EP3177477A1 - Verfahren zum berührungslosen laden oder entladen eines batteriebetriebenen objekts - Google Patents

Verfahren zum berührungslosen laden oder entladen eines batteriebetriebenen objekts

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Publication number
EP3177477A1
EP3177477A1 EP15730500.4A EP15730500A EP3177477A1 EP 3177477 A1 EP3177477 A1 EP 3177477A1 EP 15730500 A EP15730500 A EP 15730500A EP 3177477 A1 EP3177477 A1 EP 3177477A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
loading
unloading station
battery
discharging
lateral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15730500.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Riedel
Tobias Diekhans
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3177477A1 publication Critical patent/EP3177477A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for the contactless charging or discharging of a battery-operated object, for example an electric vehicle or an e-bike.
  • a battery-operated object for example an electric vehicle or an e-bike.
  • Other applications can be, for example
  • a computer program, a system and a loading / unloading station and a battery-powered object are specified, which are set up to carry out the method.
  • a transmission of electrical power takes place via an air gap.
  • a coil pair is used, which is inductively coupled to each other via a magnetic alternating field.
  • the magnetically coupled coil pair can be modeled as a transformer with a large air gap.
  • the size of the air gap affects the size of stray inductances of the system and determines the degree of coupling between the coils of the coil pair, which in the context of the invention is represented as a coupling factor.
  • a magnetically coupled coil pair which a primary coil, a loading / unloading station and a
  • the object in a first step, is transferred to a reference position with respect to the loading / unloading station, in a second step in the reference position, a reference parameter is determined, in a third step based on the reference parameter, a lateral target Offset and / or a vertical target height of the object is determined to the loading / unloading station and in a fourth step on the basis of the lateral reference offset and / or the vertical target height, the object in a loading / unloading position with respect Charging / unloading station is transferred, in which the non-contact charging or
  • Positioning of the object with respect to the loading / unloading station can be carried out by methods known from the prior art, for example by means of GPS, indoor GPS, optical or ultrasonic sensors, one
  • Video system or a combination thereof a measurement of the electrical and / or magnetic parameters of the coil pair can be used as a reference.
  • the transfer of the object into the reference position can also take place in a known manner, if appropriate by controlling a drive system of the battery-powered object and / or by displaying
  • Positioning instructions to persons In the case of electric vehicles can be accessed, for example, the resources of a parking assistant.
  • Reference position can be determined by an optimal alignment or position of the coils to each other.
  • the reference parameter is a coupling factor or a mutual inductance, which describes the quality of the magnetic coupling of the coil pair.
  • the coupling factor or the mutual inductance can be measured by means of a current and / or voltage measurement when subjected to a reference signal, d. H. through a defined current or voltage profile.
  • the defined current or voltage profile can be determined both by the battery-operated object and, as is preferred, by the charging device.
  • the charging / discharging station or the battery-powered object measures the received current or voltage profile by means of suitable voltage and current sensors.
  • the coupling factor is determined from the ratio of transmitted to received current or voltage.
  • the reference parameter is, according to another embodiment of the invention, a height of the object above the loading / unloading station.
  • the height of the object above the loading / unloading station can in the above-mentioned model determine a size of an air gap between the object and the loading / unloading station, in particular between the primary and secondary coils, and thus be decisive for the size of the leakage inductance.
  • the height of the object above the loading / unloading station can be determined using known sensors, for example using GPS, indoor GPS, or visually or acoustically, for example using camera data or ultrasound.
  • Look-up table (lateral look-up table) a lateral setpoint offset, ie, a specific spatial offset determined from the reference parameter.
  • the goal here may be a relatively constant coupling factor over one variable air gap or via a variable transmission partner to allow. This is achieved by taking advantage of the lateral desired offset between the primary and secondary coils, which is adjusted so that there is a constant coupling factor.
  • the relationship between the coupling factor and the relative offset can be considered more functional
  • Lookup tables can be stored.
  • the setpoint height of the object with respect to the loading station is set with existing actuators.
  • a vehicle may be, for example, an existing air suspension.
  • the relationship between the coupling factor and the desired height can be present as a functional relationship and in the
  • Lookup table be filed.
  • the functional relationship of the height of the object above the loading / unloading station and the desired height can also be stored in such look-up tables.
  • the object is transferred to the loading / unloading position with respect to the loading / unloading station, for example by applying the lateral target offset to the reference position.
  • the resources of a parking assistant can be accessed. It may be provided to initiate thereafter non-contact charging or discharging.
  • the described method is reapplied. In the event that the determined
  • Reference parameter is above or below a certain threshold, a further lateral target offset and / or a further target height is determined based on the reference parameter.
  • the method can therefore be performed iterated.
  • An abort criterion may be that a determined reference parameter is above or below the threshold value, whereby the loading / unloading position is defined with respect to the loading / unloading station. As soon as the determined reference value is within the desired limits, non-contact charging or discharging is initiated.
  • Computer program is executed on a programmable computer device.
  • the computer program may be, for example, a software module, a software routine or a software subroutine for implementing a charge / discharge system with a battery powered object and a charge / discharge station.
  • the computer program may be stored on or distributed on the battery operated object as well as on the load / unload station, in particular on permanent or rewritable machine readable storage media or in association with a computing device, such as a portable storage such as a CD-ROM, DVD, Blu -ray disc, a USB stick or a memory card.
  • the computer program may be run on a computer
  • Computer equipment such as on a server or a cloud server to be provided for download, for example via a data network such as the Internet or via a communication connection such as a telephone line or a wireless connection.
  • a data network such as the Internet
  • a communication connection such as a telephone line or a wireless connection.
  • Computer program stored on a control unit in the vehicle.
  • a system is provided with a charging / discharging station, a battery powered object and a control device, wherein the control device is set up, the object in a
  • the system is preferably designed and / or set up to carry out the described methods. Accordingly, the features described in the context of the method apply correspondingly to the system and, conversely, the features described within the context of the system apply correspondingly to the methods.
  • the controller can thereby the loading / unloading station or the
  • Control units are equipped, which carry out the inventive method together.
  • the inventive method can be provided that the
  • Control device with other driver assistance systems in particular communicate with a parking assistant or access their resources.
  • a charging / discharging station and a battery operated object for use in such a system are provided.
