DE102012217779A1

DE102012217779A1 - Ladesteuereinheit und Verfahren zur Einstellung eines Abstands für einen induktiven Ladevorgang

Info

Publication number: DE102012217779A1
Application number: DE102012217779.5A
Authority: DE
Inventors: Gunter Freitag; Karl-Josef Kuhn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03
Also published as: JP2014073078A; CN103715730A; FR2996351A1; US20140095026A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem (IN1) einer induktiven Ladestation (CST) und einem Spulensystem (IN2) eines Elektrofahrzeugs (CAR) umfasst folgende Schritte: – ladestationsseitige Ermittlung des optimierten Abstands und Berechnung von Positionsdaten auf Grundlage des ermittelten optimierten Abstands; – Übertragung der ermittelten Positionsdaten an das Elektrofahrzeug; – Berechnung einer Fahrwerkauslegung des Elektrofahrzeugs (CAR) auf Grundlage der Positionsdaten; – Übergabe von Daten der berechneten Fahrwerkauslegung an eine Fahrwerksteuereinrichtung (CTC) des Elektrofahrzeugs (CAR).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladesteuereinheit und ein Verfahren zur Einstellung eines Abstands für einen induktiven Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs.
Eine Aufladung von Elektrofahrzeugen an einer Ladestation erfolgt derzeit üblicherweise unter Verwendung eines Ladekabels. Eine weitere bekannte Möglichkeit, Elektrofahrzeug zu laden, bieten induktive Ladestationen. Hierbei befindet sich sowohl z.B. an der Unterseite des Elektrofahrzeugs als auch in der bodenseitigen Ladestation ein Spulensystem. Über ein magnetisches Wechselfeld, das dieses Spulensystem durchdringt, wird Energie von der Ladestation zum Fahrzeug induktiv übertragen.
Ein induktiver Ladevorgang kann nach einer Positionierung des Elektrofahrzeugs auf der Ladestation durchgeführt werden, ohne dass hierzu ein Aussteigen des Fahrzeugführers oder eine Verbindung mit einem Ladekabel erforderlich ist.
Um ein elektrisches Fahrzeug induktiv mit so wenig Verlust und Streustrahlung zu laden, ist es notwendig, das Spulensystem der Ladestation und das Spulensystem des Elektrofahrzeugs möglichst exakt überlappend zu positionieren.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass eine in erlaubten Grenzwerten übertragbare Ladeleistung besonders stark abhängig ist vom Abstand zwischen dem fahrzeugseitigen und dem ladestationsseitigen Spulensystem. Eine genaue Justierung dieses Abstandes erlaubt also, die Ladeleistung zu erhöhen, ohne zulässige Grenzwerte zu verletzen.
Heutige Konzepte berücksichtigen einen optimalen Abstand nur unzureichend. Bei gängigen induktiven Ladesystemen wird viel-mehr von einem festen Abstand ausgegangen, welcher jedoch in gewissen Grenzen durch Positionierung und Beladung variieren kann.
Zur Einstellung eines optimierten Abstandes sind zusätzliche am Elektrofahrzeug angebrachte mechanisch verstellbare Verstellvorrichtungen vorgeschlagen worden. Mit Hilfe mechanischer Verstellvorrichtungen wird eine Justiermöglichkeit in drei Richtungen – also in Längsrichtung oder in Querrichtung zum Fahrzeug sowie in der Höhe – zur Optimierung des Abstands zwischen dem fahrzeugseitigen und dem ladestationsseitigen Spulensystem erreicht.
Ein praktischer Einsatz derartiger Vorrichtungen wird indes als sehr kritisch eingeschätzt, da entsprechende Verstellvorrichtungen im Unterboden des Elektrofahrzeugs umfangreiche Sicherheitsmechanismen enthalten müssen und ein nicht unerhebliches Mehrgewicht darstellen. Daher nimmt man bislang von einer Weiterentwicklung der beschriebenen Verstellvorrichtungen Abstand.
Alternative, auf Seiten der Ladestation vorgesehene, verstellbare Vorrichtungen sind wartungs- und witterungsanfällig und daher technisch untauglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel zur Einstellung eines optimierten Abstands bei einem induktiven Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs anzugeben, welche eine Vorsehung zusätzlicher mechanischer Verstellvorrichtungen entbehrlich machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ladesteuereinheit für ein Elektrofahrzeug mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Elektrofahrzeug mit den Mitteln des Patentanspruchs 3 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Ladesteuereinheit für ein Elektrofahrzeug vorgesehen, welche zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem des Elektrofahrzeugs und einem Spulensystem einer induktiven Ladestation eingerichtet ist. Die Ladesteuereinheit umfasst eine Schnittstelle zum Empfang von Positionsdaten; eine Verarbeitungseinheit zur Berechnung einer Fahrwerkauslegung des Elektrofahrzeugs auf Grundlage der Positionsdaten und eine Schnittstelle zur Übergabe von Daten der berechneten Fahrwerkauslegung an eine Fahrwerksteuereinrichtung des Elektrofahrzeugs.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch eine Ladesteuereinheit für eine induktive Ladestation mit den Mitteln des Patentanspruchs 4 sowie durch eine induktive Ladestation mit den Mitteln des Patentanspruchs 6 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Ladesteuereinheit für eine induktive Ladestation vorgesehen, welche zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem der induktiven Ladestation und einem Spulensystem eines Elektrofahrzeugs eingerichtet ist. Die Ladesteuereinheit umfasst Bestimmungsmittel zur Ermittlung des optimierten Abstands und zur Berechnung von Positionsdaten auf Grundlage des ermittelten optimierten Abstands und eine Schnittstelle zur Übertragung der Positionsdaten an das Elektrofahrzeug.
Die erfindungsgemäße Lösung sowohl durch ein Elektrofahrzeug mit den Mitteln des Patentanspruchs 3 und durch eine induktive Ladestation mit den Mitteln des Patentanspruchs 4 ist durch einen gemeinsamen Erfindungsgedanken getragen, welcher eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe mit einem Verfahren zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem einer induktiven Ladestation und einem Spulensystem eines Elektrofahrzeugs gemäß Patentanspruch 6 vorsieht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem einer induktiven Ladestation und einem Spulensystem eines Elektrofahrzeugs, umfasst folgende Schritte:

