WO2018192697A1 - Prüfstand zum prüfen für kontaktloses laden - Google Patents

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WO2018192697A1
WO2018192697A1 PCT/EP2018/053010 EP2018053010W WO2018192697A1 WO 2018192697 A1 WO2018192697 A1 WO 2018192697A1 EP 2018053010 W EP2018053010 W EP 2018053010W WO 2018192697 A1 WO2018192697 A1 WO 2018192697A1
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primary
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motor vehicle
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PCT/EP2018/053010
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Sebastian UTZ
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Innofas Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a test stand for testing the contactless charging of an energy storage device of a motor vehicle and to a method for testing a charging process of a motor vehicle in a charge position suitable for contactless charging of an energy storage device of the motor vehicle by a loading plate or a simulated charging position.
  • Current electric vehicles and hybrid vehicles employ a storage battery serving as an electric power supply unit for an electric motor that is a driving source for such vehicles.
  • Electric energy storage of motor vehicles with electric drive, in particular of pure electric vehicles or plug-in hybrids should be loaded regularly to allow the operation of the motor vehicle or a particularly energy-efficient operation.
  • a particularly convenient recharging of energy storage devices of a motor vehicle is possible in an inductive charging in which an energy-emitting charging plate integrated in an infrastructure area, for example a garage or a parking space, is used to inductively transfer energy to a corresponding charging plate of the motor vehicle for charging the energy storage device .
  • an energy-emitting charging plate integrated in an infrastructure area for example a garage or a parking space
  • the prior art has proposed a charging system having a charger for supplying the storage battery with electric power such as a charging station.
  • solutions for non-contact charging are increasingly being sought, in which a charging device is provided with an electric power transmission coil preliminarily embedded in the ground surface.
  • An electric power receiving coil is mounted in a lower body portion of a vehicle, which is a charging target.
  • the energy receiving coil is relatively positioned opposite the energy transfer coil to cause electrical energy transfer from the energy transfer coil to the energy receiving coil by mutual induction or resonance, which is achieved by electromagnetic coupling between the energy transfer coil and the energy receiving coil.
  • the loading plate of the motor vehicle is positioned very accurately above the vehicle external loading plate, which is also possible only by consuming positioning of the vehicle. Deviations in measurement evaluations can therefore not always be reliably attributed to the charging station as such or to a non-optimal positioning. In addition to this problem also causes the provision of vehicles with built-in secondary-side pallets to considerable additional effort, which should be avoided. On the other hand, it is desirable to be able to carry out test series with the charging devices installed in the motor vehicle with a test device, without the need for costly retooling measures.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device (in particular a test stand) and a method with which the required tests of a contactless charging system can be carried out reliably and reproducibly with or without a vehicle.
  • the device according to the invention offers the possibility of a communication test of the charging communication system, a check of the charging system behavior in case of faults, a review of the interstitial monitoring (object recognition & metal object recognition).
  • Another aspect of the invention is to check positioning aids or to achieve the desired relative position of a vehicle-mounted secondary side loading plate to a primary side loading plate.
  • the test stand is designed to carry out tests for evaluating the contactless charging of an energy storage unit of a motor vehicle comprising a network simulator for simulating a particular country-specific (input side) mains voltage, which is connected to a primary-side loading plate and at least one movable device equipped with a probe for positioning the probe in a work report above or immediately adjacent to the primary-side loading plate, above the primary-side loading plate a positioning area (A) for contactless positioning of a secondary-side loading plate of a motor vehicle relative to the primary-side loading plate is provided and a power analyzer for detecting primary-side and / or secondary-side electrical characteristics ( Voltage, current and / or power) of the electrically or electromagnetically energized pallets.
  • a network simulator for simulating a particular country-specific (input side) mains voltage, which is connected to a primary-side loading plate and at least one movable device equipped with a probe for positioning the probe in a work report above or immediately adjacent to the primary-side loading plate, above the
  • a primary-side loading plate in the context of the present invention is a Arrangement with at least one energy transmission coil and as a secondary side loading plate is an arrangement with at least one energy receiving coil to understand, so that by electromagnetic induction or coupling the secondary side charge plate is electromagnetically ie inductively energized, which is achieved by electromagnetic coupling between the energy transmission coil and the power receiving coil.
  • a second movable device preferably a movable on the ground robot is provided on which the secondary-side loading plate from a mounting position in a particular charge for charging the energy storage unit coupling position above the primary pallet is movable.
  • the first and / or second movable device represents a robot, which is preferably movable back and forth on the ground or movable respectively, each having a movable arm. It is also advantageous if the primary-side loading plate is either fixed in position or is arranged to be positionally variable on the ground by means of a displacement device. Especially in the last case, the various test situations can be realized without any major set-up times.
  • holding devices are arranged in order to be able to position the base plate with the robots (displacement unit). Then the following scenarios can be realized.
