非接触式充电装置、充电系统和为机动车的蓄能器非接触式充电的方法与流程

本发明涉及一种非接触式充电装置，用于为机动车的蓄能器非接触式充电，其中，非接触式充电装置包括用于将非接触式充电装置与能量源/电源联接的接口。本发明还包括一种具有非接触式充电装置的充电系统和一种为机动车的蓄能器非接触式充电的方法。

背景技术：

从现有技术中已知了用于为机动车的蓄能器、特别是电池充电的各种措施。这包括有线的系统和非接触式充电方案。通过有线的充电方法可以实现更高的充电功率，从而可以缩短充电时间，而非接触式充电可能性则为用户提供了更多便利，这是因为用户无需手动建立与车辆的插接连接。

为了能够尽可能缩短充电时间，电动车辆通常具有dc充电接口，通过该dc充电接口，可以由合适的dc充电装置以大于22千瓦功率对电动车辆进行充电。特别地，可以由充电桩通过该dc充电接口来实现能量输送。这种充电桩可以使用从50千瓦到150千瓦甚至更高的功率进行充电。原则上，也可以使用交流电流为电动车辆充电。然而，安装在车辆中的ac充电器通常仅具有个位数千瓦范围内的功率。为了也能够在私人领域中提供更高的充电功率，目前提供有壁挂式充电桩形式的dc充电器，即，从11千瓦到22千瓦范围内的壁挂式充电器。非接触式充电系统、例如感应式充电系统具有从3.6千瓦至11千瓦范围内的功率，这意味着与有线的dc充电相比，充电时间明显更长。然而，这些非接触式充电装置具有很大的优点，即用户不必手动地建立与其机动车的插接连接，因此明显更加舒适。无论是家用的壁挂式充电站还是非接触式充电装置都非常昂贵。如果居家用户想要有在快速充电和舒适充电之间进行选择的可能性，则用户需要这两种系统，但这非常昂贵。因此，希望能够以更低成本为用户提供这种选择可能性。

例如在文献us2015/0115704a1中也描述了用于为机动车的蓄能器非接触式充电的非接触式充电装置。此外，文献de102016116914a1描述了用于给电气化车辆充电的系统和方法，其中如果既可以从有线充电系统又可以从无线充电系统获得电力，则相对于无线充电系统优先使用有线充电系统进行充电。此外，文献de102015006277a1描述了一种能量传输装置以及一种设备，向该设备能够传输通过该能量传输装置感应地传输的电能。

技术实现要素：

因此本发明的目的是，提供一种非接触式充电装置、一种充电系统和一种用于为机动车的蓄能器非接触式充电的方法，该非接触式充电装置、充电系统和方法使得能够尽可能成本有利且灵活地为蓄能器充电。特别地，应该能够成本有利以及简单地改装非接触式充电系统。

该目的通过具有根据各相应独立权利要求的特征的非接触式充电装置、充电系统和用于对机动车的蓄能器充电的方法来实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书和附图的主题。

用于为机动车的蓄能器非接触式充电的非接触式充电装置具有用于将该非接触式充电装置与能量源联接的接口，其中，该接口被设计用于与充电站进行通信联接和有线的电联接，该充电站又被设计用于对蓄能器有线充电。

有利地，由此可以通过用于有线充电的充电站向非接触式充电装置供应能量。该充电站又可以被设计为常规的壁挂式充电桩或壁挂式充电站，并且与电网联接或可以联接。本发明基于以下知识：如果非接触式充电装置不直接与电网联接，而是被用于有线充电的充电站供给能量，则可以节省大量构件，例如保护装置或电网接口，例如故障电流保护开关、接触器、继电器、电源滤波器、过压保护器等。这种保护装置已经在常规的充电站、特别是壁挂式充电站中存在。由此显著减小了非接触式充电装置的尺寸和成本。由此，已经具有家用壁挂式充电站的用户可以有利地为该壁挂式充电站补充和改装由非接触式充电装置提供的非接触式充电可能性。这也有利地再次为用户提供了选择可能性：是直接使用充电站对蓄能器进行有线充电，还是通过非接触式充电装置对蓄能器进行非接触式充电。因此，非接触式充电装置提供了给机动车的蓄能器充电的特别经济的且此外还灵活的充电可能。

