EP2552738A2 - Verfahren und anordnung elektrischer leiter zum laden einer fahrzeugbatterie - Google Patents

Verfahren und anordnung elektrischer leiter zum laden einer fahrzeugbatterie

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EP2552738A2
EP2552738A2 EP11710713A EP11710713A EP2552738A2 EP 2552738 A2 EP2552738 A2 EP 2552738A2 EP 11710713 A EP11710713 A EP 11710713A EP 11710713 A EP11710713 A EP 11710713A EP 2552738 A2 EP2552738 A2 EP 2552738A2
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EP
European Patent Office
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arrangement
conductor
conductor arrangement
vehicle
low
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11710713A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2552738A2 publication Critical patent/EP2552738A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60L53/00—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
    • 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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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
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Definitions

  • the present invention has as its object to contribute to the further development of inductive methods and the arrangements used therein for charging the batteries of vehicles. This object is achieved by a product or a method according to one of the independent claims.
  • an arrangement of electrical conductors is provided, which is arranged to induce an alternating current flowing through this conductor arrangement by an alternating magnetic field acting on this conductor arrangement and to charge a battery of a vehicle with the aid of the alternating current flowing through the conductor arrangement.
  • This conductor arrangement is not connected via a low-resistance connection to electrical conductors outside this conductor arrangement.
  • a vehicle is also provided with such a conductor arrangement and with electrically conductive parts outside this conductor arrangement, in which these electrically conductive parts are connected to one another in a low-resistance manner to a protective conductor which is set up in such a way that it can be earthed.
  • a method for charging a battery of a vehicle in which acts in a first step by an alternating magnetic field which acts on a provided for charging the battery of the vehicle ladder arrangement of the vehicle, which does not have a low-resistance connection with electrical conductors is connected outside of this conductor arrangement, an alternating current is induced in this conductor arrangement.
  • the absence of the low-resistance connection of the conductor arrangement with electrical conductors outside this conductor arrangement is monitored continuously during the charging process with the aid of a detection device.
  • an arrangement of electrical conductors for charging a battery of a vehicle is to be understood as any arrangement of one or more electrical conductors which is such that an alternating magnetic field acting on this conductor arrangement generates an alternating current in this conductor arrangement so that the alternating current induced in this ladder arrangement can be used to charge the battery of a vehicle.
  • alternating current flowing through such a conductor arrangement is to be understood in this context, a current which is at least in parts of this conductor arrangement temporally variable, but in particular not necessarily periodically in time. This current can change its direction over time; however, this does not necessarily have to be the case.
  • alternating current is intended to encompass currents that flow in one direction and that vary only in current with time.
  • an alternating magnetic field is to be understood as meaning a magnetic field which varies over time and which is suitable for inducing an alternating current within the meaning of the present description in such a conductor arrangement.
  • Such time-varying magnetic fields can be generated by time-varying currents in an external conductor arrangement, such as in a transformer or in an electromagnet. be called.
  • alternating magnetic fields can also be caused by moving permanent magnets or by moving electrical outer conductor arrangements, through which temporally constant or temporally variable currents flow.
  • the term of the alternating magnetic field includes in the present context in particular also electromagnetic alternating fields.
  • a battery is to be understood as any device suitable for storing energy, to which energy can be supplied in electrical form and also removed.
  • These may in particular be galvanic cells or arrangements of galvanic cells.
  • a low-resistance connection of electrical conductors is to be understood as meaning an electrically conductive connection whose ohmic resistance is so low that current flow through this connection does not produce a voltage drop at the currents expected in the present context of application, which depends on the intended operation or Safety of the arrangement or installation in which this arrangement is used could have an effect.
  • the conductor arrangement has a star point, which can be connected, in particular grounded, via a high-resistance connection to electrical conductors outside this conductor arrangement.
  • the star point and connected to it via the high-resistance connection electrical conductors outside the conductor arrangement as long as at the same electrical potential, as through the high-impedance connection no appreciable electric current flows .. This can be ensured that between the neutral point and the With him high impedance connected electrical conductors outside the conductor arrangement no dangerous contact voltages can occur, as long via the high-resistance connection no electric current causing such a dangerous contact voltage flows.
  • a device for detecting a low-resistance connection of the conductor arrangement with an electrical conductor outside this conductor arrangement is provided.
  • Such a detection device enables the rapid detection of the occurrence or presence of a low-resistance connection of the conductor arrangement with an electrical conductor or a plurality of electrical conductors outside the conductor arrangement.
  • detection devices are basically known in various forms.
  • a device for switching off the alternating magnetic field is provided.
  • this shutdown device is controlled by a signal which is output by the detection device, if or as soon as this detection device detects the occurrence or presence of a low-ohmic connection of the conductor arrangement with an electrical conductor or a plurality of electrical conductors outside this conductor arrangement.
  • this detection device detects the occurrence or presence of a low-ohmic connection of the conductor arrangement with an electrical conductor or a plurality of electrical conductors outside this conductor arrangement.