  • the terms “battery” and “battery operated” are used herein
  • the battery cells are preferably spatially combined and interconnected circuitry, for example, connected in series or parallel to modules to provide the required performance data with the battery cells can.
  • any other electrical energy storage device is conceivable, for example double-layer capacitors.
  • the battery-powered object may be a motor vehicle, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
  • Motor vehicle can be designed as a pure electric vehicle and
  • the motor vehicle may be designed as a plug-in hybrid vehicle comprising an electric drive system and an internal combustion engine, wherein the
  • An advantage of the invention is that the described method and system enable an approximately constant coupling factor over a variable air gap and / or via different transmission partners. This facilitates the design of power electronic components in the loading / unloading station, as well as the coil pair. This allows a cost and / or space reduction can be achieved.
  • Efficiency is achieved that a minimum / maximum behavior of the system is significantly reduced.
  • Another advantage is that the invention can be applied to an in principle arbitrary transformer, in particular the topology of
  • FIG. 1 shows a system with a battery-powered object and a charging device.
  • Figure 2 is a schematic representation of primary
  • Figure 3 is a further schematic representation of primary
  • Figure 4 is a diagram illustrating the dependence of
  • Figure 5 is a diagram illustrating the dependence of
  • FIG. 6 shows a diagram for depicting the dependency of the
  • Figures 7A-7D current and voltage curves during non-contact charging or discharging according to the prior art and with the measures of the invention in comparison.
  • FIG. 1 shows a system 100 according to the invention with a battery-operated object 4, for example an electric vehicle, and a loading / unloading station 2, which are arranged in a specific spatial position relative to one another.
  • the battery-powered object 4 will also be referred to as object 4 for short.
  • the spatial position relative to one another in this example is described by a size h of an air gap and by a lateral offset which is measured in a first direction with dx and in a second direction with dy.
  • the size h of the air gap may correspond to a height of the object 4 above the loading / unloading station 2.
  • the loading / unloading station 2 has a planarly arranged primary coil 6, which is arranged in a floor.
  • the object 4 has a likewise planar arranged secondary coil 8, via which a battery (not shown) can be charged or discharged.
  • the primary coil 6 and the secondary coil 8 are positioned exactly above one another.
  • the size h of the air gap may correspond to a size of a vertical distance of the coils 6, 8 to one another.
  • the design of the power electronics 18, 24 takes place in the loading / unloading station 2 and in the object 4 to a nominal operating point and for a specific coupling factor.
  • the actual operating point differs in reality from the nominal operating point, since the size h of the air gap is dependent on the installation location of the secondary coil 8 and, for example, in the case of an electric vehicle is also dependent on the load of the vehicle.
  • the actual operating point or actual coupling factor also deviates from one another by the actual lateral offset of the coils 6, 8. This complicates the interpretation of power electronic components, as well as the
  • inventive measures has a strong preferred operating point, other operating points, however, are significantly disadvantaged, for example, in terms of efficiency.
  • a control device 10 is provided, which is connected on the one hand to one of the coils 6, 8 and on the other hand to sensors 11, for example ultrasonic sensors.
  • the control unit 10 is set up to determine one or more reference parameters and, based on the reference parameter (s), to determine a lateral setpoint offset of the object 4 relative to the loading / unloading station 2.
  • control unit 10 can determine, for example, a coupling factor k, which adjusts itself by the actual position of the object 4 with respect to the loading / unloading station 2 as a reference parameter.
  • the controller 10 via the sensors 11 as another
  • Reference parameters determine the size h of the air gap.
  • the control unit 10 is moreover configured to transfer the object 4 into a loading / unloading position on the basis of the determined lateral setpoint offset. This can be done either in an iterative process or in a direct process.
  • control unit 10 is arranged on the side of the object 4.
  • control unit 10 within the scope of the invention can also take place on a further control unit (not shown) which is assigned to the loading / unloading station 2.
  • control unit 10 of the object 4 and the not shown further control unit of the loading / unloading station 2 for carrying out the method according to the invention communicate with each other.
  • FIG. 2 shows a circuit according to an embodiment of the invention.
  • a primary circuit 12 comprises a network 16, which is a power or
  • Voltage sources includes, for example, a public grid.
  • the network 16 is connected to a primary-side power electronics 18, which a Rectification electronics and, if necessary, protective and
  • the primary circuit 12 comprises a primary-side resonant network 20 which is connected to the primary-side
  • Power electronics 18 is connected.
  • the primary-side resonant network 20 is connected to the primary coil 6, which represents the interface of the energy transmission to the battery-powered object 4.
  • the battery-powered object 4 as
  • the secondary circuit 14 comprises the secondary coil 8, which with the primary coil 6 is a magnetically coupled, d. H. inductively coupled
  • Coil pair forms.
  • To the secondary coil 8 is a secondary side
  • Resonance network 22 connected. To the secondary side
  • Resonant network 22 is a secondary-side power electronics 24 is connected, which includes a rectification electronics and optionally protection and security circuits. To the secondary side
  • Power electronics 24 the load 26 is connected, in particular a to be charged or discharged battery of the object. 4
  • FIG. 3 shows a detailed view of the primary circuit 12 and the secondary circuit 14 according to an embodiment of the invention.
  • the primary circuit 12 has as a network 16 to a voltage source, which provides the system an intermediate circuit voltage U 0 .
  • a voltage source which provides the system an intermediate circuit voltage U 0 .
  • This may be, for example, a rectifier with a power factor correction filter (PFC).
  • PFC power factor correction filter
  • the primary-side power electronics 18 here by way of example comprises four
  • the diode 32 typically IGBT or MOSFET, and a diode 32 connected in anti-parallel with each other.
  • the diode 32 may be either separate or integrated with the IGBT in a package, or it may also be an intrinsic body diode of a MOSFET.
  • the transistors 30 are controlled by an electronic unit, not shown.
  • Of the four directional elements 28 two are connected in series with each other. The two series circuits of the directional elements 28 are connected in parallel to each other, so that the overall result is a full bridge arrangement. In each case between the two series-connected straightening elements 28 is the
  • the primary-side resonant network 20 which here only comprises a capacitor 38 in the form of a series resonant capacitor.