– ladestationsseitige Ermittlung des optimierten Abstands und Berechnung von Positionsdaten auf Grundlage des ermittelten optimierten Abstands;
– Übertragung der ermittelten Positionsdaten an das Elektrofahrzeug;
– Berechnung einer Fahrwerkauslegung des Elektrofahrzeugs auf Grundlage der Positionsdaten;
– Übergabe von Daten der berechneten Fahrwerkauslegung an eine Fahrwerksteuereinrichtung des Elektrofahrzeugs.

Die Erfindung sieht eine Verbindung einer Fahrwerksteuerung mit einer Ladesteuerung vor, um einen induktiven Ladevorgang bei optimaler Ladeleistung zu gewährleisten, ohne zusätzliche mechanische Einrichtung vorzusehen.
Weiterhin gestattet die Erfindung in vorteilhafter Weise, Positionierungsfehler des Elektrofahrzeugs in Längs- und/oder Querrichtung zur Ladestation, welche derzeit eine Neuanfahrt erforderlich machen würden, durch eine entsprechende Höhenregulierung zu kompensieren.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Auswahl von an einer induktiven Ladung eines Elektrofahrzeugs beteiligten Wirkkomponenten.
In der Figur ist beispielhaft ein zweiachsiges Elektrofahrzeug CAR mit vier Rädern WH dargestellt, das sich oberhalb einer induktiven Ladestation CST befindet. Die induktive Ladestation CST ist im Wesentlichen unter einer Stellfläche des Elektrofahrzeugs CAR angeordnet und umfasst ein erstes Spulensystem IN1 und eine ladestationsseitige Ladesteuereinheit CTI. Über ein induktives Wechselfeld wird Energie vom ersten Spulensystem IN1 zu einem dem Elektrofahrzeug CAR zugeordneten Spulensystem IN2 übertragen.
Auf Seiten des Elektrofahrzeugs CAR sind Fahrwerkselemente SP des Fahrzeugs CAR zwischen einer Karosserie CHA und – nicht dargestellten – Radaufhängungen der Fahrzeugräder WH angeordnet und stützen die Karosserie CHA gegenüber den Rädern WH ab.
Das Elektrofahrzeug CAR weist ein aktives Fahrwerksystem auf, bei dem herkömmliche mechanische Komponenten wie Stahlfedern und Stoßdämpfer durch Fahrwerkselemente SP ersetzt sind, mit denen die Lage des Fahrzeugs mit Hilfe von Kommandosignalen einstellbar ist. Je nach Anforderung sind aktive Fahrwerksysteme unter Verwendung elektrisch aktuierter, pneumatisch und/oder hydraulisch aktuierter Fahrwerkselemente SP einsetzbar.
Eine Ansteuerung der Fahrwerkselemente SP zur Justage der Bodenfreiheit des Elektrofahrzeugs CAR und zur Veränderung der Dämpfung wird durch eine im Fahrzeug CAR angeordnete Fahrwerksteuereinrichtung CRT bewirkt.
Die durch Ansteuerung der Fahrwerkselemente SP einstellbare Justage der Bodenfreiheit des Elektrofahrzeugs CAR wird erfindungsgemäß zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen dem zweiten Spulensystem IN2 und dem ersten Spulensystem IN1.
