Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zum Prüfen des kontaktlosen Ladens eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs in einer zum kontaktlosen Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs durch eine Ladeplatte geeig- neten Ladeposition oder einer simulierten Ladeposition. Aktuelle elektrische Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge setzen eine Speicherbatterie ein, die als eine elektrische Energieversorgungseinheit für einen elektrischen Motor dient, der eine Antriebsquelle für derartige Fahrzeuge ist. Elektrische Energiespeicher von Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb, insbe- sondere von reinen Elektro-Fahrzeugen bzw. Plug-in-Hybriden, sollen regelmäßig geladen werden, um den Betrieb des Kraftfahrzeugs bzw. einen besonders energieeffizienten Betrieb zu ermöglichen. Eine besonders komfortable Wiederaufladung von Energiespeichern eines Kraftfahrzeugs ist bei einem induktiven Laden möglich, bei dem eine in einen Infrastrukturbereich, beispielsweise eine Garage oder einen Parkplatz, integrierte energieemittierende Ladeplatte genutzt wird, um Energie induktiv auf eine entsprechende Ladeplatte des Kraftfahrzeugs zum Laden des Energiespeichers zu übertragen. Als ein System zum Nachladen einer derartigen Speicherbatterie wird im Stand der Technik ein Ladesystem mit einer Ladeeinrichtung zum Versorgen der Speicherbatterie mit elektrischer Energie wie beispielsweise eine Ladestation vorgeschlagen. Insbesondere wird zum Nachladen der Speicherbatterie zunehmend nach Lösungen für kontaktloses Laden gesucht, bei der eine Ladeeinrichtung mit einer elektrischen Energieübertragungsspule, die vorab in die Bodenoberfläche eingebettet wird, bereitgestellt wird. Eine elektrische Energieempfangsspule ist in einem unteren Karosserieabschnitt eines Fahrzeugs angebracht, das ein Ladeziel darstellt. Die Energieempfangsspule ist gegenüberliegend zur Energieübertragungsspule relativ positioniert, um elektrische Energieübertragung von der Energieübertragungsspule zur Energieempfangsspule durch gegenseitige Induktion oder Resonanz zu veranlassen, was durch elektromagnetisches Koppeln zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule erreicht wird. Problematisch ist dabei, dass es zur Konfiguration und Überprüfung einer Ladestation und zum Vermessen kontaktloser Ladesysteme in Bezug auf Ladevorgang, Funktionalität und technischem Verhalten derzeit keine geeigneten Prüfstände gibt.

Um eine hohe Effizienz beim Ladevorgang zu erreichen ist es ferner vorteilhaft, wenn die Ladeplatte des Kraftfahrzeugs sehr genau über der fahrzeugexternen Ladeplatte positioniert wird, was ebenfalls nur durch aufwändiges Positionieren des Fahrzeugs möglich ist. Abweichungen bei Messauswertun- gen können daher nicht immer zuverlässig auf die Ladestation als solche oder auf eine nicht optimale Positionierung zurückgeführt werden. Neben dieser Problematik verursacht auch die Bereitstellung von Fahrzeugen mit eingebauten sekundärseitigen Ladeplatten zu erheblichem Mehraufwand, was es zu vermeiden gilt. Andererseits ist es wünschenswert Testreihen auch mit den im Kraftfahrzeug eingebauten Ladeeinrichtungen mit einer Testvorrichtung durchführen zu können, ohne dass es aufwändiger Umrüstmaßnahmen bedarf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung (insbe- sondere einen Prüfstand) sowie ein Verfahren zu schaffen, mit dem erforderliche Tests eines kontaktlosen Ladesystems zuverlässig und reproduzierbar wahlweise mit oder ohne Fahrzeug durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 ge- löst.

