battery with such a monitoring device and a vehicle with such a battery solve this problem. Finally, the object is achieved by the method according to claim 8.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further advantageous refinements of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Der Energieüberträger, dient zur Übertragung von elektrischer Energie, vorzugweise für Leistungen im Bereich Milliwatt-Bereich, vorzugsweise bis 0,1 Watt. Vorteilhaft umfasst der Energieüberträger einen Eingang und einen Ausgang, wobei zwischen dem Eingang und dem Ausgang eine galvanische Trennung vorliegt. Der Energieüberträger dient vorteilhaft zur Bereitstellung von elektrischer Energie für eine Überwachungseinrichtung, insbesondere für eine Batterie oder zum Einsatz in einem Fahrzeug. Der Energieüberträger umfasst einen Wechselrichter, eine erste Spule und eine zweite Spule sowie eine Leiterplatte, wobei die erste Spule auf einer ersten Seite der Leiterplatte angeordnet ist und die zweite Spule auf einer zweiten Seite der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die erste Spule dazu eingerichtet ist, elektrische Energie mit Hilfe eines durch die von der ersten Spule induzierten magnetischen Feldes durch die Leiterplatte hindurch in der zweiten Spule elektrische Energie zu induzieren.The energy transmitter serves to transmit electrical energy, preferably for outputs in the milliwatt range, preferably up to 0.1 watt. The energy transmitter advantageously includes an input and an output, with a galvanic isolation being present between the input and the output. The energy transmitter advantageously serves to provide electrical energy for a monitoring device, in particular for a battery or for use in a vehicle. The energy transmitter comprises an inverter, a first coil and a second coil and a printed circuit board, the first coil being arranged on a first side of the printed circuit board and the second coil being arranged on a second side of the printed circuit board, the first coil being set up to to induce electrical energy through the printed circuit board in the second coil with the aid of a magnetic field induced by the first coil.

Vorteilhaft ist die erste Spule in einem ersten Bereich auf der ersten Seite der Leiterplatte positioniert und die zweite Spule in einem zweiten Bereich auf der zweiten Seite der Leiterplatte positioniert, wobei die beiden Seiten vorzugsweise im wesentlichen Deckungsgleich angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Spulen im Wesentlichen übereinander angeordnet, wobei die Leiterplatte zwischen den beiden Spulen angeordnet ist.The first coil is advantageously positioned in a first area on the first side of the printed circuit board and the second coil is positioned in a second area on the second side of the printed circuit board, with the two sides preferably being arranged essentially congruently. In other words, the coils are arranged essentially one above the other, with the printed circuit board being arranged between the two coils.

Die Leiterplatte ist vorzugsweise als Printed-Circuit-Board ausgebildet. Die jeweilige Spule dient zur Umwandlung eines elektrischen Stromes in ein Magnetfeld und umgekehrt. Vorteilhaft ist die jeweilige Spule im Wesentlichen an derselben Stelle einer Seite der Leiterplattenseite positioniert, so dass das von der ersten Spule ausgehende Magnetfeld effizient durch die Leiterplatte hindurch in der zweiten Spule einen Strom induziert. Mit anderen Worten erfolgt die Anordnung der jeweilige Spule vorzugsweise dergestalt, dass die jeweilige Mitte der jeweiligen Spule auf derselben Normalen und zu einer der Oberflächen der Leiterplatte ausgerichtet ist. Darüber hinaus sind die Spulen vorteilhaft an derselben Position der ersten und zweiten Seite der Leiterplatte angeordnet. Darüber hinaus können die Flächen der jeweiligen Spule, von denen das Magnetfeld ausgeht oder eingeht, zumindest im Wesentlichen überlappen.The printed circuit board is preferably designed as a printed circuit board. Each coil is used to convert an electric current into a magnetic field and vice versa. The respective coil is advantageously positioned at substantially the same point on one side of the circuit board side, so that the magnetic field emanating from the first coil efficiently induces a current through the circuit board in the second coil. In other words, the respective coil is preferably arranged in such a way that the respective center of the respective coil is aligned on the same normal and to one of the surfaces of the printed circuit board. In addition, the coils are advantageously arranged at the same position on the first and second sides of the printed circuit board. In addition, the surfaces of the respective coil, from which the magnetic field emanates or enters, can at least essentially overlap.

Vorteilhaft sind die jeweiligen Spulen derart ausgebildet, dass das von der ersten Spule bereitgestellte magnetische Feld durch die Leiterplatte hindurchdringt und das durch die Leiterplatte dringende Magnetfeld von der zweiten Spule aufgenommen wird.The respective coils are advantageously designed in such a way that the magnetic field provided by the first coil penetrates through the circuit board and the magnetic field penetrating through the circuit board is absorbed by the second coil.

Vorteilhaft kann der zumindest die erste Spule auch einen Kern aus einem ferromagnetischen Material aufweisen. Der Kern dient zur Lenkung und/oder zur Verstärkung des magnetischen Feldes. Vorteilhaft kann auch die zweite Spule einen Kern umfassen. Mit Vorteil ist der Kern als ferromagnetische Folie oder als ferromagnetische Platte ausgebildet, welche in der Mitte der jeweiligen Spule auf der jeweiligen Seite der Leiterplatte befestigt ist.The at least the first coil can advantageously also have a core made of a ferromagnetic material. The core is used to direct and/or strengthen the magnetic field. Advantageously, the second coil can also include a core. The core is advantageously designed as a ferromagnetic foil or as a ferromagnetic plate, which is fastened in the middle of the respective coil on the respective side of the printed circuit board.

