WO2020002229A1 - Schaltvorrichtung für eine spule - Google Patents

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WO2020002229A1
WO2020002229A1 PCT/EP2019/066662 EP2019066662W WO2020002229A1 WO 2020002229 A1 WO2020002229 A1 WO 2020002229A1 EP 2019066662 W EP2019066662 W EP 2019066662W WO 2020002229 A1 WO2020002229 A1 WO 2020002229A1
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coil
impedance
switching device
connection
switching
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Lukas Böhler
Adrian IMMLER
Richard KOCSIS
Pirmin BADER
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Brusa Elektronik Ag
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Definitions

  • the invention relates to the technical field of inductive charging.
  • the present invention relates to a switching device, an oscillating circuit, a method for testing an impedance-sensitive system with a switching device and a method for switching the switching device.
  • a system for inductive energy transfer can be used if the charging should be done contactless.
  • an alternating magnetic field is generated in the frequency range of 25 ... 150 kHz. It should be noted that outside of this frequency band, the limit values for the emission of electromagnetic waves are defined by internationally applicable standards. Because although in principle a magnetic field is used for energy transmission, due to the fact that the magnetic field changes inherently, it is an electromagnetic wave. Because of the slow
  • electromagnetic wave however, has a wavelength of several kilometers.
  • EP 2 868 516 A1 describes a method for regulating the energy transmitted between two resonators of a system for contactless energy transmission.
  • a GPM (Ground Pad Module) with a primary coil and a CPM (Car Pad Module) with a secondary coil are used on the stationary side as the coupling element for energy transmission.
  • GPM and CPM form for coupling and
  • Coupling elements to each other is via a positioning signal e.g. RKS (Remote Keyless Entry System) measured and set.
  • RKS Remote Keyless Entry System
  • a switching device an oscillating circuit, a method for testing an impedance-sensitive system with a switching device and a method for switching the switching device are specified.
  • the object of the invention is specified by the features of the independent claims. Exemplary embodiments and further aspects of the invention are specified by the dependent claims and the following description.
  • a switching device for a coil having an input connection for connecting the
  • the switching device to a coil electronics, to an oscillating circuit capacitance and an output connection, for connecting the switching device to one end of the coil and / or to an oscillating circuit capacitance.
  • the switching device also has a
  • the separating device is designed for separating and interconnecting the input connection and the output connection and can be switched or switched between an on state and an off state.
  • Connection may also mean that a current can still flow between the input connection and the output connection, but this is considerably smaller than in an interconnected state.
  • the separating device may be able to be arranged at a freely selectable point in a main resonant circuit or resonant circuit of an energy transmission device.
  • the separator could be between one or a plurality of
  • Resonance capacities and a primary-side main coil can be arranged.
  • the separation device can be arranged within the main coil.
  • the isolating device may be arranged between a main resonant circuit capacitance and a driving electronics. It is thus possible to have a resonant circuit with any arrangement from one
  • Series connection of a capacitor with the switching device and another capacitor a series connection of a capacitor with the switching device and a coil and / or a series connection of a coil with the switching device and another coil.
  • These series circuits may be combinable as desired, so that a resonance circuit or resonant circuit is a multitude of them
  • the switching device can thus be used at any point and in any combination and in any number. If the switching device is arranged between two capacitors, this can be understood as an arrangement of the switching device within a single capacitor, for example within the resonance capacitor. Will the Switching device arranged between two coils, this can be understood as an arrangement of the switching device within a single coil, for example within the resonance coil.
  • the isolating device connects the input connection and the
  • the on-impedance may refer to the impedance between the input terminal and the output terminal, which acts when the isolator is in the on-state. In the off state connects the
  • the Isolation device the input connection and the output connection with an off impedance.
  • the off-impedance may refer to the impedance between the input terminal and the output terminal that acts when the isolator is in the off state.
  • the off impedance has a higher value than the on impedance. The off impedance allows current to flow between the input connector and
  • Output connection to and is designed so that it attenuates at least one external signal of a predetermined frequency, which couples into the coil.
  • a third-party system may refer to a system that serves a different functionality than the system in which the switching device is installed, and in particular in which the coil to which the switching device is connected is involved.
  • a resonant circuit comprising the switching device, a coil and a coil electronics or matching device.
  • the coil is connected to a first coil connection via the switching device to a first connection of the coil electronics.
  • the coil and the coil electronics are connected to one another via a second coil connection and a first connection of the coil electronics.
  • a method for switching a switching device comprising the detection of the
  • a method for testing an impedance-sensitive system with a switching device in particular for testing an xOD, LOD and or FOD system.
  • xOD may unify all OD sensors such as LOD or FOD in a standardized manner.
  • Positioning system which is essentially an electromagnetic wave
  • the FOD system or LOD system may use information transfer to evaluate the change in inductance.
  • the test method can be carried out as a self-test and may be a method for using a switching device in a self-test.
  • the method may include switching the isolator to the on state and performing a first measurement with the impedance sensitive system to be tested. Furthermore, the method may switch the
  • Isolating device in the off state and performing a second measurement with the impedance-sensitive system.
  • an impedance change of an object to which the impedance-sensitive system reacts may be able to be brought about.
  • Results of the first measurement and the second measurement and a verification of the comparison with a target specification, in particular with an expected result If the impedance-resistive system works correctly, a change in the impedance of the object should be recognizable. Depending on the verification, the correct functioning and / or an error is then displayed.
  • each unit contains a main coil.
  • the main coil on the energy supplying side is called the primary coil and the main coil on the energy receiving side is called the secondary coil.
  • the two main coils are coupled via a resonant magnetic field, which is generated by coil electronics.
  • the energy is usually transmitted from the GPM to the CPM via this magnetic field.
  • the reverse direction of transmission is of course also possible.
  • the energy transmission system may require further sensors and / or subsystems in order to make the operation efficient and / or in order to
  • FOD Forreign Object Detection System
  • LOD Living Object Detection System
  • POS Positioning system
  • Components come into play because generators for electromagnetic waves can cause interference for other electromagnetic systems even in the passive state.
  • the main coil and / or energy transmission coil of the energy transmission system requires high quality in order to transmit as much of the magnetic energy generated by it as possible to a receiver.
  • a generator circuit that drives the coil may have an inverter or converter, which in turn has diode paths that lead to an intermediate circuit.
  • the intermediate circuit may be a supply voltage circuit which has several connection phases, for example PE, N, L1.
  • Designations L1, N and PE designate the lines of a single-phase
  • L1 is the phase or the live conductor in the AC network
  • N is the neutral conductor
  • PE Permanent Earth
  • the inverter may have capacitors and capacitors for filtering or capacitors, which are caused by parasitic effects and are not real components, which form a circuit with the
  • the switching device can avoid such interference from a third-party system, that is to say a system that does not functionally belong to the energy transmission system or that has a function other than energy transmission, or essentially reduce it until the interference is no longer noticeable.
  • a third-party system that is to say a system that does not functionally belong to the energy transmission system or that has a function other than energy transmission, or essentially reduce it until the interference is no longer noticeable.
  • Power transmission system may be essentially inactive during that
  • a controller can be provided to ensure that power transmission is turned off before another
  • Operation starts subsystem. In one example, however, it may also be possible to operate a different subsystem during the energy transfer.
  • the off-impedance is further designed to dampen a disturbance with a frequency greater than the predefinable frequency of the external signal.
  • an EMC fault can also form on the coil connected to the switching device.
  • the switching device may essentially have two strongly damping frequency ranges, on the one hand the area of the external signal itself so as not to interfere with itself, and on the other hand a high-frequency area in order to attenuate the high-frequency EMC signal.
  • the switching between the on state and the off state may be coupled with the switching of the at least one external signal.
  • the switching device can be switched from the on-state by good energy transmission via the switching device to the off-state in which one good interference suppression for the signal of the external system is possible.
  • the switching device can thus be coupled to the external system in order to recognize when the external system is switched on.
  • communication can take place via control devices of the external system and of the energy transmission system.
  • the isolating device is a switch with an impedance connected in parallel.
  • the isolating device is a switch with an impedance connected in parallel.
  • it is
  • Isolation device an impedance that can be short-circuited.
  • the switch can short-circuit the impedance in order to essentially switch off, short-circuit and / or bridge the impedance to ensure good energy transmission.
  • the parallel impedance is at least one impedance selected from the group of impedances, the group consisting of an active impedance, a dummy impedance, a resistor, a capacitor, a parasitic element, a parasitic impedance and a coil.
  • the parallel-connected impedance essentially has no effect.
  • a parasitic element, in particular a parasitic impedance and / or a parasitic capacitance, may, for example, by the layout of a PCB or a circuit board through the Conductor tracks are created and exist, but do not correspond to a discrete component.
  • the separator is a transmitter.
  • the transformer can be, for example, a transformer, through which the current required for energy transmission flows in an on state and an impedance is connected in an off state while the energy transmission is deactivated.
  • this connected impedance can draw power from the circuit induced in the main resonant circuit when it is connected.
  • the switching device has a control device, the control device being set up to directly and / or indirectly detect the presence of the external signal and to switch the isolating device.
  • the control device may have or use a sensor which makes it possible to recognize that the external signal penetrates the coil of the energy transmission system and, if the external signal is detected, the separating device can be switched off.
  • the control device can switch to an existing one in the area of the coil
  • control device can also be a
  • communication between the CPM and GPM can take place via a communication channel, for example via WLAN.
  • the switching of the isolating device can be influenced by means of this communication.
  • software-based state machines could be set up both in the GPM and in the CPM, which directly control the separation between GPM and CPM by exchanging messages via the communication channel.
  • Communication may be through commands of the vehicle to be loaded, in particular whose CPM are triggered.
  • the control device may thus receive a signal which indicates to it that an external signal with a high
  • the control device does not evaluate the external signal directly.
  • the control device can receive information from the transmitter of the positioning system via the communication channel that the external signal, i.e. the positioning signal is sent.
  • control device is set up to switch the separating device to carry out a test.
  • Characteristics on the resonant circuit with the main coil can be changed in order to test sensors such as the LOD or FOD sensor.
  • sensors such as the LOD or FOD sensor.
  • a coupling factor between CPM and GPM can be tested.
  • a CPM and / or a GPM which has the switching device, the coil and the coil electronics.
  • a controller or controller can do such
  • a floppy disc, hard disk, USB (Universal Serial Bus) storage device, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory) or EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) may be used as a computer-readable storage medium.
  • An ASIC (application-specific integrated circuit) or an FPGA (field-programmable gate array) can also be used as a storage medium, as can SSD (solid-state drive) technology or a flash-based storage medium.
  • a web server or a cloud can also be used as a storage medium.
  • computer readable storage medium may also be viewed as a communications network such as the Internet, which may allow program code to be downloaded. It can be a radio-based network technology and / or one
  • wired network technology can be used.
  • Program element created which, when executed by a processor, executes at least one of the methods.
  • FIG. 1 shows an inductive charging system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an inductive charging system according to one
  • FIG. 3 shows a side view and a top view of a CPM and a GPM in different orientations relative to one another according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of an energy transmission system in energy transmission for a better understanding of the present invention.
  • FIG. 5 shows a system for energy transmission during a positioning process for a better understanding of the present invention.
  • FIG. 6 shows a system for energy transmission during a positioning process with a simple switch for a better understanding of the present invention.
  • FIG. 7 shows a system for energy transmission during a positioning process with a switching device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a system for energy transmission during a positioning process with a simple switch and an enlarged view of a coil for a better understanding of the present invention.
  • FIG. 9 shows a flowchart for a method for switching a switching device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a flowchart for a method for testing an impedance-sensitive system with a switching device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an inductive charging system 100 or system 100 for energy transmission according to an exemplary embodiment of the present invention. This shows a side view of a system for contactless charging of an electric vehicle. Below a vehicle chassis 102 is a car pad module (CPM) 104, which serves to supply the vehicle 102 with power.
  • CPM car pad module
  • a magnetic field 106 is used for the transmission of the energy, the magnetic field being provided inductively by a ground pad module (GPM) 105 fixedly mounted on a ground 103.
  • the energy required for charging is taken from the main connection 107, which can be both alternating current (AC) and direct current (DC).
  • a separate connection 101 is used for communication between CPM 104 and GPM 105, which
  • radio protocol such as WLAN (Wireless LAN) or NFC.
  • This connection can be used as feedback channel 101 or as communication channel 101, via which the CPM 104 and GPM 105 can exchange information.
  • Both the magnetic field for energy transmission 106 and the radio signal 101 are
  • FIG. 2 shows a block diagram of an inductive charging system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a system for inductive energy transmission is considered, which can be used for contactless charging of an electric vehicle.
  • an alternating magnetic field 106 is generated in the frequency range from 25 to 150 kHz, for example. It should be noted that outside of this frequency band, the limit values for the emission of electromagnetic waves are defined by internationally applicable standards. In order to comply with these limit values, it is crucial that the alternating magnetic field 06 works with the fundamental oscillation in the range 25 ... 150 kHz and contains only very low harmonics.
  • the efficiency of the power transmission should be as high as possible and therefore a rectangular signal with the fundamental frequency of the alternating magnetic field is generated with electronic switches within an inverter 201, for example by means of MOSFETs, IGBTs, since this results in very low losses.
  • the square wave signal contains considerable harmonics. These harmonics can be filtered out very well with a filter 200, for example an LC filter 200.
  • the filter 200 can be designed differently.
  • a fourth-order filter 200 is an example in FIG. 2 shown, but other arrangements of capacitors and coils are possible.
  • the input current I in and the input voltage U in are present at the input 206 of the filter 200.
  • the filter 200 has two input coils Lai and La 2 connected in parallel and the filter input capacitor Ca and the parallel connected output coils Lbi and Lb 2 and the filter output capacitor Cb. Instead of the two input coils Lai and La 2 connected in series, a single input coil La can also be used. Instead of the two output coils Lbi and Lb 2 connected in series, a single output coil Lb can also be used.
  • the input coils Lai and La 2 are connected directly to the output of the inverter 201.
  • Here may directly mean that no further component
  • a capacitor connected in series should not make a direct connection an indirect connection.
  • the term "direct” may be used in particular to express that connection points of corresponding components coincide and / or have the same potential.
  • Output coils Lb ⁇ and Lb 2 at the output 207 of the filter 200 are connected directly to the coils Lai and La 2 , as well as the primary resonance circuit 202.
  • the primary resonance circuit 202 is supplied with the voltage U1 and the current 11 or IL, which has arisen from the alternating current generated by the inverter 201. Due to the
  • Filter effect of the filter 200, the primary current 11 and the primary voltage U1 have a sinusoidal course.
  • the primary resonance circuit 202 has the primary resonance coil L1 or primary coil L1 and the primary resonance capacitor C1 221.
  • the primary resonance circuit 202 converts the current 11 and the voltage LH into the alternating magnetic field 106
  • alternating magnetic field 106 couples with a coupling factor k in the
  • Secondary resonance circuit 203 and transmits the energy from the primary circuit to the secondary circuit 203 by resonant and inductive energy transmission.
  • the secondary resonance circuit 203 has the secondary resonance coil L2 or
  • Secondary resonance circuit 203 is set to the resonance frequency of the primary resonance circuit 202, the secondary resonance circuit 203 is so far by the magnetic field 106 excited by a vibration that the secondary current I2 and the secondary voltage U2 result. These are fed to the rectifier 204 or the rectifier 204, which can provide a voltage 205 at its output 220, for example a battery 205, an intermediate circuit 205, a traction circuit 205 or an HV-DC 205 on the output side the side of the CPM 104.
