Titel

Übertragungssvstem zum kontaktlosen Übertragen von Energie

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Übertragungssystem zum kontaktlosen Übertragen von Energie zu einem Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , ein Verfahren zum kontaktlosen Übertragen von Energie zu einem Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10, einen sekundären Teil eines Übertragungssystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 und eine Fahrzeuganordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.

Stand der Technik

Elektrische Energiespeicher werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Insbesondere in mobilen Anwendungen werden z. B. Batterien als Energiespeicher eingesetzt. Beispielsweise werden Batterien in

Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen als Energiespeicher eingesetzt, um Energie für den elektrischen Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs oder

Hybridfahrzeugs bereitzustellen. Um eine Batterie als Energiespeicher in einem Fahrzeug einsetzen zu können, muss zusätzlich eine Möglichkeit zum Laden der Batterie bereitgestellt werden.

Dabei ist es üblich, Hochvoltbatterien in einem Fahrzeug z. B. über einen galvanischen Anschluss an das öffentliche Stromnetz zu laden. Dazu kann z. B. in einer Garage eines Hauses ein Ladeadapter installiert werden, an welchen das jeweilige Fahrzeug über ein Kabel angeschlossen werden kann. Alternativ befindet sich der Ladeadapter auf Fahrzeugseite und kann an eine herkömmliche Steckdose angeschlossen werden.

Die EP2623363 zeigt eine herkömmliche Ladeeinrichtung für Energiespeicher. Ferner sind heute induktive Ladeanordnungen als Übertragungssysteme bekannt, bei welchen Energie von dem Ladeadapter an das Fahrzeug kabellos über eine induktive Kopplung zweier Spulen übertragen wird. Beim sogenannten induktiven Laden von Elektrofahrzeugen wird die für das

Laden der Fahrzeugbatterie notwendige Energie nicht über ein Ladekabel zum Fahrzeug übertragen (konduktives Laden), sondern über einen Transformator mit großem Luftspalt kontaktlos übertragen. Hierbei ist typischerweise die primäre Spule des Transformators entweder im Boden eingelassen oder als auf den Boden aufgelegte Ladeplatte ausgeformt und wird mittels einer geeigneten

Elektronik mit dem Stromnetz verbunden. Die sekundäre Spule des

Transformators ist typischerweise fest im Unterboden des Fahrzeugs montiert und ihrerseits mittels geeigneter Elektronik mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Zur Energieübertragung erzeugt die primäre Spule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das die sekundäre Spule durchdringt und dort einen entsprechenden Wechselstrom induziert.

Ein primärer Gleichrichter, eine primäre Leistungsfaktorkorrektureinrichtung, ein primärer Wechselrichter und ein primäre Schwingkreis mit der primären Spule bilden einen primären Teil des Übertragungssystems. Ein sekundärer

Schwingkreis mit einer sekundären Spule, ein sekundärer Gleichrichter, ein sekundärer Impedanzwandler und ein Verbraucher als die zu ladende Batterie bilden einen sekundären Teil des Übertragungssystems. Um die Blindleistung an dem primären Teil, d. h. bei der Entnahme aus dem Stromnetz als eine

Wechselstromquelle, zu reduzieren ist die primäre

Leistungsfaktorkorrektureinrichtung bzw. PFC (Power Factor Correction) als gesondertes elektronisches Bauteil als Einrichtung zur Einstellung des

Leistungsfaktors nur mit diesem Zweck notwendig. Das Übertragungssystem ist deshalb in der Herstellung in nachteiliger weise aufwendig und teuer.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung Erfindungsgemäßes Ubertragungssystem zum kontaktlosen Ubertragen von elektrischer Energie von einer Wechselspannungsquelle zu einem Verbraucher, umfassend, einen primären Gleichrichter zur Umwandlung von

Wechselspannung aus einer Wechselspannungsquelle in pulsierende

Gleichspannung, einen primären Wechselrichter zur Erzeugung von

Wechselspannung aus dem von dem primären Gleichrichter erzeugten

Gleichspannung, eine Übertragungseinrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie der Wechselspannung aus dem primären

Wechselrichter mit einer primären Spule und einer sekundären Spule, einen sekundären Gleichrichter zur Umwandlung von Wechselspannung aus der sekundären Spule in Gleichspannung, einen mit dem sekundären Gleichrichter elektrisch verbundenen sekundären Impedanzwandler, wobei der primäre Gleichrichter, der primäre Wechselrichter und die primäre Spule einen primären Teil des Übertragungssystems bilden und die sekundäre Spule, der sekundäre Gleichrichter und der sekundäre Impedanzwandler einen sekundären Teil des Übertragungssystems bilden, ein Mittel zur Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems, eine Steuer- und/oder Regeleinheit zur Steuerung und/oder Regelung des

Übertragungssystems, wobei mit der Steuer- und/oder Regeleinheit die

Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang eingestellten Spannung in Abhängigkeit von dem pulsierenden Strom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems ausführbar ist, so dass eine Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems, insbesondere an dem Eingang des primären

