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DE102021132237A1 - Charger for inductive energy transfer, method for operating a charger, charging system - Google Patents

Charger for inductive energy transfer, method for operating a charger, charging system Download PDF

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Publication number
DE102021132237A1
DE102021132237A1 DE102021132237.5A DE102021132237A DE102021132237A1 DE 102021132237 A1 DE102021132237 A1 DE 102021132237A1 DE 102021132237 A DE102021132237 A DE 102021132237A DE 102021132237 A1 DE102021132237 A1 DE 102021132237A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
charger
coils
switching
receiver
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102021132237.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Christian Holler
Erik Herkenrath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Es wird ein Ladegerät (100) zur induktiven Energieübertragung mittels Sendespulen (4, 5, 6), aufweisend eine Mehrzahl parallel miteinander verschalteter Schaltbrücken (1, 2, 3) zum Ansteuern dreier die Sendespulen (4, 5, 6) speisender Wechselrichter des Ladegerätes (100) in um 120° zueinander versetzten Phasenwinkeln vorgeschlagen.A charger (100) for inductive energy transmission by means of transmitter coils (4, 5, 6), having a plurality of switching bridges (1, 2, 3) connected in parallel with one another for controlling three inverters of the charger that feed the transmitter coils (4, 5, 6). (100) in phase angles offset by 120° from one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladegerät zur induktiven Energieübertragung, ein Verfahren zum Betrieb eines Ladegerätes sowie ein Ladesystem.The present invention relates to a charging device for inductive energy transmission, a method for operating a charging device and a charging system.

Ladegeräte zur induktiven Energieübertragung (Wireless Power Transfer - WPT), auch induktive Ladegeräte genannt, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Typischerweise weisen diese Ladegeräte eine Sendespule auf, welche mit einem Wechselstrom gespeist wird. Der Wechselstrom bewirkt, dass die Sendespule ein alternierendes elektromagnetisches Feld aussendet, welches von einer Empfängerspule empfangen werden kann und in dieser wiederum einen elektrischen Strom induziert. Auf diese Weise wird Energie von der Sendespule des Ladegerätes auf die Empfängerspule übertragen, welche beispielsweise in einem Elektrofahrzeug verbaut sein kann und über welche eine Batterie des Elektrofahrzeugs geladen wird.Chargers for inductive energy transfer (Wireless Power Transfer—WPT), also called inductive chargers, are known from the prior art. Typically, these chargers have a transmitter coil that is fed with an alternating current. The alternating current causes the transmitter coil to emit an alternating electromagnetic field, which can be received by a receiver coil and in turn induces an electric current in it. In this way, energy is transferred from the transmitter coil of the charger to the receiver coil, which can be installed in an electric vehicle, for example, and via which a battery of the electric vehicle is charged.

Zur Bereitstellung des Wechselstromes, mit welchem die Sendespule bestromt wird, weist das Ladegerät typischerweise eine Schaltbrücke auf. Schaltbrücken umfassen üblicherweise zwei oder vier Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, welche mit der Sendespule so verschaltet sind, dass ein an der Schaltbrücke anliegender Gleichstrom durch eine Abfolge von Schaltprozessen der Schalter zu einem Wechselstrom umgewandelt und der Sendespule zugeführt wird.In order to provide the alternating current with which the transmission coil is energized, the charging device typically has a switching bridge. Switching bridges usually include two or four switches, in particular semiconductor switches, which are connected to the transmission coil in such a way that a direct current applied to the switching bridge is converted to an alternating current by a sequence of switching processes of the switches and fed to the transmission coil.

Hierbei wird der Wechselstrom üblicherweise in Form von Rechteckpulsen bereitgestellt. Die steilen Flanken der Rechteckpulse bewirken starke Oberschwingungen, insbesondere in der Empfängerspule, welche aufwendig herausgefiltert werden müssen.In this case, the alternating current is usually provided in the form of square-wave pulses. The steep edges of the square-wave pulses cause strong harmonics, especially in the receiver coil, which have to be filtered out in a complex manner.

