WO2023072647A1 - Device and method for determining optimum operating points of an inductive transmission device - Google Patents

Device and method for determining optimum operating points of an inductive transmission device Download PDF

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WO2023072647A1
WO2023072647A1 PCT/EP2022/078776 EP2022078776W WO2023072647A1 WO 2023072647 A1 WO2023072647 A1 WO 2023072647A1 EP 2022078776 W EP2022078776 W EP 2022078776W WO 2023072647 A1 WO2023072647 A1 WO 2023072647A1
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energy transmission
coil arrangement
transmission device
secondary coil
primary coil
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PCT/EP2022/078776
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Inventor
Bernhard Mader
Oliver Blum
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method of an inductive transmission device with an additional energy source.
  • transmission systems which consist of a transmitter coil arrangement and a receiver coil arrangement.
  • the transmission coil arrangement of a charging station is placed, for example, with a flat winding on the road surface or embedded in the road.
  • the receiving coil arrangement with a winding that is also as flat as possible is attached below the vehicle floor.
  • the vehicle is positioned over the transmission coil arrangement.
  • an optimal alignment of the vehicle with the receiving coil arrangement relative to the transmitting coil arrangement is required.
  • the required fine positioning of the vehicle with the receiving coil arrangement relative to the transmitting coil arrangement is carried out by the driver or via an automated parking system.
  • the driver positions the vehicle he can be assisted by an assistance system, since positioning solely through the driver's senses and skills generally does not lead to optimal alignment of the transmission coil arrangement and reception coil arrangement.
  • an increased positional tolerance can be achieved through the geometric configuration of the coil arrangements. In this way, for example, the requirement for position accuracy transverse to the direction of travel can be expanded, while the position tolerance in the direction of travel can be narrowly selected due to the easier positioning of the vehicle by driving forwards and backwards in order to achieve an optimal coupling factor.
  • DE 10 2018 203 391 A1 proposes a system for inductive energy transmission from a first energy source to a load and a method for adjusting a resonant frequency of an electrical oscillating circuit.
  • This invention is based on the idea of a system for inductive energy transmission from a first energy source to create a load, in which case the power loss can be reduced during energy transfer from a primary circuit to a secondary circuit in that both circuits are operated resonantly and as far as possible matched to one another, with possible deviations from the resonance frequencies being reduced by a continuously adaptable resonance frequency.
  • the object of the invention is therefore to provide an energy supply device with a device and a method for measuring the impedance and the phase response.
  • the present invention of a device with the characterizing part of claim 1 offers the advantage that the energy transmission device, which comprises a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with an electrical energy source and an electrical energy sink, comprises at least one additional electrical energy source which is connected to the primary coil arrangement.
  • the energy transmission device which comprises a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with an electrical energy source and an electrical energy sink, comprises at least one additional electrical energy source which is connected to the primary coil arrangement.
  • the primary coil arrangement intended for energy transmission on the primary side when activated to measure the impedance and the phase response of the system, can oscillate to amplitude levels due to the lack of load from the load on the secondary side, which can damage the primary coil arrangement being able to lead.
  • the duration of this oscillation process can be very short, depending on the system properties. Very large amplitude levels can occur within a few milliseconds, which can cause damage to the primary coil arrangement.
  • the phase response and the impedance are determined from the measured variables as a function of the frequency of the resonant system.
  • the transfer ratios of voltage to current, current to current, current to voltage and voltage to voltage from the input to the output of the system as well as the respective phase position can be determined from these quantities. Furthermore, the measured quantities provide the basis for determining the resonance frequencies and their characteristic properties. On this basis, that resonance with the desired properties is then selected and determined.
  • the energy transmission device advantageously includes adjustable electrical resistances which are connected to the secondary coil arrangement are. These adjustable electrical resistances are used to simulate the operating parameters of an energy transmission device working under load. It is thus possible to cover the real operating range of the energy transmission device even without integrating the actual load in the form of an electrical energy store. Thus, during the measurement process, conditions prevail which correspond to the operating conditions during energy transmission.
  • By varying the electrical resistances on the secondary side it is possible to determine a set of curves which, for example, can map the battery voltage-dependent variable battery impedance over the entire working range of the electrical energy store. Resonance points and their characteristic system properties can be determined via the determined amplitudes and phase curves. For example, the progression from output voltage or output current to input voltage or input current can be determined.
  • the resonant frequency can be determined as a function of an expected value range, which is specified, for example, by tolerances of electrical components. It is also possible, with the help of the properties determined, to observe slow changes over the course of the device's life, for example in order to identify an impending defect.
  • the energy transmission device includes a continuously variable resistor, which is connected to the secondary coil arrangement.
  • a continuously variable resistor which is connected to the secondary coil arrangement.
  • Such an infinitely adjustable electrical resistance is used to continuously simulate the operating parameters of an energy transmission device working under load without steps. It is thus possible to continuously cover the real operating range of the energy transmission device even without integrating the actual load in the form of an electrical energy store. Thus, during the measurement process, conditions prevail which correspond exactly to the operating conditions during energy transmission.
  • By varying the electrical resistance on the secondary side it is possible to determine a map which, for example, can map variable battery impedance over the entire working range of the electrical energy storage device.
  • Resonance points and their characteristic system properties can be determined via the determined amplitude characteristic diagrams and phase curve characteristic diagrams.
  • the course of the output voltage or output current can be continuously determined in relation to the input voltage or input current.
  • that resonance frequency with the properties required according to the system design can be selected from the determined continuous resonance properties, which resonance frequency meets the requirements.
  • the resonant frequency can be determined as a function of an expected value range, which is specified, for example, by tolerances of electrical components. It is also possible, with the help of the properties determined, to observe slow changes over the course of the device's life on the basis of the characteristic diagrams determined, in order, for example, to better identify an impending defect.
  • the energy transmission device includes discretely switchable electrical resistors, which are connected to the secondary coil arrangement. These discretely switchable electrical resistors are used to simulate the operating parameters of an energy transmission device working under load.
  • These discretely switchable electrical resistors are advantageously used to simulate the operating parameters of an energy transmission device operating under load at predetermined operating points. This makes it possible to approximate the real operating range of the energy transmission device even without incorporating the actual load in the form of an electrical energy store. This means that simplified conditions prevail during the measurement process.
  • By varying the electrical resistances on the secondary side it is possible to determine a simplified family of curves which, for example, can map the battery voltage-dependent variable battery impedance over the entire working range of the electrical energy store using discrete measurement points.
  • About the amplitudes determined at the measuring points and Phase curves can be used to determine resonance points and their characteristic system properties. For example, the ratio of the output voltage or output current to the input voltage or input current can be determined at the measuring points.
  • the resonant frequency can be approximately determined as a function of an expected value range, which is specified, for example, by tolerances of electrical components. Furthermore, with the help of the approximately determined properties, it is possible to observe slow changes over the course of the device's life, for example in order to identify an impending defect. Furthermore, a detuning of the primary and secondary resonant circuit with respect to one another can also be detected. This detuning can be used to decide whether the energy transmission system can still be operated. If appropriate devices are present in the energy transmission system, the primary, secondary or both resonant frequencies can be adapted in the event of detuning.
