本發(fā)明涉及一種用于能量的無接觸式傳輸?shù)膫鬏斚到y(tǒng)。此外，本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的方法和車輛設(shè)備。

背景技術(shù)：

當(dāng)今，在許多應(yīng)用中使用電能量存儲(chǔ)裝置。尤其在移動(dòng)應(yīng)用中使用例如電池作為能量存儲(chǔ)裝置。

例如，在電動(dòng)車輛或者混合動(dòng)力車輛中使用電池作為能量存儲(chǔ)裝置，以便為電動(dòng)車輛的或者混合動(dòng)力車輛的電驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量。

為了能夠?qū)㈦姵刈鳛槟芰看鎯?chǔ)裝置使用在車輛中，必須附加地提供用于電池的充電的可能性。

當(dāng)今普遍的是，例如通過到公共電網(wǎng)的電連接對(duì)車輛中的高伏特電池充電。為此，例如可以在房屋的車庫中安裝充電適配器，相應(yīng)車輛可以通過線纜連接到該充電適配器上。替代地，充電適配器位于車輛側(cè)并且可以連接到常規(guī)的插座上。

EP2623363示出一種用于能量存儲(chǔ)裝置的常規(guī)充電裝置。

此外，當(dāng)今已知感應(yīng)式充電設(shè)備，在感應(yīng)式充電設(shè)備的情況下，能量由充電適配器無線纜地通過兩個(gè)線圈的感應(yīng)式耦合傳輸?shù)杰囕v上。

在電動(dòng)車輛的所謂感應(yīng)式充電中，對(duì)于車輛電池充電所需的能量不通過充電線纜傳輸至車輛（傳導(dǎo)式充電），而是通過具有大的空氣隙的變壓器無接觸式傳輸。在此典型地，變壓器的初級(jí)線圈或者嵌入在地板中或者作為被置于地板上的充電板成型并且借助合適的電子設(shè)備與電網(wǎng)連接。變壓器的次級(jí)線圈典型地固定地裝配在車輛的底部中并且在其側(cè)借助合適的電子設(shè)備與車輛電池連接。為了進(jìn)行能量傳輸，初級(jí)線圈產(chǎn)生高頻的交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)穿過次級(jí)線圈并且在那里感生相應(yīng)的電流。

因?yàn)橐环矫婵蓚鬏數(shù)墓β示€性地隨開關(guān)頻率縮放，另一方面開關(guān)頻率受控制電子設(shè)備、傳輸路徑中的損耗和關(guān)于磁場(chǎng)的合法邊界值限制，所以產(chǎn)生典型的10-150kHz的頻率范圍。

在圖10中示出常規(guī)的感應(yīng)式充電設(shè)備。將初級(jí)線圈與電網(wǎng)連接的電子設(shè)備的核心件是以高的開關(guān)頻率運(yùn)行的逆變器。通常通過激勵(lì)由初級(jí)線圈和相應(yīng)的補(bǔ)償電容構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生通過電流。具有附加的諧振元件的不同諧振設(shè)備在此理論上是可以的。

諧振負(fù)載在此可以被充分利用，以便以所謂的Zero Voltage Switching Mode （ZVS：零電壓開關(guān)模式）和/或Zero Current Switching Mode（ZCS：零電流開關(guān)模式）運(yùn)行逆變器。在該全諧振的運(yùn)行中，在用于切換的半導(dǎo)體器件中僅僅產(chǎn)生低的開關(guān)損耗。包括逆變器和整流器的兩個(gè)振蕩電路的組合可以被設(shè)計(jì)用于以確定的電壓范圍和相應(yīng)充電功率給電池充電。

如果作為諧振設(shè)備示例性地使用具有在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上的串聯(lián)振蕩電路的所謂串聯(lián)-串聯(lián)-補(bǔ)償，則得出，初級(jí)線圈電流與電池電壓相關(guān)、但與充電電流無關(guān)。因?yàn)樵诰€圈中和在逆變器中的功率損耗對(duì)系統(tǒng)的總損耗做出重要貢獻(xiàn)，所以變得明顯的是，所述設(shè)備在部分負(fù)載運(yùn)行中、也即減少的充電電流的情況下，具有相對(duì)于傳輸功率顯著增加的損耗和因此能量傳輸?shù)娘@著更小的總效率。該問題可以通過系統(tǒng)的（在所描述的構(gòu)造中通過電池預(yù)給定的）次級(jí)電壓的減小來消除。通常的方案是，在次級(jí)側(cè)利用附加的DC/DC-轉(zhuǎn)換器或者阻抗轉(zhuǎn)換器（有源的或無源的）。然而，在次級(jí)側(cè)上的、也即在車輛中的這樣的轉(zhuǎn)換器基于重量與結(jié)構(gòu)空間限制以及基于開關(guān)元件中的和/或無源器件中的損耗是不利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開一種具有權(quán)利要求1的特征的傳輸系統(tǒng)、具有權(quán)利要求6的特征的方法和具有權(quán)利要求10的特征的車輛設(shè)備。