Gleichrichters, ausführbar ist, weil der Strom an dem primären Teil von der Spannung an dem sekundären Teil abhängt und damit der sekundäre

Impedanzwandler zusätzlich ein Mittel zur Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems bildet und die Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles mittels einer Einstellung der Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems ausführbar ist. In vorteilhafter Weise ist damit keine gesonderte

Leistungsfaktorkorrektureinrichtung bzw. PFC an dem primären Teil notwendig, so dass das Übertragungssystem geringe Herstellungskosten verursacht. In einer weiteren Ausführungsform ist an dem primären Teil des Übertragungssystems keine Einrichtung zur Einstellung des Leistungsfaktors ausgebildet und/oder das Übertragungssystem umfasst einen Verbraucher und der Verbraucher ist vorzugsweise mit dem Ausgang des sekundären

Impedanzwandlers elektrisch verbunden.

In einer weiteren Variante ist an dem primären Teil keine Einrichtung,

insbesondere kein Kondensator, zur Glättung der von dem primären Gleichrichter zur Verfügung gestellten pulsierenden Gleichspannung ausgebildet ist, so dass an dem Ausgang des primären Gleichrichters eine gepulste Gleichspannung und an dem Ausgang des sekundären Gleichrichters und/oder an dem Ausgang des sekundären Impedanzwandlers ein gepulster Gleichstrom vorhanden ist.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Verbraucher eine Batterie, insbesondere eine Batterie eines Kraftfahrzeuges, und/oder die Spannung an dem Ausgang des sekundären Impedanzwandlers und an dem Verbraucher ist im Wesentlichen konstant, vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 10% oder 5% und/oder vorzugsweise während eines Zeitraumes von 15 min, 30 min oder 60 min, und/oder die Wechselspannungsquelle ist ein Stromnetz eines Energieversorgungsunternehmens und/oder der primäre Gleichrichter ist ein Brückengleichrichter. Mit dem Brückengleichrichter können sämtliche Halbwellen des Wechselstromes gleichgerichtet werden.

In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der Strom an dem primären Teil direkt oder indirekt mit einem primären Stromerfassungsmittel erfassbar und/oder die Spannung an dem primären Teil ist mit einem primären

Spannungserfassungsmittel direkt oder indirekt erfassbar.

Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinheit in den sekundären Teil des Übertragungssystems eingebaut.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Strom an dem primären Teil von der Spannung an dem sekundären Teil, insbesondere dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers, abhängig und/oder umgekehrt und/oder der Strom an dem sekundären Teil ist von der Spannung an dem primären Teil, insbesondere an dem Eingang oder Ausgang des primären Gleichrichters, abhängig und/oder umgekehrt.

Zweckmäßig ist das primäre Stromerfassungsmittel zur indirekten Erfassung des Stromes an dem primären Teil ein Sensor zur Erfassung der Spannung an dem sekundären Teil des Übertragungssystems und ein Mittel zur Berücksichtigung der Abhängigkeit zwischen der Spannung an dem sekundären Teil des

Übertragungssystems und dem Strom an dem primären Teil des

Übertragungssystems und/oder das primäre Spannungserfassungsmittel zur indirekten Erfassung der Spannung an dem primären Teil ist ein Sensor zur

Erfassung des Stromes an dem sekundären Teil des Übertragungssystems und ein Mittel zur Berücksichtigung der Abhängigkeit zwischen dem Strom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems und der Spannung an dem primären Teil des Übertragungssystems. Die Spannung an dem primären Teil hängt von dem Strom an dem sekundären Teil, mit oder ohne Phasenverschiebung, ab, so dass die Spannung an dem primären Teil, insbesondere der Verlauf der

Spannung in Abhängigkeit von der Zeit an dem primären Teil, indirekt erfasst werden kann indem mit einem Sensor der Strom, insbesondere der Verlauf des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit an dem sekundären Teil, erfasst wird und mit dem Mittel zusätzlich die Abhängigkeit zwischen dem Strom an dem sekundären Teil und der Spannung an dem primären Teil, vorzugsweise eine Phasenverschiebung und/oder ein Proportionalitätsfaktor zwischen dem Strom an dem sekundären Teil und der Spannung an dem primären Teil, berücksichtigt wird. Dies gilt analog auch zur indirekten Erfassung des Stromes an dem primären Teil. Das Mittel zur Berücksichtigung der Phasenverschiebung ist beispielsweise von der Steuer- und/oder Regeleinheit gebildet.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das primäre Stromerfassungsmittel zur direkten Erfassung des Stromes an dem primären Teil ein Sensor zur Erfassung des Stromes in dem primären Teil des Übertragungssystems und/oder das primäre Spannungserfassungsmittel zur direkten Erfassung der Spannung an dem primären Teil ist ein Sensor zur Erfassung der Spannung in dem primären Teil des Übertragungssystems und/oder mit dem Übertragungssystem, insbesondere mit einer Software in der Steuer- und/oder Regeleinheit, ist ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar und/oder der primären Spule ist wenigstens ein primärer Kondensator zugeordnet, so dass die primäre Spule und der wenigstens eine primäre Kondensator einen primären elektrischen Schwingkreis bilden und/oder der sekundären Spule wenigstens ein sekundärer Kondensator zugeordnet ist, so dass die sekundäre Spule und der wenigstens eine sekundäre Kondensator einen sekundären elektrischen

Schwingkreis bilden.

