DE102011108546A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges (1) mittels induktiver Energieübertragung, wobei eine Sekundärspule (5) am Fahrzeugboden (1.2) angeordnet ist und eine Ladestation eine Primärspule (8) aufweist und an dem Fahrzeug (1) zumindest eine Erfassungseinheit (11) angeordnet ist, mittels welcher eine relative Positionierung zwischen der Sekundärspule (5) und der Primärspule (8) erfassbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges mittels induktiver Energieübertragung.
  • Im Allgemeinen ist bekannt, einen Energiespeicher eines Fahrzeuges mittels induktiver Energieübertragung aufzuladen. Dazu weist beispielsweise eine Ladestation eine Primärspule und das Fahrzeug eine Sekundärspule auf. Um einen größtmöglichen Energieübertrag zu erreichen ist eine relative Positionierung der beiden Spulen mit großer Überdeckung erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur induktiven Energieübertragung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einer Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges mittels induktiver Energieübertragung ist eine Sekundärspule am Fahrzeugboden angeordnet und eine Ladestation weist eine Primärspule auf, wobei an dem Fahrzeug zumindest eine Erfassungseinheit angeordnet ist, mittels welcher eine relative Positionierung zwischen der Sekundärspule und der Primärspule erfassbar ist.
  • Dadurch, dass die relative Positionierung zwischen der Sekundärspule und der Primärspule erfassbar ist, ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, eine optimale Überdeckung der Spulen zu erreichen, wodurch die Effizienz einer Energieübertragung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule verbessert ist und dadurch eine Zeitersparnis aus dem Ladevorgang resultieren kann.
  • Zudem ist durch die optimale Überdeckung der Spulen ein Risiko eines ungewollten Auftretens eines Magnetfeldes zumindest verringert.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch einen Frontbereich eines Fahrzeuges mit einer angeordneten Sekundärspule zur induktiven Energieübertragung,
  • 2 schematisch einen Heckbereich eines Fahrzeuges mit einer angeordneten Sekundärspule,
  • 3 schematisch den Frontbereich mit Sekundärspule und eine an einer Wand angeordneten Primärspule,
  • 4 schematisch das Fahrzeug mit der Sekundärspule beim Annähern an die Primärspule,
  • 5 schematisch das Fahrzeug bei einem Ladevorgang seines Energiespeichers,
  • 6 schematisch das Fahrzeug mit der Sekundärspule beim sich Annähern an eine in einem Bodenbereich angeordnete Primärspule,
  • 7 schematisch das Fahrzeug mit der Sekundärspule bei einem Positionierungsvorgang in Bezug auf die im Bodenbereich angeordnete Primärspule,
  • 8 schematisch eine Position des Fahrzeuges beim Laden seines Energiespeichers,
  • 9 schematisch ein Fahrzeug mit einer Ausführungsform einer absenkbaren Sekundärspule und einer am Boden angeordneten Primärspule und
  • 10 schematisch ein Fahrzeug mit einer weiteren Ausführungsform einer absenkbaren Sekundärspule und der am Boden angeordneten Primärspule.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist ein Frontbereich 1.1 eines Fahrzeuges 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Bei dem Fahrzeug 1 handelt es sich um ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, wobei das Fahrzeug 1 einen nicht näher dargestellten Energiespeicher als Antriebsbatterie aufweist.
  • Dieser Energiespeicher ist mit Bestandteilen einer Vorrichtung zum Laden des Energiespeichers mittels induktiver Energieübertragung verbunden.
  • Im Frontbereich 1.1 des Fahrzeuges 1 sind an einem Fahrzeugboden 1.2 ein erstes Verkleidungsteil 2 und ein zweites Verkleidungsteil 3 angeordnet.
  • Des zweite Verkleidungsteil 3 ist im Wesentlichen parallel zu einem Fahrzeuguntergrund 4 angeordnet und das erste Verkleidungsteil 2 ist ansteigend zur Fahrzeugfront angeordnet. D. h., dass das erste Verkleidungsteil 2 derart abgewinkelt zu dem zweiten Verkleidungsteil 3 angeordnet ist, dass ein Abstand eines hinteren Bereiches des ersten Verkleidungsteiles 2 zu dem Fahrzeuguntergrund 4 größer ist als ein Abstand eines vorderen Bereiches zu dem Fahrzeuguntergrund 4.