  • the primary-side resonant network 20 is fed at one end by the first series connection of the directional elements 28 and at the second end by the second series circuit of the directional elements 28.
  • the primary coil 6 is located on the output side of the primary-side resonant network 20, the primary coil 6 is located.
  • a capacitor 40 of the secondary-side resonant network 22 connects to the secondary coil 8.
  • Resonant networks 20, 22, that in other speech regimes the coils 6, 8 may be counted as belonging to the resonant networks 20, 22.
  • the current of the secondary-side power electronics 24 is supplied, which in the illustrated embodiment includes four diodes 34, which are essentially interconnected with each other like the directional elements 28 in the primary-side power electronics 18, so that a passive bridge rectifier is formed.
  • the secondary-side power electronics 24 also includes a parallel to the diodes 34 connected capacitor 36, the purpose of which is the
  • Output capacitor and the battery can be used for reasons of
  • the secondary-side power electronics 24 fulfills the task of rectifying the received alternating current signal of the secondary side
  • FIG. 4 shows the qualitative dependence of the coupling factor k on one
  • the coupling factor k shows a non-linear behavior with a monotonous drop compared to the increasing lateral displacement dx or dy.
  • the lateral distance dx or dy is adjusted so that an approximately constant coupling factor is established even with different air gaps, as a line 43 shows. Instead, an area may be provided in which the coupling factor is to be located before the charging / discharging process can be initiated.
  • the vehicle is offset from an initial position at too low an air gap, wherein the initial position is typically a
  • Position is in which an optimal energy transfer takes place, in which the coils 6, 8 are thus optimally aligned with each other.
  • the vehicle is placed exactly above the primary coil 6.
  • FIG. 5 shows a dependence of a desired offset dx * or dy * on the size h of the air gap.
  • the curve shows a nonlinear monotone decreasing behavior of the desired offset dx * or dy * from a minimum value of the magnitude h min up to a maximum value of the size h max .
  • the system determines the desired offset dx * or dy *, which is applied to the current position of the object 4, from the measurement of the magnitude h, for example, based on a dependency behavior shown in the look-up table.
  • FIG. 6 shows the effect that the application of the desired offset dx * or dy * has on the current position of the object 4.
  • an efficiency del_eta on the size h of the air gap
  • a lower area 48 the dependence of the coupling factor k on the size h of the air gap.
  • the efficiency with application of the method according to the invention is shown as eta n .
  • the efficiency eta n is essentially constant, while the efficiency eta 0 without
  • Coupling factor k 0 without application of the method according to the invention shows a non-linear dependence on the size h of the air gap.
  • FIGS. 7A to 7D show current and voltage profiles in diagrams, with FIGS. 7A and 7B showing a system 100 without the use of the FIGS
  • FIGS. 7A and 7C show a system 100 embodying the invention.
  • the solid lines represent the voltage and the dotted lines represent the current.
  • FIGS. 7A and 7C represent the signal in FIG.
  • Both systems 100 are each designed so that both the minimum air gap h min as well as the maximum air gap h max the full rated power can be transmitted.
  • FIGS. 7A and 7C It can be seen from FIGS. 7A and 7C that the current in the system 100 according to the invention is significantly reduced by the primary coil 6, since the primary coil 6 with a larger number of turns can be optimally designed for this operating point.
  • the primary-side power electronics 18 switches close to Current zero crossing, resulting in much lower losses in the system 100. The efficiency can therefore be increased and the effort in the
  • Primary-side power electronics 18 are reduced, in particular with respect to the used semiconductor surface of the transistors and the cooling effort.
  • the maximum air gap h max is an unfavorable operating point for the primary side

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Laden oder Entladen eines batteriebetriebenen Objekts (4) über ein magnetisch gekoppeltes Spulenpaar, welches eine Primärspule (6) einer Lade-/Entladestation (2) und eine Sekundärspule (8) des Objekts (4) umfasst, wobei in einem ersten Schritt das Objekt (4) in eine Referenzposition bezüglich der Lade-/Entladestation (2) überführt wird, in einem zweiten Schritt in der Referenzposition ein Referenzparameter ermittelt wird, in einem dritten Schritt anhand des Referenzparameters ein lateraler Soll-Versatz des Objekts (4) zu der Lade- /Entladestation (2) ermittelt wird und in einem vierten Schritt auf Basis des lateralen Soll- Versatzes das Objekt (4) in eine Lade-/Entladeposition bezüglich der Lade-/Entladestation (2) überführt wird, in welcher das berührungslose Laden oder Entladen erfolgt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm, ein System (100), eine Lade-/Entladestation (2) und ein Objekt (4), welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.

Description

Beschreibung
Verfahren zum berührungslosen Laden oder Entladen eines batteriebetriebenen Objekts
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Laden oder Entladen eines batteriebetriebenen Objekts, zum Beispiel eines Elektrofahrzeugs oder eines E-Bikes. Weitere Anwendungsfälle können beispielsweise
Elektrowerkzeuge oder Consumer-Geräte betreffen.
Weiterhin werden ein Computerprogramm, ein System sowie eine Lade- /Entladestation und ein batteriebetriebenes Objekt angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.
Beim berührungslosen Lade- oder Entladevorgang eines batteriebetriebenen Objekts erfolgt eine Übertragung von elektrischer Leistung über einen Luftspalt. Hierzu wird ein Spulenpaar verwendet, das über ein magnetisches Wechselfeld induktiv miteinander gekoppelt ist.
Das magnetisch gekoppelte Spulenpaar kann als ein Transformator mit einem großen Luftspalt modelliert werden. Die Größe des Luftspaltes beeinflusst die Größe von Streuinduktivitäten des Systems und bestimmt den Grad einer Kopplung zwischen den Spulen des Spulenpaars, welche im Rahmen der Erfindung als ein Koppelfaktor dargestellt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zum berührungslosen Laden oder Entladen eines batteriebetriebenen Objekts über ein magnetisch gekoppeltes Spulenpaar bereitzustellen, wobei die Anzahl der notwendigen Regelkomponenten im System gering zu halten ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren und derartiges System bereitzustellen, welches bei geringer Komplexität und geringen Kosten einen breiten Einsatzbereich erlaubt.