Insbesondere die Filterung der dritten und der fünften harmonischen Oberschwingung bereitet große Schwierigkeiten. Entsprechende Filter sind aufwendig, treiben die Kosten für das Ladegerät in die Höhe und beanspruchen wertvollen Bauraum.In particular, the filtering of the third and the fifth harmonic poses great difficulties. Corresponding filters are expensive, drive up the costs for the charger and take up valuable space.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladegerät zur induktiven Energieübertragung zur Verfügung zu stellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und den Filteraufwand für den induzierten Wechselstrom deutlich reduziert.It is therefore an object of the present invention to provide a charging device for inductive energy transmission which does not have the disadvantages of the prior art mentioned and which significantly reduces the outlay on filters for the induced alternating current.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ladegerät zur induktiven Energieübertragung nach Anspruch 1.This object is achieved by a charging device for inductive energy transmission according to claim 1.

Das erfindungsgemäße Ladegerät ermöglicht es, den Wechselstrom, welcher zur Energieübertragung zur Verfügung gestellt wird, so auf mehrere Sendespulen aufzuteilen, dass sich die auf Empfängerseite induzierten Wechselströme mit vergleichsweise geringem Filteraufwand zu einem Ladegleichstrom überlagern lassen. Erfindungsgemäß ist hierzu die Erzeugung von drei Spannungsverläufen mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 120° (d.h. einem Drittel der Periodendauer) vorgesehen.The charging device according to the invention makes it possible to divide the alternating current, which is made available for energy transmission, into several transmitting coils in such a way that the alternating currents induced on the receiver side can be superimposed to form a charging direct current with comparatively little filter effort. According to the invention, the generation of three voltage curves with a mutual phase shift of 120° (i.e. one third of the period duration) is provided for this purpose.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ladegerät mindestens drei parallel miteinander verschaltete Schaltbrücken zum Schalten jeweils einer Sendespule des Ladegerätes aufweist. Grundsätzlich sind auch mehr als drei parallel miteinander verschaltete Schaltbrücken zum Schalten jeweils einer Sendespule des Ladegerätes möglich. Drei Schaltbrücken stellen aber einen hervorragenden Trade-off zwischen der Anzahl der benötigten Bauteile und dem bewirkten positiven Effekt bezüglich des reduzierten Filteraufwands dar.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the charging device has at least three switching bridges connected in parallel with one another for switching a transmission coil of the charging device in each case. In principle, more than three switching bridges connected in parallel with one another are also possible for switching a transmission coil of the charging device in each case. However, three switching bridges represent an excellent trade-off between the number of components required and the positive effect achieved with regard to the reduced filter effort.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltbrücken Vollbrückenschaltungen und/oder Halbbrückenschaltungen umfassen. Hierdurch ist eine Verschaltung je nach Bedarf und Einsatzzweck bzw. Einsatzbereich des Ladegerätes möglich. Vollbrücken umfassen je vier Schalter, Halbbrücken umfassen je zwei Schalter. Insbesondere lässt sich durch eine entsprechende Ansteuerung einer Vollbrücke ein dreistufiger, alternierender Spannungsverlauf erzeugen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the switching bridges comprise full-bridge circuits and/or half-bridge circuits. This enables interconnection depending on requirements and the intended use or application area of the charger. Full bridges each include four switches, half bridges each include two switches. In particular, a three-stage, alternating voltage profile can be generated by appropriately driving a full bridge.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen jeder Schaltbrücke und der zugehörigen Sendespule ein Resonanz- und Filternetzwerk angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Anordnung aus induktiven und kapazitiven Impedanzen, die parallel und oder seriell zur Sendespule angeordnet sein können.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that a resonance and filter network is arranged between each switching bridge and the associated transmission coil. This is preferably an arrangement of inductive and capacitive impedances, which can be arranged in parallel and/or in series with the transmission coil.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ladegerät ein Ladegerät zum Laden eines Elektrofahrzeugs ist. Insbesondere bei Ladegeräten zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs werden durch hohe Spannungen und Ströme hohe Feldstärken erreicht. Durch die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich vorteilhafterweise der Filteraufwand auf Fahrzeugseite deutlich reduzieren.
