EP4665601A1 - Vorrichtung für ein induktives ladesystem sowie induktives ladesystem - Google Patents

Vorrichtung für ein induktives ladesystem sowie induktives ladesystem

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EP4665601A1
EP4665601A1 EP24706101.3A EP24706101A EP4665601A1 EP 4665601 A1 EP4665601 A1 EP 4665601A1 EP 24706101 A EP24706101 A EP 24706101A EP 4665601 A1 EP4665601 A1 EP 4665601A1
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EP
European Patent Office
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safety
input
output
charging system
inductive charging
Prior art date
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Pending
Application number
EP24706101.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas Böhler
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Brusa Elektronik AG
Original Assignee
Brusa Elektronik AG
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Filing date
Publication date
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to the technical field of inductive charging.
  • the present invention relates to a device for an inductive charging system and an inductive charging system.
  • a system for inductive energy transfer can be used if charging is to be contactless.
  • an alternating magnetic field in the frequency range of 25...150kHz is generated. It must be noted that outside this frequency band, the limit values for the emission of electromagnetic waves are set by internationally valid standards.
  • a magnetic field is used to transfer energy in principle, it is inherently an electromagnetic wave due to the fact that the magnetic field changes. However, due to the slow changes in field strengths, the electromagnetic wave used for inductive charging has a wavelength of several kilometers.
  • a GPM (Ground Pad Module) or GA (Ground Assembly) with a primary coil is used as a coupling element for the energy transfer on the stationary side and a CPM (Car Pad Module) or CA (Car Assembly) with a secondary coil is used on the vehicle side.
  • GA and CA form a transformer for the coupling and energy transfer.
  • the physical alignment of the coupling elements to one another is measured and set using a positioning signal, e.g. WLAN (Wireless Local Area Network). Different transmission paths and different transmission technologies are used for the energy transfer and the transmission of the positioning signal.
  • a device for an inductive charging system
  • a device comprising an input connection, a storage device for electrical energy, an input safety device, wherein the input safety device is arranged between the input connection and the storage device for electrical energy and wherein the input safety device comprises at least one safety element selected from the group of safety elements consisting of an RCD (Residual Current Device), at least one safety switch and a discharge element.
  • RCD Residual Current Device
  • the storage device can be an element of the inductive charging system that stores electronic energy.
  • Such storage devices can be coils and/or capacitors that are installed in the inductive charging system.
  • the input safety device may be designed in such a way that it dissipates a high charge of the storage device as far as possible within the device, in particular within a housing of the device, so that a protective effect occurs outside the housing.
  • the device further comprises an output terminal and an output safety device, wherein the output safety device is arranged between the output terminal and the storage device for electrical energy and wherein the output safety device comprises at least one safety element selected from the group of safety elements consisting of an RCD, at least one safety switch and a discharge element.
  • protection of an output may be essentially the same as protection of an input.
  • the device comprises an input connection monitoring device and/or an output connection monitoring device, wherein the input connection monitoring device and/or the output connection monitoring device is configured to detect a fault in a connecting element connected to it, for example in a cable.
  • the input connection monitoring device and/or an output connection monitoring device may be designed as safety elements and may be triggered when it is detected that the connection, for example a cable, between individual components and/or devices of the inductive charging system is corrupted and/or torn and the HV (high voltage) lines and/or the high voltage lines are exposed.
  • an electrical connection can be monitored. This can be done by applying a measuring current, a measuring voltage, a measuring impedance and/or a combination of the like.
  • a signal can be modulated onto the HV and/or the LV (low voltage) lines.
  • the LV line can carry a DC voltage that is lower than the DC voltage of the HV line.
  • the monitoring devices can also be constructed as a dedicated line, i.e. essentially as a line laid parallel to the lines and/or cables of the inductive system.
  • Monitoring devices may be designed in such a way that if the electrical connection is interrupted, it can be assumed that the cable has broken and the HV lines are exposed and pose a hazard.
  • the device comprises a cable shield and/or cable jacket, wherein the cable shield and/or cable jacket is connected to at least one of the input terminal and the output terminal.
  • the cable shield and/or cable jacket can protect a cable from physical contact. However, it can also carry a signal that can be used to detect a fault.
  • the cable shield can be used for cable insulation monitoring by injecting a current into the cable shield.
  • the at least one safety switch is used to disconnect the storage device for electrical energy from the input terminal and/or from the output terminal.
  • the at least one safety switch is configured to connect the input terminal and/or the output terminal to the discharge element.
  • the at least one safety switch is configured to connect a current limiting element between the input terminal and the storage device for electrical energy, between the output terminal and the storage device for electrical energy and/or between the input terminal and the output terminal.
  • the current limiting element may ensure that a high current flow is limited in the event of a fault.
  • the device is a ground assembly and/or a car assembly of an inductive charging system.
  • an inductive charging system may be able to be protected in different places.
  • At least one of the input terminal and the output terminal is arranged for magnetic coupling.
  • one component may establish the magnetic coupling between the ground assembly and the car assembly.
  • an inductive charging system is described comprising at least one of the devices according to the invention.
  • An inductive charging system may have a chain of devices that can be connected by means of cables. In order to protect against dangers posed by these connections of the devices, the use of the invention according to the invention may help.
  • Fig. 1 shows an inductive charging system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a device protection for a better understanding of the present invention.
  • Fig. 3 shows a device protection for devices with small and large energy storage devices for a better understanding of the present invention.
  • Fig. 4 shows a block diagram of an inductive charging system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 shows a block diagram of a GA with protection devices according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 to Fig. 9 show various configurations for input and/or output security devices according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 shows a circuit diagram of a motor control according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 11 shows another circuit diagram of a motor control according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 12 shows a circuit diagram of a protection device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows an inductive charging system 100 or system 100 for energy transmission according to an exemplary embodiment of the present invention. This shows a side view of a system for contactless charging of an electric vehicle. Below a vehicle chassis 102 there is a car assembly (CA)
  • CA car assembly
  • CPA 104 which serves to supply the vehicle 102 with power.
  • a magnetic field is used to transmit the energy, which inductively collects the energy from a Ground Assembly (GA) 105 or GPM arranged on a floor 103.
  • GA Ground Assembly
  • the energy required for charging is taken from the main connection 107, which can be either alternating current (AC) or direct current (DC).
  • a separate connection 101 is used for communication between CPM 104 and GPM 105, which can use a radio protocol such as WLAN (Wireless LAN) or NFC, for example.
  • This connection can be used as a feedback channel 101 or as a communication channel 101 via which CA 104 and GA 105 can exchange information.
  • Both the magnetic field for energy transmission 106 and the radio signal 101 are electromagnetic waves, but they have different frequencies.