  • a vehicle according to the invention in the protective conductor to a low-resistance connection with electrically conductive parts in the environment of the vehicle, in particular with an earth electrode, is set up.
  • a vehicle is provided, with a device for detecting a low-resistance connection of the conductor arrangement with an electrical conductor outside this conductor arrangement.
  • a vehicle with a device for switching off the alternating magnetic field.
  • Such a device 12 for switching off the alternating magnetic field preferably generates a signal for switching off the alternating magnetic field, which is preferably sent or directed to a device ET for generating the alternating magnetic field.
  • This signal is preferably received and evaluated by a switching device.
  • the switching device receives the signals emitted by the device 12 for switching off the alternating magnetic field, this switching device switches off the alternating magnetic field.
  • This shutdown of the alternating magnetic field is preferably carried out by switching off the power supply of the device ET for generating the alternating magnetic field.
  • the signal transport from the device 12 for switching off the alternating magnetic field which is preferably but not necessarily mounted in or on the vehicle to the switching device preferably takes place wirelessly, for example using light beams, infrared rays or radio waves.
  • the signal may also be made inductively via the conductor arrangements e, f, g and 2, 2 ', 2 ", preferably by means of a carrier frequency modulated on the alternating current used to charge the battery generates by induction a corresponding signal in the respective other conductor arrangement, which can easily be demodulated and evaluated.
  • Wireless transmission paths of this signal for switching off the alternating magnetic field offer the advantage, compared to wired transmission paths, that they do not cause unwanted low-resistance connections between the conductor arrangement (1) and electrical conductors (8, 8 ', ...) outside this conductor arrangement (1). , especially with ladders outside the vehicle can come about.
  • the means 12 for switching off the alternating magnetic field is caused to generate and transmit the signal for switching off the alternating magnetic field as soon as the device 1 1 for detecting a low-resistance connection 7 of the conductor arrangement 1 with an electrical conductor 8, 8 ', ... outside of this Conductor assembly 1 detects such a low-resistance connection.
  • the device 12 for switching off the alternating magnetic field is mounted together with the device 1 1 for detecting a low-impedance connection 7 in or on the vehicle, the control of the device 12 for switching off the alternating magnetic field by the device 1 1 for detection a low-impedance connection 7 wired.
  • the control of the device 12 for switching off the alternating magnetic field by the means 11 for Detection of a low-impedance connection 7 wired.
  • a wireless connection between the device 12 for switching off the alternating magnetic field and the device 1 1 for detecting a low-resistance connection 7 will offer safety advantages, because no unwanted low-resistance connections between the conductor arrangement 1 and electrical conductors 8, 8 ', ... outside of this ladder arrangement 1, in particular with conductors outside the vehicle can come about.
  • a star point of the conductor arrangement is connected via a high-resistance connection with electrical conductors outside this conductor arrangement, in particular earthed.
  • a protective conductor which electrically conductively connects electrically conductive parts of the vehicle outside the conductor arrangement to one another with low resistance with electrically conductive parts in the surroundings of the vehicle. in particular connected to an earth electrode.
  • FIG. 1 shows schematically an exemplary embodiment of a conductor arrangement according to the invention, to which a magnetic alternating field acts;
  • Figure 2 shows a symbolic representation of the conductor arrangement shown in Figure 1;
  • FIG. 3 shows a symbolic representation of the conductor arrangement shown in FIG. 1 together with a further conductor arrangement which provides an alternating magnetic field
  • Figure 4 shows a schematic representation of another embodiment of a conductor arrangement according to the invention with a star
  • Figure 5 shows schematically the interaction of a conductor arrangement according to the invention with another conductor arrangement which provides the alternating magnetic field
  • Figure 6 shows schematically a preferred embodiment of the invention.
  • the inventive arrangement of electrical conductors which is intended to charge a vehicle battery, for example, consist of a coil-like conductor arrangement 1 with a plurality of turns.
  • the alternating current induced by the alternating magnetic field 4 in the conductor arrangement 1 flows through the conductor tracks or turns of the conductor arrangement 1 and can be tapped off at the points a and b and used for charging a vehicle battery. In the process, this induced alternating current will first be rectified regularly in a manner suitable for the purpose of the battery charge.
  • FIG. 5 shows, for example, a rectifier 18, which is connected to the three phases 2, 2 ', 22' of a star connection of conductor arrangements, in particular of coil-shaped conductor arrangements, and generates a DC voltage on the output side, which is supplied to a battery 5.
  • a rectifier 18 which is connected to the three phases 2, 2 ', 22' of a star connection of conductor arrangements, in particular of coil-shaped conductor arrangements, and generates a DC voltage on the output side, which is supplied to a battery 5.
  • FIG. 3 shows an arrangement of a conductor arrangement 1 according to the invention shown in FIG. 2 in spatial proximity to a basically similarly constructed alternating magnetic field generating conductor arrangement ET outside the vehicle with the battery to be charged.
  • the alternating magnetic field is generated in the coil or in the transformer ET by a single-phase alternating current fed in via the points c and d, respectively, and induced in the conductor order 1 a corresponding single-phase alternating current, which can be tapped on the points a and b, respectively.