  • the primary-side pallet is firmly on the ground and the robot holds the tool-side pallet and brings them to a target position, which simultaneously simulates the movement of a vehicle.
  • the moving unit with the primary-side loading plate may be moved by the robot while a vehicle is parked with the secondary-side loading plate in a defined position so that the loading plates are in a certain work area.
  • the driving situation can also be simulated with a vehicle.
  • an arm extension or a manipulator running approximately horizontally above the floor is attached to the robot arm or arms of the movable devices, at the one end of which is a measuring probe or the other robot holds the loading plate or are.
  • a unit for simulating the energy storage unit to be charged (instead of the energy storage unit) of the motor vehicle is also provided, which is electrically connected to the secondary-side charging plate.
  • the unit for simulating the energy storage unit to be charged is formed from at least one DC voltage sink and a DC voltage power supply, which are preferably electrically connected in direct parallel connection with the secondary-side charging plate. It is also advantageous if an insulation monitor is arranged between the unit and the secondary-side charging plate in order to detect insulation faults which may possibly represent dangerous states.
  • the positioning area (A) is formed in the area of a parking space for a motor vehicle with a length of preferably about 5 meters and a width of about 2.5 meters, so that either either a motor vehicle with its integrated secondary side loading plate or arranged on the movable device loading plate in the positioning (A) can be brought.
  • the relative position of the secondary-side loading plate to the primary-side loading plate can be desired and changed by means of the movable device, so that different parking positions of a motor vehicle can be adjusted above the loading plate and its effects on the charging process can be detected by means of the power analyzer.
  • Another aspect of the present invention relates to a sensor system equipped with sensors, preferably an iGPS system (indoor GPS system) for detecting the relative position of a motor vehicle to the test stand.
  • sensors preferably an iGPS system (indoor GPS system) for detecting the relative position of a motor vehicle to the test stand.
  • iGPS system indoor GPS system
  • a specific safety logic is integrated in the system, which can detect safety-relevant mechanical and electrical operating parameters, as well as status data of the secondary-side charge plate downstream isolation monitor and switches off or disconnects the power supply from the mains simulator or the system when entering or not defined conditions inactive switches.
  • Also advantageous is a system configuration of the state of charge in which the operating software has a user interface to set operating data and operating modes of the operating software by a user or to be able to change.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for testing and / or acquiring measurement data with a test rig as described above, comprising the steps of: i) optionally moving the primary side loading plate relative to the secondary side loading plate, or vice versa, to a proper relative end position to each other and ii) detecting primary-side and / or secondary-side electrical characteristics (U, I, P) of the electrically or electromagnetically energized charging plates during movement in and / or after reaching the
  • a measuring probe is brought to the movable device in a proper measuring position relative to the primary and secondary kundär Bayen pallets and measured data during charging or charging simulation of the energy storage unit, in particular captured field strength data electromagnetic field measurements are detected and evaluated become.
  • the acquired measured data of the characteristic quantities (U, I, P) and / or the detected field strength data are compared and evaluated with setpoint data stored in a system memory.
  • FIGS. 1 shows a systematic representation of a concept of a test bench
  • Fig. 2 is a perspective view of a portion of the test bed of Figure 1 in an embodiment with two robots.
  • FIG. 1 shows a systematic representation of a concept of a test stand according to the idea of the present invention.
  • the test stand 1 is designed to carry out tests for assessing the contactless charging of an energy storage unit 2 via a load plate 50 of a motor vehicle 3.
  • the test bench 1 comprises a network simulator 10, which is supplied by a power supply via three phases L1, L2, L3.
  • the network simulator is designed to simulate a particular country-specific network voltage Ui. This specific mains voltage Ui serves to supply power to a wall charging station 4 or wallbox. From the wall charging station 4, an electric line 5 goes to the primary-side loading plate 20 in order to supply it with electrical energy.
  • the primary-side loading plate 20 is arranged on the floor and is located in a storage area for parking a motor vehicle 3 above the loading plate 20.
  • a first movable on the ground robot 40 with a measuring probe 44 and that a B-field probe is provided.
  • the robot 40 which has a robot arm 41 that can be moved over several axes (see FIG. 2), the desired positioning of the measuring probe 44 can take place in a work report above or adjacent to the primary-side loading plate 20.
  • the arm 41 has an arm extension 42 running approximately horizontally above the floor, so that areas underneath the motor vehicle can also be easily reached.
  • the positions of vehicle wheels R are shown in addition, for the examination situation, when the tests take place directly on a vehicle 3 with built-in pallet 50.
  • a power analyzer 30 for detecting primary-side and / or secondary-side electrical characteristics (current, voltage and power) of the electrically or electromagnetically energized charging plates 20, 50 is provided.
