Energieübertragungsanordnung und Verfahren zum Betreiben der

Energieübertragungsanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer

Energieübertragungsanordnung, wobei die Energieübertragungsanordnung ein

Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und ein Sekundärglied zum

Aufnehmen der elektrischen Energie aufweist, und wobei das Primärglied und das Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Energieübertragungsanordnung mit einem Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und einem Sekundärglied zum Aufnehmen der elektrischen Energie, wobei das Primärglied und das Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind.

Stand der Technik

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine als alleinigen Antrieb oder gemeinsam mit einem Antriebsmotor eines anderen Typs (Hybridantrieb) zu verwenden. In derartigen Elektro- oder

Hybridfahrzeugen werden typischerweise elektrische Maschinen als Antriebsmotor verwendet, die durch einen elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einen Akkumulator, mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die elektrischen

Energiespeicher regelmäßig je nach Ladezustand aufgeladen werden. Dabei dient üblicherweise ein Kabel zur Übertragung der elektrischen Energie von einer Ladestation auf das Fahrzeug. Eine derartige Kabelverbindung bietet einen sehr schlechten

Bedienungskomfort und stellt außerdem eine mögliche Gefahr für den Anwender dar, da die Steckverbindung und das Kabel aufgrund von Beschädigungen beispielsweise elektrische Entladungen an den Anwender übertragen können. Alternativ zu einer Kabelverbindung besteht die Möglichkeit, Fahrzeuge über eine kontaktlose Energieübertragung mit elektrischer Energie zu versorgen. Dabei können verschiedene Wirkprinzipien zur kontaktlosen Energieübertragung genutzt werden, beispielsweise eine induktive Energieübertragung oder eine elektromagnetische Energieübertragung. Bei der induktiven Energieübertragung wird auf der Primärseite mithilfe einer Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Zumindest ein Teil dieses magnetischen

Wechselfelds durchdringt die Sekundärseite, die ebenfalls eine Spule enthält. Dadurch wird in der Spule der Sekundärseite eine Spannung induziert und somit Energie von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen. Bei der elektromagnetischen

Energieübertragung ist der Abstand zwischen der Primärseite und der Sekundärseite so groß, dass die Welleneigenschaften der elektromagnetischen Felder relevant sind und genutzt werden können. Üblicherweise werden Antennen als Sender/Empfänger auf der Primär-/Sekundärseite verwendet.

Der Wirkungsgrad dieser kontaktlosen Energieübertragung ist insbesondere durch Streuverluste schlechter als bei der kabelgebundenen Übertragung, wobei bei einem Luftspalt von 20 bis 30 cm der Wirkungsgrad ca. 90 % sein kann. Jedoch ist eine derartige Energieübertragung durch die einfachere Handhabung komfortabler und bietet somit eine höhere Akzeptanz bei dem Anwender. Bei der kontaktlosen Energieübertragung stellt die Betriebssicherheit ein wichtiges Thema dar. Zum einen darf die Energieübertragung nur dann gestartet werden, wenn tatsächlich ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug über der Ladestation/Bodenstation geparkt ist, die zum Beispiel in den Straßenbelag eingelassen ist. Befinden sich andere Objekte oder gar Menschen über der Ladestation, so muss eine Übertragung von elektrischer Energie verhindert werden, um weitere Gefährdungen auszuschließen. Zum anderen wird während der Energieübertragung in einem Bereich zwischen der Bodenstation und einer fahrzeugseitigen Übertragungseinrichtung ein magnetisches Feld hoher Feldstärke und Flussdichte aufgebaut. Gelangen Menschen oder Tiere während des Ladevorgangs in diesen Bereich, so können Körperströme induziert werden. Befinden sich beispielsweise elektrisch leitfähige Gegenstände in diesem Bereich, so können diese durch die induzierten Wirbelströme erwärmt werden. Um derartige Gefährdungen auszuschließen, muss die Energieübertragung sofort beendet werden, sobald ein Objekt in dem Luftspalt zwischen der Bodenstation und der fahrzeugseitigen Übertragungseinrichtung erfasst wird. Aus der DE 10 2009 033 236 A1 ist eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer stationären Einheit mit mindestens einer primären

Induktivität zu einem benachbart zu dieser stehenden Fahrzeug mit mindestens einer Sekundärinduktivität bekannt. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Detektion des Vorhandensein eines Gegenstands auf, mit der ein vorbestimmter Raum, der zwischen der Primär- und Sekundärinduktivität liegt, überwacht wird. Die Detektionseinrichtung weist mindestens einen berührungslosen Sensor auf, wobei der Sensor ein Ultraschall-, Radar-, Infrarotsensor oder ein elektronischer Bildsensor sein kann. Durch diese

Sensoren, die auf Seite der stationären Einheit oder des Fahrzeugs verbaut werden, entstehen jedoch höhere Materialkosten. Des Weiteren müssen diese Sensoren für eine zuverlässige Erkennung von beliebigen Objekten aufwändig justiert werden. Durch die komplexe Justierung werden weitere Kosten verursacht. Werden die Sensoren lediglich in dem Fahrzeug installiert, so muss die Information, dass beispielsweise ein Objekt in dem Luftspalt erkannt wurde, gesichert zu der stationären Einheit übertragen werden, um dort ein Abschalten der Energieübertragung zu initiieren. Diese Anforderung führt zu einer erhöhten Komplexität des Gesamtsystems.