  • FIG. 4 A further example of a conductor arrangement according to the invention, which can also be used as a field-generating conductor arrangement, is shown in FIG. 4.
  • This is a star-shaped interconnection of three coils 2, 2 ', 22' with feed points e, f and g.
  • Such star-shaped interconnections are common in connection with AC three-phase systems.
  • Such arrangements can serve both for generating a magnetic alternating field and as arrangements of electrical conductors in the sense of the invention, that is to say for charging a vehicle battery.
  • the alternating magnetic field generating conductor arrangement ET and the in-vehicle conductor arrangement 1 are configured into a transformer.
  • the alternating current flowing in the field-generating conductor arrangement ET in this case a three-phase current, generates an alternating magnetic field which induces a corresponding alternating current in the secondary conductor arrangements 2, 2 ', 22' of the arrangement 1.
  • This alternating current, a three-phase current in the case shown, is rectified by the downstream arrangement 18 for rectification, and the direct current generated on the output side by the arrangement 18 is used to charge the battery 5.
  • the low-resistance connection 7 shown in FIG. 5 corresponds to a connection of an AC-conducting conductor 22 'to an electrical conductor 8' located outside the arrangement 1
  • the low-resistance connection T corresponds to a connection a DC-conducting conductor with a conductor 8 located outside the arrangement 1.
  • a device 11 for detecting low-resistance connections 7 of the conductor arrangement 1 with an electrical conductor 8, 8 'outside this conductor arrangement Such detection devices 11 are known in principle to the person skilled in the art.
  • a device 11 is also referred to as insulation monitor or insulation monitoring device. It monitors the insulation state of an IT network, ie a non-grounded power supply, to a minimum insulation resistance. Frequently, a current measurement against earth is carried out for this purpose. In the event of a fault, ie if the insulation fault current exceeds a predetermined threshold, the undershooting of the minimum insulation resistance can be detected and subsequently further measures to ensure safety can be taken. For example, a warning signal can be generated and output or, as is provided by a further preferred embodiment of the invention, the alternating magnetic field which supplies the conductor arrangement 1 with energy can be switched off.
  • the invention preferably provides, the device for detecting a low-resistance connection to equip the conductor assembly 1 with an electrical conductor outside this conductor arrangement with a signal generator and supply this signal to a device for switching off the alternating magnetic field.
  • This preferred embodiment has the advantage that, when a fault current occurs, an effective prevention of accidents can be ensured by switching off the magnetic alternating field providing the energy of the entire arrangement.
  • the switching off of the alternating magnetic field can be carried out, for example, in such a way that the device ET for providing the alternating magnetic field has a switching device 12, which is controlled by the detection device 11.
  • the magnetic alternating field is switched off as soon as the detection device 11 recognizes that a connection 7 or T between the conductors of the arrangement 1 or one of the conductors of this arrangement on the one hand and a conductor outside this arrangement has a resistance below a minimum resistance.
  • the value of this minimum resistance can be specified or dimensioned so that at the voltages used a risk to persons can be excluded by touching the conductor involved.
  • detection device for detection, detection device

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Abstract

Eine Anordnung (1) elektrischer Leiter (2, 2',...) zur Induktion eines durch diese Leiteranordnung (1) fließenden Wechselstroms (3) durch ein auf diese Leiteran-Ordnung einwirkendes magnetisches Wechselfeld (4) wird zum Laden einer Batterie (5) eines Fahrzeugs (6) mit Hilfe des durch die Leiteranordnung (1) fließenden Wechselstroms (3) verwendet. Diese Leiteranordnung (1) ist nicht über eine niederohmige Verbindung (7) mit elektrischen Leitern (8, 8',...) außerhalb dieser Leiteranordnung (1) verbunden.