  • the charging process via the inductive coupling from the primary-side loading plate 20 to the secondary-side loading plate 50 can therefore be carried out in the test bench 1 either via a secondary-side loading plate 50 installed in a vehicle 3 or via a loading plate attached to the robot arm 61 of the second robot 60 50 done.
  • the positioning region A is therefore provided in the region of a bearing surface for a motor vehicle 3, wherein the stop surface is preferably formed with at least a length of about 5 meters and a width of about 2.5 meters, so that conventional motor vehicles are tested directly in the test bench can be.
  • a sensor system 90 with sensors 91 and that an iGPS system (indoor GPS system) for detecting the relative position of a motor vehicle 3 in the test bench 1, so that the positioning of the loading plates 20, 50th can be achieved with high accuracy to each other.
  • iGPS system indoor GPS system
  • test stand is designed such that above the primary-side loading plate 20 a positioning area A for contactless positioning of a secondary-side loading plate 50 of a motor vehicle relative to the primary-side loading plate 20 is intended.
  • the second robot 60 on which the secondary-side loading plate 50 is held, can be moved from a mounting position into a coupling position above the primary loading plate 20 to charge the energy storage unit 2 in order to simulate the loading position of a motor vehicle.
  • the second robot 60 is likewise designed as a robot which can be moved back and forth on the ground and has a movable arm 61.
  • the secondary-side charging plate 20 is equipped with a unit 70 for simulating the energy storage unit 2 of the motor vehicle 3 to be charged. is provided, which is electrically connected to the secondary-side loading plate 50.
  • This energy storage simulation unit 70 consists of a DC voltage sink 71 and a DC power supply 72, which are electrically connected in parallel with the secondary-side charge plate 50.
  • FIG. 1 further provides a central controller 115, which controls the functional units installed in the test bench 1 and their mutual function via a network interface and a bus system or known communication channels, such as e.g. Ethernet controls.
  • test stand 1 has a specific safety logic 100, which controls safety-relevant mechanical and electrical operating parameters Bi, as well as status data Si of the robots 40, 60. Furthermore, safety-relevant data of the loading plates 20, 50 can also be used with the security sity logic 100 are monitored.
  • One of the secondary-side load plate 20 downstream isolation monitor 101 is used to detect insulation errors and can be at the entrance of defined conditions z. B. cause a warning via the controller and / or switch off or disconnect the power supply from the mains simulator 0.
  • the controller 115 has a user interface 110 to set or change operating data and operating modes of the operating software 111 of the test bench 1 by a user.
  • the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand (1) zur Durchführung von Prüfungen zur Beurteilung des kontaktlosen Ladens einer Energiespeichereinheit (2) eines Kraftfahrzeug umfassend einen Netzsimulator (10) zur Simulation einer insbesondere länderspezifischen Netzspannung (Ui), welcher mit einer primärseitigen Ladeplatte (20) verbunden ist und wenigstens eine bewegliche Vorrichtung (40) mit einer Messsonde (44) zur Positionierung der Messsonde (44) in einem Arbeitsbericht oberhalb oder unmittelbar benachbart zu der primärseitigen Ladeplatte (20), wobei oberhalb der primärseitigen Ladeplatte (20) bestimmungsgemäß ein Positionierbereich (A) zur kontaktlosen Positionierung einer sekundärseitigen Ladeplatte (50) eines Kraftfahrzeugs relativ zur primärseitigen Ladeplatte (20) vorgesehen ist und einen Leistungsanalysator (30) zum Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (U, I, P) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten (20, 50).

Description

Prüfstand zum Prüfen für kontaktloses Laden
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zum Prüfen des kontaktlosen Ladens eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs in einer zum kontaktlosen Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs durch eine Ladeplatte geeig- neten Ladeposition oder einer simulierten Ladeposition. Aktuelle elektrische Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge setzen eine Speicherbatterie ein, die als eine elektrische Energieversorgungseinheit für einen elektrischen Motor dient, der eine Antriebsquelle für derartige Fahrzeuge ist. Elektrische Energiespeicher von Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb, insbe- sondere von reinen Elektro-Fahrzeugen bzw. Plug-in-Hybriden, sollen regelmäßig geladen werden, um den Betrieb des Kraftfahrzeugs bzw. einen besonders energieeffizienten Betrieb zu ermöglichen. Eine besonders komfortable Wiederaufladung von Energiespeichern eines Kraftfahrzeugs ist bei einem induktiven Laden möglich, bei dem eine in einen Infrastrukturbereich, beispielsweise eine Garage oder einen Parkplatz, integrierte energieemittierende Ladeplatte genutzt wird, um Energie induktiv auf eine entsprechende Ladeplatte des Kraftfahrzeugs zum Laden des Energiespeichers zu übertragen. Als ein System zum Nachladen einer derartigen Speicherbatterie wird im Stand der Technik ein Ladesystem mit einer Ladeeinrichtung zum Versorgen der Speicherbatterie mit elektrischer Energie wie beispielsweise eine Ladestation vorgeschlagen. Insbesondere wird zum Nachladen der Speicherbatterie zunehmend nach Lösungen für kontaktloses Laden gesucht, bei der eine Ladeeinrichtung mit einer elektrischen Energieübertragungsspule, die vorab in die Bodenoberfläche eingebettet wird, bereitgestellt wird. Eine elektrische Energieempfangsspule ist in einem unteren Karosserieabschnitt eines Fahrzeugs angebracht, das ein Ladeziel darstellt. Die Energieempfangsspule ist gegenüberliegend zur Energieübertragungsspule relativ positioniert, um elektrische Energieübertragung von der Energieübertragungsspule zur Energieempfangsspule durch gegenseitige Induktion oder Resonanz zu veranlassen, was durch elektromagnetisches Koppeln zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule erreicht wird. Problematisch ist dabei, dass es zur Konfiguration und Überprüfung einer Ladestation und zum Vermessen kontaktloser Ladesysteme in Bezug auf Ladevorgang, Funktionalität und technischem Verhalten derzeit keine geeigneten Prüfstände gibt.
