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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum induktiven Laden einer Batterie eines Fahrzeuges, wie z. B. der Traktionsbatterie eines Straßenfahrzeuges, welches mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet ist (z. B. Elektroauto oder ”Plug-In-Hybrid”).
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Anders als bei einem herkömmlichen Laden, bei welchem das mit der zu ladenden Batterie versehene Fahrzeug über ein Kabel und eine Steckverbindung mit einem Stromnetz bzw. einer Ladestation verbunden wird, erfolgt beim induktiven Laden die Übertragung der elektrischen Energie drahtlos über eine induktive Kopplung einer Primärspule einer Ladestation mit einer Sekundärspule des Fahrzeuges.
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Ein System zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie umfasst ein die Primärspule aufweisendes primärseitiges Teilsystem und ein die Sekundärspule aufweisendes sekundärseitiges Teilsystem.
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Nach einem Platzieren der beiden Spulen in einer bestimmten, für die induktive Kopplung geeigneten gegenseitigen Anordnung kann das Laden der Batterie durch eine Bestromung der Primärspule im primärseitigen Teilsystem bewirkt werden. Die dadurch in der Sekundärspule des sekundärseitigen Teilsystems induzierte Wechselspannung kann sodann z. B. mittels einer Ladesteuereinrichtung des sekundärseitigen Teilsystems gleichgerichtet und zur Einspeisung eines Gleichstromes (Ladestromes) in die Batterie genutzt werden.
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Das induktive Laden einer Fahrzeugbatterie hat eine Reihe von Vorteilen, wie vor allem eine erhöhte Sicherheit für den Benutzer, da es anders als bei einer elektrischen Steckverbindung keine freiliegenden elektrischen Kontakte und keine besondere Gefahr bei Feuchtigkeit gibt. Da der Benutzer nicht manuell eine elektrische Steckverbindung herstellen muss, ergibt sich vorteilhaft auch ein hoher Komfort für den Benutzer. Insbesondere wenn die Primärspule als Komponente einer (stationären) Ladestation vorgesehen und die Sekundärspule fest im Fahrzeug verbaut ist, ergibt sich auch kein umständliches Hantieren mit einem Ladekabel, wodurch wiederum Ausfälle durch Kabelbruch vermieden werden. Schließlich können die zum induktiven Laden erforderlichen Einrichtungen am Fahrzeug sowie an der Ladestation in einfacher Weise gegen Vandalismus gesichert ausgebildet werden.
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Es gibt jedoch auch Nachteile bzw. zu berücksichtigende Probleme, wie z. B. mehr oder weniger große Energieverluste und etwaig auftretenden ”Elektrosmog”. Beim induktiven Laden erfolgt eine Energieübertragung von der Primärspule zumeist über einen ”Luftspalt” zur Sekundärspule (Lufttransformator). Die Qualität der induktiven Kopplung der beiden Spulen, d. h. die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad der Energieübertragung hängt stark von der gegenseitigen Anordnung (Position und Orientierung) der beiden Spulen und insbesondere der Größe des dazwischen verbleibenden Luftspaltes ab.
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Um übermäßige Energieverluste beim induktiven Laden zu vermeiden, sollte daher im Rahmen einer Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden zunächst eine möglichst exakte Positionierung und Orientierung der beiden Spulen zueinander sichergestellt werden, bei welcher die induktive Kopplung mit einem hohen Kopplungsgrad und wenig Streuverlusten gewährleistet ist.
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Bei den ersten induktiv geladenen Elektroautos wurde ein über ein Kabel mit einer primärseitigen Stromversorgung einer Ladestation verbundenes, die Primärspule beinhaltendes, so genanntes ”Paddle” (gehäuste Primärspule) verwendet. Durch manuelles Einstecken dieses Paddles in eine hierfür am Fahrzeug vorgesehene zugehörige (passende) ”Paddle”-Aufnahme, welche die Sekundärspule beinhaltet, wurde somit durch eine Formschlussverbindung die gewünschte gegenseitige Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule (exakt koaxial zueinander und mit minimalem Luftspalt) sichergestellt.
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Nachteilig für den Benutzer ist bei dieser bekannten Lösung jedoch der Aufwand zum manuellen Einstecken der Primärspuleneinheit (Paddle) des primärseitigen Teilsystems in die zugehörige Aufnahme des sekundärseitigen Teilsystems (Fahrzeug).
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie eine hohe Energieübertragungseffizienz bei gleichzeitig hohem Komfort für den Benutzer zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Verfahren und Systeme bzw. Teilsysteme gelöst, die in den unabhängigen Ansprüchen angegeben sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere durch beliebige Kombinationen der unabhängigen Ansprüche miteinander und/oder durch Hinzunahme von Merkmalen, die in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
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Erfindungsgemäß ist ein automatisches Platzieren der Primärspule und/oder der Sekundärspule zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule. vorgesehen.
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Damit kann zuverlässig eine hohe Qualität der induktiven Kopplung mit geringen Verlusten beim Ladevorgang und gleichzeitig ein hoher Bedienungskomfort für den Benutzer sichergestellt werden.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Primärspule bzw. in einem primärseitigen Teilsystem kann demnach beispielsweise die Primärspule platziert, d. h. relativ zu einem (in der Regel stationären) Installationsort der Ladestation bewegt werden.
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Alternativ oder zusätzlich, bei einem Verfahren zum Betrieb einer Sekundärspule bzw. in einem sekundärseitigen Teilsystem, kann auch die Sekundärspule platziert, d. h. beispielsweise relativ zu einem Fahrzeugchassis bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer Bewegung der Sekundärspule relativ zum Fahrzeugchassis kommt im Rahmen der Erfindung zu demselben Zweck auch in Betracht, das Fahrzeug selbst zu bewegen.
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Zur Bewerkstelligung des automatischen Platzierens der Primärspule und/oder der Sekundärspule können das primärseitige Teilsystem bzw. das sekundärseitige Teilsystem mit ansteuerbaren Einstellmitteln ausgestattet sein.
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Die Einstellmittel können z. B. einen oder mehrere ansteuerbare Aktoren (z. B. elektromotorische Aktoren) umfassen, welche von einer Steuereinrichtung angesteuert werden und mit der Primärspule bzw. Sekundärspule bzw. deren Gehäusen mechanisch verbunden sind, um eine gewünschte Bewegung (translatorisch und/oder rotatorisch) der betreffenden Spule im Rahmen der automatischen Platzierung zu bewirken.