  • the present invention of a method with the characterizing part of claim 5 offers the advantage that the energy transmission device, which comprises a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with an electrical energy source and an electrical energy sink, and which comprises at least one additional electrical energy source which is connected to the primary coil arrangement and that in a first step the primary coil arrangement is supplied with a constant voltage and/or with a constant current.
  • At least one equivalent load resistance is attached to the secondary-side system output, which represents the load impedance at the system output.
  • a resonant frequency between the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement is preferably determined.
  • the resonant frequencies determined between the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement are advantageously compared with already known resonant frequencies. This enables an adapted mode of operation of the energy transmission device. Furthermore, with the help of this comparison of the determined properties with the stored properties, it is possible to observe slow changes over the course of the device's life, for example in order to identify an impending defect.
  • a detuning between the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement in a further step.
  • a detuning of the primary and secondary resonant circuits can be detected. This detuning can be used to decide whether the energy transmission system can be operated.
  • the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement are positioned relative to one another.
  • An improvement in the coupling is achieved with the aid of an improvement in the positioning of the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement relative to one another.
  • FIG. 1 shows an energy transmission device according to the invention, comprising a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement.
  • FIG. 2 shows an energy transmission device according to the invention comprising a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with an equivalent load resistance arrangement on the secondary side.
  • FIG 3 shows an energy transmission device according to the invention comprising a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with a primary-side reference source and a secondary-side equivalent load resistance arrangement.
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of a standard energy transmission device with a control/regulation for determining a setting of optimal operating points.
  • FIG 5 shows an example family of curves of the frequency responses of an energy transmission device according to the invention with different load resistances.
  • FIG. 1 shows the schematic representation of a conventional standard energy transmission device 1.
  • This energy transmission device 1 consists of a primary coil arrangement 2 and a secondary coil arrangement 3.
  • the primary coil arrangement 2 comprises a first direct current source 1, an inverter arrangement 41, a current measuring device llsense, a primary resonant circuit 43 and a Primary coil 44.
  • the input impedance Zj npu t occurs between the inverter arrangement 41 and the primary resonant circuit 43, and the impedance Z refiected at the primary coil 44.
  • the secondary coil arrangement 3 comprises a secondary coil 45, a secondary resonant circuit 46 and a rectifier arrangement 42.
  • This rectifier arrangement 42 can be designed as a passive rectifier arrangement 42, but it can also be designed as an active rectifier arrangement 42.
  • the secondary coil arrangement 3 includes a switch S 1 which connects the load 47 of the secondary coil arrangement 3 to the rectifier arrangement 42 .
  • the secondary coil arrangement 3 can include a current measuring device I2 se nse.
  • the load 47 of the secondary coil arrangement 3 can be a storage device for electrical energy or another consumer of electrical energy. This load 47 of the secondary coil arrangement 3 has a load impedance Zi_oad.
  • FIG. 2 shows an energy transmission device 1 according to the invention.
  • this energy transmission device 1 consists of a primary coil arrangement 2 and a secondary coil arrangement 3.
  • the primary coil arrangement 2 shown in Figure 2 also includes a second direct current source 2.
  • the secondary coil arrangement 3 also includes a switchable load resistor arrangement 48 with a first load resistor a 49 with of load impedance Za and a second load resistor b 50 having load impedance Zb.
  • the first load resistance a 49 can be switched with a second switch 2 S2 as a load for the secondary coil arrangement 3 .
  • the second load resistance b 50 can be switched with a third switch 3 S3 as a load for the secondary coil arrangement 3 .
  • the two load resistors a and b 49, 50 can be operated in parallel by closing the second and third switches S2 and S3.
  • FIG. 3 shows an energy transmission device 1 according to the invention.
  • this energy transmission device 1 consists of a primary coil arrangement 2 and a secondary coil arrangement 3.
  • the primary coil arrangement 2 shown in FIG. 3 additionally comprises a reference current source R source.
  • This reference current source R source includes a second direct current source 51 and a second inverter 52.
  • This reference current source R source can operate the primary coil arrangement 2 independently of the first direct current source 40 with the first inverter 41. This makes it possible to safely impress measurement signals into the first resonant circuit 9 of the primary coil arrangement 2 with the primary coil 44 . Using these measurement signals and the at least one equivalent load resistance of the load resistance arrangement 48, it is possible to determine one or more resonant frequencies of the energy transmission device 1 without having to use high power with high voltages and/or high currents in the primary coil arrangement 2. Such high power levels with high voltages and/or high currents can damage components of the energy transmission device 1 . Furthermore, the energy radiated by the energy transmission device 1 can lead to damage to neighboring devices or also to radio interference if there is no or poor coupling.
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of a standard energy transmission device 1 with a control/regulation 11 for determining a setting of optimal operating points.
  • a voltage U1 and a current II of the primary coil 44 with the primary oscillating circuit 43 and a voltage U2 and a current I2 of the secondary coil 45 with the secondary oscillating circuit 46 are used as input variables.
  • a modulator 1, which controls the inverter 41 on the primary side, is controlled via a first output signal dl.
  • a second output signal d2 controls a modulator 2, which controls the rectifier circuit 42 on the secondary side in order to control a voltage 53 of the secondary oscillating circuit 46 and a voltage 54 of the load 47 on the secondary side.
  • FIG. 5 shows an exemplary family of curves for the frequency responses of an energy transmission device 1 according to the invention as a function of different load resistances 48.
  • a typical resonance forms with an exemplary small load resistance 48 (RJoad) of 5 ohms.
  • the resonance is shown by a maximum of the load impedance Zi oa d-
  • R_Load exemplary load resistance 48

Abstract

The invention relates to an energy transmission device comprising a primary coil assembly and a secondary coil assembly, an electrical energy source and an electrical energy sink, wherein the energy transmission device comprises an additional electrical energy source which is connected to the primary coil assembly. The invention also relates to a method for energy transmission with an energy transmission device.

Description

Beschreibung Description
Titel title
Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung optimaler Arbeitspunkte einer induktiven Übertragungseinrichtung Device and method for determining optimal operating points of an inductive transmission device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren einer induktiven Übertragungseinrichtung mit einer zusätzlichen Energiequelle. The present invention relates to a device and a method of an inductive transmission device with an additional energy source.