Vorteilhaft stellt der Wechselrichter einen Wechselstrom für die erste Spule bereit.The inverter advantageously provides an alternating current for the first coil.

Durch die Erfindung kann ein besonders einfacher Energieüberträger ausgebildet sein, wobei überdies eine galvanische Trennung einer Eingangsspannung und der Ausgangsspannung vorliegt.The invention allows a particularly simple energy transmitter to be formed, with an input voltage and the output voltage also being electrically isolated.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweilige Spule eine Luftspule.In an advantageous embodiment of the invention, the respective coil is an air coil.

Vorteilhaft ist die jeweilige Luftspule aus Drähten oder Litzen ausgebildet. Alternativ kann die jeweilige Spule auch einen Kern aus einem ferromagnetischen Material aufweisen.The respective air-core coil is advantageously formed from wires or strands. Alternatively, the respective coil can also have a core made of a ferromagnetic material.

Durch ein Anpassen der jeweiligen Anzahl von Windungen/Wicklungen der jeweiligen Spule kann eine Anpassung der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms erfolgen. Umfasst beispielhaft die erste Spule eine erste Anzahl von Wicklungen und die zweite Spule eine zweite Anzahl von Wicklungen ist die das Verhältnis der übertragenen elektrischen Spannung proportional zum Verhältnis der jeweiligen Anzahl von Wicklungen.The output voltage or the output current can be adjusted by adjusting the respective number of turns/windings of the respective coil. If, for example, the first coil has a first number of windings and the second coil has a second number of windings, the ratio of the transmitted electrical voltage is proportional to the ratio of the respective number of windings.

Vorzugsweise sind beide Spulen mit Hilfe eines metallischen Verbindungselements, insbesondere einem Bolzens oder einer Schraube, mit der jeweiligen Seite der Leiterplatte verbunden, wobei das metallische Verbindungselement auch zur Übertragung des Magnetfeldes beitragen kann. Das metallische Verbindungselement durchdringt vorzugsweise eine Aussparung der Leiterplatte. Vorteilhaft ist das metallische Verbindungselement in der jeweiligen Mitte der jeweiligen Spule positioniert.Both coils are preferably connected to the respective side of the printed circuit board with the aid of a metallic connecting element, in particular a bolt or a screw, with the metallic connecting element also being able to contribute to the transmission of the magnetic field. The metallic connecting element preferably penetrates a recess in the printed circuit board. The metallic connecting element is advantageously positioned in the respective center of the respective coil.

Vorteilhaft sind Spulen, insbesondere Luftspulen durch eine Klebeverbindung mit der Leiterplatte verbindbar.Coils, in particular air coils, can advantageously be connected to the printed circuit board by an adhesive connection.

Vorteilhaft sind Spulen, insbesondere Luftspulen einfach auf einer Leiterplatte montierbar und demnach kann ein solcher Energieüberträger besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden.Advantageously, coils, in particular air-core coils, can be mounted easily on a printed circuit board and accordingly such an energy transmitter can be provided in a particularly simple and cost-effective manner.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine der Spulen als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one of the coils is in the form of conductor tracks on the printed circuit board.

Vorteilhaft ist die jeweilige Leiterbahn derart ausgestaltet, dass bei einem Stromfluss durch die Leiterbahn ein magnetisches Feld derart induziert wird, so dass das magnetische Feld in der zweiten Spule ein Stromfluss induziert. Besonders vorteilhaft sind beide Spulen als Leiterbahn auf der jeweiligen Seite der Leiterplatte ausgebildet.The respective conductor track is advantageously designed in such a way that when a current flows through the conductor track, a magnetic field is induced in such a way that the magnetic field induces a current flow in the second coil. Both coils are particularly advantageous in the form of a conductor track on the respective side of the printed circuit board.

Vorteilhaft wird die jeweilige Leiterbahn bei der Bereitstellung der Leiterplatte entsprechend ausgeformt und mit einem Lack oder einer anderen Beschichtung nach der jeweiligen Oberseite hin isoliert.Advantageously, the respective conductor track is shaped accordingly when the printed circuit board is provided and insulated with a lacquer or another coating toward the respective upper side.

Vorteilhaft ist der Verlauf der jeweiligen Leiterbahn derart gewählt, dass sich die magnetischen Felder, welche durch den Stromfluss durch die Leiterbahn induziert werden, zu einem magnetischen Feld addieren.The course of the respective conductor track is advantageously selected in such a way that the magnetic fields which are induced by the current flow through the conductor track add up to form a magnetic field.

Durch die Ausführung der jeweiligen Spule als eine Leiterbahn kann die Erfindung besonders einfach und kostengünstig aufgebaut sein, da keine zusätzlichen elektrischen Bauteile für die jeweilige Spule notwendig sind.By designing the respective coil as a conductor track, the invention can be constructed in a particularly simple and cost-effective manner, since no additional electrical components are required for the respective coil.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine der Spulen als ineinanderlaufend, insbesondere als schneckenförmig oder als rechteckig, verlaufende Leiterbahn ausgebildetIn a further advantageous embodiment of the invention, at least one of the coils is designed as a conductor track that runs into one another, in particular as a helical or rectangular conductor

Vorteilhaft ist die erste Spule und die zweite Spule als eines schneckenförmigen Leiterbahn ausgeführt. Vorteilhaft sind die Leiterbahnen nebeneinander und planar angeordnet.The first coil and the second coil are advantageously designed as a helical conductor track. The conductor tracks are advantageously arranged next to one another and in a planar manner.

