DE102020213939A1 - Energy transmission device for a vehicle and method for charging an energy store in a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energieübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug (12), bei der nach Aktivieren einer stationären Energiesendeeinheit (11) induktiv Energie zum Fahrzeug (12) übertragen wird, mit der ein Energiespeicher (16) geladen wird. Die empfangene Menge an Energie wird an den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers (16) von einer fahrzeugseitigen Leistungselektronik (34) angepasst. Hierzu wird ein Schwingkreis der Energieempfangseinheit (14) phasenweise kurzgeschlossen.The present invention relates to an energy transmission device for a vehicle (12), in which, after activation of a stationary energy transmission unit (11), energy is transmitted inductively to the vehicle (12), with which an energy store (16) is charged. The amount of energy received is adapted to the current state of charge of the energy store (16) by power electronics (34) on the vehicle. For this purpose, an oscillating circuit of the energy receiving unit (14) is short-circuited in phases.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers in einem Fahrzeug.The present invention relates to an energy transmission device for a vehicle and a method for charging an energy store in a vehicle.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Das induktive Laden von Fahrzeugen (auch als Wireless Power Transfer WPT bezeichnet) ist hinreichend bekannt (beispielsweise aus DE 10 2018 007 439 A1 , DE 10 2018 005 974 A1 , DE 10 2016 207 929 A1 , DE 10 2010 042 395 A1 ).The inductive charging of vehicles (also known as Wireless Power Transfer WPT) is well known (e.g. from DE 10 2018 007 439 A1 , DE 10 2018 005 974 A1 , DE 10 2016 207 929 A1 , DE 10 2010 042 395 A1 ).

Für die Energieübertragung zwischen einer oder mehreren stationären Primärstationen kann elektrische Energie drahtlos über elektrische Wechselfelder induktiv ins Fahrzeug (Sekundärseite) übertragen werden. Prinzipiell wird dabei ein Schwing- oder Resonanzkreis mit einer Primärspule verwendet, der von hochfrequentem Wechselstrom gespeist wird. Den zur fahrzeugseitigen Induktionsspule (Sekundärspule) übertragenen und dort ausgekoppelten Wechselstrom wandelt das im Fahrzeug eingebaute Ladegerät in Gleichstrom und lädt einen Energiespeicher für den Elektroantrieb des Fahrzeugs.For energy transmission between one or more stationary primary stations, electrical energy can be transmitted wirelessly via alternating electrical fields into the vehicle (secondary side). In principle, an oscillating or resonant circuit with a primary coil is used, which is fed by high-frequency alternating current. The charger installed in the vehicle converts the alternating current transmitted to the vehicle's induction coil (secondary coil) and decoupled there into direct current and charges an energy store for the vehicle's electric drive.

Eine gute Koppelung und geeignete Spulengeometrien beider Spulen bei möglichst geringem Abstand zwischen Primärspule und Sekundärspule verringern Übertragungsverluste. Die Energie wird daher nur in vorgegebenen, stationären Ladepositionen übertragen.Good coupling and suitable coil geometries for both coils with the smallest possible distance between the primary coil and secondary coil reduce transmission losses. The energy is therefore only transmitted in predetermined, stationary charging positions.

Um notwendige Energie induktiv zu Fahrzeugen zu übertragen, ist eine Vielzahl von Primärstationen mit zugehörigen Leistungselektroniken auf der stationären Primärseite (Straße, Gebäude, sonstige Infrastruktur) notwendig, die mit Leistungselektroniken in Fahrzeugen (Sekundärseiten) gekoppelt sein können.In order to inductively transmit the necessary energy to vehicles, a large number of primary stations with associated power electronics on the stationary primary side (street, building, other infrastructure) are required, which can be coupled with power electronics in vehicles (secondary sides).

Die Energiespeicher können dabei im stationären Betrieb des Fahrzeugs (z.B. beim Parken), im halb-dynamischen Betrieb (z.B. bei kurzem Halt vor einer Verkehrsampel) oder auch im dynamischen Betrieb während der Fahrt geladen werden, sofern eine entsprechende Infrastruktur mit einer Vielzahl von örtlich zugeordneten, primärseitigen Leistungselektroniken vorhanden ist. Hierzu sind eine Vielzahl von Primärspulen in sogenannten Ladepads in Fahrbahnen, Fahrstreifen, Parkstreifen, etc. angeordnet.The energy storage devices can be charged while the vehicle is in stationary operation (e.g. when parking), in semi-dynamic operation (e.g. when stopping briefly at a traffic light) or also in dynamic operation while driving, provided there is a corresponding infrastructure with a large number of locally assigned , primary-side power electronics is present. For this purpose, a large number of primary coils are arranged in so-called charging pads in roadways, traffic lanes, parking lanes, etc.

Bisherige induktive Energieübertragung ins Fahrzeug wird von der Primärseite aus geregelt. Die Sekundärseite nimmt die Menge Energie, die ihr angeboten wird. Ein Energiespeicher im Fahrzeug kann somit geladen werden. Hierzu ist allerdings eine aufwendige Echtzeitkommunikation der beiden Seiten miteinander (Informationen zu den grundlegenden Betriebszuständen, wie Angaben zum Energiebedarf) notwendig. Bei der Echtzeitkommunikation müssen Daten nicht nur mit dem richtigen Wert, sondern auch noch rechtzeitig zu einem vorbestimmten Zeitpunkt geliefert werden.Previous inductive energy transfer into the vehicle is controlled from the primary side. The secondary takes the amount of energy that is offered to it. An energy store in the vehicle can thus be charged. However, this requires complex real-time communication between the two sides (information on the basic operating states, such as information on energy requirements). With real-time communication, data not only has to be delivered with the right value, but also on time at a predetermined time.

Zudem ist eine Positionserkennung des Fahrzeugs in Echtzeit für das dynamische Laden notwendig. Die Position des Fahrzeugs muss genau erfasst werden und die Energiespeicher werden erst dann geladen, wenn die erfasste Position mit dem Ort der Primärstation möglichst genau übereinstimmt.In addition, real-time position detection of the vehicle is necessary for dynamic charging. The position of the vehicle must be recorded precisely and the energy storage devices are only charged when the recorded position corresponds as closely as possible to the location of the primary station.

Es kann nur ein Fahrzeug an einer primärseitigen Leistungselektronik geladen werden. Wenn die Leistungselektroniken auf der Primärseite mehrere Primärspulen aufweisen, dann können zwar mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden, jedoch hängt dann die bereitgestellte Ladeleistung von dem Fahrzeug mit der niedrigsten benötigten Ladeleistung ab. Ansonsten bekommt jedes Fahrzeug die maximale mögliche Energie unabhängig von dem Energiebedarf im Fahrzeug. Dies hat zur Folge, dass die Ladung sich nach dem „schwächsten Glied“ richtet und alle anderen Fahrzeuge, die eventuell mehr benötigen würden, auch nur mit dieser geringen Energie geladen werden. Insbesondere dynamisches Laden benötigt eine hohe Qualität der Echtzeitkommunikation. Das heißt die Kommunikation hat direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad des Ladevorgangs. Und mehrere Fahrzeuge werden mit dergleichen Menge an Energie über eine Primärelektronik geladen.Only one vehicle can be charged on the power electronics on the primary side. If the power electronics have a number of primary coils on the primary side, then a number of vehicles can be charged at the same time, but the charging power provided then depends on the vehicle with the lowest required charging power. Otherwise, each vehicle gets the maximum possible energy regardless of the energy requirements in the vehicle. As a result, the charge is based on the "weakest link" and all other vehicles that may need more are only charged with this small amount of energy. Dynamic loading in particular requires high quality real-time communication. This means that the communication has a direct influence on the efficiency of the charging process. And several vehicles are charged with the same amount of energy via primary electronics.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine sehr einfach herstellbare Energieübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers anzugeben, die eine effiziente und möglichst schnelle Ladung von Energiespeichern eines Fahrzeugs individuell abhängig vom jeweiligen Energiebedarf des jeweiligen Fahrzeugs ermöglichen sollen.Against this background, the present invention is based on the object of specifying an energy transmission device for a vehicle that is very easy to produce and a method for charging an energy storage device, which are intended to enable energy storage devices of a vehicle to be charged efficiently and as quickly as possible, depending on the respective energy requirements of the respective vehicle.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Energieübertragungseinrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 7 gelöst.According to the invention, this object is achieved by an energy transmission device having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 7 .

Demgemäß ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Energieübertragungseinrichtung mit einer Energieempfangseinheit aufweist, über die Energie von einer stationären Energiesendeeinheit kommend empfangen werden kann. Eine Sende- und Empfangseinheit im Fahrzeug sendet ein Schalt-Signal an die Energiesendeeinheit aus, woraufhin die Energiesendeeinheit aktiviert wird, falls sie noch nicht aktiviert ist. Sekundärseitige Empfangsspulen empfangen die Energie induktiv. Eine Steuereinheit steuert abhängig vom Ladzustand des Energiespeichers die notwendige Menge an Energie und passt die Ladeleistung an den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers an.Accordingly, it is provided that the vehicle has an energy transmission device with an energy reception unit, via which energy comes from a stationary energy transmission unit can be received. A transmitting and receiving unit in the vehicle sends a switching signal to the energy transmission unit, whereupon the energy transmission unit is activated if it is not already activated. Secondary receiving coils receive the energy inductively. Depending on the state of charge of the energy store, a control unit controls the required amount of energy and adapts the charging power to the current state of charge of the energy store.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, die auf der Sekundärseite benötigte Menge an Energie unabhängig von der Primärseite individuell für das jeweilige Fahrzeug anzupassen, ohne dass eine aufwendige Echtzeitkommunikation notwendig ist. Allein im Fahrzeug wird entschieden, wie viel der angebotenen Energie zum Aufladen genutzt wird. Das Fahrzeug sendet auch nur ein einfaches Schaltsignal aus, um die Leistungselektronik auf der Primärseite zu aktivieren.The finding/idea on which the present invention is based consists in adapting the amount of energy required on the secondary side individually for the respective vehicle, independently of the primary side, without complex real-time communication being necessary. In the vehicle alone, it is decided how much of the available energy is used for charging. The vehicle only emits a simple switching signal to activate the power electronics on the primary side.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren der Zeichnung.Advantageous refinements and developments result from the dependent claims and from the description with reference to the schematic figures of the drawing.