Hierzu ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Sendespulen und vorzugsweise die Schaltbrücken in einer Bodenplatte angeordnet sind. Hierdurch kann das Elektrofahrzeug direkt auf das Ladegerät auffahren.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the charger is a charger for charging an electric vehicle. In the case of chargers for inductive charging of an electric vehicle in particular, high field strengths are achieved as a result of high voltages and currents. The arrangement according to the invention advantageously makes it possible to significantly reduce the amount of filter work on the vehicle side.
For this purpose it is provided according to a further preferred embodiment of the invention that the Transmission coils and preferably the jumpers are arranged in a base plate. This allows the electric vehicle to drive directly onto the charger.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Ladegerätes, wobei zur induktiven Energieübertragung mit der ersten Schaltbrücke die der ersten Schaltbrücke zugehörige Sendespule mit einem ersten Strom bestromt wird, mit der zweiten Schaltbrücke die der zweiten Schaltbrücke zugehörige Sendespule mit einem zweiten Strom bestromt wird und mit der dritten Schaltbrücke die der dritten Schaltbrücke zugehörige Sendespule mit einem dritten Strom bestromt wird, wobei die Phasen der zeitlichen Verläufe des ersten, zweiten und dritten Stroms gleichmäßig gegeneinander verschoben sind.A further object of the present invention for solving the problem formulated at the outset is a method for operating a charging device according to the invention, in which, for inductive energy transmission, the transmitter coil associated with the first switching bridge is supplied with a first current using the first switching bridge, and that of the second switching bridge using the second switching bridge associated transmission coil is energized with a second current and with the third switching bridge the transmission coil associated with the third switching bridge is energized with a third current, the phases of the time profiles of the first, second and third currents being shifted uniformly with respect to one another.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Betrieb des Ladegerätes mit einem deutlich reduzierten Filteraufwand auf Fahrzeugseite. Denkbar ist, dass der erste, zweite und dritte Strom die gleiche Stromstärke aufweisen.The method according to the invention enables the charging device to be operated with a significantly reduced filter effort on the vehicle side. It is conceivable that the first, second and third current have the same current intensity.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Ladesystem aufweisend ein erfindungsgemäßes Ladegerät sowie eine Empfängereinheit, wobei die Empfängereinheit eine Mehrzahl von Empfängerspulen aufweist. Die Anzahl der Empfängerspulen kann identisch zu der Anzahl der Sendespulen sein. Es ist jedoch auch eine Anordnung denkbar, in der sich die Anzahl der Empfängerspulen von der Anzahl der Sendespulen unterscheidet. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist jeder Sendespule eine Empfängerspule zugeordnet. Eine andere Ausführung erlaubt jedoch die Energieübertragung in verschiedenen Positionen der Empfängereinheit zur Sendeeinheit, wobei es keine direkte Zuordnung zwischen Sendespule und Empfängerspule gibt. Beispielsweise können in Sendeeinheit und Empfängereinheit jeweils drei Spulen um jeweils 120° zueinander konzentrisch verdreht angeordnet sein. Bei einer Verdrehung der Empfängereinheit gegenüber der Sendeeinheit wird jeweils eine andere Spule innerhalb von 60° zugeordnet.A further object of the present invention for solving the task formulated at the outset is a charging system having a charging device according to the invention and a receiver unit, the receiver unit having a plurality of receiver coils. The number of receiver coils can be identical to the number of transmitter coils. However, an arrangement is also conceivable in which the number of receiver coils differs from the number of transmitter coils. In one embodiment of the present invention, each transmission coil is assigned a receiver coil. However, another embodiment allows energy to be transmitted in different positions of the receiver unit to the transmitter unit, with there being no direct association between transmitter coil and receiver coil. For example, three coils can be arranged concentrically rotated by 120° to each other in the transmitter unit and receiver unit. If the receiver unit is rotated relative to the transmitter unit, a different coil is assigned within 60°.