Description

106830P467PC
Verfahren und Anordnung elektrischer Leiter zum Laden einer Fahrzeugbatterie
Zum Laden von Akkumulatoren, insbesondere der Batterien von Elektrofahrzeu- gen, stehen neben konduktiven Verfahren, bei denen die Energieübertragung über Kabel und Steckverbindungen stattfindet, auch induktive Verfahren zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, zur Weiterentwicklung von induktiven Verfahren und der dabei verwendeten Anordnungen zum Laden der Batterien von Fahrzeugen beizutragen. Diese Aufgabe wird durch ein Erzeugnis oder ein Verfahren nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Anordnung elektrischer Leiter vorgesehen, die zur Induktion eines durch diese Leiteranordnung fließenden Wechselstroms durch ein auf diese Leiteranordnung einwirkendes magnetisches Wechselfeld eingerichtet und zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs mit Hilfe des durch die Leiteranordnung fließenden Wechselstroms vorgesehen ist. Diese Leiteranordnung ist nicht über eine niederohmige Verbindung mit elektrischen Leitern au- ßerhalb dieser Leiteranordnung verbunden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Fahrzeug mit einer derartigen Leiteranordnung und mit elektrisch leitfähigen Teilen außerhalb dieser Leiteranordnung vorgesehen, bei dem diese elektrisch leitfähigen Teile untereinander niederohmig mit einem Schutzleiter verbunden sind, der derart eingerichtet ist, dass er geerdet werden kann. Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs vorgesehen, bei dem in einem ersten Schritt durch ein magnetisches Wechselfeld, das auf eine zum Laden der Batterie des Fahrzeugs vorgesehene Leiteranordnung des Fahrzeugs einwirkt, die nicht über eine niederohmige Ver- bindung mit elektrischen Leitern außerhalb dieser Leiteranordnung verbunden ist, ein Wechselstrom in diese Leiteranordnung induziert wird. Dabei wird das Fehlen der niederohmigen Verbindung der Leiteranordnung mit elektrischen Leitern außerhalb dieser Leiteranordnung während des Ladevorgangs mit Hilfe einer Detektionseinrichtung laufend überwacht.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter einer Anordnung elektrischer Leiter zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs jede Anordnung eines oder mehrerer elektrischer Leiter verstanden werden, die so beschaffen ist, dass ein auf diese Leiteranordnung einwirkendes magneti- sches Wechselfeld einen Wechselstrom in dieser Leiteranordnung induzieren kann, so dass der in dieser Leiteranordnung induzierte Wechselstrom zum Laden der Batterie eines Fahrzeugs verwendet werden kann.
Unter einem durch eine solche Leiteranordnung fließenden Wechselstrom soll in diesem Zusammenhang ein Strom verstanden werden, der wenigstens in Teilen dieser Leiteranordnung zeitlich veränderlich, insbesondere aber nicht notwendigerweise periodisch in der Zeit ist. Dabei kann dieser Strom im Verlaufe der Zeit seine Richtung ändern; dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein. Der hier verwendete Begriff des Wechselstroms soll auch in einer Richtung fließende, mit der Zeit lediglich in der Stromstärke veränderliche Ströme umfassen.
Unter einem magnetischen Wechselfeld soll in diesem Zusammenhang ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld verstanden werden, das geeignet ist, in einer derartigen Leiteranordnung einen Wechselstrom im Sinne der vorliegen- den Beschreibung zu induzieren. Derartige zeitlich veränderliche Magnetfelder können durch zeitlich veränderliche Ströme in einer externen Leiteranordnung, wie beispielsweise in einem Transformator oder in einem Elektromagneten her- vorgerufen werden. Magnetische Wechselfelder können aber auch durch bewegte Permanentmagnete oder durch bewegte elektrische äußere Leiteranordnungen hervorgerufen werden, durch welche zeitlich konstante oder zeitlich veränderliche Ströme fließen. Der Begriff des magnetischen Wechselfeldes schließt im hier vorliegenden Zusammenhang insbesondere auch elektromagnetische Wechselfelder ein.
Unter einer Batterie soll in diesem Zusammenhang jede zur Speicherung von Energie geeignete Einrichtung verstanden werden, welcher Energie in elektri- scher Form zugeführt und auch entnommen werden kann. Dabei kann es sich insbesondere um galvanische Zellen oder Anordnungen von galvanischen Zellen handeln.
Unter einer niederohmigen Verbindung von elektrischen Leitern soll in diesem Zusammenhang eine elektrisch leitende Verbindung verstanden werden, deren ohmscher Widerstand so gering ist, dass ein Stromfluss über diese Verbindung bei den im vorliegenden Anwendungszusammenhang zu erwartenden Strömen keinen Spannungsabfall erzeugt, der auf den bestimmungsgemäßen Betrieb oder die Sicherheit der Anordnung oder einer Anlage, in der diese Anordnung verwendet wird, einen Einfluss haben könnte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Leiteranordnung einen Sternpunkt auf, der über eine hochohmige Verbindung mit elektrischen Leitern außerhalb dieser Leiteranordnung verbunden, insbesondere ge- erdet werden kann. Bei dieser Ausführungsform liegen der Sternpunkt und die mit ihm über die hochohmige Verbindung verbundenen elektrischen Leitern außerhalb der Leiteranordnung solange auf dem gleichen elektrischen Potential, wie durch die hochohmige Verbindung kein merklicher elektrischer Strom fließt.. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass zwischen dem Sternpunkt und den mit ihm hochohmig verbundenen elektrischen Leitern außerhalb der Leiteranordnung keine gefährlichen Berührungsspannungen auftreten können, solange über die hochohmige Verbindung kein eine solche gefährliche Berührungsspannung hervorrufender elektrischer Strom fließt.