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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sendespule zur induktiven Energieübertragung von der Sendespule zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule, eine Ladestation mit einer derartigen Sendespule, ein Verfahren zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, insbesondere zum Positionieren einer Empfangsspule in Bezug auf eine Sendespule einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, sowie ein Verfahren zum Detektieren eines Fremdobjekts zwischen einer Sendespule und einer Empfangsspule.
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Stand der Technik
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Elektrofahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktions-Batterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Diese Verbindung muss von einem Benutzer üblicherweise manuell hergestellt werden. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen.
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Es sind auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge bekannt. Hierzu wird ein Elektrofahrzeug über einer Spule abgestellt. Diese Spule sendet ein magnetisches Wechselfeld aus. Das magnetische Wechselfeld wird von einer Empfangsspule innerhalb des Fahrzeugs aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Mittels dieser elektrischen Energie kann daraufhin eine Traktions-Batterie des Fahrzeugs geladen werden. Die Druckschrift
DE 10 2011 010 049 A1 offenbart ein solches System zum Laden einer Fahrzeugbatterie, bei dem die Energie induktiv übertragen wird.
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Häufig befinden sich die Empfangsspulen in Elektrofahrzeugen aus Gründen der verbesserten Unfallsicherheit sowie dem erhöhten Schutz gegen Witterungseinflüssen im Unterboden des Fahrzeugs. Beim kabellosen Laden einer Batterie des Elektrofahrzeuges befindet sich deshalb zwischen der im Boden einer Ladestation eingelassenen Sendespule der Ladestation und der Empfangsspule in dem Fahrzeug ein Luftspalt. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen beträgt dieser Luftspalt einige Zentimeter. Luftspalte in der Größe von 15–25 cm sind dabei sehr verbreitet, wenn nicht durch Maßnahmen wie Absenken der fahrzeugfesten Spule, des gesamten Fahrzeugs oder Anheben der ortsfesten Spule oder einer Kombination dieser Maßnahmen ein ideal kleiner Luftspalt erreicht wird. Aufgrund der starken magnetischen Felder ist es jedoch nicht erwünscht, dass sich während des Ladevorgangs Objekte, wie beispielsweise Verunreinigungen oder Tiere, in diesem Luftspalt aufhalten.
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Zudem hängt der Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule stark von der relativen Lage der (beweglichen) Empfangsspule im Fahrzeug bezüglich der (ortsfest angebrachten) Sendespule in einer Ladestation ab. Der Wirkungsgrad hängt dabei vom Kopplungsfaktor der Spulen untereinander bzw. von der Größe des magnetischen Streufeldes ab.
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Die Druckschrift
WO 2012/058466 A1 offenbart eine Spulenpositionierung einer fahrzeuggebundenen Energieübertragungsvorrichtung durch eine mechanische Positionierungsvorrichtung im Unterbau des Fahrzeugs. Die Druckschrift
JP 2011 217 452 A offenbart eine Positionierung von Empfängerspulen einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung im Kennzeichenbereich von Fahrzeugen. Die Druckschrift
CN 201 966 671 U offenbart eine Positionierung von Empfängerspulen einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung auf dem Fahrzeugdach. Die Druckschrift
US 2012/0098483 A1 offenbart eine Positionsbestimmung und eine automatische Einparkfunktion mithilfe von im Fahrzeug verbauten Antennen für das Navigieren des Fahrzeugs in eine Ladeposition bezüglich einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung. Die Druckschriften
DE 10 2010 053 058 A1 ,
JP 2012 005 308 ,
DE 10 2009 033 239 A1 und
DE 10 2009 033 237 A1 offenbaren jeweils zusätzliche Positionierungsspulen in Fahrzeugen zur Erhöhung der Positionierungstoleranz gegenüber induktiven Energieübertragungsvorrichtungen.