Die Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang eingestellten Spannung in Abhängigkeit von dem pulsierenden Strom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems ist ausführbar indem die Spannung an dem primären Teil direkt oder indirekt erfasst wird, so dass bei einer direkten Erfassung der Spannung an dem primären Teil die Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang eingestellten Spannung in Abhängigkeit von der direkt erfassten Spannung an dem primären Teil ausgeführt wird oder bei einer indirekten Erfassung der Spannung an dem primären Teil die Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang eingestellten Spannung in

Abhängigkeit von der indirekt erfassten Spannung an dem primären Teil ausgeführt wird, d. h. mit dem Sensor der pulsierende Strom an dem sekundären Teil erfasst wird bzw. erfassbar ist und in Abhängigkeit von dem mit dem Sensor erfassten pulsierenden Strom an dem sekundären Teil die Steuerung und/oder

Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang eingestellten Spannung ausführbar ist. Die Spannung an dem primären Teil ist abhängig von dem Strom an dem sekundären Teil und umgekehrt, so dass auch bei der direkten Erfassung der Spannung an dem primären Teil die Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang eingestellten

Spannung in Abhängigkeit von dem pulsierenden Strom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems ausführbar ist. Bei der direkten Erfassung der Spannung an dem primären Teil ist es notwendig, die Daten zur Spannung von dem primären Teil zu dem sekundären Teil zu übermitteln, beispielsweise mit einer drahtgebunden oder drahtlosen Datenübertragung, insbesondere

Funkverbindung. Da der primäre Teil stationär ausgebildet ist und der sekundäre Teil mobil an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist hat die indirekte Erfassung der Spannung an dem primären Teil den Vorteil, dass keine aufwendige und teure Datenverbindung zwischen dem primären Teil und dem sekundären Teil notwendig ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Strom an dem primären Teil von der Spannung an dem sekundären Teil, insbesondere einem sekundären

Schwingkreis, abhängig, insbesondere mit einer Phasenverschiebung und/oder einem, vorzugsweise proportionalen, Zusammenhang bzw. funktionalen

Zusammenhang, zwischen dem Strom an dem primären Teil und der Spannung an dem sekundären Teil und/oder umgekehrt und/oder die Spannung an dem primären Teil, insbesondere einem primären Schwingkreis, ist von dem Strom an dem sekundären Teil, insbesondere an dem Verbraucher, abhängig, und/oder umgekehrt insbesondere mit einer Phasenverschiebung und/oder einem, vorzugsweise proportionalen Zusammenhang bzw. funktionalen Zusammenhang, zwischen der Spannung an dem primären Teil und dem Strom an dem

sekundären Teil. Der funktionale Zusammenhang ist insbesondere eine quantitative Abhängigkeit bzw. ein quantitativer funktionaler Zusammenhang. In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst das Übertragungssystem keine

Einrichtung zur ausschließlichen Einstellung des Leistungsfaktors.

Erfindungsgemäßes Verfahren zum kontaktlosen Übertragen von elektrischer Energie von einer Wechselstromquelle zu einem Verbraucher mit einem

Übertragungssystem mit den Schritten: Umwandeln von Wechselspannung aus einer Wechselspannungsquelle in pulsierenden Gleichstrom mit einem primären Gleichrichter, Umwandeln der von dem primären Gleichrichter erzeugten

Gleichspannung in Wechselstrom mit einem primären Wechselrichter,

Kontaktloses Übertragen der elektrischen Energie der von dem primären

Wechselrichter erzeugten Wechselspannung von einer primären Spule auf eine sekundäre Spule, Umwandeln des in der sekundären Spule erzeugten

Wechselstromes in Gleichstrom mit einem sekundären Gleichrichter, Verändern der Spannung an einem sekundären Teil des Übertragungssystems mit einem Impedanzwandler, Zuführung von elektrischer Energie als Gleichstrom von dem Impedanzwandler zu dem Verbraucher, wobei der primäre Gleichrichter, der primäre Wechselrichter und die primäre Spule einen primären Teil des

Übertragungssystems bilden und die sekundäre Spule, der sekundäre

Gleichrichter und der sekundäre Impedanzwandler den sekundären Teil des Übertragungssystems bilden, Einstellen des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems, wobei ein Verändern der

Spannung an einem Eingang des sekundären Impedanzwandlers in Abhängigkeit von dem pulsierenden Gleichstrom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems ausgeführt wird zum Einstellen des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems und das Einstellen des Leistungsfaktors mit dem Einstellen der Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem Eingang des primären Teiles des