Stand der Technik State of the art
Beim drahtlosen Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit Hilfe der induktiven Übertragung von elektrischer Energie werden Übertragungssysteme eingesetzt, die aus einer Sendespulenanordnung und einer Empfangsspulenanordnung bestehen. Die Sendespulenanordnung einer Ladestation wird dazu beispielsweise mit einer flachen Wicklung auf die Fahrbahnoberfläche gelegt oder in die Fahrbahn eingelassen. Die Empfangsspulenanordnung mit einer ebenfalls möglichst flachen Wicklung wird unterhalb des Fahrzeugbodens angebracht. Für den Ladevorgang wird das Fahrzeug über der Sendespulenanordnung positioniert. Diese Systeme zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines magnetischen Wechselfeldes, welches von der Sendespulenanordnung ausgehend in der Empfangsspulenanordnung einen elektrischen Wechselstrom induziert, sind in ihrem Wirkungsgrad in ausgeprägter Weise von der korrekten Abstimmung der Sende- zu der Empfangsspulenanordnung abhängig. Bei einer sehr guten Abstimmung ergibt sich in ein optimaler Arbeitspunkt bei einer bevorzugten Resonanzfrequenz. Bei dieser Resonanzfrequenz hat das aus der Sende- und der Empfangsspulenanordnung bestehende System das bevorzugten Impedanz- Übertragungsverhältnis mit definiertem Wirkungsgrad und Kopplung. When wirelessly charging the electrical energy stores of electrically driven vehicles using the inductive transmission of electrical energy, transmission systems are used which consist of a transmitter coil arrangement and a receiver coil arrangement. For this purpose, the transmission coil arrangement of a charging station is placed, for example, with a flat winding on the road surface or embedded in the road. The receiving coil arrangement with a winding that is also as flat as possible is attached below the vehicle floor. For the charging process, the vehicle is positioned over the transmission coil arrangement. The efficiency of these systems for wireless energy transmission by means of an alternating magnetic field, which induces an alternating current in the receiving coil arrangement starting from the transmitting coil arrangement, depends to a large extent on correct tuning of the transmitting coil arrangement to the receiving coil arrangement. A very good tuning results in an optimal working point at a preferred resonance frequency. At this resonant frequency, the system consisting of the transmitting and receiving coil arrangement has the preferred impedance transmission ratio with defined efficiency and coupling.
Bereits kleine Abweichungen von der idealen Abstimmung führen zu einem signifikanten Abfall des Wirkungsgrades der Übertragung zwischen der Sendespulenanordnung und der Empfangsspulenanordnung. Damit ist eine große Auswirkung auf den Systemwirkungsgrad von induktiven Übertragungseinrichtungen verbunden. Die Übertragung von elektrischer Energie kann nur in eine Richtung von der Sendespulenanordnung zu der Empfangsspulenanordnung erfolgen, es kann aber auch bei entsprechend ausgerüsteten Systemen eine Energieübertragung in beide Richtungen erfolgen. Weiterhin führen Abweichungen von der idealen Abstimmung zur Überlastung von aktiven und/oder passiven Bauelementen des Systems. Die nicht nutzbare abgestrahlte Leistung des Systems steigt mit der Abweichung von der idealen Abstimmung und führt zu Störungen von Funkdiensten. Even small deviations from ideal tuning lead to a significant drop in the efficiency of the transmission between the transmitting coil arrangement and the receiving coil arrangement. So that's one great impact on the system efficiency of inductive transmission devices. Electrical energy can only be transmitted in one direction from the transmitting coil arrangement to the receiving coil arrangement, but energy can also be transmitted in both directions in appropriately equipped systems. Furthermore, deviations from ideal tuning lead to overloading of active and/or passive components of the system. The unusable radiated power of the system increases with the deviation from the ideal tuning and leads to interference of radio services.
Zur Erzielung eines optimalen Arbeitspunkts bei einer definierten Übertragungsfrequenz beim drahtlosen Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist eine optimale Ausrichtung des Fahrzeuges mit der Empfangsspulenanordnung gegenüber der Sendespulenanordnung erforderlich. Die benötigte Feinpositionierung des Fahrzeuges mit der Empfangsspulenanordnung gegenüber der Sendespulenanordnung wird durch den Fahrer oder über ein automatisiertes Parksystem vorgenommen. Bei der Positionierung des Fahrzeugs durch den Fahrer kann dieser durch ein Assistenzsystem unterstützt werden, da die Positionierung nur durch die Sinne und Fertigkeiten des Fahrers in der Regel nicht zu einer optimalen Ausrichtung der Sendespulenanordnung und Empfangsspulenanordnung führt. Zusätzlich kann durch die geometrische Gestaltung der Spulenanordnungen eine vergrößerte Positionstoleranz erzielt werden. Damit kann beispielsweise die Anforderung an die Positionsgenauigkeit quer zur Fahrrichtung aufgeweitet werden, während die Positionstoleranz in Fahrtrichtung aufgrund der einfacheren Positionierung des Fahrzeugs durch Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zur Erreichung eines optimalen Koppelfaktors eng gewählt werden kann. In order to achieve an optimal operating point at a defined transmission frequency when wirelessly charging the electrical energy storage devices of electrically powered vehicles, an optimal alignment of the vehicle with the receiving coil arrangement relative to the transmitting coil arrangement is required. The required fine positioning of the vehicle with the receiving coil arrangement relative to the transmitting coil arrangement is carried out by the driver or via an automated parking system. When the driver positions the vehicle, he can be assisted by an assistance system, since positioning solely through the driver's senses and skills generally does not lead to optimal alignment of the transmission coil arrangement and reception coil arrangement. In addition, an increased positional tolerance can be achieved through the geometric configuration of the coil arrangements. In this way, for example, the requirement for position accuracy transverse to the direction of travel can be expanded, while the position tolerance in the direction of travel can be narrowly selected due to the easier positioning of the vehicle by driving forwards and backwards in order to achieve an optimal coupling factor.
Eine optimale Ausrichtung des Fahrzeuges mit der Empfangsspulenanordnung gegenüber der Sendespulenanordnung wird aber selbst damit nur selten erzielt. Daher wird beispielsweise in DE 10 2018 203 391 Al ein System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last und ein Verfahren zum Verstellen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises vorgeschlagen. Dieser Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last zu schaffen, wobei bei einer Energieübertragung von einem Primärkreis zu einem Sekundärkreis die Verlustleistung dadurch verringert werden kann, dass beide Kreise resonant und möglichst aufeinander abgestimmt betrieben werden, wobei mögliche Abweichungen von den Resonanzfrequenzen durch eine kontinuierlich anpassbare Resonanzfrequenz verringert werden. An optimal alignment of the vehicle with the receiving coil arrangement relative to the transmitting coil arrangement is only rarely achieved even with this. For this reason, for example, DE 10 2018 203 391 A1 proposes a system for inductive energy transmission from a first energy source to a load and a method for adjusting a resonant frequency of an electrical oscillating circuit. This invention is based on the idea of a system for inductive energy transmission from a first energy source to create a load, in which case the power loss can be reduced during energy transfer from a primary circuit to a secondary circuit in that both circuits are operated resonantly and as far as possible matched to one another, with possible deviations from the resonance frequencies being reduced by a continuously adaptable resonance frequency.
