WO2020002224A1

WO2020002224A1 - Signalanpassungsvorrichtung in einem system für induktive leistungsübertragung

Info

Publication number: WO2020002224A1
Application number: PCT/EP2019/066657
Authority: WO
Inventors: Lukas Böhler; Adrian IMMLER; Richard KOCSIS; Martin Erler
Original assignee: Brusa Elektronik AG
Current assignee: Brusa Elektronik AG
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2020-12-29
Also published as: US11831170B2; CN112956108B; US20210135500A1; DE112019003286A5; CN112956108A

Abstract

Es wird eine Signalanpassungsvorrichtung (400) für eine Auswerteschaltung (402) zum Auswerten eines elektromagnetischen Signals zum Betrieb in einem induktiven Energieübertragungssystem beschrieben, aufweisend eine Signalübertragungseinrichtung (420), wobei die Signalübertragungseinrichtung aufweist einen Antennenanschluss (403) zum Anschließen einer Empfangsantenne (302ax), einen Auswerteanschluss (404) zum Anschließen der Auswerteschaltung (302) für das elektromagnetische Signal, wobei der Antennenanschluss (403) zum Empfang des elektromagnetischen Signals eingerichtet ist, wobei die Signalübertragungseinrichtung (420) eingerichtet ist, die Phasenlage des elektromagnetischen Signals im Wesentlichen unverändert zu lassen und wobei die Signalübertragungseinrichtung (420) eingerichtet ist, die Amplitude des elektromagnetischen Signals an eine von der Auswerteschaltung vorgebbare Charakteristik anzupassen, wobei der Auswerteanschluss zum Bereitstellen des elektromagnetischen Signals an die Auswerteschaltung (402) eingerichtet ist.

Description

SIGNALANPASSUNGSVORRICHTUNG IN EINEM SYSTEM FÜR INDUKTIVE

LEISTUNGSÜBERTRAGUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet des induktiven Ladens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Signalanpassungsvorrichtung und ein Verfahren zum Anpassen einer anpassbaren Filtereinrichtung.

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 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 wird eine Signalanpassungsvorrichtung für eine Auswerteschaltung zum Auswerten eines elektromagnetischen Signals zum Betrieb in einem induktiven Energieübertragungssystem angegeben. Diese Signalanpassungsvorrichtung weist einen Antennenanschluss zum Anschließen einer Empfangsantenne und einen

Auswerteanschluss zum Anschließen der Auswerteschaltung für das elektromagnetische Signal auf. Der Antennenanschluss ist zum Empfang des elektromagnetischen Signals eingerichtet. Die Signalübertragungseinrichtung ist eingerichtet die Phasenlage des elektromagnetischen Signals im Wesentlichen unverändert zu lassen und die Amplitude des elektromagnetischen Signals an eine von der Auswerteschaltung vorgebbare

Charakteristik anzupassen. Außerdem ist der Auswerteanschluss zum Bereitstellen des elektromagnetischen Signals an die Auswerteschaltung eingerichtet. Die vorgebbare Charakteristik kann einen Frequenzgang der Signalanpassungsvorrichtung beeinflussen oder eine Resonanzfrequenz eines Primärresonanzkreises beeinflussen, beispielsweise um einen Übertragungsfaktor einzustellen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum

Anpassen einer anpassbaren Filtereinrichtung einer Signalanpassungseinrichtung beschrieben, aufweisend das Anregen der anpassbaren Filtereinrichtung mit einem Anregeimpuls, beispielsweise einem Gleichstromimpuls, und Messen einer Phasenlage des Filters mit einer Phasenmesseinrichtung des induktiven Energieübertragungssystems, sowie Anpassen der anpassbaren Filtereinrichtung durch das Zuschalten und/oder Wegschalten von zumindest einem Kondensator und/oder einem Array von

Kondensatoren zu der Filtereinrichtung.

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, das Verfahren zum Anpassen der anpassbaren Filtereinrichtung 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, das Verfahren zum Anpassen einer anpassbaren Filtereinrichtung ausführt.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die

Signalanpassungseinrichtung eine Überspannungsschutzeinrichtung, wobei die

Überspannungsschutzeinrichtung, an eine Arbeitsfrequenz des induktiven

Energieübertragungssystems angepasst, um eine von dem induktiven

Energieübertragungssystem erzeugte Hochspannung abzuleiten.