  • In das erste Verkleidungsteil 2 ist eine Sekundärspule 5 als Bestandteil der Vorrichtung zum Laden des Energiespeichers integriert, wobei die Sekundärspule 5 im Wesentlichen entsprechend dem Verlauf des ersten Verkleidungsteiles 2 angeordnet ist. Bevorzugt ist an dem ersten Verkleidungsteil 2 im Bereich der Sekundärspule 5 ein nicht näher dargestelltes Flies zum Schutz derselben angeordnet.
  • Alternativ zur Integrierung der Sekundärspule 5 in das erste Verkleidungsteil 2 ist dieselbe hinter dem ersten Verkleidungsteil 2 angeordnet, wobei das erste Verkleidungsteil 2 im Bereich der Sekundärspule 5 eine Aussparung aufweisen kann.
  • Alternativ oder zusätzlich ist in einem Heckbereich 1.3 des Fahrzeuges eine Sekundärspule 5 angeordnet, wie in der 2 näher dargestellt ist.
  • Im Detail zeigt die 2 den Heckbereich 1.3 eines Fahrzeuges 1 mit einer im Bereich eines Fahrzeugbodens 1.2 angeordneten Sekundärspule 5.
  • An dem Fahrzeugboden 1.2 sind ein drittes Verkleidungsteil 6 und ein viertes Verkleidungsteil 7 angeordnet.
  • Das vierte Verkleidungsteil 7 ist im Wesentlichen parallel zu dem Fahrzeuguntergrund 4 angeordnet und das dritte Verkleidungsteil 6 ist ansteigend zum Fahrzeugheck angeordnet. Dabei ist das dritte Verkleidungsteil 6 abgewinkelt zu dem vierten Verkleidungsteil 7 angeordnet, so dass ein Abstand eines vorderen Bereiches des dritten Verkleidungsteiles 6 zu dem Fahrzeuguntergrund 4 größer ist als ein Abstand eines hinteren Bereiches zu dem Fahrzeuguntergrund 4.
  • Die Sekundärspule 5 ist analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in das dritte Verkleidungsteil 6 integriert an dem Fahrzeugboden 1.2 angeordnet.
  • Die 3 bis 5 zeigen den Frontbereich 1.1 des Fahrzeuges 1 mit der am Fahrzeugboden 1.2 angeordneten Sekundärspule 5 als Bestandteil der Vorrichtung zum Laden des Energiespeichers. Dabei zeigen die 3 bis 5 ein Annähern und ein Kontaktieren der am Fahrzeug 1 angeordneten Sekundärspule 5 an eine Primärspule 8 der Ladestation.
  • Eine Primärspule 8 als weiterer Bestandteil der Vorrichtung zum Laden des Energiespeichers ist an einem dreidimensional beweglichen Halteelement 9 einer Ladestation zum induktiven Laden befestigt. Beispielsweise ist die Ladestation eine Parkfläche oder eine Garage.
  • Das Halteelement 9 ist an einer die Parkfläche oder die Garage begrenzenden Wand 10 montiert, wobei das Halteelement 9 ziehharmonikaartig in seiner Länge variierbar ist.
  • Das Haltelement 9 ist mit seinem ersten Ende 9.1 an der Wand 10 befestigt, wobei an einem zweiten Ende 9.2 die Primärspule 8 angeordnet ist.
  • In 3 nähert sich das Fahrzeug 1 durch Vorwärtsfahrt mit seinem Frontbereich 1.1 dem zweiten Ende 9.2 des Halteelementes 9, also der Primärspule 8 an, wobei im Frontbereich 1.1 oder einer anderen Position des Fahrzeuges 1 eine Erfassungseinheit 11 angeordnet ist, mittels welcher ein Abstand der Sekundärspule 5 zu der Primärspule 8 erfassbar ist. Beispielsweise ist die Erfassungseinheit 11 radarbasiert und/oder ultraschallbasiert ausgeführt.
  • Die Erfassungseinheit 11 ist mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden, welche erfasste Signale der Erfassungseinheit 11 auswertet. Die Auswerteeinheit wiederum ist mit einer Ausgabeeinheit verbunden, so dass ein Fahrer des Fahrzeuges 1 über den Abstand der Sekundärspule 5 zu der Primärspule 8 in Kenntnis gesetzt wird.