Als Energiespeicher können Batterien, Akkumulatoren oder Kondensatoren verwendet werden. Somit können auch die Antriebe von Elektrofahrzeugen mit dem Energiespeicher flexibel nach Energiekapazitätsanforderungen ausgestattet werden. Batteries, accumulators or capacitors can be used as energy stores. This means that the drives of electric vehicles can also be flexibly equipped with the energy storage device according to energy capacity requirements.

Die induktiv auf die Sekundärseite übertragene Energie wird durch einen einfachen Schwingkreis empfangen, der eine Empfangsspule aufweist. Die Empfangsspule ist vorteilhafterweise im Unterboden des Fahrzeugs angeordnet. Damit kommt sie im Betrieb des Fahrzeug nahe an primärseitige Sendespulen, die in der Fahrbahn, in Fahrstreifen oder in Parkstreifen im Straßenbelag angeordnet sein können. Somit kann induktiv effektiv Energie in einem Nahfeld übertragen werden.The energy transmitted inductively to the secondary side is received by a simple oscillating circuit that has a receiving coil. The receiving coil is advantageously arranged in the underbody of the vehicle. During operation of the vehicle, it thus comes close to primary-side transmission coils, which can be arranged in the roadway, in traffic lanes or in parking lanes in the road surface. Energy can thus be effectively transmitted inductively in a near field.

Eine fahrzeugseitige Leistungselektronik weist eine Energieanpassungseinheit auf, die den Schwingkreis phasenweise derart beeinflusst, dass die Menge an entnommener Energie gesteuert und an den tatsächlichen Bedarf im Fahrzeug angepasst werden kann. Ein Schwingkreis lässt sich dabei ohne zusätzliche Energieverluste einfach durch eine Phasenanschnittsteuereinheit steuern, die den empfangenen Wechselstrom des Schwingkreises in seiner Phase so beeinflusst, dass die Menge an empfangener Energie ganz einfach verändert werden kann.On-board power electronics have an energy adjustment unit that influences the oscillating circuit in phases in such a way that the amount of energy drawn can be controlled and adapted to the actual requirement in the vehicle. An oscillating circuit can be easily controlled without additional energy losses by a phase control unit, which influences the phase of the alternating current received in the oscillating circuit in such a way that the amount of energy received can be easily changed.

Durch die Ausgestaltung der Energieempfangseinheit als Schwingkreis mit einer Empfangsspule, kann diese einfach an die Platzgegebenheiten im Fahrzeug - vorzugsweise im Unterboden - angepasst werden. Die Leistungselektronik auf der Sekundärseite wird auf eine Minimum reduziert, und dennoch ist eine effektive und individuell angepasste Ladung eines Energiespeichers im Fahrzeug möglich.Due to the design of the energy receiving unit as a resonant circuit with a receiving coil, it can easily be adapted to the available space in the vehicle—preferably in the underbody. The power electronics on the secondary side are reduced to a minimum, and an effective and individually adapted charging of an energy storage device in the vehicle is still possible.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above configurations and developments can be combined with one another as desired, insofar as this makes sense. Further possible configurations, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Figurenlistecharacter list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

  • 1 ein Blockschaltbild einer Energieübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug, die mit einer primärseitigen Energieinfrastruktur gekoppelt ist;
  • 2 ein prinzipielles Blockschaltbild der Energieübertragungseinrichtung und der Energieinfrastruktur nach 1, die mit einem Fahrzeug gekoppelt ist;
  • 3 ein prinzipielles Blockschaltbild der Energieinfrastruktur nach 2, die mit zwei Energieübertragungseinrichtungen in zwei Fahrzeugen gekoppelt ist;
  • 4 ein elektrisches Schaltbild einer Nulldurchgangserkennung eines Versorgungswechselstroms der Energieübertragungseinrichtung; und
  • 5 ein Blockschaltbild einer Phasenregelschleife zur Verzugszeitkompensation der Energieübertragungseinrichtung für eine synchrongleichgerichtete Sekundärregelung.
The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures of the drawing. They show:
  • 1 a block diagram of an energy transmission device for a vehicle, which is coupled to an energy infrastructure on the primary side;
  • 2 a basic block diagram of the energy transmission device and the energy infrastructure 1 coupled to a vehicle;
  • 3 a basic block diagram of the energy infrastructure 2 coupled to two power transmission devices in two vehicles;
  • 4 an electrical circuit diagram of a zero crossing detection of an AC supply current of the energy transmission device; and
  • 5 a block diagram of a phase-locked loop for delay time compensation of the energy transmission device for a synchronously rectified secondary control.

Die beiliegende Zeichnung soll ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulicht Ausführungsformen und dient im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnung. Die Elemente der Zeichnung sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt und gegebenenfalls der Übersichtlichkeit halber stark vereinfacht dargestellt.The accompanying drawings are provided to provide a further understanding of embodiments of the invention. It illustrates embodiments and, together with the description, serves to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the advantages mentioned will become apparent in view of the drawing. The elements of the drawing are not necessarily shown to scale with respect to one another and, where appropriate, are simplified for the sake of clarity.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, elements, features and components that are the same in function and have the same effect are provided with the same reference symbols unless otherwise stated.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

Wie in 1 dargestellt ist, wird eine stationäre Energieinfrastruktur (wird im Folgenden als Primärseite 10 bezeichnet) benötigt, die elektrische Energie zum drahtlosen, insbesondere induktiven Übertragen über eine Energiesendeeinheit 11 in ein Fahrzeug 12 (wird im Folgenden als Sekundärseite 13 bezeichnet) zu einer dortigen Energieempfangseinheit 14 bereitstellt. Mit der empfangenen Energie kann ein elektrischer Energiespeicher (im Folgenden als Fahrzeugbatterie 16 bezeichnet) in dem Fahrzeug 12 aufgeladen werden.As in 1 is shown, a stationary energy infrastructure (hereinafter referred to as primary side 10) is required, which provides electrical energy for wireless, in particular inductive transmission via an energy transmission unit 11 in a vehicle 12 (hereinafter referred to as secondary side 13) to an energy receiving unit 14 there . An electrical energy store (hereinafter referred to as vehicle battery 16 ) in the vehicle 12 can be charged with the energy received.

Hierzu ist auf der Primärseite 10 zumindest eine Primärstation 17 notwendig. Die Primärstation 17 ist an das öffentliche Stromnetz (Netz) angeschlossen. Die Primärstation 17 weist eine Steuereinheit 18 (µC) und eine Leistungselektronik 22 auf. Mit den Elementen der Primärstation 17 wird der aus dem Netz angelieferte Strom aufbereitet und über eine Schaltmatrix 23 wahlweise über ein primärseitiges Kompensationsnetzwerk 24 an alle gewünschten und angeschlossenen Energiesendeeinheiten 11 geliefert.At least one primary station 17 is required on the primary side 10 for this purpose. The primary station 17 is connected to the utility grid (grid). The primary station 17 has a control unit 18 (μC) and power electronics 22 . With the elements of the primary station 17, the power supplied from the network is processed and supplied via a switching matrix 23 optionally via a compensation network 24 on the primary side to all desired and connected energy transmission units 11.

Zudem weist die Primärstation 17 eine Sende- und Empfangseinheit 25 auf, über die Kommunikationssignale von Fahrzeugen 12 empfangen und an diese gesendet werden können.In addition, the primary station 17 has a transmitting and receiving unit 25 via which communication signals can be received from vehicles 12 and sent to them.

Jede Energiesendeeinheit 11 weist sogenannten Ladepads 26 auf, in denen Leiterschleifen (werden im Folgenden als Primärspulen 27 bezeichnet) ausgebildet sind. Die Ladepads 26 sind an ausgewählten Orten in Fahrbahnen, Fahrstreifen, Parkstreifen, etc. nahe der Straßenoberfläche eingelassen. Somit kann Energie sowohl im stationären Betrieb des Fahrzeugs 12 (z.B. beim Parken), im halb-dynamischen Betrieb (z.B. bei kurzem Halt vor einer Verkehrsampel) als auch im dynamischen Betrieb während der Fahrt in die Fahrzeuge 12 übertragen werden. Hierzu sind dann jeweils ein Ladepad 26 pro Parkplatz oder viele dicht hintereinander auf einer vorgegebenen Länge angeordnete Ladepads 26 in einem Fahrstreifen unter der Fahrbahnoberfläche angeordnet.Each energy transmission unit 11 has so-called charging pads 26 in which conductor loops (hereinafter referred to as primary coils 27) are formed. The charging pads 26 are embedded at selected locations in roadways, lanes, parking lanes, etc. near the road surface. Thus, energy can be transferred to the vehicles 12 during stationary operation of the vehicle 12 (e.g. when parking), in semi-dynamic operation (e.g. when stopping briefly at a traffic light) and in dynamic operation while driving. For this purpose, one charging pad 26 per parking space or many charging pads 26 arranged closely one behind the other over a predetermined length are then arranged in a lane under the road surface.