Übertragungssystems ausgeführt wird. Ein Verändern der Spannung an dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers in Abhängigkeit von der Spannung an dem primären Teil bedeutet auch ein Verändern der Spannung an einem Eingang des sekundären Impedanzwandlers in Abhängigkeit von dem

pulsierenden Gleichstrom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Verbraucher eine Batterie und die Batterie ist mit einem vorgegebenen mittleren Soll-Ladestrom zu laden und die

Annäherung des mittleren Ist-Ladestromes an den mittleren Soll-Ladestrom mit einer Steuerung und/oder Regelung der mittleren Spannung an dem Ausgang des sekundären Impedanzwandlers ausgeführt wird, insbesondere die mittlere Spannung an dem Ausgang des sekundären Impedanzwandlers im

Wesentlichen konstant gehalten wird, vorzugsweise mit einer Abweichung von weniger als 10% oder 5% und/oder vorzugsweise während eines Zeitraumes von 15 min, 30 min oder 60 min und/oder mit dem primären Wechselrichter ein

Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 10 und 150 kHz erzeugt wird und/oder dem Verbraucher elektrische Energie als pulsierender Gleichstrom zugeführt wird. In einer ergänzenden Variante wird in den Eingang des primären Wechselrichters pulsierende Gleichspannung eingeleitet und/oder in den Eingang des

Verbrauchers wird ein pulsierender Gleichstrom eingeleitet, insbesondere entspricht die Frequenz des eingeleiteten pulsierenden Gleichstromes und/oder der pulsierenden Gleichspannung der mit dem Faktor zwei multiplizierten Frequenz des Wechselspannung aus der Wechselspannungsquelle, und/oder die

Wirkleistung an dem primären Teil erhöht wird, insbesondere die aus der Wechselspannungsquelle entnommenen Wirkleistung erhöht wird, mittels der Steuerung und/oder Regelung der Spannung an dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers und/oder die Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem Eingang des primären Teiles reduziert wird indem ein

Verändern der Spannung an einem Eingang des sekundären Impedanzwandlers in Abhängigkeit von dem Strom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems ausgeführt wird.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Verändern der Spannung an dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers in Abhängigkeit von der Spannung, insbesondere der Frequenz der Spannung und/oder dem Verlauf der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit, an dem primären Teil und/oder dem pulsierenden Gleichstrom, insbesondere der Frequenz des pulsierenden Gleichstromes und/oder dem Verlauf des pulsierenden Gleichstromes in Abhängigkeit von der Zeit, an dem sekundären Teil ausgeführt und/oder in Abhängigkeit von der

Phasenverschiebung zwischen der Spannung an dem sekundären Teil des Übertragungssystems und dem Strom an dem primären Teil des

Übertragungssystems ausgeführt wird, falls Phasenverschiebung zwischen der Spannung an dem sekundären Teil des Übertragungssystems und dem Strom an dem primären Teil des Übertragungssystems auftritt und/oder ein Verändern der

Spannung an dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers dahingehend ausgeführt wird, dass der Leistungsfaktor größer als 0,7, 0,8, 0,9 oder 0,95 ist.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Verändern der Spannung an dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers in Abhängigkeit von dem Strom, insbesondere der Frequenz des Stromes und/oder dem Verlauf des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit, an dem primären Teil und/oder der pulsierenden Gleichspannung, insbesondere der Frequenz der pulsierenden Gleichspannung und/oder dem Verlauf der pulsierenden Gleichspannung in Abhängigkeit von der Zeit, an dem sekundären Teil ausgeführt und/oder in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen dem Strom an dem sekundären Teil des

Übertragungssystems und der Spannung an dem primären Teil des

Übertragungssystems ausgeführt wird, falls Phasenverschiebung zwischen dem Strom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems und der Spannung an dem primären Teil des Übertragungssystems auftritt.

In einer weiteren Variante wird das Verfahren mit einem in dieser

Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Übertragungssystem ausgeführt. Zweckmäßig wird das kontaktlose Übertragen der elektrischen Energie von der primären Spule zu der sekundären Spule mittels Induktion ausgeführt. Zweckmäßig wird die Phasenverschiebung an dem primären Teil, insbesondere am Eingang des primären Gleichrichters, um mehr als 10%, 20%, 30%, 50% oder 80% reduziert bezüglich einer Phasenverschiebung ohne dem Verändern der Spannung an dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers in

Abhängigkeit von dem pulsierenden Gleichstrom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem primären Teil direkt oder indirekt bestimmt und in Abhängigkeit von dieser Phasenverschiebung wird der Strom an dem primären Teil dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass im Wesentlichen keine Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem primären Teil auftritt, vorzugsweise die Phasenverschiebung einen Unterschied von weniger als 20%, 10%, 5%, 3% oder 2% aufweist. Die Phasenverschiebung an dem primären Teil wird indirekt bestimmt indem die Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem sekundären Teil bestimmt wird. Die Phasenverschiebung an dem primären Teil wird direkt bestimmt indem die Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem primären Teil bestimmt wird. Der Strom an dem primären Teil wird indirekt gesteuert und/oder geregelt indem die Spannung an dem Eingang des sekundären

Impedanzwandlers eingestellt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das Einstellen der Spannung an dem Eingang des primären Impedanzwandlers mittels einer Veränderung des

Verhältnisses zwischen der Spannung an dem Eingang und Ausgang des primären Impedanzwandlers.

