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 l _in und die Eingangsspannung U _in an. Das Filter 200 weist zwei parallel geschaltete Eingangsspulen Lai und La ₂ und den Filter-Eingangskondensator Ca sowie die parallel geschalteten Ausgangsspulen Lbi und Lb ₂ und den Filter-Ausgangskondensator Cb auf. Statt der zwei in Serie geschalteten Eingangsspulen Lai und La ₂ kann auch eine einzige Eingangsspule La genutzt werden. Statt der zwei in Serie geschaltete Ausgangsspulen Lbi und Lb ₂ kann auch eine einzige Ausgangsspule Lb genutzt werden.

Die Eingangsspulen Lai und La ₂ 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 Lb ₂ am Ausgang 207 des Filters 200 sind direkt mit den Spulen Lai und La ₂ , 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 104 _min ‘, 104 _max ‘ und in genau koaxialer Position 104 _min , 104 _max 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, 104 _max oder CPM 104, 104 _max liegen, welches am zu ladenden Fahrzeug (nicht gezeigt in Fig. 1 ) montiert und zur Einspeisung der vom CPM 104 _max 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, 104 _max 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 x ₀ und y ₀ symmetrisch zum Symmetriezentrum Z _L 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 Z _u und Z _L2 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 U _in und l _in 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

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.