  • the inductive charging system 100 is supplied via a direct voltage source 107 or input-side HV-DC (high voltage direct current) or via a
  • the energy transmission system 100 for example an ICS system 100, has a base station 105 or GPM 105, a remote device 104 or a CPM 104, the base station 105 and the remote device 104 being able to be loosely coupled to one another via an inductive coupling and the feedback channel 101. If the CPM 104 is positioned accordingly in relation to the GPM 105, a loose coupling can be assumed.
  • the base station 105 or GPM 105 has the primary circuit 202 and the remote device 104 or CPM 104 has the secondary circuit 203.
  • the primary circuit 202 has the coil L1 and the secondary circuit has the coil L2. Become the coil L1 and L2
  • magnetic fields 106 which are generated by the coils can penetrate the other coil L1, L2.
  • the part of the magnetic field that passes through the other coil L1, L2 forms the inductive coupling with the coupling factor k or the coupling factor k. This coupling forms a loosely coupled one
  • Transformer 21 1.
  • the part of the magnetic field 106 that lies outside the other coil L1, L2 forms a stray capacitance. The smaller the part of the educated
  • Mobility of the GPM 105 and CPM 104 to each other no transformer can be formed with a core in which the coupling factor k is essentially constant, the coupling factor is variable in the loosely coupled transformer and depends, for example, on the relative position of the GPM 105 and CPM 104 to one another ,
  • the functional components of the GPM 105 are essentially:
  • Primary function block 105 'and the functional components of the CPM 104 are essentially combined in the secondary function block 104'.
  • FIG. 3 shows a side view and a top view of the CPM 104 and a GPM 105 in different orientations with respect to one another according to an exemplary embodiment
  • the two transmitter elements 104, 105 or the GPM 105 and the CPM 104 are shown as part of a system 100 for inductive energy transmission in an offset position 104 min ', 104 max ' and in an exactly coaxial position 104 min , 104 max at different heights Z.
  • One of the transmitter elements 105 is assigned to the primary part of the energy transmission system and is positioned, for example in the case of inductive charging arrangements for at least partially electrically operated vehicles, on or in the floor 301 in the region of a charging station, a garage for the vehicle, etc.
  • the primary coil L1 of the GPM 105 should be exactly coaxially below the typically smaller secondary coil L2 of the second receiving transmitter element 104, 104 max or CPM 104, 104 max which is on the vehicle to be charged (not shown in FIG Fig. 1) mounted and connected to the traction battery for feeding the energy received wirelessly from the CPM 104 max .
  • the energy for charging the batteries of the vehicle is transmitted magnetically inductively from the GPM 105 to the CPM 104, 104 max , this transmission being usually more effective the more precisely the coils L1, L2 are positioned one above the other.
  • Power transmission system 100 is equipped or connected with a positioning system 302, 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy, 307, which one
  • Positioning signal uses.
  • the positioning system is set up in such a way that it can facilitate the assumption of a position with good alignment of the coils L1, L2 with respect to one another in order to achieve a good coupling of the coils L1, L2, or can even accomplish this automatically.
  • a prerequisite for such a positioning aid regardless of how the relative position of the coils L1, L2 to each other is indicated, signaled or at most evaluated for automatic control of the vehicle in the loading position, is the determination of the position of the secondary coil L2 above the center of the primary coil L1.
  • the charging system 100 is set up to use an inductive method for the positioning, which is set up to use parts of the charging system 100 that are already present for forming the magnetic circuit for energy transmission.
  • the secondary winding L2 is excited with a frequency of approximately 130 kHz, in particular 125 kHz, during the positioning process and thus acts as a transmission coil in the CPM 104 for the positioning system 302, 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy, 307.
  • the GPM 105 which has the primary coil L1 is equipped with a total of 6 "solenoid windings" 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy, which act as measuring coils or position signal receiving devices 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy can be used. These are placed around ferrite components 303 of the GPM 105, in particular around a ferrite shield 303, which shields the electronic components of the primary part against the primary coil L1.
  • 3 measuring coils are oriented in orthogonal directions, the directions being referred to as the x and y directions.
  • the 3 measuring coils are arranged at a defined distance x 0 and y 0 symmetrically to the center of symmetry Z L of the coil L1. A different number and different arrangements of positioning windings are also conceivable.
  • Evaluation unit 307 or control device 307 of the positioning system in the GPM 105 can be used to determine the X / Y position of the CPM 104 relative to the GPM 105 from these voltages by means of suitably designed electronics.
  • the GPM 105 is located on the floor 301 below the vehicle and the CPM is mounted below the vehicle, for example.
  • the X / Y position of the CPM 104 with respect to the GPM 105 can be determined independently of the height Z, ie independently of the vertical distance of the coils L1, L2 perpendicular to their planes.
  • the directions X and Y and the height Z are shown as arrows in FIG. 1.
  • the direction of travel of the vehicle may be in the X direction, as shown by arrow 308.
  • the charging station or other primary system 105 communicates
  • wireless connections 101 for example by radio, WLAN or Bluetooth, to the system 104 of the vehicle. So that in the
  • Evaluation unit 307 determined information about the relative position of the
  • Energy transmission coils L1, L2 are transmitted to one another in the vehicle and are transferred there via interfaces, for example a field bus, in particular a CAN bus (Controller Area Network), to a display or a similar display unit and made accessible to the driver.
  • a field bus in particular a CAN bus (Controller Area Network)
  • CAN bus Controller Area Network
  • the measuring magnetic field (not shown in FIG. 1) could be replaced by the
  • Secondary winding L2 of the CPM 104 can be generated by a separate transmission antenna.
  • This separate antenna could also be provided as a supplement to a CPM 104 which itself generates a measuring magnetic field and integrated into this CPM 104.
  • This transmission antenna can be designed, for example, in the form of a rod antenna or also as a solenoid antenna and can at most also be attached to the vehicle as an external transmission antenna outside the CPM 104.
  • At least one with the measuring coils 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy connected voltage measuring arrangement which can be integrated in the evaluation unit 307 or upstream of this, which on the windings 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by and 302cy occurring voltages determined depending on the position, in particular depending on the lateral offset between the
  • each unit contains a main coil L1, L2.
  • the main coil on the energy-supplying side is also referred to as primary coil L1 and the main coil on the energy-receiving side is referred to as secondary coil L2.
  • the two main coils are coupled via a resonant magnetic field 106, which is generated by coil electronics.
  • the energy is usually transmitted from the GPM 105 to the CPM 104 via this magnetic field.
  • Energy transmission system 100 also have further systems and / or sensors.
  • further systems and / or sensors for example, in addition to the measuring coils 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy sensors of a FOD system for the detection of electrically conductive or magnetically acting foreign bodies or of a LOD system for the detection of organic objects. All of these systems may use electromagnetic waves and / or fields to perform their functions.
  • the resonant magnetic field used for energy transmission is essentially an electromagnetic wave and / or an electromagnetic field, there can be mutual interference between components, because generators for electromagnetic waves can cause interference to other electromagnetic systems even in the passive state by being excited to vibrate by an electromagnetic wave acting on them from the outside and becoming a transmitter itself, which, however, mostly acts as a jamming transmitter for the actual signal.
  • the main coil L1 or energy transmission coil L1 requires high quality.
  • additional electronic components such as inverters with diode sections and
  • Capacitors can produce high quality resonant circuits that carry the signals of the
  • Systems LOD, FOD and POS, 302, 307 influence and thus can lead to a restriction of the quality and performance of the systems LOD, FOD and POS, 302, 307.
  • a positioning system 302, 307 POS a second transmitter can be created because the primary resonance circuit 202 can be excited to vibrate.
  • This magnetic coupling via the electromagnetic induction law enables signals from the sensors to be transmitted to other physical positions in the room by induction of the measurement currents or by induced currents. Sensors at these other physical positions then no longer measure only the useful signal from the transmitter of the signal, but also, in addition, superimpositions of this useful signal with the signals that come from sensors at the other positions.
  • Frequency ranges are and are not intended for them. This can lead to the destruction of the components because the systems work with very different voltages. However, during POS, LOD, FOD with voltages in the mn range, the energy transmission system operates at a much higher level with approximately 6000V
  • 4 shows a schematic block diagram of an energy transmission system in energy transmission for a better understanding of the present invention.
  • 4 shows the energy transmission system 100 with the power supply 107 or main 107 of the GPM 105 which is converted by means of a PFC device 401 into an intermediate circuit voltage HVDC of a direct current intermediate circuit or a primary-side HVDC.
  • This intermediate circuit voltage is converted by means of an inverter 201 into a PWM voltage with U in and l in and is fed to the coil electronics 403, the adaptation switching block 403 or the adaptation device 403, in which the components such as filter 200 and resonance capacitor C1, which comprise the primary coil L1, are combined float.
  • the energy is transmitted in the form of a power flow via the magnetic field 106 to the secondary coil L2 of the CPM 104, where it flows from the
  • Rectifier 204 is converted back into the DC link voltage of the vehicle, which is provided at the output 220 as a secondary HVDC.
  • the primary-side HVDC and the secondary-side HVDC are independent of one another.
  • the positioning system POS 302, 307 is inactive during this energy transfer or switched off so as not to disturb the power flow.
  • the positioning system POS 302, 307 is therefore only shown in broken lines in FIG.
  • Main resonant circuits are not shown, which are arranged at any point on the forward and return lines and in any number between the primary coil L1 and the filter 200.
  • a further capacitor may be arranged in the parallel branch of the coil L1 to the branch in which the resonance capacitor C1, 221 is arranged. So in Figs. 4 to 8 the primary
  • Resonant resonance circuits 202 essentially represented only by the primary coil L1. However, all components of a primary resonance circuit, such as primary resonance capacitor 221, are present, even if they are not shown in the figures.
  • the resonance capacitor C1, 221 can be arranged at any point in the current path of the resonant circuit 202 and by means of the switching device 701 the resonant circuit 202 can be manipulated at any point, depending on the position of the switching device 701.
  • a resonant circuit 202, 203 may influence, in particular to interrupt, a resonant circuit 202, 203 by the switching device 701 somewhere in the current path of the resonant circuit by means of the switching device 701.
  • this may mean that it is possible to use a resonant circuit 202 with any arrangement of a series connection of a capacitor C1, 221 with the switching device 701 and another capacitor, a series connection of a capacitor C1, 221 with the switching device 701 and a coil L1 and / or to equip a series connection of a coil L1 with the switching device 701 and another coil.
  • the coils and / or capacitors can be present in addition to the main coil L1 and the resonance capacitor C1.
  • the series circuits may be combinable as desired, so that a resonant circuit 202 or resonant circuit can have a large number of such basic series circuits. The same may also apply to corresponding parallel connections.
  • the switching device 701 can thus be switched on anywhere in the resonance circuit 202 and in any combination and in any number. Arrays can also be used
  • Parallel connections can be established.
  • such a network between filter 200 and coil L1 of resonant circuit 202 can have up to 50 or more capacitors and / or coils. If the switching device 701 between two
  • this can be understood as an arrangement of the switching device within a single capacitor, for example within the resonance capacitor C1, 221. If the switching device 701 is arranged between two coils, this can be understood as an arrangement of the switching device 701 within a single coil, for example within the resonance coil L1.
  • FIG. 5 shows a system for energy transmission during a positioning process for a better understanding of the present invention. Due to the solid functional blocks of the transmitter 302 of the positioning system POS and the evaluation device 307 of the positioning system and the assumed direction of propagation of the positioning signal, which is transmitted within the CPM as signal 504, on the transmission path as electromagnetic signal 503 and then as signal 505 within the GPM 105 is fed to the evaluation device 307 via the receiving coils (not shown in FIG. 5).
  • the transmitter 302 for the positioning signal excites a POS generator 402 ', which is connected between the rectifier 204 and the secondary coil L2 to the secondary coil L2 in order to couple the positioning signal to the secondary coil L2.
  • the positioning signal 503 spreads
  • the positioning signal 503 is not transmitted and in particular during the positioning process taking place there is no energy transmission, ie all Electronics 403, which is used in the energy transmission, is switched inactive or switched off. Thus, while the positioning system 302, 307 POS is active, the elements of the energy transmission are unused.
  • the coil electronics 403 like all elements that are used in the energy transmission, as well as parasitic impedances.
  • the positioning signal 503 not intended for the primary resonance circuit 202 induces a current 502 in the inactive main coil L1, which leads to a quasi “echo” signal from the main coil L1
  • Positioning signal 503 is transmitted, which interferes with the positioning signal 503, since it interferes with the positioning signal 503 or positioning signal 503, for example.
  • the quasi-echo signal may arise because the positioning signal 503 excites vibrations in the primary resonance circuit 202 and therefore the primary resonance circuit 202 behaves like an interference transmitter.
  • a switch can be installed in the primary resonance circuit 202 between the adaptation filter 403 and coil L1, which switch is activated during the positioning measurement, i.e. if the positioning signal 503 and in particular the positioning system POS 302, 307 is active, the primary resonance circuit 202 or main resonant circuit 202 is disconnected or the impedance in the frequency range of the
  • Positioning signal greatly increased ie the impedance at 125 kHz greatly increased.
  • a relay could be used as a switch.
  • This resonant circuit can be viewed as a monopole antenna that causes EMC interference.
  • This EMC interference can interfere with all systems such as FOD, LOD, POS.
  • FIG. 6 shows a system for energy transmission during a positioning process with a simple switch 602 for a better understanding of the present invention.
  • 6 schematically shows the parasitic impedance 601, in particular the parasitic capacitance 601, which results from the parasitic properties of the coil L1.
  • the parasitic capacitance 601 is not a physical component. In the parasitic capacitance 601 all parasitic effects are combined as an equivalent switching symbol that arise due to the most varied of effects, for example the
  • switch 602 may have two or a plurality of switches instead of a single switch.
  • the effects described also have an effect in the embodiment with two or a plurality of switches, for example if a switch and / or a switching device 701 is provided on each of the two coil connection paths 801 and 802.
  • the resonance capacities necessary for inductive energy transmission are also omitted, since these, like the lines, can act as a series connection to the main coil L1.
  • Coil electronics 403 and coil L1 can be retrofitted with switches and / or a switching device 701.
  • FIG. 7 shows a system for energy transmission during a positioning process with a switching device 701 according to an exemplary embodiment of the present invention. To avoid that in the primary resonance circuit 202
  • the switching device 701 provides for an impedance 702 to be arranged in parallel with a switch 703. Switches 703 and
  • the impedance forms the separator 706.
  • the switch 602 provided in FIG. 6 can indeed be used to increase the impedance in order to prevent the induced current 502 by switching to an open circuit, but an oscillating circuit is formed between L1 and the parasitic capacitance 601, since the switch 602 now connects the coil L1 has no defined potential, i.e. hangs in the air.
  • an inductance 702 is connected in the switching device 701 in parallel to the switch 703.
  • the switch 703 can be implemented by a relay or by any other switch 703 which is able to carry a large current, such as an IGBT, which is necessary for the energy transmission via the coil L1.
  • the parallel-connected impedance 702 serves to dampen the oscillation of the main coil L1 and can be implemented as a resistive resistor, that is to say an impedance with a real part.
  • the resonant circuit 202 can also have two or a plurality of instead of a single switching device 701
  • Switching device 701 is provided. In this way, entire arrays of capacitors and / or coils can be switched.
  • the switching device 701 for the coil L1 has an input connection 704 for connection to the coil electronics 403 and an output connection 705 for connection to one end or to a connection of the coil L1. Furthermore, the
  • Switching device 701 a disconnection device 706, wherein the disconnection device 706 can be switched between an on state and an off state. 7 is the
  • Isolation device 706 shown in an off state, so switch 703 is open and the high impedance 702 enables a low current flow to prevent interference.