  • a system for inductive energy transfer is considered, which can be used for contactless charging of an electric vehicle.
  • an alternating magnetic field 106 is generated in the frequency range of, for example, 25...150kHz. It must be noted that outside this frequency band, the limit values for the emission of electromagnetic waves are set by internationally valid standards. In order to comply with these limit values, it is necessary It is crucial that the magnetic alternating test 06 operates with the fundamental oscillation in the range 25...150kHz and contains only very low harmonics.
  • Fig. 2 shows a device protection for a better understanding of the present invention.
  • a device 201 with a storage device 202 for electrical energy is connected to the main connection 107 via three phases 204.
  • a fault has occurred inside the device 201, which is diverted via the fault connection 203.
  • the protection mechanisms summarize various categories, for example electrical isolation, electrical shielding or earth connection, an RCD (residual current device), a surge protector and/or a discharge mechanism. These are based on the concept that a device is essentially isolated. So, if a fault occurs, either a housing and/or chassis 201 is electrically isolated, has sufficient distance from live parts and/or is connected to the protective earth 501 to bring a current back to the main connection 107 and/or grid 107, for example via fault connection 203, and thereby trigger a surge protector.
  • RCD residual current device
  • Fig. 3 shows a device protection for devices with small and large energy storage devices for a better understanding of the present invention.
  • active components in a plug that can be touched are to be discharged within a predefined time.
  • a diode 301 and/or another separation element 301 is used to separate large internal energy storage devices 202 from small energy storage devices 302 that are directly connected to the active connector, for example EMC filters 302.
  • RCDs can detect a current flowing to earth 501 and open the connection between main terminal 107, grid 107 and/or mains 107, thereby, the main voltage is disconnected from the device.
  • the surge protector does not directly protect the person against electric shock, but prevents a short-circuit current from developing into a source of danger, such as the risk of fire and explosion.
  • Fig. 4 shows a block diagram of an inductive charging system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the GA 105 is connected to a CA 105 via the magnetic field 106.
  • the CA 104 has the protection devices 400d, 400e, which are connected to the vehicle battery 403.
  • the protective devices are connected to cables 401 a, 401 b, 401 c on the GA side and to cables 401 d, 401 e on the CA side.
  • the phases 402, which make up the current-carrying parts, are guided in the cables 401 a, 401 b, 401 c, 401 d, 401 e.
  • an inductive charging system 100 not only must protection be guaranteed against the risk of fire and explosion. It must also be taken into account that the GA 105 in particular, with its active components, is located in a parking lot and is connected to the main connection 107. The GA 105 is exposed to very harsh conditions. It must even be taken into account that a snow plow could hit it.
  • the ground assembly 105 may include a plurality of components 202a, 202b, 202c, 202d, 202e with energy storage devices and may include one, two, three or more boxes.
  • the energy storage devices may also include parasitic energy storage devices.
  • the inductive charging system 100 has a safety concept adapted to the area of application, which takes into account that the inductive charging system 100 is exposed to harsh conditions and is located in a publicly accessible area. In addition to the harsh environment in which the inductive charging system 100 is used, it must be taken into account that the connections between the modules 400a, 400b, 400c, 400d, 400e carry a direct current or DC voltage. This results in a high Danger and major problems arise when it comes to interrupting short-circuit currents.
  • Fig. 5 shows a block diagram of a GA 105 with protection devices 400a, 400b according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a protective device 400a, 400b for an inductive charging system 100 has an input connection 504a, a storage device 202a, 202b for electrical energy and an input safety device 502a, 502c, 503b.
  • the input safety device 502a, 502c, 503b is arranged between the input connection 504a and the storage device 202a, 202b for electrical energy and the input safety device 502a, 502c, 503b has at least one safety element selected from the group of safety elements consisting of an RCD (residual current device), at least one safety switch and a discharge element.
  • RCD residual current device
  • a safety element can also be designed as a shield for the cable and/or have a switch to open contacts, an element for rapid discharge and an element that is implemented according to the principle of an "Enforced Standard Safety Element".
  • inrush current limiting element at the mains input of a device.
  • the element contains a resistor or similar element to limit the current and a relay that shorts the current limit during use of the device.
  • no physical separation is provided between the mains and the device. The reason for this is that the residual current device in the infrastructure interrupts the current flow in case of an insulation break.
  • an inductive charging system with several boxes and an input relay which can be a forced current surge relay, the current coming from the mains can be limited in case of an insulation fault detected between the boxes.
  • the idea is to use the pre-charging relay which is there to limit the input currents. and use it to safely interrupt the hazard in the corresponding current path.
  • the safety devices may also include mechanisms for checking for cable breaks.
  • the protective devices 400a, 400b further comprise an output connection 504b, in particular a magnetic coupling device, and an output safety device, wherein the output safety device 502b, 503a is arranged between the output connection 504b and the storage device 202a for electrical energy and wherein the output safety device comprises at least one safety element selected from the group of safety elements consisting of an RCD, at least one safety switch and a discharge element.
  • specific safety elements for example input safety devices 502a, 502c, 503b, and output safety devices 502b, 503a, are provided at the inputs 504a and outputs 504b of an inductive charging system in order to protect the connections between the individual protective devices 400a, 400b and/or components of the inductive system 100.
  • connections between the individual protective devices 400a, 400b are often cables 401 a, 401 b, which often do not even have a housing for protection against the harsh environment.
  • the grounding 501 is also located between the main connection 107 and the first module 400a.
  • Fig. 6 to Fig. 9 show various configurations for input and/or output security devices 502a, 502b, 502c according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the input and/or output safety devices 502a, 502b, 502c may be implemented as switches that disconnect the storage device 202a, 202b, 202c, 202d, 202e from external cables 401a, 400b, 400c, 400d, 400e, as shown in Fig. 6.
  • the input and/or output safety devices 502a, 502b, 502c can be designed as switches which form a network with a high discharge time, which are, for example, set up to convert the electrical energy into thermal energy and thus use up the electrical energy within the housing.
  • Fig. 7 shows an example of converting the energy by connecting a resistor in parallel with a capacitor.
  • a further safety device may provide that after one of the input and/or output safety devices 502a, 502b, 502c has triggered and when an electrical-heat conversion has been carried out, it is waited until the discharge element, for example a resistor, has cooled down again before it can be switched on again.
  • the discharge element for example a resistor
  • the switch of an input and/or output safety device 502a, 502b, 502c can be implemented as a relay.
  • the relay can be implemented as an open-closed switch or as a changeover switch.
  • an RCD functionality 404, 503a, 503b can be provided.