Erfindungsgemäß ist eine Ladesteuereinheit CTC im Elektrofahrzeug CAR vorgesehen, welche eine – nicht dargestellte – Schnittstelle zum Empfang von Positionsdaten umfasst. Die Positionsdaten werden von der ladestationsseitigen Ladesteuereinheit CTI übermittelt. Eine – nicht dargestellte – Verarbeitungseinheit der Ladesteuereinheit CTC berechnet eine Fahrwerkauslegung des Elektrofahrzeugs CAR auf Grundlage der Positionsdaten. Über eine Schnittstelle der Ladesteuereinheit CTC werden schließlich Daten der berechneten Fahrwerkauslegung an die Fahrwerksteuereinrichtung CRT des Elektrofahrzeugs CAR übergeben.
Die induktive Ladestation verfügt über – nicht dargestellte – Bestimmungsmittel zur Ermittlung des optimierten Abstands und zur Berechnung von Positionsdaten auf Grundlage des ermittelten optimierten Abstands.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Optimierung des Abstandes zwischen den beiden Spulensystemen IN1, IN2 durch eine erweiterte Ladeablaufsteuerung durchgeführt. Dazu ist ein bidirektionaler drahtloser Austausch von Daten zur Ermittlung des optimierten Abstands zwischen der ladestationsseitigen Ladesteuereinheit CTI und der fahrzeugseitigen Ladesteuereinheit CTC vorgesehen.
Bei dieser Ladeablaufsteuerung werden durch – nicht dargestellte – Sensoren der induktiven Ladstation CST Sensordaten bereitgestellt, anhand derer ein optimierter Abstand zwischen den beiden Spulensystemen IN1, IN2 ermittelt wird. Darauf erfolg eine Berechnung von Positionsdaten auf Grundlage des ermittelten optimierten Abstands, welche von der ladestationsseitigen Ladesteuereinheit CTI an die fahrzeugseitige Ladesteuereinheit CTC übertragen werden.
Der bidirektionale Austausch von Daten wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung für einen iterativen Prozess verwendet, bei dem ein zunächst eingestellter Abstand mit einer Testladung erprobt wird und die Resultate dieser Testladung vom Elektrofahrzeug CAR an die Ladesteuereinheit CTI der induktiven Ladestation CST übermittelt werden, wo gegebenenfalls ein weiter optimierter Abstand bestimmt wird, in Folge dessen korrigierte Positionsdaten an das Elektrofahrzeug CAR übermittelt werden.
In der die fahrzeugseitige Ladesteuereinheit CTC des Elektrofahrzeugs CAR erfolgt eine Berechnung einer Fahrwerkauslegung des Elektrofahrzeugs CAR auf Grundlage der übertragenen Positionsdaten. Die berechneten Daten zur Fahrwerkauslegung werden an die Fahrwerksteuereinrichtung CTC übergeben.
Die Fahrwerksteuereinrichtung CTC wirkt auf die Fahrwerkselemente SP so ein, dass durch Absenken oder Anheben des Elektrofahrzeugs CAR der Abstand zwischen den Spulensystemen IN1, IN2 optimal eingestellt wird.
Solange das Elektrofahrzeug CAR auf der Ladstation CST geladen wird, verbleibt das Elektrofahrzeug CAR in der eingestellten Höhe. Bei Beendigung des Ladevorganges oder bei Beendigung des Aufenthalts an der Ladestation CST nimmt das Fahrzeug CAR wieder die für einen Fahrbetrieb optimale Höhe ein.