Insbesondere ist es möglich gemäß der Lösung der vorliegenden Erfindung mit einer solchen Vorrichtung elektrische Tests des kontaktlosen Ladesystems, wie Spannungslagen durchfahren zu können, Leistungen zu variieren und Netzspannungsfehler detektieren zu können. Ferner kann eine Wir- kungsgradvermessung in Abhängigkeit der Überlagerungsposition und der geometrischen Lage der an der Ladung zueinander beweglich

positionierbaren Teile möglich sein sowie eine Robustheitsmessungen bei Verstellung der Überlagerungsposition während des Ladevorganges.

Daneben bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit einer Kommunikationsprüfung des Lade-Kommunikationssystems, eine Prüfung des Ladesystem-Verhaltens bei Fehlerfällen, eine Überprüfung der Zwischenraumüberwachung (Objekterkennung & Metallobjekterkennung).

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, Positionierhilfen zu überprüfen bzw. die gewünschte relative Position einer in einem Fahrzeug montierten sekundärseitigen Ladeplatte zu einer primärseitigen Ladeplatte zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird daher ein Prüfstand mit den folgenden Merkmalen vorgeschlagen. Der Prüfstand ist ausgebildet zur Durchführung von Prüfungen zur Beurteilung des kontaktlosen Ladens einer Energiespeichereinheit eines Kraftfahrzeug umfassend einen Netzsimulator zur Simulation einer insbesondere länderspezifischen (eingangsseitigen) Netzspannung, welcher mit einer primärseitigen Ladeplatte verbunden ist sowie wenigstens eine bewegliche Vorrichtung ausgestattet mit einer Messsonde zur Positionierung der Messsonde in einem Arbeitsbericht oberhalb oder unmittelbar benachbart zu der primärseitigen Ladeplatte, wobei oberhalb der primärseitigen Ladeplatte bestimmungsgemäß ein Positionierbereich (A) zur kontaktlosen Positionierung einer sekundärseitigen Ladeplatte eines Kraftfahrzeugs relativ zur primärseitigen Ladeplatte vorgesehen ist und einen Leistungsanalysator zum Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (Spannung, Strom und/oder Leistung) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten.

Als primärseitige Ladeplatte im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung mit wenigstens einer Energieübertragungsspule und als sekun- därseitige Ladeplatte ist eine Anordnung mit wenigstens einer Energieempfangsspule zu verstehen, so dass durch elektromagentische Induktion oder Kopplung die Sekundärseitige Ladeplatte elektromagnetisch d.h. induktive energetisiert wird, was durch elektromagnetisches Koppeln zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule erreicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner eine zweite bewegliche Vorrichtung, vorzugsweise ein am Boden verfahrbarer Roboter- vorgesehen, an dem die sekundärseitige Ladeplatte von einer Montageposition in eine zur Ladung der Energiespeichereinheit bestimmte Kopplungsposition oberhalb der primären Ladeplatte bewegbar ist. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich auch eine Ladesimulation ohne Fahrzeug vorzunehmen und insbesondere eine sehr genaue Positionierung der Ladeplatten zueinan- der zu erzielen.

In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und/oder zweite bewegliche Vorrichtung ein vorzugsweise jeweils am Boden hin- und her beweglicher bzw. fahrbarer Roboter mit jeweils einem beweglichen Arm darstellt. Weiter vorteilhaft ist es, wenn auch die die primärseitige Ladeplatte entweder positionsfest oder mittels einer Verlagerungsvorrichtung positionsveränderlich am Boden angeordnet ist. Insbesondere im letzte Fall lassen sich die diverse Prüfsituationen ohne große Rüstzeiten realisieren.

Darüber hinaus ist es mit Vorteil vorgesehen, dass Haltevorrichtungen ange- ordnet sind, um die Bodenplatte mit den Robotern positionieren zu können (Verschiebeeinheit). Dann sind folgende Szenarien realisierbar.

Die primärseitige Ladeplatte liegt fest am Boden und Roboter hält die fahr- zeugseitige Ladeplatte und bringt diese in eine Zielposition, womit gleichzeitig die Bewegung eines Fahrzeugs simuliert wird.