Durch das von jeweils einer Sendespule erzeugte elektromagnetische Wechselfeld wird in einer Empfängerspule oder mehreren Empfängerspulen ein Wechselstrom induziert. Die Wechselströme aller Empfängerspulen lassen sich, insbesondere nach einer Gleichrichtung und/oder Filterung zu einem Gleichstrom überlagern, der zum Laden einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie eingesetzt werden kann.An alternating current is induced in one or more receiver coils by the alternating electromagnetic field generated by a transmitter coil. The alternating currents of all receiver coils can be superimposed, in particular after rectification and/or filtering, to form a direct current which can be used to charge a battery, in particular a vehicle battery.

Vorzugsweise ist jede der Empfängerspulen mit einem Gleichrichter verbunden, der dazu konfiguriert ist, den in der Empfängerspule induzierten Wechselstrom gleichzurichten, wobei die Ausgänge der Gleichrichter parallelgeschaltet sind. Preferably, each of the receiver coils is connected to a rectifier configured to rectify the alternating current induced in the receiver coil, the outputs of the rectifiers being connected in parallel.

Besonders bevorzugt ist zwischen der Empfängerspule und dem Gleichrichter ein Resonanz- und Filternetzwerk angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Anordnung aus induktiven und kapazitiven Impedanzen, die parallel und oder seriell zur Empfängerspule angeordnet sein können.A resonance and filter network is particularly preferably arranged between the receiver coil and the rectifier. This is preferably an arrangement of inductive and capacitive impedances, which can be arranged in parallel and/or in series with the receiver coil.

Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass die Empfängereinheit in einem Elektrofahrzeug integriert ist.For this purpose, it is preferably provided that the receiver unit is integrated in an electric vehicle.

Alle zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ladegerät offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren sowie auf das erfindungsgemäße Ladesystem.All the details, features and advantages previously disclosed in connection with the charging device according to the invention also relate to the method according to the invention and to the charging system according to the invention.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

  • 1 (a) bis (c) illustrieren ein Ladegerät gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 illustriert schematisch ein Ladesystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further details, features and advantages of the invention result from the drawings and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings only illustrate exemplary embodiments of the invention, which do not limit the inventive idea.
  • 1 (a) to (c) illustrate a charger according to an exemplary embodiment of the present invention and a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 2 FIG. 1 schematically illustrates a charging system according to an exemplary embodiment of the present invention.

1 (a) bis (c) illustrieren ein Ladegerät 100, 200 und 201 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung sowie ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. 1 (a) to (c) illustrate a charger 100, 200 and 201 according to an exemplary embodiment of the present invention in a schematic representation and a method according to an exemplary embodiment of the present invention in a schematic representation.

1 (a) zeigt das Ladegerät 100. Das Ladegerät 100 weist mehrere, hier drei, parallel zueinander verschaltete Schaltbrücken 1, 2, 3 auf. Die Schaltbrücken 1, 2, 3 sind in der dargestellten Ausführungsform als Vollbrücken mit jeweils vier Halbleiterschaltern ausgeführt. Denkbar ist aber auch, dass sie als Halbbrücken ausgeführt sind. 1 (a) shows the charging device 100. The charging device 100 has several, in this case three, switching bridges 1, 2, 3 connected in parallel to one another. In the illustrated embodiment, the switching bridges 1, 2, 3 are designed as full bridges, each with four semiconductor switches. However, it is also conceivable that they are designed as half-bridges.

An den Schaltbrücken 1, 2, 3 liegt eine Eingangsspannung Vin an. Jede der Schaltbrücken 1, 2, 3 steuert einen Wechselrichter an, der wiederum eine Sendespule 4, 5, 6 des Ladegerätes 100 mit einer Spannung speist, deren zeitlicher Verlauf 11, 12, 13 in 1 (b) abgebildet ist. Der Betrag und das Vorzeichen der angelegten Spannung bestimmt sich durch den Schaltzustand der jeweiligen Schaltbrücke 1, 2, 3 gemäß der Schaltfunktionen 14, 15, 16. Die Schaltfunktion 14, 15, 16 zeigt den Zustand des ersten Schalters der Schaltbrücken an. Die Schaltbrücken können auch in einen Freilauf geschaltet werden, um die Amplitude der übertragenen Energie zu steuern. Das Steuersignal 11 der ersten Schaltbrücke 1 resultiert in der Spannung 17 an der Sendespule 4.An input voltage V in is present at the switching bridges 1, 2, 3. Each of the switching bridges 1, 2, 3 controls an inverter, which in turn feeds a transmission coil 4, 5, 6 of the charger 100 with a voltage whose time profile 11, 12, 13 in 1 (b) is shown. The amount and sign of the applied voltage is determined by the switching state of the respective switching bridge 1, 2, 3 according to the switching functions 14, 15, 16. The switching function 14, 15, 16 indicates the state of the first switch of the switching bridges. The jumpers can also be switched into freewheel mode to control the amplitude of the energy transferred. The control signal 11 of the first switching bridge 1 results in the voltage 17 at the transmitter coil 4.

