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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren einer induktiven Übertragungseinrichtung mit einer zusätzlichen Energiequelle.
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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 unterhalb des Fahrzeugbodens angebracht. Für den Ladevorgang wird das Fahrzeug über der Sendespulenanordnung positioniert. Diese Systeme zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines magnetischen Wechselfeldes, welches von der Sendespulenanordnung ausgehend in der Empfangsspulenanordnung einen elektrischen Wechselstrom induziert, sind in ihrem Wirkungsgrad in ausgeprägter Weise von der korrekten Abstimmung der Sende- zu der Empfangsspulenanordnung abhängig. Bei einer sehr guten Abstimmung ergibt sich in ein optimaler Arbeitspunkt bei einer bevorzugten Resonanzfrequenz. Bei dieser Resonanzfrequenz hat das aus der Sende- und der Empfangsspulenanordnung bestehende System das bevorzugten Impedanz-Übertragungsverhältnis mit definiertem Wirkungsgrad und Kopplung.
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Bereits kleine Abweichungen von der idealen Abstimmung führen zu einem signifikanten Abfall des Wirkungsgrades der Übertragung zwischen der Sendespulenanordnung und der Empfangsspulenanordnung. Damit ist eine große Auswirkung auf den Systemwirkungsgrad von induktiven Übertragungseinrichtungen verbunden. Die Übertragung von elektrischer Energie kann nur in eine Richtung von der Sendespulenanordnung zu der Empfangsspulenanordnung erfolgen, es kann aber auch bei entsprechend ausgerüsteten Systemen eine Energieübertragung in beide Richtungen erfolgen. Weiterhin führen Abweichungen von der idealen Abstimmung zur Überlastung von aktiven und/oder passiven Bauelementen des Systems. Die nicht nutzbare abgestrahlte Leistung des Systems steigt mit der Abweichung von der idealen Abstimmung und führt zu Störungen von Funkdiensten.
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Zur Erzielung eines optimalen Arbeitspunkts bei einer definierten Übertragungsfrequenz beim drahtlosen Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist eine optimale Ausrichtung des Fahrzeuges mit der Empfangsspulenanordnung gegenüber der Sendespulenanordnung erforderlich. Die benötigte Feinpositionierung des Fahrzeuges mit der Empfangsspulenanordnung gegenüber der Sendespulenanordnung wird durch den Fahrer oder über ein automatisiertes Parksystem vorgenommen. Bei der Positionierung des Fahrzeugs durch den Fahrer kann dieser durch ein Assistenzsystem unterstützt werden, da die Positionierung nur durch die Sinne und Fertigkeiten des Fahrers in der Regel nicht zu einer optimalen Ausrichtung der Sendespulenanordnung und Empfangsspulenanordnung führt. Zusätzlich kann durch die geometrische Gestaltung der Spulenanordnungen eine vergrößerte Positionstoleranz erzielt werden. Damit kann beispielsweise die Anforderung an die Positionsgenauigkeit quer zur Fahrrichtung aufgeweitet werden, während die Positionstoleranz in Fahrtrichtung aufgrund der einfacheren Positionierung des Fahrzeugs durch Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zur Erreichung eines optimalen Koppelfaktors eng gewählt werden kann.
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Eine optimale Ausrichtung des Fahrzeuges mit der Empfangsspulenanordnung gegenüber der Sendespulenanordnung wird aber selbst damit nur selten erzielt. Daher wird beispielsweise in
DE 10 2018 203 391 A1 ein System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last und ein Verfahren zum Verstellen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises vorgeschlagen. Dieser Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last zu schaffen, wobei bei einer Energieübertragung von einem Primärkreis zu einem Sekundärkreis die Verlustleistung dadurch verringert werden kann, dass beide Kreise resonant und möglichst aufeinander abgestimmt betrieben werden, wobei mögliche Abweichungen von den Resonanzfrequenzen durch eine kontinuierlich anpassbare Resonanzfrequenz verringert werden.
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Da der Wunsch besteht, Energieübertragungseinrichtungen nicht nur mit verringerter Verlustleistung, sondern mit minimaler Verlustleistung zu betreiben, besteht der Bedarf nach einer Energieübertragungseinrichtung, welche eine Einrichtung und ein Verfahren aufweist, um genau und sicher die Systemübertragungseigenschaften zu ermitteln.