In einem weiteren Aspekt wird außerdem bei bekannten Anordnungen zur

Energieübertragung nicht erkannt, dass sich beispielsweise durch Beladen des Fahrzeugs während des Ladevorgangs der Abstand zwischen dem Fahrzeug und der Bodenstation ändert und damit die Effizienz der Energieübertragung verringert wird.

Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zum Betreiben einer

Energieübertragungsanordnung bereit, wobei die Energieübertragungsanordnung ein Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und ein Sekundärglied zum

Aufnehmen der elektrischen Energie aufweist, wobei das Primärglied und das

Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind und wobei das

Primärglied und das Sekundärglied eine Mehrzahl von Betriebsparametern aufweisen, wobei zunächst die elektrische Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied übertragen wird, wobei wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds erfasst wird, wobei der Betriebsparameter des Primärglieds mit primärseitigen Referenzwerten verglichen wird, um die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung des

Primärglieds und des Sekundärglieds zu bestimmen und damit ein Störobjekt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied und/oder eine Bewegung des Sekundärglieds relativ zu dem Primärglied zu erfassen, und wobei wenigstens einer der

Betriebsparameter des Primärglieds variiert wird, sofern der Betriebsparameter des Primärglieds von den primärseitigen Referenzwerten abweicht.

Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Energieübertragungsanordnung mit einem Primärglied zum Abgeben von elektrischer Energie und einem Sekundärglied zum Aufnehmen der elektrischen Energie bereit, wobei das Primärglied und das Sekundärglied beweglich zueinander ausgebildet und zur Übertragung der elektrischen Energie magnetisch und/oder elektromagnetisch koppelbar sind, und wobei das Primärglied und das Sekundärglied wenigstens eine Steuereinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren der oben genannten Art auszuführen.

Vorteile der Erfindung

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Störobjekt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied und/oder eine Bewegung des Sekundärglieds relativ zu dem Primärglied durch Auswertung der magnetischen und/oder elektromagnetischen Kopplung der beiden Energieübertragungsglieder erfasst. Dabei wird die magnetische und/oder

elektromagnetische Kopplung lediglich mithilfe der Betriebsparameter des Primärglieds und/oder des Sekundärglieds bestimmt. Somit sind beispielsweise keine separaten Sensoren notwendig, die einzeln für die Erfassung von Störobjekten justiert werden müssen. Dies führt zu einer reduzierten Komplexität der Energieübertragungsanordnung und zu geringeren Produktionskosten, da weniger Bauteile erforderlich sind. Aufgrund der Objekterkennung im Luftspalt kann das Gefährdungspotential der

Energieübertragungsanordnung verringert werden. Die Betriebssicherheit der Anordnung wird erhöht. Des Weiteren wird die Effizienz der Energieübertragung gesteigert, da auch Abstandsänderungen der Energieübertragungsglieder zueinander berücksichtigt werden. Das statische oder dynamische Störobjekt in dem Luftspalt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied und/oder die Abstandsänderung der Energieübertragungsglieder zueinander wird durch den Vergleich wenigstens eines der Betriebsparameter des Primärglieds mit primärseitigen Referenzwerten erfasst. Dabei können die primärseitigen Referenzwerte vordefinierte Werte und/oder Werte von früheren Messungen aufweisen. Von besonderem Vorzug ist es, wenn das Sekundärglied vor dem Erfassen des

Betriebsparameters des Primärglieds in einen vordefinierten Zustand geschaltet wird, um wenigstens einen der Betriebsparameter des Primärglieds zu variieren. Das Schalten in den vordefinierten Zustand kann beispielsweise bedeuten, dass das Sekundärglied in einem Kurzschluss geschaltet wird oder dass auf der Seite des

Sekundärglieds vordefinierte Widerstände zugeschaltet werden. Infolge des vordefinierten Zustands auf der Seite des Sekundärglieds, wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds verändert. Somit kann durch diesen Mechanismus eine Information von dem Sekundärglied zu dem Primärglied übertragen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Sekundärglied in einem vordefinierten zeitlichen Intervall in den vordefinierten Zustand geschaltet. Durch diese Maßnahme kann die Primärseite bei Kenntnis dieses zeitlichen Intervalls regelmäßig die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung überprüfen und bei Erfassen einer Veränderung der Kopplung, zum Beispiel infolge eines Störobjekts in dem Luftspalt, entsprechende Maßnahmen einleiten. In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds erfasst und das Sekundärglied in Abhängigkeit eines Vergleichs des Betriebsparameters des Sekundärglieds mit sekundärseitigen Referenzwerten in den vordefinierten Zustand geschaltet. In dieser Ausführungsform wird das Sekundärglied in den vordefinierten Zustand geschaltet, sobald wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds von sekundärseitigen Referenzwerten abweicht, das heißt sobald beispielsweise ein Objekt in den Luftspalt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied eindringt. Somit kann das Störobjekt noch schneller erfasst werden, Gegenmaßnahmen können zu einem frühen Zeitpunkt eingeleitet werden. Infolgedessen wird die Sicherheit der

Energieübertragung erhöht.

Dabei können die sekundärseitigen Referenzwerte vordefinierte Werte und/oder frühere Messwerte der Betriebsparameter aufweisen. ln einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Übertragen der elektrischen Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied zunächst eine elektrische Prüfenergie mittels des Primärglieds abgegeben. Des Weiteren wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds erfasst. Schließlich wird der erfasste Betriebsparameter des

Sekundärglieds mit sekundärseitigen Prüfreferenzwerten verglichen, um auf der Seite des Sekundärglieds das benachbart angeordnete Primärglied zu erkennen.