  • the RCD functionality 404, 503a, 503b can be located within the inductive charging system between the output safety device 502b and output connection 504b, but also between input connection 504a and input safety device 502c.
  • the RCD functionality 503a, 503b can thus be provided as a connecting link between two modules 400a, 400b, 400c, 400d, 400e, but can also be used to connect to the primary RCD in the main connection 107.
  • the shielding of a cable can also be used as input safety device 502a, 502c and/or output safety device 502b.
  • the shielding offers good EMC (electromagnetic compatibility) or EMC protection and contributes to safety by allowing an earth current if the damaged cable is short. This short current can be detected by an RCD.
  • a test current can be impressed into the shield to determine whether the shield is sufficiently insulated. This current measurement can be used as an additional level of safety by detecting broken cables.
  • a shielding test current is impressed into the shielding of the cable 401 b.
  • the current flow in the shielding of the cable can be used to detect whether there is a fault in the connection and/or in a connecting element, in particular in the cable 401a, 401b, 401c, 401d, 401e.
  • the safety elements should be triggered if it is detected that the connection and/or the cable 401a, 401b, 401c, 401d, 401e between the devices is corrupted and/or torn and the HV lines 402 are exposed.
  • an electrical connection can be monitored. This can be done by applying a measuring current, a measuring voltage, a measuring impedance or a combination of the like.
  • the signal for example a current in the shield, can be modulated onto the HV or LV lines or flow in a dedicated line. If the electrical connection is interrupted, it can be assumed that the cable is broken and the HV lines are exposed.
  • a method may be provided which detects the interruption of the current flow and triggers the input safety device 502a, 502c and/or the output safety device 502b.
  • an inrush current limiting element is provided at the input of the circuit.
  • Such an element comprises a resistor or a similar element which It also has a relay that short-circuits the current limit while the device is in use.
  • the RCD 404 is intended to interrupt the flow of power if there is a break in the insulation.
  • Fig. 10 shows a circuit diagram of a motor controller 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a circuit it may be provided that only a small precharge relay or a pre-charging relay 1001 is connected in parallel with a precharge resistor or pre-charging resistor 1002. This parallel connection may be connected in series with the PFC (Power Factor Correction) diodes 1003.
  • PFC Power Factor Correction
  • pre-charge relay 1001 and pre-charge resistor 1002 can be provided in both an input circuit and an output circuit.
  • Fig. 11 shows another circuit diagram of a motor controller 1100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a main relay 1102a, 1102b is provided in the input connection and the output connection.
  • the main relay 1102a which is provided in the input circuit, is bridged by a series circuit of pre-charging relay 1103 and pre-charging resistor 1104. This is followed by a parallel circuit of a filter capacitor 1105, the motor control unit 1106 and an output connection for connecting a load 1107.
  • Fig. 12 shows a circuit diagram 1200 of a protection device 400a, 400b, 400c, 400d, 400e according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a current consumption relay 1103 is connected to the input connection 504a as Safety device ,502a, 502b, 502c is provided.
  • the current consumption relay 1103 is designed as a pre-charging relay 1103 and is arranged in series with the pre-charging resistor 1104.
  • the main relay 1102a, 1102b is provided in both the input branch and the output branch of the input connection.
  • the main relay 1102a in the input branch can be bridged by means of the series connection.
  • the relay 1103 in the input terminal 504a can be used to interrupt the current from the main terminal 107, for example if an insulation fault is detected.
  • the pre-charge relay 1103 and the pre-charge resistor 1104 can be used not only when switching on but also when detecting a fault.
  • This use as a protective element may be controlled by the input safety device 502a, 502c and/or the output safety device 502b.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) für ein induktives Ladesystem (100) beschrieben, aufweisend einen Eingangs-Anschluss (504a), eine Speichereinrichtung für elektrische Energie (202a, 202b, 202c, 202d, 202e) und eine Eingangs-Sicherheitseinrichtung (502a, 502c), wobei die Eingangs-Sicherheitseinrichtung (502a, 502c) zwischen dem Eingangs- Anschluss (504a) und der Speichereinrichtung (202a, 202b, 202c, 202d, 202e) für elektrische Energie angeordnet ist, wobei die Eingangs-Sicherheitseinrichtung (502a, 502c) zumindest ein Sicherheits-Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe von Sicherheits-Elementen, bestehend aus einem RCD (404), zumindest einem Sicherheitsschalter (1103) und einem Entladeelement (1104).

Description

Vorrichtung für ein induktives Ladesystem sowie induktives Ladesystem
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet des induktiven Ladens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für ein induktives Ladesystem und ein induktives Ladesystem.
Hintergrund der Erfindung
Zum elektrischen Laden eines reinen Elektrofahrzeugs (EV, Electric Vehicle) oder eines Hybridfahrzeugs (PHEV, Plug-in Hybrid-Electric Vehicle), welches mit einer Kombination aus Treibstoff und elektrischer Energie betrieben wird, kann ein System für die induktive Energieübertragung genutzt werden, wenn das Laden kontaktlos erfolgen soll. In einem solchen System wird ein magnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 25...150kHz erzeugt. Dabei muss beachtet werden, dass außerhalb dieses Frequenzbandes die Grenzwerte für die Emission elektromagnetischer Wellen durch international gültige Normen festgelegt sind. Denn obwohl prinzipiell ein Magnetfeld zur Energieübertragung genutzt wird, handelt es sich jedoch aufgrund der Tatsache, dass sich das Magnetfeld ändert inhärent um eine elektromagnetische Welle. Wegen der langsamen Veränderungen der Feldstärken weist die beim induktiven Laden genutzte elektromagnetische Welle allerdings eine Wellenlänge von mehreren Kilometern auf.
Um diese Grenzwerte für die Emission einzuhalten ist darauf zu achten, dass das zur Energieübertragung genutzte magnetische Wechselfeld mit einer Grundschwingung im Bereich 25...150kHz arbeitet-und nur sehr geringe Oberwellen enthält. Daher kommen Filter zum Einsatz, die störende Oberwellen möglichst entfernen. Außerdem muss, um die international gültigen Normen und Richtlinien einzuhalten, dafür gesorgt werden, dass eine Energieübertragung nur dann erfolgt, wenn eine bestimmte Qualität der Kopplung zueinander erreicht ist, indem eine bestimmte Ausrichtung der Koppelelemente zueinander eingestellt wird, beispielsweise durch ein Positionierungssystem wie beispielsweise in der Druckschrift EP 3 103 674 A1 beschrieben ist. Als Koppelelement für die Energieübertragung wird auf der stationären Seite eine GPM (Ground Pad Module) oder GA (Ground Assembly) mit einer Primärspule und fahrzeugseitig ein CPM (Car Pad Module) oder CA (Car Assembly) mit einer Sekundärspule genutzt. GA und CA bilden für die Koppelung und Energieübertragung einen Transformator. Die physikalische Ausrichtung der Koppelelemente zueinander wird über ein Positioniersignal z.B. WLAN (Wireless Local Area Network) gemessen und eingestellt. Für die Energieübertragung und die Übertragung des Positionierungssignals kommen unterschiedliche Übertragungsstrecken und unterschiedliche Übertragungstechniken zum Einsatz.