相應(yīng)地規(guī)定：

一種用于向用電器無接觸式傳輸能量的傳輸系統(tǒng)，其具有：用于無接觸式傳輸電能量的傳輸裝置；逆變器裝置，所述逆變器裝置布置在提供供電功率的能量源和所述傳輸裝置之間并且被構(gòu)造用于向所述傳輸裝置傳輸來自所述能量源的電能量；整流器裝置，所述整流器裝置布置在所述傳輸裝置和所述用電器之間并且被構(gòu)造用于從所述傳輸裝置向所述用電器傳輸所述電能量；其中所述逆變器裝置被構(gòu)造用于通過所述逆變器裝置的控制信號(hào)的脈沖模式調(diào)制來調(diào)節(jié)所傳輸?shù)碾姽β屎?或所述整流器裝置被構(gòu)造用于通過所述整流器裝置的控制信號(hào)的合適的脈沖模式調(diào)制來調(diào)節(jié)所傳輸?shù)碾姽β省?/p>

此外規(guī)定：

一種用于向用電器無接觸式傳輸能量的方法，其具有以下步驟：周期地開關(guān)能量源到傳輸裝置上的供電功率，所述傳輸裝置被構(gòu)造用于無接觸式傳輸電能量；在傳輸裝置中無接觸式傳輸所述電能量；周期地開關(guān)由所述傳輸裝置提供的到所述用電器上的電功率；其中在所述周期開關(guān)的步驟的至少一個(gè)步驟中通過脈沖模式調(diào)制來調(diào)節(jié)相應(yīng)的功率。

最后規(guī)定：

具有根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的車輛設(shè)備，所述車輛設(shè)備具有車輛，其中所述整流器裝置布置在所述車輛中；以及其中所述逆變器裝置布置在所述車輛之外；以及其中所述傳輸裝置至少部分地布置在所述車輛中并且部分地布置在所述車輛之外。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明所基于的認(rèn)識(shí)在于，附加阻抗轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用意味著附加耗費(fèi)并且減小總效率。

本發(fā)明所基于的思想在于，考慮該認(rèn)識(shí)并且設(shè)置一種傳輸系統(tǒng)，其中阻抗轉(zhuǎn)換器、例如現(xiàn)有技術(shù)的DC/DC-轉(zhuǎn)換器通過逆變器裝置中和/或整流器裝置中的合適的開關(guān)策略來取代。

因此，本發(fā)明設(shè)置一種傳輸系統(tǒng)，其中逆變器裝置和/或整流器裝置在保持所希望的ZVS-和/或ZCS-運(yùn)行模式（零電壓開關(guān)或者零電流開關(guān)，軟開關(guān)運(yùn)行）的情況下也能夠調(diào)節(jié)在設(shè)計(jì)重要的所有運(yùn)行點(diǎn)上的功率。在此，脈沖模式調(diào)制理解為，控制逆變器裝置和/或整流器裝置，使得以正的和負(fù)的脈沖式信號(hào)，例如方波信號(hào)控制傳輸裝置。脈沖模式調(diào)制在于，控制所述脈沖式信號(hào)的頻率、數(shù)目和順序。這在逆變器裝置的情況下可以意味著，替代以單頻率方波信號(hào)地，以具有所排除的半波或全波的基本頻率的方波信號(hào)控制傳輸系統(tǒng)。在整流器裝置的情況下，這意味著并非由傳輸裝置傳輸?shù)碾娏餍盘?hào)的所有半波或全波被整流并且因此轉(zhuǎn)發(fā)至用電器，而是通過整流器輸入端的受控制的短接來排除一些半波或全波并且在傳輸裝置的次級(jí)振蕩電路中再循環(huán)。

在軟開關(guān)拓?fù)洹鲕涢_關(guān)拓?fù)溆绕湟部梢詰?yīng)用在更高的傳輸功率和更高的傳輸頻率中——中，僅僅在很小的電流的情況下、在周期性電流信號(hào)接近過零時(shí)，或者在很小的電壓的情況下，在并聯(lián)空轉(zhuǎn)二極管引導(dǎo)電流期間，操作半導(dǎo)體開關(guān)。

如果在功率調(diào)制中僅僅屏蔽掉完整的正弦-半波，則所謂的軟開關(guān)與其他調(diào)制類型不同地在部分負(fù)載的情況下此外也是可能的。通過排除半波，在時(shí)間上平均施加較小的電壓在傳輸裝置上，而不必例如通過DC/DC-轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)電壓。

因此，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其一方面示出最小的硬件耗費(fèi)，因?yàn)椴恍枰郊拥臒o源和有源元件，并且另一方面在高功率、滿負(fù)載運(yùn)行和部分負(fù)載運(yùn)行的情況下也實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的效率。此外，在高頻率的情況下可以使用拓?fù)浜烷_關(guān)策略，這通過軟開關(guān)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。

有利的實(shí)施方式和擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求以及由參考附圖的描述得出。

在一種實(shí)施方式中，所述脈沖模式調(diào)制的基本頻率或者基本頻率的整數(shù)倍相應(yīng)于所述傳輸裝置的諧振頻率。

在一種實(shí)施方式中，不僅所述逆變器裝置而且所述整流器裝置被構(gòu)造用于在設(shè)計(jì)重要的所有運(yùn)行點(diǎn)中調(diào)節(jié)功率，其中保持所期望的ZVS-和/或ZCS-運(yùn)行模式（借助軟開關(guān)運(yùn)行的零電壓開關(guān)或者零電流開關(guān)）。如果不僅逆變器裝置而且整流器裝置被運(yùn)行成，使得它們兩者有助于功率調(diào)節(jié)，則工作點(diǎn)可以通過合適的兩側(cè)調(diào)節(jié)策略來最優(yōu)地設(shè)定。