Zum induktiven Übertragen von Energie wird typischerweise ein induktiver Leistungsübertrager 30 (siehe 2 und 3) verwendet, der Teil von einem primärseitigen und einem sekundärseitigen Resonanzkreis ist. Die Energieübertragung erfolgt mittels der Gegeninduktion zwischen der Primärspule 27 und der magnetisch gekoppelten Sekundärspule 31, die jeweils Teil der Resonanzkreise sind. Somit erfolgt die Energieübertragung nur im Nahfeld (über eine kurze Distanz im Zentimeter- oder Dezimeter-Bereich) über ein magnetisches Wechselfeld, sobald die Primärspule 27 und die Sekundärspule 31 sich ausreichend nahe beieinander befinden (wird hier als magnetische Kopplung 32 bezeichnet, die durch den Doppelpfeil in den 2 und 3 angedeutet ist).For the inductive transmission of energy, an inductive power transmitter 30 (see 2 and 3 ) is used, which is part of a primary-side and a secondary-side resonant circuit. The energy is transferred by means of mutual induction between the primary coil 27 and the magnetically coupled secondary coil 31, each of which is part of the resonant circuit. Thus, energy transfer occurs only in the near field (over a short distance in the centimeter or decimeter range) via an alternating magnetic field as soon as the primary coil 27 and the secondary coil 31 are sufficiently close to each other (referred to here as magnetic coupling 32, which is caused by the double arrow in the 2 and 3 is indicated).

Eine Energieempfangseinheit 14 im Fahrzeug 12 weist die Sekundärspule 31 als sekundärseitiger Teil des Leistungsübertragers 30 (entspricht einem Teil des sekundärseitigen Schwingkreises) zusammen mit einem sekundärseitigen Kompensationsnetzwerk 40 auf, die mit dem primärseitigen Teil des Leistungsübertragers 30 (Primärspule 27) induktiv oder magnetisch gekoppelt sein muss, um mit diesem sekundärseitigen Teil des Schwingreises Energie zu empfangen. Das Kompensationsnetzwerk 40 dient als Teil des Schwingkreises zum Erzeugen und Aufrechterhalten der Schwingung. Die Energieempfangseinheit 14 weist zudem eine sekundärseitige Leistungsanpassungseinheit (im Folgenden als Leistungselektronik 34 bezeichnet) auf. Sobald die Primärspule 27 aktiviert ist und die Sekundärspule 31 sich im Nahbereich zu der Primärspule 27 befindet, wird Energie auf die Sekundärseite 13 übertragen.An energy receiving unit 14 in the vehicle 12 has the secondary coil 31 as the secondary-side part of the power transmitter 30 (corresponds to part of the secondary-side resonant circuit) together with a secondary-side compensation network 40, which must be inductively or magnetically coupled to the primary-side part of the power transmitter 30 (primary coil 27). , to receive energy with this secondary side part of the vibrating circuit. The compensation network 40 serves as part of the oscillating circuit for generating and maintaining the oscillation. The energy receiving unit 14 also has a secondary-side power adjustment unit (hereinafter referred to as power electronics 34). As soon as the primary coil 27 is activated and the secondary coil 31 is in close proximity to the primary coil 27 , energy is transferred to the secondary side 13 .

Die Leistungselektronik 34 weist eine Synchrongleichrichtung sowie eine einfache Energiesynchronisation zum Steuern der Menge an benötigter Energie auf, wie es in Zusammenhang mit den 2 bis 5 noch näher erläutert wird. Diese Steuerung/Verarbeitung der von der Primärseite 10 empfangenen elektrischen Energie/Leistung/Stroms wird von einer fahrzeugseitigen (sekundärseitigen) Steuereinheit 35 (µC) gesteuert. Mit dem gewandelten, gleichgerichteten und angepassten Strom wird die Fahrzeugbatterie 16 entsprechend mit der notwendigen Menge an Energie aufgeladen.The power electronics 34 includes synchronous rectification and simple power synchronization to control the amount of power required, as discussed in connection with FIGS 2 until 5 will be explained in more detail. This control/processing of the electric energy/power/current received from the primary side 10 is controlled by a vehicle-side (secondary-side) control unit 35 (μC). With the converted, rectified and adjusted current, the vehicle battery 16 is charged accordingly with the necessary amount of energy.

Die Sekundärspule 31 ist vorzugsweise am Fahrzeug-Unterboden 36 angeordnet. Somit liegt sie möglichst nahe zur Straßenoberfläche und damit möglichst nahe zu einem potentiellen Ladepad 26 mit einer oder mehreren Primärspulen 27. Der Abstand zwischen Primärspule 27 und Sekundärspule 31 sollte so gering wie möglich sein, damit eine effiziente Energieübertragung im Nahbereich stattfinden kann, sobald das Fahrzeug 12 mit der Sekundärspule 27 in den Nahbereich zum Ladepad 26 verbracht wird.The secondary coil 31 is preferably arranged on the vehicle underbody 36 . It is thus as close as possible to the road surface and thus as close as possible to a potential charging pad 26 with one or more primary coils 27. The distance between the primary coil 27 and the secondary coil 31 should be as small as possible so that efficient energy transmission can take place at close range as soon as the vehicle 12 is brought with the secondary coil 27 in the vicinity of the charging pad 26.

Das Fahrzeug 12 verfügt zusätzlich über eine Sende- und Empfangseinheit 37, über die eine einfache Kommunikation per Funk mit primärseitigen Sende- und Empfangseinheiten 25 stattfinden kann. Die sekundärseitige Sende- und Empfangseinheit 37 sendet ein Startsignal/Schaltsignal aus, das die nächstliegende Primärstation 17 auffordert, primärseitig die Energie einzuschalten, falls diese noch nicht eingeschaltet ist.The vehicle 12 also has a transmitting and receiving unit 37 via which a simple radio communication with the primary side Transmitting and receiving units 25 can take place. The transmission and reception unit 37 on the secondary side emits a start signal/switching signal which requests the nearest primary station 17 to switch on the energy on the primary side if this is not already switched on.

Somit wird sichergestellt, dass die Energieübertragung stattfinden kann, sobald sich die Sekundärspule 31 einer Primärspule 27 nähert, in deren Nahbereich verbleibt (beim Parken oder Stillstand vor einer Ampel) oder die Nahbereiche mehrerer Primärspulen 27 durchfährt beim dynamischen Laden während der Fahrt. Beim dynamischen Laden brauchen die Primärspulen 27 nicht alle sofort eingeschaltet zu sein, sondern können nacheinander entsprechend der Fahrgeschwindigkeit eingeschaltet werden, falls sie nicht bereits eingeschaltet sind.This ensures that the energy transfer can take place as soon as the secondary coil 31 approaches a primary coil 27, remains in its vicinity (when parking or standing still in front of a traffic light) or passes through the vicinity of several primary coils 27 during dynamic charging while driving. In the case of dynamic charging, the primary coils 27 do not all have to be switched on immediately, but can be switched on one after the other according to the driving speed if they are not already switched on.

Die sekundärseitige Sende- und Empfangseinheit 37 kann optional noch weitere, einfache Informationen an die primärseitige Sende- und Empfangseinheit 25 senden, wie beispielsweise den Ladezustand der Fahrzeugbatterie 16 oder die aktuelle Fahrgeschwindigkeit. Denn der Ladezustand der Fahrzeugbatterie 16 wird ohnehin ständig überwacht, so dass jederzeit Lademaßnahmen zum Aufladen der Fahrzeugbatterie 16 ergriffen werden können abhängig vom Ladezustand und vom Vorhandensein von der Primärseite 10 aus übertragener Energie.The transmission and reception unit 37 on the secondary side can optionally send additional, simple information to the transmission and reception unit 25 on the primary side, such as the state of charge of the vehicle battery 16 or the current driving speed. Because the state of charge of the vehicle battery 16 is constantly monitored anyway, so that charging measures for charging the vehicle battery 16 can be taken at any time depending on the state of charge and the presence of energy transmitted from the primary side 10 .

Eine umfangreiche Echtzeitkommunikation ist allerdings nicht erforderlich. Die einzige Kommunikation, die benötigt wird, ist ein Startsignal (Ein- und Ausschaltsignal, Energie-Ein-Signal) zum Einschalten der Energie für die primärseitigen Ladepads 26.Extensive real-time communication is not required, however. The only communication needed is a start signal (on and off signal, power on signal) to turn on the power for the primary side charging pads 26.

Die Ladedauer der Fahrzeugbatterie 16 hängt einerseits von der Leistungsfähigkeit der Primärseite 10 ab und andererseits von der technischen Auslegung des Fahrzeugs 12 sowie dem Ladezustand der Fahrzeugbatterie 16. Beim dynamischen Laden (d.h. während der Fahrt) ist die Ladedauer zudem abhängig von der Anzahl der Ladepads 26, die hintereinander in der Fahrspur angeordnet sind, und der Verweildauer im Bereich eines Ladepads 26 sowie der Gesamtverweildauer in der Nähe aller aufeinanderfolgenden Ladepads 26, die das Fahrzeug 12 überfährt.The charging time of the vehicle battery 16 depends on the one hand on the performance of the primary side 10 and on the other hand on the technical design of the vehicle 12 and the state of charge of the vehicle battery 16. With dynamic charging (i.e. while driving), the charging time also depends on the number of charging pads 26 , which are arranged one behind the other in the lane, and the dwell time in the area of a charging pad 26 and the total dwell time in the vicinity of all consecutive charging pads 26 that the vehicle 12 runs over.