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Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Energieversorgungseinrichtung mit einer Einrichtung und einem Verfahren zur Messung der Impedanz und des Phasengangs zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände 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 einer Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil, dass die Energieübertragungseinrichtung, welche eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer elektrischen Energiequelle und einer elektrischen Energiesenke umfasst, mindestens eine zusätzliche elektrische Energiequelle umfasst, welche mit der Primärspulenanordnung verbunden ist. Mit Hilfe dieser zusätzlich zur Quelle der Energieübertragung aufgeschalteten Energiequelle kann die Messung der Impedanz und des Phasengangs des Systems ermittelt werden, ohne dass die eigentliche Energiequelle zur Energieübertragung verwendet werden muss. Bei gering gekoppelten induktiven Energieübertragungssystemen besteht die Gefahr, dass die auf der Primärseite zur Energieübertragung bestimmte Primärspulenanordnung bei einer Ansteuerung zur Messung der Impedanz und des Phasengangs des Systems aufgrund der fehlenden Belastung durch die Last der Sekundärseite zu Amplitudenhöhen aufschwingen kann, welche zu Schäden an der Primärspulenanordnung führen können. Die Dauer dieses Aufschwingvorgangs kann abhängig von den Systemeigenschaften sehr kurz sein. Innerhalb von wenigen Millisekunden können sehr große Amplitudenhöhen auftreten, welche Schäden an der Primärspulenanordnung verursachen können. Aus den gemessenen Größen wird in Abhängigkeit der Frequenz des resonanten Systems der Phasengang und die Impedanz ermittelt. Aus diesen Größen können die Übertragungsverhältnisse von Spannung zu Strom, von Strom zu Strom, von Strom zu Spannung und von Spannung zu Spannung vom Eingang zum Ausgang des Systems sowie die jeweilige Phasenlage ermittelt werden. Weiterhin bieten die gemessenen Größen die Grundlage zur Ermittlung der Resonanzfrequenzen und deren charakteristische Eigenschaften. Auf dieser Basis wird dann diejenige Resonanz mit den gewünschten Eigenschaften ausgewählt und bestimmt.
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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 umfasst die Energieübertragungseinrichtung verstellbare elektrische Widerstände, welche mit der Sekundärspulenanordnung verbunden sind. Diese verstellbaren elektrischen Widerstände dienen dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung nachzubilden. Somit ist es möglich, den realen Betriebsbereich der Energieübertragungseinrichtung auch ohne Einbindung der eigentlichen Last in Form eines elektrischen Energiespeichers abzudecken. Damit herrschen beim Messvorgang Bedingungen vor, welche den Betriebsbedingungen bei der Energieübertragung entsprechen. Durch eine Variation der elektrischen Widerstände auf der Sekundärseite ist es möglich, eine Kurvenschar zu ermitteln, welche beispielsweise die batteriespannungsabhängige variable Batterieimpedanz über den gesamten Arbeitsbereich des elektrischen Energiespeichers abbilden kann. Über die ermittelten Amplituden und Phasenverläufe können Resonanzstellen und deren charakteristische Systemeigenschaften ermittelt werden. Beispielsweise kann der Verlauf von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom zu Eingangsspannung oder Eingangsstrom ermittelt werden. Auf der Basis der ermittelten Systemeigenschaften kann aus den ermittelten Resonanzeigenschaften diejenige Resonanzfrequenz mit den entsprechend der Systemauslegung erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden. Weiterhin kann eine Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von einem erwarteten Wertebereich erfolgen, welcher beispielsweise durch Toleranzen von elektrischen Bauelementen vorgegeben ist. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe der ermittelten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt zu erkennen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Energieübertragungseinrichtung einen stufenlos verstellbaren Widerstand umfassen, welcher mit der Sekundärspulenanordnung verbunden ist. Ein solcher stufenlos verstellbarer elektrischer Widerstand dient dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung ohne Stufen kontinuierlich nachzubilden. Somit ist es möglich, den realen Betriebsbereich der Energieübertragungseinrichtung auch ohne Einbindung der eigentlichen Last in Form eines elektrischen Energiespeichers kontinuierlich abzudecken. Damit herrschen beim Messvorgang Bedingungen vor, welche den Betriebsbedingungen bei der Energieübertragung exakt entsprechen. Durch eine Variation des elektrischen Widerstands auf der Sekundärseite ist es möglich, ein Kennfeld zu ermitteln, welches beispielsweise die ladezustandsabhängige variable Batterieimpedanz über den gesamten Arbeitsbereich des elektrischen Energiespeichers abbilden kann.