Erfindungsgemäßer sekundärer Teil eines Übertragungssystem zum

kontaktlosen Übertragen von elektrischer Energie von einer

Wechselspannungsquelle zu einem Verbraucher, insbesondere eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Übertragungssystems, umfassend einen Teil einer Übertragungseinrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie der Wechselspannung mit einer sekundären Spule, einen sekundären Gleichrichter zur Umwandlung von Wechselspannung aus der sekundären Spule in Gleichspannung, einen mit dem sekundären Gleichrichter elektrisch verbundenen sekundären Impedanzwandler zur Veränderung der Spannung an dem Eingang des sekundären Impedanzwandlers, ein Mittel zur Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des

Übertragungssystems, vorzugsweise einen Verbraucher und der Verbraucher mit dem Ausgang des sekundären Impedanzwandlers elektrisch verbunden ist, wobei der sekundäre Teil eine Steuer- und/oder Regeleinheit umfasst und mit der Steuer- und/oder Regeleinheit die Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang zur Verfügung gestellten Spannung in Abhängigkeit von dem pulsierenden Gleichstrom an dem sekundären Teil des Übertragungssystems ausführbar ist.

In einer weiteren Variante ist der sekundäre Teil dahingehend ausgebildet, dass bei einem Zusammenwirken des sekundären Teils mit einem primären Teil eines Übertragungssystems eine Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems ausführbar ist aufgrund der Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler am Eingang zur Verfügung gestellten Spannung, weil der Strom an dem primären Teil von der Spannung an dem sekundären Teil abhängt und damit der sekundäre

Impedanzwandler zusätzlich ein Mittel zur Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems bildet und die Einstellung des Leistungsfaktors an dem Eingang des primären Teiles mittels einer Einstellung der Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der

Spannung an dem Eingang des primären Teiles des Übertragungssystems ausführbar ist.

In einer ergänzenden Variante ist der sekundäre Teil ausgebildet zum

Zusammenwirken mit einem primären Teil und der primäre Teil des

Übertragungssystems die nachfolgenden Komponenten umfasst:

einen primären Gleichrichter zur Umwandlung von Wechselspannung aus einer Wechselspannungsquelle in pulsierenden Gleichstrom, einen primären

Wechselrichter zur Erzeugung von Wechselspannung aus der von dem primären Gleichrichter erzeugten Gleichspannung, eine Übertragungseinrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie der Wechselspannung aus dem primären Wechselrichter mit einer primären Spule. Erfindungsgemäße Fahrzeuganordnung, umfassend ein Kraftfahrzeug, ein Übertragungssystem zum kontaktlosen Übertragen von Energie zu einem Verbraucher mit einem primären Teil und einem sekundären Teil, wobei der primäre Teil wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, außerhalb des Kraftfahrzeuges angeordnet ist und der sekundäre Teil, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, in das Kraftfahrzeug eingebaut ist, wobei das

Übertragungssystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Übertragungssystem ausgebildet ist und/oder die Steuer- und/oder Regeleinheit in das Kraftfahrzeug eingebaut ist.

Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden

Recheneinheit bzw. Steuer- und/oder Regeleinheit durchgeführt wird.

Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit bzw. Steuer- und/oder Regeleinheit durchgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter

Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten

Übertragungssystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems,

Fig. 3 eine Fahrzeuganordnung mit dem erfindungsgemäßen

Übertragungssystem, Fig. 4 ein Diagramm der Spannung an dem Eingang des primären

Wechselrichters in einem Übertragungssystem aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 ,

Fig. 5 ein Diagramm des Stromes an dem Ausgang des sekundären

Gleichrichters in einem Übertragungssystem aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 ,

Fig. 6 ein Diagramm der Spannung an dem Eingang des primären

Wechselrichters in einem erfindungsgemäßen Übertragungssystem gemäß Fig. 2,

Fig. 7 ein Diagramm des Stromes an dem Ausgang oder Eingang des

sekundären Gleichrichters in einem erfindungsgemäßen

Übertragungssystem gemäß Fig. 2.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems 1 . Als Energiequelle dient eine Wechselspannungsquelle 4 eines Stromnetzes eines Energieversorgungsunternehmens mit einer Spannung von 220 V bei einer Frequenz von 50 Hz. Ein Eingang 20 eines primären

Gleichrichters 5 als Brückengleichrichter 5 ist elektrisch mit zwei Stromleitungen mit der Wechselspannungsquelle 4 verbunden. Der Eingang 20 und ein Ausgang 21 der Komponenten des Übertragungssystems 1 ist einheitlich für alle