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass auch mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kombiniert werden kann, ist eine Einrichtung zur Detektion einer niederohmigen Verbindung der Leiteranordnung mit einem elektrischen Leiter außerhalb dieser Leiteranordnung vorgesehen. Eine derartige Detektions-einrichtung ermöglicht die rasche Erkennung des Auftretens oder des Vorliegens einer niederohmigen Verbindung der Lei- teranordnung mit einem elektrischen Leiter oder mehreren elektrischen Leitern außerhalb der Leiteranordnung. Derartige Detektionseinrichtungen sind grundsätzlich in verschiedenen Formen bekannt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die auch mit vorstehend genannten bevorzugten Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist eine Einrichtung zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes vorgesehen. Vorzugsweise wird diese Abschaltungseinrichtung durch ein Signal angesteuert, welches von der Detektionseinrichtung ausgegeben wird, falls oder sobald diese Detektionseinrichtung das Auftreten oder Vorliegen einer nieder- ohmigen Verbindung der Leiteranordnung mit einem elektrischen Leiter oder mehreren elektrischen Leitern außerhalb dieser Leiteranordnung erkennt. Auf diese Weise ist es möglich, beim Auftreten oder Erkennen einer niederohmigen Verbindung der Leiteranordnung mit einem elektrischen Leiter außerhalb dieser Leiteranordnung das magnetische Wechselfeld abzuschalten, welches durch Induktion einen Wechselstrom in dieser Leiteranordnung hervorruft. Nach dem Anschalten des magnetischen Wechselfeldes kann so der induzierte Wechselstrom abklingen, so dass das Fortbestehen unerwünschter Fehlerströme zwischen der erfindungsgemäßen Anordnung elektrischer Leiter und elektrischen Leitern außerhalb dieser Leiteranordnung unterbleibt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, bei dem Schutzleiter zu einer niederohmigen Verbindung mit elektrisch leitfähigen Teilen in der Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere mit einem Erder, eingerichtet ist. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auch mit vorhergehenden Ausführungsbeispielen kombiniert werden kann, ist ein Fahrzeug vorgesehen, mit einer Einrichtung zur Detektion einer niederohmigen Verbindung der Leiteranordnung mit einem elektrischen Leiter außerhalb dieser Leiteranordnung. Besonders bevorzugt ist ein Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes.
Eine solche Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes erzeugt vorzugsweise ein Signal zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes, welches vorzugsweise an eine Einrichtung ET zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes gesendet oder geleitet wird. Dieses Signal wird vorzugsweise von einer Schalteinrichtung empfangen und ausgewertet. Sobald die Schalteinrichtung das von der Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes ausgesandte Signale empfängt, schaltet diese Schalteinrichtung das magnetische Wechselfeld ab. Diese Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes wird vorzugsweise durch ein Abschalten der Energieversorgung der Einrichtung ET zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes durchgeführt. Der Signaltransport von der Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes, die vorzugsweise aber nicht notwendigerweise in oder an dem Fahrzeug angebracht ist, zu der Schalteinrichtung erfolgt vorzugsweise drahtlos, beispielsweise unter Verwendung von Lichtstrahlen, Infrarotstrahlen oder Radiowellen. Ein Signaltransport über mehrere unabhängige Wege bietet zusätzli- che Sicherheit. Das Signal kann auch über die Leiteranordnungen e, f, g und 2, 2', 2" auf induktivem Wege erfolgen, vorzugsweise mit Hilfe einer Trägerfrequenz, die auf den Wechselstrom moduliert wird, der zum Laden der Batterie verwendet wird. Ein derart moduliertes Signal erzeugt durch Induktion ein entsprechendes Signal in der jeweils anderen Leiteranordnung, welches leicht de- moduliert und ausgewertet werden kann. Drahtlose Übertragungswege dieses Signals zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes bieten gegenüber drahtgebundenen Übertragungswegen den Vorteil, dass durch sie keine unerwünschten niederohmigen Verbindungen zwischen der Leiteranordnung (1) und elektrischen Leitern (8, 8', ...) außerhalb die- ser Leiteranordnung (1 ), insbesondere mit Leitern außerhalb des Fahrzeugs zustande kommen können.
Die Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes wird zur Erzeugung und Aussendung des Signals zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes veranlasst, sobald die Einrichtung 1 1 zur Detektion einer niederohmigen Verbindung 7 der Leiteranordnung 1 mit einem elektrischen Leiter 8, 8', ... außerhalb dieser Leiteranordnung 1 eine derartige niederohmige Verbindung detektiert. Insbesondere dann, wenn die Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes zusammen mit der Einrichtung 1 1 zur Detektion einer niederohmigen Verbindung 7 in oder an dem Fahrzeug angebracht ist, kann die Ansteuerung der Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes durch die Einrichtung 1 1 zur Detektion einer niederohmigen Verbindung 7 drahtgebunden erfolgen. Auch in den Fällen, in denen die Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes zusammen mit der Ein- richtung 1 1 zur Detektion einer niederohmigen Verbindung 7 außerhalb Fahrzeugs angebracht ist, kann die Ansteuerung der Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes durch die Einrichtung 11 zur Detektion einer niederohmigen Verbindung 7 drahtgebunden erfolgen. In vielen Fällen wird aber eine drahtlose Verbindung zwischen der Einrichtung 12 zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes und der Einrichtung 1 1 zur Detektion einer niederohmigen Verbindung 7 Sicherheitsvorteile bieten, weil durch sie keine unerwünschten niederohmigen Verbindungen zwischen der Leiteranordnung 1 und elektrischen Leitern 8, 8', ... außerhalb dieser Leiteranord- nung 1 , insbesondere mit Leitern außerhalb des Fahrzeugs zustande kommen können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in bevorzugter Weise ein Sternpunkt der Leiteranordnung über eine hochohmige Verbindung mit elektrischen Leitern außerhalb dieser Leiteranordnung verbunden, insbesondere geerdet. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auch mit vorhergehend beschriebenen Beispielen kombiniert werden kann, wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein Schutzleiter, der elektrisch leitfähige Teile des Fahrzeugs außerhalb der Leiteranordnung niederohmig untereinander verbindet, niederohmig mit elektrisch leitfähigen Teilen in der Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere mit einem Erder verbunden. Besonders bevorzugt sind hierbei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das magnetische Wechselfeld abgeschaltet wird, sobald eine niederohmige Verbindung der Leiteranordnung mit elektrischen Leitern außerhalb dieser Leiteranordnung während des Ladevorgangs detektiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand weiterer bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben.