Claims

Ladesteuereinheit für ein Elektrofahrzeug, eingerichtet zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem (IN2) des Elektrofahrzeugs (CAR) und einem Spulensystem (IN1) einer induktiven Ladestation (CST), umfassend, – eine Schnittstelle zum Empfang von Positionsdaten; – eine Verarbeitungseinheit zur Berechnung einer Fahrwerkauslegung des Elektrofahrzeugs (CAR) auf Grundlage der Positionsdaten; – eine Schnittstelle zur Übergabe von Daten der berechneten Fahrwerkauslegung an eine Fahrwerksteuereinrichtung (CRT) des Elektrofahrzeugs (CAR).
Ladesteuereinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel für einen bidirektionalen Austausch von Daten zur Ermittlung des optimierten Abstands zwischen dem Spulensystem (IN1) der induktiven Ladestation (CST) und dem Spulensystem (IN2) des Elektrofahrzeugs.
Elektrofahrzeug mit aktivem Fahrwerksystem zur Niveauregulierung, umfassend eine Ladesteuereinheit (CTC) nach einem der Ansprüche 1 und 2.
Ladesteuereinheit für eine induktive Ladestation (CST), eingerichtet zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem (IN1) der induktiven Ladestation (CST) und einem Spulensystem (IN2) eines Elektrofahrzeugs (CAR), umfassend, – Bestimmungsmittel zur Ermittlung des optimierten Abstands und zur Berechnung von Positionsdaten auf Grundlage des ermittelten optimierten Abstands; – eine Schnittstelle zur Übertragung der Positionsdaten an das Elektrofahrzeug (CAR).
Ladesteuereinheit nach Anspruch 4, die Bestimmungsmittel gekennzeichnet durch Mittel für einen bidirektionalen Austausch von Daten zur Ermittlung des optimierten Abstands.
Induktive Ladestation umfassend eine Ladesteuereinheit (CTI) nach einem der Ansprüche 4 und 5.
Verfahren zur Einstellung eines für ein induktives Laden optimierten Abstands zwischen einem Spulensystem (IN1) einer induktiven Ladestation (CST) und einem Spulensystem (IN2) eines Elektrofahrzeugs (CAR), umfassend folgende Schritte: – ladestationsseitige Ermittlung des optimierten Abstands und Berechnung von Positionsdaten auf Grundlage des ermittelten optimierten Abstands; – Übertragung der ermittelten Positionsdaten an das Elektrofahrzeug; – Berechnung einer Fahrwerkauslegung des Elektrofahrzeugs (CAR) auf Grundlage der Positionsdaten; – Übergabe von Daten der berechneten Fahrwerkauslegung an eine Fahrwerksteuereinrichtung (CTC) des Elektrofahrzeugs (CAR).