Da insbesondere die GA auf öffentlichem Grund installiert wird und eine DC (Direct Current) Gleichspannung anliegt bedarf es einen Schutz vorzusehen.
Es mag als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein effektives Schützen bei Fehlern eines induktiven Ladesystems zu ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend wird eine Vorrichtung für ein induktives Ladesystem und ein induktives Ladesystem angegeben.
Der Gegenstand der Erfindung wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche angegeben. Ausführungsbeispiele und weitere Aspekte der Erfindung werden von den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung, insbesondere Schutzvorrichtung, für ein induktives Ladesystem angegeben, aufweisend einen Eingangs-Anschluss, eine Speichereinrichtung für elektrische Energie, eine Eingangs- Sicherheitseinrichtung, wobei die Eingangs-Sicherheitseinrichtung zwischen dem Eingangs-Anschluss und der Speichereinrichtung für elektrische Energie angeordnet ist und wobei die Eingangs-Sicherheitseinrichtung zumindest ein Sicherheits-Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe von Sicherheits-Elementen, bestehend aus einem RCD (Residual Current Device), zumindest einem Sicherheitsschalter und einem Entladeelement.
Hierbei kann die Speichereinrichtung ein Element des induktiven Ladesystems sein, welches eine elektronische Energie speichert. Solche Speichereinrichtungen können Spulen und/oder Kapazitäten sein, welche in dem induktiven Ladesystem verbaut sind.
Die Eingangs-Sicherheitseinrichtung mag so ausgestaltet sein, dass sie eine hohe Ladung der Speichereinrichtung möglichst innerhalb der Vorrichtung, insbesondere innerhalb eines Gehäuses der Vorrichtung, abführt, so dass nach außerhalb des Gehäuses eine Schutzwirkung auftritt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung weiter einen Ausgangs-Anschluss und eine Ausgangs-Sicherheitseinrichtung auf, wobei die Ausgangs-Sicherheitseinrichtung zwischen dem Ausgangs-Anschluss und der Speichereinrichtung für elektrische Energie angeordnet ist und wobei die Ausgangs- Sicherheitseinrichtung zumindest ein Sicherheits-Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe von Sicherheits-Elementen, bestehend aus einem RCD, zumindest einem Sicherheitsschalter und einem Entladeelement.
In anderen Worten mag ein Schutz eines Ausgangs im Wesentlichen gleich wie der Schutz des Eingangs aufgebaut sein.
Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine Eingangs-Anschluss-Überwachungsvorrichtung und/oder eine Ausgangs-Anschluss- Überwachungsvorrichtung auf, wobei die Eingangs-Anschluss-Überwachungsvorrichtung und/oder die Ausgangs-Anschluss-Überwachungsvorrichtung so eingerichtet ist, dass sie einen Fehler an einem an ihr angeschlossenem Verbindungselement erkennt, beispielsweise an einem Kabel.
Die Eingangs-Anschluss-Überwachungsvorrichtung und/oder eine Ausgangs-Anschluss- Überwachungsvorrichtung können als Sicherheitselemente ausgebildet sein und mögen ausgelöst werden, wenn detektiert wird, dass die Verbindung, beispielsweise ein Kabel, zwischen einzelnen Komponenten und/oder Devicen des induktiven Ladesystems korrumpiert und/oder gerissen ist und die HV (High Voltage) Leitungen und/oder die Hochspannungsleitungen offen liegen. Um dies detektieren zu können kann eine elektrische Verbindung überwacht werden. Dies mag durch das Aufprägen eines Messstromes, einer Messspannung, einer Messimpedanz und/oder einer Kombination dergleichen erfolgen. Zur Überwachung mag ein Signal auf die HV und/oder die LV (Low Voltage) Leitungen moduliert werden. Die LV Leitung mag eine Gleichspannung führen, die geringer als die Gleichspannung der HV Leitung ist.
Die Überwachungsvorrichtungen können auch als dezidierte Leitung aufgebaut werden, also im Wesentlichen als eine parallel zu den Leitungen und/oder Kabeln des induktiven Systems verlegte Leitung.
Überwachungsvorrichtungen mögen so ausgebildet sein, dass wenn die elektrische Verbindung unterbrochen wird, davon ausgegangen werden kann, dass das Kabel gerissen ist und die HV Leitungen offen liegen und eine Gefahr darstellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine Kabelabschirmung und/oder Kabelummantelung auf, wobei die Kabelabschirmung und/oder Kabelummantelung mit zumindest einem von dem Eingangs-Anschluss und dem Ausgangs-Anschluss verbunden ist.
Die Kabelabschirmung und/oder Kabelummantelung kann einerseits ein Kabel vor einem physikalischen Kontakt schützen. Sie kann aber auch ein Signal tragen, welches zur Entdeckung eines Fehlers genutzt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Kabelabschirmung zu einer Kabel-Isolierungs-Überwachung genutzt werden, indem ein Strom in die Kabelabschirmung eingeprägt wird.
Sollte der Stromfluss nicht mehr detektierbar sein, kann davon ausgegangen werden, dass eine Störung vorliegt. Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der zumindest eine Sicherheitsschalter genutzt , um die Speichereinrichtung für elektrische Energie von dem Eingangs-Anschluss und/oder von dem Ausgangs-Anschluss zu trennen.
So mag bei einer Fehlererkennung verhindert werden, dass zu lange eine gefährliche Spannung an einem defekten Kabel anliegt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der zumindest eine Sicherheitsschalter eingerichtet, den Eingangs-Anschluss und/oder den Ausgangs- Anschluss mit dem Entladeelement zu verbinden.
Auch so mag schnell eine gefährliche Spannung abgeführt werden.
Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der zumindest eine Sicherheitsschalter eingerichtet, ein Strombegrenzungselement zwischen den Eingangs- Anschluss und der Speichereinrichtung für elektrische Energie, zwischen den Ausgangs- Anschluss und der Speichereinrichtung für elektrische Energie und/oder zwischen den Eingangs-Anschluss und den Ausgangs-Anschluss zu verbinden.
Das Strombegrenzungselement mag dafür sorgen, einen hohen Stromfluss bei einer Störung zu begrenzen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung eine Ground Assembly und/oder eine Car Assembly eines induktiven Ladesystems.