  • the isolating device 706 connects the input connection 704 and the output connection 705 in the on state via an on-impedance.
  • the on-impedance may be determined by a short-circuit impedance of the switch 703.
  • the isolating device 703 connects the input connection 704 and the output connection 705 to an off impedance.
  • the off impedance may be determined by an impedance 702 connected in parallel to a switch 703.
  • the off-impedance fulfills further criteria in order to prevent oscillation in the switched-off primary resonance circuit 202 while an external signal 503, for example a signal different from the energy transmission signal 106, is active, for example a positioning signal 503.
  • the off-impedance is to be set in this way that it has a higher value than the on-impedance. This is because the impedance should essentially not dampen the energy signal 106 to be transmitted during an energy transmission. The energy transfer takes place with a high voltage U1 and / or current 11. Therefore, too high an impedance becomes noticeable as a loss and should therefore be avoided.
  • the off-impedance is set up in such a way that an undesired oscillation is damped in order to avoid a disturbance, but a current flow between
  • Input connection 704 and output connection 705 is still possible even in the off state.
  • the off impedance is designed such that it is at least one
  • External signal 503 dampens a predeterminable frequency, which couples into the coil, so that this cannot build up, that is to say resonate.
  • the off impedance of the switching device 701 to the resonance frequency is one
  • Positioning signal 503 set which is for example at 125 kHz.
  • primary resonance circuit 202 which has a switching element 703 and an impedance 702 connected in parallel thereto.
  • a resistive resistor R, an inductor L or a capacitor C can be used as the impedance 702.
  • the impedance is used to capture the undefined potential of the primary coil L1.
  • Other counter potentials are also possible, for example the intermediate circuit voltage or the primary HVDC and in particular the PE (Permanent Earth) potential of a
  • the switching element 703 can be implemented as a relay 703. Alternatively, the switching element 703 can be designed to connect very large or very small resistors, inductors and / or capacitors. The switching element 703 can short-circuit the parallel impedance or make it low-resistance by connecting in parallel a lower impedance is switched to the impedance.
  • the primary coil L1 can be divided into individual winding goods and separated between these individual winding goods. In other words, the coil L1 can be two or a plurality of
  • Single windings can be set up so that they can be connected in series, for example, during energy transmission.
  • a capacitor can also be divided into two capacitors by means of a switching device 701.
  • An impedance transformer or transformer can also be used as switching device 701.
  • a positioning system 302 generates a positioning signal 503 in the secondary coil L2, which is sent out via the secondary coil L2 and a current in the X sensors 302ax, 302bx, 302cx and the y sensors 302ay, 302by, 302cy induced.
  • the positioning signal 503 induces a current in the main coil L1 of the GPM 105 as an external signal 503.
  • the received positioning signal sets for the main coil L1, which is provided for the energy transmission
  • External signal 503. In order to suppress this external signal that it does not interfere with the reception in the positioning coils 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy, further adjustments can be made to the switching device.
  • Impedance should be chosen so that it is sufficiently large so that the transmission power of the resulting current 502 does not become so large that the
  • the isolating device 706 in the on state should be designed such that it has the current carrying capacity of the
  • the switch 703 may be selected such that it can transport a current which is selected from the range from 0A to 2A or from a range from 0A to 50A and from a range greater than 50A.
  • the coil electronics 403 should be constructed in such a way that the parasitic impedance 601 does not fall below a predeterminable limit value (the parasitic impedance 601 is not shown in FIG. 7, however, it does exist).
  • the parasitic impedance 601 can be influenced, for example, by the circuit layout of the matching device 403 or coil electronics 403. Parasitic capacitances arise between two electrical conductors. Especially in a layout of a PCB (Printed Circuit Board) or a printed circuit board, these parasitic capacitances can arise, which often come with multilayer PCBs
  • This parasitic capacitance 601 is shown in FIG.
  • the parasitic capacitance may not fall below a predeterminable limit value, but it may not be chosen too large. If the parasitic capacitance 601 is too large, the positioning system 302, 307 is disturbed.
  • the design of the printed circuit board on which the adapter 403 or coil electronics 403 is accommodated should be designed such that the parasitic capacitance 601 is less than 1 mR or also equal to 1 mR.
  • the current-carrying elements, such as conductor tracks on a PCB, which lead to the switching element must be made sufficiently narrow or short.
  • the capacity is derived using the Gaussian theorem
  • Range 0F to 1 mR can be achieved, for example, that only minor disturbances occur.
  • a comparison measurement of a position value determined by means of the positioning system 302, 307 and a laser measurement of the coordinates of the CPM-GPM has shown that when a parasitic capacitance 601 of less than or equal to 1 mR is selected, there is a good correspondence between the measurement using the positioning system 302, 307 and the laser measurement can be reached.
  • FIG. 8 shows a system for energy transfer during a positioning process with a simple switch 602 and an enlarged view of a coil for a better understanding of the present invention.
  • Switching device 701 can also be used instead of switch 602.
  • FIG. 8 shows in particular how the coil L1 is connected to a first connection 801 and via the switch 602 to a first connection of the coil electronics 403. 8 also shows how the coil L1 is connected directly to a second connection of the coil electronics 403 with a second connection 802. Both connections 801 and 802 of the coil L1 are led through the ferrite 303 and fastened to a PCB, not shown in FIG.
  • the illustration in FIG. 8 with the simple switch 602, without an impedance connected in parallel to the switch, ensures that the first connection 801 has an undefined potential when the switch 602 is open.
  • the inductance of the main coil L1 creates a decoupled large antenna and a by simply opening the switch 602
  • the connection of the coil L1 to the switch 502 is similar to the connection of the coil L1 to the switching device 701 in FIG. 7.
  • the disconnected end 801 can cause an EMC fault. Due to the large inductance of the main coil L1, the non-connected end 801 of the main coil L1 or the end 801 of the main coil L1 connected to the switch 602 acts like an antenna.
  • an impedance 702 is selected in the switching device 701 parallel to the switch 703 or to another reference potential, which impedance is selected by measurements as a function of the interference to be prevented, the impedance L1 and the parasitic capacitance 601. Since the magnetic resonance is reciprocal and not dependent on the direction, the description applies regardless of the direction of propagation of the signal and the type of interference.
  • the GPM 104 can also function as a transmitter and the secondary coil L2 can be protected by the switching device 701.
  • Positioning systems 302, 204 ', 307 are conceivable in which the GPM 105 sends the external signal and receives the CPM and therefore the CPM is to be protected from interference. Furthermore, the
  • Switching device 701 can be used if the transmission of a positioning signal is not carried out via the CPM main coil, but via other types
  • the switching device 701 which by switching changes in the impedance 501 connected to the main coil L1 is used to set deterministic changes in the impedance in order to test, verify or observe them with the sensors of the LOD and / or FOD system.
  • the impedance 501 which loads the coil L1
  • a large-area and / or strong change in the impedances 501 becomes one
  • the LOD self-test can provide to detect a predeterminable expected frequency shift of the LOD resonance frequency or change in the sensor signal during switching of the switching device 701 into the off state or into the positioning mode. If this predefinable expected change, in particular the resonance shift, cannot be verified, it is assumed that the LOD system is defective and an alarm is issued. For example, someone likes it control device responsible for the LOD system, which
  • Frequency shift must occur after switching device 701 has been switched to the off state.
  • known changes in the sensor values of the FOD system can be used to test the function of the FOD system in this way.
  • the switching device 701 can be used in determining a coupling factor between the primary coil L1 and the secondary coil L2.
  • the coupling can also be determined by switching off the coil with a high impedance in the off state of the switching device 701.
  • a coupling factor determination device is provided in the primary resonance circuit 202.
  • the primary-side main coil L1 is loaded with a high impedance, namely the sum of the impedance 501 of the matching device and the high impedance 702, which is switched on when the switching device 701 is off, in order to avoid idling Since the transmission current in the coil L2 and the coil voltage U2 in the CPM 104 and the primary inductance L1 are known, the coupling factor or the coupling factor k can be determined by measuring the voltage U1 on the primary side.
  • the voltage U1 is already processed in order to adjust the power flow during the energy transmission. Therefore, all measuring equipment for a measurement of U1 is already present in the energy transmission system 100 and the control device 307 only has to be adapted such that it calculates and provides the coupling factor k from the measurement of the primary voltage U1.
  • the control device 307 instead of calculating the power measured during energy transmission, the voltage U1 induced by the positioning signal in the coil L1 is measured during the positioning process, and the coupling factor k is determined therefrom.
  • the current 11 could also be measured in the primary resonance circuit 202, which results during the transmission of the positioning signal instead of the energy transmission.
  • Switching device 703 allows the coupling to be determined very precisely if the voltage measurement is implemented in the correct place.
  • the measuring device is constructed in such a way that it can easily determine the voltage between the coil connections 801 and 802.
  • the resonance capacitances 221 of the inductive energy transmission system can be neglected due to the negligible current flow.
  • Switching device 703 can prevent a current, in particular a large current, from being induced in the primary resonance circuit 202 by switching to the off state. Since the low current flow can be achieved in the off state, this off state is often selected in order to determine the coupling.
  • the measuring device or the measuring equipment can have an analog circuit 707 for voltage measurement.
  • the analog circuit 707 of the voltage measuring device which is used for measuring the voltage U1, is arranged in the adapter 403, as shown in FIG. 7. This voltage and / or
  • Control device 309 which is implemented as a circuit with analog components, has two measuring ranges which the control device 309, in particular a microcontroller, can select, which is responsible for controlling the GPM 105, in particular which is responsible for controlling the energy transmission.
  • This control device 309 for the energy transmission system can be connected to the control device 307 for the
  • FIG. 9 shows a flowchart for a method for switching a switching device 701 according to an exemplary embodiment of the present invention. The method begins in idle state S901 and recognizes this in state S902
  • Switching device can be switched to the on state. 10 shows a flowchart for a method for testing an impedance-sensitive system with a switching device according to an exemplary embodiment of the present invention. The process begins in the idle state S1001. In state S1002, the isolating device 706 is switched to the on state and a first measurement is carried out with the impedance-sensitive system which is to be tested, for example an LOD and / or an FOD system.
  • the method provides for the disconnection device 706 to be switched to the off state and for a second measurement to be carried out with the impedance-sensitive system.
  • Resonance circuit 202 brought about, to which the impedance-sensitive system reacts.
  • Impedance-sensitive systems should be able to detect a change in the impedance of the object. Depending on the verification, the correct functioning and / or an error is then displayed.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung (701) für eine Spule (L1) angegeben, aufweisend einen Eingangsanschluss (704), zum Anschließen an eine Spulenelektronik (403) und/oder an eine Schwingkreiskapazität (221), einen Ausgangsanschluss (705), zum Anschließen an ein Ende der Spule (L1) und/oder an eine Schwingkreiskapazität (221) und eine Trenneinrichtung (706), wobei die Trenneinrichtung (706) zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltbar ist, die Trenneinrichtung (706) im Ein-Zustand den Eingangsanschluss (704) und den Ausgangsanschluss (705) mit einer Ein-Impedanz (703) verbindet und die Trenneinrichtung (706) im Aus-Zustand den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss mit einer Aus-Impedanz (702) verbindet, die Aus-Impedanz (702) einen gegenüber der Ein-Impedanz (703) erhöhten Wert aufweist die Aus-Impedanz (702) einen Stromfluss zwischen Eingangsanschluss (704) und Ausgangsanschluss (705) zulässt und die Aus-Impedanz (702) so ausgebildet ist, zumindest ein Fremdsignal (503) einer vorgebbaren Frequenz zu dämpfen, welches in die Spule (L1) einkoppelt.

Description

Schaltvorrichtung für eine Spule
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet des induktiven Ladens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltvorrichtung, einen Schwingkreis, ein Verfahren zum Testen eines Impedanz-sensitive Systems mit einer Schaltvorrichtung und ein Verfahren zum Schalten der Schaltvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Zum elektrischen Laden eines reinen Elektrofahrzeugs (EV, Electric Vehicle) oder eines Hybridfahrzeugs (PHEV, Plug-in Hybrid-Electric Vehicle), welches mit einer Kombination aus Treibstoff und elektrischer Energie betrieben wird, kann ein System für die induktive Energieübertragung genutzt werden, wenn das Laden kontaktlos erfolgen soll. In einem solchen System wird ein magnetisches Wechselfeld im Frequenzbereich von 25...150kHz erzeugt. Dabei muss beachtet werden, dass außerhalb dieses Frequenzbandes die Grenzwerte für die Emission elektromagnetischer Wellen durch international gültige Normen festgelegt sind. Denn obwohl prinzipiell ein Magnetfeld zur Energieübertragung genutzt wird, handelt es sich jedoch aufgrund der Tatsache, dass sich das Magnetfeld ändert inhärent um eine elektromagnetische Welle. Wegen der langsamen
Veränderungen der Feldstärken weist die beim induktiven Laden genutzte
elektromagnetische Welle allerdings eine Wellenlänge von mehreren Kilometern auf.
Um diese Grenzwerte für die Emission einzuhalten ist darauf zu achten, dass das zur Energieübertragung genutzte magnetische Wechselfeld mit einer Grundschwingung im Bereich 25...150kHz arbeitet und nur sehr geringe Oberwellen enthält. Daher kommen Filter zum Einsatz, die störende Oberwellen möglichst entfernen. Außerdem muss, um die international gültigen Normen und Richtlinien einzuhalten, dafür gesorgt werden, dass eine Energieübertragung nur dann erfolgt, wenn eine bestimmte Qualität der Kopplung zueinander erreicht ist, indem eine bestimmte Ausrichtung der Koppelelemente
zueinander eingestellt wird, beispielsweise durch ein Positionierungssystem wie beispielsweise in der Druckschrift EP 3 103 674 A1 beschrieben ist.
Die Druckschrift EP 2 868 516 A1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung der zwischen zwei Resonatoren eines Systems zur kontaktlosen Energieübertragung übertragenen Energie.
Als Koppelelement für die Energieübertragung wird auf der stationären Seite ein GPM (Ground Pad Module) mit einer Primärspule und fahrzeugseitig ein CPM (Car Pad Module) mit einer Sekundärspule genutzt. GPM und CPM bilden für die Koppelung und
Energieübertragung einen Transformator. Die physikalische Ausrichtung der
Koppelelemente zueinander wird über ein Positioniersignal z.B. RKS (Remote Keyless Entry System) gemessen und eingestellt. Für die Energieübertragung und die
Übertragung des Positionierungssignals kommen unterschiedliche Übertragungsstrecken und unterschiedliche Übertragungstechniken zum Einsatz.
Durch die Verwendung unterschiedlicher Systeme in naher Umgebung und insbesondere durch die Nutzung von elektromagnetischen Wellen können sich die Systeme
untereinander stören.
Es mag als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine effektive Übertragung von Energie zu ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend wird eine Schaltvorrichtung, ein Schwingkreis, ein Verfahren zum Testen eines Impedanz-sensitive Systems mit einer Schaltvorrichtung und ein Verfahren zum Schalten der Schaltvorrichtung angegeben. Der Gegenstand der Erfindung wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche angegeben. Ausführungsbeispiele und weitere Aspekte der Erfindung werden von den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltvorrichtung für eine Spule angegeben, aufweisend einen Eingangsanschluss, zum Anschließen der
Schaltvorrichtung an eine Spulenelektronik, an eine Schwingkreiskapazität und einen Ausgangsanschluss auf, zum Anschließen der Schaltvorrichtung an ein Ende der Spule und/oder an eine Schwingkreiskapazität. Die Schaltvorrichtung weist ferner eine
Trenneinrichtung auf. Die Trenneinrichtung ist zum Trennen und Zusammenschalten des Eingangsanschlusses und des Ausgangsanschlusses ausgebildet und ist zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltbar oder umschaltbar. In diesem
Zusammenhang mag Trennen jedoch auch bedeuten, dass noch ein Strom zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss fließen kann, dieser jedoch Wesentlich kleiner ist, als in einem zusammengeschalteten Zustand.