Durch diese Maßnahme wird auf der Seite des Sekundärglieds eine sichere Erkennung des benachbart angeordneten Primärglieds gewährleistet. Auf der Sekundärseite können nach der Erkennung vorbereitende Maßnahmen für die Energieübertragung eingeleitet werden. Die für den Erkennungsprozess verwendete Prüfenergie ist dabei vorzugsweise kleiner als die Energie, die während der regulären Energieübertragung von dem

Primärglied auf das Sekundärglied übertragen wird. Infolgedessen kann der

Energiebedarf für den Erkennungsprozess minimiert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden vor dem Übertragen der elektrischen Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied ferner die folgenden Schritte ausgeführt: zunächst wird eine elektrische Größe des Sekundärglieds in

Abhängigkeit des Vergleichs des Betriebsparameters des Sekundärglieds mit

sekundärseitigen Prüfreferenzwerten verändert, um wenigstens einen der

Betriebsparameter des Primärglieds zu variieren, anschließend wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds erfasst, und schließlich wird der Betriebsparameter des Primärglieds mit primärseitigen Prüfreferenzwerten verglichen, um auf der Seite des Primärglieds das benachbart angeordnete Sekundärglied zu erkennen, wobei die elektrische Energie von dem Primärglied auf das Sekundärglied übertragen wird, sofern die benachbarte Positionierung des Primärglieds und des Sekundärglieds auf beiden Seiten erkannt wird.

Diese Verfahrensschritte führen auf der Seite des Primärglieds zu einer zuverlässigen Erkennung des Sekundärglieds. Die Energieübertragung von dem Primärglied auf das Sekundärglied wird erst dann gestartet, wenn eine gegenseitige Erkennung der beiden Energieübertragungsglieder stattgefunden hat. Somit wird beispielsweise die

Energieübertragung nicht gestartet, wenn sich ein metallisch leitfähiger Gegenstand oder auch ein Tier in dem direkten Umfeld des Primärglieds befindet. Daher wird durch diese Maßnahmen die Betriebssicherheit der Energieübertragung erhöht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schritt des Veränderns der elektrischen Größe des Sekundärglieds ein Verändern eines elektrischen Widerstands des

Sekundärglieds auf. Durch das Verändern des elektrischen Widerstands kann auf einfache Art und Weise mindestens einer der Betriebsparameter des Primärglieds verändert werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds derart variiert, dass die Energieübertragung unterbrochen wird, sofern das Störobjekt zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied erkannt wird.

Um das Gefährdungspotential der Energieübertragung zu verringern, wird die

Energieübertragung bei Erfassen eines Störobjekts, das sich vor oder während der Energieübertragung in einem unmittelbaren Bereich des Primärglieds befindet, beendet. Diese Maßnahme führt außerdem zu einer höheren Energieeffizienz, da die

Energieübertragung nur dann erfolgt, wenn das Sekundärglied benachbart zu dem

Primärglied angeordnet ist und sich außerdem keine Störobjekte in dem Luftspalt befinden. In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds derart variiert, dass ein Wirkungsgrad der Energieübertragung erhöht wird, sofern die Bewegung des Sekundärglieds relativ zu dem Primärglied erkannt wird.

Ändert sich der Abstand zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied, so verringert sich zunächst die Effizienz der Energieübertragung. Durch Variieren wenigstens eines Betriebsparameters des Primärglieds kann der Wirkungsgrad der Übertragung erhöht werden. Damit wird auch bei veränderlichen Bedingungen eine hohe Effizienz der Energieübertragung gewährleistet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der sekundärseitigen

Betriebsparameter von dem Sekundärglied auf das Primärglied und/oder wenigstens einer der primärseitigen Betriebsparameter von dem Primärglied auf das Sekundärglied übertragen.

Die Übertragung der Betriebsparameter zwischen den Energieübertragungsgliedern stellt in den meisten Fällen eine redundante Information zu den lokal erfassten Daten dar. Aufgrund dieser Redundanz wird die Sicherheit und die Zuverlässigkeit der Energieübertragung erhöht. Außerdem ist die Übertragung der Betriebsparameter infolge der Redundanz nicht sicherheitsrelevant und kann daher auf einfache Art und Weise realisiert werden. Die Komplexität der Energieübertragung und der damit verbundenen Steuerung wird dadurch verringert.

Zusätzlich zu den Betriebsparametern können auch weitere Informationselemente übertragen werden, die die Steuerung der Energieübertragung beeinflussen (zum Beispiel eine separat ermittelte Luftspalthöhe).

In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds auf der Grundlage des an dem Primärglied empfangenen sekundärseitigen Betriebsparameters angepasst. Wird beispielsweise auf der Seite des Sekundärglieds während der Energieübertragung ein Störobjekt in dem Luftspalt detektiert, so kann dies als Information an das Primärglied übermittelt werden. Diese Maßnahme erhöht die Betriebssicherheit der

Energieübertragung und führt zu einem einfacheren Verfahren auf der Seite des

Primärglieds, da diese Information (Störobjekt im Luftspalt) nicht von einem Verlauf der primärseitigen Betriebsparameter abgeleitet werden muss.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Sekundärglied auf der Grundlage des an dem Sekundärglied empfangenen primärseitigen Betriebsparameters in den vordefinierten Zustand geschaltet.