Somit können beispielsweise Einstrahlungen in ein Positioniersystem abgeleitet werden, welches auf einer anderen Frequenz als das Energieübertragungssystems arbeitet, und wobei die Einstrahlungen eine schädlich hohe Spannung aufweisen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die

Signalübertragungseinrichtung weiter eine Dämpfungseinrichtung auf, wobei die

Dämpfungseinrichtung eingerichtet ist, die Amplitude des elektromagnetischen Signals an die von der Auswerteschaltung vorgebbare Charakteristik anzupassen und, mit der Überspannungsschutzeinrichtung einen Spannungsteiler zu bilden. Beispielsweise ist die Dämpfungseinrichtung zwischen einer Nahfeldcharakteristik und einer

Fernfeldcharakteristik des elektromagnetischen Signals umschaltbar. In einem anderen Beispiel weist die Dämpfungseinrichtung ein kapazitives Dämpfungselement auf.

Beispielsweise bildet das kapazitive Dämpfungselement zusammen mit der Überspannungsschutzeinrichtung einen kapazitiven Spannungsteiler und/oder ein kapazitives Dämpfungselement.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dämpfungseinrichtung eingerichtet, Signale, die über und/oder unter der Frequenz des elektromagnetischen Signals liegen stärker zu dämpfen, als Signale, die bei der Frequenz des

elektromagnetischen Signals liegen.

Gemäß noch einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die

Signalübertragungseinrichtung weiter eine anpassbare Filtereinrichtung auf. Die anpassbare Filtereinrichtung ist so anpassbar, dass die Phasenlage des

elektromagnetischen Signals im Wesentlichen unverändert bleibt und wobei die anpassbare Filtereinrichtung eingerichtet ist, eine Abweichung der an der Filterstruktur beteiligten Bauelemente auszugleichen. Beispielsweise nutzt die anpassbare

Filtereinrichtung zum Anpassen der Phasenlage und/oder zum Ausgleich der Abweichung der Bauelemente eine Phasenmesseinrichtung des induktiven

Energieübertragungssystems, beispielsweise eine Nulldurchgangsmesseinrichtung.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das elektromagnetische Signal ein Positioniersignal, beispielsweise ein Keyless Entry Systemsignal.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteschaltung zum Auswerten einer Amplitude und/oder Phase des elektromagnetischen Signals eingerichtet ist.

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 einer Empfangsstruktur eines

Positioniersystems gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungskonfiguration für die Überspannungsschutzeinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine alternative Schaltungskonfiguration für die

Überspannungsschutzeinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 zeigt einen Serienschwingkreis ohne zugeschalteter Dämpfungseinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 zeigt einen Serienschwingkreis mit zugeschalerter Dämpfungseinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 zeigt einen Frequenzgang verschiedener Dämpfungseinrichtungseinrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Anpassen einer anpassbaren Filtereinrichtung einer Signalanpassungseinrichtung 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 Wechselfeld 106 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 La2 und den Filter-Eingangskondensator Ca sowie die parallel geschalteten Ausgangsspulen Lbi und Lb₂ und den Filter-Ausgangskondensator Cb auf. Statt der zwei in Serie geschalteten Eingangsspulen Lai und La₂ kann auch eine einzige Eingangsspule La genutzt werden. Statt der zwei in Serie geschaltete Ausgangsspulen Lbi und Lb₂ kann auch eine einzige Ausgangsspule Lb genutzt werden.

Die Eingangsspulen Lai und La₂ 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 Lbi und Lb₂ am Ausgang 207 des Filters 200 sind direkt mit den Spulen Lai und La₂, 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 U1 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 211. 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 x₀ und y₀ symmetrisch zum Symmetriezentrum Zu 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 einer 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 Zu und Z_L2 bzw. Z’_L2 der Spulen L1 , L2 der 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 der Empfangsstruktur 401 eines

Positioniersystems 302, 307 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die POS Empfangsstruktur 401 weist im Wesentlichen drei funktionale Blöcke auf 302ax, 400, 402.

Ein Positioniersystem 302, 307 mag im Wesentlichen sechs Empfangsantennen 302ax, 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy vorsehen. Von diesen wird im Folgenenden nur eine Antenne 302ax betrachtet, da der Aufbau der anderen Antennen 302bx. 302cx, 302ay, 302by, 302cy im Wesentlichen gleich ist.

Über die Empfangsantenne 302ax wird ein elektromagnetisches Signal, beispielsweise ein Positioniersignal POS empfangen. Obwohl die Beschreibung im Wesentlichen nur auf ein POS Signal eingeht, gilt die Beschreibung für jede mögliche elektromagnetische Empfangseinrichtung, die in der Nähe eines starken magnetischen Feldes 106 betrieben wird.