Die Trenneinrichtung mag an einer frei wählbaren Stelle in einem Haupt-Schwingkreis oder Resonanzkreis einer Energieübertragungseinrichtung anordenbar sein. In einem Beispiel könnte die Trenneinrichtung zwischen einer oder einer Vielzahl von
Resonanzkapazitäten und einer primärseitigen Hauptspule angeordnet sein. In einem anderen Beispiel kann die Trenneinrichtung innerhalb der Hauptspule angeordnet sein. In noch einem anderen Beispiel mag die Trenneinrichtung zwischen einer Haupt- Schwingkreis-Kapazität und einer treibenden Elektronik angeordnet sein. Es ist somit möglich einen Resonanzschwingkreis mit einer beliebigen Anordnung aus einer
Serienschaltung eines Kondensators mit der Schaltvorrichtung und einem anderen Kondensator, einer Serienschaltung eines Kondensators mit der Schaltvorrichtung und einer Spule und/oder einer Serienschaltung einer Spule mit der Schaltvorrichtung und einer anderen Spule auszustatten. Diese Serienschaltungen mögen beliebig kombinierbar sein, so dass ein Resonanzkreis oder Schwingkreis eine Vielzahl solcher
Grundserienschaltungen aufweisen kann. Die Schaltvorrichtung kann damit an beliebigen Stellen und beliebigen Kombinationen und in einer beliebigen Anzahl eingesetzt werden. Wird die Schaltvorrichtung zwischen zwei Kondensatoren angeordnet, kann dies aufgefasst werden als eine Anordnung der Schaltvorrichtung innerhalb eines einzelnen Kondensators, beispielsweise innerhalb des Resonanzkondensators. Wird die Schaltvorrichtung zwischen zwei Spulen angeordnet, kann dies aufgefasst werden als eine Anordnung der Schaltvorrichtung innerhalb einer einzelnen Spule, beispielsweise innerhalb der Resonanzspule.
Im Ein-Zustand verbindet die Trenneinrichtung den Eingangsanschluss und den
Ausgangsanschluss mit einer Ein-Impedanz. Die Ein-Impedanz mag die Impedanz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss bezeichnen, die wirkt, wenn die Trenneinrichtung in dem Ein-Zustand ist. Im Aus-Zustand verbindet die
Trenneinrichtung den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss mit einer Aus- Impedanz. Die Aus-Impedanz mag die Impedanz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss bezeichnen, die wirkt, wenn die Trenneinrichtung in dem Aus- Zustand ist. Die Aus-Impedanz weist einen gegenüber der Ein-Impedanz erhöhten Wert auf. Die Aus-Impedanz lässt einen Stromfluss zwischen Eingangsanschluss und
Ausgangsanschluss zu und ist so ausgebildet, dass sie zumindest ein Fremdsignal einer vorgebbaren Frequenz dämpft, welches in die Spule einkoppelt. Ein Fremdsystem mag ein System bezeichnen, das einer anderen Funktionalität dient, als das System, in dem die Schaltvorrichtung eingebaut ist, und insbesondere an dem die Spule beteiligt ist, an welcher die Schaltvorrichtung angeschlossen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schwingkreis beschrieben, aufweisend die Schaltvorrichtung, eine Spule und einer Spulenelektronik oder Anpasseinrichtung. Die Spule ist mit einem ersten Spulenanschluss über die Schaltvorrichtung mit einem ersten Anschluss der Spulenelektronik verbunden. Außerdem sind die Spule und die Spulenelektronik über einen zweiten Spulenanschluss und einen ersten Anschluss der Spulenelektronik miteinander verbunden.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schalten einer Schaltvorrichtung angegeben, aufweisend das Erkennen des
Vorhandenseins eines Fremdsignals und das Schalten der Trenneinrichtung in den Aus- Zustand, wenn dieses Signal erkannt worden ist. Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Testen eines Impedanz-sensitive Systems mit einer Schaltvorrichtung, insbesondere zum Testen eines xOD, LOD und oder FOD Systems. Der Begriff xOD mag sämtliche OD Sensoren, wie LOD oder FOD vereinheitlicht zusammenfassen. Im Gegensatz zu einem
Positioniersystem, welches im Wesentlichen eine elektromagnetische Welle zur
Informationsübertragung nutzt, mag das FOD System oder LOD System die Änderung einer Induktivität auswerten. Das Testverfahren kann als Selbsttest ausgeführt werden und mag ein Verfahren zur Nutzung einer Schaltvorrichtung in einem Selbsttest sein.
Das Verfahren mag das Schalten der Trenneinrichtung in den Ein-Zustand und das Durchführen einer ersten Messung mit dem Impedanz-sensitiven System aufweisen, welches getestet werden soll. Ferner mag das Verfahren das Schalten der
Trenneinrichtung in den Aus-Zustand und das Durchführen einer zweiten Messung mit dem Impedanz-sensitiven System aufweisen. Durch das Ein- und Ausschalten der Trenneinrichtung mag eine Impedanzänderung eines Objektes herbeiführbar sein, auf welche das Impedanz-sensitive System reagiert. Es erfolgt ein Vergleichen der
Ergebnisse der ersten Messung und der zweiten Messung und ein Verifizieren des Vergleichs mit einer Soll-Vorgabe, insbesondere mit einem erwarteten Ergebnis. Bei korrekter Funktionsweise des Impedanz-resistiven Systems soll eine Veränderung der Impedanz des Objektes erkennbar sein. In Abhängigkeit von der Verifikation erfolgt dann ein Anzeigen der korrekten Funktionsweise und/oder eines Fehlers.
Zum induktiven und/oder berührungslosen Übertragen von elektrischer Energie an ein Fahrzeug von einer bodenseitigen Einheit, einem sog. Ground Pad Modul (GPM), an eine fahrzeugseitige Einheit, einem sog. Car Pad Modul (CPM) enthält jede Einheit eine Hauptspule. Die Hauptspule auf der energieliefernden Seite wird Primärspule und die Hauptspule auf der energieempfangenden Seite wird Sekundärspule bezeichnet. Die beiden Hauptspulen werden über ein resonantes Magnetfeld gekoppelt, das von einer Spulenelektronik erzeugt wird. Über dieses Magnetfeld wird die Energie in der Regel von dem GPM an das CPM übertragen. Selbst wenn in der Beschreibung von einem
Energiefluss von GPM zu CPM ausgegangen wird, ist selbstverständlich auch die umgekehrte Übertragungsrichtung möglich. Das System zur Energieübertragung kann jedoch noch weitere Sensoren und/oder Subsysteme benötigen, um den Betrieb effizient zu gestalten und/oder um die
Betriebssicherheit zu erhöhen. Beispiele von solchen zusätzlichen Systemen und/oder Sensoren sind ein Forreign Object Detection System (FOD) zur Erkennung von elektrisch leitenden und/oder magnetisch wirkenden Fremdkörpern, ein Living Object Detection System (LOD) zur Detektion von organischen Objekten und/oder ein
Positionierungssystem (POS), welches die korrekte Ausrichtung des CPM zum GPM sicherstellen kann. All diese Systeme mögen elektromagnetische Wellen und/oder Felder nutzen, um ihre Funktion auszuführen. Da es sich auch bei dem zur Energieübertragung genutzten resonanten Magnetfeld im Wesentlichen um eine elektromagnetische Welle und/oder ein elektromagnetisches Feld handelt, kann es zu einer gegenseitigen
Beeinflussung von Bauelementen kommen, denn Erzeuger für elektromagnetische Wellen können selbst im passiven Zustand Störungen für andere elektromagnetische Systeme darstellen.
So benötigt beispielsweise die Hauptspule und/oder Energieübertragungsspule des Energieübertragungssystems, insbesondere die Primärspule, eine hohe Güte, um möglichst viel der von ihr erzeugten magnetischen Energie zu einem Empfänger zu übertragen. Ein Generatorschaltkreis, der die Spule treibt mag einen Inverter oder Wandler aufweisen, der wiederum Diodenstrecken aufweist, die zu einem Zwischenkreis führen. Bei dem Zwischenkreis mag es sich um einen Versorgungsspannungsschaltkreis handeln, der mehrere Anschlussphasen, beispielsweise PE, N, L1 aufweist. Die
Bezeichnungen L1 , N und PE bezeichnen die Leitungen eines einphasigen
Elektroanschlusses. L1 ist die Phase oder der stromführende Leiter im Wechselstromnetz, N ist der Neutralleiter und PE (Permanent Earth) ist die Erdung oder der Schutzleiter. Außer den Diodenstrecken mag der Inverter Kondensatoren und Kapazitäten zur Filterung oder Kapazitäten, die durch parasitäre Effekte hervorgerufen werden und keine real vorhandenen Bauteile sind, aufweisen, welche einen Stromkreis mit dem
Hauptschwingkreis ermöglichen. Durch den Zusammenschluss dieser unterschiedlichen schwingfähigen Komponenten können Schwingkreise hoher Güte entstehen, die die Signale von anderen Systemen oder Fremdsystemen, wie beispielsweise LOD, FOD und POS beeinflussen können und somit die Qualität und Performance der Systeme einschränken können. Bei dem Einsatz eines POS Systems kann es Vorkommen, dass es durch die von dem POS System ausgesandten elektromagnetischer Wellen aufgrund von Anregungen in den Spulen des Energieübertragungssystems zu einem weiteren Sender, zusätzlich zu dem Sender von den POS Signalen kommt. Außerdem kann es zu einer Kopplung zwischen den Empfängerspulen des Positionierungssystems und der Spule des
Energieübertragungssystems kommen, also zu der Koppelung von Systemen oder Subsystemen unterschiedlicher Funktionalität. Durch diese Koppelung kann die gewünschte Signalausbreitung des Positioniersignals des Positionierungssystems je nach Position des Senders überlagert werden. Eine ungewünschte Koppelung zweier beispielsweise orthogonal angeordneter Empfangsantenne kann zu Verzerrungen der Messsignale der Sensorwerte führen, welche nicht der Signalausbreitung entsprechen. In anderen Worten mag die Verzerrung der Messsignale zu Messsignalen in de Sensoren führen, die nicht den tatsächlichen Signalen entsprechen, wodurch die Verarbeitung der Messsignale erschwert werden mag.
Die Schaltvorrichtung kann solche Störungen eines Fremdsystems, also eines Systems, das funktional nicht zum Energieübertragungssystem gehört oder das eine andere Funktion als die Energieübertragung hat, vermeiden oder im Wesentlichen soweit reduzieren, bis sich die Störungen nicht mehr bemerkbar machen. Das
Energieübertragungssystem mag im Wesentlichen nicht aktiv sein, während das
Fremdsystem zum Einsatz kommt. Eine Steuereinrichtung kann vorhanden sein, um sicherzustellen, dass die Energieübertragung abgeschaltet ist, bevor ein anderes
Subsystem mit dem Betrieb startet. In einem Beispiel mag es jedoch auch möglich sein, während der Energieübertragung ein anderes Subsystem zu betreiben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Aus-Impedanz weiter dazu ausgebildet, eine Störung mit einer Frequenz größer als die vorgebbare Frequenz des Fremdsignals zu dämpfen. Neben einem Signal des Fremdsystems kann sich auch an der mit der Schaltvorrichtung verbundenen Spule eine EMV Störung ausbilden.
Während die Frequenz des Fremdsignals im Bereich von kHz liegen mag, mag eine EMV Störung im Bereich von MHz liegen. So mag die Schaltvorrichtung im Wesentlichen zwei stark dämpfende Frequenzbereiche aufweisen, einerseits den Bereich des Fremdsignals selbst, um sich nicht selbst zu stören, andererseits einen hochfrequenten Bereich, um das hochfrequente EMV Signal zu dämpfen. Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung mag das Schalten zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand mit dem Schalten des zumindest einen Fremdsignals gekoppelt sein.
Da der Vorgang der Energieübertragung zusammen mit dem Energieübertragungssystem meist abgeschaltet ist, während das Fremdsystem aktiv ist, kann die Schaltvorrichtung, von dem Ein-Zustand, indem eine gute Energieübertragung über die Schaltvorrichtung möglich ist, in den Aus-Zustand geschaltet werden, in dem eine gute Störunterdrückung für das Signal des Fremdsystems möglich ist. Die Schaltvorrichtung kann somit mit dem Fremdsystem gekoppelt sein, um zu erkennen, wann das Fremdsystem angeschaltet ist. In einem Beispiel kann eine Kommunikation über Steuereinrichtungen des Fremdsystems und des Energieübertragungssystems stattfinden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Trenneinrichtung ein Schalter mit einer parallel geschalteten Impedanz. In einem Beispiel ist die
Trenneinrichtung eine Impedanz, die kurzschließbar ist.
Der Schalter kann die Impedanz kurzschließen, um die Impedanz zur Gewährleistung einer guten Energieübertragung im Wesentlichen auszuschalten, kurzzuschließen und/oder zu überbrücken.
Gemäß noch einem anderen Aspekt ist die parallel geschaltete Impedanz zumindest eine Impedanz, die aus der Gruppe von Impedanzen ausgewählt ist, die Gruppe bestehend aus einer Wirkimpedanz, einer Blindimpedanz, einem Widerstand, einem Kondensator, einem parasitären Element, einer parasitären Impedanz und einer Spule. Im Falle, dass diese parallel geschaltete Impedanz von der Trenneinrichtung kurzgeschlossen wird, entfaltet die parallel geschaltete Impedanz im Wesentlichen keine Wirkung mehr. Ein parasitäres Element, insbesondere eine parasitäre Impedanz und/oder eine parasitäre Kapazität mag beispielsweise durch das Layout eines PCB oder einer Platine durch die Leiterbahnen entstehen und zwar vorhanden sein, jedoch keinem diskreten Bauelement entsprechen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Trenneinrichtung ein Übertrager. Der Übertrager kann beispielsweise ein Transformator sein, durch welchen in einem Ein-Zustand der für die Energieübertragung notwendige Strom fließt und in einem Aus-Zustand eine Impedanz zugeschaltet ist, während die Energieübertragung deaktiviert ist. So kann diese zugeschaltete Impedanz im Falle des Zuschaltens beispielsweise Leistung aus dem in den Hauptschwingkreis induzierten Stromkreis ziehen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schaltvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, direkt und/oder indirekt das Vorhandensein des Fremdsignals zu erkennen und die Trenneinrichtung zu schalten.
Zum direkten Erkennen des Fremdsignals mag die Steuereinrichtung einen Sensor aufweisen oder nutzen, der es erlaubt, zu erkennen, dass das Fremdsignal die Spule des Energieübertragungssystems durchdringt und im Falle des Erkennens des Fremdsignals kann die Trenneinrichtung ausgeschaltet werden. Im Beispiel eines Positioniersignals kann die Steuereinrichtung auf ein im Bereich der Spule vorhandenen
Positionierungssystem zurückgreifen, um das Vorhandensein eines Positioniersignals zu erkennen. In einem anderen Beispiel kann die Steuereinrichtung aber auch eine
Benachrichtigung über das Abschalten des Energieübertragungssystems erhalten und die Trenneinrichtung entsprechend steuern.