Offenbarung der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum berührungslosen Laden oder Entladen eines batteriebetriebenen Objekts über ein magnetisch gekoppeltes Spulenpaar, welches eine Primärspule, eine Lade-/Entladestation und eine
Sekundärspule des Objekts umfasst, ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt das Objekt in eine Referenzposition bezüglich der Lade- /Entladestation überführt wird, in einem zweiten Schritt in der Referenzposition ein Referenzparameter ermittelt wird, in einem dritten Schritt anhand des Referenzparameters ein lateraler Soll-Versatz und/oder eine vertikale Soll-Höhe des Objekts zu der Lade-/Entladestation ermittelt wird und in einem vierten Schritt auf Basis des lateralen Soll- Versatz es und/oder der vertikalen Soll-Höhe das Objekt in eine Lade-/Entladeposition bezüglich der Lade-/Entladestation überführt wird, in welcher das berührungslose Laden oder
Entladen erfolgt.
Eine Positionsbestimmung des Objekts bezüglich der Lade-/Entladestation kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise mithilfe von GPS, Indoor-GPS, optischen oder Ultraschallsensoren, eines
Videosystems oder einer Kombination hieraus. Auch kann eine Messung der elektrischen und/oder magnetischen Parameter des Spulenpaars als Referenz verwendet werden. Die Überführung des Objekts in die Referenzposition kann ebenfalls in bekannter Art und Weise erfolgen, gegebenenfalls durch Steuerung eines Antriebssystems des batteriebetriebenen Objekts und/oder durch Anzeige von
Positionierhinweisen an Personen. Im Falle von Elektrofahrzeugen kann dabei beispielsweise auf die Mittel eines Parkassistenten zugegriffen werden. Die
Referenzposition kann durch eine optimale Ausrichtung oder Position der Spulen zueinander bestimmt sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Referenzparameter ein Koppelfaktor oder eine Gegeninduktivität, der, bzw. die die Qualität der magnetischen Kopplung des Spulenpaars beschreibt. Der Koppelfaktor oder die Gegeninduktivität können mittels einer Strom- und/oder Spannungsmessung bei Beaufschlagung durch ein Referenzsignal gemessen werden, d. h. durch ein definiertes Strom- oder Spannungsprofil. Das definierte Strom- oder Spannungsprofil kann dabei sowohl von dem batteriebetriebenen Objekt als auch, was bevorzugt ist, von der Lade-
/Entladestation beaufschlagt werden. Das jeweilige systemische Gegenstück, d. h. die Lade-/Entladestation bzw. das batteriebetriebene Objekt, misst mittels geeigneter Sensorik für Spannung und Strom das empfangene Strom-oder Spannungsprofil. Aus dem Verhältnis von übertragenem zu empfangenem Strom oder Spannung wird der Koppelfaktor ermittelt.
Der Referenzparameter ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Höhe des Objekts über der Lade-/Entladestation. Die Höhe des Objekts über der Lade-/Entladestation kann in dem oben genannten Modell eine Größe eines Luftspaltes zwischen dem Objekt und der Lade-/Entladestation, insbesondere zwischen den Primär- und Sekundärspulen, bestimmen und damit maßgeblich für die Größe der Streuinduktivität sein. Die Bestimmung der Höhe des Objekts über der Lade-/Entladestation kann mithilfe bekannter Sensorik erfolgen, beispielsweise mithilfe von GPS, Indoor-GPS oder auf optische oder akustische Weise, beispielsweise mithilfe von Kameradaten oder Ultraschall.
Gemäß einer Ausführungsform wird beispielsweise anhand einer
Nachschlagetabelle (engl, look-up table) ein lateraler Soll-Versatz, d. h. ein gezielter räumlicher Versatz aus dem Referenzparameter ermittelt. Das Ziel hierbei kann sein, einen relativ gleichbleibenden Koppelfaktor über einen veränderlichen Luftspalt oder über einen veränderlichen Übertragungspartner zu ermöglichen. Dies wird unter Ausnutzung des lateralen Soll-Versatzes zwischen der Primär- und Sekundärspule erreicht, welcher so eingestellt wird, dass sich ein gleichbleibender Koppelfaktor ergibt. Der Zusammenhang zwischen dem Koppelfaktor und dem relativen Versatz kann dabei als funktionaler
Zusammenhang vorliegen und in der Nachschlagetabelle abgelegt sein. Auch der funktionale Zusammenhang der Höhe des Objekts über der Lade- /Entladestation und des lateralen Soll-Versatzes kann in derartigen
Nachschlagetabellen abgelegt sein.
Zusätzlich oder alternativ zu dem lateralen Soll-Versatz wird die Soll-Höhe des Objektes in Bezug zur Ladestation bei vorhandener Aktorik eingestellt. Im Falle eines Fahrzeuges kann es sich dabei beispielsweise um eine vorhandene Luftfederung handeln. Der Zusammenhang zwischen dem Koppelfaktor und der Soll-Höhe kann dabei als funktionaler Zusammenhang vorliegen und in der
Nachschlagetabelle abgelegt sein. Auch der funktionale Zusammenhang der Höhe des Objekts über der Lade-/Entladestation und der Soll-Höhe kann in derartigen Nachschlagetabellen abgelegt sein. Nach Ermittlung des lateralen Soll- Versatz es und/oder der Soll-Höhe aus dem
Referenzparameter wird das Objekt in die Lade-/Entladeposition bezüglich der Lade-/Entladestation überführt, beispielsweise durch Anwendung des lateralen Soll-Versatzes auf die Referenzposition. Hierbei kann beispielsweise auf die Mittel eines Parkassistenten zugegriffen werden. Es kann vorgesehen sein, hiernach das berührungslose Laden oder Entladen zu initiieren.