Um eine hohe Effizienz beim Ladevorgang zu erreichen ist es ferner vorteilhaft, wenn die Ladeplatte des Kraftfahrzeugs sehr genau über der fahrzeugexternen Ladeplatte positioniert wird, was ebenfalls nur durch aufwändiges Positionieren des Fahrzeugs möglich ist. Abweichungen bei Messauswertun- gen können daher nicht immer zuverlässig auf die Ladestation als solche oder auf eine nicht optimale Positionierung zurückgeführt werden. Neben dieser Problematik verursacht auch die Bereitstellung von Fahrzeugen mit eingebauten sekundärseitigen Ladeplatten zu erheblichem Mehraufwand, was es zu vermeiden gilt. Andererseits ist es wünschenswert Testreihen auch mit den im Kraftfahrzeug eingebauten Ladeeinrichtungen mit einer Testvorrichtung durchführen zu können, ohne dass es aufwändiger Umrüstmaßnahmen bedarf.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung (insbe- sondere einen Prüfstand) sowie ein Verfahren zu schaffen, mit dem erforderliche Tests eines kontaktlosen Ladesystems zuverlässig und reproduzierbar wahlweise mit oder ohne Fahrzeug durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 ge- löst.
Insbesondere ist es möglich gemäß der Lösung der vorliegenden Erfindung mit einer solchen Vorrichtung elektrische Tests des kontaktlosen Ladesystems, wie Spannungslagen durchfahren zu können, Leistungen zu variieren und Netzspannungsfehler detektieren zu können. Ferner kann eine Wir- kungsgradvermessung in Abhängigkeit der Überlagerungsposition und der geometrischen Lage der an der Ladung zueinander beweglich
positionierbaren Teile möglich sein sowie eine Robustheitsmessungen bei Verstellung der Überlagerungsposition während des Ladevorganges.
Daneben bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit einer Kommunikationsprüfung des Lade-Kommunikationssystems, eine Prüfung des Ladesystem-Verhaltens bei Fehlerfällen, eine Überprüfung der Zwischenraumüberwachung (Objekterkennung & Metallobjekterkennung).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, Positionierhilfen zu überprüfen bzw. die gewünschte relative Position einer in einem Fahrzeug montierten sekundärseitigen Ladeplatte zu einer primärseitigen Ladeplatte zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird daher ein Prüfstand mit den folgenden Merkmalen vorgeschlagen. Der Prüfstand ist ausgebildet zur Durchführung von Prüfungen zur Beurteilung des kontaktlosen Ladens einer Energiespeichereinheit eines Kraftfahrzeug umfassend einen Netzsimulator zur Simulation einer insbesondere länderspezifischen (eingangsseitigen) Netzspannung, welcher mit einer primärseitigen Ladeplatte verbunden ist sowie wenigstens eine bewegliche Vorrichtung ausgestattet mit einer Messsonde zur Positionierung der Messsonde in einem Arbeitsbericht oberhalb oder unmittelbar benachbart zu der primärseitigen Ladeplatte, wobei oberhalb der primärseitigen Ladeplatte bestimmungsgemäß ein Positionierbereich (A) zur kontaktlosen Positionierung einer sekundärseitigen Ladeplatte eines Kraftfahrzeugs relativ zur primärseitigen Ladeplatte vorgesehen ist und einen Leistungsanalysator zum Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (Spannung, Strom und/oder Leistung) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten.