Zum indirekten Erkennen des Fremdsignals kann eine Kommunikation zwischen CPM und GPM über einen Kommunikationskanal erfolgen, beispielsweise über WLAN. Mittels dieser Kommunikation kann das Schalten der Trenneinrichtung beeinflusst werden. Für die Kommunikation könnten sowohl in dem GPM als auch in dem CPM softwarebasierte State-Machines eingerichtet sein, die zwischen GPM und CPM die Trennung direkt steuern, indem sie über den Kommunikationskanal Nachrichten austauschen. Die Kommunikation mag durch Kommandos des zu ladenden Fahrzeuges, insbesondere dessen CPM ausgelöst werden. Beim indirekten Erkennen mag die Steuereinrichtung somit ein Signal erhalten, das ihr anzeigt, dass ein Fremdsignal mit einer hohen
Wahrscheinlichkeit vorhanden ist, jedoch wertet die Steuereinrichtung das Fremdsignal nicht direkt aus. Im Beispiel des Positionierungssystems kann die Steuereinrichtung von dem Sender des Positionierungssystems über den Kommunikationskanal eine Information erhalten, dass das Fremdsignal, d.h. das Positioniersignal, ausgesendet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinrichtung eingerichtet, die Trenneinrichtung zur Durchführung eines Tests zu schalten.
So können Charakteristika an dem Schwingkreis mit der Hauptspule verändert werden, um Sensoren, wie den LOD oder FOD Sensor zu testen. Alternativ kann auch ein Koppelfaktor zwischen CPM und GPM getestet werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine CPM und/oder eine GPM angegeben, welche die Schaltvorrichtung, die Spule und die Spulenelektronik aufweist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem ein Programmcode
gespeichert ist, der, wenn er von einem Prozessor ausgeführt wird, zumindest eines der Verfahren ausführt. Eine Steuereinrichtung oder ein Controller kann solch einen
Prozessor nutzen.
Als ein computerlesbares Speichermedium mag eine Floppy Disc, eine Festplatte, ein USB (Universal Serial Bus) Speichergerät, ein RAM (Random Access Memory), ein ROM (Read Only Memory) oder ein EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) genutzt werden. Als Speichermedium kann auch ein ASIC (application-specific integrated Circuit) oder ein FPGA (field-programmable gate array) genutzt werden sowie eine SSD (Solid-State-Drive) Technologie oder ein Flash-basiertes Speichermedium. Ebenso kann als Speichermedium ein Web-Server oder eine Cloud genutzt werden. Als ein
computerlesbares Speichermedium mag auch ein Kommunikationsnetz angesehen werden, wie zum Beispiel das Internet, welches das Herunterladen eines Programmcodes zulassen mag. Es kann eine funkbasierte Netzwerktechnologie und/oder eine
kabelgebundene Netzwerktechnologie genutzt werden.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Programmelement geschaffen, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zumindest eines der Verfahren ausführt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein induktives Ladesystem gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines induktiven Ladesystems gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf ein CPM und ein GPM in verschiedenen Ausrichtungen zueinander gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Energieübertragungssystems bei der Energieübertragung zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Fig.5 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. Fig 6 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs mit einem einfachen Schalter zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs mit einer Schaltvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs mit einem einfachen Schalter und einer vergrößerten Ansicht einer Spule zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Schalten einer Schaltvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Testen eines Impedanz-sensitive Systems mit einer Schaltvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In der folgenden Beschreibung der Fig. 1 bis Fig. 10 werden die gleichen Bezugsziffern für gleiche oder sich entsprechende Elemente verwendet.
In diesem Text mögen die Begriffe„Kondensator“ und„Kapazität“ sowie„Spule“ oder „Drossel“ und„Induktivität“ gleichbedeutend verwendet werden und sollen, sofern nichts weiter angegeben ist, nicht einschränkend interpretiert werden. Außerdem mögen die Begriffe„Energie“ und„Leistung“ gleichwertig verwendet werden und sollen, sofern nichts weiter angegeben ist, nicht einschränkend interpretiert werden. Fig. 1 zeigt ein induktives Ladesystem 100 oder System 100 zur Energieübertragung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist eine Seitenansicht für ein System zum kontaktlosen Laden eines Elektrofahrzeugs dargestellt. Unterhalb eines Fahrzeugchassis 102 befindet sich ein Car Pad Modul (CPM) 104, welches dazu dient, das Fahrzeug 102 mit Strom zu versorgen. Für die Übertragung der Energie wird ein Magnetfeld 106 genutzt, welches induktiv die Energie von einem an einem Boden 103 fix montiertem Ground Pad Modul (GPM) 105 bereitgestellt wird. Die für das Laden notwendige Energie wird dem Hauptanschluss 107 entnommen, der sowohl Wechselstrom (AC) als auch Gleichstrom (DC) sein kann. Zur Kommunikation zwischen CPM 104 und GPM 105 wird eine separate Verbindung 101 genutzt, welche
beispielsweise ein Funkprotokoll wie WLAN (Wireless LAN) oder NFC nutzen kann. Diese Verbindung kann als Feedback- Kanal 101 genutzt werden oder als Kommunikationskanal 101 , über den CPM 104 und GPM 105 Informationen austauschen können. Sowohl das Magnetfeld zur Energieübertragung 106 als auch das Funksignal 101 sind
elektromagnetische Wellen, die jedoch unterschiedliche Frequenzen aufweisen.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines induktiven Ladesystems 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Betrachtet wird ein System für die induktive Energieübertragung, welches zum kontaktlosen Laden eines Elektrofahrzeugs genutzt werden kann. In einem solchen System wird ein magnetisches Wechselfeld 106 im Frequenzbereich von beispielsweise 25...150kHz erzeugt. Dabei muss beachtet werden, dass außerhalb dieses Frequenzbandes die Grenzwerte für die Emission elektromagnetischer Wellen durch international gültige Normen festgelegt sind. Um diese Grenzwerte einzuhalten ist es entscheidend, dass das magnetische Wechselfeldl 06 mit der Grundschwingung im Bereich 25...150kHz arbeitet und nur sehr geringe Oberwellen enthält.
Anderseits soll aber der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung möglichst hoch sein und deshalb wird mit elektronischen Schaltern innerhalb eines Wechselrichters 201 , beispielsweise mittels MOSFETs, IGBTs, ein Rechtecksignal mit der Grundfrequenz des magnetischen Wechselfeldes erzeugt, denn so ergeben sich sehr geringe Verluste. Das Rechtecksignal enthält aber beträchtliche Oberwellen. Diese Oberwellen lassen sich sehr gut mit einem Filter 200, beispielweise einem LC-Filter 200 ausfiltern. Das Filter 200 kann dabei unterschiedlich ausgeführt sein. Beispielhaft ist in Fig. 2 ein Filter 4. Ordnung 200 dargestellt, aber es sind auch andere Anordnungen von Kondensatoren und Spulen möglich. An dem Eingang 206 des Filters 200 liegen der Eingangsstrom lin und die Eingangsspannung Uin an. Das Filter 200 weist zwei parallel geschaltete Eingangsspulen Lai und La2 und den Filter-Eingangskondensator Ca sowie die parallel geschalteten Ausgangsspulen Lbi und Lb2 und den Filter-Ausgangskondensator Cb auf. Statt der zwei in Serie geschalteten Eingangsspulen Lai und La2 kann auch eine einzige Eingangsspule La genutzt werden. Statt der zwei in Serie geschaltete Ausgangsspulen Lbi und Lb2 kann auch eine einzige Ausgangsspule Lb genutzt werden.
Die Eingangsspulen Lai und La2 sind direkt mit dem Ausgang des Wechselrichters 201 verbunden. Hierbei mag direkt bedeuten, dass kein weiteres Bauelement
dazwischengeschaltet ist. Ein in Serie geschalteter Kondensator soll dabei eine direkte Verbindung nicht zu einer indirekten Verbindung machen. Der Begriff „direkt“ mag insbesondere genutzt werden, auszudrücken, dass Anschlusspunkte entsprechender Komponenten zusammenfallen und/oder dasselbe Potenzial aufweisen. Die
Ausgangsspulen Lb^ und Lb2 am Ausgang 207 des Filters 200 sind direkt mit den Spulen Lai und La2, sowie dem Primärresonanzkreis 202 verbunden. Der Primärresonanzkreis 202 wird mit der Spannung U1 und dem Strom 11 oder IL versorgt, der aus der von dem Wechselrichter 201 erzeugten Wechselstrom hervorgegangen ist. Aufgrund der
Filterwirkung des Filters 200 weisen der Primärstrom 11 und die Primärspannung U1 einen sinusförmigen Verlauf auf.
Der Primärresonanzkreis 202 weist die Primär-Resonanzspule L1 oder Primärspule L1 und den Primär-Resonanzkondensator C1 221 auf. Der Primärresonanzkreis 202 wandelt den Strom 11 und die Spannung LH in das magnetische Wechselfeld 106. Das
magnetische Wechselfeld 106 koppelt mit einem Koppelfaktor k in den
Sekundärresonanzkreis 203 und überträgt die Energie aus dem Primärkreis durch eine resonante und induktive Energieübertragung an den Sekundärkreis 203.
Der Sekundärresonanzkreis 203 weist die Sekundär-Resonanzspule L2 oder
Sekundärspule L2 und den Sekundär-Resonanzkondensator C2 222 auf. Da der
Sekundärresonanzkreis 203 auf die Resonanzfrequenz des Primärresonanzkreises 202 eingestellt ist, wird der Sekundärresonanzkreis 203 durch das Magnetfeld 106 so weit zu einer Schwingung angeregt, dass sich der Sekundärstrom I2 und die Sekundärspannung U2 ergeben. Diese werden der Gleichrichteeinrichtung 204 oder dem Gleichrichter 204 zugeführt, die/der an ihrem/seinem Ausgang 220 eine Gleichspannung einer Last 205 zur Verfügung stellen kann, beispielsweise einer Batterie 205, einem Zwischenkreis 205, einem Traktionskreis 205 oder einer ausgangsseitigen HV-DC 205 auf der der Seite des CPM 104.
Versorgt wird das induktive Ladesystem 100 über eine Gleichspannungsquelle 107 oder eingangsseitigen HV-DC (High Voltage-Direct Current) bzw. über eine
Wechselspannungl 07.
Das Energieübertragungssystem 100, beispielsweise ein ICS-System 100, weist eine Basisstation 105 oder GPM 105, eine Remoteeinrichtung 104 oder ein CPM 104 auf, wobei die Basisstation 105 und die Remoteeinrichtung 104 über eine induktive Kopplung und den Feedbackkanal 101 miteinander lose koppelbar sind. Bei einer entsprechenden Positionierung des CPM 104 gegenüber dem GPM 105 kann von einer losen Kopplung ausgegangen werden.
Die Basisstation 105 oder GPM 105 weist den Primärkreis 202 und die Remoteeinrichtung 104 oder CPM 104 weist den Sekundärkreis 203 auf. Der Primärkreis 202 weist die Spule L1 und der Sekundärkreis weist die Spule L2 auf. Werden die Spule L1 und L2
aneinander angenähert, können sich Magnetfelder 106, die von den Spulen erzeugt werden, die jeweils andere Spule L1 , L2 durchsetzen. Der Teil des Magnetfeldes, der die jeweils andere Spule L1 , L2 durchsetzt bildet die induktive Kopplung mit dem Koppelfaktor k oder dem Kopplungsfaktor k. Diese Kopplung bildet einen lose gekoppelten
Transformator 21 1 . Der Teil des Magnetfeldes 106, der außerhalb der jeweils anderen Spule L1 , L2 liegt bildet eine Streukapazität. Je geringer der Teil der gebildeten
Streukapazität ist, desto größer ist der Koppelfaktor k. Da jedoch wegen der
Beweglichkeit des GPM 105 und CPM 104 zueinander kein Transformator mit einem Kern gebildet werden kann, bei dem der Koppelfaktor k im Wesentlichen konstant ist, ist bei dem lose gekoppelten Transformator der Koppelfaktor variabel und beispielsweise von der relativen Lage des GPM 105 und CPM 104 zueinander abhängig. Die funktionalen Komponenten des GPM 105 sind im Wesentlichen im
Primärfunktionsblock 105‘ und die funktionalen Komponenten des CPM 104 sind im Wesentlichen im Sekundärfunktionsblock 104‘ zusammengefasst.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf das CPM 104 und ein GPM 105 in verschiedenen Ausrichtungen zueinander gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die zwei Übertragerelemente 104, 105 oder das GPM 105 und das CPM 104 sind als Teil eines Systems 100 zur induktiven Energieübertragung in gegeneinander versetzter Position 104min‘, 104max‘ und in genau koaxialer Position 104min, 104max in unterschiedlicher Höhe Z dargestellt. Eines der Übertragerelemente 105 ist dem Primärteil des Energieübertragungssystems zuzuordnen und ist beispielsweise bei induktiven Ladeanordnungen für zumindest teilweise elektrisch betriebene Fahrzeuge am oder im Boden 301 im Bereich einer Ladestation, einer Garage für das Fahrzeug, etc. positioniert. Wenn sich ein Fahrzeug in der Ladeposition befindet, sollte die Primärspule L1 der GPM 105 genau koaxial unterhalb der typischerweise kleineren Sekundärspule L2 des zweiten, empfangenden Übertragerelementes 104, 104max oder CPM 104, 104max liegen, welches am zu ladenden Fahrzeug (nicht gezeigt in Fig. 1 ) montiert und zur Einspeisung der vom CPM 104max drahtlos empfangenen Energie mit dessen Traktionsbatterie verbunden ist. Die Energie zur Ladung der Batterien des Fahrzeugs wird dabei magnetisch-induktiv vom GPM 105 auf das CPM 104, 104max übertragen, wobei diese Übertragung meist umso effektiver ist, je genauer die Spulen L1 , L2 übereinander positioniert sind.
Um die möglichst koaxiale Lage der Spulen L1 zu L2 zu gewährleisten ist das
Energieübertragungssystem 100 mit einem Positionierungssystem 302, 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy, 307 ausgestattet oder verbunden, welches ein
Positionierungssignal (POS) nutzt. Das Positionierungssystem ist so eingerichtet, dass es das Einnehmen einer Position mit guter Ausrichtung der Spulen L1 , L2 zueinander zur Erzielung einer guten Kopplung der Spulen L1 , L2 erleichtern kann oder gar selbsttätig bewerkstelligen kann. Voraussetzung für eine derartige Positionierungshilfe, unabhängig davon wie die relative Position der Spulen L1 , L2 zueinander angezeigt, signalisiert oder allenfalls zur automatischen Steuerung des Fahrzeugs in die Ladeposition ausgewertet wird, ist die Bestimmung der Position der Sekundärspule L2 über dem Zentrum der Primärspule L1. Das Ladesystem 100 ist so eingerichtet, für die Positionierung ein induktives Verfahren zu nutzen, welches so eingerichtet ist, Teile des das Ladesystems 100 zu nutzen, die ohnedies für das Bilden des Magnetkreises zur Energieübertragung vorhanden sind. Dazu wird beim Positionierungsvorgang die Sekundärwicklung L2 mit einer Frequenz von ca. 130kHz, insbesondere 125 kHz angeregt und wirkt damit als Sendespule in dem CPM 104 für das Positionierungssystem 302, 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy, 307.