Da der Wunsch besteht, Energieübertragungseinrichtungen nicht nur mit verringerter Verlustleistung, sondern mit minimaler Verlustleistung zu betreiben, besteht der Bedarf nach einer Energieübertragungseinrichtung, welche eine Einrichtung und ein Verfahren aufweist, um genau und sicher die Systemübertragungseigenschaften zu ermitteln. Since there is a desire to operate energy transmission devices not only with reduced power dissipation, but with minimal power dissipation, there is a need for an energy transmission device which has a device and a method for accurately and reliably determining the system transmission characteristics.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Energieversorgungseinrichtung mit einer Einrichtung und einem Verfahren zur Messung der Impedanz und des Phasengangs zur Verfügung zu stellen. The object of the invention is therefore to provide an energy supply device with a device and a method for measuring the impedance and the phase response.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous developments of the invention result from the features of the dependent patent claims.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung einer Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil, dass die Energieübertragungseinrichtung, welche eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer elektrischen Energiequelle und einer elektrischen Energiesenke umfasst, mindestens eine zusätzliche elektrische Energiequelle umfasst, welche mit der Primärspulenanordnung verbunden ist. Mit Hilfe dieser zusätzlich zur Quelle der Energieübertragung aufgeschalteten Energiequelle kann die Messung der Impedanz und des Phasengangs des Systems ermittelt werden, ohne dass die eigentliche Energiequelle zur Energieübertragung verwendet werden muss. Bei gering gekoppelten induktiven Energieübertragungssystemen besteht die Gefahr, dass die auf der Primärseite zur Energieübertragung bestimmte Primärspulenanordnung bei einer Ansteuerung zur Messung der Impedanz und des Phasengangs des Systems aufgrund der fehlenden Belastung durch die Last der Sekundärseite zu Amplitudenhöhen aufschwingen kann, welche zu Schäden an der Primärspulenanordnung führen können. Die Dauer dieses Aufschwingvorgangs kann abhängig von den Systemeigenschaften sehr kurz sein. Innerhalb von wenigen Millisekunden können sehr große Amplitudenhöhen auftreten, welche Schäden an der Primärspulenanordnung verursachen können. Aus den gemessenen Größen wird in Abhängigkeit der Frequenz des resonanten Systems der Phasengang und die Impedanz ermittelt. Aus diesen Größen können die Übertragungsverhältnisse von Spannung zu Strom, von Strom zu Strom, von Strom zu Spannung und von Spannung zu Spannung vom Eingang zum Ausgang des Systems sowie die jeweilige Phasenlage ermittelt werden. Weiterhin bieten die gemessenen Größen die Grundlage zur Ermittlung der Resonanzfrequenzen und deren charakteristische Eigenschaften. Auf dieser Basis wird dann diejenige Resonanz mit den gewünschten Eigenschaften ausgewählt und bestimmt. The present invention of a device with the characterizing part of claim 1 offers the advantage that the energy transmission device, which comprises a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with an electrical energy source and an electrical energy sink, comprises at least one additional electrical energy source which is connected to the primary coil arrangement. With the help of this energy source, which is switched on in addition to the source of the energy transmission, the measurement of the impedance and the phase response of the system can be determined without the actual energy source having to be used for the energy transmission. In the case of low-coupled inductive energy transmission systems, there is a risk that the primary coil arrangement intended for energy transmission on the primary side, when activated to measure the impedance and the phase response of the system, can oscillate to amplitude levels due to the lack of load from the load on the secondary side, which can damage the primary coil arrangement being able to lead. The duration of this oscillation process can be very short, depending on the system properties. Very large amplitude levels can occur within a few milliseconds, which can cause damage to the primary coil arrangement. The phase response and the impedance are determined from the measured variables as a function of the frequency of the resonant system. The transfer ratios of voltage to current, current to current, current to voltage and voltage to voltage from the input to the output of the system as well as the respective phase position can be determined from these quantities. Furthermore, the measured quantities provide the basis for determining the resonance frequencies and their characteristic properties. On this basis, that resonance with the desired properties is then selected and determined.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Advantageous developments of the device specified in the independent claim are possible as a result of the measures specified in the dependent claims.
In vorteilhafter Weise umfasst die Energieübertragungseinrichtung verstellbare elektrische Widerstände, welche mit der Sekundärspulenanordnung verbunden sind. Diese verstellbaren elektrischen Widerstände dienen dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung nachzubilden. Somit ist es möglich, den realen Betriebsbereich der Energieübertragungseinrichtung auch ohne Einbindung der eigentlichen Last in Form eines elektrischen Energiespeichers abzudecken. Damit herrschen beim Messvorgang Bedingungen vor, welche den Betriebsbedingungen bei der Energieübertragung entsprechen. Durch eine Variation der elektrischen Widerstände auf der Sekundärseite ist es möglich, eine Kurvenschar zu ermitteln, welche beispielsweise die batteriespannungsabhängige variable Batterieimpedanz über den gesamten Arbeitsbereich des elektrischen Energiespeichers abbilden kann. Über die ermittelten Amplituden und Phasenverläufe können Resonanzstellen und deren charakteristische Systemeigenschaften ermittelt werden. Beispielsweise kann der Verlauf von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom zu Eingangsspannung oder Eingangsstrom ermittelt werden. Auf der Basis der ermittelten Systemeigenschaften kann aus den ermittelten Resonanzeigenschaften diejenige Resonanzfrequenz mit den entsprechend der Systemauslegung erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden. Weiterhin kann eine Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von einem erwarteten Wertebereich erfolgen, welcher beispielsweise durch Toleranzen von elektrischen Bauelementen vorgegeben ist. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe der ermittelten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt zu erkennen. The energy transmission device advantageously includes adjustable electrical resistances which are connected to the secondary coil arrangement are. These adjustable electrical resistances are used to simulate the operating parameters of an energy transmission device working under load. It is thus possible to cover the real operating range of the energy transmission device even without integrating the actual load in the form of an electrical energy store. Thus, during the measurement process, conditions prevail which correspond to the operating conditions during energy transmission. By varying the electrical resistances on the secondary side, it is possible to determine a set of curves which, for example, can map the battery voltage-dependent variable battery impedance over the entire working range of the electrical energy store. Resonance points and their characteristic system properties can be determined via the determined amplitudes and phase curves. For example, the progression from output voltage or output current to input voltage or input current can be determined. On the basis of the determined system properties, that resonance frequency with the properties required according to the system design can be selected from the determined resonance properties. Furthermore, the resonant frequency can be determined as a function of an expected value range, which is specified, for example, by tolerances of electrical components. It is also possible, with the help of the properties determined, to observe slow changes over the course of the device's life, for example in order to identify an impending defect.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Energieübertragungseinrichtung einen stufenlos verstellbaren Widerstand umfassen, welcher mit der Sekundärspulenanordnung verbunden ist. Ein solcher stufenlos verstellbarer elektrischer Widerstand dient dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung ohne Stufen kontinuierlich nachzubilden. Somit ist es möglich, den realen Betriebsbereich der Energieübertragungseinrichtung auch ohne Einbindung der eigentlichen Last in Form eines elektrischen Energiespeichers kontinuierlich abzudecken. Damit herrschen beim Messvorgang Bedingungen vor, welche den Betriebsbedingungen bei der Energieübertragung exakt entsprechen. Durch eine Variation des elektrischen Widerstands auf der Sekundärseite ist es möglich, ein Kennfeld zu ermitteln, welches beispielsweise die ladezustandsabhängige variable Batterieimpedanz über den gesamten Arbeitsbereich des elektrischen Energiespeichers abbilden kann. Furthermore, it is advantageous if the energy transmission device includes a continuously variable resistor, which is connected to the secondary coil arrangement. Such an infinitely adjustable electrical resistance is used to continuously simulate the operating parameters of an energy transmission device working under load without steps. It is thus possible to continuously cover the real operating range of the energy transmission device even without integrating the actual load in the form of an electrical energy store. Thus, during the measurement process, conditions prevail which correspond exactly to the operating conditions during energy transmission. By varying the electrical resistance on the secondary side, it is possible to determine a map which, for example, can map variable battery impedance over the entire working range of the electrical energy storage device.