Dabei zeigt Figur 1 in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Leiteranordnung, auf die ein magnetisches Wechselfeld einwirkt;
Figur 2 zeigt eine symbolische Darstellung der in Figur 1 gezeigten Leiteranordnung;
Figur 3 zeigt eine symbolische Darstellung der in Figur 1 gezeigten Leiteranordnung zusammen mit einer weiteren Leiteranordnung, die ein magnetisches Wechselfeld bereitstellt; Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leiteranordnung mit einem Stern; Figur 5 zeigt in schematischer Weise das Zusammenwirken einer erfindungsgemäßen Leiteranordnung mit einer weiteren Leiteranordnung, die das magnetische Wechselfeld bereitstellt; Figur 6 zeigt in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in Figur 1 an einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt wird, kann die erfindungsgemäße Anordnung elektrischer Leiter, die zum Laden einer Fahrzeugbatterie vorgesehen ist, beispielsweise aus einer spulenartigen Leiteranordnung 1 mit einer Mehrzahl von Windungen bestehen. Der durch das magnetische Wechselfeld 4 in der Leiteranordnung 1 induzierte Wechselstrom fließt durch die Leiterbahnen oder Windungen der Leiteranordnung 1 und kann an den Punkten a bzw. b abgegriffen und zum Laden einer Fahrzeugbatterie verwendet werden. Dabei wird dieser induzierte Wechselstrom zunächst regelmäßig in einer für den Zweck der Batterieladung geeigneten Weise gleichgerichtet werden. Figur 5 zeigt beispielsweise einen Gleichrichter 18, der mit den drei Phasen 2, 2', 22' einer Sternschaltung von Leiteranordnungen, insbesondere von spulenförmigen Leiteranordnungen verbunden ist und ausgangsseitig eine Gleichspannung erzeugt, die einer Batterie 5 zugeführt wird.
Je nach Art der Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes 4 kann die Leiteranordnung 1 dabei in unterschiedlicher Weise ausgestaltet und in unterschiedlicher Weise relativ zu einer felderzeugenden Leiteranordnung ET ange- ordnet sein. So zeigt beispielsweise die Figur 3 eine Anordnung einer in Figur 2 gezeigten erfindungsgemäßen Leiteranordnung 1 in räumlicher Nähe zu einer grundsätzlich ähnlich aufgebauten, das magnetische Wechselfeld erzeugenden, außerhalb des Fahrzeugs mit der zu ladenden Batterie befindlichen Leiteranordnung ET. In dem in Figur 3 gezeigten Fall wird das magnetische Wechselfeld durch einen über die Punkte c bzw. d eingespeisten Einphasenwechselstroms in der Spule oder in dem Transformator ET erzeugt und induziert in der Leiteran- ordnung 1 einen entsprechenden einphasigen Wechselstrom, der über die Punkte a bzw. b abgegriffen werden kann.
Ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Leiteranordnung, die auch als felderzeugende Leiteranordnung Verwendung finden kann, zeigt Figur 4. Hier handelt es sich um eine sternförmige Zusammenschaltung von drei Spulen 2, 2', 22' mit Einspeisungspunkten e, f und g. Derartige sternförmige Zusammenschaltungen sind im Zusammenhang mit Drehstrom- Wechselstromsystemen gebräuchlich. Solche Anordnungen können sowohl zur Erzeugung eines magneti- sehen Wechselfeldes als auch als Anordnungen elektrischer Leiter im Sinne der Erfindung, also zum Laden einer Fahrzeugbatterie dienen.
Wie in Figur 5 gezeigt wird, werden hierzu das magnetische Wechselfeld erzeugende Leiteranordnung ET und die im Fahrzeug befindliche Leiteranordnung 1 zu einem Transformator konfiguriert. Der in der felderzeugenden Leiteranordnung ET fließende Wechselstrom, in diesem Fall ein Drehstrom, erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, welches in den sekundären Leiteranordnungen 2, 2', 22' der Anordnung 1 einen entsprechenden Wechselstrom, induziert. Dieser Wechselstrom, im gezeigten Fall ein Drehstrom, wird durch die nachgeschaltete Anordnung 18 zur Gleichrichtung gleichgerichtet und der ausgangsseitig durch die Anordnung 18 erzeugte Gleichstrom wird zum Laden der Batterie 5 verwendet.