Eine Primärstation 17 kann die zur Verfügung stehende Ladeleistung auch auf mehrere Fahrzeuge 12 aufteilen. Die Schaltmatrix 23 schaltet dann die Sendeleistung auf die entsprechenden Ladepads 26, wie in 1 dargestellt ist, wo jeweils ein Fahrzeug 12 im Bereich von jeweils einem Ladepad 26 einer Primärstation 17 dargestellt ist.A primary station 17 can also divide the available charging power between a number of vehicles 12 . The switching matrix 23 then switches the transmission power to the corresponding charging pads 26, as in 1 is shown, where a vehicle 12 is shown in the area of a charging pad 26 of a primary station 17 in each case.

Haupteinflussfaktor für die Ladezeit ist fahrzeugseitig abhängig vom Typ und der Kapazität der aufzuladenden Fahrzeugbatterie 16 und bei Wechselstromladung vor allem die Leistungsfähigkeit des vom Hersteller verbauten „On-Board-Chargers (OBC) im Fahrzeug. Dabei spielt auch der aktuelle Ladezustand eine Rolle.On the vehicle side, the main influencing factor for the charging time is dependent on the type and capacity of the vehicle battery 16 to be charged and, in the case of AC charging, above all the performance of the on-board charger (OBC) installed by the manufacturer in the vehicle. The current state of charge also plays a role here.

Der Ladestrom muss abhängig von der jeweiligen Fahrzeugbatterie 16 begrenzt werden, um Schäden an den Zellen der Fahrzeugbatterie 16 zu vermeiden. Anderseits muss die Energie sekundärseitig an die für die Fahrzeugbatterie 16 benötigte Menge angepasst werden. Dies wird durch die sekundärseitige Leistungselektronik 34 gewährleistet, die durch die sekundärseitige Steuereinheit 35 entsprechend gesteuert wird.The charging current must be limited depending on the vehicle battery 16 in question in order to avoid damage to the cells of the vehicle battery 16 . On the other hand, the energy has to be adapted to the amount required for the vehicle battery 16 on the secondary side. This is ensured by the power electronics 34 on the secondary side, which are correspondingly controlled by the control unit 35 on the secondary side.

In 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung im Fahrzeug 12 (sekundärseitig) zusammen mit einer Primärstation 17 dargestellt. Die Primärseite 10 ist dabei durch eine magnetische Kopplung 32 eines Leistungsübertragers 30 induktiv mit der Sekundärseite 13 gekoppelt. Durch die Energieübertragungseinrichtung wird eine Energieanpassung mit einfacher Synchronisation durch synchrongleichgerichtete Sekundärreglung und Verzugszeitkompensation zum Laden der Fahrzeugbatterie 16 gewährleistet.In 2 a block diagram of an energy transmission device according to the invention in the vehicle 12 (on the secondary side) is shown together with a primary station 17 . The primary side 10 is inductively coupled to the secondary side 13 by a magnetic coupling 32 of a power transformer 30 . The energy transmission device ensures energy adjustment with simple synchronization through synchronously rectified secondary regulation and delay time compensation for charging the vehicle battery 16 .

Die Primärstation 17 wird dabei aus dem Stromnetz mit Wechselstrom mit 50 Hz, 60 Hz oder anderer Netzfrequenz (je nach Land) gespeist. Die Leistungselektronik 22 der Primärstation 17 weist einen Filter 20 zum Beseitigen leitungsgebundener Störungen, eine Leistungsfaktorkorrektureinheit 21 (englisch Power Factor Correction, PFC), die aus dem empfangenen Netzwechselstrom einen Gleichstrom generiert und in seiner Amplitude anpasst und einen Wechselrichter 28 auf, der den Gleichstrom in eine Schwingung (Rechtecksignal) mit entsprechender Amplitude und Frequenz (hier die zur induktiven Übertragung benötigten Frequenz von beispielsweise 85 kHz) für die Energieübertragung wandelt. Zudem weist sie ein primärseitiges Kompensationsnetzwerk 24 auf, das zusammen mit der Primärspule 27 einen Schwingkreis bildetThe primary station 17 is fed from the mains with alternating current at 50 Hz, 60 Hz or another mains frequency (depending on the country). The power electronics 22 of the primary station 17 has a filter 20 for eliminating conducted interference, a power factor correction unit 21 (Power Factor Correction, PFC), which generates a direct current from the received mains alternating current and adjusts its amplitude, and an inverter 28, which converts the direct current into converts an oscillation (square-wave signal) with the appropriate amplitude and frequency (here the frequency required for inductive transmission of 85 kHz, for example) for energy transmission. In addition, it has a compensation network 24 on the primary side, which forms an oscillating circuit together with the primary coil 27

Das primärseitige Kompensationsnetzwerk 24 stellt den primärseitigen Teil des Leistungsübertragers 30 dar, der mit der exponiert angeordneten Primärspule 27 verbunden ist. Die Primärspule 27 ist mit der Sekundärspule 31 magnetisch gekoppelt.The primary-side compensation network 24 represents the primary-side part of the power transformer 30, which is connected to the exposed primary coil 27. The primary coil 27 is magnetically coupled to the secondary coil 31 .

Für die Energieübertragung wird der Leistungsübertrager 30 verwendet, um die notwendige Energie von der Primärseite 10 auf die Sekundärseite 13 zu übertragen. Ein Leistungsübertrager 30 weist typischerweise zwei Schwingkreise auf, wobei als magnetisch gekoppelte Spulen die Primärspule 27 und die Sekundärspule 31 verwendet werden. Nur wenn die Primärspule 27 und die Sekundärspule 31 nahe beieinander angeordnet sind (d.h. sich im Nahbereich von einigen Zentimetern oder wenigen Dezimetern zueinander befinden), findet eine magnetische/induktive Kopplung zwischen den beiden statt.The power transformer 30 is used for the energy transfer in order to transfer the necessary energy from the primary side 10 to the secondary side 13 . A power transformer 30 typically has two resonant circuits, with the primary coil being the magnetically coupled coil 27 and the secondary coil 31 can be used. Only when the primary coil 27 and the secondary coil 31 are located close together (ie within a few centimeters or a few decimeters of each other) will there be magnetic/inductive coupling between the two.

Durch die magnetische Kopplung 32 des Leistungsübertragers 30 wird Energie auf die Sekundärseite 13 übertragen und durch die sekundärseitige Leistungselektronik 34 mit einem aktivem Synchrongleichrichter 41 (AC/DC) sowie einen Filter 42 so in ihrer Leistung aufbereitet/angepasst, dass ein entsprechend großer Gleichstrom erzeugt wird, der zum Laden der Fahrzeugbatterie 16 je nach Bedarf (d.h. abhängig vom aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie 16) dient.The magnetic coupling 32 of the power transformer 30 transmits energy to the secondary side 13 and the power electronics 34 on the secondary side with an active synchronous rectifier 41 (AC/DC) and a filter 42 so prepares/adjusts its power so that a correspondingly large direct current is generated , which is used to charge the vehicle battery 16 as required (i.e. depending on the current state of charge of the vehicle battery 16).

In 3 ist das Blockschaltbild von 2 erweitertet um weitere Fahrzeuge 12. Hier sind zumindest zwei Energieübertragungseinrichtungen in zwei Fahrzeugen 12 zusammen mit einer einzigen, zugehörigen Energieinfrastruktur auf der Primärseite 10 dargestellt.In 3 is the block diagram of 2 expanded to include other vehicles 12. Here, at least two energy transmission devices in two vehicles 12 are shown together with a single, associated energy infrastructure on the primary side 10.

Jede Sekundärspule 31 von jedem Fahrzeug 12 befindet sich im Nahbereich jeweils einer Primärspule 27, die somit jeweils einen eigenen Leistungsübertrager 30 bilden.Each secondary coil 31 of each vehicle 12 is located in the vicinity of a primary coil 27, which thus each form their own power transmitter 30.

Bei der Energieübertragungseinrichtung im Fahrzeug 12 wird der Leistungsbedarf für die Aufladung der Fahrzeugbatterie 16 nicht durch die Primärseite 10 gesteuert, sondern allein im Fahrzeug 12 findet die Steuerung und Anpassung der Leistung für die Aufladung der Fahrzeugbatterie 16 je nach Ladungszustand der jeweiligen Fahrzeugbatterie 16 statt.In the case of the energy transmission device in the vehicle 12, the power requirement for charging the vehicle battery 16 is not controlled by the primary side 10, rather the control and adjustment of the power for charging the vehicle battery 16 takes place solely in the vehicle 12, depending on the state of charge of the respective vehicle battery 16.

Zum Starten der Energieübertragung braucht vom Fahrzeug 12 lediglich ein einfaches Startsignal (Ein-/Aus-Schaltsignal), beispielsweise über die sekundärseitige Sende- und Empfangseinheit 37, gesendet zu werden, um die Energiebereitstellung auf der Primärseite 10 zu aktivieren, falls sie noch nicht (beispielsweise durch ein anderes Fahrzeug 12) aktiviert ist. Sobald das Fahrzeug 12 in die Nähe einer Primärstation 17 kommt, wird das entsprechende Signal zum Aktivieren der Leistungsbereitstellung ausgesendet.To start the energy transmission, the vehicle 12 only needs to send a simple start signal (on/off switching signal), for example via the secondary-side transmitting and receiving unit 37, in order to activate the provision of energy on the primary side 10 if it is not yet ( for example, activated by another vehicle 12). As soon as the vehicle 12 comes close to a primary station 17, the corresponding signal for activating the provision of power is sent out.