Als primärseitige Ladeplatte im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung mit wenigstens einer Energieübertragungsspule und als sekun- därseitige Ladeplatte ist eine Anordnung mit wenigstens einer Energieempfangsspule zu verstehen, so dass durch elektromagentische Induktion oder Kopplung die Sekundärseitige Ladeplatte elektromagnetisch d.h. induktive energetisiert wird, was durch elektromagnetisches Koppeln zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner eine zweite bewegliche Vorrichtung, vorzugsweise ein am Boden verfahrbarer Roboter- vorgesehen, an dem die sekundärseitige Ladeplatte von einer Montageposition in eine zur Ladung der Energiespeichereinheit bestimmte Kopplungsposition oberhalb der primären Ladeplatte bewegbar ist. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich auch eine Ladesimulation ohne Fahrzeug vorzunehmen und insbesondere eine sehr genaue Positionierung der Ladeplatten zueinan- der zu erzielen.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und/oder zweite bewegliche Vorrichtung ein vorzugsweise jeweils am Boden hin- und her beweglicher bzw. fahrbarer Roboter mit jeweils einem beweglichen Arm darstellt. Weiter vorteilhaft ist es, wenn auch die die primärseitige Ladeplatte entweder positionsfest oder mittels einer Verlagerungsvorrichtung positionsveränderlich am Boden angeordnet ist. Insbesondere im letzte Fall lassen sich die diverse Prüfsituationen ohne große Rüstzeiten realisieren.
Darüber hinaus ist es mit Vorteil vorgesehen, dass Haltevorrichtungen ange- ordnet sind, um die Bodenplatte mit den Robotern positionieren zu können (Verschiebeeinheit). Dann sind folgende Szenarien realisierbar.
Die primärseitige Ladeplatte liegt fest am Boden und Roboter hält die fahr- zeugseitige Ladeplatte und bringt diese in eine Zielposition, womit gleichzeitig die Bewegung eines Fahrzeugs simuliert wird.
Alternativ kann die Verschiebeeinheit mit der primärseitigen Ladeplatte vom Roboter bewegt werden, während ein Fahrzeug mit der sekundärseitigen Ladeplatte in einer definierten Position abgestellt ist, so dass die Ladeplatten in einem bestimmten Arbeitsbereich sind. Damit kann ebenfalls mit einem Fahrzeug die Fahrsituation simuliert werden.
Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, wenn an dem oder den Roboterarmen der beweglichen Vorrichtungen eine in etwa horizontal über dem Boden ver- laufende Armverlängerung oder ein Manipulator angebracht ist an dessen jeweiligem einen Ende einmal eine Messsonde bzw. bei dem anderen Roboter die Ladeplatte gehalten ist bzw. sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ferner eine Einheit zur Simulation der zu ladenden Energiespeicherein- heit (anstelle der Energiespeichereinheit) des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, welche mit der sekundärseitigen Ladeplatte elektrisch verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die Kombination aus fahrzeugseitiger Ladeplatte und Energiespeichereinheit testen, ohne ein damit ausgestattetes Fahrzeug zu benötigen, wodurch erhebliche Prüfkosten und Aufwendungen eingespart werden können.
Weiter bevorzugt ist es, wenn die Einheit zur Simulation der zu ladenden Energiespeichereinheit aus wenigstens einer Gleichspannungssenke und einem Gleichspannungsnetzteil gebildet werden, welche vorzugsweise in direkter Parallelschaltung mit der sekundärseitigen Ladeplatte elektrisch ver- bunden sind. Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn zwischen der Einheit und der sekundärseitigen Ladeplatte ein Isolationswächter angeordnet ist, um Isolationsfehler zu detektieren, die ggf. gefährliche Zustände darstellen können. Darüber hinaus ist es mit Vorteil vorgesehen, dass der Positionierbereich (A) im Bereich einer Abstellfläche für ein Kraftfahrzeug mit einer Länge von vorzugsweise etwa 5 Meter und einer Breite von etwa 2,5 Meter ausgebildet ist, so dass wahlweise entweder ein Kraftfahrzeug mit dessen integrierter se- kundärseitiger Ladeplatte oder die an der beweglichen Vorrichtung angeordnete Ladeplatte in den Positionierbereich (A) gebracht werden kann.
Mittels der beweglichen Vorrichtung kann die relative Lage der sekundärsei- tigen Ladeplatte zur primärseitigen Ladeplatte gewünscht und veränderbar eingestellt werden, so dass unterschiedliche Abstellpositionen eines Kraft- fahrzeugs oberhalb der Ladeplatte nachgestellt und deren Auswirkungen auf den Ladevorgang mittels des Leistungsanalysators erfasst werden können.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Sensorsystem ausgestattet mit Sensoren, vorzugsweise ein iGPS-System (Indoor-GPS- System) zur Erfassung der relativen Lage eines Kraftfahrzeugs zum Prüf- stand. Durch die exakte Kenntnis der Position eines Fahrzeugs ist es möglich, diese Daten an die Steuerung des Prüfstands zu übermitteln, um diese bei den Prüfungen zu berücksichtigen und die Positionierung der z.B. sekun- därseitigen Ladeplatte exakt vornehmen zu können, ohne das Fahrzeug aufwendig bewegen zu müssen. Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine spezifische Sicherheitslogik im System integriert ist, welche sicherheitsrelevante mechanische und elektrische Betriebsparameter, wie auch Statusdaten eines der sekundärseitigen Ladeplatte nachgeschalteten Isolationswächters erfassen kann und beim Eintritt oder Ausbleiben definierter Bedingungen die Spannungsversorgung vom Netzsimulator abschaltet oder trennt oder das System inaktiv schaltet.