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Es besteht jedoch ein Bedarf nach Lösungen zur induktiven Energieübertragung, die einerseits zuverlässig einen Gegenstand in dem Übertragungsbereich der induktiven Energieübertragungsstrecke erkennen und andererseits die Positionierung der Sendeund Empfangsspule relativ zueinander verbessern können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Sendespule zur induktiven Energieübertragung zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule, mit einer oder mehreren Spulenwicklungen, welche in einer Spulenebene angeordnet sind; und einer Musterplatte, welche in einer Ebene über der Spulenebene angeordnet ist, und auf welcher ein optisches Kontrastmuster aufgebracht ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Ladestation zur induktiven Energieübertragung an ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Sendespule, deren Spulenebene horizontal im Boden der Ladestation angeordnet ist, und einer Spulensteuereinrichtung, welche mit einem Stromnetz verbindbar ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Sendespule mit elektrischem Strom zu versorgen.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, mit den Schritten des Erfassens eines optischen Kontrastmusters, welches auf einer Musterplatte in einer Ebene über der Spulenebene einer ortsfesten Sendespule einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung aufgebracht ist, mithilfe mindestens einer optischen Erfassungseinrichtung eines Fahrzeugs, welches eine Empfangsspule zur induktiven Energieübertragung von der Sendespule aufweist, des Ansteuerns eines automatischen Parkassistenzsystems des Fahrzeugs auf der Basis eines von dem erfassten optischen Kontrastmuster abhängigen Erfassungssignals der mindestens einen optischen Erfassungseinrichtung, und des automatischen Parkens des Fahrzeugs mithilfe des automatischen Parkassistenzsystems, so dass die Empfangsspule zur induktiven Energieübertragung relativ zu der Sendespule positioniert ist.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren eines Fremdobjekts zwischen einer Sendespule und einer Empfangsspule einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, mit den Schritten des Erfassens eines optischen Kontrastmusters, welches auf einer Musterplatte in einer Ebene über der Spulenebene einer ortsfesten Sendespule einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung aufgebracht ist, mithilfe mindestens einer optischen Erfassungseinrichtung eines Fahrzeugs, welches eine Empfangsspule zur induktiven Energieübertragung von der Sendespule aufweist, des Vergleichens des erfassten optischen Kontrastmusters mit einem Referenzmuster, und des Feststellens, dass ein Fremdobjekt zwischen der Sendespule und der Empfangsspule befindlich ist, falls das erfasste optische Kontrastmuster gegenüber dem Referenzmuster eine über einem Detektionsschwellwert liegende Abweichung aufweist.
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Es ist eine Idee der vorliegenden Erfindung, eine Sendespule mit einem optisch detektierbaren Muster zu versehen, so dass optische Detektionseinrichtungen eines Fahrzeugs über eine Mustererkennung eine automatische Fahrzeugpositionierung vornehmen können. Überdies kann nach erfolgter Positionierung das optisch detektierbare Muster dazu eingesetzt werden, Fremdobjekte über der Sendespule zu erkennen, welche das Muster gegenüber Kameras des Fahrzeugs ganz oder teilweise abschirmen, so dass über einen Vergleich mit einem Referenzmuster Fremdobjekte detektiert werden können.
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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Positionierung der Sende- und Empfangsspulen zueinander deutlich verbessert werden kann, ohne dass zusätzliche Elemente oder Komponenten in dem Fahrzeug vorgesehen werden müssen. Beispielsweise können ohnehin vorhandene Systeme wie beispielsweise Parkassistenzsysteme mit zugehörigen Parkassistenzkameras des Fahrzeugs genutzt werden, um die Spulenpositionierung durchführen zu können. Dies ermöglicht ein sehr kosteneffizientes Implementieren eines Positioniersystems für induktive Energieübertragungsvorrichtungen in Fahrzeugen.
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Darüber hinaus wird der Komfort für den Fahrzeuglenker erhöht, der durch das automatische Positionieren des Fahrzeugs über der Sendespule einerseits Zeit durch den beschleunigten Einparkvorgang und andererseits Kosten durch den verbesserten Ladewirkungsgrad einsparen kann.
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Zusätzliche Sensorsysteme können ebenfalls eingespart werden, was zusätzliche störende Einflüsse auf die elektromagnetische Verträglichkeit der induktiven Energieübertragungsvorrichtung eliminiert. Außerdem sind die Positionier- und Fremdobjektdetektionsverfahren zuverlässig, schnell und effizient.