So mag sich ein induktives Ladesystem an unterschiedlichen Stellen schützen lassen.
Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zumindest einer von dem Eingangs-Anschluss und dem Ausgangs-Anschluss für eine magnetische Kopplung eingerichtet.
In einem induktiven Ladesystem mag eine Komponente die magnetische Kopplung zwischen Ground Assembly und Car Assembly herstellen. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein induktives Ladesystem beschrieben aufweisend zumindest eine der erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
Ein induktives Ladesystem mag eine Kette von Geräten aufweisen, die mittels Leitungen verbunden sein können. Um vor Gefahren zu schützen, die von diesen Verbindungen der Geräte ausgehen, mag die Verwendung der erfindungsgemäßen Erfindung helfen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein induktives Ladesystem gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Geräteschutz zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen Geräteschutz für Geräte mit kleinen und großen Energiespeichern zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines induktiven Ladesystems gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer GA mit Schutzvorrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 bis Fig. 9 zeigen verschiedene Ausgestaltungen für Eingangs- und/oder Ausgangs- Sicherheitseinrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 zeigt ein Schaltbild einer Motoransteuerung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 11 zeigt ein weiteres Schaltbild einer Motoransteuerung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 zeigt ein Schaltbild einer Schutzvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In der folgenden Beschreibung der Fig. 1 bis Fig. 12 werden die gleichen Bezugsziffern für gleiche oder sich entsprechende Elemente verwendet.
Fig. 1 zeigt ein induktives Ladesystem 100 oder System 100 zur Energieübertragung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist eine Seitenansicht für ein System zum kontaktlosen Laden eines Elektrofahrzeugs dargestellt. Unterhalb eines Fahrzeugchassis 102 befindet sich ein Car Assembly (CA)
104 oder CPA 104, welches dazu dient, das Fahrzeug 102 mit Strom zu versorgen. Für die Übertragung der Energie wird ein Magnetfeld genutzt, welches induktiv die Energie von einem an einem Boden 103 angeordnetem Ground Assembly (GA) 105 oder GPM
105 bereitgestellt wird. Die für das Laden notwendige Energie wird dem Hauptanschluss 107 entnommen, der sowohl Wechselstrom (AC) als auch Gleichstrom (DC) sein kann. Zur Kommunikation zwischen CPM 104 und GPM 105 wird eine separate Verbindung 101 genutzt, welche beispielsweise ein Funkprotokoll wie WLAN (Wireless LAN) oder NFC nutzen kann. Diese Verbindung kann als Feedback-Kanal 101 genutzt werden oder als Kommunikationskanal 101 , über das CA 104 und GA 105 Informationen austauschen können. Sowohl das Magnetfeld zur Energieübertragung 106 als auch das Funksignal 101 sind elektromagnetische Wellen, die jedoch unterschiedliche Frequenzen aufweisen.
Betrachtet wird ein System für die induktive Energieübertragung, welches zum kontaktlosen Laden eines Elektrofahrzeugs genutzt werden kann. In einem solchen System wird ein magnetisches Wechselfeld 106 im Frequenzbereich von beispielsweise 25...150kHz erzeugt. Dabei muss beachtet werden, dass außerhalb dieses Frequenzbandes die Grenzwerte für die Emission elektromagnetischer Wellen durch international gültige Normen festgelegt sind. Um diese Grenzwerte einzuhalten ist es entscheidend, dass das magnetische Wechseltest 06 mit der Grundschwingung im Bereich 25...150kHz arbeitet und nur sehr geringe Oberwellen enthält.
Fig. 2 zeigt einen Geräteschutz zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Ein Gerät 201 mit einer Speichereinrichtung 202 für elektrische Energie ist über drei Phasen 204 mit dem Hauptanschluss 107 verbunden. Im Inneren des Gerätes 201 ist eine Störung aufgetreten, die über die Störungsverbindung 203 abgeleitet wir.
Viele Leistungsgeräte oder Hochspannungsgeräte werden durch das gleiche Hochspannungsschutzkonzept geschützt. Hierbei fassen die Schutzmechanismen verschiedene Kategorien zusammen, beispielsweise die elektrische Isolierung, elektrische Abschirmung oder Erd-Verbindung, einen RCD (Residual Current Device), einen Überspannungsschutz und/oder einen Entlademechanismus. Diesen liegt das Konzept zugrunde, dass ein Gerät im Wesentlichen isoliert wird. Falls also eine Störung entsteht, wird entweder ein Gehäuse und/oder Chassis 201 elektrisch isoliert, weist ausreichend Abstand zu aktiven Teilen auf und/oder wird mit der Schutz-Erde 501 verbunden, um einen Strom zurück zum Hauptanschluss 107 und/oder Grid 107 zu bringen, beispielsweise über Störungsverbindung 203, und dadurch einen Überspannungsschutz auszulösen.
Fig. 3 zeigt einen Geräteschutz für Geräte mit kleinen und großen Energiespeichern zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Um keine Personen zu gefährden oder gar zu verletzen, wenn sie einen Strecker aussteckt oder der Stecker berührt wird, mag vorgesehen sein, dass aktive Bauteile in einem Stecker, welcher berührt werden kann, in einer vorgebbaren Zeit zu entladen sind.
Um die Energie, welche ggf. entladen werden muss, zu reduzieren, wird eine Diode 301 und/oder ein anderes Separierungselement 301 eingesetzt, um große interne Energiespeicher 202 von kleinen Energiespeichern 302 zu separieren, welche mit dem aktiven Stecker direkt verbunden sind, beispielsweise EMC Filter 302.
RCDs können beispielsweise einen Strom erkennen, der zu Erde 501 fließt, und die Verbindung zwischen Hauptanschluss 107, Grid 107 und/oder Mains 107 öffnen, wodurch, die Hauptspannung vom Gerät getrennt wird. Hierbei schützt der Überspannungsschutz nicht direkt die Person gegen einen elektrischen Stromschlag, aber beendet, dass sich ein Kurzschlussstrom zu einer Gefahrenquelle entwickeln kann, von der eine Gefahr ausgeht, wie die Gefahr von Feuer und einer Explosion.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines induktiven Ladesystems 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Hier sind ausgehend von der Haupt-Spannungsversorgung 107 mit dem RCD 404 mehrere Schutzvorrichtungen 400a, 400b, 400c einer GA verbunden. Die GA 105 ist mit einer CA 105 über das Magnetfeld 106 verbunden. Die CA 104 weist die Schutzvorrichtungen 400d, 400e auf, welche mit der Fahrzeugbatterie 403 verbunden sind.