Vorteilhaft ist die Richtung für den elektrischen Strom von einer Außenseite entlang der schneckenförmigen oder rechteckig-schneckenförmige zur Innenseite der Spule ausgebildet. Vorteilhaft erfolgt eine elektrische Verbindung der innen endenden Leiterbahn mit einer Leitungsbrücke zur Außenseite der Spule.Advantageously, the direction for the electric current is formed from an outside along the helical or rectangular-helical to the inside of the coil. Advantageously, the conductor track ending on the inside is electrically connected to a line bridge to the outside of the coil.

Vorteilhaft verläuft ein elektrischer Strom von einer Außenseite der, vorzugsweise schneckenförmig ausgebildeten, Spule zu einer Innenseite der Spule und wird von der Innenseite über die Leiterbrücke wieder auf die Außenseite zurückgeführt.Advantageously, an electric current runs from an outside of the coil, which is preferably embodied in a helical shape, to an inside of the coil and is fed back from the inside to the outside again via the conductor bridge.

Vorteilhaft ist die jeweilige Leiterbrücke auf der jeweils anderen Seite der Leiterplatte angeordnet.The respective conductor bridge is advantageously arranged on the respective other side of the printed circuit board.

Vorteilhaft sind die jeweiligen Leiterbahnen deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich auf der jeweiligen Seite der Leiterplatte angeordnet.The respective conductor tracks are advantageously arranged congruently or essentially congruently on the respective side of the printed circuit board.

Schneckenförmig ist in Bezug auf die hier beschriebene Erfindung nicht als rund eingeschränkt, sondern kann auch als dreieckig, rechteckig, fünf- oder mehreckig sowie quadratischer Verlauf der Leiterbahn nach innen bedeuten.In relation to the invention described here, snail-shaped is not restricted to being round, but can also mean triangular, rectangular, pentagonal or polygonal, as well as a square inward course of the conductor track.

Vorteilhaft ist die erste, als schneckenförmige Leiterbahn ausgebildete, Spule auf einer Oberseite der Leiterplatte und die zweite, als schneckenförmige ausgebildete, Spule auf einer Unterseite der Reiterplatte angeordnet. Vorzugsweise dient einer Leiterbrücke zum Transport des Stroms aus dem Inneren, insbesondere der Mitte, der schneckenförmig ausgebildeten Spule auf eine Seite nach außen.Advantageously, the first coil, designed as a helical strip conductor, is arranged on an upper side of the circuit board and the second coil, designed as a helical conductor, is arranged on an underside of the rider plate. A conductor bridge is preferably used to transport the current from the inside, in particular the middle, of the helical coil to one side to the outside.

Mit Vorteil sind die Leiterbahnen in einem geringen Abstand von kleiner als 2 Millimeter in der Spule angeordnet. Vorteilhaft überdeckt die Mitte der Spule, wo keine Leiterbahnen positioniert sind, mit einer Fläche in einem Bereich von 0,5 bis 2 Quadratzentimeter ausgebildetAdvantageously, the conductor tracks are at a small distance of less than 2 millimeters in the coil arranged. Advantageously, the center of the coil, where no conductor tracks are positioned, is formed with an area in a range of 0.5 to 2 square centimeters

Durch die Verwendung einer jeweils mit schneckenförmig, insbesondere rechteckig zusammenlaufend ausgebildeten Leiterbahnen ausgeführten Spule ist eine besonders einfache und kostengünstige Bereitstellung eines Energieüberträger mit hoher Effizienz möglich.The use of a coil designed with conductor tracks that are designed in a helical, in particular rectangular, converging manner makes it possible to provide an energy transmitter with high efficiency in a particularly simple and cost-effective manner.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Spulen jeweils als mäanderförmige Leiterbahnen ausgebildet.In a further advantageous embodiment, the coils are each designed as meandering conductor tracks.

Vorteilhaft sind die jeweils geradlinigen Abschnitte der Leiterbahnen der ersten Spule und der zweiten Spule an der gleichen Position der jeweiligen Seite positioniert und in der gleich ausgerichtet. Die jeweiligen geradlinigen Abschnitte können auch leicht versetzt zueinander angeordnet sein.The respective rectilinear sections of the conductor tracks of the first coil and the second coil are advantageously positioned at the same position on the respective side and aligned in the same way. The respective rectilinear sections can also be arranged slightly offset from one another.

Durch die mäanderförmige Ausgestaltung kann ein besonders störungsfreies elektrisches Signal übertragen werden, weil sich die elektromagnetischen Störungen vorteilhaft gegeneinander aufheben.Due to the meandering configuration, a particularly interference-free electrical signal can be transmitted, because the electromagnetic interferences advantageously cancel each other out.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist zumindest eine der Spulen eine Leiterbrücke auf.In a further advantageous embodiment, at least one of the coils has a conductor bridge.

Eine Leiterbrücke kann als Draht ausgebildet sein, der oberhalb der Leiterbahnen verläuft, ausgebildet sein. Alternativ kann die jeweilige Leiterbrücke auch durch das Innere der Leiterplatte oder auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angeordnet sein.A conductor bridge can be designed as a wire that runs above the conductor tracks. Alternatively, the respective conductor bridge can also be arranged through the inside of the printed circuit board or on the opposite side of the printed circuit board.