Ebenfalls vorteilhaft ist eine Systemkonfiguration des Ladestands bei dem die Betriebssoftware über eine Benutzeroberfläche verfügt, um Betriebsdaten und Betriebsmodi der Betriebssoftware von einem Benutzer einstellen oder verändern zu können.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen und/oder Erfassen von Messdaten mit einem wie zuvor beschriebenen Prüfstand mit den folgenden Schritten: i) wahlweise bewegen der primärseitigen Ladeplatte relativ zur sekundär- seitigen Ladeplatte oder umgekehrt und zwar in eine bestimmungsgemäße relative Endposition zueinander und ii) Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (U, I, P) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten während der Bewegung in und/oder nach Erreichen der
Endposition.
Von Vorteil ist es dabei, wenn eine Messsonde an der beweglichen Vorrichtung in eine bestimmungsgemäße Messposition relativ zur primär- und se- kundärseitigen Ladeplatten gebracht wird und Messdaten bei der Ladung oder Ladesimulation der Energiespeichereinheit, insbesondere dabei erfass- te Feldstärkedaten elektromagnetischer Feldmessungen erfasst werden und ausgewertet werden.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die erfassten Messdaten der Kenngrößen (U, I, P) und/oder die erfassten Feldstärkedaten mit in einem Systemspeicher hinterlegten Sollwertdaten verglichen und ausgewertet werden.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine systematische Darstellung eines Konzeptes eines Prüfstandes und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Prüfstandes aus Fig.1 in einer Ausführungsform mit zwei Roboter.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
In der Figur 1 ist eine systematische Darstellung eines Konzeptes eines Prüfstandes nach der Idee der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Der Prüfstand 1 ist ausgebildet zur Durchführung von Prüfungen zur Beurteilung des kontaktlosen Ladens einer Energiespeichereinheit 2 über eine La- deplatte 50 eines Kraftfahrzeugs 3. Der Prüfstand 1 umfasst einen Netzsimulator 10, welcher von einer Stromversorgung über drei Phasen L1, L2, L3 versorgt wird. Der Netzsimulator ist ausgebildet zur Simulation einer insbesondere länderspezifischen Netzspannung Ui. Diese spezifische Netzspannung Ui dient der Spannungsversorgung einer Wandladestation 4 oder Wallbox. Von der Wandladestation 4 geht eine elektrische Leitung 5 zur primärseitigen Ladeplatte 20, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen. Die primärseitige Ladeplatte 20 ist am Boden angeordnet und befindet sich in einem Abstellbereich zum Abstellen eines Kraftfahrzeuges 3 oberhalb der Ladeplatte 20. Ferner ist ein erster am Boden verfahrbarer Roboter 40 mit einer Messsonde 44 und zwar eine B-Feldsonde vorgesehen. Mittels des Roboters 40, der über einen über mehrere Achsen beweglichen Roboterarm 41 verfügt (siehe Figur 2) kann die gewünschte Positionierung der Messsonde 44 in einem Arbeitsbericht oberhalb oder benachbart zu der primärseitigen Ladeplatte 20 erfolgen. Wie auch in der Figur 2 näher ersichtlich, verfügt befindet sich am Roboterarm 41 eine in etwa horizontal über dem Boden verlaufende Armverlängerung 42, so dass auch Bereiche unterhalb des Kraftfahrzeuges gut zu erreichen sind. In der Figur 2 sind ergänzend die Positionen von Fahrzeugräder R gezeigt, für die Prüfungssituation, wenn die Prüfungen direkt an einem Fahrzeug 3 mit eingebauter Ladeplatte 50 stattfinden.
Ferner ist ein Leistungsanalysator 30 zum Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (Strom, Spannung und Leistung) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten 20, 50 vorgesehen.