Die Empfangsantenne 302ax ist mit dem Antennenanschluss 403 einer

Signalanpassungsvorrichtung 400 verbunden. Ein von der Empfangsantenne 302ax empfangenes Signal soll an die Steuereinrichtung 307 mit der Signalauswerteschaltung 402 oder die Auswerteschaltung 402 zum Auswerten eines elektromagnetischen Signals zum Betrieb in einem induktiven Energieübertragungssystem weiter transportiert werden. Die Auswerteschaltung 402 ist an dem Auswerteanschluss 404 der

Signalanpassungsvorrichtung 400 angeschlossen. Die Auswerteschaltung 402 weist die Amplitudenauswerteeinrichtung 405 zur Auswertung einer Amplitude des

Empfangssignals und/oder von Daten in dem Positioniersignal und die

Phasenauswerteeinrichtung 406 zur Auswertung einer Phasenlage des Empfangssignals auf. Das Auswerten der Amplitude kann zur Datenauswertung und/oder

Entfernungsauswertung genutzt werden, die Phasenlage kann zur Positionsauswertung genutzt werden.

Die Signalübertragungseinrichtung 420 der Signalanpassungsvorrichtung 400 weist ferner eine Überspannungsschutzeinrichtung 407, eine Dämpfungseinrichtung 408 und eine anpassbare Filtereinrichtung 409 auf. Die anpassbare Filtereinrichtung 409 kann mittels einer Anregeeinrichtung 410 einen Anregeimpuls und/oder Testimpuls beispielsweise einen Gleichstromimpuls für die anpassbare Filtereinrichtung 409 erzeugen. Die Überspannungsschutzeinrichtung 407 ist an eine Arbeitsfrequenz des induktiven Energieübertragungssystems 100, beispielsweise 85 kHz angepasst, und dazu vorgesehen, eine von dem induktiven Energieübertragungssystem erzeugte

Hochspannung abzuleiten, die ggf. fälschlich auf die Antenne 302ax einkoppelt. Während der Energieübertragung können in der POS Antenne 302ax 1000V und höher induziert werden, denn die POS Antenne 302ax kann eine POS Wicklung aufweisen, die um einen Ferrit 303 gewickelt ist, und deshalb können die durch die Hauptspule L1 generierten Feldlinien die Wicklung 302ax vollständig durchdringen und eine Spannung erzeugen. Diese induzierte Spannung ist jedoch zu hoch für die Bauelemente der

Auswerteschaltung, so dass diese vor Zerstörung geschützt werden muss.

Die Signalübertragungseinrichtung 420 ist eingerichtet, die Phasenlage des

elektromagnetischen Signals im Wesentlichen unverändert zu lassen. Die Phasenlage wird von der Auswerteschaltung 402 ausgewertet um eine Positionsbestimmung durchzuführen.

Außerdem ist die Signalübertragungseinrichtung 420 eingerichtet, die Amplitude des elektromagnetischen Signals an eine von der Auswerteschaltung 402 und/oder der Auswerteeinheit 307 vorgebbare Charakteristik anzupassen, um beispielsweise unterschiedliche Signalstärken eines Nahfeldes und/oder eines Fernfeldes

berücksichtigen zu können.

An dem Auswerteanschluss 404 kann das empfangene elektromagnetische Signal, beispielsweise das Positioniersignal POS an die Auswerteschaltung 402 weitergegeben werden.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungskonfiguration für die Überspannungsschutzeinrichtung 407 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist die Antenne 302ax mit einem Kondensator C1‘ und einem Dämpfungsglied 503 der Dämpfungseinrichtung 408 verbunden. Das Dämpfungsglied 503 zur

Dämpfungsanpassung ist mit der Antenne 302ax verbunden. An dem Dämpfungselement fällt die Spannung U_x ab. Die Antenne 302ax empfängt die Spannung UJnd. Außerdem verbindet eine erste Diode 501 einen Anschluss des Kondensators 01‘ mit einer

Versorgungsspannung Vcc und eine zweite Diode verbindet den selben Anschluss des Kondensators 01‘ mit einem Bezugspotenzial. Fig. 6 zeigt eine alternative Schaltungskonfiguration für die

Überspannungsschutzeinrichtung 407‘ gemäß einem exemplarischen

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau der Schaltung aus Fig. 6 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau aus Fig. 5. Allerdings sind die erste Diode 501‘ und die zweite Diode 502‘ antiparallel geschaltet, so dass die Anode der ersten Diode 501‘ mit dem mit dem ersten Eingang 504 der Dämpfungseinrichtung 408 und einem Anschluss des Kondensators C1‘ und die Kathode mit dem zweiten Eingang 505 der Dämpfungseinrichtung 408 verbunden ist. Die Anode der zweiten Diode 502‘ ist mit dem zweiten Eingang 505 der Dämpfungseinrichtung 408 verbunden und die Kathode ist mit dem ersten Eingang 504 der Dämpfungseinrichtung 408 und einem Anschluss des Kondensators C1‘ verbunden. Keine der Dioden 501‘, 502‘ ist mit der

Versorgungsspannung oder dem Bezugspotenzial verbunden.