Über die ermittelten Amplitudenkennfelder und Phasenverlaufskennfelder können Resonanzstellen und deren charakteristische Systemeigenschaften ermittelt werden. Beispielsweise kann der Verlauf von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom kontinuierlich zu Eingangsspannung oder Eingangsstrom ermittelt werden. Auf der Basis der ermittelten Systemeigenschaften kann aus den ermittelten kontinuierlichen Resonanzeigenschaften diejenige Resonanzfrequenz mit den entsprechend der Systemauslegung erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden, welche den Anforderungen entspricht. Weiterhin kann eine Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von einem erwarteten Wertebereich erfolgen, welcher beispielsweise durch Toleranzen von elektrischen Bauelementen vorgegeben ist. Außerdem ist es möglich, mit Hilfe der ermittelten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens aufgrund der ermittelten Kennfelder zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt verbessert zu erkennen. Resonance points and their characteristic system properties can be determined via the determined amplitude characteristic diagrams and phase curve characteristic diagrams. For example, the course of the output voltage or output current can be continuously determined in relation to the input voltage or input current. On the basis of the determined system properties, that resonance frequency with the properties required according to the system design can be selected from the determined continuous resonance properties, which resonance frequency meets the requirements. Furthermore, the resonant frequency can be determined as a function of an expected value range, which is specified, for example, by tolerances of electrical components. It is also possible, with the help of the properties determined, to observe slow changes over the course of the device's life on the basis of the characteristic diagrams determined, in order, for example, to better identify an impending defect.
Vorteilhafterweise umfasst die Energieübertragungseinrichtung diskret schaltbare elektrische Widerstände, welche mit der Sekundärspulenanordnung verbunden sind. Diese diskret schaltbaren elektrischen Widerstände dienen dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung nachzubilden. Advantageously, the energy transmission device includes discretely switchable electrical resistors, which are connected to the secondary coil arrangement. These discretely switchable electrical resistors are used to simulate the operating parameters of an energy transmission device working under load.
Diese diskret schaltbaren elektrischen Widerstände dienen in vorteilhafter Weise dazu, die Betriebsparameter einer unter Last arbeitenden Energieübertragungseinrichtung an vorbestimmten Betriebspunkten nachzubilden. Damit ist es möglich, den realen Betriebsbereich der Energieübertragungseinrichtung auch ohne Einbindung der eigentlichen Last in Form eines elektrischen Energiespeichers approximativ abzubilden. Damit herrschen bei Messvorgang vereinfachte Bedingungen vor. Durch eine Variation der elektrischen Widerstände auf der Sekundärseite ist es möglich, eine vereinfachte Kurvenschar zu ermitteln, welche beispielsweise die batteriespannungsabhängige variable Batterieimpedanz über den gesamten Arbeitsbereich des elektrischen Energiespeichers über diskrete Messpunkte abbilden kann. Über die an den Messpunkten ermittelten Amplituden und Phasenverläufe können Resonanzstellen und deren charakteristische Systemeigenschaften ermittelt werden. Beispielsweise kann das Verhältnis von Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom zu Eingangsspannung oder Eingangsstrom an den Messpunkten ermittelt werden. Auf der Basis der so ermittelten Systemeigenschaften kann approximativ eine Kurvenschar der Resonanzeigenschaften erzeugt werden und diejenige Resonanzfrequenz mit den entsprechend der Systemauslegung erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden. Weiterhin kann eine approximative Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von einem erwarteten Wertebereich erfolgen, welcher beispielsweise durch Toleranzen von elektrischen Bauelementen vorgegeben ist. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe der approximativ ermittelten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt zu erkennen. Weiterhin kann auch eine Verstimmung von primärem und sekundärem Resonanzkreis gegeneinander erkannt werden. Diese Verstimmung kann zur Entscheidung genutzt werden, ob das Energieübertragungssystem noch betrieben werden kann. Bei Vorhandensein von entsprechenden Einrichtungen im Energieübertragungssystem kann bei einer Verstimmung eine Anpassung der primären, sekundären oder beider Resonanzfrequenzen erfolgen. These discretely switchable electrical resistors are advantageously used to simulate the operating parameters of an energy transmission device operating under load at predetermined operating points. This makes it possible to approximate the real operating range of the energy transmission device even without incorporating the actual load in the form of an electrical energy store. This means that simplified conditions prevail during the measurement process. By varying the electrical resistances on the secondary side, it is possible to determine a simplified family of curves which, for example, can map the battery voltage-dependent variable battery impedance over the entire working range of the electrical energy store using discrete measurement points. About the amplitudes determined at the measuring points and Phase curves can be used to determine resonance points and their characteristic system properties. For example, the ratio of the output voltage or output current to the input voltage or input current can be determined at the measuring points. On the basis of the system properties determined in this way, a family of curves of the resonance properties can be approximately generated and that resonance frequency with the properties required according to the system design can be selected. Furthermore, the resonant frequency can be approximately determined as a function of an expected value range, which is specified, for example, by tolerances of electrical components. Furthermore, with the help of the approximately determined properties, it is possible to observe slow changes over the course of the device's life, for example in order to identify an impending defect. Furthermore, a detuning of the primary and secondary resonant circuit with respect to one another can also be detected. This detuning can be used to decide whether the energy transmission system can still be operated. If appropriate devices are present in the energy transmission system, the primary, secondary or both resonant frequencies can be adapted in the event of detuning.
Die vorliegende Erfindung eines Verfahrens mit dem Kennzeichen des Anspruchs 5 bietet den Vorteil, dass die Energieübertragungseinrichtung, welche eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer elektrischen Energiequelle und einer elektrischen Energiesenke umfasst, und welche mindestens eine zusätzliche elektrische Energiequelle umfasst, welche mit der Primärspulenanordnung verbunden ist und dass in einem ersten Schritt die Primärspulenanordnung mit einer konstanten Spannung und/oder mit einem konstanten Strom gespeist wird. Am sekundärseitigen Systemausgang wird mindestens ein Ersatzlastwiderstand angebracht, welcher die Lastimpedanz am Systemausgang darstellt. Bei Verwendung mehrerer Ersatzlastwiderstände, welche über eine Schaltmatrix verschaltet sind, können verschiedene Lastpunkte am Systemausgang dargestellt werden. Durch Aufschalten verschiedener Lastwiderstandswerte lässt sich das Übertragungsverhalten für verschiedene Lastpunkte ermitteln. Über eine rechnerische Approximation können Zwischenpunkte ermittelt werden oder über die Verwendung von verstellbaren Widerständen messtechnisch erfasst werden. Bevorzugt wird in einem weiteren Schritt eine Resonanzfrequenz zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung ermittelt. Durch Messung an verschiedenen Frequenzpunkten bei primärseitig konstanter Ausgangsspannung lässt sich somit der Resonanzverlauf und/oder weitere Resonanzstellen (Bifurkation) des Übertragungssystems ermitteln. The present invention of a method with the characterizing part of claim 5 offers the advantage that the energy transmission device, which comprises a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with an electrical energy source and an electrical energy sink, and which comprises at least one additional electrical energy source which is connected to the primary coil arrangement and that in a first step the primary coil arrangement is supplied with a constant voltage and/or with a constant current. At least one equivalent load resistance is attached to the secondary-side system output, which represents the load impedance at the system output. When using several equivalent load resistances, which are interconnected via a switching matrix, different load points can be displayed at the system output. The transmission behavior for different load points can be determined by connecting different load resistance values. Intermediate points can be determined via arithmetical approximation or measured using adjustable resistors. In a further step, a resonant frequency between the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement is preferably determined. By measuring at different frequency points with a constant output voltage on the primary side, the resonance curve and/or other resonance points (bifurcation) of the transmission system can be determined.