Der zu überprüfende Ladevorgang über die induktive Kopplung von der pri- märseitigen Ladeplatte 20 zur sekundärseitigen Ladeplatte 50, kann daher im Prüfstand 1 entweder über eine in einem Fahrzeug 3 eingebaute sekundär- seitige Ladeplatte 50 oder über eine am Roboterarm 61 des zweiten Roboters 60 befestigte Ladeplatte 50 erfolgen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich wahlweise die primärseitige Ladeplatte 20 relativ zur sekundärseitigen Ladeplatte 50 oder umgekehrt zu bewegen und zwar in eine bestimmungsgemäße relative Endposition zueinander, die der Ladestellung eines induktiven d.h. kontaktlosen Ladevorgangs entspricht. Der Positionierbereich A ist daher im Bereich einer Absteilfläche für ein Kraftfahrzeug 3 vorgesehen, wobei die Abstellflä- che vorzugweise mindestens mit einer Länge von etwa 5 Meter und einer Breite von etwa 2,5 Meter ausgebildet ist, so dass übliche Kraftfahrzeuge direkt in den Prüfstand getestet werden können. Als optionale nutzbare Einrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel noch ein Sensorsystem 90 mit Sensoren 91 und zwar ein iGPS-System (Indoor-GPS-System) zur Erfassung der relativen Lage eines Kraftfahrzeugs 3 im Prüfstand 1 vorgesehen, so dass die Positionierung der Ladeplatten 20, 50 zueinander mit hoher Genauigkeit erzielt werden kann.
Mittels des Leistungsanalysators 30 werden die elektrischen Kenngrößen (U, I, P) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten 20, 50 primärseitig und sekundärseitig während der Bewegung in und nach Erreichen der Endposition erfasst.
Hierzu ist der Prüfstand so ausgebildet, dass oberhalb der primärseitigen Ladeplatte 20 bestimmungsgemäß ein Positionierbereich A zur kontaktlosen Positionierung einer sekundärseitigen Ladeplatte 50 eines Kraftfahrzeugs relativ zur primärseitigen Ladeplatte 20 vorgesehen ist.
Der zweite Roboter 60 an dem die sekundärseitige Ladeplatte 50 gehalten ist, kann zur Simulation der Ladestellung eines Kraftfahrzeuges von einer Montageposition in eine zur Ladung der Energiespeichereinheit 2 bestimmte Kopplungsposition oberhalb der primären Ladeplatte 20 bewegt werden.
Der zweite Roboter 60 ist hierzu ebenfalls als ein am Boden hin- und her beweglicher bzw. fahrbarer Roboter mit einem beweglichen Arm 61 ausgeführt.
Die sekundärseitige Ladeplatte 20 ist mit einer Einheit 70 zur Simulation der zu ladenden Energiespeichereinheit 2 des Kraftfahrzeugs 3 ausgestattet. vorgesehen ist, welche mit der sekundärseitigen Ladeplatte 50 elektrisch verbunden ist. Diese Energiespeichersimulationseinheit 70 besteht aus einer Gleichspannungssenke 71 und einem Gleichspannungsnetzteil 72, welche in Parallelschaltung mit der sekundärseitigen Ladeplatte 50 elektrisch verbunden sind. In der Figur 1 ist ferner eine zentrale Steuerung 115 vorgesehen, welche die im Prüfstand 1 verbauten Funktionseinheiten und deren wechselseitige Funktion über eine Netzwerkschnittstelle und ein Bussystem oder bekannte Kommunikationswege wie z.B. Ethernet steuert.
Darüber hinaus verfügt der Prüfstand 1 über eine spezifische Sicherheitslogik 100, welche sicherheitsrelevante mechanische und elektrische Betriebsparameter Bi, wie auch Statusdaten Si der Roboter 40, 60 steuert. Ferner können auch sicherheitsrelevante Daten der Ladeplatten 20, 50 mit der Sicher- heitslogik 100 überwacht werden. Ein der sekundärseitigen Ladeplatte 20 nachgeschalteter Isolationswächters 101 dient der Erfassung von Isolationsfehlern und kann beim Eintritt definierter Bedingungen z. B. über die Steuerung eine Warnung veranlassen und/oder die Spannungsversorgung vom Netzsimulator 0 abschalten oder trennen.
Die Steuerung 115 verfügt über eine Benutzeroberfläche 110, um Betriebsdaten und Betriebsmodi der Betriebssoftware 111 des Prüfstands 1 von einem Benutzer einstellen oder verändern zu können.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Patentansprüche
Prüfstand (1) zur Durchführung von Prüfungen zur Beurteilung des kontaktlosen Ladens einer Energiespeichereinheit (2) eines Kraftfahrzeug (3) umfassend a. einen Netzsimulator (10) zur Simulation einer insbesondere länderspezifischen Netzspannung (Ui), welcher mit einer primärseiti- gen Ladeplatte (20) verbunden ist; b. wenigstens eine bewegliche Vorrichtung (40) mit einer Messsonde (44) zur Positionierung der Messsonde (44) in einem Arbeitsbericht oberhalb oder unmittelbar benachbart zu der primärseitigen Ladeplatte (20), wobei c. oberhalb der primärseitigen Ladeplatte (20) bestimmungsgemäß ein Positionierbereich (A) zur kontaktlosen Positionierung einer sekundärseitigen Ladeplatte (50) eines Kraftfahrzeugs relativ zur primärseitigen Ladeplatte (20) vorgesehen ist und d. einen Leistungsanalysator (30) zum Erfassen primärseitiger
und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (U, I, P) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten (20, 50).