In Fig. 5 und 6 sind zwei Ausführungsbeispiele für das Wegclampen der Hochspannung UJnd gezeigt, welche in der Antenne 302ax entstehen kann.

Gemäß Fig. 5 bildet die Kapazität C1‘ der Hochspannungsschutzschaltung 407 für die induzierte Spannung UJnd eine Impedanz welche gemäß folgender Formel berechnet werden kann

7 = - ± - längs C 1

J Magnetfeld

ZJängs ist die Längsimpedanz und oo_Magnetfeld entspricht der Frequenz der

Störstrahlung, beispielsweise 85 kHz.

Da die Eingangsimpedanz 503 der Dämpfungseinrichtung 408, an der die Spannung U_x anliegt, relativ hoch ist, bildet die Längsimpedanz ZJängs des Kondensators C1‘ einen Spannungsteiler mit der Eingangsimpedanz Z_x 503 der Dämpfungsschaltung 408 und den nachgelagerten Schaltungsteilen. Sobald die Eingangsspannung U_x der

Dämpfungsschaltung 408

die Speisespannung Vcc plus die Diodenlängsspannung (Vcc + Vlängs) überschreitet, so fließt der Strom, welcher in der Antenne 302ax induziert wird, durch die Dioden 501 , 502 in die Speisung Vcc ab. Nun muss C1‘, die Dioden und die Speisung so ausgelegt sein, dass der fließende Strom l_während_Laden = (U_ind-Dioden Längsspannung - Vcc)/Z_längs , dh. der Strom der während des Ladens fließt, keine Ausfälle verursacht. Der Strom l_während_Laden wird definiert durch C1 und die induzierte Spannung UJnd.

Der Überspannungsschutz kann nötig sein, da in einem induktiven Ladesystem 100 ein Positionierungssystem 302, 307 in der Nähe von äußerst starken Magnetfeldern 106 verwendet wird. Die Magnetfelder 106 der Energieübertragung können daher die sensitiven Empfangsschaltungen 402 der Positionierungsbestimmungssensoren 302ax zerstören, weil hohe Spannungen UJnd induziert werden.

Anstelle von Clampingdioden, welche ab einer gewissen Signalstärke einen

niederohmigen Parallelpfad zur empfindlichen Messschaltung-Schaltung darstellen, im Zusammenspiel mit einer resistiven Impedanz, z.B. einem Widerstand, einem PTC, einem Halbleiter-Bauelement etc. zur Strombegrenzung, sieht die

Überspannungsschutzeinrichtung 407 im Wesentliche kein resistives sondern ein kapazitives Element vor. Somit kann vermieden werden, dass dieses resistive

Strombegrenz-Element entweder hohe Verluste von mehreren Watt während dem induktiven Laden verursacht oder während der Fahrzeug-Positionierung eine unerwünscht hohe Signaldämpfung zur Folge hat. Ein kapazitives Element kann auch eine aufwändige Ansteuer-Schaltung und Kosten vermeiden, die bei dem Einsatz von resistiven

Strombegrenz-Elementen mit veränderbarer Impedanz von Nöten wären, z.B. MOSFET

Es wird demnach vorgesehen als strombegrenzendes Element ein nicht-resistives Element zu nutzen, d.h. ein Element, das lediglich Scheinleistungen verursacht. In anderen Worten soll als strombegrenzendes Element ein Element mit einer komplexen Impedanz genutzt werden, deren Realteil Null ist und deren Imaginärteil ungleich Null ist, d.h. Re{Z}=0; lm{z}^0- Durch das Wegfallenden der hohen Verlusten kann die Impedanz des nichtresistiven Strombegrenz-Elementes, beispielsweise der Kapazität, stark reduziert werden, so kann dieses Element durch die Hohen Spannungen nicht zerstört werden und erzeugt wenig Verlustleistung. Durch das Auftreten von Signalen unterschiedlicher Stärke, beispielsweise bei einem Nahfeld und einem Fernfelds, soll Signalübertragungseinrichtung 400 so eingerichtet sein, dass die Empfangssensitivität umgeschaltet werden kann, um den Dynamikbereich des Signales am Analog-Digital-Wandler (ADC) der Auswerteeinrichtung 402 auf einen Wert zu beschränken, dass der gesamte Dynamikbereich genutzt wird. Die Umschaltung der Dämpfung sollte jedoch die Bandbreite der Filterstruktur 409 nicht übermäßig vergrößern, da ansonsten Störungen nicht mehr genügend unterdrückt werden können.