Die an den Sendespulen 4, 5, 6 anliegenden Spannungen resultieren in einem elektromagnetischen Wechselfeld. Ordnet man eine Empfängerspule (siehe 2) nahe der Sendespulen 4, 5, 6 an, so werden von dem Wechselfeld Ströme in der Empfängerspule induziert, womit eine Energieübertragung von den Sendespulen 4, 5, 6 hin zu der Empfängerspule möglich ist.The voltages applied to the transmission coils 4, 5, 6 result in an alternating electromagnetic field. If one arranges a receiver coil (see 2 ) close to the transmitter coils 4, 5, 6, currents are induced in the receiver coil by the alternating field, with which an energy transfer from the transmitter coils 4, 5, 6 to the receiver coil is possible.

Die Wechselrichter werden mit den in 1 (b) gezeigten Steuersignalen 14, 15, 16 so angesteuert, dass die Schaltbrücken 1, 2, 3 aus der Gleichspannung Vin die ebenfalls in 1 (b) abgebildeten alternierenden Spannungsverläufe 11, 12, 13 erzeugen, die gegeneinander um jeweils 120° phasenversetzt sind. Jede dieser Wechselspannungen erzeugt ein entsprechendes elektromagnetisches Wechselfeld, das wiederum in einer (fahrzeugseitigen) Empfängerspule eine Wechselspannung V1, V2, V3 induziert. Diese (ebenfalls phasenversetzten) Wechselspannungen V1, V2, V3 werden durch die Gleichrichter 9 in Gleichspannungen umgewandelt und durch Parallelschaltung zu der Ausgangsgesamtspannung Vout überlagert (vgl. 1 (c)).The inverters are supplied with the in 1 (b) The control signals 14, 15, 16 shown are controlled in such a way that the switching bridges 1, 2, 3 are switched from the direct voltage V to the also in 1 (b) produce the alternating voltage curves 11, 12, 13 shown, which are phase-shifted by 120° with respect to one another. Each of these alternating voltages generates a corresponding electromagnetic alternating field, which in turn induces an alternating voltage V 1 , V 2 , V 3 in a receiver coil (on the vehicle side). These (also phase-shifted) AC voltages V 1 , V 2 , V 3 are converted into DC voltages by the rectifier 9 and are superimposed on the total output voltage V out by connecting them in parallel (cf. 1(c) ).

Durch die Blockkommutierung der Schaltbrücken entstehen zwangsweise Oberwellen, welche sich in Form von Störsignalen über die Sendespulen verbreiten. Mithilfe der Resonanz- und Filternetzwerke 7 zwischen Schaltbrücken und Sendespule, sowie 8 zwischen Empfängerspule und Gleichrichter, werden diese abgeschwächt. Durch die Parallelschaltung von mehreren Sende- und Empfängerspulen, hier drei Stück, kann die Amplitude der Elektromagnetischen Feldstärke bei gleichbleibender Übertragungsleistung verringert werden. Somit werden die hochfrequenten Störanteile des induzierten Wechselstromes verringert.The block commutation of the switching bridges inevitably creates harmonics, which spread through the transmission coils in the form of interference signals. These are weakened with the help of the resonance and filter networks 7 between the switching bridges and the transmitter coil, and 8 between the receiver coil and the rectifier. By connecting several transmitter and receiver coils in parallel, three in this case, the amplitude of the electromagnetic field strength can be reduced while the transmission power remains the same. This reduces the high-frequency interference components of the induced alternating current.

1 (b) zeigt die Schaltfunktionen 14, 15, 16 für die Schaltbrücken 1, 2, 3 und die dadurch erzeugten Steuersignale 11, 12, 13 der Wechselrichter. Jedes Steuersignal 11, 12, 13 wird durch Spannungspulse gebildet, die einen Halbleiterschalter der Schaltbrücken 1, 2, 3 derart öffnen bzw. schließen, dass die Wechselrichter in um 120° zueinander versetzten Phasenwinkeln angesteuert werden. 1 (b) shows the switching functions 14, 15, 16 for the switching bridges 1, 2, 3 and the control signals 11, 12, 13 of the inverters generated thereby. Each control signal 11, 12, 13 is formed by voltage pulses which open or close a semiconductor switch of the switching bridges 1, 2, 3 in such a way that the inverters are driven at phase angles offset by 120° with respect to one another.