非接触式充电装置也可以设计成通过壁挂式充电站的标准化通信协议、例如ccs2与壁挂式充电站通信。可以以这样的方式设计通信，使得壁挂式充电站并不区分是机动车直接与壁挂式充电站联接、还是非接触式充电装置。如果将非接触式充电装置用于充电，则机动车例如通过wlan或蓝牙与非接触式充电装置通信，然后非接触式充电装置相应地与壁挂式充电站进行通信，由此可以开始和结束充电过程并向壁挂式充电站请求相应的充电电压。相应地，为了与机动车通信，非接触式充电装置也可以具有无线通信装置，以便例如通过wlan或蓝牙与机动车通信。

此外，非接触式充电装置可以例如设计为电容式或电感式充电装置。如果将非接触式充电装置设计为电容式充电装置，则非接触式充电装置提供初级侧，该初级侧与安装在车辆方面的次级侧电容性联接。如果将非接触式充电装置设计为感应式充电装置，则充电装置在此还提供初级侧，例如以可被施加交流电流的线圈的形式，该线圈能够与在车辆方面的次级侧感应式联接，该次级侧也具有用于感生感应电流的线圈。

在本发明的另一有利的实施形式中，非接触式充电装置被设计用于，由被构造为dc充电站和/或ac充电站的能量源提供能量。换句话说，非接触式充电装置可以被设计为dc壁挂式充电桩或ac壁挂式充电桩的加装方案。另外，也可以如下方式设计非接触式充电装置，使其对于这两种能量源类型都适用，这将在下面详细描述。非接触式充电装置特别有利地被设计成，通过被设计为dc充电站的能量源来为该非接触式充电装置供应能量，特别是被设计成仅由dc充电站供应能量，因为这实现了非接触式充电装置的特别有效的且低成本的设计。特别地，当dc充电站直接与机动车连接时，dc充电站可以提供特别高的充电功率，从而与非接触式充电装置的这种组合是特别有利的。因此，用户可以在使用dc充电站以非常短的充电时间进行直接充电还是以非常方便的方式使用非接触式充电装置进行非接触式充电之间进行选择。

如果非接触式充电装置例如被设计成由ac充电站供给能量，则非接触式充电装置优选地包括整流器，该整流器将从ac充电站接收的交流电流转换成直流电流。该直流电流进一步通过逆变器被转换成具有合适频率的、例如在80千赫和90千赫之间的交流电流，该频率正好对于感应式充电装置而言是优选的频率范围。在这种情况下有利的是，非接触式充电装置还包括功率因数校正电路或功率因数校正滤波器，以避免由整流引起的电网干扰(netzrückwirkung)。

另一方面，如果非接触式充电装置被设计为仅由dc充电站供给能量，则可以省略整流器和功率因数校正电路。在这种情况下，非接触式充电装置具有逆变器就足够了，该逆变器将由dc充电站接收的直流电压转换成具有进行感应式或电容式充电的所需频率的交流电压。因为在该实施方式中可以省略诸如整流器或功率因数校正滤波器的构件，所以这实现了非接触式充电装置的特别有成本有利的设计。

但是，非接触式充电装置也可以这样设计，使得非接触式充电装置既可以由ac充电站也可以由dc充电站供给能量。为此，如上所述，可以将非接触式充电装置设计为具有整流器和下游的逆变器，其中，整流器电路也可以设计为能够通过跨接电路被跨接。相应地，当通过dc充电桩或dc充电站充电时，整流器以及可选的功率因数校正电路可以被跨接，并且输入直流电压可以被逆变器转换成期望的交流电压。另一方面，如果将非接触式充电装置与作为能量源的ac充电站联接，则整流器连同相应的功率因数校正电路不被跨接，由此输入的交流电压可以被整流并通过下游的逆变器转换为所需频率的交流电压。