在另一種實(shí)施方式中，所述傳輸系統(tǒng)具有控制裝置，所述控制裝置與所述逆變器裝置和所述整流器裝置耦合并且針對(duì)所述傳輸系統(tǒng)的多個(gè)工作點(diǎn)對(duì)于所述逆變器裝置和/或?qū)τ谒稣髌餮b置分別具有預(yù)給定長度的或者可變長度的開關(guān)模式，其中所述開關(guān)模式的每個(gè)位表示相應(yīng)電壓的或者相應(yīng)電流的半波或者全波，其中所述控制裝置被構(gòu)造用于分別根據(jù)所述開關(guān)模式之一控制所述逆變器裝置和/或所述整流器裝置。

在另一種實(shí)施方式中，所述控制裝置被構(gòu)造用于同步所述逆變器裝置的開關(guān)和所述整流器裝置的開關(guān)。如果逆變器裝置的和整流器裝置的開關(guān)過程被同步，則可以優(yōu)化開關(guān)策略并且改善效率并且由此降低系統(tǒng)中的無功電流。

在一種實(shí)施方式中，控制裝置執(zhí)行一種運(yùn)行策略，在所述運(yùn)行策略中，車輛中的整流器裝置和充電站中的逆變器裝置調(diào)節(jié)它們的、功率調(diào)制的相應(yīng)程度，使得在考慮給定的邊界條件、如線圈的耦合因子和電池電壓以及所期望的傳輸功率的情況下實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)的在器件的負(fù)荷、散射磁場(chǎng)、排熱和傳輸損耗方面最優(yōu)的運(yùn)行點(diǎn)。

為此，在一種實(shí)施方式中，控制裝置可以在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上使用相同的脈沖模式。與傳統(tǒng)單側(cè)調(diào)節(jié)相比，對(duì)于該運(yùn)行策略不需要附加的測(cè)量技術(shù)（例如用于確定耦合電感M）。唯一的前提條件是在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間存在的通信。在任何情況下必須測(cè)量調(diào)節(jié)參量（例如電池充電電流）。

第二運(yùn)行策略旨在，通過在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上的合適的脈沖模式來調(diào)節(jié)在初級(jí)側(cè)上的電流和次級(jí)側(cè)上的電流之間的恒定的電流關(guān)系。產(chǎn)生與在先前的運(yùn)行策略中相同的優(yōu)點(diǎn)。此外，實(shí)際的電池電壓通過次級(jí)側(cè)從系統(tǒng)退耦，使得不僅在初級(jí)側(cè)上而且在次級(jí)側(cè)上與在額定點(diǎn)處的電流相同的電流流動(dòng)，系統(tǒng)針對(duì)該額定點(diǎn)被優(yōu)化。因此，通過有源次級(jí)側(cè)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，而不需要附加的DC/DC-轉(zhuǎn)換器。

第三運(yùn)行策略設(shè)置自適應(yīng)工作點(diǎn)匹配。在邊界條件——應(yīng)在給定的耦合因子和給定的電池電壓的情況下傳輸所要求的功率——下，現(xiàn)在可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)最優(yōu)工作點(diǎn)。這能夠通過附加的自由度實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)調(diào)節(jié)提供所述自由度。在一種實(shí)施方式中，例如能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際效率的測(cè)量和最有效的工作點(diǎn)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。該過程可以從調(diào)節(jié)技術(shù)角度很緩慢地運(yùn)行，因?yàn)樵诔潆娺^程中工作點(diǎn)僅僅緩慢地發(fā)生變化。其他優(yōu)化參量也是可以的，例如利用空氣隙中的最小B場(chǎng)的充電過程。

最后，可以使用第四運(yùn)行策略，所述第四運(yùn)行策略設(shè)置用于擴(kuò)大總系統(tǒng)的工作區(qū)的有源次級(jí)側(cè)。僅僅當(dāng)初級(jí)電流例如由于差的耦合因子超出確定的最大值的時(shí)候，次級(jí)側(cè)才被有效用于阻抗匹配，以便能夠進(jìn)一步運(yùn)行系統(tǒng)，而不超出最大初級(jí)電流。

在另一種實(shí)施方式中，通過測(cè)量一個(gè)或多個(gè)電參量、例如電流進(jìn)行逆變器裝置的和整流器裝置的脈沖模式調(diào)制的同步。因此，用于逆變器裝置和整流器裝置的同步的快速的通信或者甚至通信是不需要的。

在一種實(shí)施方式中，控制裝置被構(gòu)造用于控制逆變器裝置和整流器裝置，使得在傳輸裝置的兩側(cè)上的電流幅度和損耗大致恒定地被匹配或者匹配于諧振電路的歐姆電阻。