Alternativ wird, nachdem der laterale Soll-Versatz und/oder die Soll-Höhe des Objekts auf die Referenzposition angewendet wurden, das beschriebene Verfahren erneut angewendet. Für den Fall, dass der ermittelte
Referenzparameter oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt, wird anhand des Referenzparameters ein weiterer lateraler Soll-Versatz und/oder eine weitere Soll-Höhe ermittelt. Das Verfahren kann also iteriert durchgeführt werden. Ein Abbruchkriterium kann sein, dass ein ermittelter Referenzparameter oberhalb oder unterhalb des Schwellwertes liegt, wodurch die Lade-/Entladeposition bezüglich der Lade-/Entladestation definiert wird. Sobald der ermittelte Referenzwert innerhalb der gewünschten Grenzen liegt, wird das berührungslose Laden oder Entladen initiiert.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wobei das
Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Software-Modul, eine Softwareroutine oder eine Software-Subroutine zur Implementierung eines Lade-/Entladesystems mit einem batteriebetriebenen Objekt und einer Lade-/Entladestation handeln. Das Computerprogramm kann auf dem batteriebetriebenen Objekt als auch auf der Lade-/Entladestation oder auf diesen verteilt gespeichert sein, insbesondere auf permanenten oder wiederbeschreibbaren maschinenlesbaren Speichermedien oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher wie einer CD-ROM, DVD, Blu-ray-Disc, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer
Computereinrichtung wie etwa auf einem Server oder einem Cloudserver zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielsweise über ein Datennetzwerk wie das Internet oder über eine Kommunikationsverbindung wie eine Telefonleitung oder eine Drahtlosverbindung. Im Falle eines Elektrofahrzeugs kann das
Computerprogramm auf einem Steuergerät im Fahrzeug gespeichert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System mit einer Lade- /Entladestation, einem batteriebetriebenen Objekt und einem Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, das Objekt in eine
Referenzposition bezüglich der Lade-/Entladestation zu überführen, in der Referenzposition einen Referenzparameter zu ermitteln, anhand des
Referenzparameters einen lateralen Soll-Versatz und/oder eine vertikale Soll- Höhe des Objekts zu der Lade-/Entladestation zu ermitteln, auf Basis des lateralen Soll- Versatz es und/oder der vertikalen Soll-Höhe das Objekt in eine
Lade-/Entladeposition bezüglich der Lade-/Entladestation zu überführen und ein berührungsloses Laden oder Entladen des Objekts über ein magnetisch gekoppeltes Spulenpaar zu initiieren, wobei die Lade-/Entladestation eine Primärspule und das Objekt eine Sekundärspule aufweisen, welche das Spulenpaar bilden. Bevorzugt ist das System zur Durchführung der beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten die im Rahmen der Verfahren beschriebenen Merkmale entsprechend für das System und umgekehrt die im Rahmen des Systems beschriebenen Merkmale entsprechend für die Verfahren.
Das Steuergerät kann dabei der Lade-/Entladestation oder dem
batteriebetriebenen Objekt zugeordnet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sowohl das batteriebetriebene Objekt als auch die Lade-/Entladestation mit
Steuergeräten ausgestattet sind, welche gemeinsam das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das
Steuergerät mit weiteren Fahrassistenzsystemen, insbesondere mit einem Parkassistenten kommunizieren oder auf deren Ressourcen zugreifen kann.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden eine Lade-/Entladestation sowie ein batteriebetriebenes Objekt zur Verwendung in einem derartigen System bereitgestellt. Die Begriffe„Batterie" und„batteriebetrieben" werden in der vorliegenden
Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. akkumulatorbetrieben verwendet. In der Batterie sind die Batteriezellen vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet, um die geforderten Leistungsdaten mit den Batteriezellen bereitstellen zu können.
Prinzipiell ist aber auch jeder andere elektrische Energiespeicher denkbar, beispielsweise Doppelschichtkondensatoren.
Insbesondere kann das batteriebetriebene Objekt ein Kraftfahrzeug sein, wobei dessen Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das
Kraftfahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug ausgestaltet sein und
ausschließlich ein elektrisches Antriebssystem umfassen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug als Plugin- Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das ein elektrisches Antriebssystem und einen Verbrennungsmotor umfasst, wobei der
Energiespeicher extern aufladbar ist. Vorteile der Erfindung
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass das beschriebene Verfahren und das System einen annähernd gleichbleibenden Koppelfaktor über einen veränderlichen Luftspalt und/oder über verschiedene Übertragungspartner ermöglichen. Dies erleichtert die Auslegung der leistungselektronischen Komponenten in der Lade- /Entladestation, sowie des Spulenpaares. Dadurch kann eine Kosten- und/oder Bauraumreduzierung erreicht werden.
Durch Verkleinerung des Wertebereichs für den Koppelfaktor unter Festlegung einer Position des batteriebetriebenen Objekts bezüglich der Lade- /Entladestation bzw. zwischen diesen ergibt sich die Möglichkeit, Kosten und Komplexität des Systems einzusparen. Auf bestimmte Komponenten im System, beispielsweise zusätzliche DC/DC-Wandler kann durch den vorgestellten Ansatz vollständig verzichtet werden, ebenso sind komplexe Regelstrategien, wie z. B. eine beidseitige Regelung, d.h. eine Kombination von aktiver Elektronik auf Primär- und Sekundärseite, nicht zwingend nötig. Der zusätzliche Aufwand der Erfindung ist dabei als klein zu bewerten, da vorhandene Systeme mit induktiver berührungsloser Energieübertragung oftmals bereits mit Positioniereinrichtungen ausgestattet sind.
Darüber hinaus kann der Mindestwirkungsgrad des induktiven Lade- /Entladesystems bei ungünstiger Positionierung des Spulenpaares ohne
Zusatzaufwand gesteigert werden, da eine gezieltere Auslegung auf den kleineren Parameterbereich erfolgen kann. Durch eine Mittelung des
Wirkungsgrades wird erreicht, dass ein Minimum/Maximum-Verhalten des Systems signifikant reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Erfindung auf einen im Prinzip beliebigen Übertrager anwenden lässt, insbesondere was die Topologie der
Leistungselektronik betrifft als auch die Art der eingesetzten Primär- und
Sekundärspulen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein System mit einem batteriebetriebenen Objekt und einer Lade-
/Entladestation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 eine schematische Darstellung von Primär- und
Sekundärschaltkreisen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 eine weitere schematische Darstellung von Primär- und
Sekundärschaltkreisen gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung,
Figur 4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des
Koppelfaktors von Lateralversatz und Höhe,
Figur 5 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des
Lateralversatzes von der Höhe,
Figur 6 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des
Wirkungsgrads und des Koppelfaktors vom Luftspalt,
Figuren 7A-7D Strom- und Spannungsverläufe beim berührungslosen Laden oder Entladen gemäß dem Stand der Technik und mit den Maßnahmen der Erfindung im Vergleich.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen
Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte
Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes System 100 mit einem batteriebetriebenen Objekt 4, beispielsweise ein Elektrofahrzeug, und einer Lade-/Entladestation 2, welche in einer bestimmten räumlichen Position zueinander angeordnet sind. Das batteriebetriebene Objekt 4 wird im Folgenden auch kurz als Objekt 4 bezeichnet. Die räumliche Position zueinander in diesem Beispiel wird durch eine Größe h eines Luftspaltes und durch einen lateralen Versatz beschrieben, welcher in eine erste Richtung mit dx und in eine zweite Richtung mit dy gemessen wird. Die Größe h des Luftspaltes kann einer Höhe des Objekts 4 über der Lade-/Entladestation 2 entsprechen.