由此，本发明及其配置提供了多种设计方案，这些设计方案一方面允许特别成本有利的设计，另一方面还允许特别适合于情况的且灵活的设计方案。

因此，有利的是，充电装置具有至少一个第一变流器装置，特别是逆变器。该逆变器被设计成将直流电压转换成具有确定的频率、优选在80千赫与90千赫之间、特别是85千赫的交流电压。这些频率范围与被设计为感应式充电装置的非接触式充电装置相组合是特别有利的。

此外，有利的是，特别是如果非接触式充电装置也可以与ac充电站联接，则该充电装置具有至少一个第二变流器装置，特别是整流器。然后，该整流器与ac充电站的组合可以实现特别有效的操作。

在本发明的另一有利的实施形式中，接口是用于与充电站的对应的插头、特别是combo-2插头联接的插座。另选地，该接口既可以包括插座，又可以包括另选的作为用于能量供应的输入接口的插头。壁挂式充电桩通常包括用于与机动车的相应插座联接的连接插头。因此，有利的是，非接触式充电装置包括与机动车一样的插座。combo-2插头的标准已在整个欧洲确立。因此，如果非接触式充电装置的接口也符合这种标准，则是有利的。但是，该接口也可以被设计为根据其他标准的插头和/或插座。优选地，至少一个用于与充电站通信的信号线路也集成到该插头或插座中。

在本发明的另一有利的实施形式中，非接触式充电装置具有能量传输装置、带有接口的接口装置以及将接口装置与能量传输装置连接的至少一个电线路。能量传输装置可以例如被设计为底板。在将非接触式充电装置设计为感应式充电装置的情况下，能量传输装置还包括感应线圈，或者在将非接触式充电装置设计为电容式充电装置的情况下，能量传输装置包括至少一个电容器板。如果能量传输装置例如设计为底板，则该底板可以安装或放置在地面上的任何位置，例如车库中。特别地，非接触式充电装置也可以被设计为便携式或移动的。换句话说，被设计为底板的能量传输装置不必固定不动地集成到地面中，但当然也可以想到这样做。另选地，能量传输装置也可以设计为壁模块或壁板，以用于固定到竖立在地面上的壁上。

特别有利的是，接口装置可以与能量传输装置分开布置并且通过电线路与能量传输装置连接。换句话说，接口、例如插座可以与能量传输装置的布置和位置无关地被布置在任何位置以用于与充电站联接。另选地，接口也可以例如集成在底板中。但是，在最先提到的变型方案中提供了更大的灵活性。

在本发明的另一有利的改进方案中，接口装置包括第一变流器装置和/或第二变流器装置和/或用于控制非接触式充电装置与充电站和/或与机动车的通信的控制单元。换句话说，上述变流器装置也可以集成到插头接口中。通过标准化接口进行通信的电子设备也可以位于接口装置本身中。

在替代的实施例中，能量传输装置包括第一变流器装置和/或第二变流器装置和/或用于控制非接触式充电装置与充电站和/或与机动车的通信的控制单元。换句话说，这些部件，即所描述的变流器装置，以及还有用于通信的电子设备可以布置在能量传输装置本身中，即例如布置在底板中。有利地，这两个变型方案使得可以根据可供使用的安装空间来将非接触式充电装置的相应部件或者集成到接口装置中、或者集成到能量传输装置中。这又提供了特别高的设计可能性和应用可能性。向例如底板中或通常向能量传输装置中的集成可以实现特别紧凑的设计。另一方面，将这些部件集成到接口装置中可以例如在维修时明显更便于接触这些组件。

本发明还涉及一种具有根据本发明的非接触式充电装置或其实施方式之一的充电系统。此外，该充电系统具有用于为蓄能器有线充电的充电站，该充电站能与电网联接，并且该充电站被设计成提供可确定的输出电压，以用于向非接触式充电装置提供能量。

针对非接触式充电装置及其实施方式所描述的优点同样适用于根据本发明的充电系统。此外，如上所述，充电站可以被设计为dc充电站或也可以被设计为ac充电站，特别是被设计为dc壁挂式充电桩或ac壁挂式充电桩。这种充电系统能使用户以特别成本有利的方式实现在充电可能性方面的特别高的灵活性。