在另一種實(shí)施方式中，在逆變器裝置和整流器裝置中的接通或關(guān)斷的時(shí)間段被選擇成，使得在能量傳輸中的相對(duì)損耗最小化。

在一種實(shí)施方式中，控制裝置被分配到逆變器裝置和整流器裝置上。用于同步的數(shù)據(jù)傳輸可以在兩個(gè)部分之間例如通過無線電連接、有線連接或類似的來實(shí)現(xiàn)。替代地，逆變器裝置和整流器裝置分別具有控制裝置，所述控制裝置分別借助電流測(cè)量和/或電壓測(cè)量來實(shí)施同步。

在一種實(shí)施方式中，逆變器裝置具有橋電路。在此，橋電路可以具有半橋或全橋。附加地或替代地，整流器裝置具有兩個(gè)負(fù)的整流器支路和兩個(gè)正的整流器支路，所述兩個(gè)負(fù)的整流器支路分別具有第二開關(guān)元件和與相應(yīng)的第二開關(guān)元件反向并聯(lián)連接的第二二極管，所述兩個(gè)正的整流器支路分別具有第三二極管。由此可以的是，在合適控制開關(guān)元件的情況下不僅將傳輸裝置的輸入側(cè)上的振蕩電路而且將傳輸裝置的輸出側(cè)上的振蕩電路閉合并且從其他部件退耦。由此可以禁止或者控制到相應(yīng)的振蕩電路中的能量輸入或從相應(yīng)的振蕩電路中的能量提取。

替代地，整流器裝置也可以構(gòu)造為逆變器裝置，其尤其與根據(jù)本發(fā)明的逆變器裝置相似。由此能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的能量傳輸。

上述構(gòu)型和擴(kuò)展方案只要有意義就可以任意地相互組合。本發(fā)明的其他可能的構(gòu)型、擴(kuò)展方案和實(shí)現(xiàn)方案也包括本發(fā)明的先前或者接下來參考實(shí)施例描述的特征的未明確提到的組合。在此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，尤其也將單個(gè)方面作為改善或補(bǔ)充添加至本發(fā)明的相應(yīng)基本形式。

附圖說明

下面根據(jù)附圖的示意圖中說明的實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。在此：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的電路框圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實(shí)施方式的流程圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的車輛設(shè)備的一種實(shí)施方式的電路框圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的電路圖；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施方式中的用于示出電壓和電流的圖形；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施方式中的用于示出電壓和電流的另一圖形；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施方式中的用于示出電壓和電流的另一圖形；

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施方式中的用于示出電壓和電流的另一圖形；

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施方式中的用于示出電壓和電流的另一圖形；以及

圖10示出常規(guī)充電設(shè)備的電路框圖。

在所有圖中，相同的或者功能相同的元件和設(shè)備配備有相同的附圖標(biāo)記，除非另有說明。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的充電系統(tǒng)1的一種實(shí)施方式的電路框圖。

圖1的傳輸系統(tǒng)具有能量源6，所述能量源與逆變器裝置4耦合。逆變器裝置4與傳輸裝置3耦合并且傳輸裝置3與整流器裝置5耦合，所述整流器裝置又與用電器2耦合。用電器2在一種實(shí)施方式中例如可以構(gòu)造為能量存儲(chǔ)裝置2，例如電池2。但用電器也可以構(gòu)造為任何其他類型的用電器。

能量源提供供電功率7，逆變器裝置4將所述能量源提供的供電功率7轉(zhuǎn)換成用于傳輸裝置3的供電功率7。用于傳輸裝置3的供電功率7可以具有例如交變電壓或者交變電流。

傳輸裝置3可以無接觸式傳輸電能量或者功率，這僅僅示例性地在圖1中示為兩個(gè)線圈，所述兩個(gè)線圈相對(duì)置地布置。如果傳輸裝置3通過線圈3-1、3-2實(shí)現(xiàn)，則每個(gè)線圈具有附加的電容器（未示出），所述電容器與相應(yīng)的線圈3-1、3-2一起構(gòu)成振蕩電路。

為了逆變器裝置4中的功率調(diào)節(jié)，在逆變器裝置4中排除半波或全波。由此產(chǎn)生初級(jí)側(cè)振蕩電路的有效較低的激勵(lì)幅度。在振蕩間歇中調(diào)節(jié)逆變器裝置4，使得產(chǎn)生空轉(zhuǎn)狀態(tài)，所述空轉(zhuǎn)狀態(tài)允許振蕩電路的繼續(xù)振蕩。這結(jié)合圖5詳細(xì)闡述。

根據(jù)本發(fā)明，通過整流器裝置5的功率調(diào)節(jié)通過在整流器裝置5中引入可開關(guān)的空轉(zhuǎn)狀態(tài)來實(shí)施。在此也規(guī)定，排除或者屏蔽掉一個(gè)或者多個(gè)半波或全波。因此，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)策略在此也規(guī)定，通過電流信號(hào)的至少一個(gè)半波來激活空轉(zhuǎn)狀態(tài)以便短接次級(jí)側(cè)的振蕩電路。因此，在次級(jí)側(cè)的振蕩電路的短接期間，無電流流到電池中。作為結(jié)果，在整流器裝置前的電路“看見”有效地較低的電池電壓，這導(dǎo)致在能量源側(cè)上的線圈中的明顯較小的通過電流并且因此導(dǎo)致減小的損耗。