Durch die Leiterbrücke kann ein besonders einfacher Aufbau der Spule erfolgen, ohne dass das bereitgestellte oder aufgenommene Magnetfeld störend beeinträchtigt wird.The conductor bridge allows the coil to be constructed in a particularly simple manner, without the magnetic field that is provided or received being adversely affected.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Leiterplatte einen Kern aus einem Material einer magnetischen Permeabilität höher 1 auf.In a further advantageous embodiment of the invention, the circuit board has a core made of a material with a magnetic permeability higher than 1.

Vorzugsweise ist wobei der Kern zumindest zwischen den Spulen angeordnet ist. Vorteilhaft ist der Kern derart in der Leiterplatte integriert, so dass der Kern durch jeweils eine elektrisch isolierende Schicht von der jeweiligen Spule, insbesondere der jeweiligen Leiterbahn, getrennt ist.Preferably, the core is arranged at least between the coils. The core is advantageously integrated in the printed circuit board in such a way that the core is separated from the respective coil, in particular the respective conductor track, by an electrically insulating layer in each case.

Vorteilhaft ist der Kern ferromagnetisch ausgebildet. Bevorzugt ist der Kern derart positioniert und ausgebildet, dass der Kern das Magnetfeld der ersten Spule verstärkt und/oder der zweiten Spule gemäß ausgerichtet bereitstellt wird.The core is advantageously ferromagnetic. The core is preferably positioned and designed in such a way that the core amplifies the magnetic field of the first coil and/or provides it in an aligned manner according to the second coil.

Durch den Kern kann die Übertragung des magnetischen Feldes von der ersten Spule zur zweiten Spule verbessert werden. Somit ist auch die Energieübertragung von der ersten Spule zur zweiten Spule verbessert.The transfer of the magnetic field from the first coil to the second coil can be improved by the core. This also improves the energy transfer from the first coil to the second coil.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt Wechselrichter eine Sinus-förmige Spannung für die erste Spule bereit.In a further advantageous embodiment of the invention, the inverter provides a sinusoidal voltage for the first coil.

Ein solcher Wechselrichter ist vorteilhaft besonders als Kippstufe oder als selbstgeführter Wechselrichter ausgebildet. Vorteilhaft stellt der Wechselrichter zur Übertragung eines sinus-förmigen Wechselstroms oder einer sinus-förmigen Wechselspannung bereit. Vorteilhaft ist ein sinus-förmiger Wechselstrom besonders effizient und besonders störungsarm.Such an inverter is advantageously designed in particular as a multivibrator or as a self-commutated inverter. The inverter advantageously provides for the transmission of a sinusoidal alternating current or a sinusoidal alternating voltage. A sinusoidal alternating current is advantageously particularly efficient and particularly low-interference.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Energieüberträger einen Gleichrichter auf, wobei der Gleichrichter zur Schaltung eines Schalters oder mehrerer Schalter, insbesondere von einem oder zwei MOSFETs, ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the energy transmitter has a rectifier, the rectifier being designed to switch a switch or a plurality of switches, in particular one or two MOSFETs.

Vorteilhaft ist der Gleichrichter aus 4 Dioden aufgebaut. Vorteilhaft umfasst der Gleichrichter einen Kondensator, der zur Glättung der von dem Gleichrichter bereitgestellte Spannung bzw. des vom Gleichrichter bereitgestellten Stroms ausgebildet ist. Zusätzlich kann ein Ausgleichswiderstand parallel zu dem Kondensator geschaltet sein, wobei der Ausgleichswiderstand einen Widerstand im Bereich von 500 Kiloohm bis 5 Megaohm aufweist.The rectifier is advantageously made up of 4 diodes. The rectifier advantageously includes a capacitor which is designed to smooth the voltage provided by the rectifier or the current provided by the rectifier. Additionally, a balancing resistor may be connected in parallel with the capacitor, the balancing resistor having a resistance in the range of 500 kilohms to 5 megohms.

Die Überwachungseinrichtung dient zur Überwachung von einer elektrischen Spannung und/oder von einem elektrischen Strom. Die Überwachungseinrichtung umfasst einen Energieüberträger gemäß vorstehender Beschreibung.The monitoring device serves to monitor an electrical voltage and/or an electrical current. The monitoring device includes an energy transmitter as described above.

Vorzugsweise umfasst die Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Stroms oder einer Spannung, die von einer Batterie bereitgestellt wird. Da in der Regel die Versorgung der Überwachungseinrichtung aus derselben Batterie erfolgt, führt eine galvanische Trennung der Batterie und der Überwachungseinrichtung zu einer erheblich genaueren Überwachung. Durch die galvanische Trennung mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Energieüberträgers ist daher eine solche Überwachung mit einer hohen Genauigkeit mit besonders einfachen Mitteln möglich.The monitoring device preferably includes for monitoring a current or a voltage which is provided by a battery. Since the monitoring device is usually supplied with power from the same battery, galvanic isolation of the battery and the monitoring device leads to considerably more precise monitoring. Due to the galvanic separation with the aid of the energy transmitter described above, such a monitoring with a high level of accuracy is possible with particularly simple means.

Vorzugsweise weist der, von dem Wechselrichter bereitgestellte, Strom eine Frequenz zwischen 2 und 8 MHz auf. Weiter vorteilhaft kann die Frequenz auch im Bereich zwischen 28 und 30 MHz sein.Preferably, the current provided by the inverter has a frequency between between 2 and 8 MHz. The frequency can also advantageously be in the range between 28 and 30 MHz.