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Die zum Ansteuern der Einstellmittel verwendete Steuereinrichtung kann z. B. durch eine elektronische, programmgesteuerte Steuereinrichtung (z. B. enthaltend einen Mikrocontroller) gebildet sein. Sie kann primärseitig und/oder sekundärseitig angeordnet sein und z. B. auf Basis von primärseitig und/oder sekundärseitig gewonnenen Erfassungsgrößen (insbesondere z. B. Sensorsignalen) gemäß eines Einstellalgorithmus die entsprechenden Ansteuersignale für die Einstellmittel erzeugen.
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Ein von der Steuereinrichtung verwendetes Sensorsignal kann z. B. repräsentativ für die momentane Anordnung (translatorisch und/oder rotatorisch) der Primärspule oder der Sekundärspule (bzw. des Fahrzeuges) sein.
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In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Steuereinrichtung bzw. derjenige Teil der Steuereinrichtung, der unter Berücksichtigung eines mittels eines Sensors gewonnenen Sensorsignals ein Ansteuersignal für einen Aktor erzeugt, keineswegs zwingend zusammen mit dem Sensor und dem Aktor ”auf derselben Seite” (Primärseite oder Sekundärseite) angeordnet sein muss. Vielmehr kann gegebenenfalls eine Übertragung eines Sensorsignals oder von Sensordaten und/oder eine Übertragung eines Ansteuersignals oder von Ansteuerdaten von der Primärseite zur Sekundärseite und/oder umgekehrt vorgesehen sein. Abgesehen von einer Datenübertragung z. B. per Funk ergibt sich eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Datenübertragung durch die ohnehin vorhandene induktive Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule. Wie weiter unten noch erläutert, kann die induktive Kopplung vor und/oder während der eigentlichen Energieübertragung (zum Laden der Batterie) vorteilhaft auch für eine Datenübertragung genutzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsvariante der automatischen Platzierung umfasst diese eine gesteuerte Bewegung der betreffenden Spule(n), wobei jede Spule z. B. in einer Richtung parallel zu ihrer Spulenachse bewegt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Spule auch in wenigstens einer Richtung quer, insbesondere orthogonal zu ihrer Spulenachse bewegt werden. Darüber hinaus kann alternativ oder zusätzlich schließlich auch eine die Spule verdrehende bzw. verschwenkende Bewegung (um eine oder mehrere Achsen) vorgesehen sein.
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In einer Ausführungsvariante des automatischen Platzierens wird eine Qualität der induktiven Kopplung erfasst und das automatische Platzieren in Abhängigkeit von der erfassten Kopplungsqualität durchgeführt. In diesem Fall dient die Qualität der induktiven Kopplung als von der Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Einstellmittel zu verwendendes Sensorsignal. Bei der ”Qualität” der induktiven Kopplung kann es sich um eine auf Basis von elektrischen Messgrößen ermittelte Erfassungsgröße handeln, welche ein Maß für die Energieübertragungseffizienz der induktiven Kopplung darstellt. Als Erfassungsgröße gut geeignet ist somit z. B. insbesondere die sekundärseitige Leistung oder Spannung bei einer bestimmten, vorgegebenen primärseitigen Bestromung der Primärspule. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, einen Steueralgorithmus zur Realisierung einer ”Optimierungsstrategie” durchzuführen, mit dem Ziel, die Primärspule und die Sekundärspule in eine gegenseitige Anordnung zu bringen, bei welcher die Energieübertragungseffizienz relativ groß bzw. optimiert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform eines solchen Optimierungsverfahrens ist beispielsweise vorgesehen, dass ausgehend von einer bestimmten Einstellung sämtlicher Aktoren zunächst in einem ersten Schritt die momentane Qualität der induktiven Kopplung gemessen wird, sodann in einem zweiten Schritt eine kleine Änderung wenigstens einer Aktoreinstellung vorgenommen wird (z. B. eine zufällig gewählte Änderung), in einem dritten Schritt erneut die Kopplungsqualität gemessen wird, und in einem vierten Schritt festgestellt wird, ob sich die Kopplungsqualität durch die Änderung verbessert oder verschlechtert hat, wobei im Falle einer Verbesserung die Verarbeitung unmittelbar wieder zum ersten Schritt schreitet, wohingegen im Falle einer Verschlechterung zunächst in einem fünften Schritt die letzte Änderung der Einstellung rückgängig gemacht wird und erst dann zum ersten Schritt zurückgekehrt wird. In dieser oder ähnlicher Weise kann das automatische Platzieren gewissermaßen durch eine Regelung der Kopplungsqualität auf ein Maximum erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform des automatischen Platzierens der Sekundärspule umfasst dieses ein automatisches Rangieren des Fahrzeuges zur Erzielung der bestimmten (also insbesondere z. B. hinsichtlich der Kopplungsqualität optimierten) gegenseitigen Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule. In einer Weiterbildung handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Straßenfahrzeug mit einem motorischen, insbesondere elektrischen Antrieb und einer motorischen, insbesondere elektrischen Lenkung (z. B. Elektroauto oder Plug-In-Hybrid). In diesem Fall kann das automatische Rangieren durch geeignetes Ansteuern des z. B. elektrischen Antriebs, bevorzugt in Verbindung mit einer geeigneten Ansteuerung der z. B. elektrischen Lenkung erfolgen. Zum Zwecke der Realisierung der vorstehend erläuterten Optimierungsstrategie sind der Antrieb des Fahrzeuges und/oder die Lenkung des Fahrzeuges dann als spezielle Aktoren (zum Bewegen der Sekundärspule) anzusehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden folgende Schritte durchgeführt:
- – Überprüfen, ob sich die Sekundärspule in der Nähe der Primärspule befindet oder nicht,
- – sobald die Sekundärspule in der Nähe der Primärspule festgestellt wurde, Initiierung einer Bestromung der Primärspule zum induktiven Laden der Batterie.
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Eine derartige Inbetriebnahme der Primärspule kann als Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Primärspule, in einem erfindungsgemäßen primärseitigen Teilsystem bzw. Gesamtsystem vorgesehen sein, wobei jedoch nicht ausgeschlossen sein soll, dass bei dem genannten Überprüfungsschritt und/oder dem genannten Schritt der Initiierung der Bestromung eine Mitwirkung durch das sekundärseitige Teilsystem erfolgt oder das sekundärseitige Teilsystem eine hierfür geeignete spezielle Gestaltung besitzt.