Alternativ kann die Verschiebeeinheit mit der primärseitigen Ladeplatte vom Roboter bewegt werden, während ein Fahrzeug mit der sekundärseitigen Ladeplatte in einer definierten Position abgestellt ist, so dass die Ladeplatten in einem bestimmten Arbeitsbereich sind. Damit kann ebenfalls mit einem Fahrzeug die Fahrsituation simuliert werden.

Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, wenn an dem oder den Roboterarmen der beweglichen Vorrichtungen eine in etwa horizontal über dem Boden ver- laufende Armverlängerung oder ein Manipulator angebracht ist an dessen jeweiligem einen Ende einmal eine Messsonde bzw. bei dem anderen Roboter die Ladeplatte gehalten ist bzw. sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ferner eine Einheit zur Simulation der zu ladenden Energiespeicherein- heit (anstelle der Energiespeichereinheit) des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, welche mit der sekundärseitigen Ladeplatte elektrisch verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die Kombination aus fahrzeugseitiger Ladeplatte und Energiespeichereinheit testen, ohne ein damit ausgestattetes Fahrzeug zu benötigen, wodurch erhebliche Prüfkosten und Aufwendungen eingespart werden können.

Weiter bevorzugt ist es, wenn die Einheit zur Simulation der zu ladenden Energiespeichereinheit aus wenigstens einer Gleichspannungssenke und einem Gleichspannungsnetzteil gebildet werden, welche vorzugsweise in direkter Parallelschaltung mit der sekundärseitigen Ladeplatte elektrisch ver- bunden sind. Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn zwischen der Einheit und der sekundärseitigen Ladeplatte ein Isolationswächter angeordnet ist, um Isolationsfehler zu detektieren, die ggf. gefährliche Zustände darstellen können. Darüber hinaus ist es mit Vorteil vorgesehen, dass der Positionierbereich (A) im Bereich einer Abstellfläche für ein Kraftfahrzeug mit einer Länge von vorzugsweise etwa 5 Meter und einer Breite von etwa 2,5 Meter ausgebildet ist, so dass wahlweise entweder ein Kraftfahrzeug mit dessen integrierter se- kundärseitiger Ladeplatte oder die an der beweglichen Vorrichtung angeordnete Ladeplatte in den Positionierbereich (A) gebracht werden kann.

Mittels der beweglichen Vorrichtung kann die relative Lage der sekundärsei- tigen Ladeplatte zur primärseitigen Ladeplatte gewünscht und veränderbar eingestellt werden, so dass unterschiedliche Abstellpositionen eines Kraft- fahrzeugs oberhalb der Ladeplatte nachgestellt und deren Auswirkungen auf den Ladevorgang mittels des Leistungsanalysators erfasst werden können.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Sensorsystem ausgestattet mit Sensoren, vorzugsweise ein iGPS-System (Indoor-GPS- System) zur Erfassung der relativen Lage eines Kraftfahrzeugs zum Prüf- stand. Durch die exakte Kenntnis der Position eines Fahrzeugs ist es möglich, diese Daten an die Steuerung des Prüfstands zu übermitteln, um diese bei den Prüfungen zu berücksichtigen und die Positionierung der z.B. sekun- därseitigen Ladeplatte exakt vornehmen zu können, ohne das Fahrzeug aufwendig bewegen zu müssen. Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass eine spezifische Sicherheitslogik im System integriert ist, welche sicherheitsrelevante mechanische und elektrische Betriebsparameter, wie auch Statusdaten eines der sekundärseitigen Ladeplatte nachgeschalteten Isolationswächters erfassen kann und beim Eintritt oder Ausbleiben definierter Bedingungen die Spannungsversorgung vom Netzsimulator abschaltet oder trennt oder das System inaktiv schaltet.

Ebenfalls vorteilhaft ist eine Systemkonfiguration des Ladestands bei dem die Betriebssoftware über eine Benutzeroberfläche verfügt, um Betriebsdaten und Betriebsmodi der Betriebssoftware von einem Benutzer einstellen oder verändern zu können.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen und/oder Erfassen von Messdaten mit einem wie zuvor beschriebenen Prüfstand mit den folgenden Schritten: i) wahlweise bewegen der primärseitigen Ladeplatte relativ zur sekundär- seitigen Ladeplatte oder umgekehrt und zwar in eine bestimmungsgemäße relative Endposition zueinander und ii) Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (U, I, P) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten während der Bewegung in und/oder nach Erreichen der

Endposition.