Die Lade-/Entladestation 2 weist in dieser Ausführungsform eine planar angeordnete Primärspule 6 auf, welche in einem Boden angeordnet ist. Das Objekt 4 weist eine ebenfalls planar angeordnete Sekundärspule 8 auf, über welche eine Batterie (nicht dargestellt) geladen oder entladen werden kann. Zum optimalen Energieübertrag werden die Primärspule 6 und die Sekundärspule 8 exakt übereinander positioniert. Die Größe h des Luftspaltes kann einer Größe eines Vertikalabstandes der Spulen 6, 8 zueinander entsprechen.
Typischerweise erfolgt die Auslegung der Leistungselektronik 18, 24 in der Lade- /Entladestation 2 und im Objekt 4 auf einen nominalen Arbeitspunkt und für einen bestimmten Koppelfaktor. Der tatsächliche Arbeitspunkt weicht allerdings in der Realität vom nominalen Arbeitspunkt ab, da die Größe h des Luftspaltes abhängig vom Einbauort der Sekundärspule 8 ist und beispielsweise im Fall eines Elektrofahrzeugs auch abhängig von der Beladung des Fahrzeugs ist. Der tatsächliche Arbeitspunkt bzw. tatsächliche Koppelfaktor weicht auch durch den tatsächlichen lateralen Versatz der Spulen 6, 8 zueinander ab. Dies erschwert die Auslegung der leistungselektronischen Komponenten, sowie des
Spulenpaares, und hat zur Folge, dass das Systemverhalten ohne die
erfindungsgemäßen Maßnahmen einen stark bevorzugten Arbeitspunkt besitzt, andere Arbeitspunkte jedoch signifikant benachteiligt werden, beispielsweise im Hinblick auf den Wirkungsgrad. Bei dem erfindungsgemäßen System 100 ist, wie dargestellt, zur Überwindung dieser Nachteile ein Steuergerät 10 vorgesehen, welches einerseits an eine der Spulen 6, 8 und andererseits an Sensoren 11 angeschlossen ist, beispielsweise Ultraschallsensoren.
Das Steuergerät 10 ist eingerichtet, einen oder mehrere Referenzparameter zu ermitteln und anhand des oder der Referenzparameter einen lateralen Soll- Versatz des Objekts 4 zu der Referenzposition bezüglich der Lade- /Entladestation 2 zu ermitteln.
Über die Verbindung des Steuergeräts 10 mit einer der Spulen 6, 8 kann das Steuergerät 10 als einen Referenzparameter beispielsweise einen Koppelfaktor k bestimmen, welcher sich durch die tatsächliche Position des Objekts 4 gegenüber der Lade-/Entladestation 2 einstellt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Steuergerät 10 über die Sensoren 11 als einen weiteren
Referenzparameter die Größe h des Luftspalts bestimmen.
Das Steuergerät 10 ist darüber hinaus dazu eingerichtet, das Objekt 4 auf Basis des ermittelten lateralen Soll- Versatzes in eine Lade-/Entladeposition zu überführen. Dies kann entweder in einem iterativen Prozess oder in einem direkten Prozess erfolgen.
In Figur 1 ist das Steuergerät 10 auf der Seite des Objekts 4 angeordnet.
Selbstverständlich können einige im Rahmen der Erfindung dem Steuergerät 10 zugeschriebene Funktionen auch auf einem weiteren Steuergerät (nicht dargestellt) ablaufen, welches der Lade-/Entladestation 2 zugeordnet ist.
Insbesondere können das Steuergerät 10 des Objekts 4 und das nicht dargestellte weitere Steuergerät der Lade-/Entladestation 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander kommunizieren.
Figur 2 zeigt einen Schaltkreis gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Ein Primärschaltkreis 12 umfasst ein Netz 16, welches eine Strom- oder
Spannungsquelle oder mehrere zusammengeschaltete Strom- oder
Spannungsquellen umfasst, beispielsweise ein öffentliches Stromnetz. Das Netz 16 ist mit einer primärseitigen Leistungselektronik 18 verbunden, welches eine Gleichrichtungselektronik sowie gegebenenfalls Schutz- und
Sicherungsschaltungen umfassen kann. Der Primärschaltkreis 12 umfasst ein primärseitiges Resonanznetzwerk 20, welches an die primärseitige
Leistungselektronik 18 angeschlossen ist. Das primärseitige Resonanznetzwerk 20 ist an die Primärspule 6 angeschlossen, welche die Schnittstelle der Energieübertragung zu dem batteriebetriebenen Objekt 4 darstellt.
Im Rahmen der Erfindung wird das batteriebetriebene Objekt 4 als
sekundärseitig bezeichnet und die Lade-/Entladestation 2 als primärseitig. Dies bezieht sich jedoch eigentlich nur auf den Ladevorgang. Im Entladevorgang sind die Rollen des Objekts 4 und der Lade-/Entladestation 2 vertauscht.
Der Sekundärschaltkreis 14 umfasst die Sekundärspule 8, welche mit der Primärspule 6 ein magnetisch gekoppeltes, d. h. induktiv gekoppeltes
Spulenpaar bildet. An die Sekundärspule 8 ist ein sekundärseitiges
Resonanznetzwerk 22 angeschlossen. An das sekundärseitige
Resonanznetzwerk 22 ist eine sekundärseitige Leistungselektronik 24 angeschlossen, welche eine Gleichrichtungselektronik und gegebenenfalls Schutz- und Sicherungsschaltungen umfasst. An die sekundärseitige
Leistungselektronik 24 ist die Last 26 angeschlossen, insbesondere eine zu ladende oder entladende Batterie des Objekts 4.