  • Bevorzugt ist der Hinweis optisch, akustisch und/oder haptisch an den Fahrer ausgebbar. Wird der Hinweis hinsichtlich des vorliegenden Abstandes zwischen Sekundärspule 5 und Primärspule 8 optisch ausgegeben, so kann der Hinweis beispielsweise in einem Anzeigebereich einer Instrumententafel als Balkenanzeige ähnlich einer Anzeige eines Parkassistenzsystems ausgegeben werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Abstand akustisch beispielsweise in Form eines Signaltons ausgegeben wird, wobei sich eine Frequenz der Ausgabe des Signaltons in Abhängigkeit des erfassten Abstandes erhöhen kann.
  • Zudem oder alternativ kann der Hinweis an den Fahrer haptisch ausgegeben werden, wobei z. B. ein Lenkrad des Fahrzeuges 1 in Abhängigkeit des Abstandes zwischen Sekundärspule 5 und Primärspule 8 vibriert.
  • In 4 ist dargestellt, dass sich das Fahrzeug 1 mit seiner Sekundärspule 5 im Bereich der Primärspule 8 befindet, wobei die Primärspule 8 so an dem zweiten Ende 9.2 des Halteelementes 9 ausgerichtet ist, dass diese einen mechanischen Anschlag als Positionierungshilfe bildet. Dabei ist durch eine derartige Ausgangsstellung der Primärspule 8 vermieden, dass sich beim Ladevorgang Gegenstände zwischen den Spulen 5, 8 befinden, wodurch die Sicherheit beim Ladevorgang erhöht ist.
  • Dadurch, dass die Primärspule 8 zumindest in einer XZ-Ebene schwenkbar an dem Halteelement 9 angeordnet ist, wird die Primärspule 8 durch den Kontakt an dem Fahrzeugboden 1.2 positioniert, wobei mittels der Erfassungseinheit 11 eine Überdeckung zwischen der Primärspule 8 und der Sekundärspule 5 erfassbar ist.
  • In 5 weist das Fahrzeug 1 eine Position einer optimalen Überdeckung zwischen der Primärspule 8 und der Sekundärspule 5 auf, was von der Erfassungseinheit 11 erfasst wird. Bei Erreichen der Position der optimalen Überdeckung wird besonders bevorzugt ein weiterer Hinweis akustisch, optisch und/oder haptisch an den Fahrer des Fahrzeuges 1 ausgegeben.
  • Um Beschädigungen an dem Fahrzeug 1 und/oder der Vorrichtung zum Laden des Energiespeichers weitestgehend ausschließen zu können, ist am Boden 12 der Ladestation ein Endanschlag 13 positioniert. Mittels des Endanschlages 13 wird eine weitere Annäherung des Fahrzeuges 1 in Richtung der Primärspule 8, um Beschädigungen zu vermeiden, verhindert.
  • Ist die Sekundärspule 5 im Heckbereich 1.3 des Fahrzeuges 1 angeordnet, wie in 2 gezeigt ist, erfolgt die Kontaktierung der Sekundärspule 5 mit der Primärspule 8 und die Ausgabe des Hinweises hinsichtlich des Abstandes und der Überdeckung analog, wobei die Erfassungseinheit 11 bevorzugt im Heckbereich 1.3 des Fahrzeuges 1 angeordnet ist.
  • Dadurch, dass die optimale Überdeckung mittels der Erfassungseinheit 11 erfasst wird und bei optimaler Überdeckung ein Hinweis an den Fahrer des Fahrzeuges 1 ausgegeben wird, so dass der Fahrer das Fahrzeug 1 in dieser Position parken kann, ist eine Effizienz der induktiven Energieübertragung zum Laden des Energiespeichers erhöht, wodurch eine Zeitersparnis beim Ladevorgang reduziert werden kann.
  • Die 6 bis 8 zeigen das Fahrzeug 1 mit im Frontbereich 1.1 angeordneter Sekundärspule 5 beim Vorwärtsfahren in eine Ladestation zum induktiven Laden des Energiespeichers.
  • Bei der Ladestation handelt es sich beispielsweise, wie in den 3 bis 5, um eine Parkfläche oder eine Garage.
  • Die Primärspule 8 ist am Boden 12 der Ladestation angeordnet, wobei die Primärspule 8 auf einer Oberseite einer Konsole 14 angeordnet ist, die mittels einer Schienenvorrichtung dreidimensional beweglich ist.
  • Das Fahrzeug 1 fährt vorwärts gerichtet in die Ladestation ein, wobei ein Abstand zwischen der Sekundärspule 5 des Fahrzeuges 1 und der Primärspule 8 erfasst wird und als Hinweis an den Fahrer ausgegeben wird.