In vorteilhafter Weise werden in einem weiteren Schritt die ermittelten Resonanzfrequenzen zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung mit bereits bekannten Resonanzfrequenzen verglichen. Dies ermöglicht eine angepasste Betriebsweise der Energieübertragungseinrichtung. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe dieses Vergleichs der ermittelten Eigenschaften mit den gespeicherten Eigenschaften langsame Änderungen im Lauf des Gerätelebens zu beobachten, um beispielsweise einen sich ankündigenden Defekt zu erkennen. In a further step, the resonant frequencies determined between the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement are advantageously compared with already known resonant frequencies. This enables an adapted mode of operation of the energy transmission device. Furthermore, with the help of this comparison of the determined properties with the stored properties, it is possible to observe slow changes over the course of the device's life, for example in order to identify an impending defect.
In vorteilhafter Weise bietet es sich an, in einem weiteren Schritt eine Verstimmung zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung zu ermitteln. In diesem Schritt kann eine Verstimmung von primärem und sekundärem Resonanzkreis gegeneinander erkannt werden. Diese Verstimmung kann zur Entscheidung genutzt werden, ob das Energieübertragungssystem betrieben werden kann. Advantageously, it makes sense to determine a detuning between the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement in a further step. In this step, a detuning of the primary and secondary resonant circuits can be detected. This detuning can be used to decide whether the energy transmission system can be operated.
Von großem Vorteil ist es, wenn in einem weiteren Schritt eine Anpassung zwischen dem Resonanzkreis der Primärspulenanordnung und dem Resonanzkreis der Sekundärspulenanordnung erfolgt. Bei Vorhandensein von entsprechenden Einrichtungen im Energieübertragungssystem kann bei einer Verstimmung eine Anpassung der primären, sekundären oder beider Resonanzfrequenzen erfolgen. It is of great advantage if, in a further step, there is an adjustment between the resonant circuit of the primary coil arrangement and the resonant circuit of the secondary coil arrangement. If appropriate devices are present in the energy transmission system, the primary, secondary or both resonant frequencies can be adapted in the event of detuning.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem weiteren Schritt eine Positionierung der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung zueinander durchgeführt wird. Mit Hilfe einer Verbesserung der Positionierung der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung zueinander wird eine Verbesserung der Kopplung erreicht. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafterFurthermore, it is advantageous if, in a further step, the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement are positioned relative to one another. An improvement in the coupling is achieved with the aid of an improvement in the positioning of the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement relative to one another. Other features and advantages of the present invention will become more apparent to those skilled in the art from the following description
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich. Embodiments, which, however, are not to be construed as limiting the invention, can be seen with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung. 1 shows an energy transmission device according to the invention, comprising a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement.
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer sekundärseitigen Ersatzlastwiderstandsanordnung. 2 shows an energy transmission device according to the invention comprising a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with an equivalent load resistance arrangement on the secondary side.
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Primärspulenanordnung und eine Sekundärspulenanordnung mit einer primärseitigen Referenzquelle und einer sekundärseitigen Ersatzlastwiderstandsanordnung. 3 shows an energy transmission device according to the invention comprising a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement with a primary-side reference source and a secondary-side equivalent load resistance arrangement.
Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Standard- Energieübertragungseinrichtung mit einer Steuerung/Regelung zur Ermittlung einer Einstellung optimaler Arbeitspunkte. FIG. 4 shows a circuit diagram of a standard energy transmission device with a control/regulation for determining a setting of optimal operating points.
Fig. 5 eine beispielhafte Kurvenschar der Frequenzgänge einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung bei unterschiedlichen Lastwiderständen. 5 shows an example family of curves of the frequency responses of an energy transmission device according to the invention with different load resistances.
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen. All figures are merely schematic representations of the device according to the invention and its components according to exemplary embodiments of the invention. In particular, distances and size relationships are not shown to scale in the figures. Corresponding elements in the various figures are given the same reference numbers.
Die Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer üblichen Standard- Energieübertragungseinrichtung 1. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Die Primärspulenanordnung 2 umfasst eine erste Gleichstromquelle Quelle 1, eine Wechselrichteranordnung 41, eine Stromesseinrichtung llsense, einen primären Schwingkreis 43 und eine Primärspule 44. Zwischen der Wechselrichteranordnung 41 und dem primären Schwingkreis 43 tritt die Eingangsimpedanz Zjnput auf, an der Primärspule 44 die Impedanz Zrefiected. Die Sekundärspulenanordnung 3 umfasst eine Sekundärspule 45, einen sekundären Schwingkreis 46 und eine Gleichrichteranordnung 42. Diese Gleichrichteranordnung 42 kann als passive Gleichrichteranordnung 42 ausgeführt sein, sie kann aber auch als aktive Gleichrichteranordnung 42 ausgeführt sein. Weiterhin umfasst die Sekundärspulenanordnung 3 einen Schalter Sl, welcher die Last 47 der Sekundärspulenanordnung 3 mit der Gleichrichteranordnung 42 verbindet. Außerdem kann die Sekundärspulenanordnung 3 eine Stromesseinrichtung I2sense umfassen. Die Last 47 der Sekundärspulenanordnung 3 kann eine Speichereinrichtung für elektrische Energie oder ein anderer Verbraucher elektrischer Energie sein. Diese Last 47 der Sekundärspulenanordnung 3 weist eine Lastimpedanz Zi_oad auf. Figure 1 shows the schematic representation of a conventional standard energy transmission device 1. This energy transmission device 1 consists of a primary coil arrangement 2 and a secondary coil arrangement 3. The primary coil arrangement 2 comprises a first direct current source 1, an inverter arrangement 41, a current measuring device llsense, a primary resonant circuit 43 and a Primary coil 44. The input impedance Zj npu t occurs between the inverter arrangement 41 and the primary resonant circuit 43, and the impedance Z refiected at the primary coil 44. The secondary coil arrangement 3 comprises a secondary coil 45, a secondary resonant circuit 46 and a rectifier arrangement 42. This rectifier arrangement 42 can be designed as a passive rectifier arrangement 42, but it can also be designed as an active rectifier arrangement 42. Furthermore, the secondary coil arrangement 3 includes a switch S 1 which connects the load 47 of the secondary coil arrangement 3 to the rectifier arrangement 42 . In addition, the secondary coil arrangement 3 can include a current measuring device I2 se nse. The load 47 of the secondary coil arrangement 3 can be a storage device for electrical energy or another consumer of electrical energy. This load 47 of the secondary coil arrangement 3 has a load impedance Zi_oad.