Von Vorteil ist es dabei, wenn eine Messsonde an der beweglichen Vorrichtung in eine bestimmungsgemäße Messposition relativ zur primär- und se- kundärseitigen Ladeplatten gebracht wird und Messdaten bei der Ladung oder Ladesimulation der Energiespeichereinheit, insbesondere dabei erfass- te Feldstärkedaten elektromagnetischer Feldmessungen erfasst werden und ausgewertet werden.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die erfassten Messdaten der Kenngrößen (U, I, P) und/oder die erfassten Feldstärkedaten mit in einem Systemspeicher hinterlegten Sollwertdaten verglichen und ausgewertet werden.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine systematische Darstellung eines Konzeptes eines Prüfstandes und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Prüfstandes aus Fig.1 in einer Ausführungsform mit zwei Roboter.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.

In der Figur 1 ist eine systematische Darstellung eines Konzeptes eines Prüfstandes nach der Idee der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Der Prüfstand 1 ist ausgebildet zur Durchführung von Prüfungen zur Beurteilung des kontaktlosen Ladens einer Energiespeichereinheit 2 über eine La- deplatte 50 eines Kraftfahrzeugs 3. Der Prüfstand 1 umfasst einen Netzsimulator 10, welcher von einer Stromversorgung über drei Phasen L1, L2, L3 versorgt wird. Der Netzsimulator ist ausgebildet zur Simulation einer insbesondere länderspezifischen Netzspannung Ui. Diese spezifische Netzspannung Ui dient der Spannungsversorgung einer Wandladestation 4 oder Wallbox. Von der Wandladestation 4 geht eine elektrische Leitung 5 zur primärseitigen Ladeplatte 20, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen. Die primärseitige Ladeplatte 20 ist am Boden angeordnet und befindet sich in einem Abstellbereich zum Abstellen eines Kraftfahrzeuges 3 oberhalb der Ladeplatte 20. Ferner ist ein erster am Boden verfahrbarer Roboter 40 mit einer Messsonde 44 und zwar eine B-Feldsonde vorgesehen. Mittels des Roboters 40, der über einen über mehrere Achsen beweglichen Roboterarm 41 verfügt (siehe Figur 2) kann die gewünschte Positionierung der Messsonde 44 in einem Arbeitsbericht oberhalb oder benachbart zu der primärseitigen Ladeplatte 20 erfolgen. Wie auch in der Figur 2 näher ersichtlich, verfügt befindet sich am Roboterarm 41 eine in etwa horizontal über dem Boden verlaufende Armverlängerung 42, so dass auch Bereiche unterhalb des Kraftfahrzeuges gut zu erreichen sind. In der Figur 2 sind ergänzend die Positionen von Fahrzeugräder R gezeigt, für die Prüfungssituation, wenn die Prüfungen direkt an einem Fahrzeug 3 mit eingebauter Ladeplatte 50 stattfinden.

Ferner ist ein Leistungsanalysator 30 zum Erfassen primärseitiger und/oder sekundärseitiger elektrischer Kenngrößen (Strom, Spannung und Leistung) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten 20, 50 vorgesehen.