Alternativ kann der Wechselrichter auf ein Dreieck-Signal oder ein Rechtecksignal, insbesondere in den vorstehen angegebenen Frequenzbereichen, bereitstellen.Alternatively, the inverter can provide a triangular signal or a square-wave signal, particularly in the frequency ranges specified above.

Durch die Wahl der vorstehenden Frequenzbereiche kann vorteilhaft eine besonders gute EMV-Verträglichkeit gewährleistet werden.By selecting the above frequency ranges, particularly good EMC compatibility can advantageously be ensured.

Die Batterie ist insbesondere zum Einsatz in ein Fahrzeug ausgebildet. Die Batterie weist einen Energieüberträger gemäß der vorstehenden Ausführung auf.The battery is designed in particular for use in a vehicle. The battery has an energy transmitter according to the above embodiment.

Die Batterie umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Batteriezellen, wobei diese Parallel und/oder seriell verschaltet sind und somit zumindest eine wählbare Ausgangsspannung aufweist. Zur Überwachung der Ausgangsspannung der Batterie dient vorteilhaft ein Spannungsteiler mit hochohmigen Widerständen, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 Megaohm. Der Spannungsteiler dient vorteilhaft zur Bereitstellung eines sehr geringen Anteils an der Spannung der Batterie, beispielhaft 0,0001 % bis 1 % der Spannung. Der Energieüberträger dient vorteilhaft zur Bereitstellung der elektrischen Energie an eine Erfassungseinrichtung. Die Erfassungseinrichtung diente vorteilhaft zur Erfassung der Spannung und/oder den elektrischen Strom der Batterie. Die erfasste elektrische Spannung oder der erfasste elektrische Strom wird vorteilhaft einer Steuereinrichtung, insbesondere einem Batteriemanagement-System bereitgestellt.The battery preferably includes a plurality of battery cells, these being connected in parallel and/or in series and thus having at least one selectable output voltage. A voltage divider with high-impedance resistors, preferably in the range from 1 to 100 megaohms, is advantageously used to monitor the output voltage of the battery. The voltage divider advantageously serves to provide a very small proportion of the battery voltage, for example 0.0001% to 1% of the voltage. The energy transmitter advantageously serves to provide the electrical energy to a detection device. The detection device is advantageously used to detect the voltage and/or the electric current of the battery. The detected electrical voltage or the detected electrical current is advantageously made available to a control device, in particular a battery management system.

Durch den Einsatz des Energieüberträgers ist eine Batterie besonders einfach und mit einem besonders kostengünstig herstellbaren Energieüberträger überwachbar.By using the energy transmitter, a battery can be monitored particularly easily and with an energy transmitter that can be produced particularly inexpensively.

Darüber hinaus ist ein besonders störungsarmer Betrieb der Batterie möglich.In addition, particularly trouble-free operation of the battery is possible.

Das Fahrzeug weist eine Batterie und/oder eine Überwachungseinrichtung mit jeweils einem Energieüberträger gemäß vorstehenden Ausführungen auf.The vehicle has a battery and/or a monitoring device, each with an energy transmitter according to the above statements.

Ein solches Fahrzeug umfasst vorzugsweise mit einer Traktionsbatterie und/oder einer gewöhnlichen Autobatterie.Such a vehicle is preferably equipped with a traction battery and/or an ordinary car battery.

Das Verfahren dient zur Übertragung von elektrischer Energie, wobei die elektrische Energie in einem ersten Schritt mit Hilfe eines Wechselrichters ein Wechselstrom bereitgestellt wird, wobei der Wechselstrom von einem ersten Spule elektrische Energie in einer zweiten Spule induziert, wobei die erste und zweite Spule jeweils auf gegenüberliegenden Seiten einer Leiterplatte angeordnet sind, wobei die elektrische Energie durch einen Gleichrichter in einen Gleichstrom gewandelt wird und wobei der Gleichstrom zur Aktivierung oder Deaktivierung eines Schalters, insbesondere eines MosFETs, dient.The method is used for the transmission of electrical energy, the electrical energy being provided in an alternating current in a first step with the aid of an inverter, the alternating current inducing electrical energy from a first coil in a second coil, the first and second coils each being on opposite sides Sides of a circuit board are arranged, wherein the electrical energy is converted into a direct current by a rectifier and the direct current is used to activate or deactivate a switch, in particular a MosFET.

Ein solcher Schalter dient vorteilhaft zur Aktivierung oder zu Deaktivierung einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Batteriespannung und/oder eines Batteriestroms. Vorteilhaft kann auch ein Sicherungsschalter zur Trennung der Batteriespannung bei einer Fehlfunktion mit dem Schalter getrennt werden.Such a switch advantageously serves to activate or deactivate a detection device for detecting a battery voltage and/or a battery current. Advantageously, a safety switch for disconnecting the battery voltage in the event of a malfunction can also be disconnected using the switch.

Mit Hilfe der ersten Spule wird vorteilhaft ein magnetisches Feld erzeugt. Das magnetische Feld induziert vorteilhaft einen elektrischen Strom in der zweiten Spule. Mit einem Gleichrichter wird der elektrische Strom vorteilhaft gleichgerichtet, optional mit einem Kondensator geglättet und dem Schalter bereitgestellt.A magnetic field is advantageously generated with the aid of the first coil. The magnetic field advantageously induces an electric current in the second coil. The electric current is advantageously rectified with a rectifier, optionally smoothed with a capacitor and made available to the switch.