  • Befindet sich die Sekundärspule 5 in einer Ebene mit der Primärspule 8, werden die beiden Spulen 5, 8 durch den mittels der Primärspule 8 gebildeten mechanischen Anschlag bei langsamer Vorwärtsfahrt sich gegenüber zentriert. Überdeckt die Sekundärspule 5 des Fahrzeuges 1 die Primärspule 8 optimal, wird ein entsprechender Hinweis an den Fahrer ausgegeben. Der Fahrer parkt das Fahrzeug 1 in der Position der optimalen Überdeckung und der Energiespeicher wird mittels induktiver Energieübertragung aufgeladen.
  • In 9 ist eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeuges 1 in einer Seitenansicht dargestellt, wobei an seinem Fahrzeugboden 1.2 im Bereich zwischen den Fahrzeugrädern eine Sekundärspule 5 angeordnet ist.
  • Die Sekundärspule 5 ist vom Fahrzeugboden 1.2 absenkbar, wobei hierzu eine Absenkmechanik in Form von Zylindern 15, 16, welche hydraulisch, pneumatisch, elektrisch und/oder mechanisch ausgeführt sind, vorgesehen ist. Dabei ist allen Ausführungsformen gemein, dass sich ein Kolben 15.1, 16.1 oder eine Gewindespindel in einer Ausgangsstellung innerhalb des jeweiligen Zylinders 15, 16 befindet, wobei die Kolben 15.1, 16.1 oder die Gewindespindel zum Absenken der Sekundärspule 5 linear aus den Zylindern 15, 16 bewegt werden.
  • Die Kolben 15.1, 16.1 der Zylinder 15, 16 sind dabei kraft-, form- und/oder stoffschlüssig an einer Oberseite 5.1 der Sekundärspule 5 befestigt, wobei ein Kolben 15.1, 16.1 eines Zylinders 15, 16 in einem Randbereich der Oberseite 5.1 der Sekundärspule 5 befestigt ist.
  • Denkbar ist auch, dass nur ein Zylinder 15, 16 mit einem Kolben 15.1, 16.1 oder einer Gewindespule vorgesehen ist, mittels dessen die Sekundärspule 5 in Richtung der Primärspule 8 absenkbar ist. Dazu ist der Kolben 15.1, 16.1 des Zylinders 15, 16 besonders bevorzugt zentriert an der Oberseite 5.1 der Sekundärspule 5 befestigt.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Primärspule 8 ortsfest an Boden 12 der Ladestation befestigt.
  • An dem Fahrzeugboden 1.2 und/oder einer anderen geeigneten Position ist eine Erfassungseinheit 11 zum Erfassen eines horizontalen Abstandes zwischen der Sekundärspule 5 und der Primärspule 8 angeordnet. Zudem erfasst die Erfassungseinheit 11 eine relative Positionierung zwischen der Sekundärspule 5 und der Primärspule 8, wobei dem Fahrer des Fahrzeuges 1 ein Hinweis sowohl hinsichtlich des Abstandes als auch ein Hinweis bei optimaler Überdeckung der Spulen 5, 8 ausgegeben wird.
  • Ist durch eine Fahrbewegung des Fahrzeuges 1 die Position der optimalen Überdeckung erreicht, worüber der Fahrer mittels des Hinweises informiert wird, kann der Energiespeicher des Fahrzeuges 1 effizient durch induktive Energieübertragung geladen werden.
  • Hierzu betätigt der Fahrer ein Bedienelement, mittels dessen die Zylinder 15, 16 aktiviert werden, so dass die Sekundärspule 5 in Richtung der Primärspule 8 abgesenkt wird.
  • In 10 ist eine weitere Ausführungsform einer absenkbaren Sekundärspule 5 dargestellt.
  • Dabei ist die Sekundärspule 5 mehrteilig ausgeführt. Ein erstes Teil 5.2 der Sekundärspule 5 ist mit seinem ersten Ende 5.2.1 an dem Fahrzeugboden 1.2 in Richtung Frontbereich 1.1 über ein elektromechanisches erstes Drehlager 17 fahrzeugfest befestigt. Ein zweites Teil 5.3 der Sekundärspule 5 ist mit seinem ersten Ende 5.3.1 an einem zweiten Ende 5.2.2 des ersten Teiles 5.2 über ein elektromagnetisches zweites Drehlager 18 schwenkbar befestigt.