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Im einfachsten Fall erfolgt die vorstehend erwähnte Inbetriebnahme der Primärspule im Wesentlichen lediglich durch primärseitig angeordnete Systemkomponenten. Zur Realisierung des Überprüfungsschrittes kann z. B. primärseitig wenigstens ein Sensor zur Detektion einer in der Nähe befindlichen Sekundärspule (oder eines Fahrzeuges) vorgesehen sein, beispielsweise eine Lichtschranke, ein Kontaktschalter, ein Belastungssensor (zur Detektion eines Fahrzeuges anhand des Fahrzeuggewichtes) etc. Sobald mittels eines derartigen Sensors die Anwesenheit eines Fahrzeuges (mit der Sekundärspule) festgestellt wurde, kann z. B. eine Initiierung der Bestromung der Primärspule dergestalt erfolgen, dass diese mit einem Wechselstrom von zunächst beispielsweise fest vorgegebener Frequenz und Amplitude beaufschlagt wird.
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Eine in dieser Weise automatisch erfolgende Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden stellt insbesondere dann einen hohen Bedienungskomfort dar, wenn der Benutzer (z. B. Fahrzeugbediener) hierfür nicht erst eine manuelle Bedienhandlung zum Einschalten des primärseitigen Versorgungsfeldes vornehmen muss.
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Ein im System für den Überprüfungsschritt eigens angeordneter Sensor ist für die vorstehend erläuterte Inbetriebnahme jedoch nicht zwingend erforderlich. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Überprüfen einfach durch Messung einer elektrischen Belastung im Bereich der induktiven Kopplung bewerkstelligt wird, also z. B. folgende Schritte umfasst:
- – schwache Bestromung der Primärspule,
- – Messung der primärseitigen und/oder sekundärseitigen Leistungsaufnahme.
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Diese Weiterbildung nutzt den Umstand, dass im Falle der Anwesenheit der Sekundärspule ab einer gewissen Nähe zur Primärspule bereits eine induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen besteht, so dass z. B. durch eine Messung der primärseitigen Leistungsaufnahme die Anwesenheit der Sekundärspule leicht detektiert werden kann (Der primäre Laststrom bzw. die primäre Leistungsaufnahme(fähigkeit) wächst in der Höhe extrem stark an, sobald ein ”Leistungsabnehmer” (Sekundärspule) in das von der Primärspule erzeugte Feld gelangt. Eine solche Strom- bzw. Leistungsüberhöhung, typischerweise um eine oder mehrere Zehnerpotenzen (im Vergleich zu einem ”Ruhestrom” ohne in der Nähe befindlicher Sekundärspule) kann durch eine entsprechende Schwellwertüberschreitung leicht detektiert werden.
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Bei dem ”Testlauf” der Primärspule mit der schwachen Bestromung kann z. B. ein Primärstrom verwendet werden, der um wenigstens einen Faktor 102, bevorzugt wenigstens einen Faktor 103 kleiner als ein für das eigentliche induktive Laden vorgesehener Nennstrom ist.
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Die schwache Bestromung kann vom primärseitigen Teilsystem z. B. selbstständig in gewissen Intervallen (z. B. jeweils etwa 1 Sekunde lang, in zeitlichen Abständen von etwa 1 Minute) durchgeführt werden. Falls bei einem solchen Testlauf eine für die Anwesenheit der Sekundärspule charakteristische Leistungsaufnahme gemessen wird, so kann im einfachsten Fall eine Initiierung der Bestromung der Primärspule ohne weitere Zwischenschritte dergestalt erfolgen, dass z. B wie oben bereits erwähnt, die Primärspule mit einem Wechselstrom von zumindest zunächst fest vorgegebener Frequenz und Amplitude bestromt wird.
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Der erwähnte, bevorzugt mit drastisch reduzierter Leistung durchgeführte ”Testlauf” der Primärspule vermeidet vorteilhaft elektomagnetische Störungen, Energieverluste und darüber hinaus auch mögliche Schädigungen z. B. bei in der Nähe befindlichen Herzschrittmacherträgern durch eine ständig ”strahlende” Primärspule. Gemäß der oben erläuterten Ausführungsform wird der Magnetfelderzeuger (Primärspule) nur dann mit höherer Leistung in Betrieb genommen, wenn der zugehörige Abnehmer, hier das mit der Sekundärspule ausgestattete Fahrzeug, sich im Feld befindet.
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Andererseits ist es problematisch, in den eigentlichen Ladebetrieb zu wechseln, wenn sich unbeabsichtigterweise ein ”einer Sekundärspule ähnelnder” Gegenstand im Magnetfeld der Primärspule befindet, wie z. B. ein Fahrrad, welcher die Bestromung der Primärspule mit der zum induktiven Laden vorgesehenen Stromstärke auslösen kann. Zur Beseitigung dieses Problems ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Datenübertragung zwischen primärseitigem Teilsystem und sekundärseitigem Teilsystem vorgesehen, mittels welcher eine solche fehlerhafte Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden vermieden wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften Realisierung ist vorgesehen, dass während einer Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden und/oder während eines Betriebs der Primärspule für das induktive Laden eine Datenübertragung über die induktive Kopplung vom primärseitigen Teilsystem zum sekundärseitigen Teilsystem und/oder umgekehrt erfolgt, so dass (z. B. durch Abfrage einer ”Identifikation”) z. B. ein Fahrrad oder ein nicht zum Laden geeignetes Fahrzeug oder sonstiges Objekt als ”nicht zum Laden geeignetes Objekt” erkannt werden kann. Bei dieser Realisierungsvariante wird vorteilhaft die ohnehin vorhandene induktive Kopplung für die Datenübertragung genutzt.
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Im einfachsten Fall kann z. B. eine die Sekundärspule bzw. das zugehörige Fahrzeug identifizierende Information und/oder weitere ”Zustandsparameter” des sekundärseitigen Teilsystems (z. B. Batterietyp, Batterieladezustand etc.) ähnlich wie bei einem RFID(radio frequency identification)-Verfahren von der Sekundärseite zur Primärseite übertragen werden. In diesem Vergleich mit einem RFID-System bildet das primärseitige Teilsystem gewissermaßen ein ”RFID-Lesegerät” und das sekundärseitige Teilsystem einen ”RFID-Transponder”, aus welchem mittels des primärseitigen Teilsystems eine Information (hier: Identifikation) ausgelesen wird.