Es soll vermieden werden, dass ein LC-Schwingkreis mittels eines zuschaltbaren

Widerstandes resistiver Art gedämpft wird, um zu vermeiden, dass eine unerwünscht starke Bandbreitenvergrößerung entsteht. Die Bandbreitenvergrößerung kann

insbesondere auf den Phasenverlauf einen negativen Einfluss haben, so dass die Position aus dem Positionierungssignal nicht mehr ermittelt werden kann oder beeinträchtigt wird.

Auch soll der Einsatz einer zuschaltbaren Kapazität vermieden werden, um basierend auf dem Prinzip des kapazitiven Spannungsteilers eine Herabsetzung des Signalpegels zu erreichen, denn damit könnte es zu einer Resonanzfrequenz-Verschiebung des Filters 409 kommen, die wiederum die Qualität des Positionierungssignals herabsetzt und die Positionsermittlung ungenau macht.

Die Signalanpassungsvorrichtung 400 sieht zur Änderung der Dämpfung ein Zu- und/oder Wegschalten einer Kapazität Cd an einen Serienschwingkreis 701 vor. Dabei kann ein bereits in einem Energieübertragungssystem und/oder in einem Positioniersystem vorhandener Serienschwingkreis ggf. doppelt genutzt werden. Die Kapazität wird an einer ganz bestimmten Stelle des ohnehin vorhandenen Serienschwingkreises 701 angeordnet. Bei geeigneter Auslegung der beteiligten Bauteile lässt sich so eine Dämpfung im

Wesentlichen ohne einer unerwünscht starken Bandbreiten-Vergrößerung und ohne Verschiebung der Resonanzfrequenz erreichen.

Fig. 7 zeigt einen Serienschwingkreis 701 ohne zugeschalerter Dämpfungseinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Serienschwingkreis 701 weist die Kapazität C1‘, den Widerstand R und die Spule L auf und ist mit einem Parallelschwingkreis 702 mit dem Widerstand Rp, der Spule Lp und dem Kondensator Cp verbunden. Beispielsweise enthält die Dämpfungseinrichtung 408 solch einen Serienschwingkreis 701. C1‘ in Fig. 7 und 8 entspricht den C1‘ aus Fig.6. Der Serienschwingkreis 701 empfängt ein Signal an dem Eingang 504‘ von einer nicht in Fig 7 gezeigten Antenne 302ax. Das Signal wird über den Parallelschwingkreis geführt und am Ausgang 506' in Richtung einer Auswerteeinrichtung 402 weitergeführt.

Fig. 8 zeigt einen Serienschwingkreis 701 mit zugeschalerter Dämpfungseinrichtung 801 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieser Serienschwingkreis entspricht im Wesentlichen dem Schwingkreis aus Fig. 7. Allerdings ist der zusätzliche Kondensator Cd über die Dämpfungsumschalteinrichtung 801 zugeschaltet, die einen Schalter und eine Ansteuerungsquelle, im Schema der Fig. 8 als Spannungsquelle dargestellt, aufweist. Die Dämpfungsumschalteinrichtung 801 ist wie der Parallelschwingkreis 702 mit einem Bezugspotenzial verbunden.

In der in Fig. 8 dargestellten Schaltweise ist eine Dämpfung aktiv, um beispielsweise ein Nahfeld zu berücksichtigen.

Fig. 9 zeigt einen Frequenzgang verschiedener Dämpfungseinrichtungseinrichtungen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist an der Abszisse die Frequenz in einem logarithmischen Maßstab dargestellt. An der Ordinate ist die Dämpfung in dB dargestellt.

C1‘ ist das nicht-resistive Strombegrenz-Element. Die Clampingdioden 501 , 502, 501‘,

502‘ sind in Fig. 7 und 8 nicht eingezeichnet. Sie spielen für die Frequenzgang-Analyse eine untergeordnete Rolle. Kurve 901 zeigt einen Verlauf, der sich ergeben würde, wenn weder die Spule L noch der Widerstand R2 in dem Serienschwingkreis 701 verwendet würden. Der Verlauf der Kurve 901 zeigt, dass sich zwar eine erwünschte Resonanz 910 bei der Resonanzfrequenz 125kHz ausbildet, die für das POS Signal genutzt wird, beispielsweise als Keyless Entry System Signal. Jedoch zeigt sich eine geringe

Filterwirkung für Frequenzen über 125kHz, wo die Kurve 901 nicht abfällt und auf einem etwas gleichen Niveau bleibt. Dies liegt darin begründet, dass der strombegrenzende Kondensator zusammen mit dem C1‘ des Schwingkreises 701 einen kapazitiven

Spannungsteiler bildet, der die maximale Dämpfung bei hohen Frequenzen bestimmt.