Je nach gewünschter Spannung am Ausgang des Energieüberträgers kann die Windungszahl der jeweiligen Spule gewählt werden.Depending on the desired voltage at the output of the energy transmitter, the number of turns of the respective coil can be selected.

Bein einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, weist der Wechselstrom eine Frequenz im Bereich von 1 bis 30 Megahertz auf.In a further advantageous embodiment of the invention, the alternating current has a frequency in the range from 1 to 30 megahertz.

Vorteilhaft wird die Frequenz derart gewählt, so dass der Energieüberträger möglichst in einen nicht begrenzen Frequenzbereich der EMV-Norm DIN EN 61508 betrieben wird.The frequency is advantageously selected in such a way that the energy transmitter is operated in an unrestricted frequency range of the EMC standard DIN EN 61508, if possible.

Zur Bereitstellung des Wechselstroms dient vorteilhaft ein Oszillator, wobei der Oszillator vorteilhaft ein RC-Glied umfasst. Optional umfasst der Wechselrichter eine Kippstufe, vorzugsweise eine astabile Kippstufe.An oscillator is advantageously used to provide the alternating current, the oscillator advantageously comprising an RC element. Optionally, the inverter includes a multivibrator, preferably an astable multivibrator.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrische Energie in einer elektrischen Spannung bereitgestellt, welche zum Schalten MosFET geeignet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the electrical energy is provided in an electrical voltage which is suitable for switching MosFETs.

Eine elektrische Spannung zur Schaltung eines MosFETS ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Volt bis 2,5 Volt.An electrical voltage for switching a MosFET is preferably in a range from 0.5 volts to 2.5 volts.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energieüberträger sowie ein Verfahren zur Übertragung von elektrischer Energie. Hierbei wird elektrische Energie in einer Wechselspannung beziehungsweise einem Wechselstrom bereitgestellt. Eine erste Spule dient vorteilhaft zur Bereitstellung eines Magnetfeldes mit Hilfe des Wechselstroms. Der Wechselstrom dient zur Bereitstellung eines magnetischen (Wechsel-) Feldes. Das magnetische Feld induziert in einer zweiten Spule einen Wechselstrom, der mit einem Gleichrichter in einen Gleichstrom gewandelt werden kann. Vorteilhaft sind die Spulen auf unterschiedlichen Seiten einer Leiterplatte angeordnet. Um die Herstellung eines solchen Energieüberträgers zu vereinfachen, ist die jeweilige Spule durch einen schneckenförmigen Verlauf einer Leiterbahn auf der jeweiligen Seite der Leiterplatte ausgeführt. Vorteilhaft sind die Spulen auf der jeweilig gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte an der gleichen Position oder der im Wesentlichen übereinstimmenden Position angeordnet. Ein vorteilhafter Anwendungsbereich der Erfindung ist eine Überwachungseinrichtung in einer Batterie oder in einem Fahrzeug.In summary, the invention relates to an energy transmitter and a method for transmitting electrical energy. In this case, electrical energy is provided in an AC voltage or an alternating current. A first coil advantageously serves to provide a magnetic field with the aid of the alternator electricity The alternating current serves to provide a magnetic (alternating) field. The magnetic field induces an alternating current in a second coil, which can be converted into direct current using a rectifier. The coils are advantageously arranged on different sides of a printed circuit board. In order to simplify the production of such an energy transmitter, the respective coil is designed as a helical course of a conductor track on the respective side of the printed circuit board. The coils are advantageously arranged on the respectively opposite side of the printed circuit board at the same position or at a substantially matching position. An advantageous area of application of the invention is a monitoring device in a battery or in a vehicle.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben und erläutert. Hierbei sind die in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen der Erfindung lediglich beispielhaft und grenzen die Erfindung keinesfalls ein.The invention is described and explained in more detail below with reference to figures. The configurations of the invention shown in the figures are merely examples and in no way limit the invention.

Dabei zeigt:

1 einen bespielhaften Energieüberträger,
2 eine beispielhafte Anordnung von Spulen auf einer Leiterplatte sowie
3 eine beispielhafte Ausführung einer Spule.

It shows:

1 an exemplary energy transmitter,
2 an exemplary arrangement of coils on a printed circuit board and
3 an exemplary embodiment of a coil.