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Durch eine derartige Datenübertragung, bei welcher eine das sekundärseitige Teilsystem identifizierende Information und/oder eine andere, jedoch zuvor im Gesamtsystem festgelegte bzw. vereinbarte Information übertragen wird, lässt sich z. B. zuverlässig eine fehlerhafte Inbetriebnahme der Primärspule für das induktive Laden verhindern, die z. B. durch eine Annäherung eines einer Sekundärspule ähnelnden Objektes ansonsten ausgelöst werden könnte.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorstehend erläuterten Inbetriebnahme der Primärspule ist vorgesehen, dass im Rahmen der Überprüfung, ob sich die Sekundärspule in der Nähe der Primärspule befindet oder nicht, das sekundärseitige Teilsystem eine Identifizierung (z. B. numerischer Code an das primärseitige Teilsystem überträgt, woraufhin die Initiierung der Bestromung der Primärspule zum induktiven Laden nur nach Übertragung einer ”richtigen” bzw. gültigen Identifizierung erfolgt. Bevorzugt wird hierbei die induktive Kopplung für die Datenübertragung genutzt.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Datenübertragung wechselseitig zwischen dem primärseitigen Teilsystem und dem sekundärseitigen Teilsystem erfolgt und hierdurch wenigstens ein Parameter des induktiven Ladens festgelegt wird. Eine derartige wechselseitige Kommunikation zwischen den beiden Teilsystemen ermöglicht eine Vielzahl interessanter weiterer Ausgestaltungen.
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Beispielsweise kann damit das primärseitige Teilsystem eine dieses Teilsystem identifizierende Information (z. B. Code) und/oder weitere, die Eigenschaften des primärseitigen Teilsystems charakterisierende Informationen an das sekundärseitige Teilsystem übermitteln (z. B. Information über den ”Ladestationtyp”, über technische Spezifikationen der Ladestation, über primärseitig verfügbare Betriebsparameter für das induktive Laden (z. B. Primärstromfrequenz, Primärfeldleistung etc.). Alternativ oder zusätzlich könnte das primärseitige Teilsystem eine Information über den aktuellen Strompreis an das Fahrzeug übermitteln, der vom Benutzer im Falle der Durchführung der Batterieladung zu entrichten ist.
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Auch können z. B. Informationen bzw. Daten von der Primärseite zur Sekundärseite übertragen werden, welche in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit dem induktiven Laden der Fahrzeugbatterie stehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Bilddateien (z. B. Zeitungen oder Zeitschriften), Audiodateien (z. B. Musikdateien oder so genannte ”Podcasts”, z. B. im MP3-Format oder dergleichen), Videodateien (z. B. Nachrichten, Filme etc.) handeln.
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Gemäß einer Weiterbildung verfügt das primärseitige Teilsystem über ein Abrechnungssystem bzw. ist mit einem solchen Abrechnungssystem verbunden, welches Abrechnungsdaten für eine Rechnungsstellung der Kosten der Batterieladung (Stromkosten) und/oder Parkgebühren und/oder Kosten der Übertragung von Daten bzw. Dateien der genannten Art (Bild, Audio, Video etc.) an den Benutzer erzeugt, nachdem der Batterieladevorgang abgeschlossen ist.
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Im Hinblick auf die technische Realisierung einer Datenübertragung über die induktive Kopplung vom primärseitigen Teilsystem zum sekundärseitigen Teilsystem und/oder umgekehrt ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das System Bestromungssteuermittel zur Ermöglichung einer Variation wenigstens eines Parameters der Bestromung der Primärspule und/oder Laststeuermittel zur Ermöglichung einer Variation wenigstens eines Parameters der Leistungsaufnahme der Sekundärspule umfasst.
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Durch die im primärseitigen Teilsystem stattfindende Variation wenigstens eines Bestromungsparameters (z. B. Frequenz und/oder Amplitude des Primärstromes), sei es bei dem oben erwähnten ”Testlauf” der Primärspule mit schwacher Bestromung oder im ”normalen” Betromungsbetrieb zum Laden der Batterie, kann diese Datenübertragung von der Primärseite zur Sekundärseite erfolgen.
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Das sekundärseitige Teilsystem muss hierfür lediglich mit geeigneten Demodulationsmitteln ausgestattet sein, um aus der in der Sekundärspule induzierten Spannung die betreffende Information zurückzugewinnen.
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Die Datenübertragung in umgekehrter Richtung, also von der Sekundärseite zur Primärseite könnte in entsprechender Weise realisiert sein, d. h. durch eine (aktive) Bestromung der Sekundärspule gemäß einer vorbestimmten Modulation zur Codierung von Information, wobei dann primärseitig wieder entsprechende Demodulationsmittel vorhanden sein müssen. Gemäß einer bevorzugten Variante erfolgt die sekundärseitige Modulation jedoch mit den erwähnten Laststeuermitteln des sekundärseitigen Teilsystems, so dass für diese Modulation vorteilhaft keine ”aktive Energieversorgung” auf der Sekundärseite notwendig ist. Primärseitig benötigte Demodulationsmittel können vorteilhaft wenigstens teilweise identisch mit den bereits erwähnten Erfassungsmitteln zur Erfassung der Qualität der induktiven Kopplung sein, mit welchen die primärseitige Leistungsaufnahme gemessen und ausgewertet wird. Eine vom primärseitigen Teilsystem durchgeführte Messung der primärseitigen Leistungsaufnahme der Primärspule kann zum Einen für die Überprüfung hinsichtlich der Anwesenheit einer Sekundärspule, zum Anderen jedoch auch als Basis für eine Demodulation der von einer solchen Sekundärspule übertragenen Information genutzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 ein System zum induktiven Laden einer Batterie eines Fahrzeuges gemäß eines Ausführungsbeispiels,
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2 ein Blockschaltbild einiger Komponenten des Systems von 1,
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3 ein Ablaufdiagramm eines bei dem System von 1 einsetzbaren Optimierungsverfahrens, und
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4 ein Ablaufdiagramm eines bei dem System von 1 einsetzbaren Gesamtablaufes.
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1 veranschaulicht ein System 10 zum induktiven Laden einer Batterie BAT eines Fahrzeuges 2 mittels einer induktiven Kopplung einer Primärspule L1 einer Ladestation 1 (welche ein ”primärseitiges Teilsystem” bildet) mit einer Sekundärspule L2 des Fahrzeuges 2 (welches ein ”sekundärseitiges Teilsystem” bildet).