Komponenten bezeichnet. Der primäre Gleichrichter 5 wandelt die

Wechselspannung an dem Eingang 20 in eine gepulste Gleichspannung an dem Ausgang 21 des primären Gleichrichters 5 um. Der primäre Gleichrichter 5 ist kein ungesteuerter Einweggleichrichter, so dass sämtliche Halbschwingungen gleichgerichtet werden. An dem Ausgang 21 des primären Gleichrichters 5 tritt damit eine gepulste Gleichspannung mit einer Frequenz von 100 Hz auf. In Fig. 6 ist an der Abszisse die Zeit t und an der Ordinate die Spannung U an dem Ausgang 21 des primären Gleichrichters 5 aufgetragen. Die von dem primären Gleichrichter 5 zur Verfügung gestellte gepulste Gleichspannung wird in dem primären Wechselrichter 7 bzw. DC/AC-Wandler 7 in Wechselspannung mit einer Frequenz von 120 kHz umgewandelt, welcher an dem Ausgang 21 des

Wechselrichters 7 zur Verfügung steht und in einen primären elektrischen Schwingkreis 1 1 mit einer primären Spule 9 und zwei primären Kondensatoren 10 eingeleitet wird. Aufgrund der hohen Frequenz der von dem Wechselrichter 7 erzeugten Wechselspannung erzeugt die primäre Spule 9 ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, welches in der sekundären Spule 12 einen hochfrequenten Wechselstrom induziert. Der primäre und sekundäre elektrische Schwingkreis 1 1 , 14 weist eine gemeinsame Resonanzfrequenz auf. Die kontaktlos von der primären Spule 9 auf die sekundäre Spule 12 übertragbare Leistung hängt linear von der Frequenz der von dem Wechselrichter 7 erzeugten

Wechselspannung ab, so dass ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld zur kontaktlosen Übertragung einer ausreichenden elektrischen Leistung sinnvoll ist, jedoch führen höhere Frequenzen auch zu höheren Verlusten bei der Übertragung und es gibt außerdem gesetzliche Grenzwerte für die Frequenz des erzeugten magnetischen Wechselfeldes.

Die sekundäre Spule 12 ist Bestandteil des sekundären Schwingkreises 14 mit einer sekundären Spule 12 und zwei sekundären Kondensatoren 13. Die in dem sekundären Schwingkreis 14 induzierte hochfrequente Wechselspannung wird in einem sekundären Gleichrichter 15 bzw. sekundären AC/DC-Wandler 15 in

Gleichspannung umgewandelt. Ein sekundärer Impedanzwandler 16 bzw.

sekundärer DC/DC-Wandler 16 verändert die Spannung zwischen dem Eingang 20 und Ausgang 21 des sekundären Impedanzwandlers 16 als Hochsetzsteller 16 falls die Spannung erhöht wird oder als Tiefsetzsteller 16 falls die Spannung reduziert wird. Der Ausgang 21 des sekundären Impedanzwandlers 16 ist mit dem Verbraucher 17 als einer Batterie 18 elektrisch verbunden. Der primäre Schwingkreis 1 1 und der sekundäre Schwingkreis 14 bilden eine

Übertragungseinrichtung 8. Der primäre Gleichrichter 5, der primäre Wechselrichter 7 und der primäre

Schwingkreis 1 1 bilden einen primären Teil 2 des Übertragungssystems 1 . Der sekundäre Schwingkreis 14, der sekundäre Gleichrichter 15, der sekundäre Impedanzwandler 16 und der Verbraucher 17 bilden einen sekundären Teil 3 des Übertragungssystems 1 . Der Strom I an dem sekundären Teil 3, d. h. an dem Verbraucher 17, ist proportional mit einer Phasenverschiebung von 90° zu der

Spannung U an dem primären Teil 2, insbesondere an dem primären Schwingkreis 1 1. Die Spannung U an dem sekundären Teil 3, d. h. auch an dem Eingang 20 des sekundären Impedanzwandlers 16, ist proportional mit einer Phasenverschiebung von 90° zu dem Strom I an dem primären Teil 2. In Fig. 7 ist an der Abszisse die Zeit t und an der Ordinate der Strom I an dem Ausgang 21 des sekundären Impedanzwandlers 16 aufgetragen. Der Strom I an dem

Ausgang 21 des sekundären Impedanzwandlers 16 entspricht dem Strom I an dem Eingang 20 des sekundären Impedanzwandlers 16, da eine

spannungsgesteuerte Stromquelle vorliegt. Dabei ist dieser Strom I auch der Ladestrom I mit der die Batterie 18 geladen wird. Die Batterie 18 wird somit mit einem gepulsten Ladestrom geladen.