Beispielsweise kann das Primärglied die Information an das Sekundärglied übermitteln, dass die Energieübertragung demnächst beendet wird. Bei einem Abschalten der

Energieübertragung besteht die Gefahr, dass Überspannungen auftreten, die zu einer Beschädigung von Energieaufnehmern auf der Sekundärseite führen können. Aufgrund der übermittelten Information (Beenden der Energieübertragung) können auf der Seite des Sekundärglieds vorbereitende Maßnahmen eingeleitet werden, die diese

Beschädigungen verhindern.

In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens eine der folgenden physikalischen Größen als Betriebsparameter des Primärglieds oder des Sekundärglieds erfasst: ein elektrischer Strom des Primärglieds oder des Sekundärglieds, eine elektrische Spannung des Primärglieds oder des Sekundärglieds, und/oder eine Frequenz des elektrischen Stroms oder der elektrischen Spannung.

Mithilfe dieser Größen kann auf einfache Art und Weise die magnetische und/oder elektromagnetische Kopplung des Primärglieds und des Sekundärglieds bestimmt werden. Dabei kann primärseitig und/oder sekundärseitig eine

Wechselspannung/Wechselstrom und/oder eine Gleichspannung/Gleichstrom erfasst werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Energieübertragungsanordnung weist das Primärglied und das Sekundärglied jeweils eine elektrische Spule und/oder eine Antenne zum Abgeben oder Aufnehmen der elektrisch Energie, eine Sende-/

Empfangseinheit zum Übertragen wenigstens eines Betriebsparameters des Primärglieds und/oder des Sekundärglieds, und eine Steuereinheit zum Steuern der Energieabgabe oder der Energieaufnahme auf.

In dieser Ausführungsform kann die Sende-/Empfangseinheit beispielsweise ein SRD (short ränge device) sein. Alternativ kann die Sende-/Empfangseinheit dazu eingerichtet sein, die zu übertragenden Daten (zum Beispiel die Betriebsparameter) auf die magnetische und/oder elektromagnetische Energieübertragung aufzumodulieren. Da die Übertragung des wenigstens einen Betriebsparameters eine redundante Information darstellt, kann das Primärglied und das Sekundärglied in einer alternativen

Ausführungsform auch ohne Sende-/Empfangseinheit ausgestaltet werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Energieübertragungsanordnung kann die Steuereinheit nur auf der Primärseite oder lediglich auf der Sekundärseite ausgeführt sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Energieübertragungsanordnung ist das Primärglied eine Komponente einer mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz koppelbaren Bodenstation und das Sekundärglied eine Komponente eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, die dazu eingerichtet ist, eine in dem Fahrzeug angeordnete Traktionsbatterie mittels der Bodenstation zu laden. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann das Primärglied aber auch im Fahrzeug und das Sekundärglied in der Bodenstation installiert sein. Konsequenterweise wird in diesem Anwendungsfall die in dem Fahrzeug gespeicherte Energie in das elektrische

Energieversorgungsnetz eingespeist (Smart Grid).

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Energieübertragungsanordnung in beliebigen Arten von Fahrzeugen eingesetzt werden (beispielsweise Personenkraftwagen,

Nutzfahrzeuge, maritime Fahrzeuge, elektrisch angetriebene Fahrräder, etc.).

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine Energieübertragungsanordnung mit einem Primärglied und einem Sekundärglied;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer beispielhaften Initialisierung des

Primärglieds und des Sekundärglieds gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens, falls ein Objekt zwischen das Primärglied und das Sekundärglied gerät; und

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens, falls sich der Abstand zwischen dem Primärglied und dem Sekundärglied verringert.

Für die Beschreibung der Figuren soll im Folgenden angenommen werden, dass das Sekundärglied auf der Seite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und das Primärglied auf der Seite einer Bodenstation installiert ist, die dazu eingerichtet ist, Energie an das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug zu übertragen. Es versteht sich, dass diese Zuordnung für andere Anwendungsfälle auch verändert werden kann (zum Beispiel Smart Grid) und dass die erfindungsgemäße Energieübertragungsanordnung auch in anderen Ladestationen/Fahrzeugen eingesetzt werden kann.

Ausführungsformen der Erfindung In Fig. 1 ist eine Energieübertragungsanordnung schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Die Energieübertragungsanordnung 10 weist ein Primärglied 12 zum Abgeben von elektrischer Energie und ein Sekundärglied 14 zum Aufnehmen der elektrischen Energie auf. Das Primärglied 12 ist mittels eines

Energieversorgungsadapters 16 mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz 18 gekoppelt. Der Energieversorgungsadapter 16 (EVSE: electric vehicle supply equipment) ist unter anderem dazu eingerichtet, die Übertragung der elektrischen Energie zu überwachen, Hardwarefehler zu erkennen und die Übertragung der Energie zu

unterbrechen, falls beispielsweise der Betrieb der Energieübertragungsanordnung 10 gestört ist. Das Primärglied 12 und der Energieversorgungsadapter 16 bilden einen Teil einer in Fig. 1 nicht näher bezeichneten Bodenstation.

Das Primärglied 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel magnetisch (induktiv) mit dem Sekundärglied 14 gekoppelt. In einer alternativen Ausführungsform können das

Primärglied 12 und das Sekundärglied 14 zusätzlich oder alternativ elektromagnetisch miteinander gekoppelt sein. Das Sekundärglied 14 bildet einen Teil einer Ladeeinrichtung eines in Fig. 1 nicht näher bezeichneten elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Das

Sekundärglied 14 ist mit einer Traktionsbatterie 20 und einem CAN-Bus 22 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gekoppelt.