通過逆變器裝置4和整流器裝置5中的功率的脈沖模式調(diào)制的組合可以因此調(diào)節(jié)用于傳輸系統(tǒng)1的每個(gè)任意工作點(diǎn)。

借助本發(fā)明不僅僅可以節(jié)省傳輸系統(tǒng)1中的部件。更確切地說，傳輸系統(tǒng)1在部分負(fù)載運(yùn)行中也可以以高的效率運(yùn)行。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實(shí)施方式的流程圖。

所述方法在第一步驟S1中規(guī)定：周期地開關(guān)能量源6到傳輸裝置3上的供電功率7，所述傳輸裝置被構(gòu)造用于無接觸式傳輸電能量。

在第二步驟中，無接觸式地傳輸電能量，例如從傳輸裝置3的發(fā)送線圈或者初級(jí)線圈3-1到傳輸裝置3的安裝在車輛中的接收線圈或者次級(jí)線圈3-2上。

在第三步驟S3中將由傳輸裝置3提供的功率8周期地開關(guān)或者轉(zhuǎn)發(fā)到用電器2上。

在此，在周期開關(guān)的步驟S1、S3的至少一個(gè)中以脈沖模式調(diào)制開關(guān)過程。替代地，也可以在周期開關(guān)的步驟S1和S3的兩個(gè)步驟中實(shí)施脈沖模式調(diào)制。

附加地，可以在一種實(shí)施方式中對(duì)周期開關(guān)的步驟進(jìn)行同步。

最后，可以在一種實(shí)施方式中對(duì)于傳輸方法的多個(gè)工作點(diǎn)分別預(yù)給定用于周期開關(guān)過程的預(yù)給定的或可變的長度的開關(guān)模式11。

在此，可以對(duì)于在逆變器裝置4中的和在整流器裝置5中的開關(guān)過程分別預(yù)給定各自的開關(guān)模式。

開關(guān)模式11的位分別表示相應(yīng)電壓的或者相應(yīng)電流的半波或者全波，基于所述相應(yīng)電流進(jìn)行開關(guān)。

隨后，基于開關(guān)模式11可以開關(guān)在逆變器裝置4中的和在整流器裝置5中的功率，以便調(diào)節(jié)充電時(shí)的所期望的工作點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)不同的策略。在一種實(shí)施方式中利用一種運(yùn)行策略，在所述運(yùn)行策略中，整流器裝置和逆變器裝置調(diào)節(jié)它們的、功率調(diào)制的相應(yīng)程度，使得在考慮給定的邊界條件、如線圈的耦合因子和電池電壓和所期望的傳輸功率的情況下實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)的在器件的負(fù)荷、散射磁場(chǎng)、排熱和傳輸損耗方面最優(yōu)的運(yùn)行點(diǎn)。

為此，在一種實(shí)施方式中，可以在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上使用相同的脈沖模式。與傳統(tǒng)單側(cè)調(diào)節(jié)相比，對(duì)于該運(yùn)行策略不需要附加的測(cè)量技術(shù)（例如用于確定耦合電感M）。唯一的前提條件是在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間的存在的通信。在任何情況下必須測(cè)量調(diào)節(jié)參量（例如電池充電電流）。

第二運(yùn)行策略旨在，通過在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上的合適的脈沖模式來調(diào)節(jié)在初級(jí)側(cè)上的電流和次級(jí)側(cè)上的電流之間的恒定的電流關(guān)系。產(chǎn)生與在先前的運(yùn)行策略中相同的優(yōu)點(diǎn)。此外，實(shí)際的電池電壓通過次級(jí)側(cè)從系統(tǒng)退耦，使得不僅在初級(jí)側(cè)上而且在次級(jí)側(cè)上與在額定點(diǎn)處的電流相同的電流流動(dòng)，系統(tǒng)針對(duì)該額定點(diǎn)被優(yōu)化。因此，通過有源次級(jí)側(cè)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，而不需要附加的DC/DC-轉(zhuǎn)換器。

第三運(yùn)行策略設(shè)置自適應(yīng)工作點(diǎn)匹配。在邊界條件——應(yīng)在給定的耦合因子和給定的電池電壓的情況下傳輸所要求的功率——下，現(xiàn)在可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)最優(yōu)工作點(diǎn)。這能夠通過附加的自由度實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)調(diào)節(jié)提供所述自由度。在一種實(shí)施方式中，例如能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際效率的測(cè)量和最有效的工作點(diǎn)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。該過程可以從調(diào)節(jié)技術(shù)角度很緩慢地運(yùn)行，因?yàn)樵诔潆娺^程中工作點(diǎn)僅僅緩慢地發(fā)生變化。其他優(yōu)化參量也是可以的，例如利用空氣隙中的最小B場(chǎng)的充電過程。

最后，可以使用第四運(yùn)行策略，所述第四運(yùn)行策略設(shè)置用于擴(kuò)大總系統(tǒng)的工作區(qū)的有源次級(jí)側(cè)。僅僅當(dāng)初級(jí)電流例如基于差的耦合因子超出確定的最大值的時(shí)候，次級(jí)側(cè)才被有效用于阻抗匹配，以便能夠進(jìn)一步運(yùn)行系統(tǒng)，而不超出最大初級(jí)電流。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的車輛設(shè)備20的一種實(shí)施方式的電路框圖。