Zum Auslösen des Startsignals kann beispielsweise eine primärseitige Sende- und Empfangseinheit 25 ständig ein Signal aussenden, dass beim Annähern des Fahrzeugs 12 an die Primärstation 17 erkannt wird und daraufhin das Startsignal ausgesendet wird. Es können auch eigene Leiterschleifen im Fahrbahnboden verlegt sein, die ein Annähern eines Fahrzeugs 12 erkennen, und daraufhin über die primärseitige Sende- und Empfangseinheit 25 ein Auslösesignal zum Fahrzeug 12 senden, das wiederum mit dem Startsignal antwortet. Möglich ist auch, dass das Fahrzeug 12 intermittierend ein Suchsignal aussendet, ob eine Primärstation 17 in der Nähe ist. Sobald dies erkannt wird, wird das Startsignal ausgesendet.To trigger the start signal, for example, a transmission and reception unit 25 on the primary side can continuously emit a signal that is detected when the vehicle 12 approaches the primary station 17 and the start signal is then transmitted. It is also possible for separate conductor loops to be laid in the roadway, which detect an approaching vehicle 12 and then send a triggering signal to vehicle 12 via primary-side transmitting and receiving unit 25, which in turn responds with the start signal. It is also possible for the vehicle 12 to intermittently transmit a search signal as to whether a primary station 17 is nearby. As soon as this is detected, the start signal is sent out.

Zur Steuerung und Anpassung der im Fahrzeug 12 benötigten Leistung wird auf der Sekundärseite 13 in der Leistungselektronik 34 eine Art Phasenanschnittsteuerung des übertragenen Wechselstroms 44 vorgenommen. Bei einer Phasenanschnittsteuerung wird der Stromfluss des Wechselstroms 44 durch entsprechend langes, phasenweises „Unterdrücken“ des Wechselstroms 44 bewerkstelligt. Hierzu wird nach dem Nulldurchgang des Wechselstromes der sekundäre Schwingkreis für eine entsprechend vorbestimmte Zeitdauer kurgeschlossen. Somit wird während dieser Zeitdauer keine Energie übertragen. Erst nach Aufheben des Kurzschlusses (ab dieser „Phase“ des Stroms) wird die Sekundärseite 13 wieder mit Energie versorgt, da der Wechselstrom 44 ab dieser Phase wieder fließt (bis zum nächsten Nulldurchgang). Bei einem Schwingkreis (Serien- oder Parallelschwingkreis) wird durch diesen Kurzschluss keine Energie verschwendet, sondern die Dauer des Kurzschlusses beeinflusst unmittelbar die Ladestrommenge oder die Ladezeit.In order to control and adapt the power required in the vehicle 12 , a type of phase control of the transmitted alternating current 44 is carried out on the secondary side 13 in the power electronics 34 . In the case of phase angle control, the current flow of the alternating current 44 is brought about by correspondingly long, phased “suppression” of the alternating current 44 . For this purpose, after the zero crossing of the alternating current, the secondary oscillating circuit is short-circuited for a correspondingly predetermined period of time. Thus, no energy is transferred during this period. Only after the short circuit has been removed (from this “phase” of the current) is the secondary side 13 supplied with energy again, since the alternating current 44 flows again from this phase (until the next zero crossing). With an oscillating circuit (series or parallel oscillating circuit), no energy is wasted by this short circuit, but the duration of the short circuit directly affects the amount of charging current or the charging time.

Hierzu muss allerdings der genaue Nulldurchgang des sinusförmigen Wechselstroms 44 erfasst werden, damit eine synchrongleichgerichtete Sekundärregelung stattfinden kann. Ab diesem Nulldurchgang wird für eine gewünschte Zeitdauer ein Kurzschluss erzeugt, so dass die Amplitude des sinusförmigen Wechselstroms 44 für eine entsprechend gewünschte Zeitdauer bei Null bleibt.For this purpose, however, the exact zero crossing of the sinusoidal alternating current 44 must be detected so that a synchronously rectified secondary control can take place. From this zero crossing, a short circuit is generated for a desired period of time, so that the amplitude of the sinusoidal alternating current 44 remains at zero for a correspondingly desired period of time.

Bei einem Kurzschluss eines Schwingkreises ist die für die Dauer des Kurzschlusses übertragene Leistung Null. Solches Kurzschließen von Schwingkreisen ist hinlänglich bekannt. Darauf braucht hier nicht näher eingegangen zu werden.If an oscillating circuit is short-circuited, the power transmitted for the duration of the short-circuit is zero. Such short-circuiting of resonant circuits is well known. This does not need to be discussed in detail here.

Ein elektrisches Schaltbild zum präzisen Erkennen des Nulldurchgangs der Wechselspannung/Wechselstroms 44 für eine synchrongleichgerichtete Sekundärregelung ist in 4 dargestellt. Der sinusförmige Wechselstrom 44, der aus dem Kompensationsnetzwerk 24 heraus fließt, wird durch einen Übertrager 45 gemessen. Dieser Übertrager 45 fungiert als Stromtransformator. Das heißt, es wird seine Ausgangsspannung so lange erhöht, bis der durch das Übertragungsverhältnis festgelegte Wechselstrom 44 mit entsprechend großer Amplitude fließen kann. Dieser Wechselstrom 44 wird über eine Serienwiderstand RS und einen in Reihe geschalteten Kondensator CS einem Knotenpunkt 46 zwischen zwei Dioden D1 und D2 zugeführt.An electrical schematic for precisely detecting the zero crossing of the AC voltage/AC current 44 for a synchronously rectified secondary control is in 4 shown. The sinusoidal alternating current 44 flowing out of the compensation network 24 is measured by a transformer 45 . This transformer 45 acts as a current transformer. This means that its output voltage is increased until the alternating current 44 defined by the transmission ratio can flow with a correspondingly large amplitude. This alternating current 44 is fed via a series resistor R S and a series-connected capacitor C S to a node 46 between two diodes D 1 and D 2 .

Der Vorteil davon ist, den Ausgang des Übertragers 45 nicht zu belasten und den Strom nur über die beiden Dioden D1 und D2 fließen zu lassen. Dabei ist die erste Diode D1 gegen +5 V, während die zweite Diode D2 gegen Masse geschaltet ist. Somit wird die Ausgangsspannung des Übertragers 45 bei einem positiven Strom (positive Halbwelle) aus dem Kompensationsnetzwerk 24 schlagartig ansteigen bis die Spannung +5 V plus den Spannungsabfall von der Diode D1 überschritten hat. Erst dann kann Strom fließen, der durch der Serienwiederstand RS limitiert wird. In gleicher Weise gilt dies für einen negativen Strom (negative Halbwelle) in das Kompensationsnetzwerk 24. Hier muss die Spannung aus dem Übertrager 45 genau 0 V plus den Spannungsabfall von der Diode D2 unterschreiten. The advantage of this is that the output of the transformer 45 is not loaded and the current can only flow via the two diodes D 1 and D 2 . In this case, the first diode D 1 is connected to +5 V, while the second diode D 2 is connected to ground. Thus, the output voltage of the transformer 45 will rise abruptly with a positive current (positive half-wave) from the compensation network 24 until the voltage has exceeded +5 V plus the voltage drop from the diode D 1 . Only then can current flow, which is limited by the series resistance R S . This applies in the same way to a negative current (negative half-wave) in the compensation network 24. Here, the voltage from the transformer 45 must fall below exactly 0 V plus the voltage drop from the diode D 2 .

Der Kondensator Cs wird benötigt, damit sich - bedingt durch den durch die Dioden fließenden Strom - ein Gleichspannungsanteil auf das Ausgangssignal des Übertragers 45 legen kann. Durch diese einfache Schaltung mit den Dioden D1 und D2 wird schon eine sehr hohe Flankensteilheit des Wechselstroms erreicht, dessen Flanken dann bereits weitestgehend senkrecht sind.The capacitor Cs is required so that - due to the current flowing through the diodes - a DC component can be applied to the output signal of the transformer 45. This simple circuit with the diodes D 1 and D 2 already achieves a very steep edge steepness of the alternating current, the edges of which are then already largely vertical.

Ein mit dem Knotenpunkt 46 der beiden Dioden D1 und D2 verbundener Schmitt-Trigger 48 wird mit diesem Rechtecksignal beaufschlagt und erzeugt daraus noch ein perfekteres Rechtecksignal 50, das synchron zum Nulldurchgang des Wechselstroms 44 ist. Das Rechtecksignal 50 hat den Vorteil, dass der Nulldurchgang durch die senkrechten Flanken genauer erkannt werden kann.A Schmitt trigger 48 connected to node 46 of the two diodes D 1 and D 2 receives this square-wave signal and generates an even more perfect square-wave signal 50 from it, which is synchronous with the zero crossing of alternating current 44 . The square-wave signal 50 has the advantage that the zero crossing can be detected more precisely by the vertical edges.

Ein Schmitt-Trigger 48 ist ein einfaches Bauelement, wodurch ein aufwändiger Komparator erspart bleibt.A Schmitt trigger 48 is a simple component, as a result of which a complex comparator is saved.

Allerdings haben die Bauteile der Steuerung systembedingte Zeitverzögerungen, die die Erfassung des Nulldurchgangs verfälschen. Diese Zeitverzögerungen müssen nun noch kompensiert werden. Hierzu ist in 5 ein Blockschaltbild einer entsprechenden Phasenregelschleife 51 (phase-locked loop PLL) dargestellt, die eine Verzugszeitkompensation für die synchrongleichgerichtete Sekundärregelung vornimmt. Hierzu werden die Phasenlage des Rechtecksignals 50 am Ausgang des Schmitt-Triggers 48 von 4 als erstes Eingangssignal mit der Phasenlage eines am Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators 52 (VCO) anstehenden Signals als Rückkoppelsignal am zweiten Eingang eines Phasenkomparators 53 verglichen.However, the control components have system-related time delays that falsify the detection of the zero crossing. These time delays still have to be compensated for. For this is in 5 a block diagram of a corresponding phase-locked loop 51 (phase-locked loop PLL) is shown, which carries out delay time compensation for the synchronously rectified secondary control. For this purpose, the phase of the square-wave signal 50 at the output of the Schmitt trigger 48 of 4 as the first input signal with the phase angle of a signal present at the output of a voltage-controlled oscillator 52 (VCO) as a feedback signal at the second input of a phase comparator 53.