Im Einzelnen weist das Primärglied 12 eine Leistungselektronik 24 und eine Spule 26 zum Abgeben der Energie auf. Dabei weist die Leistungselektronik 24 einen Frequenzwandler 28 zur Anpassung der Netzfrequenz und der Energieübertragungsfrequenz, einen

Verstärker 30 und einen Blindleistungskompensator 32 zur Kompensation von Streu- bzw. Blindleistung auf, der seriell oder parallel ausgeführt werden kann.

Darüber hinaus weist das Primärglied 12 eine Steuereinheit 34 zum Steuern der

Energieabgabe auf. Die Steuereinheit 34 kann mit dem Energieversorgungsnetz 18 gekoppelt sein, um beispielsweise Steuerparameter oder auch Betriebsparameter des

Primärglieds 12 mit dem Energieversorgungsnetz 18 auszutauschen. Des Weiteren weist das Primärglied 12 eine Sende-/Empfangseinheit 36 auf, die beispielsweise als SRD (short ränge device) ausgeführt sein kann. Die Sende-/Empfangseinheit 36 dient zum Übertragen der Betriebsparameter des Primärglieds 12 und/oder des Sekundärglieds 14. Optional kann die Sende-/Empfangseinheit 36 auch weitere Informationselemente übertragen, die zum Steuern der Energieübertragung benötigt werden (beispielsweise Übertragung der Information, dass die Energieübertragung abgeschaltet wird).

Das Sekundärglied 14 weist eine Spule 38 zum Aufnehmen der Energie und eine

Leistungselektronik 40 auf. Dabei weist die Leistungselektronik 40 einen

Blindleistungskompensator 42 zur Kompensation von Streu- bzw. Blindleistung, der seriell oder parallel ausgeführt werden kann, einen Gleichrichter 44 und optional einen

Gleichspannungswandler 46 auf, der dazu eingerichtet ist, eine ausgangsseitige

Gleichspannung des Gleichrichters 44 an einen Spannungswert eines mit der

Traktionsbatterie 20 gekoppelten elektrischen Netzes anzupassen.

Außerdem weist das Sekundärglied 14 eine Steuereinheit 48 zum Steuern der

Energieaufnahme auf. Die Steuereinheit 48 kann über den CAN-Bus 22 (oder auch einen beliebigen anderen Kommunikationsbus innerhalb des Fahrzeugs) beispielsweise mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verbunden sein, das einen Ladevorgang der Traktionsbatterie 20 steuert. Des Weiteren weist das Sekundärglied 14 eine Sende-/Empfangseinheit 50 auf, die zum Beispiel als SRD (short ränge device) ausgeführt ist. Die Sende-/Empfangseinheit 50 dient zum Übertragen der Betriebsparameter des Primärglieds 12 und/oder des Sekundärglieds 14. Optional können weitere Informationselemente übertragen werden, die für die Steuerung der Energieübertragung relevant sind: zum Beispiel Hersteller der Traktionsbatterie 20, Luftspalthöhe zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14,

Beladungszustand des Fahrzeugs, Betriebsparameter der Traktionsbatterie 20, Luftdruck der Reifen etc.

Als Betriebsparameter des Primärglieds 12 können an dem Referenzpunkt P1 eine Wechselspannung, ein Wechselstrom und/oder eine Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstroms erfasst werden. Analog dazu können an dem Referenzpunkt S1 eine Wechselspannung, ein Wechselstrom und/oder eine Frequenz der

Wechselspannung oder des Wechselstroms als Betriebsparameter des Sekundärglieds 14 ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu besteht die Möglichkeit, eine

Gleichspannung und/oder einen Gleichstrom an dem Referenzpunkt S2 zu messen und diese als Betriebsparameter des Sekundärglieds 14 zu verwenden. Die Messung der Betriebsparameter erfolgt bevorzugt sowohl auf der Seite des

Primärglieds 12 als auch auf der Seite des Sekundärglieds 14. Alternativ kann die Messung der Betriebsparameter auch nur auf der Seite des Primärglieds 12 durchgeführt werden. In diesen Ausführungsformen ist die Übertragung der Betriebsparameter mittels der Sende-/Empfangseinheiten 36, 50 optional, da die Steuerung der Energieübertragung lediglich auf der Grundlage der lokal gemessenen Betriebsparameter durchgeführt werden kann. Allerdings erhöht die Redundanz die Betriebssicherheit der

Energieübertragung. Zur Kosteneinsparung können das Primärglied 12 und das

Sekundärglied 14 auch ohne die Sende-/Empfangseinheiten 36, 50 ausgebildet werden.

Wird die Messung der Betriebsparameter in einer weiteren alternativen Ausführungsform lediglich auf der Seite des Sekundärglieds 14 ausgeführt, so ist eine Übertragung der Betriebsparameter von dem Sekundärglied 14 zu dem Primärglied 12 zwingend erforderlich, um beispielsweise ein Abschalten der Energieübertragung zu initiieren.

Wird das elektrisch angetriebene Fahrzeug über der Bodenstation geparkt, so wird zunächst eine Initialisierung des Primärglieds 12 und des Sekundärglieds 14 zur gegenseitigen Erkennung der benachbarten Positionierung durchgeführt. Dabei wird die benachbarte Positionierung lediglich aus den erfassten Betriebsparametern des

Primärglieds 12 und/oder des Sekundärglieds 14 und einem anschließenden Vergleich der Betriebsparameter mit entsprechenden Referenzwerten abgeleitet. Optional können die erfassten Betriebsparameter zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 mittels der Sende-/Empfangseinheiten 36, 50 ausgetauscht werden. Die daraus resultierende Redundanz erhöht die Betriebssicherheit der Energieübertragung.