Das GPM 105, welches die Primärspule L1 aufweist, ist mit insgesamt 6 "Solenoid- Wicklungen" 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy ausgerüstet, die als Messspulen oder Positionssignalempfangseinrichtungen 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy genutzt werden. Diese sind um Ferrit-Bauteile 303 des GPM 105 angelegt, insbesondere um eine Ferrit-Abschirmung 303, welche die elektronischen Bauteile des Primärteils gegen die Primärspule L1 abschirmt. Für eine genaue Positionsbestimmung sind je 3 Messspulen in orthogonalen Richtungen orientiert, wobei die Richtungen als x- und y- Richtung bezeichnet werden. Die 3 Messspulen sind mit definiertem Abstand x0 und y0 symmetrisch zum Symmetriezentrum ZL der Spule L1 angeordnet. Es ist/sind auch eine andere Anzahl und andere Anordnungen von Positionierungswicklungen denkbar.
Das von der Sekundärwicklung L2 mittels des Positionierungssystem 302 erzeugte Feld bewirkt je nach Position der Spule L2 zu L1 verschiedene induzierte Spannungen durch die einzelnen Wicklungen 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy. Durch eine
Auswerteeinheit 307 oder Steuereinrichtung 307 des Positionierungssystems in dem GPM 105 kann durch eine entsprechend ausgelegte Elektronik aus diesen Spannungen die X/Y-Position des CPM 104 gegenüber dem GPM 105 bestimmt werden. Das GPM 105 befindet sich am Boden 301 unterhalb des Fahrzeugs und das CPM ist beispielsweise unterhalb des Fahrzeugs montiert. Die X/Y-Position des CPM 104 gegenüber dem GPM 105 kann unabhängig von der Höhe Z bestimmt werden, d.h. unabhängig von dem vertikalen Abstand der Spulen L1 , L2 senkrecht zu deren Ebenen. Die Richtungen X und Y und die Höhe Z sind als Pfeile in Fig. 1 dargestellt. Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs mag in X-Richtung verlaufen, wie durch Pfeil 308 dargestellt ist. Das System 105 der Ladestation oder eines anderen Primärteils kommuniziert
üblicherweise über drahtlose Verbindungen 101 , beispielsweise per Funk, WLAN oder Bluetooth, mit dem System 104 des Fahrzeuges. Damit können auch die in der
Auswerteeinheit 307 ermittelten Informationen über die relative Position der
Energieübertragungsspulen L1 , L2 zueinander zum Fahrzeug übermittelt und dort über Schnittstellen, beispielsweise einem Feldbus, insbesondere einem CAN-Bus (Controller Area Network), an ein Display oder eine ähnliche Darstellungseinheit übergeben und dem Fahrer zugänglich gemacht werden.
Das Messmagnetfeld (nicht dargestellt in Fig. 1 ) könnte anstelle durch die
Sekundärwicklung L2 des beispielsweise am Fahrzeug angebrachten CPM 104 durch eine separate Sendeantenne erzeugt werden. Diese separate Antenne könnte auch als Ergänzung zu einem selbst ein Mess-Magnetfeld erzeugenden CPM 104 vorgesehen und in dieses CPM 104 integriert sein. Diese Sendeantenne kann beispielsweise in Form einer Stabantenne oder auch als Solenoid-Antenne ausgebildet sein und kann allenfalls auch außerhalb des CPM 104 als externe Sendeantenne am Fahrzeug angebracht sein.
Gegebenenfalls wäre auch eine Spule um Ferritelemente des CPM 104 als
Sendeantenne denkbar.
Bei der Positionsbestimmung mit Hilfe des Positionierungssystems werden mittels zumindest einer mit den Messspulen 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy verbundenen Spannungsmessanordnung, welche in die Auswerteeinheit 307 integriert sein oder dieser vorgeschaltet sein kann, die an den Wicklungen 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by und 302cy auftretenden Spannungen in Abhängigkeit von der Position ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit vom seitlichen Versatz zwischen den
Symmetriezentren Zu und ZL2 bzw. Z’L2 der Spulen L1 , L2 des CPM 104 und GPM 105. Das Messmagnetfeld wird durch die Spule L2 erzeugt. Bei großer Entfernung des CPM 104 und des GPM 105 zueinander kann die Wirkung der Spule L2 durch eine externe Antenne verstärkt werden. Bei kleiner werdenden Entfernungen kann die
Positionsbestimmung mit Hilfe des Messmagnetfeldes durchgeführt werden, welches durch die Spule L2 alleine erzeugt wird, ohne dem Einsatz der externen Antenne. Somit enthält zum induktiven und/oder berührungslosen Übertragen von elektrischer Energie an ein Fahrzeug von GPM 105 an das CPM 104 jede Einheit eine Hauptspule L1 , L2. Die Hauptspule auf der energieliefernden Seite wird auch Primärspule L1 und die Hauptspule auf der energieempfangenden Seite wird Sekundärspule L2 bezeichnet. Die beiden Hauptspulen werden über ein resonantes Magnetfeld 106 gekoppelt, das von einer Spulenelektronik erzeugt wird. Über dieses Magnetfeld wird die Energie in der Regel von dem GPM 105 an das CPM 104 übertragen.
Neben dem System zum Positionieren 302, 307 POS kann das
Energieübertragungssystem 100 noch weitere Systeme und/oder Sensoren aufweisen. Beispielsweise können zusätzlich zu den Messspulen 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy Sensoren eines FOD Systems zur Erkennung von elektrisch leitenden oder magnetisch wirkenden Fremdkörpern oder eines LOD Systems zur Detektion von organischen Objekten vorhanden sein. All diese Systeme mögen elektromagnetische Wellen und/oder Felder nutzen, um ihre Funktion auszuführen.
Da es sich auch bei dem zur Energieübertragung genutzten resonanten Magnetfeld im Wesentlichen um eine elektromagnetische Welle und/oder ein elektromagnetisches Feld handelt, kann es zu einer gegenseitigen Beeinflussung von Bauelementen kommen, denn Erzeuger für elektromagnetische Wellen können selbst im passiven Zustand Störungen für andere elektromagnetische Systeme darstellen, indem sie durch eine von außen auf sie einwirkende elektromagnetische Welle zum Schwingen angeregt werden und selbst zu einem Sender werden, der jedoch meist als Störsender für das eigentliche Signal wirkt.
Die Hauptspule L1 oder Energieübertragungsspule L1 benötigt eine hohe Güte. Durch zusätzliche elektronische Bauelemente wie Inverter mit Diodenstrecken und
Kondensatoren können Schwingkreise hoher Güte entstehen, die die Signale der
Systeme LOD, FOD und POS, 302, 307 beeinflussen und somit zu einer Einschränkung der Qualität und Performance der Systeme LOD, FOD und POS, 302, 307 führen können. Im Fall eines Positionierungssystems 302, 307 POS kann ein zweiter Sender entstehen, da der Primärresonanzkreis 202 zu Schwingungen angeregt werden kann. Außerdem kann es zu einer magnetischen Kopplung zwischen der Hauptspule L1 und den Mess oder Empfängerspulen 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy des Positionierungssystems 302, 307 kommen. Durch diese magnetische Kopplung über das elektromagnetische Induktionsgesetzt können Signale der Sensoren an andere physikalische Positionen im Raum durch Induktion der Messströme oder durch induzierte Ströme übertragen werden. Sensoren an diesen anderen physikalischen Positionen messen dann nicht mehr nur das Nutzsignal des Senders des Signals, sondern zusätzlich auch Überlagerungen dieses Nutzsignales mit den Signalen, die von Sensoren an den anderen Positionen herrühren.
Zwar liegen damit die Frequenzen auseinander und es sollte zu keinen Störungen der Systeme untereinander kommen. Allerdings können Bauteiltoleranzen dafür sorgen, dass es zu Reaktionen einzelner Kreise kommt, obwohl die Signale in anderen
Frequenzbereichen liegen und gar nicht für sie bestimmt sind. Dies kann zu einer Zerstörung der Bauteile führen, denn die Systeme arbeiten mit sehr unterschiedlichen Spannungen. Während POS, LOD, FOD mit Spannungen im mn Bereich arbeitet das Energieübertragungssystem jedoch mit etwa 6000V in einem wesentlich höheren
Spannungsbereich und könnte die Elektronik anderer Systeme zerstören.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Energieübertragungssystems bei der Energieübertragung zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. Fig 4 zeigt das Energieübertragungssystem 100 mit der Stromversorgung 107 oder Mains 107 der GPM 105 die mittels einer PFC Einrichtung 401 in eine Zwischenkreisspannung HVDC eines Gleichstrom-Zwischenkreises oder eine primärseitige HVDC gewandelt wird. Diese Zwischenkreisspannung wird mittels Inverter 201 in einem PWM Spannung mit Uin und lin umgesetzt und der Spulenelektronik 403, dem Anpassungsschaltblock 403 oder der Anpassungseinrichtung 403 zugeführt, in dem/der die Komponenten wie Filter 200 und Resonanzkondensator C1 zusammengefasst sind, die die Primärspule L1 treiben. Über die Primärspule L1 wird die Energie in Form eines Leistungsflusses über das Magnetfeld 106 zur Sekundärspule L2 des CPM 104 übertragen, wo sie von der
Gleichrichteeinrichtung 204 wieder in die Zwischenkreisspannung des Fahrzeuges gewandelt wird, die am Ausgang 220 als eine sekundäre HVDC bereitgestellt wird. Die primärseitige HVDC und die sekundärseitige HVDC sind voneinander unabhängig.
Während dieser Energieübertragung ist das Positionierungssystem POS 302, 307 inaktiv oder abgeschaltet, um den Leistungsfluss nicht zu stören. Daher ist das Positionierungssystem POS 302, 307 in Fig.4 nur gestrichelt gezeichnet.
In Fig.4 bis 8 sind die zusätzlich zur Spule L1 in einem induktiven Ladesystem zum
Ausfuhren von Schwingungen genutzten Komponenten, wie beispielsweise die
Resonanzkapazität C1 , 221 , der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. So sind insbesondere in den Figs. 4 bis 8 die Resonanzkapazitäten C1 , 221 der
Hauptschwingkreise nicht dargestellt, die an beliebigen Stellen der Hin- und Rückleitung und in beliebiger Anzahl zwischen der Primärspule L1 und dem Filter 200 angeordnet sind. Aus Isolationsgründen kann beispielsweise Vorkommen, dass in dem parallelen Ast der Spule L1 , zu dem Ast, in dem der Resonanzkondensator C1 , 221 angeordnet ist, ein weiterer Kondensator angeordnet ist. So ist in den Figs. 4 bis 8 der primäre
Resonanzschwingkreise 202 im Wesentlichen nur durch die Primärspule L1 repräsentiert. Sämtliche Komponenten eines Primärresonanzkreises, wie beispielsweise der primäre Resonanzkondensator 221 , sind jedoch vorhanden, auch wenn sie in den Figuren nicht dargestellt sind. Der Resonanzkondensator C1 , 221 kann an einer beliebigen Stelle des Strompfades des Resonanzschwingkreises 202 angeordnet werden und mittels der Schaltvorrichtung 701 kann der Resonanzschwingkreis 202 an einer beliebigen Stelle manipuliert werden, je nachdem, an welcher Stelle die Schaltvorrichtung 701 angeordnet ist.
Es mag also als eine Idee der Erfindung angesehen werden, einen Schwingkreis 202, 203 durch die Schaltvorrichtung 701 irgendwo im Strompfad des Schwingkreises mittels der Schaltvorrichtung 701 zu beeinflussen, insbesondere zu unterbrechen. In anderen Worten mag das bedeuten, dass es möglich ist einen Resonanzschwingkreis 202 mit einer beliebigen Anordnung aus einer Serienschaltung eines Kondensators C1 , 221 mit der Schaltvorrichtung 701 und einem anderen Kondensator, einer Serienschaltung eines Kondensators C1 , 221 mit der Schaltvorrichtung 701 und einer Spule L1 und/oder einer Serienschaltung einer Spule L1 mit der Schaltvorrichtung 701 und einer anderen Spule auszustatten. Die Spulen und/oder Kondensatoren können zusätzlich zu der Hauptspule L1 und dem Resonanzkondensator C1 vorhanden sein. Die Serienschaltungen mögen beliebig kombinierbar sein, so dass ein Resonanzkreis 202 oder Schwingkreis eine Vielzahl solcher Grundserienschaltungen aufweisen kann. Gleiches mag auch für entsprechende Parallelschaltungen gelten. Die Schaltvorrichtung 701 kann damit an beliebigen Stellen des Resonanzkreises 202 und in beliebigen Kombinationen und in einer beliebigen Anzahl eingesetzt werden. Es lassen sich auch Arrays mit
Serienschaltungen und/oder Parallelschaltungen von Kondensatoren C1 , 221 , Spulen L1 und der Schaltvorrichtung 701 aufbauen und in beliebiger Kombination ein- und/oder ausschalten. So kann ein Netzwerk von Spulen L1 , Kondensatoren C1 , 221 ,
Schaltvorrichtungen 701 und deren Serienschaltungen und/oder deren
Parallelschaltungen aufgebaut werden. Beispielsweise kann solch ein Netzwerk zwischen Filter 200 und Spule L1 des Resonanzkreises 202 bis zu 50 oder mehr Kondensatoren und/oder Spulen aufweisen. Wird die Schaltvorrichtung 701 zwischen zwei
Kondensatoren angeordnet, kann dies aufgefasst werden als eine Anordnung der Schaltvorrichtung innerhalb eines einzelnen Kondensators, beispielsweise innerhalb des Resonanzkondensators C1 , 221 . Wird die Schaltvorrichtung 701 zwischen zwei Spulen angeordnet, kann dies aufgefasst werden als eine Anordnung der Schaltvorrichtung 701 innerhalb einer einzelnen Spule, beispielsweise innerhalb der Resonanzspule L1.
Sollten einzelne Kondensatoren, Spulen und/oder Netzwerke von Spulen und Netzwerke von Kondensatoren bereits in einem Resonanzkreis vorhanden sein, können diese durch den nachträglichen Einbau einer Schaltvorrichtung an beliebiger Stelle nachgerüstet und auftrennbar gemacht werden.
Fig.5 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. Durch die durchgezogen gezeichneten Funktionsblöcke des Senders 302 des Positionierungssystems POS und der Auswerteeinrichtung 307 des Positionierungssystems und die angenommene Ausbreitungsrichtung von dem Positioniersignal, welches innerhalb der CPM als Signal 504, auf der Übertragungsstrecke als elektromagnetisches Signal 503 übertragen wird und dann als Signal 505 innerhalb der GPM 105 über die in Fig. 5 nicht dargestellten Empfangsspulen der Auswerteeinrichtung 307 zugeführt wird. Der Sender 302 für das Positioniersignal regt einen POS Generator 402‘ an, der zwischen Gleichrichter 204 und Sekundärspule L2 auf die Sekundärspule L2 aufgeschaltet wird, um das Positioniersignal auf die Sekundärspule L2 zu koppeln. Das Positioniersignal 503 breitet sich
entgegengesetzt zur Richtung der Energieübertragung 106 aus. Während der
Übertragung des Positioniersignals 503 und insbesondere während des dabei stattfindenden Positionierungsvorgangs erfolgt keine Energieübertragung, d.h. sämtliche Elektronik 403, die bei der Energieübertragung genutzt wird, ist inaktiv geschaltet oder ausgeschaltet. Somit sind während die das Positionierungssystem 302, 307 POS aktiv ist die Elemente der Energieübertragung ungenutzt.
In Fig.5 sind die zusätzlich zur Spule L1 in einem induktiven Ladesystem zum Ausfuhren von Schwingungen genutzten Komponenten, wie beispielsweise die Resonanz-Kapazität C1 , 221 , der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
Da jedoch das Anpassungsnetzwerk 403 oder die Spulenelektronik 403
schwingungsfähige Komponenten, wie Spulen und Kondensatoren aufweist, ist an der Spule L1 eine Eingangsimpedanz des Ausgangs die Spulenelektronik 403 vorhanden. Dabei mag die Spulenelektronik 403 sämtliche Elemente die bei der Energieübertragung genutzt werden aufweisen, sowie parasitäre Impedanzen.