1 (c) zeigt den zeitlichen Verlauf der Gesamtausgangsspannung Vout. In jeder der drei Empfängerspulen wird durch die zugehörige Sendespule 4, 5, 6 eine Wechselspannung V1, V2, V3 induziert. Nach der Filterung werden die Spannungen V1, V2, V3 gleichgerichtet und, wie in 1 (c) gezeigt, durch Parallelschaltung überlagert. Der durch die Überlagerung resultierende Spannungsrippel Vout ist deutlich kleiner, als es bei einer einzelnen Empfängerspule der Fall wäre, wodurch sich auf der Fahrzeugseite ein reduzierter Filteraufwand ergibt. 1(c) shows the time course of the total output voltage V out . An AC voltage V 1 , V 2 , V 3 is induced in each of the three receiver coils by the associated transmission coil 4 , 5 , 6 . After filtering, the voltages V 1 , V 2 , V 3 are rectified and, as in 1(c) shown, superimposed by parallel circuit. The voltage ripple V out resulting from the superimposition is significantly smaller than would be the case with a single receiver coil, resulting in a reduced filter effort on the vehicle side.

2 illustriert schematisch ein Ladesystem 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Ladesystem 200 weist ein Ladegerät 100 nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf. Die Sendespulen und die Schaltbrücken (der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt) des Ladegerätes 100 sind in einer befahrbaren Bodenplatte 101, welche beispielsweise Teil eines Parkplatzes sein kann, angeordnet. 2 FIG. 1 schematically illustrates a charging system 200 according to an exemplary embodiment of the present invention. The charging system 200 includes a charger 100 according to a preferred embodiment of the present invention. The transmission coils and the switching bridges (not shown here for the sake of clarity) of the charging device 100 are arranged in a base plate 101 that can be driven on, which can be part of a parking lot, for example.

Das Ladesystem 200 weist ferner eine Empfängereinheit 201 mit einer Empfängerspule 202 auf, welche in einem Elektrofahrzeug 300 angeordnet sind.The charging system 200 also has a receiver unit 201 with a receiver coil 202 which is arranged in an electric vehicle 300 .

Das Elektrofahrzeug 300 ist oberhalb der Bodenplatte 101 abgestellt, so dass die Empfängerspule 202 zur induktiven Energieübertragung von den Sendespulen des Ladegerätes 100 auf die Empfängerspule 202 nahe der Bodenplatte 101 angeordnet ist.The electric vehicle 300 is parked above the base plate 101 so that the receiver coil 202 for the inductive transmission of energy from the transmitter coils of the charging device 100 to the receiver coil 202 is arranged close to the base plate 101 .

BezugszeichenlisteReference List

11
erste Schaltbrückefirst jumper
22
zweite Schaltbrückesecond jumper
33
dritte Schaltbrückethird jumper
44
erste Sendespulefirst transmission coil
55
zweite Sendespulesecond transmitter coil
66
dritte Sendespulethird transmission coil
77
Resonanz- und Filternetzwerk (auf Senderseite)Resonance and filter network (on the transmitter side)
88th
Resonanz- und Filternetzwerk (auf Empfängerseite)Resonance and filter network (on the receiver side)
99
Gleichrichterrectifier
1111
Steuersignal des ersten WechselrichtersControl signal of the first inverter
1212
Steuersignal des zweiten WechselrichtersSecond inverter control signal
1313
Steuersignal des dritten WechselrichtersThird inverter control signal
1414
erste Schaltfunktionfirst switching function
1515
zweite Schaltfunktionsecond switching function
1616
dritte Schaltfunktionthird switching function
1717
Spannungsverlauf an SendespuleVoltage curve at the transmitter coil
100100
Ladegerätcharger
101101
Bodenplattebottom plate
200200
Ladesystemcharging system
201201
Empfängereinheitreceiver unit
202202
Empfängerspulereceiver coil
300300
Elektrofahrzeug electric vehicle
tt
ZeitTime
Vinvintage
Eingangsspannunginput voltage
V1V1
erste induzierte Spannungfirst induced voltage
V2v2
zweite induzierte Spannungsecond induced voltage
V3V3
dritte induzierte Spannungthird induced voltage
VoutVout
Ausgangsgesamtspannungtotal output voltage

Claims (9)