Der zu überprüfende Ladevorgang über die induktive Kopplung von der pri- märseitigen Ladeplatte 20 zur sekundärseitigen Ladeplatte 50, kann daher im Prüfstand 1 entweder über eine in einem Fahrzeug 3 eingebaute sekundär- seitige Ladeplatte 50 oder über eine am Roboterarm 61 des zweiten Roboters 60 befestigte Ladeplatte 50 erfolgen.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich wahlweise die primärseitige Ladeplatte 20 relativ zur sekundärseitigen Ladeplatte 50 oder umgekehrt zu bewegen und zwar in eine bestimmungsgemäße relative Endposition zueinander, die der Ladestellung eines induktiven d.h. kontaktlosen Ladevorgangs entspricht. Der Positionierbereich A ist daher im Bereich einer Absteilfläche für ein Kraftfahrzeug 3 vorgesehen, wobei die Abstellflä- che vorzugweise mindestens mit einer Länge von etwa 5 Meter und einer Breite von etwa 2,5 Meter ausgebildet ist, so dass übliche Kraftfahrzeuge direkt in den Prüfstand getestet werden können. Als optionale nutzbare Einrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel noch ein Sensorsystem 90 mit Sensoren 91 und zwar ein iGPS-System (Indoor-GPS-System) zur Erfassung der relativen Lage eines Kraftfahrzeugs 3 im Prüfstand 1 vorgesehen, so dass die Positionierung der Ladeplatten 20, 50 zueinander mit hoher Genauigkeit erzielt werden kann.

Mittels des Leistungsanalysators 30 werden die elektrischen Kenngrößen (U, I, P) der elektrisch bzw. elektromagnetisch energetisierten Ladeplatten 20, 50 primärseitig und sekundärseitig während der Bewegung in und nach Erreichen der Endposition erfasst.

Hierzu ist der Prüfstand so ausgebildet, dass oberhalb der primärseitigen Ladeplatte 20 bestimmungsgemäß ein Positionierbereich A zur kontaktlosen Positionierung einer sekundärseitigen Ladeplatte 50 eines Kraftfahrzeugs relativ zur primärseitigen Ladeplatte 20 vorgesehen ist.

Der zweite Roboter 60 an dem die sekundärseitige Ladeplatte 50 gehalten ist, kann zur Simulation der Ladestellung eines Kraftfahrzeuges von einer Montageposition in eine zur Ladung der Energiespeichereinheit 2 bestimmte Kopplungsposition oberhalb der primären Ladeplatte 20 bewegt werden.

Der zweite Roboter 60 ist hierzu ebenfalls als ein am Boden hin- und her beweglicher bzw. fahrbarer Roboter mit einem beweglichen Arm 61 ausgeführt.

Die sekundärseitige Ladeplatte 20 ist mit einer Einheit 70 zur Simulation der zu ladenden Energiespeichereinheit 2 des Kraftfahrzeugs 3 ausgestattet. vorgesehen ist, welche mit der sekundärseitigen Ladeplatte 50 elektrisch verbunden ist. Diese Energiespeichersimulationseinheit 70 besteht aus einer Gleichspannungssenke 71 und einem Gleichspannungsnetzteil 72, welche in Parallelschaltung mit der sekundärseitigen Ladeplatte 50 elektrisch verbunden sind. In der Figur 1 ist ferner eine zentrale Steuerung 115 vorgesehen, welche die im Prüfstand 1 verbauten Funktionseinheiten und deren wechselseitige Funktion über eine Netzwerkschnittstelle und ein Bussystem oder bekannte Kommunikationswege wie z.B. Ethernet steuert.

Darüber hinaus verfügt der Prüfstand 1 über eine spezifische Sicherheitslogik 100, welche sicherheitsrelevante mechanische und elektrische Betriebsparameter Bi, wie auch Statusdaten Si der Roboter 40, 60 steuert. Ferner können auch sicherheitsrelevante Daten der Ladeplatten 20, 50 mit der Sicher- heitslogik 100 überwacht werden. Ein der sekundärseitigen Ladeplatte 20 nachgeschalteter Isolationswächters 101 dient der Erfassung von Isolationsfehlern und kann beim Eintritt definierter Bedingungen z. B. über die Steuerung eine Warnung veranlassen und/oder die Spannungsversorgung vom Netzsimulator 0 abschalten oder trennen.

Die Steuerung 115 verfügt über eine Benutzeroberfläche 110, um Betriebsdaten und Betriebsmodi der Betriebssoftware 111 des Prüfstands 1 von einem Benutzer einstellen oder verändern zu können.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.