Am Ausgang des Phasenkomparators 53 liegt ein Tiefpass 54, der ebenso wie der Phasenkomparator 53 dem Signal keine Zeitverzögerung hinzufügt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 52 am Ausgang der Phasenregelschleife 51 allerdings fügt dem Signal eine Verzögerung hinzu. Durch die Phasenregelschleife 51 muss nun dafür gesorgt werden, dass die durch den Oszillator 52 erzeugte Verzögerung eine betragsmäßig gleiche, voreilende Verzögerung ist, die gleich einer systembedingte Zeitverzögerung von Bauteilen ist und diese somit kompensiert.At the output of the phase comparator 53 there is a low-pass filter 54 which, like the phase comparator 53, does not add any time delay to the signal. However, the voltage controlled oscillator 52 at the output of the phase locked loop 51 adds a delay to the signal. The phase-locked loop 51 must now ensure that the delay generated by the oscillator 52 is a lead delay of the same amount, which is equal to a system-related time delay of components and thus compensates for it.

Die Phasenlage des Ausgangssignals der Phasenregelschleife 51 wird über ein erstes Verzögerungsglied 56 in einem Rückkopplungspfad 59 zum zweiten Eingang des Phasenkomparators 51 mit einer künstlich erzeugten Verzögerungsdauer beaufschlagt, bis die Phasenabweichung zwischen dem Rechtecksignal 50 am Eingang des Phasenkomparators 53 und dem zurückgekoppelten Signal gleich ist (beide 0 ns) und somit die Phasenlage am Ausgang des Oszillators 52 so synchronisiert ist, dass sie einer voreilenden Zeitverzögerung von -200 ns entspricht, die vom Betrag her gleich mit der Zeitverzögerung (Delay) ist, die systeminhärent durch die Bauteile (Steuereinheit 35 µC und peripheren Bauteilen) erzeugt wird (dies ist durch ein weiteres Verzögerungsglied 57 in 5 dargestellt). Die Zeitverzögerung durch die Hardware (µC und periphere Bauteile) kann ausgemessen werden und dann durch das erste Verzögerungsglied 56 entsprechend künstlich nachgebildet werden.The phase position of the output signal of the phase-locked loop 51 is subjected to an artificially generated delay time via a first delay element 56 in a feedback path 59 to the second input of the phase comparator 51, until the phase deviation between the square-wave signal 50 at the input of the phase comparator 53 and the fed-back signal is the same (both 0 ns) and thus the phase position at the output of the oscillator 52 is synchronized in such a way that it corresponds to a leading time delay of -200 ns, the amount of which is equal to the time delay (delay) that is inherent in the system by the components (control unit 35 µC and peripheral components) is generated (this is due to a further delay element 57 in 5 shown). The time delay caused by the hardware (.mu.C and peripheral components) can be measured and then correspondingly artificially simulated by the first delay element 56.

Somit ist am Ausgang der Verzugszeitkompensation (d.h. nach dem zweiten Verzögerungsglied 57) die Verzögerungszeit kompensiert (Delay = 0 ns) und es wird ein Ausgangssignal erhalten, das exakt synchron zur Phase des Rechtecksignals 50 und damit exakt synchron zum sinusförmigen Wechselstrom 44 ist. Somit kann der Nulldurchgang des sinusförmigen Wechselstroms 44 genau und verzugszeitkompensiert erkannt werden.The delay time is thus compensated (delay = 0 ns) at the output of the delay time compensation (i.e. after the second delay element 57) and an output signal is obtained which is exactly synchronous with the phase of the square-wave signal 50 and thus exactly synchronous with the sinusoidal alternating current 44. The zero crossing of the sinusoidal alternating current 44 can thus be detected precisely and with delay time compensation.

Eine genaue Steuerung und Anpassung der für die Ladung der Fahrzeugbatterie 16 benötigten Energiemenge (auch Ladeleistung genannt) ist somit möglich. Dabei bestimmt der Ladezustand die Zeitdauer des Kurzschlusses. Je niedriger der Batterieladezustand, desto kürzer der Kurzschluss und desto mehr Leistung kann zur Fahrzeugbatterie 16 gelangen und umgekehrt. Die Leistungssteuerung findet also nur sekundärseitig statt. Eine aufwendige Echtzeitkommunikation mit der Primärseite 10 ist hierzu nicht notwendig.Precise control and adjustment of the amount of energy required for charging the vehicle battery 16 (also called charging capacity) is therefore possible. The state of charge determines the duration of the short circuit. The lower the battery state of charge, the shorter the short and the more power can reach the vehicle battery 16 and vice versa. The power control therefore only takes place on the secondary side. Complex real-time communication with the primary side 10 is not necessary for this.

Die Primärseite 10 liefert die Energie, die die Sekundärseite 13 abverlangt. Allerdings kann die Primärseite 10 nur eine maximale Energie bereitstellen. Und nur diese Energie kann dann maximal von den Fahrzeugen 12 abgerufen werden.The primary side 10 supplies the energy that the secondary side 13 demands. However, the primary side 10 can only provide maximum energy. And only this energy can then be accessed by the vehicles 12 at most.

Der Wechselstrom 44 hat beispielsweise eine Frequenz von 85 kHz, bei der die induktive Energieübertragung stattfindet. Wenn ein Teil des Wechselstroms 44 kurzgeschlossen wird, wird keine elektrische Leistung bei einem Schwingkreis übertragen (da dann die Spannung Null ist und der Strom voll übertragen wird). Es wird also während diesen Kurzschlussphasen keine Energie über den Leistungsübertrager 30 übertragen (es entsteht auch keine Verlustleistung). Der Kurzschluss findet immer exakt ausgehend von jedem Nulldurchgang der Phase (d.h. bei der Phase 0° des sinusförmigen Signals) des Wechselstroms 44 statt. Der Kurschluss findet dabei am Ausgang des sekundärseitigen Schwingkreises statt (beispielsweise durch einen entsprechenden, nicht dargestellten Schalter).The alternating current 44 has a frequency of 85 kHz, for example, at which the inductive energy transfer takes place. If a part of AC 44 is short-circuited, no electrical power is transferred in a tank circuit (because then the voltage is zero and the current is fully transferred). During these short-circuit phases, therefore, no energy is transmitted via the power transformer 30 (there is also no power loss). The short-circuit always takes place exactly starting from each zero crossing of the phase (ie at the phase 0° of the sinusoidal signal) of the alternating current 44 . The short-circuit takes place at the output of the secondary-side oscillating circuit (for example, by a corresponding switch, not shown).

Die Erniedrigung der Energie durch einen Kurzschluss wird dann relevant, wenn sich mehrere Fahrzeuge 12 im Bereich einer Primärstation 17 befinden. Wenn alle Fahrzeuge 12 mehr Energie benötigen würden als primärseitig vorhanden ist, müsste - wie im Stand der Technik - auch der Energiebedarf bereits auf der Primärseite 10 gedrosselt werden und die Fahrzeuge 12 würden nur maximal die Energie erhalten, die das schwächste Glied auf der Sekundärseite 13 benötigen würde.The reduction in energy due to a short circuit becomes relevant when there are a number of vehicles 12 in the area of a primary station 17 . If all vehicles 12 required more energy than is available on the primary side, the energy requirement would have to be throttled on the primary side 10 - as in the prior art - and the vehicles 12 would only receive the maximum energy that the weakest link on the secondary side 13 would need.

Mit der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung wird der Bedarf an Energie ausgehend von der maximal auf der Primärseite 10 zur Verfügung stehenden Energie in jedem Fahrzeug 12 (also sekundärseitig) gesteuert. Die Primärseite 10 liefert das, was die Sekundärseite 13 an Energie abverlangt. Und die Sekundärseiten 13 steuern individuell den Energiebedarf im jeweiligen Fahrzeug 12. Somit wird automatisch die richtige Menge an Energie (Ladeleistung) bereitgestellt.With the energy transmission device according to the invention, the energy requirement is controlled based on the maximum energy available on the primary side 10 in each vehicle 12 (that is, on the secondary side). The primary side 10 supplies what the secondary side 13 demands in terms of energy. And the secondary sides 13 individually control the energy requirement in the respective vehicle 12. The correct amount of energy (charging capacity) is thus automatically provided.

Die Sekundärspule 31 ist vorzugsweise im Fahrzeug-Unterboden 36 möglichst nahe zur Straßen- oder Fahrbahnoberfläche (im Fahrbahnbelag 58) angeordnet. Beim Bewegen des Fahrzeugs 12 gelangt die Sekundärspule 31 automatisch nahe genug an die Primärspule 27, wenn sich ein bewegtes Fahrzeug 12 einem Bereich eines Ladepads 26 annähert und somit in dessen Nahbereich gelangt.The secondary coil 31 is preferably arranged in the vehicle underbody 36 as close as possible to the street or road surface (in the road surface 58). When the vehicle 12 is moving, the secondary coil 31 automatically comes close enough to the primary coil 27 when a moving vehicle 12 approaches an area of a charging pad 26 and thus comes into its close range.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted to them, but rather can be modified in a variety of ways.