Die Kurve 902 zeigt den Frequenzgang einer Schaltung wie in Fig.7 jedoch ohne R2, bei der eine Induktivität L in den Signalpfad eingefügt ist, um hochfrequente Störungen besser zu dämpfen. Es erfolgt zwar eine Dämpfung höherer Frequenzen jedoch bildet diese Induktivität einen Serienschwingkreis mit der strombegrenzenden Kapazität C1‘, so dass eine neue unerwünschte Resonanzstelle 911 entsteht, bei ca. 370kHz.

Die Kurve 903 zeigt den Frequenzgang am Ausgang 506‘ der Schaltung aus Fig. 7. Es ist zu erkennen, dass die unerwünschte Resonanzstelle 911 mittels des Widerstandes R2 in Serie mit L und C1‘ eliminiert wird. Diese Schaltung kann somit für eine Fernfelddämpfung genutzt werden, wenn das Positioniersignal POS schwach ist.

Die Kurve 904 zeigt eine Kurve, die sich mit einer zuschaltbaren Kapazität Cd nach Fig. 8 ergibt. Hierbei wird der in einem Energieübertragungssystem 100 ohnehin vorhandene Serienschwingkreis 701 doppelt genutzt, um das Problem der unerwünscht hohen Bandbreite zu eliminieren. Zu diesem Zweck wird der Schalter 801 derart platziert, dass er den Kondensator Cd zwischen Widerstand R2 und Kondensator C1‘ schaltet. Da anstelle eines resistiven Elements oder Widerstand der Kondensator Cd eingesetzt wird, reduziert der Kondensator Cd bei geschickter Wahl der Kapazität dieses Kondensators die

Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises 701 in gewünschtem Masse, so dass das resultierende Dämpfungsminimum 912 genau auf die Signalfrequenz bei etwa 125kHz fällt. Durch geeignete Wahl von Cd kann die Dämpfung so gewählt werden, dass sich die Signalstärken an der Auswerteschaltung in einem gewünschten Bereich befinden.

Durch diese Wahl des Einbauortes und der entsprechenden Dimensionierung sowie der Wahl als resistives Element werden hochfrequente Störungen wieder deutlich besser (20dB) unterdrückt. Gleichzeitig wird der Signalpegel wie gewünscht reduziert. Diese Schaltung kann somit für eine Nahfelddämpfung genutzt werden, wenn das

Positioniersignal POS besonders stark ist. Der Widerstand R2 könnte auch an anderer Stelle verortet oder eingebaut werden.

Die Kurve 905 zeigt den Verlauf einer Filterstruktur, bei der ein zuschaltbarer Widerstand an einem anderen Ort als Cd eingebaut wird, beispielsweise zwischen der Spule L und dem Parallelschwingkreis 702. Dieser zuschaltbare Widerstandvergrößert zwar die Signaldämpfung bei Bedarf, wenn beispielsweise ein Nahfeld genutzt werden soll, wie an dem gegenüber 910 tieferliegendem Peak 912 zu entnehmen ist. Jedoch reduziert der Widerstand die Güte des Parallelschwingkreises 702 und erhöht somit seine Bandbreite und nimmt nicht wie Kurve 904 zu höheren Frequenzen so stark ab. Wie dem Verlauf 905 zu entnehmen ist, ist die Signaldämpfung bei 125kHz wie gewünscht erhöht worden, jedoch unterdrückter Störsignale bis etwa 500kHz wegen seiner großen Bandbreite nur gering.

Folglich sorgt die Anordnung nach Fig. 7 und Fig. 8 für eine Dämpfungsumschaltung zwischen Peaks 910 und 911 , ohne übermäßige Bandbreiten-Vergrößerung oder

Resonanzfrequenz-Verschiebung.

Um Störungen ausfiltern zu können, sind in dem Filter 409 Bandpass-Filterstrukturen vorgesehen. Diese unterliegen Bauteilstreuungen was zur Verfälschung der Amplituden- und vor allem Phasenmessungen führen durch die Amplitudenauswerteeinrichtung 405 und die Phasenauswerteeinrichtung 406. Dabei wird die Kapazität und/oder Induktivität eines LC-Schwingkreises justierbar ausgeführt, beispielsweise durch das Zu- und

Wegschalten von Kapazitäten.

Allerdings gibt es auch eine Temperaturabhängigkeit der Filterelemente, so dass ein einmaliger Abgleich in der Fertigungslinie nicht hinreichend ist, d.h. das

Energieübertragungssystem 100, insbesondere dessen Positioniersystem 302, 307, 401 sollte autonom bei Bedarf eine Schwingkreis-Justierung durchführen können, z.B. vor jedem Fahrzeug-Positionier-Vorgang.