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Über die ermittelten Amplitudenkennfelder und Phasenverlaufskennfelder können Resonanzstellen und deren charakteristische Systemeigenschaften ermittelt werden. Beispielsweise kann der Verlauf von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom kontinuierlich zu Eingangsspannung oder Eingangsstrom ermittelt werden. Auf der Basis der ermittelten Systemeigenschaften kann aus den ermittelten kontinuierlichen Resonanzeigenschaften diejenige Resonanzfrequenz mit den entsprechend der Systemauslegung erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden, welche den Anforderungen entspricht. Weiterhin kann eine Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von einem erwarteten Wertebereich erfolgen, welcher beispielsweise durch Toleranzen von elektrischen Bauelementen vorgegeben ist. Außerdem ist es möglich, mit Hilfe der ermittelten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens aufgrund der ermittelten Kennfelder zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt verbessert zu erkennen.
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Vorteilhafterweise umfasst die Energieübertragungseinrichtung diskret schaltbare elektrische Widerstände, welche mit der Sekundärspulenanordnung verbunden sind. Diese diskret schaltbaren elektrischen Widerstände dienen dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung nachzubilden.
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Diese diskret schaltbaren elektrischen Widerstände dienen in vorteilhafter Weise dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung an vorbestimmten Betriebspunkten nachzubilden. Damit ist es möglich, den realen Betriebsbereich der Energieübertragungseinrichtung auch ohne Einbindung der eigentlichen Last in Form eines elektrischen Energiespeichers approximativ abzubilden. Damit herrschen bei Messvorgang vereinfachte Bedingungen vor. Durch eine Variation der elektrischen Widerstände auf der Sekundärseite ist es möglich, eine vereinfachte Kurvenschar zu ermitteln, welche beispielsweise die batteriespannungsabhängige variable Batterieimpedanz über den gesamten Arbeitsbereich des elektrischen Energiespeichers über diskrete Messpunkte abbilden kann. Über die an den Messpunkten ermittelten Amplituden und Phasenverläufe können Resonanzstellen und deren charakteristische Systemeigenschaften ermittelt werden. Beispielsweise kann das Verhältnis von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom zu Eingangsspannung oder Eingangsstrom an den Messpunkten ermittelt werden. Auf der Basis der so ermittelten Systemeigenschaften kann approximativ eine Kurvenschar der Resonanzeigenschaften erzeugt werden und diejenige Resonanzfrequenz mit den entsprechend der Systemauslegung erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden. Weiterhin kann eine approximative Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von einem erwarteten Wertebereich erfolgen, welcher beispielsweise durch Toleranzen von elektrischen Bauelementen vorgegeben ist. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe der approximativ ermittelten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt zu erkennen. Weiterhin kann auch eine Verstimmung von primärem und sekundärem Resonanzkreis gegeneinander erkannt werden. Diese Verstimmung kann zur Entscheidung genutzt werden, ob das Energieübertragungssystem noch betrieben werden kann. Bei Vorhandensein von entsprechenden Einrichtungen im Energieübertragungssystem kann bei einer Verstimmung eine Anpassung der primären, sekundären oder beider Resonanzfrequenzen erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung eines Verfahrens mit dem Kennzeichen des Anspruchs 5 bietet den Vorteil, dass die Energieübertragungseinrichtung, welche eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer elektrischen Energiequelle und einer elektrischen Energiesenke umfasst, und welche mindestens eine zusätzliche elektrische Energiequelle umfasst, welche mit der Primärspulenanordnung verbunden ist und dass in einem ersten Schritt die Primärspulenanordnung mit einer konstanten Spannung und/oder mit einem konstanten Strom gespeist wird. Am sekundärseitigen Systemausgang wird mindestens ein Ersatzlastwiderstand angebracht, welcher die Lastimpedanz am Systemausgang darstellt. Bei Verwendung mehrerer Ersatzlastwiderstände, welche über eine Schaltmatrix verschaltet sind, können verschiedene Lastpunkte am Systemausgang dargestellt werden. Durch Aufschalten verschiedener Lastwiderstandswerte lässt sich das Übertragungsverhalten für verschiedene Lastpunkte ermitteln. Über eine rechnerische Approximation können Zwischenpunkte ermittelt werden oder über die Verwendung von verstellbaren Widerständen messtechnisch erfasst werden.
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Bevorzugt wird in einem weiteren Schritt eine Resonanzfrequenz zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung ermittelt. Durch Messung an verschiedenen Frequenzpunkten bei primärseitig konstanter Ausgangsspannung lässt sich somit der Resonanzverlauf und/oder weitere Resonanzstellen (Bifurkation) des Übertragungssystems ermitteln.
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In vorteilhafter Weise werden in einem weiteren Schritt die ermittelten Resonanzfrequenzen zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung mit bereits bekannten Resonanzfrequenzen verglichen. Dies ermöglicht eine angepasste Betriebsweise der Energieübertragungseinrichtung. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe dieses Vergleichs der ermittelten Eigenschaften mit den gespeicherten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt zu erkennen.