  • Im Bereich des zweiten Endes 5.2.2 des ersten Teiles 5.2 ist ein Kolben 15.1 eines Zylinders 15 befestigt, mittels dessen der erste Teil 5.2 der Sekundärspule 5 bei Erreichen der optimalen Überdeckung in Richtung der Primärspule 8 einseitig absenkbar ist.
  • Auch hier ist die Primärspule 8 ortsfest an dem Boden 12 der Ladestation befestigt.
  • Mittels der Erfassungseinheit 11 wird in einer Fahrbewegung des Fahrzeuges 1 ein horizontaler Abstand zwischen der Sekundärspule 5 und der Primärspule 8 erfasst und als Hinweis an den Fahrer des Fahrzeuges 1 ausgegeben. Befindet sich die Sekundärspule 5 in einer Position der optimalen Überdeckung zu der Primärspule 8 wird wiederum ein Hinweis an den Fahrer ausgegeben, so dass der Fahrer das Fahrzeug 1 aufgrund dieser Information zum Laden des Energiespeichers parken kann.
  • Beim Positionieren der Sekundärspule 5 relativ zu der Primärspule 8 wird das erste Teil 5.2 einseitig mittels des Kolbens 15.1 des Zylinders 15 abgesenkt, wobei das erste Teil 5.2 mittels des elektromagnetischen ersten Drehlagers 17 einseitig von dem Fahrzeugboden 1.2 weggeschwenkt wird. Dabei wird das erste Teil 5.2 mittels des Kolbens 15.1 des Zylinders 15 solange abgesenkt bis das zweite Teil 5.3 der Sekundärspule 5 mit seinem ersten Ende 5.3.1 auf der Primärspule 8 aufliegt. In einem nächsten Schritt wird das elektromagnetische zweite Drehlager 18 angesteuert, so dass das zweite Teil 5.3 mit seinem zweiten Ende 5.3.2 von dem ersten Teil 5.2 weggeschwenkt wird und auf der Primärspule 8 aufliegt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    1.1
    Frontbereich
    1.2
    Fahrzeugboden
    1.3
    Heckbereich
    2
    erstes Verkleidungsteil
    3
    zweites Verkleidungsteil
    4
    Fahrzeuguntergrund
    5
    Sekundärspule
    5.1
    Oberseite
    5.2
    erstes Teil
    5.2.1
    erstes Ende
    5.2.2
    zweites Ende
    5.3
    zweites Teil
    5.3.1
    erstes Ende
    5.3.2
    zweites Ende
    6
    drittes Verkleidungsteil
    7
    viertes Verkleidungsteil
    8
    Primärspule
    9
    Halteelement
    9.1
    erstes Ende
    9.2
    zweites Ende
    10
    Wand
    11
    Erfassungseinheit
    12
    Boden
    13
    Endanschlag
    14
    Konsole
    15
    Zylinder
    15.1
    Kolben
    16
    weiterer Zylinder
    16.1
    weiterer Kolben
    17
    erstes Drehlager
    18
    zweites Drehlager

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges (1) mittels induktiver Energieübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundärspule (5) am Fahrzeugboden (1.2) angeordnet ist und eine Ladestation eine Primärspule (8) aufweist, wobei an dem Fahrzeug (1) zumindest eine Erfassungseinheit (11) angeordnet ist, mittels welcher eine relative Positionierung zwischen der Sekundärspule (5) und der Primärspule (8) erfassbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (5) absenkbar am Fahrzeugboden (1.2) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (8) beweglich ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (8) dreidimensional beweglich ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der erfassten relativen Positionierung zwischen der Sekundärspule (5) und der Primärspule (8) ein Hinweis an einen Fahrer des Fahrzeuges (1) ausgebbar ist.
  6. Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges (1), wobei der Energiespeicher mittels induktiver Energieübertragung geladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundärspule (5) am Fahrzeugboden (1.2) angeordnet ist und eine Ladestation eine Primärspule (8) aufweist, wobei eine relative Positionierung zwischen der Sekundärspule (5) und der Primärspule (8) erfasst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der erfassten relativen Positionierung zwischen der Sekundärspule (5) und der Primärspule (8) ein Hinweis an einen Fahrer des Fahrzeuges (1) ausgegeben wird.
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DE102011108546A Withdrawn DE102011108546A1 (de) 2011-07-26 2011-07-26 Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeuges

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2965941A1 (de) * 2014-07-09 2016-01-13 Brusa Elektronik AG Primärteil eines induktiven Ladegeräts
WO2018046236A1 (de) * 2016-09-08 2018-03-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hybridfahrzeug mit induktiver lademöglichkeit

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