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Bei dem Fahrzeug 2 handelt es sich im dargestellten Beispiel um ein Elektroauto, umfassend einen elektrischen Antrieb MA und eine elektrische Lenkung ML, welche im Betrieb des Fahrzeuges 2 aus der Batterie BAT (Traktionsbatterie) über ein Fahrzeugsteuergerät 12 mit Energie versorgt werden. Das Steuergerät 12 ist hierfür wie dargestellt sowohl mit der Batterie BAT als auch den Antriebseinheiten MA und ML verbunden. Entsprechende Ansteuersignale sind in 1 mit sml und sma symbolisiert.
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Der Einfachheit der Darstellung halber sind in 1 lediglich zum Verständnis der nachfolgend beschriebenen Erfindung relevante Komponenten dargestellt. Insbesondere lediglich für den normalen Fahrbetrieb erforderliche Komponenten (z. B. Fahrpedal etc.) sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt und in 1 nicht dargestellt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sekundärspule L2 in einem Spulengehäuse G2 im Bereich eines Bodens des Fahrzeuges 2 mit vertikal orientierter Spulenachse angeordnet und die Primärspule L1 in einem Spulengehäuse G1 mit ebenfalls vertikal orientierter Spulenachse im Bereich einer Basisfläche (z. B. Erdboden) der Ladestation 1 angeordnet.
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Die induktive Kopplung der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 ergibt sich dann, wenn wie in 1 dargestellt das Fahrzeug 2 derart an der Ladestation 1 abgestellt ist, dass die beiden Spulen L1 und L2 mit nicht allzu großem Abstand einander benachbart angeordnet sind. In dieser Situation kann ein induktives Laden der Batterie BAT dadurch bewerkstelligt werden, dass an der Ladestation 1 die Primärspule L1 hierfür durch deren Bestromung mit einem Wechselstrom I1 in Betrieb genommen wird, so dass die in der Sekundärspule L2 dadurch induzierte Spannung zu einem mit I2 symbolisierten Stromfluss führt, der von dem Fahrzeugsteuergerät 12 nach einer Gleichrichtung als Ladestrom für die Batterie BAT weitergeleitet werden kann.
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Eine Besonderheit des von der Ladestation 1 gebildeten primärseitigen Teilsystems besteht darin, dass dieses ”primärseitige Einstellmittel” zum automatischen Platzieren der Primärspule L1 zur Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der beiden Spulen L1 und L2 aufweist.
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Damit wird vorteilhaft ermöglicht, dass nach einem Abstellen des Fahrzeuges 2 eine gute Qualität der induktiven Kopplung für den beschriebenen Ladevorgang selbst dann erzielbar ist, wenn das Fahrzeug 2 ”ungenau” an der Ladestation 1 platziert wurde.
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Im dargestellten Beispiel umfassen die primärseitigen Einstellmittel elektrisch ansteuerbare Aktoren Ax1, Ay1 und Az1, die jeweils mit dem Spulengehäuse G1 verbunden sind, so dass dieses Gehäuse G1 samt der darin untergebrachten Primärspule L1 in jeder der drei Raumrichtungen x (Längsrichtung), y (Querrichtung) und z (Vertikalrichtung) relativ zur Basisfläche der Ladestation 1 bewegt werden können. Die Ansteuerung der Aktoren erfolgt durch entsprechende Ansteuersignale sx1, sy1 und sz1, die von einer Steuereinheit 14 der Ladestation 1 zur Bewerkstelligung des automatischen Platzierens der Primärspule L1 ausgegeben werden. Der Übersichtlichkeit der Darstellung halber ist in 1 der Aktor Ay1 mitsamt seiner Ansteuerung nicht dargestellt.
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Diese Gestaltung der Ladestation 1 mit einstellbarer Primärspule L1 besitzt insbesondere dann einen großen Vorteil, wenn die Sekundärspule des zu ladenden Fahrzeuges an einer festen Position (unbeweglich) an diesem Fahrzeug angebracht ist. Eine etwaige ”Fehlstellung” des Fahrzeuges kann dann vorteilhaft durch das automatische Platzieren der Primärspule L1 ausgeglichen werden.
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Das von dem in 1 dargestellten Fahrzeug 2 gebildete sekundäre Teilsystem besitzt jedoch insofern ebenfalls eine Besonderheit, als dieses mit ”sekundärseitigen Einstellmitteln” zum automatischen Platzieren der Sekundärspule L2 ausgestattet ist, welche die Erzielung einer bestimmten gegenseitigen Anordnung der Primärspule und der Sekundärspule ermöglichen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen diese sekundärseitigen Einstellmittel elektrisch ansteuerbare Aktoren Ax2, Ay2 und Az2, die jeweils mit dem die Sekundärspule L2 beinhaltenden Spulengehäuse G2 verbunden sind, um dieses Gehäuse G2 mitsamt der Sekundärspule L2 in den drei Raumrichtungen x, y und z (bezogen auf ein fahrzeugeigenes Koordinatensystem) beim automatischen Platzieren bewegen zu können. Der Übersichtlichkeit der Darstellung halber ist in 1 der Aktor Ay2 mitsamt seiner Ansteuerung nicht dargestellt.
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Abgesehen von der im dargestellten Ausführungsbeispiel damit geschaffenen weiteren Einstellmöglichkeit hinsichtlich einer optimalen gegenseitigen Anordnung der beiden Spulen L1 und L2 besitzt das Fahrzeug 2 insbesondere dann einen großen Vorteil, wenn abweichend von der in 1 dargestellten Situation das primärseitige Teilsystem (Ladestation) keine Einstellbarkeit für die Primärspule vorsieht. Auch dann kann eine etwaige Fehlstellung des Fahrzeuges 2 auf der betreffenden Basisfläche vorteilhaft durch eine geeignete Verstellung der Sekundärspule L2 bezüglich des Fahrzeugchassis kompensiert werden.