Außerdem kann ein Austausch der Betriebsparameter den gegenseitigen

Erkennungsprozess beschleunigen und/oder vereinfachen.

Sobald die Initialisierung des Primärglieds 12 und des Sekundärglieds 14 erfolgreich abgeschlossen ist (das heißt eine gegenseitige Erkennung hat stattgefunden), dann wird die Energie von dem Primärglied 12 auf das Sekundärglied 14 übertragen und die Traktionsbatterie 20 geladen. Die Energieübertragung erfolgt durch die

magnetische/induktive Kopplung der beiden Spulen 26, 38.

Gerät während der Energieübertragung ein Objekt in einen Luftspalt zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14, so wird die Energieübertragung beendet, um das Gefährdungspotential der Energieübertragung zu minimieren und eine

Betriebssicherheit zu gewährleisten. Dabei wird das Objekt lediglich auf der Grundlage einer Messung der Betriebsparameter des Primärglieds 12 und/oder des Sekundärglieds 14 und einem anschließenden Vergleich der Betriebsparameter mit entsprechenden Referenzwerten erfasst. Optional können die erfassten Betriebsparameter und

möglicherweise weitere Informationselemente zusätzlich zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 ausgetauscht werden. In diesem Fall kann die Abschaltung der Energieübertragung beispielsweise aufgrund eines an dem Primärglied 12

empfangenen Betriebsparameters des Sekundärglieds 14 erfolgen. Zum Austausch der Daten können die Sende-/Empfangseinheiten 36, 50 die zu übertragenden Daten auf die magnetische/elektromagnetische Leistungsübertragung aufmodulieren. Verändert sich während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie 20 der Abstand zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 (zum Beispiel durch Beladen des Fahrzeugs), so werden Resonanzkreise der Blindleistungskompensatoren 32, 42 verstellt und damit die Effizienz der Energieübertragung verringert. Die Verringerung der Effizienz wird wiederum durch Messung der Betriebsparameter des Primärglieds 12 und/oder des Sekundärglieds 14 und einem anschließenden Vergleich der erfassten Betriebsparameter mit entsprechenden Referenzwerten erfasst. Durch eine Änderung mindestens eines der Betriebsparameter des Primärglieds 12, zum Beispiel der Frequenz der Energieübertragung, kann die Effizienz der Energieübertragung erhöht werden. Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer beispielhaften Initialisierung des

Primärglieds 12 und des Sekundärglieds 14 gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren 60. Dabei ist links einer Trennlinie T die Initialisierung des Primärglieds 12 als Teil der Bodenstation und rechts der Trennlinie T die Initialisierung des Sekundärglieds 14 als Teil des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs gezeigt.

In einem ersten Schritt 62 wird das Kraftfahrzeug über der Bodenstation geparkt. In einem Schritt 64 wird in dem Kraftfahrzeug anstelle der Traktionsbatterie 20 ein vordefinierter erster Lastwiderstand R1 eingestellt. Auf der Seite des Primärglieds 12 wird in einem Schritt 65 eine Prüfenergie abgegeben, um zu überprüfen, ob sich das Fahrzeug über der Bodenstation befindet und um auf der Seite des Sekundärglieds 14 eine Detektion der Bodenstation zu ermöglichen. Dazu wird auf der Seite des Sekundärglieds 14 in einem Schritt 66 wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds 14 erfasst (zum Beispiel eine Spannung, ein Strom und/oder eine Frequenz) und überprüft, ob der erfasste Betriebsparameter des Sekundärglieds 14 mit einem entsprechenden

sekundärseitigen Prüfreferenzwert für Spannung, Strom und/oder Frequenz

übereinstimmt. Falls dies der Fall ist, wird auf der Seite des Sekundärglieds 14 in einem weiteren Schritt 67 festgestellt, dass sich die Bodenstation unter dem Kraftfahrzeug befindet.

Zur Detektion des benachbart abgestellten Kraftfahrzeugs auf der Seite der Bodenstation wird in einem Schritt 68 wenigstens einer der Betriebsparameter (Spannung, Strom und/oder Frequenz) des Primärglieds 12 erfasst und mit dem entsprechenden ersten primärseitigen Prüfreferenzwert für Spannung, Strom oder Frequenz verglichen. Stimmt der erfasste Betriebsparameter des Primärglieds 12 mit dem ersten primärseitigen Prüfreferenzwert überein, so wird in einem Schritt 70 festgestellt, dass sich weder ein Fahrzeug noch Gegenstände über der Bodenstation befinden. Daher wird die Abgabe der Prüfenergie in einem Schritt 72 beendet und die Spule 26 stromfrei geschaltet.

Da sich in dem vorliegenden Beispiel das Kraftfahrzeug über der Bodenstation befindet, weicht der erfasst Betriebsparameter von dem ersten primärseitigen Prüfreferenzwert ab. Somit wird in einem Schritt 74 festgestellt, dass sich ein Objekt über der Bodenstation befindet. Allerdings kann bis zu diesem Schritt nicht geklärt werden, ob es sich um einen beliebigen Gegenstand oder um das Kraftfahrzeug handelt, da die Prüfenergie sowohl von dem beliebigen Gegenstand als auch von dem Kraftfahrzeug aufgenommen wird. Aus diesem Grund wird in einem weiteren Schritt 76 geprüft, ob der erfasste

Betriebsparameter des Primärglieds 12 mit einem zweiten primärseitigen Prüfreferenzwert übereinstimmt. Falls der erfasste Betriebsparameter von dem zweiten primärseitigen Prüfreferenzwert abweicht, so wird in einem Schritt 78 festgestellt, dass sich ein

Objekt/Gegenstand (aber nicht das Kraftfahrzeug) über der Bodenstation befindet.