Für die Justierung wird eine in einem Positioniersystem ohnehin für die

Signalphasenmessung vorhandene Signal-Nulldurchgangs-Detektoren einer

Doppelnutzung zu unterziehen, in dem diese Signal-Nulldurchgangs-Detektoren auch genutzt werden um die Schwingungsdauer der Eigenresonanz der LC-Schwingkreise 701 , 702 zu messen.

Zu Beginn dieser Messung werden die LC-Schwingkreise 701 , 702 hinreichend angeregt, beispielsweise durch das Ein- und Ausschalten einer Gleichstromquellen, welche mit dem LC-Schwingkreis 701 , 702 verbunden ist und den LC-Schwingkreis 701 , 702 zum

Schwingen zu bringen. Auf diese Art und Weise kann ein Filter angepasst oder getuned werden, um die festgestellten Störungen auszugleichen.

Das Anpassen eines Filters kann beispielsweise für ein Empfangsfilter genutzt werden, beispielsweise ein Empfangsrauschfilter. Um ein Empfangsnoise oder Empfangsrauschen zu reduzieren wird ein Filter, insbesondere ein Bandpass, an die Auswerteschaltung 402 gesetzt. Dadurch können Störungen ausgefiltert werden. Das Filter sollte eine möglichst geringe Güte haben, da ansonsten das Signal nicht ausklingen kann und eine

Datenauswertung des Positioniersignals erschwert wird. Die Datenauswertung 405 mag einen Inhalt in einem Positioniersignal dekodieren, um an die Daten zu kommen und parallel zu der Amplitudenauswertung 405 arbeiten. Die Güte Q sollte zwischen 2 und 100 liegen. Da die Filterstruktur Bauteile enthält, welche einer Streuung unterliegen, so muss das Filter angepasst werden.

Ein Schwingkreis hoher Güte hat einen scharfen Phasensprung an der

Resonanzfrequenz. Ein Schwingkreis tiefer Güte hat dagegen einen breiteren

Phasensprung. Der breite Phasensprung könnte dafür sorgen, dass die

Phaseninformation mit der Phasenauswerteeinrichtung 406 nicht mehr gut rekonstruiert werden könnte und somit die Position nicht mehr zuverlässig bestimmt werden könnte. Da daher die Güte aus Sensitivitätsgründen für die Phaseninformation hoch sein soll, ist es für eine richtige Phasenmessung der Positionierungssignale notwendig, das Filter 409 sehr genau auf die Arbeitsfrequenz des Positioniersignals, beispielsweise 125 kHz abzustimmen.

Wäre das Filter 409 nicht an die Arbeitsfrequenz angepasst, würde das Filter die

Phasenlage der Positionierungssignale an der Auswerteschaltung 402, 406 verändern, wodurch es zu Fehlinterpretationen und falschen Koordinaten der Lagebestimmung der CPE 104 oder GPE105 kommen kann. Die Resonanzfrequenz des Filters könnte auch neben die Arbeitsfrequenz des Positionierungssignales gelegt werden. In diesem Fall wäre die Phasenlage nicht mehr stark von den Bauteilstreuungen abhängig, jedoch die Filter Wirkung nicht mehr sehr gut.

Die Bauteilstreuung kann ausgeglichen werden, indem das Filter 409 mit einem Impuls durch die Anregeeinrichtung 410 zum Schwingen angeregt wird und die sowieso für die Positionsbestimmung notwendigen Phasenmessschaltung 406 verwendet wird, um die Resonanzfrequenz zu bestimmen, beispielsweise durch Null-Durchgangsmessungen. Das Filter 409 kann dann durch zu- und/oder Wegschalten von Kapazitäten so angepasst werden, dass die Bauteiltoleranzen ausgeglichen sind. Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Anpassen einer anpassbaren Filtereinrichtung 409 einer Signalanpassungseinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Ausgehend von einem Idle-Zustand S1000 erfolgt im Zustand S1001 ein Anregen der anpassbaren Filtereinrichtung 409 mit einem Anregeimpuls, beispielsweise einem kurzen Gleichstrompuls. Im Zustand S1002 erfolgt ein Messen einer Phasenlage durch zum Beispiel die Bestimmung der Periodendauer und Phasenlage des Filters 409 mit einer Phasenmesseinrichtung 406 des induktiven Energieübertragungssystems, die beispielsweise sonst für die Auswertung eines Positioniersignals genutzt wird. Im Zustand S1003 erfolgt dann ein Anpassen der anpassbaren Filtereinrichtung 409 durch das Zuschalten und/oder Wegschalten von zumindest einem Kondensator und/oder einem Array von Kondensatoren und/oder Induktivitäten zu der Filtereinrichtung 409. Im

Idlezustand S1004 endet das Verfahren.