在車輛設(shè)備20中示出車輛25，其中在車輛25內(nèi)布置有傳輸裝置3的接收線圈3-2、整流器裝置5和構(gòu)造為能量存儲(chǔ)裝置2的用電器2，例如車輛電池2。

在車輛25之外布置有能量源6、逆變器裝置4和傳輸裝置3的初級(jí)線圈3-1。

最后設(shè)置有控制裝置10，所述控制裝置與逆變器裝置4和整流器裝置5耦合，以便控制所述逆變器裝置和整流器裝置。

控制裝置10可以被構(gòu)造用于執(zhí)行根據(jù)圖2的方法?？刂蒲b置10在此可以構(gòu)造為單個(gè)控制設(shè)備10。替代地，控制裝置10也可以構(gòu)造為分布式控制系統(tǒng)10，所述控制系統(tǒng)可以部分地布置在逆變器裝置4中并且部分地布置在整流器裝置5中。在此，控制裝置10的部分可以例如通過無線電交換數(shù)據(jù)用于同步。替代地，控制裝置10的部分也可以基于電流或者電壓測(cè)量來實(shí)施同步。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)1的一種示例性實(shí)施方式的電路圖。

圖4中的傳輸系統(tǒng)具有能量源6，所述能量源提供供電電壓U₀。逆變器裝置4具有4個(gè)支路，其中兩個(gè)支路與能量源6的正極耦合，并且兩個(gè)支路與能量源6的負(fù)極耦合。與正極耦合的一個(gè)支路以及與負(fù)極耦合的一個(gè)支路分別與傳輸裝置3的發(fā)送線圈3-1的第一極耦合，該發(fā)送線圈具有電感L1。剩余的支路與傳輸裝置3的發(fā)送線圈3-1的第二極耦合。每個(gè)支路具有第一開關(guān)裝置15-1 - 15-4和與相應(yīng)的第一開關(guān)裝置15-1 - 15-4反向并聯(lián)連接的第一二極管16-1 - 16-4。在逆變器裝置4與發(fā)送線圈3-1之間還布置有電容器C1，所述電容器與線圈3-1構(gòu)成振蕩電路。

傳輸裝置3的接收線圈3-2與整流器裝置5耦合。整流器裝置5具有兩個(gè)支路，所述兩個(gè)支路分別將接收線圈3-2的極之一與能量存儲(chǔ)裝置2的負(fù)極耦合。所述支路中的每個(gè)具有第二開關(guān)設(shè)備17-1 - 17-2，所述第二開關(guān)設(shè)備分別具有反向并聯(lián)布置的第二二極管18-1、18-2。整流器裝置5還具有兩個(gè)支路，所述兩個(gè)支路分別將接收線圈3-2的極之一與能量存儲(chǔ)裝置2的正極耦合。所述支路中的每個(gè)具有第三二極管19-1、19-2。在整流器裝置5和接收線圈3-2之間還布置有電容器C2，所述電容器與線圈3-2構(gòu)成振蕩電路。

在圖4中，能量源提供電壓U₀。在發(fā)送線圈3-1的振蕩電路上存在電壓U₁。在發(fā)送線圈3-1的振蕩電路中電流I₁流動(dòng)。在接收線圈3-2的振蕩電路上存在電壓U₂。在接收線圈3-2的振蕩電路中電流I₂流動(dòng)。能量存儲(chǔ)裝置2具有電壓U_bat。

感應(yīng)式傳輸系統(tǒng)的基本運(yùn)行特性能夠借助基波分析來確定，在基波分析中忽略矩形電壓信號(hào)的高次諧波。在根據(jù)圖4的示例性的實(shí)施方式中，根據(jù)基波分析根據(jù)以下公式算出在諧振頻率ω=ω₀的情況下所傳輸?shù)墓β剩?/p>

可以看出，該功率可以受三個(gè)因素影響。一方面，可以改變次級(jí)側(cè)電壓U₂。此外，可以改變初級(jí)側(cè)電壓U₁。最后，可以改變初級(jí)線圈3-1和次級(jí)線圈3-2之間的耦合因子并且因此耦合電感M。在此，耦合因子和電池電壓通常通過傳輸系統(tǒng)中的情況，例如通過車輛來預(yù)給定或者不能夠明確地調(diào)節(jié)。

通過第一和第二開關(guān)元件15-1 - 15-4和17-1 - 17-2的周期控制可以有針對(duì)性地影響電壓U₁和U₂。由此能夠?qū)崿F(xiàn)：調(diào)節(jié)傳輸系統(tǒng)1中的每個(gè)任意的工作點(diǎn)。

在圖4中通過加粗示出的連接線路示出電流路徑，借助所述電流路徑可以將初級(jí)線圈3-1的振蕩電路和次級(jí)線圈3-2的振蕩電路分別閉合或者從能量源6或者能量存儲(chǔ)裝置2分離。

初級(jí)線圈3-1的振蕩電路的路徑從初級(jí)線圈3-1的第一極經(jīng)過電容器C1至開關(guān)元件15-1、通過正的供電線路至開關(guān)元件15-2并且從該開關(guān)元件15-2至初級(jí)線圈3-1的第二極地延伸。如果通過軟開關(guān)從初級(jí)線圈3-1的振蕩電路的供電電壓移除或屏蔽掉半波或全波，則產(chǎn)生初級(jí)線圈3-1的振蕩電路的有效地較低的激勵(lì)幅度。