Konsequenterweise wird die Abgabe der Prüfenergie gemäß dem Schritt 72 beendet.

In dem hier vorliegenden Beispiel stimmt jedoch der erfasste Betriebsparameter des Primärglieds 12 mit dem zweiten primärseitigen Prüfreferenzwert überein, da das

Kraftfahrzeug über der Bodenstation geparkt ist und außerdem der vordefinierte erste Lastwiderstand R1 in dem Kraftfahrzeug eingestellt wurde.

Nach dem Vergleich gemäß dem Schritt 76 ist es auch aus Sicht der Bodenstation wahrscheinlich, dass sich das Kraftfahrzeug über der Bodenstation befindet. Allerdings muss noch sichergestellt werden, dass nicht ein Gegenstand über der Bodenstation liegt, der so ausgestaltet ist, dass sich zufällig der zweite primärseitige Prüfreferenzwert einstellt. Zu diesem Zweck wird in dem Kraftfahrzeug in einem Schritt 80 ein zweiter vordefinierter Lastwiderstand R2 zu dem ersten Lastwiderstand R1 hinzugeschaltet. Der zweite vordefinierte Lastwiderstand R2 kann beispielsweise nach einer vordefinierten Zeitspanne zugeschaltet werden, die sich von der Erkennung der Bodenstation auf der Seite des Sekundärglieds 14 bis zum aktuellen Zeitpunkt bemisst. Auf der Seite des Primärglieds 12 wird nun der erfasste Betriebsparameter des Primärglieds 12 in einem Schritt 82 mit einem entsprechenden dritten primärseitigen Prüfreferenzwert verglichen. Weicht der erfasste Betriebsparameter von dem dritten primärseitigen Prüfreferenzwert ab, so wird in einem Schritt 84 festgestellt, dass ein Gegenstand über der Bodenstation liegt, der so ausgestaltet ist, dass der erfasste Betriebsparameter des Primärglieds 12 zufällig dem zweiten primärseitigen Prüfreferenzwert entspricht. Somit wird gemäß dem Schritt 72 die Abgabe der Prüfenergie beendet.

In dem vorliegenden Beispiel entspricht der erfasste Betriebsparameter des Primärglieds 12 jedoch dem dritten primärseitigen Prüfreferenzwert, da in dem Kraftfahrzeug der zweite vordefinierte Lastwiderstand R2 zugeschaltet wurde. Als Resultat dieses Vergleichs ergibt sich in einem Schritt 86 zweifelsfrei, dass das Kraftfahrzeug über der Bodenstation abgestellt ist. Die Initialisierung des Primärglieds 12 und des Sekundärglieds 14 ist somit erfolgreich beendet. Infolgedessen kann die Abgabe der Prüfenergie in einem Schritt 88 beendet werden. Des Weiteren kann die reguläre Energieübertragung von dem

Primärglied 12 auf das Sekundärglied 14 in einem Schritt 90 gestartet werden.

Die Verfahrensschritte aus Fig. 2 können im Wesentlichen analog angewendet werden, wenn Energie aus der Traktionsbatterie 20 in das Energieversorgungsnetz 18 übertragen wird (Smart Grid) und damit das Primärglied 12 in dem elektrisch angetriebenen

Kraftfahrzeug und das Sekundärglied 14 in der Bodenstation installiert ist.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens 60, falls ein Objekt zwischen das Primärglied 12 und das Sekundärglied 14 gerät. Dabei soll wiederum angenommen werden, dass das Primärglied 12 in der Bodenstation und das Sekundärglied 14 in dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug installiert ist. Nachdem festgestellt wurde, dass kein Gegenstand zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 liegt, wird der Ladevorgang der

Traktionsbatterie 20 bzw. die Energieübertragung von dem Primärglied 12 auf das Sekundärglied 14 begonnen oder fortgesetzt. Je nach Ladezustand der Traktionsbatterie 20 stellen sich dabei Referenzwerte für Strom, Spannung und Frequenz ein, die während des gesamten Ladevorgangs kontinuierlich überwacht werden. Die Referenzwerte liegen in einem Bereich, der je nach Ladezustand der Traktionsbatterie 20 vom Hersteller vorgegeben ist. In einem Schritt 102 soll angenommen werden, dass sich ein Störobjekt in den Luftspalt zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied hineinbewegt. Dieses Störobjekt kann beispielsweise ein Gegenstand, ein Tier oder auch eine Extremität eines Menschen sein. Da während der Energieübertragung in einem räumlichen Bereich zwischen dem Primärglied 12 der Bodenstation und dem fahrzeugseitigen Sekundärglied 14 ein magnetisches Feld hoher Feldstärke und Flussdichte aufgebaut wird, können

Körperströme induziert oder auch metallisch leitfähige Gegenstände erhitzt werden.

Daher müssen entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, um die Betriebssicherheit der Energieübertragung zu gewährleisten. Dies soll anhand der folgenden Schritte erläutert werden. Links der Trennlinie T aus Fig. 3 sind die Verfahrensschritte auf der Seite des Primärglieds 12 und rechts der Trennlinie T die Verfahrensschritte auf der Seite des Sekundärglieds 14 dargestellt.