Aufgrund dieser Eingangsimpedanz 501 induziert das nicht für den Primärresonanzkreis 202 bestimmte Positionierungssignal 503 in der inaktiven Hauptspule L1 einen Strom 502, der dazu führt, dass über die Hauptspule L1 ein quasi„Echo“-Signal des
Positioniersignales 503 ausgesendet wird, welches das Positioniersignal 503 stört, da es beispielsweise mit dem Positioniersignal 503 oder Positionierungssignal 503 interferiert. Das quasi Echo Signal mag entstehen, da das Positioniersignal 503 Schwingungen in dem Primärresonanzkreis 202 anregt und sich daher der Primärresonanzkreis 202 wie ein Störsender verhält.
Um das Mitschwingen des Primärresonanzkreises 202 während der Übertragung des Positioniersignals 503 zu reduzieren, kann in dem Primärresonanzkreises 202 zwischen Anpassungsfilter 403 und Spule L1 ein Schalter eingebaut werden, der während der Positionierungsmessung, d.h. wenn das Positionierungssignal 503 und insbesondere das Positionierungssystem POS 302, 307 aktiv ist, den Primärresonanzkreis 202 oder Hauptschwingkreis 202 auftrennt oder die Impedanz im Frequenzbereich des
Positionierungssignals stark erhöht, d.h. die Impedanz bei 125 kHz stark erhöht. Als Schalter könnte in einem Beispiel ein Relais genutzt werden. Jedoch entsteht durch den Aufbau der Spule L1 mit den parasitären Eigenschaften der Spule L1 , wie beispielsweise der parasitären Kapazität zwischen den Windungen, ein Schwingkreis im höheren
Frequenzbereich, beispielsweise im MHz Bereich. Dieser Schwingkreis kann als eine Monopol-Antenne angesehen werden, der eine EMV Störung verursacht. Diese EMV Störung kann sämtliche Systeme, wie FOD, LOD, POS stören.
Fig 6 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs mit einem einfachen Schalter 602 zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 6 zeigt schematisch die parasitäre Impedanz 601 , insbesondere die parasitäre Kapazität 601 , die sich aus den parasitären Eigenschaften der Spule L1 ergibt. Bei der parasitären Kapazität 601 handelt es sich nicht um ein physikalisches Bauelement. In der parasitären Kapazität 601 sind sämtliche parasitäre Effekte als Ersatzschaltsymbol vereint, die aufgrund unterschiedlichster Effekte entstehen, beispielsweise der
Leiterplattenstruktur.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Schalter 602 statt einen einzigen Schalter auch zwei oder eine Vielzahl von Schaltern aufweisen. Die beschriebenen Effekte wirken auch bei der Ausführung mit zwei oder einer Vielzahl von Schaltern aus, zum Beispiel, wenn an jedem der beiden Spulenanschlusspfade 801 und 802 jeweils ein Schalter und/oder eine Schaltvorrichtung 701 vorgesehen ist. Weiter wird zu Vereinfachung auf die Einzeichnung für die induktive Energieübertragung notwendigen Resonanzkapazitäten verzichtet, da diese wie die Leitungen als Serienschaltung zur Hauptspule L1 wirken können. Eine existierende Struktur von Kondensatoren und/oder Spulen zwischen
Spulenelektronik 403 und Spule L1 kann mit Schaltern und/oder einer Schaltvorrichtung 701 nachgerüstet werden.
Fig. 7 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs mit einer Schaltvorrichtung 701 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Um zu vermeiden, dass im Primärresonanzkreis 202 ein
Schwingkreis im höheren Frequenzbereich entsteht, sieht die Schaltvorrichtung 701 vor, parallel zu einem Schalter 703 eine Impedanz 702 anzuordnen. Schalter 703 und
Impedanz bilden die Trenneinrichtung 706. Der in Fig. 6 vorgesehene Schalter 602 kann zwar zur Impedanzerhöhung genutzt werden, um den induzierten Strom 502 zu unterbinden indem er einen Leerlaufschaltet, jedoch bildet sich ein Schwingkreis zwischen L1 und der parasitären Kapazität 601 , da durch den Schalter 602 nun ein Anschluss der Spule L1 kein definiertes Potenzial hat, also in der Luft hängt.
Um für ein definiertes Potenzial an beiden Anschlüssen 801 , 802 der Spule L1 zu sorgen wird in der Schaltvorrichtung 701 parallel zum Schalter 703 eine Induktivität 702 geschaltet. Der Schalter 703 kann durch ein Relais oder durch einen beliebigen anderen Schalter 703 realisiert werden, der in der Lage ist einen großen Strom zu transportieren, wie er für die Energieübertragung über die Spule L1 nötig ist, beispielsweise ein IGBT.
Die parallelgeschaltete Impedanz 702 dient dazu das Aufschwingen der Hauptspule L1 zu dämpfen und kann als ein resistiver Widerstand realisiert sein, also eine Impedanz mit einem Realteil. In einer alternativen Ausführungsform kann der Resonanzkreis 202 statt einer einzigen Schaltvorrichtung 701 auch zwei oder eine Vielzahl von
Schaltvorrichtungen 701 aufweisen. Die beschriebenen Effekte wirken sich auch bei der Ausführung mit zwei oder einer Vielzahl von Schaltvorrichtungen 701 aus, zum Beispiel, wenn an jedem der beiden Spulenanschlusspfade 801 und 802 jeweils eine
Schaltvorrichtung 701 vorgesehen ist. Auf diese Art und Weise können ganze Arrays von Kondensatoren und/oder Spulen geschaltet werden.
Die Schaltvorrichtung 701 für die Spule L1 weist einen Eingangsanschluss 704, zum Anschließen an die Spulenelektronik 403 und einen Ausgangsanschluss 705 auf, zum Anschließen an ein Ende oder an einen Anschluss der Spule L1 . Ferner weist die
Schaltvorrichtung 701 eine Trenneinrichtung 706 auf, wobei die Trenneinrichtung 706 zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltbar ist. In Fig. 7 ist die
Trenneinrichtung 706 in einem Aus-Zustand dargestellt, also ist Schalter 703 geöffnet und die hohe Impedanz 702 ermöglicht einen geringen Stromfluss, um Störungen zu verhindern.
Die Trenneinrichtung 706 verbindet im Ein-Zustand den Eingangsanschluss 704 und den Ausgangsanschluss 705 über eine Ein-Impedanz. Die Ein-Impedanz mag durch eine Kurzschluss-Impedanz des Schalters 703 bestimmt werden. Die Trenneinrichtung 703 verbindet im Aus-Zustand den Eingangsanschluss 704 und den Ausgangsanschluss 705 mit einer Aus-Impedanz. Die Aus-Impedanz mag durch eine zu einem Schalter 703 parallel geschaltete Impedanz 702 bestimmt werden.
Die Aus-Impedanz erfüllt weitere Kriterien, um ein Aufschwingen einer Schwingung in dem ausgeschalteten Primäresonanzkreis 202 zu verhindern, während ein Fremdsignal 503, beispielsweise ein von dem Energieübertragungssignal 106 unterschiedliches Signal aktiv ist, beispielweise ein Positioniersignal 503. So ist die Aus-Impedanz so einzustellen, dass sie einen gegenüber der Ein-Impedanz erhöhten Wert aufweist. Denn die Ein impedanz soll im Wesentlichen das zu übertragende Energiesignal 106 während einer Energieübertragung nicht dämpfen. Die Energieübertragung erfolgt mit einer hohen Spannung U1 und/oder Strom 11 . Daher macht sich eine zu hohe Impedanz als Verlust bemerkbar und soll daher vermieden werden.
Die Aus-Impedanz ist so eingerichtet, dass zwar eine unerwünschte Schwingung gedämpft wird, um eine Störung zu vermeiden, jedoch ein Stromfluss zwischen
Eingangsanschluss 704 und Ausgangsanschluss 705 selbst im Aus-Zustand noch möglich ist. Ferner ist die Aus-Impedanz so ausgebildet, dass sie zumindest ein
Fremdsignal 503 einer vorgebbaren Frequenz dämpft, welches in die Spule einkoppelt, so dass dieses sich nicht Aufschaukeln also in Resonanz geraten kann. Beispielsweise ist die Aus-Impedanz der Schaltvorrichtung 701 auf die Resonanzfrequenz eines
Positioniersignals 503 eingestellt, die beispielsweise bei 125 kHz liegt.
Es mag als eine Idee der Schaltvorrichtung 701 angesehen werden, eine
Entstörschaltung in der Hauptspulen-Anspeiseschaltung 202 oder dem
Primärresonanzkreis 202 vorzusehen, die ein Schaltelement 703 sowie eine dazu parallel geschaltete Impedanz 702 aufweist. Als Impedanz 702 kann ein resistiver Widerstand R, eine Induktivität L oder eine Kapazität C genutzt werden. Die Impedanz wird genutzt, um das nicht definierte Potenzial der Primärspule L1 festzuhalten. Es sind auch weitere Gegenpotenziale möglich zum Beispiel die Zwischenkreisspannung oder die primäre HVDC und insbesondere das PE (Permanent Earth) Potential einer
Spannungsversorgung 107. Das Schaltelement 703 kann als ein Relais 703 realisiert sein. Alternativ kann das Schaltelement 703 zum Zuschalten von sehr großen oder sehr kleinen Widerständen, Induktivitäten und/oder Kapazitäten ausgebildet sein. Das Schaltelement 703 kann die parallele Impedanz kurzschließen oder niederohmig machen, indem parallel zu der Impedanz eine geringere Impedanz geschaltet wird. Die Primärspule L1 kann in Einzelwickelgüter aufgeteilt werden und zwischen diesen Einzelwickelgütern aufgetrennt werden. In anderen Worten kann die Spule L1 aus zwei oder einer Vielzahl von
Einzelwicklungen bestehen und zwischen diesen Einzelwicklungen kann eine oder eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen 701 angeordnet sein. Die Wickelgüter oder
Einzelwicklungen können so eingerichtet sein, dass sie während der Energieübertragung zum Beispiel in Serie geschaltet werden können. Ebenso kann auch ein Kondensator mittels einer Schaltvorrichtung 701 in zwei Kondensatoren aufgeteilt werden. Auch kann ein Impedanztransformator oder Übertrager als Schaltvorrichtung 701 genutzt werden.
Wie in Fig.3 dargestellt ist, erzeugt ein Positionierungssystem 302 in der Sekundärspule L2 ein Positioniersignal 503, welches über die Sekundärspule L2 ausgesandt wird und einen Strom in den X-Sensoren 302ax, 302bx, 302cx und den y-Sensoren 302ay, 302by, 302cy induziert. Darüber hinaus induziert das Positioniersignal 503 als Fremdsignal 503 einen Strom in der Hauptspule L1 des GPM 105. Für die Hauptspule L1 , die für die Energieübertragung vorgesehen ist, stellt das empfangene Positioniersignal ein
Fremdsignal 503 dar. Um dieses Fremdsignal zu unterdrücken, dass es den Empfang in den Positionierspulen 302ax, 302bx, 302cx, 302ay, 302by, 302cy nicht stört, können weitere Anpassungen an der Schaltvorrichtung vorgenommen werden.
Die für die Frequenz des Positionierungssignals auf die Hauptspule L1 wirkende
Impedanz soll so gewählt werden, dass sie ausreichend groß ist, um die Sendeleistung des resultierenden Stromes 502 nicht so groß werden zu lassen, dass die
Positionsbestimmung durch ihn gestört werden kann.
Falls die höhere Impedanz oder Aus-Impedanz durch einen Schaltmechanismus 703, wie ein Relais, zustande kommt, soll die Trenneinrichtung 706 im Ein-Zustand so ausgelegt sein, dass sie die für die Energieübertragung notwendige Stromtragfähigkeit des
Spulenstroms 11 , oder mindestens einen Teil von 11 aufweist, wenn einzelne Elemente im Hauptschwingkreis geschaltet werden, d.h., wenn eine Vielzahl Schaltvorrichtungen 701 vorhanden sind, kann jede einen Teil des Stromes tragen. Da die Trenneinrichtung im Ein-Zustand als ein Kurzschluss für die Impedanz 702 aufgefasst werden kann, mag in einem Ein-Zustand die Ein-Impedanz im Wesentlichen durch die Impedanz des Schalters 703 bestimmt werden. In einem Beispiel mag der Schaltermechanismus 706,
insbesondere der Schalter 703 so ausgewählt sein, dass er einen Strom transportieren kann, der aus dem Bereich von 0A bis 2A oder aus einem Bereich von 0A bis 50A und aus einem Bereich größer als 50A gewählt wird.
Die Spulenelektronik 403 soll so aufgebaut werden, dass die parasitäre Impedanz 601 einen vorgebbaren Grenzwert nicht unterschreitet (Die parasitäre Impedanz 601 ist in Fig. 7 nicht gezeigt jedoch vorhanden). Die parasitäre Impedanz 601 kann beispielsweise durch das Schaltungslayout der Anpassungseinrichtung 403 oder Spulenelektronik 403 beeinflusst werden. Zwischen zwei elektrischen Leitern entstehen parasitäre Kapazitäten. Speziell in einem Layout eines PCB (Printed Circuit Board) oder einer Leiterplatte können diese parasitären Kapazitäten entstehen, die oft als Multischichten PCBs mit
übereinanderliegenden Leitern ausgeführt sind. Diese parasitäre Kapazität 601 ist in Fig.6 eingezeichnet.
Zwar darf die parasitäre Kapazität einen vorgebbaren Grenzwert nicht unterschreiten, jedoch darf sie auch nicht zu groß gewählt werden. Ist die parasitäre Kapazität 601 zu groß, so ist das Positionierungssystem 302, 307 gestört. Beispielsweise sollte das Design der Leiterplatte, auf der die Anpassungseinrichtung 403 oder Spulenelektronik 403 untergebracht ist, so ausgebildet sein, dass die parasitäre Kapazität 601 kleiner als 1 mR oder auch gleich 1 mR ist. Dazu müssen die stromführenden Elemente wie Leiterbahnen auf einem PCB welche zum Schaltelement hinführen genügend schmal oder kurz ausgeführt sein. Wobei sich die Kapazität mittels des Gaussschen Satzes herleiten
lässt. Durch die Auswahl einer parasitären Kapazität aus dem
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Bereich 0F bis 1 mR kann beispielsweise erreicht werden, dass nur geringe Störungen auftreten. Eine Vergleichsmessung eines mittels dem Positionierungssystem 302, 307 ermittelten Positionswert und einer Lasermessung der Koordinaten der CPM-GPM hat gezeigt, dass bei der Wahl einer parasitären Kapazität 601 von kleiner oder gleich 1 mR gute Übereinstimmungen zwischen der Messung mittels Positioniersystem 302, 307 und der Lasermessung zu erreichen sind. Fig. 8 zeigt ein System zur Energieübertragung während eines Positionierungsvorgangs mit einem einfachen Schalter 602 und einer vergrößerten Ansicht einer Spule zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung. Statt des Schalters 602 kann auch die Schaltvorrichtung 701 genutzt werden. Die Fig. 8 zeigt insbesondere, wie die Spule L1 mit einem ersten Anschluss 801 und über den Schalter 602 an einem ersten Anschluss der Spulenelektronik 403 angeschlossen ist. Außerdem zeigt Fig. 8, wie die Spule L1 mit einem zweiten Anschluss 802 direkt mit einem zweiten Anschluss der Spulenelektronik 403 verbunden ist. Beide Anschlüsse 801 und 802 der Spule L1 sind durch das Ferrit 303 geführt und an einem in Fig.8 nicht dargestellten PCB befestigt. Die Darstellung in Fig. 8 mit dem einfachen Schalter 602, ohne parallel zum Schalter angeschlossener Impedanz, sorgt dafür, dass der erste Anschluss 801 im Falle eines geöffneten Schalters 602 ein Undefiniertes Potenzial aufweist. Durch die Induktivität der Hauptspule L1 entsteht durch einfaches Öffnen des Schalters 602 eine entkoppelte große Antenne und ein
Resonanzpotenzial durch den primären Resonanzkondensator C1 , 221 (der primäre Resonanzkondensator C1 , 221 ist in Fig. 8 nicht dargestellt). Somit kann mit dem Schalter 602 ohne paralleler Impedanz während der Positionierung nur eingeschränkt verhindert werden, dass das weggeschaltete Ende der Hauptspule L1 hochfrequente Schwingungen aufnehmen, und somit zu EMV Störungen führen. Der Anschluss der Spule L1 an den Schalter 502 ist ähnlich zu dem Anschluss der Spule L1 an die Schaltvorrichtung 701 in Fig. 7.