Figur 3 zeigt den Primärschaltkreis 12 und den Sekundärschaltkreis 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in detaillierter Ansicht.
Der Primärschaltkreis 12 weist als Netz 16 eine Spannungsquelle auf, die dem System eine Zwischenkreisspannung U0 bereitstellt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Gleichrichter mit einem Leistungsfaktorkorrekturfilter (Power Factor Correction, PFC) handeln.
Die primärseitige Leistungselektronik 18 umfasst hier beispielhaft vier
Richtelemente 28, welche jeweils einen schaltbaren Transistor 30,
typischerweise IGBT oder MOSFET, und eine Diode 32 aufweisen, die antiparallel zueinander geschaltet sind. Die Diode 32 kann entweder separat ausgeführt sein oder mit dem IGBT in ein Gehäuse integriert sein, oder es kann sich auch um eine intrinsische Body-Diode eines MOSFETs handeln. Die Transistoren 30 werden von einer nicht dargestellten Elektronik gesteuert. Von den vier Richtelementen 28 sind jeweils zwei miteinander in Reihe geschaltet. Die beiden Reihenschaltungen der Richtelemente 28 sind zueinander parallel geschaltet, so dass sich insgesamt eine Vollbrückenanordnung ergibt. Jeweils zwischen den beiden in Reihe geschalteten Richtelementen 28 wird die
Spannung dem primärseitigen Resonanznetzwerk 20 zugeführt, welches hier lediglich einen Kondensator 38 in Form eines Serien- Resonanzkondensators umfasst. Das primärseitige Resonanznetzwerk 20 wird an einem Ende von der ersten Reihenschaltung der Richtelemente 28 und an dem zweiten Ende von der zweiten Reihenschaltung der Richtelemente 28 gespeist. Ausgangsseitig des primärseitigen Resonanznetzwerks 20 befindet sich die Primärspule 6.
Auf der Seite des Sekundärschaltkreises 14 schließt sich an die Sekundärspule 8 ein Kondensator 40 des sekundärseitigen Resonanznetzwerks 22 an.
Selbstverständlich sind die Spulen 6, 8 funktionell derart mit den
Resonanznetzwerken 20, 22 verbunden, dass in anderen Sprachregelungen die Spulen 6, 8 als zu den Resonanznetzwerken 20, 22 gehörig gezählt werden können.
Ausgangsseitig des sekundärseitigen Resonanznetzwerks 22 wird der Strom der sekundärseitigen Leistungselektronik 24 zugeführt, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Dioden 34 umfasst, welche im Wesentlichen wie die Richtelemente 28 in der primärseitigen Leistungselektronik 18 miteinander verschaltet sind, so dass ein passiver Brückengleichrichter gebildet wird.
Die sekundärseitige Leistungselektronik 24 umfasst außerdem einen parallel zu den Dioden 34 geschalteten Kondensator 36, dessen Zweck es ist, die
Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom zu glätten. Ausgangsseitig befindet sich als Last 26 die Batterie des batteriebetriebenen Objekts 4, welcher die Spannung Ubat und der Strom lbat bereitgestellt wird. Zwischen einem
Ausgangskondensator und der Batterie können aus Gründen der
elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) weitere Filterelemente wie Drosseln oder weitere Kondensatoren vorgesehen werden. Die sekundärseitige Leistungselektronik 24 erfüllt die Aufgabe der Gleichrichtung des empfangenen Wechselstromsignals des sekundärseitigen
Resonanznetzwerks 22.
Figur 4 zeigt die qualitative Abhängigkeit des Koppelfaktors k von einem
Lateralversatz dx bzw. dy. Dargestellt sind drei Kurven von Koppelfaktoren, welche sich auf eine unterschiedliche Höhe h des Objekts 4 über der Lade- /Entladestation 2 beziehen. Bei der minimalen Höhe hmin ergibt sich ein kleinerer magnetischer Luftspalt und dadurch ein höherer Koppelfaktor k. Bei der maximalen Höhe hmax ergibt sich der geringste Koppelfaktor bei welchem noch eine Übertragung der Nennleistung möglich ist.
Der Koppelfaktor k zeigt ein nicht-lineares Verhalten mit einem monotonen Abfall gegenüber dem größer werdenden lateralen Versatz dx bzw. dy.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der laterale Abstand dx bzw. dy so eingestellt, dass sich auch bei unterschiedlichen Luftspalten ein annähernd gleichbleibender Koppelfaktor einstellt, wie eine Linie 43 zeigt. Anstelle dessen kann auch ein Bereich vorgesehen sein, in welchem sich der Koppelfaktor befinden soll, bevor der Lade-/Entladevorgang initiiert werden kann.
Um zu erreichen, dass der Koppelfaktor k konstant oder zumindest in den angegebenen Bereich fällt, wird das Fahrzeug bei zu geringem Luftspalt aus einer initialen Position versetzt, wobei die initiale Position typischerweise eine
Position ist, in der ein optimaler Energieübertrag stattfindet, bei welcher die Spulen 6, 8 also optimal zueinander ausgerichtet sind. Bei einem großen Luftspalt hingegen wird das Fahrzeug exakt über der Primärspule 6 platziert. Obwohl in diesen beiden Fällen also unterschiedliche Fahrzeuge mit
unterschiedlichen Bodenfreiheiten geladen werden sollen, kann in beiden Fällen ein ähnlicher Koppelfaktor eingestellt werden.
Figur 5 zeigt eine Abhängigkeit eines Soll-Versatzes dx* bzw. dy* von der Größe h des Luftspaltes. Die Kurve zeigt ein nicht-lineares monoton fallendes Verhalten des Soll- Versatzes dx* bzw. dy* von einem minimalen Wert der Größe hmin bis zu einem maximalen Wert der Größe hmax. Das System bestimmt aus der Messung der Größe h beispielsweise anhand eines in der Nachschlagetabelle hinterlegten dargestellten Verhaltens der Abhängigkeit den Soll-Versatz dx* bzw. dy*, welcher auf die aktuelle Position des Objekts 4 angewendet wird.