Die Spannung U an dem sekundären Teil 3, d. h. die an dem Ausgang 21 des sekundären Impedanzwandlers 16 anliegende Spannung wird, mit eine Sensor 23 erfasst. Der Strom I an dem sekundären Teil 3, d. h. die an dem Ausgang 21 des sekundären Impedanzwandlers 16 fließende Strom I wird mit einem Sensor

25 erfasst. Zum Laden der Batterie 18 ist als Regelgröße ein bestimmter Ladestrom I vorgegeben, um die Batterie 18 beispielsweise innerhalb einer vorgegebenen Zeit vollständig aufladen zu können. Die von dem Sensor 23 erfasst Spannung U und der von dem Sensor 25 erfasste Strom I wird mit nicht dargestellten Datenleitungen zu einer Steuer- und/oder Regeleinheit 19 übertragen und es erfolgt mittels der Steuer- und /oder Regeleinheit 19 ein dahingehendes Verändern 28 der Spannung U, so dass der gewünschte Ladestrom I erreicht wird, d. h. es erfolgt ein von der Steuer- und/oder

Regeleinheit 19 ausgeführte Steuerung und/oder Regelung des Ladestromes I für die Batterie 18 oder es erfolgt eine Anpassung an den Ladezustand der

Batterie 18. Die Batterie 18 wird mit einem gepulsten Ladestrom geladen, so dass der Ladestrom I ein mittlerer Ladestrom I ist und auch die Spannung U eine mittlere Spannung U ist mit der die Batterie 18 geladen wird. An dem primären Teil 2 tritt wie bereits beschrieben eine gepulste

Gleichspannung U mit einer Frequenz von 100 Hz auf. Der Strom I an dem sekundären Teil 3, d. h. an dem Verbraucher 17, und dem sekundären

Impedanzwandler 16 ist proportional mit einer Phasenverschiebung von 90° zu der Spannung U an dem primären Teil 2. Die Spannung U an dem primären Teil 2 hängt somit von dem Strom I an dem sekundären Teil 3 ab. Die Spannung U an dem sekundären Teil 3, d. h. insbesondere an dem Eingang 20 des sekundären Impedanzwandlers 16, ist proportional mit einer

Phasenverschiebung von 90° zu dem Strom I an dem primären Teil 2. Damit wird die Batterie 18 mit einem gepulsten Ladestrom I mit einer Frequenz von 100 Hz geladen. An dem primären Teil 2, insbesondere bei der Entnahme aus der Wechselstromquelle 4, soll eine möglichst kleine Blindleistung, d. h. eine möglichst kleine Phasenverschiebung zwischen dem Spannung U und dem Strom I auftreten.

Mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 wird zusätzlich das Verändern 29 der Spannung an dem Eingang 20 des sekundären Impedanzwandlers 16 in Abhängigkeit von der Spannung U und vorzugsweise dem Strom I in dem primären Teil 2 des Übertragungssystems 1 ausgeführt zur Reduzierung der Phasenverschiebung zwischen dem Strom I und der Spannung U an dem primären Teil 2 des Übertragungssystems 1 , so dass der sekundären

Impedanzwandler 16 zusätzlich ein Mittel zur Reduzierung der Blindleistung in dem primären Teil 2 bildet. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 19 benötigt somit die aktuelle Spannung U und vorzugsweise den aktuellen Strom I an dem primären Teil 2, um in Abhängigkeit hiervon den Strom I an dem primären Teil 2 mit einer möglichst kleinen Phasenverschiebung zu der aktuellen Spannung U und aktuellen Strom I zu steuern und/oder zu regeln.

Ein primäres Spannungserfassungsmittel 24 erfasst die aktuelle Spannung U an dem primären Teil 2. Das primäre Spannungserfassungsmittel 24 ist von einem Sensor 25 zur Erfassung des Stromes I an dem sekundären Teil 3, d. h. an der Batterie 18, gebildet. Aufgrund der Phasenverschiebung von 90 ° zwischen dem Strom I an dem sekundären Teil 3 und der Spannung U an dem primären Teil 2 und der Abhängigkeit zwischen den beiden Größen kann von der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 aus dem von dem Sensor 25 erfassten Strom I an dem sekundären Teil 3 indirekt die aktuelle Spannung U an dem primären Teil 2 berechnet werden. Abweichend hiervon kann das primäre

Spannungserfassungsmittel 24 auch von einem Sensor 27 zur direkten

Erfassung der Spannung U an dem primären Teil 2 ermittelt werden, jedoch erfordert dies eine Datenübertragung von dem primären Teil 2 zu dem sekundären Teil 3 mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 19. Ein primäres Stromerfassungsmittel 22 erfasst den aktuellen Strom I an dem primären Teil 2. Das primäre Stromerfassungsmittel 22 ist von einem Sensor 23 zur Erfassung der Spannung U an dem sekundären Teil 3, d. h. an der Batterie 18, gebildet. Aufgrund der Phasenverschiebung von 90 ° zwischen der Spannung U an dem sekundären Teil 3 und dem Strom I an dem primären Teil 2 und der

Abhängigkeit zwischen den beiden Größen kann von der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 aus der von dem Sensor 23 erfassten Spannung U an dem sekundären Teil 3 der aktuelle Strom I an dem primären Teil 2 indirekt berechnet werden. Abweichend hiervon kann das primäre Stromerfassungsmittel 22 auch von einem Sensor 26 zur direkten Erfassung des Stromes I an dem primären Teil

2 ermittelt werden, jedoch erfordert dies eine Datenübertragung von dem primären Teil 2 zu dem sekundären Teil 3 mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 19.