Als Energiespeicher, insbesondere Stromspeicher (hier als Fahrzeugbatterie 16 bezeichnet) können Batterien, Akkumulatoren oder auch Kondensatoren (Supercaps) verwendet werden. Der Ladezustand der Fahrzeugbatterie 16 wird ständig überwacht und abhängig davon wird die benötigte Menge an Energie von der sekundären Leistungselektronik 34 angefordert. Wenn primärseitige Ladepads 26 in die Nähe kommen, wird die Ladung der Fahrzeugbatterie 16 gestartet. Die Regelung der Ladung und die Anpassung der Ladeleistung ist nur abhängig vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie 16 und wird vom Kraftfahrzeug aus gesteuert, aber nicht von der Primärseite 10.Batteries, accumulators or also capacitors (supercaps) can be used as energy stores, in particular current stores (referred to here as vehicle battery 16). The state of charge of the vehicle battery 16 is constantly monitored and, depending on this, the required amount of energy is requested from the secondary power electronics 34 . When primary-side charging pads 26 come close, charging of the vehicle battery 16 is started. The regulation of the charge and the adjustment of the charging power is only dependent on the state of charge of the vehicle battery 16 and is controlled from the motor vehicle, but not from the primary side 10.

Eine Fahrzeugbatterie 16 (oder auch als Autobatterie bezeichnet) ist ein Akkumulator, der unter anderem die elektrische Energie für den elektrischen Antrieb liefert. Die Begriffe Batterie und Akkumulator als direkte elektrische Energiequelle werden, insbesondere im Englischen, als identisch bezeichnet, obwohl eine Batterie nicht aufgeladen werden kann, ein Akkumulator wohl. In Bezug auf die Fahrzeugbatterie 16 als solche kommt es hier auf die Funktion des unmittelbaren Lieferns und Speicherns von Strom an und daher werden beide Begriffe Batterie und Akkumulator hier als Synonym bezeichnet, da beide Strom speichern und liefern können.A vehicle battery 16 (or also referred to as a car battery) is an accumulator which, among other things, supplies the electrical energy for the electric drive. The terms battery and accumulator as a direct source of electrical energy are referred to as identical, especially in English, although a battery cannot be charged, but an accumulator can. With regard to the vehicle battery 16 as such, what is important here is the function of directly supplying and storing electricity, and the two terms battery and accumulator are therefore referred to here as synonyms, since both can store and supply electricity.

Die Fahrzeugbatterie 16 kann eine Blei-Säure-Batterie, eine Lithium-Polymer-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder sonstige hinlänglich bekannte Batterien oder Akkumulator sein. Die Akkumulatortypen werden nach den verwendeten Materialien bezeichnet, wobei häufig Verbindungen mit Lithium, Natrium, Nickel, Cadmium, Zinn und/oder Zink verwendet werden.The vehicle battery 16 may be a lead acid battery, a lithium polymer battery, a nickel metal hydride battery, or any other well known battery or accumulator. The accumulator types are named according to the materials used, whereby compounds with lithium, sodium, nickel, cadmium, tin and/or zinc are often used.

Der Begriff „Fahrzeug“ ist ein Oberbegriff für mobile Verkehrsmittel, die dem Transport von Personen (Personenverkehr), Gütern (Güterverkehr) oder Werkzeugen (Maschinen oder Hilfsmittel) dienen. Für die Erfindung weisen die Fahrzeuge 12 zumindest einen batterieelektrischen Antrieb auf, wie beispielsweise reine Elektroautos oder Fahrzeuge 12 mit Hybridantrieb (ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akkumulator) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht).The term "vehicle" is a generic term for mobile means of transport used to transport people (passenger traffic), goods (freight traffic) or tools (machines or tools). For the invention, the vehicles 12 have at least one battery-electric drive, such as purely electric cars or vehicles 12 with a hybrid drive (an electric vehicle that is driven by at least one electric motor and another energy converter and uses energy both from its electrical storage device (accumulator) and from a additionally carried fuel).

Die erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug 12 hat viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Energieübertragungseinrichtungen. Es handelt sich dabei um eine wesentlich einfachere Energieübertragungseinrichtung, die die Kosten nicht nur im Fahrzeug 12 verringert, sondern auch erheblich die Gesamtkosten für das gesamte System inklusive der Kosten auf der Infrastrukturseite (Primärseite 10) verringert. Die Energieübertragungseinrichtung ermöglicht eine bessere Kontrolle der Ladeleistung an Bord des Fahrzeugs 12 und ist daher für die effiziente Ladung des Fahrzeugs 12 sehr vorteilhaft.The vehicle power transfer device 12 of the present invention has many advantages over conventional power transfer devices. This is a much simpler energy transmission device that not only reduces costs in the vehicle 12, but also significantly reduces the overall costs for the entire system, including costs on the infrastructure side (primary side 10). The energy transfer device allows for better control of charging power onboard the vehicle 12 and is therefore very beneficial to charging the vehicle 12 efficiently.

Sie ermöglicht auch eine weitaus größere dynamische Ladeleistung, da die Primärspule 27 passiv ist und das Fahrzeug 12 allein in der Lage ist, den Ladezustand, den Fahrbedarf usw. zu verwalten und zu optimieren ohne aufwendige Echtzeit-Kommunikation mit der Primärseite 10 durchzuführen.It also allows for far greater dynamic charging performance since the primary coil is 27 is passive and the vehicle 12 alone is able to manage and optimize the state of charge, driving demand, etc. without performing complex real-time communication with the primary side 10 .

Es kann auch nur eine Primärstation 17 auf der Primärseite 10 mehrere Ladepads 26 mit Energie versorgen, was bei einer primärseitigen Steuerung des Leistungsbedarfs aus dem Stand der Technik nicht möglich ist.It is also possible for just one primary station 17 on the primary side 10 to supply a plurality of charging pads 26 with energy, which is not possible with prior art control of the power requirement on the primary side.

Ein Ladegerät wird auf der Sekundärseite 13 im Fahrzeug 12 nicht unbedingt benötigt. Die Funktion des Ladens der Fahrzeugbatterie 16 wird von der sekundärseitigen Leistungselektronik 34 übernommen, die von der Steuereinheit 35 gesteuert wird. Wenn dennoch ein Ladegerät verwendet würde, müsste ein Wechselrichter 28 vor dem Ladegerät vorhanden sein, was allerdings bzgl. der Ladeeffizienz schlechter wäre. Daher kann vorzugsweise direkt von der sekundärseitigen Leistungselektronik 34 aus die Fahrzeugbatterie 16 geladen werden.A charger is not absolutely necessary on the secondary side 13 in the vehicle 12 . The function of charging the vehicle battery 16 is taken over by the power electronics 34 on the secondary side, which are controlled by the control unit 35 . However, if a charger were to be used, an inverter 28 would have to be present in front of the charger, which, however, would be worse in terms of charging efficiency. Therefore, the vehicle battery 16 can preferably be charged directly from the power electronics 34 on the secondary side.

Die Energieübertragungseinrichtung weist einen hohen Grad an Interoperabilität auf, ohne dass dazu eine gesonderte bidirektionale (Echtzeit-) Kommunikation zwischen Primärseite 10 und Sekundärseite 13 notwendig ist. Der Fahrzeughersteller (OEM) braucht sich nicht um primärseitige Anforderungen in Bezug auf die Kommunikation mit dem Fahrzeug 12 zu kümmern. Ein dynamisches Laden während der Fahrt kann mit dieser Energieübertragungseinrichtung einfach implementiert werden, da sich das Fahrzeug 12 automatisch eine möglichst große Menge an Energie effektiv von der Primärseite 10 holt, sobald eine Primärstation 17 im Nahbereich der Sekundärseite 13 vorhanden ist.The energy transmission device has a high degree of interoperability, without a separate bidirectional (real-time) communication between the primary side 10 and the secondary side 13 being necessary. The vehicle manufacturer (OEM) need not be concerned with primary-side requirements related to communication with the vehicle 12 . Dynamic charging while driving can be easily implemented with this energy transmission device, since the vehicle 12 automatically obtains as much energy as possible effectively from the primary side 10 as soon as a primary station 17 is in the vicinity of the secondary side 13 .

Im Falle von mehreren Fahrzeugen 12, die gleichzeitig im Bereich einer Primärstation 17 anwesend und zu laden sind, kann eine einfache Ladeleistungszuweisung zwischen den Fahrzeugen 12 vorgenommen werden. Beispielsweise könnte die Primärseite 10 über ihre Sende- und Empfangseinheit 25 an die sekundärseitige Sende- und Empfangseinheit 37 mitteilen, dass momentan vier Ladepads 26 zum induktiven Laden existieren. Es sei angenommen, dass drei der Ladepads 26 bereits mit Fahrzeugen 12 belegt sind, deren Fahrzeugbatterien 16 einen Ladezustand von ca. 90% aufweisen (also fast voll geladen sind). Es sei weiter angenommen, dass ein Fahrzeug 12 mit einer Fahrzeugbatterie 16 mit 10% Ladezustand (fast leere Fahrzeugbatterie 16) neu hinzukommt. Die Primärseite 10 kann die Ladeleistung entsprechend jedem Fahrzeug zuweisen, sodass durch die entsprechende Sekundärseite 13 vorrangig das „leere“ Fahrzeug 12 mit der notwendigen elektrischen Leistung geladen werden kann. Hier ist eine zusätzliche Kommunikation zwar notwendig, aber keine Echtzeitkommunikation.In the case of several vehicles 12 that are present in the area of a primary station 17 and are to be charged at the same time, a simple allocation of charging power between the vehicles 12 can be undertaken. For example, the primary side 10 could use its transmission and reception unit 25 to communicate to the secondary-side transmission and reception unit 37 that there are currently four charging pads 26 for inductive charging. It is assumed that three of the charging pads 26 are already occupied by vehicles 12 whose vehicle batteries 16 have a state of charge of approximately 90% (ie are almost fully charged). It is further assumed that a vehicle 12 with a vehicle battery 16 with a 10% state of charge (almost empty vehicle battery 16) is added. The primary side 10 can assign the charging power according to each vehicle, so that the corresponding secondary side 13 can primarily charge the “empty” vehicle 12 with the necessary electrical power. Additional communication is necessary here, but not real-time communication.