Zunächst wird in einem Schritt 104 wenigstens einer der Betriebsparameter des

Primärglieds 12 erfasst. Als Betriebsparameter des Primärglieds 12 kann die

Wechselspannung, der Wechselstrom und/oder die Frequenz der Wechselspannung bzw. des Wechselstroms an dem Referenzpunkt P1 bestimmt werden. Außerdem kann aus den bestimmten Betriebsparametern eine aktuelle Scheinleistung des Primärglieds 12 abgeleitet werden. In einem Schritt 106 wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Sekundärglieds 14 erfasst. Als Betriebsparameter des Sekundärglieds kann die

Wechselspannung, der Wechselstrom und/oder die Frequenz an dem Referenzpunkt S1 und/oder die Gleichspannung bzw. Gleichstrom an dem Referenzpunkt S2 gemessen werden. Des Weiteren kann aus den gemessenen Betriebsparametern des

Sekundärglieds 14 eine sekundärseitige Scheinleistung abgeleitet werden. In einem Schritt 108 wird der wenigstens eine erfasste Betriebsparameter des

Sekundärglieds 14 mit sekundärseitigen Referenzwerten verglichen. Sofern der

Betriebsparameter von dem entsprechenden sekundärseitigen Referenzwert abweicht und außerdem eine verringerte Scheinleistung des Sekundärglieds 14 vorliegt, wird das Eindringen eines Störobjekts in den Luftspalt zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 erfasst. Infolgedessen wird das Sekundärglied 14 in einem Schritt 1 10 in einen definierten Zustand geschaltet. In dem vorliegenden Beispiel wird dazu in dem Sekundärglied 14 der vordefinierte erste Lastwiderstand R1 eingestellt. Des Weiteren wird nach einer vordefinierten Zeitspanne der zweite vordefinierte Lastwiderstand R2 hinzugeschaltet. In einer alternativen Ausführungsform kann die Spule 38 des

Sekundärglieds 14 auch in einem Kurzschluss geschaltet werden.

In einem Schritt 1 12 werden die zu verschiedenen Zeitpunkten gemessenen

Betriebsparameter des Primärglieds 12 mit primärseitigen Referenzwerten verglichen, die den zweiten und dritten primärseitigen Prüfreferenzwerten entsprechen. Würde sich kein Objekt in dem Luftspalt befinden, so müssten sich aufgrund der Schaltung des ersten und zweiten Lastwiderstands R1 , R2 die zweiten und dritten primärseitigen Prüfreferenzwerte als Betriebsparameter des Primärglieds 12 einstellen. Da in dem vorliegenden Beispiel jedoch ein Störobjekt vorhanden ist, weichen die erfassten Betriebsparameter des

Primärglieds 12 entweder von den zweiten oder den dritten primärseitigen

Prüfreferenzwerten ab. Somit wird in einem Schritt 1 14 auf der Seite des Primärglieds 12 festgestellt, dass ein Störobjekt in den Luftspalt eingedrungen ist. Infolgedessen wird in einem Schritt 1 16 die Energieübertragung unterbrochen. Die Spule 26 wird stromfrei geschaltet. Durch das Abschalten der Energieübertragung kann das Gefährdungspotential reduziert werden. Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Verfahrens 60, falls sich der Abstand zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie 20 verringert. In einem Schritt 120 wird zunächst Energie von dem Primärglied 12 auf das

Sekundärglied 14 übertragen. Infolgedessen wird die Traktionsbatterie 20 mit Energie geladen.

In einem Schritt 122 soll angenommen werden, dass sich der Abstand zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 verringert. Dies ergibt sich beispielsweise dadurch, dass das Fahrzeug beladen wird oder die Reifen des Fahrzeugs Luft verlieren. Aufgrund des veränderten Abstands verringert sich die Effizienz des Ladevorgangs. In einem Schritt 124 werden die Betriebsparameter des Primärglieds 12 erfasst. Des

Weiteren wird aus den erfassten Betriebsparametern die Scheinleistung, die sich aus einer Blindleistung und einer Wirkleistung zusammensetzt, abgeleitet. ln einem Schritt 126 werden die Betriebsparameter des Primärglieds 12 mit den primärseitigen Referenzwerten verglichen. Wird auf der Seite des Primärglieds 12 eine höhere Blindleistung bei konstanter Scheinleistung registriert und weichen außerdem die Betriebsparameter von den primärseitigen Referenzwerten ab, so wird die

Abstandsänderung auf der Seite des Primärglieds 12 festgestellt. Als Folge daraus wird wenigstens einer der Betriebsparameter des Primärglieds 12 verändert, um den

Wirkungsgrad der Energieübertragung bzw. die Ladeeffizienz zu erhöhen. Insbesondere wird das Optimum der Energieübertragung bei einer bestimmten Frequenz erreicht, die von dem Abstand zwischen dem Primärglied 12 und dem Sekundärglied 14 abhängig ist. Zusammenfassend kann die Abstandsänderung zwischen den

Energieübertragungsgliedern 12, 14 alleine aus den erfassten Betriebsparametern ableitet werden. Damit kann auf einfache Art und Weise die Effizienz der Energieübertragung bei veränderten Randbedingungen (zum Beispiel Abstandsänderung) optimiert werden.

In einer alternativen Ausführungsform können auch die Betriebsparameter des

Sekundärglieds 14 erfasst werden. Diese können beispielsweise mittels der Sende-/ Empfangseinheiten 36, 50 an das Primärglied 12 übertragen werden. Mithilfe einer anschließenden Auswertung der sekundärseitigen Betriebsparameter wird schließlich die Effizienz der Energieübertragung erhöht.