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In vorteilhafter Weise bietet es sich an, in einem weiteren Schritt eine Verstimmung zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung zu ermitteln. In diesem Schritt kann eine Verstimmung von primärem und sekundärem Resonanzkreis gegeneinander erkannt werden. Diese Verstimmung kann zur Entscheidung genutzt werden, ob das Energieübertragungssystem betrieben werden kann.
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Von großem Vorteil ist es, wenn in einem weiteren Schritt eine Anpassung zwischen dem Resonanzkreis der Primärspulenanordnung und dem Resonanzkreis der Sekundärspulenanordnung erfolgt. Bei Vorhandensein von entsprechenden Einrichtungen im Energieübertragungssystem kann bei einer Verstimmung eine Anpassung der primären, sekundären oder beider Resonanzfrequenzen erfolgen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem weiteren Schritt eine Positionierung der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung zueinander durchgeführt wird. Mit Hilfe einer Verbesserung der Positionierung der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung zueinander wird eine Verbesserung der Kopplung erreicht.
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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 eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung.
- 2 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer sekundärseitigen Ersatzlastwiderstandsanordnung.
- 3 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer primärseitigen Referenzquelle und einer sekundärseitigen Ersatzlastwiderstandsanordnung.
- 4 zeigt ein Schaltbild einer Standard-Energieübertragungseinrichtung mit einer Steuerung/Regelung zur Ermittlung einer Einstellung optimaler Arbeitspunkte.
- 5 eine beispielhafte Kurvenschar der Frequenzgänge einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung bei unterschiedlichen Lastwiderständen.
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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 die schematische Darstellung einer üblichen Standard-Energieübertragungseinrichtung 1. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Die Primärspulenanordnung 2 umfasst eine erste Gleichstromquelle Quelle 1, eine Wechselrichteranordnung 41, eine Stromesseinrichtung I1sense, einen primären Schwingkreis 43 und eine Primärspule 44. Zwischen der Wechselrichteranordnung 41 und dem primären Schwingkreis 43 tritt die Eingangsimpedanz Zinput auf, an der Primärspule 44 die Impedanz Zreflected. Die Sekundärspulenanordnung 3 umfasst eine Sekundärspule 45, einen sekundären Schwingkreis 46 und eine Gleichrichteranordnung 42. Diese Gleichrichteranordnung 42 kann als passive Gleichrichteranordnung 42 ausgeführt sein, sie kann aber auch als aktive Gleichrichteranordnung 42 ausgeführt sein. Weiterhin umfasst die Sekundärspulenanordnung 3 einen Schalter S1, welcher die Last 47 der Sekundärspulenanordnung 3 mit der Gleichrichteranordnung 42 verbindet. Außerdem kann die Sekundärspulenanordnung 3 eine Stromesseinrichtung I2sense umfassen. Die Last 47 der Sekundärspulenanordnung 3 kann eine Speichereinrichtung für elektrische Energie oder ein anderer Verbraucher elektrischer Energie sein. Diese Last 47 der Sekundärspulenanordnung 3 weist eine Lastimpedanz ZLoad auf.
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In 2 wird eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1 gezeigt. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht wie in 1 aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Die in 2 gezeigte Primärspulenanordnung 2 umfasst zusätzlich eine zweite Gleichstromquelle Quelle 2. Weiterhin umfasst die Sekundärspulenanordnung 3 zusätzlich eine schaltbare Lastwiderstandsanordnung 48 mit einem ersten Lastwiderstand a 49 mit der Lastimpedanz Za und einem zweiten Lastwiderstand b 50 mit der Lastimpedanz Zb. Der erste Lastwiderstand a 49 kann mit einem zweiten Schalter 2 S2 als Last für die Sekundärspulenanordnung 3 geschaltet werden. Der zweite Lastwiderstand b 50 kann mit einem dritten Schalter 3 S3 als Last für die Sekundärspulenanordnung 3 geschaltet werden. Weiterhin können die beiden Lastwiderstände a und b 49, 50 durch Schließen des zweiten und des dritten Schalters S2 und S3 parallel betrieben werden. Somit können durch die beiden Lastwiderstände a und b 49, 50 drei unterschiedliche Lastpunkte mit den jeweiligen Impedanzen simuliert werden, welche für Messungen der Systemeigenschaften genutzt werden können. Im Regelbetrieb wird lediglich der erste Schalter S1 geschlossen, der zweite Schalter S2 und der dritte Schalter S3 bleiben offen. Somit fließt die von der Sekundärspulenanordnung 3 aufgenommene Energie in die angeschlossene Last mit der Impedanz Zload.