次級(jí)線圈3-2的振蕩電路的路徑從次級(jí)線圈3-2的第一極經(jīng)過電容器C2至開關(guān)元件17-1、通過負(fù)的供電線路至開關(guān)元件17-2并且從該開關(guān)元件17-2至次級(jí)線圈3-2的第二極地延伸。在此也規(guī)定，對(duì)半波或全波的數(shù)目進(jìn)行調(diào)制。因此，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)策略在此也規(guī)定，通過電流信號(hào)的至少一個(gè)半波激活空轉(zhuǎn)狀態(tài)用于短接次級(jí)側(cè)的振蕩電路。因此在次級(jí)側(cè)的振蕩電路的短接期間，無電流流入能量存儲(chǔ)裝置中。作為結(jié)果，在整流器前的電路“看見”有效地較低的電壓U₂，這導(dǎo)致在初級(jí)電路中的較小的通過電流。

在圖4中，能量源6作為直流電壓能量源6示出。在其他實(shí)施方式中，能量源6也可以構(gòu)造為具有附加整流器等等的交流電壓能量源。例如，能量源6也可以是公共能量供應(yīng)商的供電網(wǎng)絡(luò)。

在圖5-9的圖形中，示出根據(jù)圖4的根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)1的一種實(shí)施方式中的電壓和電流。所述圖形分別具有六個(gè)上下相疊地示出的曲線。第一曲線表示傳輸系統(tǒng)1的輸出功率的變化過程。第二曲線表示圖4中的電壓U₁。第三曲線表示初級(jí)線圈3-1中的電流，第四曲線表示次級(jí)線圈3-2中的電流。第五曲線表示整流器裝置5的開關(guān)位置。

最后，第六曲線表示能量存儲(chǔ)裝置2上的充電電流的變化過程。

在圖5中，在第一和第二曲線之間還示出開關(guān)模式11，所述開關(guān)模式說明何時(shí)逆變器裝置執(zhí)行其功能并且對(duì)能量源6的電壓進(jìn)行逆變并且何時(shí)逆變器裝置不執(zhí)行其功能并且不對(duì)能量源6的電壓進(jìn)行逆變。在此，開關(guān)模式11具有用于第二曲線的經(jīng)逆變的電壓的每個(gè)半波的值。圖5的開關(guān)模式11具有8位并且重復(fù)三次。開關(guān)模式11內(nèi)容是“11000000”。因此將電壓U₁的一個(gè)全波或一個(gè)周期傳輸?shù)絺鬏斞b置3上并且排除其他三個(gè)周期。這相應(yīng)于1/4的占空比。

在第三曲線中可以看出，初級(jí)線圈3-1中的電流隨著每個(gè)所傳輸?shù)娜▓?zhí)行一個(gè)起振過程，所述起振過程直至第四周期幾乎隱滅。接著重新傳輸電壓U₁的一個(gè)全波或一個(gè)周期到傳輸裝置3上并且起振過程重新開始。電流的幅度在此在該示例中在最大值方面是約100A。

在初級(jí)線圈3-1的側(cè)上通過排除所述周期能夠?qū)崿F(xiàn)功率調(diào)節(jié)。在此控制平均輸送給初級(jí)線圈3-1的電流。

在第四曲線中可以看出，次級(jí)線圈3-2中的電流遵循第二曲線中的電流的電流變化過程。然而，所述電流的最大幅度略微更低，約50A。在次級(jí)線圈中的電流的幅度通過在兩個(gè)線圈3-1、3-2之間的耦合因子來確定。

在第五曲線中可以看出，在圖5的設(shè)備中在次級(jí)側(cè)上沒有發(fā)生排除或消隱（Austastung）。這在第六曲線中也變得明顯，在所述第六曲線中可以看出，哪個(gè)電流輸送給能量存儲(chǔ)裝置2。該電流準(zhǔn)確地相應(yīng)于第四曲線的經(jīng)整流的電流。

在圖6中，第一和第二曲線的變化過程相應(yīng)于圖5的第一和第二曲線的變化過程，然而，第一曲線表明6.38kW的平均功率并且第二曲線的開關(guān)模式內(nèi)容是“110000”。整流器對(duì)于其時(shí)間的約30%被接通到空轉(zhuǎn)狀態(tài)中。逆變器裝置在圖6中因此不是如在圖5中的那樣1/4全波而是現(xiàn)在在圖6中1/3全波傳輸?shù)絺鬏斞b置2上，以便大致達(dá)到如在前一個(gè)例子中的相同的總功率。

第三曲線中的電流的變化過程從變化過程方面與圖5的電流的變化過程類似，然而其最大幅度為約75A。第四曲線中的電流的變化過程再次遵循第三曲線的電流的變化過程。

在第五曲線中可以看出，大致對(duì)于電壓U₁的一個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間直至電壓U₁的一個(gè)周期的中心分別發(fā)生在次級(jí)側(cè)上的消隱。因此，在次級(jí)側(cè)上的振蕩電路閉合并且不提取能量。這在以下方面可以看出，即在次級(jí)振蕩電路中的電流的幅度相比于在圖5中較弱地下降。用于次級(jí)振蕩電路的相應(yīng)開關(guān)模式11內(nèi)容是“001”。