Die Schutzvorrichtungen sind mit Kabeln 401 a, 401 b, 401 c auf der GA Seite und mit Kabeln 401 d, 401 e auf der CA Seite verbunden. In den Kabeln 401 a, 401b, 401c, 401 d, 401 e sind die Phasen 402 geführt, welche die stromführenden Teile ausmachen.
Bei einem induktiven Ladesystem 100 muss nicht nur ein Schutz gegen Gefahr von Feuer und einer Explosion gewährleistet werden. Es muss vielmehr berücksichtigt werden, dass insbesondere die GA 105 mit ihren aktiven Komponenten auf einem Parkplatz liegt und in Verbindung mit dem Hauptanschluss 107 steht. Die GA 105 ist sehr rauen Bedingungen ausgesetzt. Dabei muss sogar einberechnet werden, dass ein Schneepflug daran stößt.
Die Ground Assembly 105 mag eine Vielzahl von Komponenten 202a, 202b, 202c, 202d, 202e mit Speichereinrichtungen für Energie aufweisen und kann ein, zwei, drei oder auch mehr Boxen aufweisen. Die Energiespeicher mögen auch parasitäre Energiespeicher aufweisen.
Das induktive Ladesystem 100 weist ein auf das Einsatzgebiet angepasstes Sicherheitskonzept auf, welches berücksichtigt, dass das induktive Ladesystem 100 harten Bedingungen ausgesetzt ist und auf einem öffentlich zugänglichen Raum liegt. Neben der rauen Umgebung, in der das induktive Ladesystem 100 eingesetzt wird, ist zu berücksichtigen, dass die Verbindungen zwischen den Modulen 400a, 400b, 400c, 400d, 400e eine Gleichspannung oder DC-Spannung trägt. Dadurch ergibt sich eine hohe Gefahr und es ergeben sich große Problemen, wenn es darum geht Kurzschluss-Ströme zu unterbrechen.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer GA 105 mit Schutzvorrichtungen 400a, 400b gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Schutzvorrichtungen 400a, 400b sind im Wesentlichen gleich aufgebaut. Eine Schutzvorrichtung 400a, 400b für ein induktives Ladesystem 100 weist einen Eingangs- Anschluss 504a, eine Speichereinrichtung 202a, 202b für elektrische Energie und eine Eingangs-Sicherheitseinrichtung 502a, 502c, 503b auf. Die Eingangs- Sicherheitseinrichtung 502a, 502c, 503b ist zwischen dem Eingangs-Anschluss 504a und der Speichereinrichtung 202a, 202b für elektrische Energie angeordnet und die Eingangs- Sicherheitseinrichtung 502a, 502c, 503b weist zumindest ein Sicherheits-Element auf, ausgewählt aus der Gruppe von Sicherheits-Elementen, bestehend aus einem RCD (Residual Current Device), zumindest einem Sicherheitsschalter und einem Entladeelement.
Außerdem können eine Vielzahl von RCDs genutzt werden. Ein Sicherheitselement kann auch als Abschirmung des Kabels ausgebildet sein, und/oder einen Schalter, um Kontakte zu öffnen, ein Element zum schnellen Entladen und ein Element aufweisen, welches nach dem Prinzip eines „Enforced Standard Safety Elements“ realisiert ist.
Häufig befindet sich am Netzeingang eines Geräts ein Einschaltstrombegrenzungselement. Das Element enthält einen Widerstand oder ein ähnliches Element zur Begrenzung des Stroms und ein Relais, das die Strombegrenzung während der Nutzung des Geräts kurzschließt. In der konventionellen Leistungselektronik ist keine physische Trennung zwischen Netz und Gerät vorgesehen. Der Grund dafür ist, dass der FI-Schutzschalter in der Infrastruktur den Stromfluss im Falle eines Isolationsbruchs unterbricht. Konventionell gibt es typischerweise nur das kleine Laderelais parallel zu Vorladewiderständen in Reihe zu PFC-Dioden. Bei einem induktiven Ladesystem mit mehreren Boxen und einem Eingangsrelais, das ein erzwungenes Stromstoßrelais sein kann, kann der vom Netz kommende Strom im Falle eines zwischen den Boxen festgestellten Isolationsfehlers begrenzt werden. Die Idee ist es, das Vorladerelais welche zur Begrenzung der Eingangsströme vorhanden ist, zu verstärken und zur sicheren Unterbrechung der Gefährdung des entsprechenden Strompfads zu nutzen.
Die Sicherheitseinrichtungen können auch Mechanismen zum Überprüfen von Kabelbrüchen aufweisen.
Die Schutzvorrichtungen 400a, 400b weisen weiter einen Ausgangs-Anschluss 504b, insbesondere eine magnetische Koppeleinrichtung, und eine Ausgangs- Sicherheitseinrichtung auf, wobei die Ausgangs-Sicherheitseinrichtung 502b, 503a zwischen dem Ausgangs-Anschluss 504b und der Speichereinrichtung 202a für elektrische Energie angeordnet ist und wobei die Ausgangs-Sicherheitseinrichtung zumindest ein Sicherheits-Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe von Sicherheits- Elementen, bestehend aus einem RCD, zumindest einem Sicherheitsschalter und einem Entladeelement.
Es werden somit spezifische Sicherheitselemente, beispielsweise Eingangs- Sicherheitseinrichtung 502a, 502c, 503b, und Ausgangs-Sicherheitseinrichtung 502b, 503a, an den Eingängen 504a und Ausgängen 504b eines induktiven Ladesystems vorgesehen, um die Verbindungen zwischen den einzelnen Schutzvorrichtungen 400a, 400b und/oder Komponenten des induktiven Systems 100 zu schützen.
Die Verbindungen zwischen den einzelnen Schutzvorrichtungen 400a, 400b sind oft Kabel 401 a, 401 b, welche oftmals nicht einmal ein Gehäuse zum Schutz gegen die raue Umgebung aufweisen.
Zwischen dem Hauptanschluss 107 und dem ersten Modul 400a liegt auch die Erdung 501.
Fig. 6 bis Fig. 9 zeigen verschiedene Ausgestaltungen für Eingangs- und/oder Ausgangs- Sicherheitseinrichtungen 502a, 502b, 502c gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Eingangs- und/oder Ausgangs-Sicherheitseinrichtungen 502a, 502b, 502c können als Schalter ausgeführt sein, welche die Speichereinrichtung 202a, 202b, 202c, 202d, 202e von externen Kabeln 401a, 400b, 400c, 400d, 400e trennen, wie in Fig. 6 dargestellt. Die Eingangs- und/oder Ausgangs-Sicherheitseinrichtungen 502a, 502b, 502c können als Schalter ausgeführt sein, welche ein Netz mit einer hohen Entladezeit bilden, welche beispielsweise so eingerichtet sind, die elektrische Energie in Wärmeenergie zu wandeln und so die elektrische Energie innerhalb des Gehäuses aufzubrauchen. Fig. 7 zeigt ein Beispiel zum Wandeln der Energie, durch Zuschalten eines Widerstandes parallel zu einer Kapazität.