In Figur 2 wird eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1 gezeigt. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht wie in Figur 1 aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Die in Figur 2 gezeigte Primärspulenanordnung 2 umfasst zusätzlich eine zweite Gleichstromquelle Quelle 2. Weiterhin umfasst die Sekundärspulenanordnung 3 zusätzlich eine schaltbare Lastwiderstandsanordnung 48 mit einem ersten Lastwiderstand a 49 mit der Lastimpedanz Za und einem zweiten Lastwiderstand b 50 mit der Lastimpedanz Zb. Der erste Lastwiderstand a 49 kann mit einem zweiten Schalter 2 S2 als Last für die Sekundärspulenanordnung 3 geschaltet werden. Der zweite Lastwiderstand b 50 kann mit einem dritten Schalter 3 S3 als Last für die Sekundärspulenanordnung 3 geschaltet werden. Weiterhin können die beiden Lastwiderstände a und b 49, 50 durch Schließen des zweiten und des dritten Schalters S2 und S3 parallel betrieben werden. Somit können durch die beiden FIG. 2 shows an energy transmission device 1 according to the invention. As in Figure 1, this energy transmission device 1 consists of a primary coil arrangement 2 and a secondary coil arrangement 3. The primary coil arrangement 2 shown in Figure 2 also includes a second direct current source 2. Furthermore, the secondary coil arrangement 3 also includes a switchable load resistor arrangement 48 with a first load resistor a 49 with of load impedance Za and a second load resistor b 50 having load impedance Zb. The first load resistance a 49 can be switched with a second switch 2 S2 as a load for the secondary coil arrangement 3 . The second load resistance b 50 can be switched with a third switch 3 S3 as a load for the secondary coil arrangement 3 . Furthermore, the two load resistors a and b 49, 50 can be operated in parallel by closing the second and third switches S2 and S3. Thus, through the two
Lastwiderstände a und b 49, 50 drei unterschiedliche Lastpunkte mit den jeweiligen Impedanzen simuliert werden, welche für Messungen der Systemeigenschaften genutzt werden können. Im Regelbetrieb wird lediglich der erste Schalter Sl geschlossen, der zweite Schalter S2 und der dritte Schalter S3 bleiben offen. Somit fließt die von der Sekundärspulenanordnung 3 aufgenommene Energie in die angeschlossene Last mit der Impedanz Zioad. In Figur 3 wird eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1 gezeigt. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht wie in Figur 1 aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Die in Figur 3 gezeigte Primärspulenanordnung 2 umfasst zusätzlich eine Referenzstromquelle R-Quelle. Diese Referenzstromquelle R-Quelle umfasst eine zweite Gleichstromquelle 51 und einen zweiten Wechselrichter 52. Diese Referenzstromquelle R-Quelle kann unabhängig von der ersten Gleichstromquelle 40 mit dem ersten Wechselrichter 41 die Primärspulenanordnung 2 betreiben. Dies ermöglicht, gefahrlos Messsignale in den ersten Resonanzkreis 9 der Primärspulenanordnung 2 mit der Primärspule 44 einzuprägen. Mit Hilfe dieser Messignale und dem mindestens einen Ersatzlastwiderstand der Lastwiderstandsanordnung 48 ist es möglich, eine oder mehrere Resonanzfrequenzen der Energieübertragungseinrichtung 1 zu ermitteln, ohne dass in der Primärspulenanordnung 2 hohe Leistungen mit hohen Spannungen und/oder hohen Strömen eingesetzt werden müssen. Solche hohen Leistungen mit hohen Spannungen und/oder hohen Strömen können zu Beschädigungen von Komponenten der Energieübertragungseinrichtung 1 führen. Weiterhin kann die von der Energieübertragungseinrichtung 1 abgestrahlte Energie bei fehlender oder schlechter Kopplung zu Schäden an benachbarten Geräten oder auch zu Funkstörungen führen. Load resistances a and b 49, 50 simulate three different load points with the respective impedances, which can be used to measure the system properties. In regular operation, only the first switch S1 is closed, the second switch S2 and the third switch S3 remain open. The energy absorbed by the secondary coil arrangement 3 thus flows into the connected load with the impedance Zi oa d. FIG. 3 shows an energy transmission device 1 according to the invention. As in FIG. 1, this energy transmission device 1 consists of a primary coil arrangement 2 and a secondary coil arrangement 3. The primary coil arrangement 2 shown in FIG. 3 additionally comprises a reference current source R source. This reference current source R source includes a second direct current source 51 and a second inverter 52. This reference current source R source can operate the primary coil arrangement 2 independently of the first direct current source 40 with the first inverter 41. This makes it possible to safely impress measurement signals into the first resonant circuit 9 of the primary coil arrangement 2 with the primary coil 44 . Using these measurement signals and the at least one equivalent load resistance of the load resistance arrangement 48, it is possible to determine one or more resonant frequencies of the energy transmission device 1 without having to use high power with high voltages and/or high currents in the primary coil arrangement 2. Such high power levels with high voltages and/or high currents can damage components of the energy transmission device 1 . Furthermore, the energy radiated by the energy transmission device 1 can lead to damage to neighboring devices or also to radio interference if there is no or poor coupling.
Die Figur 4 zeigt ein Schaltbild einer Standard-Energieübertragungseinrichtung 1 mit einer Steuerung/Regelung 11 zur Ermittlung einer Einstellung optimaler Arbeitspunkte. Als Eingangsgrößen werden eine Spannung Ul und ein Strom II der Primärspule 44 mit dem primären Schwingkreis 43 und eine Spannung U2 und ein Strom 12 der Sekundärspule 45 mit dem sekundären Schwingkreis 46 verwendet. Über ein erstes Ausgangssignal dl wird ein Modulator 1 angesteuert, welcher den primärseitigen Wechselrichter 41 ansteuert. Über ein zweites Ausgangssignal d2 wird ein Modulator 2 angesteuert, welcher die sekundärseitige Gleichrichterschaltung 42 ansteuert, um eine Spannung 53 des sekundären Schwingkreises 46 und um eine Spannung 54 der sekundärseitigen Last 47 anzusteuern. Über die Verknüpfung der genannten Eingangsgrößen Spannung Ul und Strom II der Primärspule 44 mit dem primären Schwingkreis 43 und Spannung U2 und Strom 12 der Sekundärspule 45 mit dem sekundären Schwingkreis 46 mit den Größen der Spannung 53 des sekundären Schwingkreises 46 und der Spannung 54 der sekundärseitigen Last 47 ergibt sich ein Regelkreis. FIG. 4 shows a circuit diagram of a standard energy transmission device 1 with a control/regulation 11 for determining a setting of optimal operating points. A voltage U1 and a current II of the primary coil 44 with the primary oscillating circuit 43 and a voltage U2 and a current I2 of the secondary coil 45 with the secondary oscillating circuit 46 are used as input variables. A modulator 1, which controls the inverter 41 on the primary side, is controlled via a first output signal dl. A second output signal d2 controls a modulator 2, which controls the rectifier circuit 42 on the secondary side in order to control a voltage 53 of the secondary oscillating circuit 46 and a voltage 54 of the load 47 on the secondary side. By linking the above input variables voltage Ul and current II of the primary coil 44 to the primary resonant circuit 43 and voltage U2 and current 12 of the secondary coil 45 to the secondary resonant circuit 46 with the sizes of the voltage 53 of the secondary Resonant circuit 46 and the voltage 54 of the secondary-side load 47 results in a control loop.