第六曲線示出，在消隱期間不發(fā)生電流到能量存儲(chǔ)裝置2上的傳輸。

通過圖6的開關(guān)模式11，次級(jí)線圈3-1中的電流幾乎保持不變，而初級(jí)線圈電流減小20%。這相應(yīng)于初級(jí)線圈損耗減小35%。

圖7示出開關(guān)模式11，其中傳輸電壓U₁的每個(gè)全波。因此，該開關(guān)模式例如內(nèi)容可以是“11”并且持續(xù)重復(fù)。在圖7的第五曲線中還可以看出，在次級(jí)側(cè)上不發(fā)生消隱。圖7示出在最大耦合和最大充電功率的情況下傳輸系統(tǒng)1的特性。

因?yàn)樵诔跫?jí)側(cè)上不發(fā)生消隱，所以初級(jí)線圈3-1中的電流以正弦形周期性變化過程伸展?；谧畲篑詈?，次級(jí)線圈3-2中的電流同樣以正弦形周期性變化過程伸展。兩個(gè)電流具有約100A的幅度。第六曲線示出，第四曲線的經(jīng)整流的電流到能量存儲(chǔ)裝置2上的的連續(xù)傳輸。

圖8現(xiàn)在示出一種開關(guān)策略，其中在傳輸系統(tǒng)1中大致可以傳輸如在圖7中一樣的功率。然而，耦合因子在此僅僅為圖7的最大耦合因子的約50%。

在一半耦合系數(shù)的情況下，為了達(dá)到完全功率，必須減半經(jīng)逆變的電壓U₁的電壓幅度并且使初級(jí)線圈3-1中的電流倍增。為此，排除在逆變器中的每個(gè)第二全波。相應(yīng)的開關(guān)模式11內(nèi)容例如可以是“0011”。

相應(yīng)地，第二曲線示出，僅僅傳輸電壓U₁的每個(gè)第二全波到傳輸裝置2上。這導(dǎo)致初級(jí)線圈3-1中的電流倍增到約200A。但次級(jí)線圈3-2中的電流的幅度如在圖7中那樣保持在100A。因此，在次級(jí)側(cè)上大約實(shí)現(xiàn)如在圖7中那樣相同的充電功率。

圖9示出圖8的開關(guān)策略的一種替代開關(guān)策略，借助該替代開關(guān)策略在相同的框架條件下可以傳輸大致相同的功率。

與根據(jù)圖8的開關(guān)策略近似相同的充電功率也可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即在無空轉(zhuǎn)的情況下開關(guān)逆變器裝置4，但為此在整流器裝置5中對(duì)于時(shí)間的50%發(fā)生消隱。與此相應(yīng)地產(chǎn)生：初級(jí)線圈電流減小到在最大耦合的情況下達(dá)到的值上，而次級(jí)線圈電流增加到增倍的值上，因?yàn)榇渭?jí)線圈電流僅僅對(duì)于時(shí)間的一半對(duì)于電池有效。

與此相應(yīng)地，圖9的開關(guān)策略示出，不發(fā)生消隱，即開關(guān)模式11例如內(nèi)容是“11”。與此相對(duì)，對(duì)于次級(jí)線圈3-2設(shè)置開關(guān)模式11，使得每個(gè)第二全波被消隱。開關(guān)模式11內(nèi)容例如可以是“0011”。

可以看出，在次級(jí)線圈3-2中的電流的每個(gè)第二全波被傳輸?shù)侥芰看鎯?chǔ)裝置2上。

在圖5-9中，示出預(yù)給定的工作點(diǎn)的開關(guān)策略。在其他實(shí)施方式中，其他開關(guān)策略例如可以由上述開關(guān)策略的組合組成。例如，可以任意相互組合電壓U₁的半波或者全波的消隱和次級(jí)線圈3-2中的電流的半波或者全波的消隱或者排除。

在上面所示的實(shí)施方式中，在開關(guān)模式11中對(duì)于初級(jí)側(cè)而言“1”表示，電壓U₁的半波被傳送到傳輸裝置上。對(duì)于次級(jí)側(cè)而言“1”在開關(guān)模式11中表示，相應(yīng)的半波不被傳輸?shù)侥芰看鎯?chǔ)裝置2上。在其他實(shí)施方式中，該邏輯可以不同地被執(zhí)行。例如可以選擇高態(tài)激活或者低態(tài)激活的邏輯。此外，開關(guān)模式的長度可以發(fā)生變化。在一種實(shí)施方式中，開關(guān)模式11具有100位。由此可以非常簡單地以百分比步驟調(diào)節(jié)所述功率，其中每個(gè)位代表1%。在開關(guān)模式11中的位的其他數(shù)目同樣是可以的。此外，在上面示出的實(shí)施方式中，始終開關(guān)或者屏蔽掉整個(gè)全波（“11”或者“00”）。一個(gè)同樣根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)置所分離的半波的開關(guān)或者屏蔽掉，例如“1001001100”。

盡管先前已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，而是可以通過多種方式來修改。本發(fā)明尤其可以以多種多樣的方式來改變或修改，而不偏離本發(fā)明的核心。