Kombinationen beider Prinzipien, Abschalten der Verbindung und Vernichten von elektrischer Energie durch Wandel in Wärme ist ebenfalls möglich, wie Fig. 8 zeigt. Hierbei wird bei Zuschalten des Widerstandes der Stromkreis gleichzeitig getrennt.
Eine weitere Sicherungseinrichtung mag vorsehen, dass nachdem eine der Eingangs- und/oder Ausgangs-Sicherheitseinrichtungen 502a, 502b, 502c ausgelöst hat und wenn eine Elektro-Wärme-Wandelung durchgeführt worden ist, gewartet wird, bis das Entladeelement, beispielsweise ein Widerstand, wieder abgekühlt ist bevor erneut eingeschaltet werden kann.
Der Schalter einer Eingangs- und/oder Ausgangs-Sicherheitseinrichtungen 502a, 502b, 502c kann als Relais realisiert werden. Das Relais kann als Offen-Geschlossen Schalter oder als Wechselschalter realisiert sein.
Zusätzlich zu der Eingangs- und/oder Ausgangs-Sicherheitseinrichtung 502a, 502b, 502c und/oder dem Sicherheitselement 502a, 502b, 502c kann eine RCD Funktionalität 404, 503a, 503b vorgesehen sein. Die RCD Funktionalität 404, 503a, 503b mag innerhalb des induktiven Ladesystems zwischen der Ausgangs-Sicherheitseinrichtung 502b und Ausgangs-Anschluss 504b liegen, aber auch zwischen Eingangs-Anschluss 504a und Eingangs- Sicherheitseinrichtung 502c. Die RCD Funktionalität 503a, 503b mag somit als Verbindungsglied zwischen zwei Modulen 400a, 400b, 400c, 400d, 400e vorgesehen sein, aber auch zum Verbinden mit dem primären RCD in dem Hauptanschluss 107 genutzt werden.
Als Eingangs-Sicherheitseinrichtung 502a, 502c und /oder als Ausgangs- Sicherheitseinrichtung 502b kann auch die Abschirmung eines Kabels genutzt werden. Dabei bietet die Abschirmung guten EMV (Elektro- Magnetische Verträglichkeit) oder EMC Schutz und trägt zur Sicherheit dadurch bei, indem sie einen Erd-Strom zulässt, falls das beschädigte Kabel kurz ist. Dieser kurze Strom kann von einem RCD erkannt werden.
Falls das Kabel eine Abschirmung aufweist, kann ein Teststrom in die Abschirmung eingeprägt werden, um eine ausreichende Isolation der Abschirmung erkennen zu können. Diese Strommessung kann als ein zusätzlicher Sicherheitslevel genutzt werden, indem man damit gebrochene Kabel erkennt.
Hierbei wird beispielsweise ein Abschirmungs-Test-Strom in die Abschirmung des Kabels 401 b eingeprägt.
Durch den Stromfluss in der Abschirmung des Kabels kann erkannt werden, ob eine Störung der Verbindung und oder in einem Verbindungselement vorliegt, insbesondere in dem Kabel 401a, 401 b, 401c, 401 d, 401 e. Die Sicherheitselemente sollen ausgelöst werden, wenn detektiert wird, dass die Verbindung und/oder das Kabel 401 a, 401 b, 401 c, 401 d, 401 e zwischen den Devices korrumpiert und/oder gerissen ist und die HV Leitungen 402 offen liegen.
Um dies detektieren zu können kann eine elektrische Verbindung überwacht werden. Dies kann durch das Aufprägen eines Messstromes, einer Messspannung, einer Messimpedanz oder einer Kombination dergleichen erfolgen. Das Signal, beispielsweise ein Strom in der Abschirmung, kann auf die HV oder LV Leitungen moduliert werden oder in einer dezidierten Leitung fließen. Wird die elektrische Verbindung unterbrochen, kann davon ausgegangen werden, dass das Kabel gerissen ist und die HV Leitungen offen liegen.
Es mag ein Verfahren vorgesehen sein, welches die Unterbrechung des Stromflusses erkennt und die Eingangs-Sicherheitseinrichtung 502a, 502c und/oder die Ausgangs-Sicherheitseinrichtung 502b auslöst.
Oftmals ist in einer Schaltung eines Geräts ein Einschalt-Strom- Begrenzungselement am Eingang der Schaltung vorgesehen. Solch ein Element weist einen Widerstand oder ein ähnliches Element auf, welches einen Strom begrenzen kann. Weiter weist es ein Relais auf, welches die Strombegrenzung während der Nutzung des Geräts kurzschließt.
Oftmals ist jedoch bei einer Leistungselektronik keine physikalische Unterbrechung zwischen dem Grid 107 oder dem Hauptanschluss 107 und dem Gerät vorgesehen. Denn in solch einer Infrastruktur ist der RCD 404 vorgesehen, den Leistungsfluss zu unterbrechen, falls es zu einem Bruch der Isolation kommt.
Fig. 10 zeigt ein Schaltbild einer Motoransteuerung 1000 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beispielsweise mag am Eingang einer Schaltung vorgesehen sein, dass lediglich ein kleines precharge Relais oder ein Vorlade-Relais 1001 parallel zu einem precharge Widerstand oder Vorlade-Widerstand 1002 geschaltet ist. Diese Parallelschaltung mag in Serie mit den PFC (Power Factor Correction) Dioden 1003 geschaltet sein.
Die Kombination aus Vorlade-Relais 1001 und Vorlade-Widerstand 1002 kann sowohl in einem Eingangskreis als auch in einem Ausgangskreis vorgesehen sein.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Schaltbild einer Motoransteuerung 1100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausgehend von einer Energiequelle 1101 ist in dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ein Hauptrelais 1102a, 1102b vorgesehen. Das Hauptrelais 1102a, welches im Eingangskreis vorgesehen ist, wird von einer Serienschaltung aus Vorlade- Relais 1103 und Vorlade-Widerstand 1104 überbrückt. Daran schliest sich eine Parallelschaltung einer Filterkapazität 1105, die Motorsteuereinheit 1106 und ein Ausgangsanschluss zum Anschluss einer Last 1107 an.