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In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass die dargestellte Ladestation 1 auch mit anderen als dem dargestellten Fahrzeug 2 verwendet werden kann und das dargestellte Fahrzeug 2 auch mit anderen als der dargestellten Ladestation 1 verwendet werden kann. Allerdings ist es von Vorteil, wenn im ”Gesamtsystem” bestimmte Gestaltungsdetails der Ladestation 1 einerseits und des Fahrzeuges 2 andererseits aufeinander abgestimmt sind. Im dargestellten Beispiel ist ein solches Gestaltungsdetail beispielsweise die Orientierung der Primärspule L1 mit vertikaler Spulenachse bezüglich der Ladestation 1 und die dementsprechende Orientierung der Sekundärspule L2 mit ebenfalls vertikaler Spulenachse bezüglich des Fahrzeuges 2. Dies macht im dargestellten System weitere Aktoren für eine rotatorische Bewegung (Verschwenkung) wenigstens der Primärspule L1 oder der Sekundärspule L2 entbehrlich. Weitere vorteilhaft in den beiden Teilsystemen 1 und 2 aufeinander abstimmbare Gestaltungsdetails betreffen die Art und Weise wie zwischen diesen Teilsystemen Informationen bzw. Daten übertragen bzw. ausgetauscht werden können und wie der vom Fahrzeugsteuergerät 12 und/oder von der Ladestation-Steuereinheit 14 zum automatischen Platzieren der Spule(n) L1 und/oder L2 verwendete ”Einstellalgorithmus” konkret abläuft. Diese Aspekte werden weiter unten noch detaillierter beschrieben.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb der Primärspule L1 im primärseitigen Teilsystem (Ladestation 1) bzw. im Gesamtsystem (Ladestation 1 in Zusammenwirkung mit dem Fahrzeug 2) zum induktiven Laden der Batterie BAT des Fahrzeuges 2 mittels der induktiven Kopplung zwischen den beiden Spulen L1 und L2 ist ein automatisches Platzieren der Primärspule L1 vorgesehen, um damit insbesondere z. B. eine hinsichtlich der Kopplungsqualität optimierte gegenseitige Anordnung der Spulen L1 und L2 zu bewirken.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb der Sekundärspule L2 kann in entsprechender Weise ein automatisches Platzieren der Sekundärspule L2 vorgesehen sein.
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Hierfür verwendbare primärseitige und/oder sekundärseitige Einstellmittel wurden weiter oben bereits erläutert.
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Was die Art und Weise des automatischen Platzierens der Primärspule L1 und/oder Sekundärspule L2 anbelangt, so ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass eine (momentane) Qualität der induktiven Kopplung zwischen den Spulen L1 und L2 erfasst wird und die Spule L1 und/oder die Spule L2 in Abhängigkeit von der erfassten Kopplungsqualität automatisch platziert wird. Zur Realisierung können die betreffenden Aktoren mittels des Fahrzeugsteuergerätes 12 und/oder der Steuereinheit 14 gemäß einer ”Einstellstrategie” geeignet angesteuert werden.
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3 veranschaulicht beispielhaft eine verfahrensmäßige Realisierung (Algorithmus) einer solchen Einstellstrategie, die von einer Steuereinrichtung (hier: Steuergerät 12 und/oder Steuereinheit 14) durchgeführt werden kann.
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In einem Schritt S1 wird die momentane Qualität der induktiven Kopplung gemessen. Sodann wird in einem Schritt S2 eine Änderung, z. B. eine kleine und zufällige Änderung wenigstens einer Aktoreinstellung vorgenommen, um in einem weiteren Schritt S3 erneut die Kopplungsqualität zu messen. Falls in einem Schritt S4 festgestellt wird, dass die Kopplungsqualität sich durch die Änderung verbessert hat, so schreitet die Verarbeitung zurück zum Schritt S1. Im Falle einer Verschlechterung wird in einem Schritt S5 zunächst die Änderung rückgängig gemacht und erst dann zum Schritt S1 zurückgekehrt. Durch einen derartigen Algorithmus können die im dargestellten Beispiel verfügbaren Aktoren Ax1, Ay1, Az1, Ax2, Ay2 bzw. Az2 derart angesteuert werden, dass sich eine möglichst gute induktive Kopplung zur Vermeidung von Streuverlusten beim induktiven Laden ergibt.
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Falls wie dargestellt sowohl die Ladestation 1 als auch das Fahrzeug 2 eine Einstellbarkeit der jeweiligen Kopplungsspule L1 bzw. L2 vorsieht, so muss lediglich durch eine geeignete Kommunikation zwischen den beiden Teilsystemen sichergestellt werden, dass eine koordinierte Einstellung der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 erfolgt. Es ist klar, dass auf Basis einer derartigen Kommunikation eine Vielzahl von Möglichkeiten besteht, die Einstellung einer der beiden Spulen L1 und L2 im Falle einer Einstellbarkeit der jeweils anderen Spule (L2 bzw. L1) geeignet vorzusehen. Im dargestellten Beispiel könnte eine Koordination z. B. realisiert werden, indem nach dem Abstellen des Fahrzeuges 2 zunächst die Primärspule L1 für eine etwaige Verbesserung der Kopplungsqualität eingestellt wird, während für diese Zeit die Sekundärspule L2 nicht verstellt wird. Sodann könnte eine zur etwaig weiteren Verbesserung der Kopplungsqualität dienende Einstellung der Sekundärspule L2 erfolgen, während die Primärspule L1 ruht. Sodann könnten diese beiden Vorgänge auch noch ein- oder mehrmals wiederholt werden.
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Die unmittelbare Ansteuerung der Primärspule L1 erfolgt durch die Steuereinheit 14, wohingegen die unmittelbare Ansteuerung der Sekundärspule L2 durch das Steuergerät 12 erfolgt. Nachdem jedoch zweckmäßigerweise eine Kommunikation bzw. Datenübertragung zwischen diesen Steuerkomponenten 12 und 14 besteht, ist es keineswegs zwingend erforderlich, dass die Erzeugung der Ansteuersignale sx1, sy1 usw. (für die Spule L1) völlig autonom durch die Steuereinheit 14 und/oder die Erzeugung der Ansteuersignale sx2, sy2 usw. (für die Spule L2) völlig autonom durch das Steuergerät 12 durchgeführt wird. Auf Basis der erwähnten Kommunikation kann z. B. ohne Weiteres eine bereits koordinierte Erzeugung von Ansteuersignalen für beide Spulen L1 und L2 allein durch die Steuereinheit 14 (alternativ allein durch das Steuergerät 12) erfolgen, wobei die für ”die andere Seite” benötigten Ansteuersignale an dieselbe kommuniziert werden können.
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Nebenbei bemerkt ist abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges 2 eine Einstellbarkeit der Sekundärspule L2 zum Optimieren der induktiven Kopplung auch dadurch realisierbar, dass anstatt einer Ansteuerung der fahrzeugseitigen Aktoren Ax2 und Ay2 eine automatische Ansteuerung des Fahrzeugantriebes MA und der Fahrzeuglenkung ML durchgeführt wird, also das Fahrzeug 2 automatisch auf der Basisfläche der Ladestation 1 rangiert wird. In diesem Fall sind die Aktoren Ax2 und Ay2 entbehrlich. Bei der oben erläuterten Einstellstrategie (vgl. z. B. 3) können die zum Rangieren des Fahrzeuges 2 verfügbaren Komponenten MA und ML entsprechend berücksichtigt bzw. genutzt werden.