Prüfstand (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine zweite bewegliche Vorrichtung (60) vorgesehen ist, an der die sekundärseitige Ladeplatte (50) von einer Montageposition in eine zur Ladung der Energiespeichereinheit (2) bestimmte Kopplungsposition oberhalb der primären Ladeplatte (20) bewegbar ist.
Prüfstand (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite bewegliche Vorrichtung (40, 60) ein vor- zugsweise am Boden hin- und her beweglicher bzw. fahrbarer Roboter mit jeweils einem beweglichen Arm (41 , 61) darstellt.
Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oder den Roboterarmen (41 , 61) eine in etwa horizontal über dem Boden verlaufende Armverlängerung (42, 62) angebracht ist an dessen jeweiligem einen Ende die Messsonde (44) bzw. die Ladeplatte (50) gehalten sind.
Prüfstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Einheit (70) zur Simulation der zu ladenden Energiespeichereinheit (2) des Kraftfahrzeugs (3) vorgesehen ist, welche mit der sekundärseitigen Ladeplatte (50) elektrisch verbunden ist.
Prüfstand (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (70) aus wenigstens einer Gleichspannungssenke (71) und einem Gleichspannungsnetzteil (72) gebildet werden, welche vorzugsweise in direkter Parallelschaltung mit der sekundärseitigen Ladeplatte (50) elektrisch verbunden sind.
Prüfstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierbereich (A) im Bereich einer Ab- stellfläche für ein Kraftfahrzeug (3) mit einer Länge von vorzugsweise etwa 5 Meter und einer Breite von etwa 2,5 Meter ausgebildet ist, so dass wahlweise entweder ein Kraftfahrzeug mit dessen integrierter sekundärseitiger Ladeplatte (50) oder die an der beweglichen Vorrichtung (60) angeordnete Ladeplatte (50) in den Positionierbereich (A) gebracht werden kann.
8. Prüfstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der beweglichen Vorrichtung (60) die relative Lage der sekundärseitigen Ladeplatte (50) zur primärseiti- gen Ladeplatte (20) gewünscht und veränderbar eingestellt werden kann, so dass unterschiedliche Abstellpositionen eines Kraftfahrzeugs (3) oberhalb der Ladeplatte (20) nachgestellt und deren Auswirkungen mittels des Leistungsanalysators (30) erfasst werden können.
9. Prüfstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Ladeplatte (20) entweder positionsfest oder mittels einer Verlagerungsvorrichtung (80) positionsveränderlich am Boden angeordnet ist.
10. Prüfstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsystem (90) mit Sensoren (91), vorzugsweise ein iGPS-System (Indoor-GPS-System) zur Erfassung der relativen Lage eines Kraftfahrzeugs (3) zum Prüfstand (1) vorgesehen ist.
11. Prüfstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitslogik (100) vorgesehen ist, welche sicherheitsrelevante mechanische und elektrische Betriebsparameter (Bi), wie auch Statusdaten (Si) eines der sekundärseitigen Ladeplatte (50) nachgeschalteten Isolationswächters (101) erfassen kann und beim Eintritt definierter Bedingungen die Spannungsversorgung vom Netzsimulator abschaltet oder trennt.
12. Prüfstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Benutzeroberfläche (110) vorgesehen ist, um Betriebsdaten und Betriebsmodi der Betriebssoftware (111) des Prüfstands (1 ) von einem Benutzer einstellen oder verändern zu können.
13. Verfahren zum Erfassen von Messdaten mit einem Prüfstand (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, mit den folgenden Schritten: i) wahlweise bewegen der primärseitigen Ladeplatte (20) relativ zur sekundärseitigen Ladeplatte (50) oder umgekehrt und zwar in eine bestimmungsgemäße relative Endposition zueinander und ii) Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (U, I, P) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten (20, 50) während der Bewegung in und/oder nach Erreichen der Endposition.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Messsonde (44) an der Vorrichtung (40) in eine bestimmungsgemäße Messposition relativ zur primär- und sekundärseitigen Ladeplatten (20, 50) gebracht wird und Messdaten bei der Ladung oder Ladesimulation der Energiespeichereinheit (2), insbesondere dabei erfasste Feldstärkedaten elektromagnetischer Feldmessungen erfasst werden und ausgewertet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messdaten der Kenngrößen (U, I, P) und/oder die er- fassten Feldstärkedaten mit in einem Systemspeicher hinterlegten Sollwertdaten verglichen und ausgewertet werden.
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