Fig. 12 zeigt ein Schaltbild 1200 einer Schutzvorrichtung 400a, 400b, 400c, 400d, 400e gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Im Falle eines induktiven Ladesystems 100, welches mehrere in Serie geschaltete Boxen, Geräte und/oder Schutzvorrichtungen 400a, 400b, 400c, 400d, 400e aufweist, ist an dem Eingangs-Anschluss 504a ein Stromaufnahme Relais 1103 als Sicherheitseinrichtung ,502a, 502b, 502c vorgesehen. Das Stromaufnahme Relais 1103 ist als Vorlade-Relais 1103 ausgeführt und mit dem Vorlade-Widerstand 1104 in Serie angeordnet. Parallel zu der Serienschaltung ist das Hauptrelais 1102a, 1102b sowohl im Eingangszweig, wie auch im Ausgangszweig des Eingangsanschlusses vorgesehen. Das Hauptrelais 1102a im Eingangszweig kann mittels der Serienschaltung überbrückt werden.
Das Relais 1103 im Eingangs-Anschluss 504a kann dazu genutzt werden, den Strom aus dem Hauptanschluss 107 zu unterbrechen, bspw. falls ein Isolationsfehler festgestellt wird.
Somit kann das Vorlade-Relais 1103 und der Vorlade-Widerstand 1104 nicht nur beim Einschalten sondern auch beim Feststellen einer Störung genutzt werden.
Diese Nutzung als Schutzelement mag von der Eingangs-Sicherheitseinrichtung 502a, 502c und/oder der Ausgangs-Sicherheitseinrichtung 502b gesteuert werden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste
100 induktives Ladesystem
101 Feedback-Kanal
102 Fahrzeugchassis
103 Boden
104 Car Assembly
105 Ground Assembly
106 magnetisches Wechselfeld
107 Hauptanschluss
201 Gerät
202a, 202b, 202c, 202d, 202e Speichereinrichtung 203 Störungsverbindung
204 Phasen
301 Separierungselement
302 kleiner Energiespeicher
400a, 400b, 400c, 400d, 400e Schutzvorrichtung 401 a, 401 b, 401c, 401 d, 401 e Kabel 402 Phasen
403 Fahrzeugbatterie
404 RCD
501 Erdung
502a, 502c Eingangs-Sicherheitseinrichtung,
503b Eingangs-Sicherheitseinrichtung
502b Ausgangs-Sicherheitseinrichtung,
503a Ausgangs-Sicherheitseinrichtung
504a Eingangs-Anschluss 504b Ausgangs- Anschluss
1000 Motorsteuerschaltung
1001 Vorlade-Relais
1002 Vorlade-Widerstand
1003 PFC Dioden
1100 Motoransteuerung
1102a, 1102b Hauptrelais
1103 Vorlade-Relais
1104 Vorlade-Widerstand
1105 Filterkapazität,
1106 Motorsteuereinheit
1107 Lastanschluss
1101 Energiequelle
1200 Schaltbild einer Schutzvorrichtung
1201 Relais

Claims

Patentansprüche
1. Eine Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) für ein induktives Ladesystem (100), aufweisend: einen Eingangs-Anschluss (504a); eine Speichereinrichtung für elektrische Energie (202a, 202b, 202c, 202d, 202e); eine Eingangs-Sicherheitseinrichtung (502a, 502c); wobei die Eingangs-Sicherheitseinrichtung (502a, 502c) zwischen dem Eingangs-Anschluss (504a) und der Speichereinrichtung (202a, 202b, 202c, 202d, 202e) für elektrische Energie angeordnet ist; wobei die Eingangs-Sicherheitseinrichtung (502a, 502c) zumindest ein Sicherheits-Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe von Sicherheits- Elementen, bestehend aus: einem RCD (404); zumindest einem Sicherheitsschalter (1103); und einem Entladeelement (1104).
2. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach Anspruch 1 , weiter aufweisend: einen Ausgangs-Anschluss (504b); eine Ausgangs-Sicherheitseinrichtung (503a); wobei die Ausgangs-Sicherheitseinrichtung (503a) zwischen dem Ausgangs-Anschluss (504b) und der Speichereinrichtung für elektrische Energie (202a, 202b, 202c, 202d, 202e) angeordnet ist; wobei die Ausgangs-Sicherheitseinrichtung (503a) zumindest ein Sicherheits-Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe von Sicherheits- Elementen, bestehend aus: einem RCD (404); zumindest einem Sicherheitsschalter (1103); einem Entladeelement (1104).
3. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend : eine Eingangs-Anschluss-Überwachungseinrichtung; und/oder eine Ausgangs-Anschluss-Überwachungsvorrichtung , wobei die Eingangs-Anschluss-Überwachungsvorrichtung und/oder die Ausgangs-Anschluss-Überwachungsvorrichtung so eingerichtet ist, dass sie einen Fehler an einem an ihr angeschlossenem Verbindungselement (401a, 401 b, 401c, 401 d, 401 e) erkennt.
4. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend eine Kabelabschirmung und/oder Kabelummantelung, wobei die Kabelabschirmung und/oder Kabelummantelung mit zumindest einem von dem Eingangs-Anschluss (504a) und dem Ausgangs-Anschluss (504b) verbunden ist.
5. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach Anspruch 4, wobei die Kabelabschirmung zu einer Kabel-Isolierungs-Überwachung genutzt wird, indem ein Strom in die Kabelabschirmung eingeprägt wird.
6. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zumindest eine Sicherheitsschalter genutzt wird, um die Speichereinrichtung für elektrische Energie von dem Eingangs-Anschluss und/oder von dem Ausgangs- Anschluss zu trennen.
7. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zumindest eine Sicherheitsschalter eingerichtet ist, den Eingangs- Anschluss und/oder den Ausgangs-Anschluss mit dem Entladeelement zu verbinden.
8. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zumindest eine Sicherheitsschalter (1103) eingerichtet ist, ein Strombegrenzungselement (1104) zwischen den Eingangs-Anschluss (504a) und der Speichereinrichtung für elektrische Energie, zwischen den Ausgangs- Anschluss (504b) und der Speichereinrichtung für elektrische Energie (202a, 202b, 202c, 202d, 202e) und/oder zwischen den Eingangs-Anschluss und den Ausgangs-Anschluss zu verbinden.
9. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung eine Ground Assembly (105) und/oder eine Car Assembly (104) eines induktiven Ladesystems ist.
10. Die Vorrichtung (400a, 400b, 400c, 400d, 400e) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest einer von dem Eingangs-Anschluss (504a) und dem Ausgangs- Anschluss (504b) für eine magnetische Kopplung eingerichtet ist.
11. Ein induktives Ladesystem (100) aufweisend zumindest eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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