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Bei dem in 1 dargestellten System könnte z. B. folgender Verfahrensablauf stattfinden:
Die Ladestation 1 bestromt die Primärspule L1 in periodischen Abständen (z. B. alle etwa 10 bis 20 Sekunden) eine gewisse Zeit lang (z. B. etwa 1 Sekunde) mit einem relativ kleinen ”Teststrom” I1 (z. B. Wechselstrom mit fest vorgegebener Frequenz und kleiner Amplitude).
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Falls nun das Fahrzeug 2 durch einen Benutzer wie in 1 dargestellt an der Ladestation 1 abgestellt wird, so gelangt die Sekundärspule L2 in das von der Primärspule L1 ausgehende Feld (Magnetfeld). Dieser Umstand wird durch die Ladestation 1 anhand der damit einhergehenden Vergrößerung der primärseitigen Leistungsaufnahme der Primärspule L1 detektiert. Hierfür geeignete Auswertemittel, z. B. umfassend eine Messeinrichtung zur Messung des Primärstromes I1 bei einer vorbestimmten Beaufschlagung der Primärspule L1, sind in 1 nicht dargestellt. Für deren Realisierung stehen dem Fachmann jedoch zahlreiche wohlbekannte Möglichkeiten zur Verfügung.
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Nachdem in dieser Weise also die Anwesenheit eines Objektes bzw. des Fahrzeuges 2 detektiert wurde, beginnt die Ladestation 1 im Rahmen der Inbetriebnahme der Primärspule L1 zunächst noch eine ”Aussendung” von verschiedenen Informationen, wofür ein gemäß eines zuvor festgelegten ”Übertragungsprotokolls” modulierter Primärstrom I1 erzeugt wird, der in dieser Datenübertragungsphase immer noch eine relativ kleine Amplitude besitzen kann. Bei den ausgesendeten Informationen handelt es sich z. B. um eine oder mehrere der folgenden Informationen: Identifikation des Stromanbieters bzw. Betreibers der Ladestation 1, Identifikation (z. B. Typ) der Ladestation 1 und verfügbare ”Ladebetriebsparameter” (z. B. mögliche Frequenzen und Stärken des Primärfeldes) der Ladestation 1, aktueller Strompreis, verfügbares ”Multimediaangebot” (z. B. in ein Entertainmentsystem des Fahrzeuges 2 einspielbare MP3-Dateien) etc.
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Gleichzeitig und/oder unmittelbar nach dieser Informationsaussendung erwartet die Ladestation 1 eine ”Antwort”, die wiederum vom Fahrzeug 2 über die induktive Kopplung (Spulen L2 und L1) an die Ladestation 1 übertragen wird. Dies kann z . B. durch eine aktive Bestromung der Sekundärspule L2 entsprechend des vereinbarten Übertragungsprotokolls oder alternativ z. B. durch eine sekundärseitige ”Lastmodulation” erfolgen, bei welcher die im Fahrzeug 2 von der Sekundärspule L2 bestromte Last variiert wird. In letzterem Falle funktioniert das Fahrzeug 2 vergleichbar einem ”passiven RFID-Transponder”.
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Mit einer solchen wechselseitigen Datenübertragung zwischen dem primärseitigen Teilsystem 1 und dem sekundärseitigen Teilsystem 2 lässt sich vorteilhaft eine Art von ”Handshake”-Verfahren realisieren, bei welchem nach einer Detektion der Anwesenheit einer Sekundärspule L2 im Rahmen einer Inbetriebnahme der Primärspule L1 für das induktive Laden nicht sofort eine Bestromung mit der zum Laden der Batterie BAT vorgesehenen (hohen) Primärstromstärke erfolgt, sondern zunächst durch die Abfrage von Informationen aus den sekundärseitigen Teilsystem etwaige Fehlinbetriebnahmen vermieden werden (und bevorzugt auch Betriebsparameter des eigentlichen Ladevorganges vereinbart werden).
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2 veranschaulicht die prinzipielle Funktion des sekundärseitigen Teilsystems (Fahrzeug 2) bei der vorstehend erwähnten Rückübertragung von Informationen zur Ladestation 1.
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Wie in 2 ersichtlich, umfasst das Fahrzeugsteuergerät 12 eine Ladesteuereinheit 16, welche über einen Koppelkondensator C mit der in der Sekundärspule L2 indizierten Spannung U2 versorgt wird, so dass nach entsprechender Ansteuerung der Ladesteuereinheit 16 durch eine Steuereinheit 18 die Batterie BAT geladen werden kann. Die beiden Steuereinheiten 16 und 18 stehen hierfür in einer wechselseitigen Kommunikationsverbindung, so dass von der Steuereinheit 16 auch z. B. eine Information über den Ladezustand der Batterie BAT an die Steuereinheit 18 übermittelt werden kann.
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Parallel zur Ladesteuereinheit 16 ist eine Kommunikationseinheit 20 angeordnet, welcher somit ebenfalls die Spannung U2 über den Koppelkondensator C zugeführt wird.
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Die Kommunikationseinheit 20 hat zwei Aufgaben: Zum einen fungiert diese als ”Demodulator”, um die durch den Verlauf der Spannung U2 codierte Information zurückzugewinnen und über eine wechselseitige Kommunikationsverbindung an die Steuereinheit 18 weiterzugeben. Nachdem in der Steuereinheit 18 hierauf die entsprechende Antwortinformation generiert und über dieselbe Kommunikationsverbindung zurück an die Kommunikationseinheit 20 geliefert wurde, dient diese Kommunikationseinheit 20 als ”Modulator”, um durch eine sekundärseitige Lastmodulation die Antwortinformation (mittels der induktiven Kopplung der Spulen L1, L2) zur Ladestation 1 zu übertragen. Diese Modulation wird durch die Steuereinheit 18 angesteuert.
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Anhand der Antwortinformation kann die Ladestation 1 dann in entsprechender Weise (durch Auswertung der primärseitigen Leistungsaufnahme) die Antwortinformation zurückgewinnen und auswerten.