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In 3 wird eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1 gezeigt. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht wie in 1 aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Die in 3 gezeigte Primärspulenanordnung 2 umfasst zusätzlich eine Referenzstromquelle R-Quelle. Diese Referenzstromquelle R-Quelle umfasst eine zweite Gleichstromquelle 51 und einen zweiten Wechselrichter 52. Diese Referenzstromquelle R-Quelle kann unabhängig von der ersten Gleichstromquelle 40 mit dem ersten Wechselrichter 41 die Primärspulenanordnung 2 betreiben. Dies ermöglicht, gefahrlos Messsignale in den ersten Resonanzkreis 9 der Primärspulenanordnung 2 mit der Primärspule 44 einzuprägen. Mit Hilfe dieser Messignale und dem mindestens einen Ersatzlastwiderstand der Lastwiderstandsanordnung 48 ist es möglich, eine oder mehrere Resonanzfrequenzen der Energieübertragungseinrichtung 1 zu ermitteln, ohne dass in der Primärspulenanordnung 2 hohe Leistungen mit hohen Spannungen und/oder hohen Strömen eingesetzt werden müssen. Solche hohen Leistungen mit hohen Spannungen und/oder hohen Strömen können zu Beschädigungen von Komponenten der Energieübertragungseinrichtung 1 führen. Weiterhin kann die von der Energieübertragungseinrichtung 1 abgestrahlte Energie bei fehlender oder schlechter Kopplung zu Schäden an benachbarten Geräten oder auch zu Funkstörungen führen.
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Die 4 zeigt ein Schaltbild einer Standard-Energieübertragungseinrichtung 1 mit einer Steuerung/Regelung 11 zur Ermittlung einer Einstellung optimaler Arbeitspunkte. Als Eingangsgrößen werden eine Spannung U1 und ein Strom I1 der Primärspule 44 mit dem primären Schwingkreis 43 und eine Spannung U2 und ein Strom 12 der Sekundärspule 45 mit dem sekundären Schwingkreis 46 verwendet. Über ein erstes Ausgangssignal d1 wird ein Modulator 1 angesteuert, welcher den primärseitigen Wechselrichter 41 ansteuert. Über ein zweites Ausgangssignal d2 wird ein Modulator 2 angesteuert, welcher die sekundärseitige Gleichrichterschaltung 42 ansteuert, um eine Spannung 53 des sekundären Schwingkreises 46 und um eine Spannung 54 der sekundärseitigen Last 47 anzusteuern. Über die Verknüpfung der genannten Eingangsgrößen Spannung U1 und Strom I1 der Primärspule 44 mit dem primären Schwingkreis 43 und Spannung U2 und Strom I2 der Sekundärspule 45 mit dem sekundären Schwingkreis 46 mit den Größen der Spannung 53 des sekundären Schwingkreises 46 und der Spannung 54 der sekundärseitigen Last 47 ergibt sich ein Regelkreis.
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Die 5 zeigt eine beispielhafte Kurvenschar der Frequenzgänge einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung 1 als Funktion unterschiedlicher Lastwiderstände 48. In diesem Beispiel ist zu erkennen, dass bei einem beispielhaften kleinen Lastwiderstand 48 (R_load) von 5 Ohm sich eine typische Resonanz ausbildet. Die Resonanz zeigt sich durch ein Maximum der Lastimpedanz Zload. Weiterhin verschiebt sich bei einem etwas größeren beispielhaften Lastwiderstand 48 (R_Load) von 15 Ohm die Resonanz zu einer höheren Frequenz. Diese zeigt sich durch ein signifikant höherliegendes Maximum der Lastimpedanz Zload. Bei einem deutlich höher gewählten beispielhaften Lastwiderstand 48 (R_Load) von 45 Ohm zeigen sich in diesem Beispiel zwei Resonanzstellen. Die Resonanzstelle mit der höheren Lastimpedanz Zload ist zu einer höheren Frequenz im Vergleich zu den Beispielen mit niedrigeren Lastimpedanzen Zioad verschoben. Parallel bildet sich bei diesem Beispiel eine zweite Resonanzstelle mit einer niedrigeren Lastimpedanz Zload bei einer niedrigeren Frequenz. Diese beispielhafte zweite Resonanzstelle kann wie die beispielhafte erste Resonanzstelle als optimaler Arbeitspunkt verwendet werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018203391 A1 [0005]