Ladegerät (100) zur induktiven Energieübertragung mittels Sendespulen (4, 5, 6), aufweisend eine Mehrzahl parallel miteinander verschalteter Schaltbrücken (1, 2, 3) zum Ansteuern dreier Wechselrichter, welche die Sendespulen (4, 5, 6) des Ladegerätes (100) in um 120° zueinander versetzten Phasenwinkeln speisen.Charger (100) for inductive energy transmission by means of transmitter coils (4, 5, 6), having a plurality of switching bridges (1, 2, 3) connected in parallel with one another for controlling three inverters, which the transmitter coils (4, 5, 6) of the charger (100 ) feed at phase angles offset by 120° from one another. Ladegerät (100) nach Anspruch 1, wobei die Schaltbrücken (1, 2, 3) Vollbrückenschaltungen und/oder Halbbrückenschaltungen umfassen.Charger (100) after claim 1 , wherein the switching bridges (1, 2, 3) comprise full-bridge circuits and/or half-bridge circuits. Ladegerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen jeder Schaltbrücke (1, 2, 3) und der zugehörigen Sendespule (4, 5, 6) ein Resonanz- und Filternetzwerk (7) angeordnet ist.Charger (100) according to one of the preceding claims, wherein a resonance and filter network (7) is arranged between each switching bridge (1, 2, 3) and the associated transmission coil (4, 5, 6). Ladegerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ladegerät (100) ein Ladegerät (100) zum Laden eines Elektrofahrzeugs (300) ist.Charger (100) according to any one of the preceding claims, wherein the charger (100) is a charger (100) for charging an electric vehicle (300). Ladegerät (100) nach Anspruch 4, wobei die Sendespulen (4, 5, 6) und vorzugsweise die Schaltbrücken (4, 5, 6) in einer Bodenplatte (101) angeordnet sind.Charger (100) after claim 4 , wherein the transmission coils (4, 5, 6) and preferably the switching bridges (4, 5, 6) are arranged in a base plate (101). Verfahren zum Betrieb eines Ladegerätes (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur induktiven Energieübertragung mit der ersten Schaltbrücke (1) die der ersten Schaltbrücke (1) zugehörige Sendespule (4) mit einem ersten Strom bestromt wird, mit der zweiten Schaltbrücke (2) die der zweiten Schaltbrücke (2) zugehörige Sendespule (5) mit einem zweiten Strom bestromt wird und mit der dritten Schaltbrücke (3) die der dritten Schaltbrücke (3) zugehörige Sendespule (6) mit einem dritten Strom bestromt wird, wobei die Phasen der zeitlichen Verläufe des ersten, zweiten und dritten Stroms gleichmäßig gegeneinander verschoben sind.Method for operating a charging device (100) according to one of the preceding claims, in which, for inductive energy transmission with the first switching bridge (1), the transmitter coil (4) associated with the first switching bridge (1) is supplied with a first current, with the second switching bridge (2 ) the transmitter coil (5) associated with the second jumper (2) is energized with a second current and with the third jumper (3) the transmitter coil (6) associated with the third jumper (3) is energized with a third current, with the phases of the Temporal courses of the first, second and third stream are shifted evenly against each other. Ladesystem (200) aufweisend ein Ladegerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie eine Empfängereinheit (201), wobei die Empfängereinheit (201) eine Mehrzahl von Empfängerspulen (202) aufweist, wobei jede der Empfängerspulen (202) mit einer oder mehrerer Sendespulen (4, 5, 6) induktiv gekoppelt ist und zum Empfangen von Energie konfiguriert ist, welche mittels induktiver Energieübertragung von einer oder mehrerer Sendespulen (4, 5, 6) ausgesandt wird.Charging system (200) comprising a charger (100) according to one of Claims 1 until 5 and a receiver unit (201), the receiver unit (201) having a plurality of receiver coils (202), each of the receiver coils (202) being inductively coupled to one or more transmitter coils (4, 5, 6) and configured to receive energy which is transmitted by inductive energy transmission from one or more transmission coils (4, 5, 6). Ladesystem (200) nach Anspruch 7, wobei jede der Empfängerspulen (202) mit einem Gleichrichter (9) verbunden ist, der dazu konfiguriert ist, den in der Empfängerspule (202) induzierten Wechselstrom gleichzurichten, wobei die Ausgänge der Gleichrichter (9) parallelgeschaltet sind.Charging system (200) after claim 7 wherein each of the receiver coils (202) is connected to a rectifier (9) configured to rectify the alternating current induced in the receiver coil (202), the outputs of the rectifiers (9) being connected in parallel. Ladesystem (200) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Empfängereinheit (201) in einem Elektrofahrzeug (300) integriert ist.Charging system (200) after claim 7 or 8th , wherein the receiver unit (201) is integrated in an electric vehicle (300).
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