Während der Sternpunkt das magnetische Wechselfeld der erzeugenden An- Ordnung zu einem Neutralleiter PEN zusammengefasst wird, bilden die Leiter 2, 2', 22' der Anordnung 1 die Außenleiter eines sogenannten IT-Netzes, dessen Sicherheit wesentlich davon abhängt, das zwischen den Leitern der Anordnung 1 und elektrischen Leitern 8, 8' außerhalb dieser Anordnung, keine niederohmi- gen elektrischen Verbindungen 7, 7' auftreten. Dabei entspricht die in Figur 5 gezeigte niederohmige Verbindung 7 einer Verbindung eines wechselstromführenden Leiters 22' mit einem außerhalb der Anordnung 1 befindlichen elektrischen Leiter 8', und die niederohmige Verbindung T entspricht einer Verbindung eines gleichstromführenden Leiters mit einem außerhalb der Anordnung 1 befindlichen Leiter 8.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es nun vorge- sehen, eine Einrichtung 11 zur Detektion niederohmiger Verbindungen 7 der Leiteranordnung 1 mit einem elektrischen Leiter 8, 8' außerhalb dieser Leiteranordnung vorzusehen. Solche Detektionseinrichtungen 11 sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Eine derartige Einrichtung 11 wird auch als Isolationswächter oder als Isolationsüberwachungseinrichtung bezeichnet. Sie überwacht den Isolationszustand eines IT-Netzes, also eines nicht geerdeten Stromnetzes auf die Unterschreitung eines minimalen Isolationswiderstandes. Häufig wird zu diesem Zweck eine Strommessung gegen Erde durchgeführt. Im Fehlerfall, also wenn der Isolationsfehlerstrom eine vorgegebene Schwelle übersteigt, kann die Unterschreitung des minimalen Isolationswiderstandes detektiert und in der Fol- ge können weitere Maßnahmen zur Sicherstellung der Sicherheit ergriffen werden. Beispielsweise kann ein Warnsignal erzeugt und ausgegeben werden oder es kann, wie dies ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung vorsieht, das magnetische Wechselfeld abgeschaltet werden, welches die Leiteranordnung 1 mit Energie versorgt.
In den Figuren 5 und 6 beispielhaft gezeigten Situationen, in denen die induzierten Wechselströme einer Gleichrichtung unterzogen werden, so dass die daraus sich ergebenden Gleichströme zur Speisung einer Fahrzeugbatterie verwendet werden können, ergibt sich die besondere Schwierigkeit, das Erdschlüsse so- wohl in dem Wechselstromteilnetz als auch in dem Gleichstromteilnetz des gesamten Fahrzeugstromnetzes auftreten können. Neben Erdschlüssen können auch andere niederohmige Verbindungen zu elektrisch leitenden Teilen des Fahrzeugs oder anderen elektrischen Leitern außerhalb der Anordnung 1 auftreten. Diese besondere Situation der Möglichkeit von Erdschlüssen und anderen niederohmigen Verbindungen sowohl in dem Wechselstrom- als auch in dem Gleichstromteilnetz der Gesamtanordnung erfordert die Verwendung spezieller Detektionseinrichtungen zur Detektion solcher niederohmigen Verbindungen oder Erdschlüsse. Ein Beispiel einer derartigen in solchen Situationen geeigneten Einrichtung zur Detektion von Fehlerströmen und insbesondere von Erdschlüssen wird in der deutschen Offenlegungsschrift P 25 15 121 , offengelegt am 14. Oktober 1976, beschrieben.