1 zeigt einen beispielhaften Energieüberträger 1. Der Energieüberträger 1 umfasse einen Wechselrichter 7, einer erstem Spule 3a, hier als Luftspule ausgeführt, und einer zweiten Spule 3b, hier ebenfalls als Luftspule ausgebildet. Darüber hinaus umfasst der Energieüberträger 1 optional einen Gleichrichter 9. Der Gleichrichter 9 stellt eine Gleichspannung für eine Schalter 5 bereit. Gegebenenfalls kann die von der zweiten Spule 3b bereitgestellte Wechselspannung oder der bereitgestellte Wechselstrom direkt zur Schaltung des Schalters 5 bereitgestellt werden. Der Schalter 5 ist vorteilhaft als MosFET oder als ein sonstiger Halbleiterschalter wie ein IGBT ausgebildet. Je nach verwendetem Schalter 5 kann auch ein Kondensator zur Glättung der Spannung vorhanden sein (nicht gezeigt) Ein solcher Glättungskondensator ist vorteilhaft in dem Gleichrichter integriert. Zwischen den Spulen 3a, 3b ist eine Leiterplatte 2 positioniert. Vorteilhaft ist die Leiterplatte 2 aus einem nicht-leitenden Material wie einem (Epioxid-) Harz oder einem Kunststoff ausgebildet. 1 shows an exemplary energy transmitter 1. The energy transmitter 1 includes an inverter 7, a first coil 3a, here designed as an air coil, and a second coil 3b, here also designed as an air coil. In addition, the energy transmitter 1 optionally includes a rectifier 9. The rectifier 9 provides a DC voltage for a switch 5. If necessary, the alternating voltage provided by the second coil 3b or the alternating current provided can be provided directly for switching the switch 5 . The switch 5 is advantageously designed as a MosFET or as another semiconductor switch such as an IGBT. Depending on the switch 5 used, a capacitor for smoothing the voltage can also be present (not shown). Such a smoothing capacitor is advantageously integrated in the rectifier. A circuit board 2 is positioned between the coils 3a, 3b. The printed circuit board 2 is advantageously formed from a non-conductive material such as an (epoxy) resin or a plastic.

Darüber hinaus weist der Energieüberträger 1 einen Eingang E und einen Ausgang A auf. Der Eingang E dient zur Aufnahme von elektrischer Energie. Der Ausgang A dient zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Bei Aufnahme eines Wechselstroms oder einer Wechselspannung am Eingang E kann der Wechselrichter 7 entfallen.In addition, the energy transmitter 1 has an input E and an output A. The input E is used to receive electrical energy. Output A is used to provide electrical energy. When receiving an alternating current or an alternating voltage at the input E, the inverter 7 can be omitted.

2 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Spulen 3a, 3b auf einer Leiterplatte 2. Die Leiterplatte 2 ist vorteilhaft als PCB (Printed Circuit Board) ausgebildet. Die erste Spule 3a ist auf einer Oberseite der Leiterplatte 2 angeordnet und die zweite Spule 3b ist auf der Unterseite der Leiterplatte 2 angeordnet. Die Spulen 3a, 3b sind vorteilhaft als Luftspulen ausgebildet. Besonders vorteilhaft sind die Spulen als schneckenförmig ausgebildete Verläufe von Leiterbahnen ausgebildet, wie in 3 gezeigt. 2 shows an exemplary arrangement of coils 3a, 3b on a circuit board 2. The circuit board 2 is advantageously designed as a PCB (Printed Circuit Board). The first coil 3a is arranged on an upper side of the circuit board 2 and the second coil 3b is arranged on the underside of the circuit board 2 . The coils 3a, 3b are advantageously designed as air coils. It is particularly advantageous for the coils to be in the form of snail-shaped traces of conductor tracks, as shown in 3 shown.

Besonders bevorzugt sind die Spulen 3a, 3b an derselben Position der Leiterplatte 2 auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 2 angeordnet, wie hier gezeigt. Alternativ können die Spulen 3a, 3b leicht versetzt zueinander angeordnet werden.The coils 3a, 3b are particularly preferably arranged at the same position on the circuit board 2 on opposite sides of the circuit board 2, as shown here. Alternatively, the coils 3a, 3b can be arranged slightly offset from one another.

Zur verbesserten Übertragung eines magnetischen Feldes von der ersten Spule 3a zur zweiten Spule 3b kann ein Kern 11 aus einem Material mit einer Permeabilität höher 1 in der Leiterplatte 2 angeordnet sein. Der Kern 11 ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass er das Magnetfeld, welches zwischen den Spulen 3a, 3b ausgetauscht wird, in der Richtung führt. Vorteilhaft ist der Kern aus einem ferromagnetischen Material wie Eisen ausgebildet, wobei der Kern vorteilhaft von dem jeweiligen Leiter der Spule 3a, 3b elektrisch isoliert ist. Vorteilhaft ist der Kern 11 im Inneren der Leiterplatte 2 integriert.For improved transmission of a magnetic field from the first coil 3a to the second coil 3b, a core 11 made of a material with a permeability higher than 1 can be arranged in the printed circuit board 2. The core 11 is advantageously designed in such a way that it guides the direction of the magnetic field that is exchanged between the coils 3a, 3b. The core is advantageously made of a ferromagnetic material such as iron, with the core advantageously being electrically insulated from the respective conductor of the coil 3a, 3b. The core 11 is advantageously integrated inside the circuit board 2 .