Die Figur 5 zeigt eine beispielhafte Kurvenschar der Frequenzgänge einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung 1 als Funktion unterschiedlicher Lastwiderstände 48. In diesem Beispiel ist zu erkennen, dass bei einem beispielhaften kleinen Lastwiderstand 48 (RJoad) von 5 Ohm sich eine typische Resonanz ausbildet. Die Resonanz zeigt sich durch ein Maximum der Lastimpedanz Zioad- Weiterhin verschiebt sich bei einem etwas größeren beispielhaften Lastwiderstand 48 (R_Load) von 15 Ohm die Resonanz zu einer höheren Frequenz. Diese zeigt sich durch ein signifikant höherliegendes Maximum der Lastimpedanz Zioad. Bei einem deutlich höher gewählten beispielhaften Lastwiderstand 48 (R_Load) von 45 Ohm zeigen sich in diesem Beispiel zwei Resonanzstellen. Die Resonanzstelle mit der höheren Lastimpedanz Zioad ist zu einer höheren Frequenz im Vergleich zu den Beispielen mit niedrigeren Lastimpedanzen Zioad verschoben. Parallel bildet sich bei diesem Beispiel eine zweite Resonanzstelle mit einer niedrigeren Lastimpedanz Zioad bei einer niedrigeren Frequenz. Diese beispielhafte zweite Resonanzstelle kann wie die beispielhafte erste Resonanzstelle als optimaler Arbeitspunkt verwendet werden. FIG. 5 shows an exemplary family of curves for the frequency responses of an energy transmission device 1 according to the invention as a function of different load resistances 48. In this example it can be seen that a typical resonance forms with an exemplary small load resistance 48 (RJoad) of 5 ohms. The resonance is shown by a maximum of the load impedance Zi oa d- Furthermore, with a somewhat larger exemplary load resistance 48 (R_Load) of 15 ohms, the resonance shifts to a higher frequency. This is shown by a significantly higher maximum of the load impedance Zi oa d. In the case of a load resistance 48 (R_Load) of 45 ohms, which is selected to be significantly higher, two points of resonance are found in this example. The resonance point with the higher load impedance Zi oa d is shifted to a higher frequency compared to the examples with lower load impedances Zi oa d. In this example, a second resonance point with a lower load impedance Zi oa d is formed at the same time at a lower frequency. Like the exemplary first resonance point, this exemplary second resonance point can be used as an optimum operating point.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Although the present invention has been fully described above with reference to the preferred exemplary embodiments, it is not restricted to them, but rather can be modified in a variety of ways.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Energieübertragungseinrichtung (1) umfassend eine Primärspulenanordnung (2) und eine Sekundärspulenanordnung (3), eine elektrische Energiequelle (4) und eine elektrische Energiesenke (5) dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (1) mindestens eine zusätzliche elektrische Energiequelle (5) umfasst, welche mit der Primärspulenanordnung (2) verbunden ist. 1. Energy transmission device (1) comprising a primary coil arrangement (2) and a secondary coil arrangement (3), an electrical energy source (4) and an electrical energy sink (5), characterized in that the energy transmission device (1) comprises at least one additional electrical energy source (5). , which is connected to the primary coil assembly (2).
2. Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (1) verstellbare elektrische Widerstände (6) umfasst, welche mit der Sekundärspulenanordnung (3) verbunden sind. 2. Energy transmission device (1) according to claim 1, characterized in that the energy transmission device (1) comprises adjustable electrical resistors (6) which are connected to the secondary coil arrangement (3).
3. Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (1) einen verstellbaren elektrischen Lastwiderstand (7) umfasst, welcher mit der Sekundärspulenanordnung (3) verbunden ist. 3. Energy transmission device (1) according to claim 2, characterized in that the energy transmission device (1) comprises an adjustable electrical load resistor (7) which is connected to the secondary coil arrangement (3).
4. Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (1) diskret schaltbare elektrische Widerstände (8) umfasst, welche mit der Sekundärspulenanordnung (3) verbunden sind. 4. Energy transmission device (1) according to claim 2, characterized in that the energy transmission device (1) comprises discretely switchable electrical resistors (8) which are connected to the secondary coil arrangement (3).
5. Verfahren zur Energieübertragung mit einer Energieübertragungseinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Primärspulenanordnung (2) mit einer konstanten Spannung (30) und/oder mit einem konstanten Strom (31) gespeist wird. 5. Method for energy transmission with an energy transmission device (1), characterized in that in a first step the primary coil arrangement (2) is supplied with a constant voltage (30) and/or with a constant current (31).
6. Verfahren zur Energieübertragung mit einer Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt mindestens eine Resonanzfrequenz (32) zwischen der Primärspulenanordnung (2) und der Sekundärspulenanordnung (3) ermittelt wird. 6. Method for energy transmission with an energy transmission device (1) according to claim 5, characterized in that in a further step at least one resonant frequency (32) between the primary coil arrangement (2) and the secondary coil arrangement (3) is determined.
7. Verfahren zur Energieübertragung mit einer Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die ermittelten Resonanzfrequenzen (32) zwischen der Primärspulenanordnung (2) und der Sekundärspulenanordnung (3) mit bereits bekannten Resonanzfrequenzen (33) verglichen werden. 7. Method for energy transmission with an energy transmission device (1) according to claim 5, characterized in that in a further step the determined resonant frequencies (32) between the primary coil arrangement (2) and the secondary coil arrangement (3) are compared with already known resonant frequencies (33). .
8. Verfahren zur Energieübertragung mit einer Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine Verstimmung (34) zwischen der Primärspulenanordnung (2) und der Sekundärspulenanordnung (3) ermittelt wird. 8. Method for energy transmission with an energy transmission device (1) according to claim 5, characterized in that in a further step a detuning (34) between the primary coil arrangement (2) and the secondary coil arrangement (3) is determined.
9. Verfahren zur Energieübertragung mit einer Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine Anpassung zwischen dem Resonanzkreis (9) der Primärspulenanordnung (2) und dem Resonanzkreis (10) der - 16 -9. A method for energy transmission with an energy transmission device (1) according to claim 5, characterized in that in a further step, an adjustment between the resonant circuit (9) of the primary coil assembly (2) and the resonant circuit (10) of - 16 -
Sekundärspulenanordnung (3) erfolgt. Secondary coil assembly (3) takes place.
10. Verfahren zur Energieübertragung mit einer Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine Positionierung (35) der Primärspulenanordnung (2) und der Sekundärspulenanordnung (3) zueinander durchgeführt wird. 10. A method for energy transmission with an energy transmission device (1) according to claim 5, characterized in that in a further step a positioning (35) of the primary coil arrangement (2) and the secondary coil arrangement (3) is carried out to each other.
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DE102018203391A1 (en) 2018-03-07 2019-09-12 Robert Bosch Gmbh System for inductive energy transfer from a first energy source to a load and method for adjusting a resonant frequency of an electrical resonant circuit

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