Der Strom an dem primären Teil 2 hängt von der Spannung an dem sekundären Teil 3, insbesondere der Spannung an dem Eingang 20 des sekundären

Impedanzwandlers 16 ab. Die Spannung an dem primären Teil 2 hängt von dem Strom an dem sekundären Teil 3 ab. Die Spannung an dem primären Teil 2 kann mit dem primären Spanungserfassungsmittel 24 direkt oder indirekt erfasst werden. Bei einer direkten Erfassung der Spannung an dem primären Teil 2 ist das primäre Spannungserfassungsmittel 24 der Sensor 27. Bei einer indirekten Erfassung der Spannung an dem primären Teil 2 ist das primäre

Spannungserfassungsmittel 24 unter anderem von dem Sensor 25 zur Erfassung des Stromes an dem sekundären Teil 3 gebildet.

Mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 ist die Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler 16 am Eingang 20 eingestellten Spannung in Abhängigkeit von dem pulsierenden Strom an dem sekundären Teil 3 des Übertragungssystems 1 ausführbar. Sofern keine Phasenverschiebung zwischen der Spannung an dem sekundären Teil 3 und dem Strom an dem primären Teil 2 auftritt ist es lediglich notwendig die Steuerung und/oder

Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler 16 am Eingang 20 eingestellten Spannung in Abhängigkeit von dem pulsierenden Strom an dem sekundären Teil 3 des Übertragungssystems 1 dahingehend auszuführen, dass an dem Eingang 20 des sekundären Impedanzwandlers 16 im Wesentlichen keine Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung auftritt, so dass hieraus resultierend auch an dem primären Teil 2 keine

Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung auftritt. Sofern eine Phasenverschiebung zwischen der Spannung an dem sekundären Teil 3 und dem Strom an dem primären Teil 2 auftritt ist diese Phasenverschiebung bei der Steuerung und/oder Regelung der von dem sekundären Impedanzwandler 16 am Eingang 20 eingestellten Spannung dahingehend zu berücksichtigen, dass an dem primären Teil 2 im Wesentlichen keine Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung auftritt. Eine gesonderte Erfassung der Spannung an dem Eingang 20 des sekundären Impedanzwandlers 16 ist somit für das Übertragungssystem 1 nicht zwingend notwendig, jedoch kann dies optional zur

Überwachung ausgeführt werden. Analog kann auch an dem primären Teil 2 der Strom direkt oder indirekt erfasst werden zur Überwachung der

Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung an dem primären Teil 2.

Eine in Fig. 3 dargestellte Fahrzeuganordnung 30 zeigt ein Kraftfahrzeug 31 mit einem Antriebsmotor 33 als Elektromotor 34. Das Kraftfahrzeug 31 weist die Batterie 18 auf und die Batterie 18 versorgt den Elektromotor 34 als

Antriebsmotor 33 zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 31. Der primäre Teil 2 des Übertragungssystems 1 ist in den Boden 32 eingebaut und der sekundäre Teil 3 ist in das Kraftfahrzeug 31 eingebaut. Das Laden der Batterie 19 kann damit kontaktlos während des Parkens des Kraftfahrzeuges 31 ausgeführt werden.

Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem 1 , dem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontaktlosen Übertragen von Energie zu einem Verbraucher 17, dem erfindungsgemäßen sekundären Teil 3 des Übertragungssystems 1 sowie mit der erfindungsgemäßen Fahrzeuganordnung 30 wesentliche Vorteile verbunden. Im Stand der Technik erfolgt die Reduzierung der Blindleistung in dem primären Teil 2 mit einer in dem primären Teil 2 eingebauten Leistungsfaktorkorrektureinrichtung 6 als PFC (Power Factor

Correction) mit einem zusätzlichen Kondensator zur Glättung des von dem primären Gleichrichter 5 erzeugten Gleichstromes (Fig. 1 ). An dem Eingang 20 des primären Wechselrichters 7 tritt damit eine im Wesentlichen konstante Spannung U auf (siehe Fig. 4) und an der Batterie 18 ein im Wesentlichen konstanter Ladestrom I (siehe Fig. 5). Das Übertragungssystem 1 im Stand der

Technik ist aufgrund der Notwendigkeit des gesonderten elektronischen Bauteils der Leistungsfaktorkorrektureinrichtung 6 in der Herstellung in nachteiliger Weise teuer. In dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem 1 ist eine

Leistungsfaktorkorrektureinrichtung 6 als gesonderte Bauteil nicht notwendig, weil lediglich durch eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung der Spannung U an dem Eingang 20 des sekundären Impedanzwandlers 16 die

Blindleistung an dem primären Teil 2 reduziert wird. Die Reduzierung der Blindleistung in dem primären Teil 2 kann im Wesentlichen damit beispielsweise nur mit einer entsprechenden Software in der Steuer- und/oder Regeleinheit 19 erzielt werden. Damit können insbesondere die gesetzlichen Anforderungen für die Blindleistung bei der Entnahme von elektrischer Energie aus der

Wechselstromquelle 4 ohne der teuren Leistungsfaktorkorrektureinrichtung 6 erfüllt werden.