Figur 6 zeigt den Effekt, den die Anwendung des Soll-Versatzes dx* bzw. dy* auf die aktuelle Position des Objekts 4 hat. In einem oberen Bereich 46 ist die Abhängigkeit eines Wirkungsgrades del_eta von der Größe h des Luftspalts dargestellt und in einem unteren Bereich 48 die Abhängigkeit des Koppelfaktors k von der Größe h des Luftspalts. Der Wirkungsgrad mit Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei als etan dargestellt. Der Wirkungsgrad etan ist im Wesentlichen konstant, während der Wirkungsgrad eta0 ohne
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens abhängig von der Größe h des Luftspalts ist. Ebenso ist der Koppelfaktor kn nach Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen konstant, während der
Koppelfaktor k0 ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine nichtlineare Abhängigkeit von der Größe h des Luftspalts zeigt.
In Figuren 7A bis 7D sind Strom- und Spannungsverläufe in Diagrammen dargestellt, wobei Figuren 7A und 7B ein System 100 ohne Anwendung der
Erfindung zeigen und Figuren 7C und 7D ein System 100 mit Anwendung der Erfindung. Die durchgezogene Linien stellen die Spannung dar und die gepunkteten Linien den Strom. Figuren 7A und 7C stellen das Signal im
Primärschaltkreis 12 dar und Figuren 7B und 7D das Signal im
Sekundärschaltkreis 14. Beide Systeme 100 sind jeweils daraufhin ausgelegt, dass sowohl beim minimalen Luftspalt hmin wie auch beim maximalen Luftspalt hmax die volle Nennleistung übertragen werden kann.
Alle Verläufe sind dabei auf einen maximalen Luftspalt hmax bezogen, bei welchem die Ladung oder Entladung gerade noch funktioniert.
Aus Figuren 7A und 7C ist ersichtlich, dass der Strom beim erfindungsgemäßen System 100 durch die Primärspule 6 deutlich reduziert ist, da die Primärspule 6 mit einer größeren Windungszahl optimal für diesen Arbeitspunkt ausgelegt werden kann. Die primärseitige Leistungselektronik 18 schaltet nahe am Stromnulldurchgang, was zu wesentlich geringeren Verlusten im System 100 führt. Der Wirkungsgrad kann also gesteigert und der Aufwand in der
primärseitigen Leistungselektronik 18 reduziert werden, insbesondere in Bezug auf eingesetzte Halbleiterfläche der Transistoren und den Kühlaufwand.
Wenn das System 100, wie in den Figuren 7A und 7B gezeigt, dagegen auf einen großen Koppelfaktorbereich ausgelegt wird, stellt sich bei dem maximalen Luftspalt hmax ein ungünstiger Arbeitspunkt für die primärseitige
Leistungselektronik 18 und das primärseitige Resonanznetzwerk 20 ein. Der Strom im Inverter ist maximal und führt zu hohen Verlusten in den
Leistungshalbleitern.
Wenn das System 100 dagegen nur auf einen kleinen Koppelfaktorbereich ausgelegt wird, wie in den Figuren 7C und 7D dargestellt, ergibt sich bei maximalem Luftspalt hmax ein günstigerer Arbeitspunkt, selbst wenn der absolute Koppelfaktor in beiden Fällen identisch ist.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum berührungslosen Laden oder Entladen eines
batteriebetriebenen Objekts (4) über ein magnetisch gekoppeltes Spulenpaar, welches eine Primärspule (6) einer Lade-/Entladestation (2) und eine Sekundärspule (8) des Objekts (4) umfasst, wobei in einem ersten Schritt das Objekt (4) in eine Referenzposition bezüglich der Lade-/Entladestation (2) überführt wird, in einem zweiten Schritt in der Referenzposition ein Referenzparameter ermittelt wird, in einem dritten Schritt anhand des Referenzparameters ein lateraler Soll-Versatz und/oder eine vertikale Soll-Höhe des Objekts (4) zu der Lade- /Entladestation (2) ermittelt wird und in einem vierten Schritt auf Basis des lateralen Soll- Versatz es und/oder der vertikalen Soll-Höhe das Objekt (4) in eine Lade-/Entladeposition bezüglich der Lade- /Entladestation (2) überführt wird, in welcher das berührungslose Laden oder Entladen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Referenzparameter ein Koppelfaktor oder eine Gegeninduktivität ist, der bzw. die die Qualität der magnetischen Kopplung des Spulenpaars beschreibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Koppelfaktor oder die Gegeninduktivität mittels einer Strom- und/oder Spannungsmessung bei Beaufschlagung durch ein Referenzsignal gemessen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Referenzparameter eine Höhe des Objekts (4) über der Lade- /Entladestation (2) ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Soll-Versatz und/oder die vertikale Soll-Höhe aus dem Referenzparameter über eine Nachschlagetabelle ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren iterativ durchgeführt wird.
Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung durchgeführt wird.
System (100) mit einer Lade-/Entladestation (2), einem
batteriebetriebenen Objekt (4) und einem Steuergerät (10), wobei das Steuergerät (10) eingerichtet ist, das Objekt (4) in eine Referenzposition bezüglich der Lade-/Entladestation (2) zu überführen, in der
Referenzposition einen Referenzparameter zu ermitteln, anhand des Referenzparameters einen lateralen Soll-Versatz und/oder eine vertikale Soll-Höhe des Objekts zu der Lade-/Entladestation (2) zu ermitteln, auf Basis des lateralen Soll- Versatz es und/oder der vertikalen Soll-Höhe das Objekt (4) in eine Lade-/Entladeposition bezüglich der Lade- /Entladestation (2) zu überführen und ein berührungsloses Laden oder Entladen des Objekts (4) über ein magnetisch gekoppeltes Spulenpaar zu initiieren, wobei die Lade-/Entladestation (2) eine Primärspule (6) und das Objekt (4) eine Sekundärspule (8) aufweisen, welche das
Spulenpaar bilden.
Lade-/Entladestation (2) zur Verwendung in einem System (100) nach Anspruch 8.
Batteriebetriebenes Objekt (4) zur Verwendung in einem System (100) nach Anspruch 8.
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