3 zeigt eine mögliche Ausführung einer Spule 3a, 3b. Die Spule 3a, 3b ist als Leiterbahn auf einer Leiterplatte 2 (als quadratischer Rahmen dargestellt) angeordnet. Die Spule 3a, 3b weist einen schneckenförmigen Verlauf aus, wobei die jeweilige Schneckenform rechteckig ausgestaltet ist. Die Leiterbahn läuft in der gezeigten Ausgestaltung auf eine Mitte zu. Zur Überführung des elektrischen Stroms aus der Mitte der Spule 3a, 3b dient vorteilhaft eine Leiterbrücke 4. Je nach Ausführung des auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 11 angeordneten Spule 3a, 3b kann in der Mitte auch eine elektrisch leitende Verbindung durch die Leiterplatte 11 hindurch vorgesehen sein. 3 shows a possible embodiment of a coil 3a, 3b. The coil 3a, 3b is arranged as a conductor track on a printed circuit board 2 (shown as a square frame). The coil 3a, 3b has a snail-shaped profile, with the respective snail shape being rectangular. In the configuration shown, the conductor track runs towards a center. A conductor bridge 4 is advantageously used to transfer the electric current from the middle of the coil 3a, 3b. Depending on the design of the coil 3a, 3b arranged on the opposite side of the printed circuit board 11, an electrically conductive connection through the printed circuit board 11 can also be provided in the middle being.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Energieüberträger 1, ein Verfahren zur Übertragung elektrischer Energie, eine Überwachungseinrichtung, eine Batterie und ein Fahrzeug. Die Erfindung dient insbesondere zur Anwendung bei Überwachung einer Spannung oder eines Stromes bei einer Batterie. Der Energieüberträger 1 umfasst einen Wechselrichter 7, optional einen Gleichrichter 9, eine erste Spule 3a und eine zweite Spule 3b sowie eine Leiterplatte 2, wobei die erste Spule 3a auf einer ersten Seite der Leiterplatte 2 angeordnet ist und die zweite Spule 3b auf einer zweiten Seite der Leiterplatte 2 angeordnet ist, wobei die erste Spule 3a dazu eingerichtet ist, elektrische Energie mit Hilfe eines durch die erste Spule 3a induzierten magnetischen Feldes durch die Leiterplatte 2 hindurch elektrische Energie in die zweite Spule 3b zu induzieren. Mit der übertragenen elektrischen Energie kann ein Schalter 5 angesteuert oder geschalten werden. Die Erfindung dient vorzugsweise zur Übertragung besonders kleiner elektrischer Leistungen. Vorteilhaft sind die Spulen 3a, 3b jeweils als Leiterbahnen auf der Leiterplatte 2 ausgebildet.In summary, the invention relates to an energy transmitter 1, a method for transmitting electrical energy, a monitoring device, a battery and a vehicle. The invention is used in particular for monitoring a voltage or a current in a battery. The energy transmitter 1 comprises an inverter 7, optionally a rectifier 9, a first coil 3a and a second coil 3b and a circuit board 2, the first coil 3a being arranged on a first side of the circuit board 2 and the second coil 3b being arranged on a second side of the printed circuit board 2, the first coil 3a being set up to induce electrical energy through the printed circuit board 2 into the second coil 3b with the aid of a magnetic field induced by the first coil 3a. A switch 5 can be controlled or switched with the transmitted electrical energy. The invention preferably serves to transmit particularly small electrical powers. The coils 3a, 3b are advantageously each designed as conductor tracks on the printed circuit board 2.

BezugszeichenlisteReference List

11: Energieübertragungenergy transfer
22: Leiterplattecircuit board
3a, 3b3a, 3b: SpuleKitchen sink
44: Leiterbrückeconductor bridge
55: SchalterSwitch
77: Wechselrichterinverter
99: Gleichrichterrectifier
1111: Kerncore

Claims

Energy transmitter (1), in particular for monitoring an electrical voltage or an electrical current in a battery, comprising an inverter (7), a first coil (3a) and a second coil (3b) and a printed circuit board (2), the first coil (3a) is arranged on a first side of the printed circuit board (2) and the second coil (3b) is arranged on a second side of the printed circuit board (2), the first coil (3a) being set up to generate electrical energy using a by the first coil (3a) induced, magnetic field through the printed circuit board (2) to induce electrical energy in the second coil (3b).

Energy transmitter (1) after claim 1 , wherein the respective coil (3a, 3b) is an air coil.

Energy transmitter (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the coils (3a, 3b) is designed as conductor tracks on the printed circuit board (2).

Energy transmitter (1) in particular claim 3 , wherein at least one of the coils (3a, 3b) is designed as a conductor track running into one another, in particular as a helical or rectangular conductor.

Energy transmitter (1) according to one of Claims 1 until 4 , wherein at least one of the coils (3a, 3b) comprises a conductor bridge (4).

Energy transmitter (1) according to one of the preceding claims, wherein the printed circuit board (2) has a core (2) made of a material with a magnetic permeability higher than 1, the core (11) being arranged at least between the coils (3a, 3b).

Energy transmitter (1) according to one of the preceding claims, wherein the inverter (7) is designed to provide a sinusoidal electrical voltage for the first coil (3a).

Energy transmitter (1) according to one of the preceding claims, further comprising a rectifier (9), wherein the rectifier (9) is designed to switch one or more switches (5), in particular one or two MOSFETs.

Monitoring unit for an electrical voltage and/or an electrical current, comprising an energy transmitter (1) according to one of the preceding claims.

Battery, in particular for use in a vehicle, having an energy transmitter (1) according to one of Claims 1 until 8th .

Vehicle, having a battery according to the preceding claim.

Method for transmitting electrical energy, the electrical energy being provided in a first step with the aid of an inverter (7) as an alternating current, the alternating current being provided to a first coil (3a) and the first coil (3a) providing electrical energy in a second Coil (3b) induced, wherein the first and second coils (3a, 3b) are each arranged on opposite sides of a printed circuit board (2) and the electrical energy is transmitted through the printed circuit board, the electrical energy from the second coil (3b) is provided to a rectifier (9) and the electrical energy is converted by a rectifier (9) into a direct current or a direct voltage and the direct current or the direct voltage is used to activate or deactivate a switch (5), in particular a MosFET.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the alternating current has a frequency in the range 1 to 30 megahertz.

Procedure according to one of Claims 12 or 13 , wherein the electrical energy is provided in a voltage suitable for switching a MosFET.