Wird in der Schaltung nach Fig. 6, die im Wesentlichen der Schaltung nach Fig. 8 entspricht, die parasitäre Impedanz 601 oder die entstehende Impedanz 601 zu klein gewählt und ist keine parallel zum Schalter 602 verbaute Impedanz 702 vorhanden, beispielsweise weil auf dem PCB zu kleine Flächen für die Leitungen gewählt sind, so kann das weggeschaltete Ende 801 eine EMV Störung verursachen. Durch die große Induktivität der Hauptspule L1 wirkt das nicht angebundene Ende 801 der Hauptspule L1 oder das mit Schalter 602 verbundene Ende 801 der Hauptspule L1 wie eine Antenne.
Um diese Störungen im MHz Bereich zu unterdrücken, wird in der Schaltvorrichtung 701 parallel zum Schalter 703 oder zu einem anderen Bezugspotential eine Impedanz 702 gewählt, welche durch Messungen in Abhängigkeit von den zu verhindernden Störungen, der Impedanz L1 und der parasitären Kapazität 601 gewählt wird. Da die magnetische Resonanz reziprok und nicht von der Richtung abhängig ist, gilt die Beschreibung unabhängig von der Ausbreitungsrichtung des Signals und der Art der Störung. So kann auch die GPM 104 als Sender fungieren und die Sekundärspule L2 durch die Schaltvorrichtung 701 geschützt werden. Es sind Positionierungssysteme 302, 204‘, 307 denkbar in denen die GPM 105 das Fremdsignal sendet und die CPM empfängt und daher die CPM vor Störungen geschützt werden soll. Des Weiteren kann die
Schaltvorrichtung 701 genutzt werden, wenn das Senden eines Positionierungssignals nicht über die CPM Hauptspule erfolgt, sondern über andersartig ausgeführte
Sendeantennen. Denkbar wären diskrete Solenoidantennen.
Da das LOD, FOD und/oder xOD System auf Veränderungen der auf die an die
Hauptspule L1 angeschlossene Impedanz 501 und/oder auf die Veränderung der auf die Hauptspule L1 wirkende Impedanz 501 und/oder allgemeinen Änderungen in diesem Bereich reagiert, kann die Schaltvorrichtung 701 , die durch das Schalten Veränderungen an der Impedanz 501 , die an der Hauptspule L1 angeschlossen ist, vornimmt, genutzt werden, deterministische Änderungen der Impedanz einzustellen, um diese mit den Sensoren des LOD und/oder FOD Systems zu testen, verifizieren oder zu beobachten. Durch die Veränderung der Impedanz 501 , welche die Spule L1 belastet, wird eine großflächige und/oder starke Veränderung der Impedanzen 501 zu einem
Bezugspotential erreicht. Dies erfolgt, da sich beim Schalten des Schalters 602 die Impedanz des weggeschalteten Spulenendes 801 zu allen anderen Bezugspotentialen ändert. Diese Änderung der Impedanz 501 durch das Zu- und Wegschalten der parallelen Impedanz 702 ist über das LOD und/oder FOD Systeme messbar. Deshalb können diese Systeme durch Detektion des Schaltevents der Schaltvorrichtung 701 einem Selbsttest unterzogen werden.
In einem Beispiel kann der LOD Selbsttest vorsehen, eine vorgebbare zu erwartende Frequenzverschiebung der LOD Resonanzfrequenz oder Änderung des Sensorsignales während dem Umschalten der Schaltvorrichtung 701 in den Aus-Zustand oder in den Positionierungsmodus zu detektieren. Kann diese vorgebbare zu erwartende Änderung, insbesondere die Resonanzverschiebung, nicht verifiziert werden, so wird angenommen, dass das LOD System defekt ist und ein Alarm ausgegeben. Es mag beispielsweise einer für das LOD System verantwortliche Steuereinrichtung bekannt sein, welche
Frequenzverschiebung sich einstellen muss, nachdem die Schaltvorrichtung 701 in den Aus-Zustand geschaltet worden ist. In gleicher Weise können bekannte Änderung der Sensorwerte des FOD Systems dazu verwendet werden die Funktion des FOD Systems auf diese Weise zu testen.
In einem anderen Beispiel kann die Schaltvorrichtung 701 bei der Bestimmung eines Koppelfaktors zwischen Primärspule L1 und Sekundärspule L2 genutzt werden. Denn durch das Wegschalten der Spule mit einer hohen Impedanz im Aus-Zustand der Schaltvorrichtung 701 kann auch die Kopplung bestimmt werden.
Hierfür ist in dem Primärresonanzkreis 202 eine Koppelfaktorbestimmeinrichtung vorgesehen. Durch das Wegschalten der Hauptspule L1 mit der Schaltvorrichtung 701 ist die primärseititge Hauptspule L1 mit einer hohen Impedanz belastet, nämlich der Summe aus der Impedanz 501 der Anpassungseinrichtung und der hohen Impedanz 702, die im Auszustand der Schaltvorrichtung 701 zugeschaltet wird, um einen Leerlauf zu vermeiden Da der Sendestrom in der Spule L2 und die Spulenspannung U2 in der CPM 104 sowie die Primärinduktivität L1 bekannt sind, kann die Kopplungsfaktur oder der Koppelfaktor k durch die Messung der Spannung U1 auf der Primärseite bestimmt werden.
Zum Einstellen des Leistungsflusses während der Energieübertragung wird die Spannung U1 bereits verarbeitet. Daher ist sämtliches Messequipment für eine Messung von U1 bereits in dem Energieübertragungssystem 100 vorhanden und die Steuereinrichtung 307 muss nur noch so angepasst werden, dass sie aus der Messung der Primärspannung U1 den Koppelfaktor k berechnet und bereitstellt. Beim Bestimmen des Koppelfaktors k wird anstelle der Berechnung der Leistung, die bei der Energieübertragung gemessen wird, während des Positioniervorgangs die von dem Positioniersignal in der Spule L1 induzierte Spannung U1 gemessen und daraus der Koppelfaktor k bestimmt. Alternativ könnte auch der Strom 11 im Primärresonanzkreis 202 gemessen werden, der sich während der Übertragung des Positioniersignals statt der Energieübertragung ergibt. Die
Schalteinrichtung 703 erlaubt es, dass wenn die Spannungsmessung an der richtigen Stelle implementiert wird, die Kopplung sehr genau bestimmt werden kann. Um ein gutes Messergebnis zu erzielen, ist die Messeinrichtung so aufgebaut, dass sie gut die Spannung zwischen den Spulenanschlüssen 801 und 802 bestimmen kann. Die Resonanzkapazitäten 221 des induktiven Energieübertragungssystems können hierbei aufgrund des vernachlässigbaren Stromflusses vernachlässigt werden. Die
Schalteinrichtung 703 kann durch das Schalten in den Aus-Zustand verhindern, dass ein Strom, insbesondere ein großer Strom, in dem Primärresonanzkreis 202 induziert wird. Da in dem Aus-Zustand der geringe Stromfluss erreicht werden kann wird dieser Aus- Zustand oftmals gewählt, um die Kopplung zu bestimmen.
Die Messeinrichtung oder das Messequipment kann eine Analogschaltung 707 zur Spannungsmessung aufweisen. Die Analogschaltung 707 der Spannungsmesseinrichtung, die zum Messen der Spannung U1 genutzt wird, ist in der Anpassungseinrichtung 403 angeordnet, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Diese Spannungs- und/oder
Strommesseinrichtung 707, die als Schaltung mit analogen Bauteilen realisiert ist, hat zwei Messbereiche welche die Steuereinrichtung 309, insbesondere ein Mikrokontroller, wählen kann, die für die Steuerung des GPM 105 verantwortlich ist, insbesondere die für die Steuerung der Energieübertragung verantwortlich ist. Diese Steuereinrichtung 309 für das Energieübertragungssystem kann mit der Steuereinrichtung 307 für das
Positioniersystem kommunizieren.
Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Schalten einer Schaltvorrichtung 701 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt im Idle Zustand S901 und erkennt im Zustand S902 das
Vorhandenseins eines Fremdsignals 503, entweder durch Messung, durch einen
Umschaltimpuls für die Schaltvorrichtung 701 oder durch eine Signalisierung über den WLAN Kanal 101 , die anzeigt, dass eine Positionierung ausgeführt wird. Im Zustand S903 erfolgt dann ein Schalten der Trenneinrichtung 706 in den Aus-Zustand, um einen
Positioniervorgang im Wesentlichen ohne Störungen durch EMV Signals oder Reflexionen durchführen zu können. Im Zustand S904 endet das Verfahren.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann, bevor das Verfahren endet, die
Schaltvorrichtung in den Ein-Zustand geschaltet werden. Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Testen eines Impedanz-sensitive Systems mit einer Schaltvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt in dem Idle Zustand S1001 . Im Zustand S1002 erfolgt das Schalten der Trenneinrichtung 706 in den Ein-Zustand und das Durchführen einer ersten Messung mit dem Impedanz-sensitiven System, welches getestet werden soll, beispielsweise ein LOD und/oder ein FOD System.
Im Zustand S1003 sieht das Verfahren das Schalten der Trenneinrichtung 706 in den Aus-Zustand und das Durchführen einer zweiten Messung mit dem Impedanz-sensitiven System vor. Durch das Ein- und Ausschalten der Trenneinrichtung 706 wird eine
Impedanzänderung eines Objektes, beispielsweise eines passiven primärseitigen
Resonanzkreises 202, herbeigeführt, auf welche das Impedanz-sensitive System reagiert.
Im Zustand S1004 erfolgt ein Vergleichen der Ergebnisse der ersten Messung und der zweiten Messung und ein Verifizieren des Vergleichs mit einer Soll-Vorgabe,
insbesondere mit einem erwarteten Ergebnis. Bei korrekter Funktionsweise des
Impedanz-sensitiven Systems soll eine Veränderung der Impedanz des Objektes erkennbar sein. In Abhängigkeit von der Verifikation erfolgt dann ein Anzeigen der korrekten Funktionsweise und/oder eines Fehlers.
Zum Abschluss des Verfahrens erfolgt ein Übergang in den Idle-Zustand S1005.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend“ und„aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine“ oder„ein“ keine Vielzahl ausschließt.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als
Einschränkung anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltvorrichtung (701 ) für eine Spule (L1 ), aufweisend
einen Eingangsanschluss (704), zum Anschließen an eine Spulenelektronik (403) und/oder an eine Schwingkreiskapazität (221 );
einen Ausgangsanschluss (705), zum Anschließen an ein Ende der Spule (L1 ) und/oder an eine Schwingkreiskapazität (221 );
eine Trenneinrichtung (706);
wobei
die Trenneinrichtung (706) zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus- Zustand schaltbar ist;
die Trenneinrichtung (706) im Ein-Zustand den Eingangsanschluss (704) und den Ausgangsanschluss (705) mit einer Ein-Impedanz (703) verbindet; und die Trenneinrichtung (706) im Aus-Zustand den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss mit einer Aus-Impedanz (702) verbindet;
die Aus-Impedanz (702) einen gegenüber der Ein-Impedanz (703) erhöhten Wert aufweist;
die Aus-Impedanz (702) einen Stromfluss zwischen Eingangsanschluss (704) und Ausgangsanschluss (705) zulässt; und
die Aus-Impedanz (702) so ausgebildet ist, zumindest ein Fremdsignal (503) einer vorgebbaren Frequenz zu dämpfen, welches in die Spule (L1 ) einkoppelt.
2. Schaltvorrichtung (701 ) nach Anspruch 1 , wobei die Aus-Impedanz weiter
ausgebildet ist, eine Störung mit einer Frequenz größer als die vorgebbare Frequenz des Fremdsignals zu dämpfen.
3. Schaltvorrichtung (701 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schalten zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand mit dem Schalten des zumindest einen Fremdsignals (503) gekoppelt ist.
4. Schaltvorrichtung (701 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Trenneinrichtung (706) ein Schalter (703) mit einer parallel geschalteten Impedanz (702) ist.
5. Schaltvorrichtung (701 ) nach Anspruch 4, wobei die parallel geschaltete Impedanz
(702) zumindest eine Impedanz ist ausgewählt aus der Gruppe von
Impedanzen bestehend aus:
- einer Wirkimpedanz;
- einer Blindimpedanz;
- einem Widerstand;
- einem Kondensator;
- einer Kapazität;
- einem parasitären Element;
- einer parasitären Kapazität; und
- einer Spule.
6. Schaltvorrichtung (701 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Trenneinrichtung (706) ein Übertrager ist.
7. Schaltvorrichtung (701 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter aufweisend:
- eine Steuereinrichtung (309);
wobei die Steuereinrichtung (309) eingerichtet ist, direkt und/oder indirekt das Vorhandensein des Fremdsignals zu erkennen und die Trenneinrichtung (706) zu schalten.
8. Schaltvorrichtung (701 ) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung (309)
eingerichtet ist die Trenneinrichtung (706) zur Durchführung eines Tests zu schalten.
9. Schwingkreis (202), aufweisend:
- eine Schaltvorrichtung (701 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8;
- eine Spule (L1 );
- eine Spulenelektronik (403);
wobei die Spule (L1 ) mit einem ersten Spulenanschluss (801 ) über die Schaltvorrichtung (701 ) mit einem ersten Anschluss der Spulenelektronik (403) verbunden ist
wobei die Spule (L1 ) mit einem zweiten Spulenanschluss (802) an einem ersten Anschluss der Spulenelektronik (403) verbunden ist;
10. Schwingkreis (202) nach Anspruch 9, wobei der Schwingkreis (202) in einer CPM
(104) und/oder in einer GPM (105) eines induktiven Ladesystems (101 ) angeordnet ist.
1 1. Verfahren zum Schalten einer Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweisend:
Erkennen des Vorhandenseins eines Fremdsignals;
Schalten der Trenneinrichtung in den Aus-Zustand.
12. Verfahren zum Testen eines Impedanz-sensitiven Systems mit einer
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweisend:
Schalten der Trenneinrichtung in den Ein-Zustand;
Durchführen einer ersten Messung mit dem Impedanz-sensitiven System; Schalten der Trenneinrichtung in den Aus-Zustand;
Durchführen einer zweiten Messung mit dem Impedanz-sensitiven System; Vergleichen der Ergebnisse der ersten Messung und der zweiten Messung; Verifizieren des Vergleichs mit einer Soll-Vorgabe:
Anzeigen der korrekten Funktionsweise und/oder eines Fehlers in
Abhängigkeit von der Verifikation.
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