Sowohl auf der Primärseite 10 als auch auf der Sekundärseite 13 werden vorzugsweise LCC- oder RLC-Serien- oder -Parallelschwingkreise (mit ohmschem Widerstand R, Kondensator C und Spule L) verwendet, um Energie auf die Sekundärseite 13 induktiv über die Primärspule 27 und die Sekundärspule 31 als Teile der Schwingkreise zu übertragen. Solche Schwingkreise (oder Resonanzkreise) sind hinreichend bekannt, daher braucht hier darauf nicht näher eingegangen zu werden. Ebenso ist das Kurzschließen von Schwingkreise hinreichend bekannt.Both on the primary side 10 and on the secondary side 13, preferably LCC or RLC series or parallel resonant circuits (with an ohmic resistor R, capacitor C and coil L) are used to transfer energy to the secondary side 13 inductively via the primary coil 27 and the Transfer secondary coil 31 as parts of the resonant circuits. Such oscillating circuits (or resonant circuits) are well known, so they do not need to be discussed in more detail here. The short-circuiting of resonant circuits is also well known.

Bei der induktiven Energieübertragung mittels Spulen wird die Energie nur im Nahbereich übertragen. Im Nahbereich von einigen Zentimetern weist diese einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad um etwa 90 % auf. Dies wird auch als induktive oder magnetische Kopplung bezeichnet, wenn die beiden Spulen nahe zueinander (also im Nahfeld) angeordnet sind.With inductive energy transfer using coils, the energy is only transferred at close range. In the close range of a few centimeters, this has a comparatively high efficiency of around 90%. This is also known as inductive or magnetic coupling when the two coils are placed close to each other (i.e. in the near field).

BezugszeichenlisteReference List

1010
Primärseiteprimary side
1111
Energiesendeeinheitenergy transmission unit
1212
Fahrzeugvehicle
1313
Sekundärseitesecondary side
1414
Energieempfangseinheitenergy receiving unit
1616
Fahrzeugbatterievehicle battery
1717
Primärstationprimary station
1818
primärseitige Steuereinheit µCprimary-side control unit µC
2020
Filter primärseitigFilter primary side
2121
Leistungsfaktorkorrektureinheit PFCPower factor correction unit PFC
2222
Leistungselektronik- primärseitigPower electronics - primary side
2323
Schaltmatrixswitching matrix
2424
Kompensationsnetzwerk - primärseitigCompensation network - primary side
2525
primärseitige Sende- und Empfangseinheitprimary-side transmitting and receiving unit
2626
Ladepadcharging pad
2727
Primärspuleprimary coil
2828
Wechselrichter DC/ACInverter DC/AC
3030
Leistungsübertragerpower transformer
3131
Sekundärspulesecondary coil
3232
magnetische Kopplungmagnetic coupling
3434
Leistungselektronik- sekundärseitigPower electronics - secondary side
3535
sekundärseitige Steuereinheit µCsecondary-side control unit µC
3636
Fahrzeug-Unterbodenvehicle underbody
3737
sekundärseitige Sende- und Empfangseinheitsecondary transmitting and receiving unit
4040
Kompensationsnetzwerk - sekundärseitigCompensation network - secondary side
4141
Gleichrichter AC/DCRectifier AC/DC
4242
Filter sekundärseitigFilter on the secondary side
4444
Wechselstromalternating current
4545
Übertragertransmitter
4646
Knotenpunktnode
4848
Schmitt-TriggerSchmitt trigger
5050
Rechtecksignalsquare wave
5151
Phasenregelschleifephase locked loop
5252
Oszillator VCOOscillator VCO
5353
Phasenkomparatorphase comparator
5454
Tiefpasslow pass
5656
erstes Verzögerungsgliedfirst delay element
5757
zweites Verzögerungsgliedsecond delay element
5858
Fahrbahnbelagroad surface
5959
Rückkopplungspfadfeedback path
CSCS
Kondensatorcapacitor
D1, D2D1, D2
Diodediode
Netznetwork
Stromnetzpower grid
RSRS
Serienwiderstandseries resistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (8)

Energieübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug (12) mit: - einer in dem Fahrzeug (12) angeordneten Energieempfangseinheit (14), über die Energie von einer stationären Energiesendeeinheit (11) über Empfangsspulen (31) induktiv empfangen wird, - einer Sende- und Empfangseinheit (37), die ein Schaltsignal an die stationäre Energiesendeeinheit (11) sendet, damit die Energiesendeeinheit (11) aktiviert wird, falls sie noch nicht aktiviert ist, - ein Energiespeicher (16) im Fahrzeug (12), der über eine Leistungsanpassungseinheit (34) mit der Energieempfangseinheit (14) verbunden ist und in dem elektrische Energie, die von der Energieempfangseinheit (14) empfangen wird, gespeichert wird, und - die Leistungsanpassungseinheit (34), die mit der Energieempfangseinheit (14) und dem Energiespeicher (16) verbunden ist und die eine Leistungsanpassung vornimmt, um Ladeleistung abhängig vom Ladzustand des Energiespeichers (16) entsprechend zu steuern und anzupassen sowie damit den Energiespeicher (16) aufzuladen.Energy transmission device for a vehicle (12) with: - an energy receiving unit (14) arranged in the vehicle (12) via which energy is received inductively from a stationary energy transmitting unit (11) via receiving coils (31), - a transmission and reception unit (37) which sends a switching signal to the stationary energy transmission unit (11) so that the energy transmission unit (11) is activated if it is not already activated, - an energy store (16) in the vehicle (12), which is connected to the energy receiving unit (14) via a power adjustment unit (34) and in which electrical energy received by the energy receiving unit (14) is stored, and - the power adjustment unit (34), which is connected to the energy receiving unit (14) and the energy store (16) and which performs a power adjustment in order to control and adjust the charging power depending on the state of charge of the energy store (16) and thus the energy store (16) charge. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiespeicher (16) eine Batterie, ein Akkumulator und/oder ein Kondensator verwendet werden.Energy transmission device after claim 1 , characterized in that a battery, an accumulator and/or a capacitor are used as the energy store (16). Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieempfangseinheit (14) einen Schwingkreis aufweist, über dessen Empfangsspule (31) die von der Energiesendeeinheit (11) übertragene Energie induktiv empfangen wird.Energy transmission device after claim 1 , characterized in that the energy receiving unit (14) has an oscillating circuit via whose receiving coil (31) the energy transmitted by the energy transmitting unit (11) is received inductively. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Empfangsspule (31) des Schwingkreises im Unterboden (36) des Fahrzeugs (12) angeordnet ist.Energy transmission device after claim 1 , characterized in that at least the receiving coil (31) of the resonant circuit is arranged in the underbody (36) of the vehicle (12). Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (35) mit der Leistungsanpassungseinheit (34) verbunden ist, wodurch der sekundärseitige Schwingkreis phasenweise derart beeinflusst werden kann, dass die Menge an entnommener Energie an den Bedarf an Ladeleistung des Energiespeichers (16) gesteuert und angepasst wird.Energy transmission device after claim 1 , characterized in that the control unit (35) is connected to the power adjustment unit (34), whereby the secondary-side oscillating circuit can be influenced in phases in such a way that the amount of energy drawn is controlled and adjusted to the charging power requirement of the energy store (16). Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsanpassungseinheit (34) eine Phasenanschnittsteuereinheit aufweist, die den empfangenen Wechselstrom (44) des Schwingkreises phasenweise kurzschließt, so dass die Menge an Energie am Ausgang (45) des Schwingkreises verändert und an die abhängig vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie (16) erforderliche Leistung angepasst werden kann.Energy transmission device after claim 1 , characterized in that the power adjustment unit (34) has a phase control unit which short-circuits the alternating current (44) received from the oscillating circuit in phases, so that the amount of energy at the output (45) of the oscillating circuit changes and to which, depending on the state of charge of the vehicle battery (16 ) required power can be adjusted. Verfahren zum Laden eines Energiespeichers in einem Fahrzeug (12) mit den Schritten: - Aussenden eines Schaltsignals an eine primärseitige Energiesendeeinheit (11), damit die Energiesendeeinheit (11) aktiviert wird, falls sie noch nicht aktiviert ist, - induktives Empfangen von Energie durch eine Energieempfangseinheit (14) im Fahrzeug (12), - Anpassen und Steuern der empfangenen Energie durch eine Leistungsanpassungseinheit (34), um die Ladeleistung an den aktuellen Ladezustand des fahrzeugseitigen Energiespeichers (16) anzupassen, und - Speichern der empfangenen Energie in den Energiespeicher (16) .Method for charging an energy store in a vehicle (12) with the steps: - Transmission of a switching signal to a primary-side energy transmission unit (11) so that the energy transmission unit (11) is activated if it is not yet activated, - inductive receiving of energy by an energy receiving unit (14) in the vehicle (12), - Adjusting and controlling the energy received by a power adjustment unit (34) in order to adjust the charging power to the current state of charge of the on-board energy store (16), and - Saving the energy received in the energy store (16). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Ladeleistung durch eine Art Phasenanschnittsteuerung des empfangenen Wechselstroms (44) durch Kurzschließen eine Schwingkreises vorgenommen wird.procedure after claim 7 , characterized in that the charging power is adjusted by a type of phase control of the received alternating current (44) by short-circuiting an oscillating circuit.
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Citations (7)

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