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Gemäß einer Ausführungsform der Sendespule kann das optische Kontrastmuster ein periodisches Kachelmuster von in der Helligkeit kontrastierten geometrischen Formen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das optische Kontrastmuster eine periodische Gitterstruktur von in der Helligkeit kontrastierten Linien aufweisen. Dabei kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass das optische Kontrastmuster Linien oder Formen unterschiedlicher Stärke oder Ausdehnung aufweist. Die verschiedenen Arten und Typen von Kontrastmustern können je nach Parksituation der Ladestation unterschiedlich fein oder grob ausgeführt werden, um die Positionierungsgenauigkeit des Fahrzeugs zu optimieren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Ladestation kann die Ladestation weiterhin eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, welche mit der Spulensteuereinrichtung gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, drahtlos ein Positions- und/oder Identifikationsfunksignal auszusenden. Dabei kann die Kommunikationseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform weiterhin dazu ausgelegt sein, ein Referenzfunksignal über die geometrische Beschaffenheit des optischen Kontrastmusters der Musterplatte auszusenden. Dies ermöglicht es in einfacher Weise, dem Fahrzeug vorab Informationen über die Positionierung des Fahrzeugs auf der speziellen Ladestation mitzuteilen, ohne dass das Fahrzeug die Details der Ladestation und insbesondere des Musters auf der Sendespule vorab kennen muss.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung in der Nähe einer Ladestation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung einer Sendespule mit einer Musterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung einer weiteren Sendespule mit einer Musterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung noch einer weiteren Sendespule mit einer Musterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung einer optischen Überwachung einer Sendespule gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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8 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Detektieren eines Fremdobjekts zwischen einer Sendespule und einer Empfangsspule einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die in den Figuren dargestellten Zeichnungen sind zum Teil perspektivische Darstellungen von Elementen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleichwirkende Komponenten.
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1 zeigt ein Fahrzeug 20, das über einer induktiven Ladestation 100 abgestellt werden kann bzw. soll. Das Fahrzeug 20 kann insbesondere ein elektrisch betreibbares Fahrzeug sein, wie beispielsweise ein Elektroauto, ein Hybridfahrzeug oder ein sonstiges Fahrzeug mit einem elektrischen und wieder aufladbaren Energiespeicher. Das Fahrzeug 20 umfasst eine Empfangsspule 21, welche beispielsweise in einem Unterboden des Fahrzeugs 20 angeordnet ist, so dass die Spulenebene parallel zum Boden bzw. Fahruntergrund verläuft.
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Das Fahrzeug 20 ist für die induktive Energieübertragung über einer Sendespule 10 der Ladestation 100 so abzustellen, dass die Empfangsspule 21 des Fahrzeugs 20 über der Sendespule 10 angeordnet ist. Wenn die Sendespule 10 im Boden der Ladestation 100 angeordnet ist, ist es aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit des Fahrzeugs 20 erforderlich, dass zwischen der Sendespule 10 und der Unterseite des Fahrzeugs 20, in dem sich die Empfangsspule 21 befindet, ein Zwischenraum mit einem Luftspalt befindet.
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Nachdem das Fahrzeug 20 so abgestellt wurde, dass die Empfangsspule 21 in dem Fahrzeug 20 sich über der Sendespule 10 befindet, kann das Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs 20, beispielsweise einer Traktionsbatterie, beginnen. Hierzu erzeugt die Sendespule 10 ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld wird von der Empfangsspule 21 aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie steht daraufhin über eine geeignete Schaltung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs 20 zur Verfügung.
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Für eine Rückspeisung elektrischer Energie vom Fahrzeug 20 in ein Energieversorgungsnetz kann auch umgekehrt die Spule 21 im Fahrzeug 20 als Sendespule dienen, die ein magnetisches Feld erzeugt. Die Spule 10 in der Ladestation 100 arbeitet dann als Empfangsspule, die die Energie des magnetischen Felds empfängt und in elektrische Energie umwandelt, welche daraufhin in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann.