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Die Antwortinformation kann insbesondere eine oder mehrere der folgenden Informationen umfassen: eine das Fahrzeug 2 und/oder dessen Benutzer identifizierende Information (z. B. numerischer Code), eine Information über eine gewünschte Primärfeldstärke bzw. einen zulässigen Bereich für die Primärfeldstärke, sonstige Ladeparameter wie z. B. eine gewünschte Ladedauer etc. Außerdem kann durch die Antwortinformation z. B. eine über Bedienelemente des Fahrzeuges 2 vom Benutzer bewirkte Anforderung zur Übertragung von Multimediadateien etc. erfolgen.
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Im Hinblick auf eine Authentifizierung des Fahrzeuges 2 bzw. von dessen Benutzer können bei der wechselseitigen Datenübertragung zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 2 vorteilhaft auch Verschlüsselungsverfahren eingesetzt werden, um ein ”Abhören” der übertragenen Daten zu vermeiden. Die Ladestation 1 kann insbesondere in einem Netz von öffentlich zugänglichen Ladestationen vorgesehen sein.
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Die über die ”Schnittstelle” der induktiven Kopplung zwischen den Spulen L1 und L2 übertragenen Informationen erlauben vorteilhaft auch die eindeutige Zuordnung der Stromkosten, so dass nach Abschluss des eigentlichen Ladevorganges auch wesentliche Schritte für die Abrechnung der Stromkosten von der Ladestation 1 bzw. deren Steuereinheit 14 erledigt werden können, insbesondere die Berechnung der Stromkosten und Zuordnung zu einem bestimmten Benutzer.
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Das eigentliche Laden der Batterie BAT beginnt erst nach Abschluss des beschriebenen wechselseitigen Informationsaustausches sowie der weiter oben erläuterten Einstellung der Primärspule L1 und/oder der Sekundärspule L2 zur Optimierung der induktiven Kopplung. Beim eigentlichen Laden wird die Primärspule L1 mit einer gegenüber dem erwähnten ”Testlauf” bzw. dem erwähnten Datenaustausch wesentlich erhöhten Stromstärke I1 betrieben.
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Die vor dem eigentlichen Ladevorgang erfolgende Kommunikation zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 2 und/oder die Einstellung der induktiven Kopplung auf eine möglichst hohe Übertragungseffizienz (durch Bewegen der Primärspule L1 und/oder der Sekundärspule L2) kann ohne Weiteres auch noch später, also während des eigentlichen Ladevorganges wiederholt werden.
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Wenn sich z. B. während des Ladens der Batterie BAT herausstellt, dass die Aufladung früher als erwartet beendet sein wird, so kann das Fahrzeug 2 diesen Umstand über die beschriebene Datenübertragungsverbindung an die Ladestation 1 melden, um den Ladevorgang entsprechend früher zu beenden. Auch umgekehrt, wenn sich während des Ladens herausstellt, dass die Aufladung der Batterie BAT länger als erwartet dauert, kann dies entsprechend von dem Fahrzeug 2 nachträglich angefordert werden. Die etwaig vorgesehene Übertragung von Multimediadateien erfolgt bevorzugt während des eigentlichen Ladevorganges.
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4 zeigt nochmals zusammenfassend die Schritte des beispielhaft beschriebenen Verfahrensablaufes.
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In einem Schritt S11 erfolgt die Überprüfung, ob die Sekundärspule L2 in der Nähe der Primärspule L1 ist oder nicht (”Testlauf”). Falls in einem Schritt S12 keine Sekundärspule L2 detektiert wird, so kehrt die Verarbeitung zum Schritt S11 zurück. Falls jedoch die Sekundärspule L2 detektiert wurde, so erfolgt in einem Schritt S13 die Übertragung von Informationen bzw. Daten von der Ladestation 1 zum Fahrzeug 2, und in einem Schritt S14 die Übertragung der entsprechenden Antwortinformationen vom Fahrzeug 2 zur Ladestation 1. In einem Schritt S15 entscheidet die Ladestation 1 auf Basis der erhaltenen Antwortinformation darüber, ob eine Inbetriebnahme der Primärspule L1 für das induktive Laden erfolgen kann oder nicht. Falls nicht, so schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt S17, bei welchem die Verarbeitung beendet ist. Dies ist z. B. der Fall, wenn der Benutzer den im Schritt S13 übermittelten Strompreis nicht akzeptiert, oder wenn sich anhand der im Schritt S14 übertragenen Antwortinformation herausstellt, dass das Fahrzeug 2 inkompatibel zur Ladestation 1 ist.
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Andernfalls erfolgt in einem Schritt S16 die automatische Einstellung der Primärspule L1 und/oder der Sekundärspule L2 (z. B. gemäß einer Optimierungsstrategie wie in 3 beispielhaft veranschaulicht), und das eigentliche Laden der Batterie BAT durch Beaufschlagung der Primärspule L1 mit der zum Laden vorgesehenen Primärstromstärke (z. B. fest vorgegeben oder aber durch den Datenaustausch in den Schritten S13 und S14 zuvor vereinbart).
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Zusammenfassend können die beschriebenen Ausführungsbeispiele von Verfahren und Systemen bzw. Teilsystemen zum induktiven Laden der Fahrzeugbatterie BAT z. B. folgende Vorteile aufweisen:
- – Höchster Komfort, ohne dass der Benutzer ein Ladekabel anstecken und eine Stromübertragung manuell einschalten muss.
- – Automatische, physikalisch optimale Ausrichtung des Fahrzeuges 2 im Feld der Ladestation 1, zur Erreichung des maximal möglichen Wirkungsgrades zur Verminderung der Verluste.
- – Kurzzeitiges ”Antesten”, ob sich ein Energieabnehmer (Fahrtzeug 2) im Feld befindet, mit vorteilhaft kleiner Sendeleistung.
- – Eindeutige Authentifizierung des Fahrzeuges 2 und/oder Benutzers mittels ein- oder wechselseitigem Codeabgleich über die induktive Kopplung.
- – Kleinstmögliche Elektrosmog-Belastung für die Umwelt.
- – Es können Fahrzeugdaten (z. B. Ladezustand der Batterie BAT) zurück in das Stromnetz bzw. die Ladestation kommuniziert werden, um beispielsweise die verbleibende Dauer des Ladens abwägen zu können.
- – Es können nach einer erfolgreichen Anmeldung an der Ladestation 1 während des meist langen Aufladens auf die gleiche Weise digitale Daten (z. B. MP3-Titel) ebenso drahtlos/magnetisch aus dem Stromnetz bezogen werden.