Die zuschaltbaren Komponenten können auch in der Auswerteeinheit 405 verortet oder angeordnet sein oder als diskret über Schalter zuschaltbare Bauelemente ausgeführt sein. Diese können Zum Beispiel parallel zu Cp in Fig 7 geschaltet werden.

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.

Claims

Patentansprüche

1. Signalanpassungsvorrichtung (400) für eine Auswerteschaltung (402) zum

Auswerten eines elektromagnetischen Signals zum Betrieb in einem induktiven Energieübertragungssystem, aufweisend:

eine Signalübertragungseinrichtung (420), wobei die Signalübertragungseinrichtung aufweist:

einen Antennenanschluss (403) zum Anschließen einer Empfangsantenne (302ax); einen Auswerteanschluss (404) zum Anschließen der Auswerteschaltung (302) für das elektromagnetische Signal;

wobei

• der Antennenanschluss (403) zum Empfang des elektromagnetischen Signals eingerichtet ist;

• wobei die Signalübertragungseinrichtung (420) eingerichtet ist, die Phasenlage des elektromagnetischen Signals im Wesentlichen unverändert zu lassen; und

• wobei die Signalübertragungseinrichtung (420) eingerichtet ist, die Amplitude des elektromagnetischen Signals an eine von der Auswerteschaltung vorgebbare Charakteristik anzupassen;

• wobei der Auswerteanschluss zum Bereitstellen des elektromagnetischen

Signals an die Auswerteschaltung (402) eingerichtet ist.

2. Signalanpassungsvorrichtung (400) nach Anspruch 1 , die

Signalübertragungseinrichtung (420) weiter aufweisend eine

Überspannungsschutzeinrichtung (407), wobei die Überspannungsschutzeinrichtung (407) an eine Arbeitsfrequenz des induktiven Energieübertragungssystems angepasst ist, um eine von dem induktiven Energieübertragungssystem erzeugte Hochspannung abzuleiten.

3. Signalanpassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die

Signalübertragungseinrichtung weiter aufweisend eine Dämpfungseinrichtung (408), wobei die Dämpfungseinrichtung (408) eingerichtet ist, die Amplitude des elektromagnetischen Signals an die von der Auswerteschaltung vorgebbare

Charakteristik anzupassen; und wobei die Dämpfungseinrichtung (408) eingerichtet ist, mit der Überspannungsschutzeinrichtung einen Spannungsteiler zu bilden.

4. Signalanpassungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Dämpfungseinrichtung zwischen einer Nahfeldcharakteristik und einer Fernfeldcharakteristik des elektromagnetischen Signals umschaltbar ist.

5. Signalanpassungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die

Dämpfungseinrichtung ein kapazitives Dämpfungselement (Cd) aufweist.

6. Signalanpassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das kapazitive

Dämpfungselement (Cd) zusammen mit der Überspannungsschutzeinrichtung (407) einen kapazitiven Spannungsteiler und/oder ein kapazitives Dämpfungselement bildet.

7. Signalanpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die

Dämpfungseinrichtung eingerichtet ist, Signale, die über und/oder unter der Frequenz des elektromagnetischen Signals liegen stärker zu dämpfen, als Signale die bei der Frequenz des elektromagnetischen Signals liegen.

8. Signalanpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die

Signalübertragungseinrichtung weiter aufweisend eine anpassbare Filtereinrichtung (409), wobei die anpassbare Filtereinrichtung so anpassbar ist, dass die

Phasenlage des elektromagnetischen Signals im Wesentlichen unverändert bleibt; und wobei die anpassbare Filtereinrichtung eine Abweichung der an der

Filterstruktur beteiligten Bauelemente ausgleicht.

9. Signalanpassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die anpassbare

Energieübertragungssystems nutzt, beispielsweise eine

Nulldurchgangsmesseinrichtung.

10. Signalanpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das

elektromagnetische Signal ein Positioniersignal ist, beispielsweise ein Keyless Entry Systemsignal ist.

11. Signalanpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Auswerteschaltung zum Auswerten einer Amplitude und/oder Phase des elektromagnetischen Signals eingerichtet ist.

12. Verfahren zum Anpassen einer anpassbaren Filtereinrichtung einer

Signalanpassungseinrichtung nach Anspruch 8 bis 1 1 , aufweisend:

Anregen der anpassbaren Filtereinrichtung mit einem Anregeimpuls;

Messen einer Phasenlage des Filters mit einer Phasenmesseinrichtung des induktiven Energieübertragungssystems;

Anpassen der anpassbaren Filtereinrichtung durch das Zuschalten und/oder Wegschalten von zumindest einem Kondensator und/oder einem Array von Kondensatoren zu der Filtereinrichtung.