Um das Auftreten gefährlicher Berührungsspannungen an elektrischen Leitern im Fahrzeug, insbesondere gegenüber Erde oder gegenüber Leitern in der Umgebung des Fahrzeugs mit einer niederohmigen Verbindung gegenüber Erde und die damit einhergehende Gefährdung von Personen auszuschließen, sieht die Erfindung vorzugsweise vor, die Einrichtung zur Detektion einer niederohmigen Verbindung der Leiteranordnung 1 mit einem elektrischen Leiter außerhalb dieser Leiteranordnung mit einem Signalgeber auszustatten und dieses Signal einer Einrichtung zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes zuzuführen. Dieses bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist mit dem Vorteil verbunden, das beim Auftreten eines Fehlerstromes eine wirksame Verhinderung von Unfällen durch Abschaltung des die Energie der gesamten Anordnung bereitstellenden magnetischen Wechselfeldes gewährleistet werden kann. Die Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes kann beispielsweise in der Weise erfolgen, dass die Einrichtung ET zur Bereitstellung des magnetischen Wechselfeldes über eine Schalteinrichtung 12 verfügt, die von der Detektionseinrichtung 11 angesteuert wird. Vorzugsweise erfolgt eine Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes, sobald die Detektionseinrichtung 11 erkennt, dass eine Verbindung 7 oder T zwischen den Leitern der Anordnung 1 oder einem der Leiter dieser Anordnung einerseits und einem Leiter außerhalb dieser Anordnung einen Wider- stand unterhalb eines Mindestwiderstandes aufweist. Der Wert dieses Mindestwiderstandes kann dabei so vorgegeben bzw. dimensioniert werden, dass bei den verwendeten Spannungen eine Gefährdung von Personen durch eine Berührung der beteiligten Leiter ausgeschlossen werden kann. Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der Figuren wurden nachstehend aufgeführte Bezugszeichen verwendet: Anordnung elektrischer Leiter, Leiteranordnung
Leiter der Anordnung 1
Wechselstrom durch die Leiteranordnung 1
magnetisches Wechselfeld
Batterie
Fahrzeug
niederohmige Verbindung zwischen der Anordnung 1 und Leitern außerhalb der Anordnungl
elektrische Leiter außerhalb der Anordnung 1
Sternpunkt
hochohmige Verbindung zwischen dem Sternpunkt 9 und elektrischen
Leitern außerhalb der Anordnung 1
Einrichtung zur Detektion, Detektionseinrichtung
Einrichtung zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes elektrisch leitfähige Teile des Fahrzeugs 6 außerhalb der
Leiteranordnung 1
Schutzleiter
niederohmige Verbindung des Schutzleiters 14 mit elektrisch leitfähigen Teilen 16 in der Umgebung des Fahrzeugs 6
elektrisch leitfähige Teile in der Umgebung des Fahrzeugs 6
Erder

Claims

Patentansprüche
Anordnung (1) elektrischer Leiter (2, 2', ...), die
a) zur Induktion eines durch diese Leiteranordnung (1) fließenden Wechselstroms (3) durch ein auf diese Leiteranordnung einwirkendes magnetisches Wechselfeld (4) eingerichtet und
b) zum Laden einer Batterie (5) eines Fahrzeugs (6) mit Hilfe des durch die Leiteranordnung (1 ) fließenden Wechselstroms (3) vorgesehen ist, adurch gekennzeichnet, dass diese Leiteranordnung (1) nicht über eine niederohmige Verbindung (7) mit elektrischen Leitern (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung (1 ) verbunden ist.
Anordnung (1 ) nach Anspruch 1 mit einem Sternpunkt (9), die derart eingerichtet ist, dass der Sternpunkt (9) über eine hochohmige Verbindung (10) mit elektrischen Leitern (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung (1 ) verbunden, insbesondere geerdet werden kann.
Anordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1 1 ) zur Detektion einer niederohmigen Verbindung (7) der Leiteranordnung (1 ) mit einem elektrischen Leiter (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung (1 ).
Anordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes (4).
Fahrzeug (6) mit einer Anordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und elektrisch leitfähigen Teilen (13, 13', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass diese elektrisch leitfähigen Teile (13, 13', ...) untereinander niederohmig mit einem Schutzleiter (14) verbunden sind, der derart eingerichtet ist, dass er geerdet werden kann. Fahrzeug (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzleiter (14) zu einer niederohmigen Verbindung (15) mit elektrisch leitfähigen Teilen (16) in der Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere mit einem Erder (17), eingerichtet ist.
Fahrzeug (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11) zur Detektion einer niederohmigen Verbindung (7) der Leiteranordnung (1) mit einem elektrischen Leiter (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung.
Fahrzeug (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12) zur Abschaltung des magnetischen Wechselfeldes (4).
Verfahren zum Laden einer Batterie (5) eines Fahrzeugs (6) mit folgenden Merkmalen:
a) durch ein magnetisches Wechselfeld (4), das auf eine zum Laden der Batterie (5) des Fahrzeugs vorgesehene Leiteranordnung (1) des Fahrzeugs einwirkt, die nicht über eine niederohmige Verbindung mit elektrischen Leitern (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung verbunden ist, wird ein Wechselstrom (3) in diese Leiteranordnung induziert;
b) das Fehlen der niederohmigen Verbindung (7) der Leiteranordnung (1) mit elektrischen Leitern (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung wird während des Ladevorgangs mit Hilfe einer Detektionseinrichtung (11) laufend überwacht.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Sternpunkt (9) der Leiteranordnung (1) über eine hochohmige Verbindung ( 0) mit elektrischen Leitern (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung verbunden, insbesondere geerdet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem ein Schutzleiter (14), der elektrisch leitfähige Teile (13, 13', ...) des Fahrzeugs außerhalb der Leiteranordnung (1) niederohmig untereinander verbindet, niederoh- mig mit elektrisch leitfähigen Teilen (16) in der Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere mit einem Erder (17), verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , bei dem das magnetische Wechselfeld (4) abgeschaltet wird, sobald eine niederohmige Verbindung (7) der Leiteranordnung (1) mit elektrischen Leitern (8, 8', ...) außerhalb dieser Leiteranordnung während des Ladevorgangs detektiert wird.
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