此外，本发明还涉及一种借助于非接触式充电装置对机动车的蓄能器进行非接触式充电的方法，该充电装置具有用于与能量源联接的接口。接口在此与用于为蓄能器有线充电的充电站电联接和通信联接。另外，非接触式充电装置至少部分地借助于由充电站通过接口在非接触式充电装置处提供的能量对蓄能器进行非接触式充电。

在此，结合根据本发明的非接触式充电装置及其实施方式所描述的优点也同样适用于根据本发明的方法。另外，结合根据本发明的充电装置及其实施方式所提及的主题特征使得能够使用另外的方法步骤进一步改进根据本发明的方法。本发明还包括所描述的实施方式的组合。

本发明的其他优点、特征和细节从对优选实施例的以下说明中并参考附图得出。

下面说明的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的各个部分均代表本发明的可彼此独立考虑的各个特征，这些特征也各自彼此独立地改进了本发明，因此也单独地或以与所示出的组合不同的组合被视为本发明的一部分。此外，所描述的实施例也可以通过本发明的已经描述的其他特征来补充。

附图说明

唯一的附图示出了根据本发明的一个实施例的充电系统10的示意图，该充电系统具有非接触式充电装置12。

具体实施方式

充电系统10还包括壁挂式充电站14，该壁挂式充电站14可以被设计为例如dc壁挂式充电桩或ac壁挂式充电桩。非接触式充电装置12还包括插头接口，即具有用于与壁挂式充电站14联接的合适的接口16a的接口装置16，以及包括能量传输装置18。该能量传输装置18可以以底板的形式提供，如此处所示。此外，在该示例中，能量传输装置18被设计为感应式能量传输装置，并且因此包括初级线圈20，可以对该初级线圈施加交流电流，以便通过由此产生的交变磁场在机动车24的次级线圈22中感生出电流。通过由此在机动车24中感生的电流可以对机动车24的蓄能器26、例如hv电池充电。

因此，有利地由壁挂式充电站14提供能量供给以用于为能量传输装置18的感应线圈20提供交流电流，由此有利地，不需要将非接触式充电装置12直接与电网联接。因此，非接触式充电装置12理想地仅具有一个带有上游中间电路的逆变器28。但是，可以省略电网特有的电部件，例如整流器、功率因数校正电路、接触器、继电器、电源滤波器、过压保护器等。这些部件已经集成在充电站14中，因此对于非接触式充电装置12不再需要。因此，现有的壁挂式充电站14可以通过感应式的或一般的非接触式充电可能性以特别成本有利的方式进行改造，这可以通过根据本发明的非接触式充电装置12或其一种设计来实现。

充电站14和充电装置12之间的通信和电联接通过标准化接口、例如，combo-2插头插座组合来实现。在该示例中，充电装置12具有被设计为插座的接口16a，充电站14的相应插头30可以插入该插座中。通信联接也可以通过这种插头插座组合实现。通信也可以通过标准化协议、例如ccs2进行。

充电装置12可以例如通过wlan与机动车24通信，也可以与充电站14通信。通过该通信可以控制、特别是开始、结束充电过程，并且有针对性地从充电站14请求充电电压。充电电压在此情况下不一定必须与机动车24的电池26的电池电压相同。充电装置12可以例如提供在3.6千瓦至11千瓦之间的充电功率。如果用户例如在某种情况下需要更高的充电功率，则用户有利地能够通过简单地改插充电站14的插头30从而直接与机动车24联接来由充电站14直接给车辆充电，由此然后能够提供例如22千瓦或更大的充电功率。为此目的，机动车24特别是具有与接口16a相同的插座32。

接口装置16还通过线路34与能量传输装置18连接。由此，接口装置16可以独立于能量传输装置18布置在任何位置，这提供了高度的灵活性。另选地，接口装置16也可以集成在底板18中。另选地，逆变器28也可以直接集成到接口装置16中。此外，充电装置12还具有用于与机动车24和/或充电站14通信的电子设备，该电子设备也可以集成到接口装置16中或能量传输装置18中。如果充电装置12还被设计成例如由ac充电站供给能量，则充电装置12还包括整流器和功率因数校正电路。

总体上，本发明提供了一种非接触式充电装置，其以特别有效和成本有利的方式提供了现有充电站的扩展方案。