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Ist nun das Fahrzeug 20 mit der Empfangsspule 21 an der Ladestation 100 über der Sendespule 10 abgestellt, so kann das Aufladen des elektrischen Energiespeichers begonnen werden. Hierzu wird gegebenenfalls zunächst eine Datenverbindung zwischen dem Fahrzeug 20 und der Ladestation 100 aufgebaut. Eine solche Datenverbindung kann vorzugsweise eine kabellose Verbindung sein. Beispielsweise kann die Verbindung optisch, zum Beispiel auf Basis von infrarotem Licht hergestellt werden, mittels einer Funkverbindung, wie zum Beispiel WLAN, GSM, Bluetooth etc., oder mittels einer induktiven Verbindung zwischen Fahrzeug 20 und Ladestation 100. Durch eine solche Datenverbindung können zunächst eine Autorisierung des Fahrzeugs 20 und/oder des Fahrzeugführers erfolgen. Weiterhin sind auch der Austausch von fahrzeugspezifischen Parametern sowie die Übertragung von Parametern für eine spätere Abrechnung der Kosten möglich.
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Beispielhaft ist in 1 hierzu eine der Ladestation 100 zugehörige Kommunikationseinrichtung 12 gezeigt, welche über eine Funkverbindung mit einer Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 kommunizieren kann und dabei Positions- und/oder Identifikationsfunksignale RF an die Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 übermitteln kann. Die Positions- und/oder Identifikationsfunksignale RF können beispielsweise dazu dienen, ein sich weiter als eine Schwellwertdistanz D, beispielsweise 2 Meter bis 10 Meter, von der Ladestation 100 entfernt befindliches Fahrzeug 20 über die Lage der Ladestation 100 zu informieren, so dass der Fahrzeugführer des Fahrzeugs 20 in der Lage ist, sich durch manuelle Fahrtätigkeit an die Ladestation 100 anzunähern.
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Wenn sich das Fahrzeug 20 näher als die Schwellwertdistanz D an die Ladestation 100 angenähert hat, ist es vorgesehen, dass optische Erfassungseinrichtungen 22 des Fahrzeugs, beispielsweise Parkassistenzkameras (sogenannte „Near Real Cameras“, NRCs), dazu genutzt werden, um das Fahrzeug 20 mithilfe eines Parkassistenzsystems automatisch einzuparken. Es können wie in 1 dargestellt, sechs optische Erfassungseinrichtungen 22 um die Karosserie des Fahrzeugs 20 herum angeordnet sein. Es sollte jedoch klar sein, dass die Anzahl und Position der optischen Erfassungseinrichtungen 22 am Fahrzeug 20 variieren können. Die optischen Erfassungseinrichtungen 22 können beispielsweise Parkmarkierungen 16 der Ladestation 100 nutzen, zum Beispiel auf dem Boden aufgebrachten farbigen bzw. verschieden farbigen Linien oder Einfassungen, um das Parkassistenzsystem mit Ansteuersignalen zu versorgen. Dies kann über eine Triangulation über entsprechende Abstands- oder Winkelmessungen M verschiedener Erfassungseinrichtungen 22 gegenüber den jeweiligen Parkmarkierungen 16 erfolgen. Das Parkassistenzsystem kann zudem mit Lenkrad und Geschwindigkeitssteuerung des Fahrzeugs 20 verbunden sein, um entsprechende Lenk- und Antriebseingriffe an dem Fahrzeug 20 automatisch vornehmen zu können. Das Parkassistenzsystem kann dabei den Fahrer des Fahrzeugs 20 über eine mögliche automatische Positionierung informieren, die der Fahrer mit einem entsprechenden Steuerbefehl initiieren kann.
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Die optischen Erfassungseinrichtungen 22 können überdies ein optisches Kontrastmuster, welches auf einer Musterplatte der Sendespule 10 aufgebracht ist, erfassen und auswerten.
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Eine Detailansicht der induktiven Energieübertragungsvorrichtung mit der im Fahrzeugboden 24 angeordneten Empfangsspule 21 sowie der im Boden der Ladestation angeordneten Sendespule 10 ist in 2 dargestellt. Der Fahrzeugboden 24 kann dabei insbesondere einem wie in 1 illustrierten Fahrzeug 20 und die Sendespule 10 insbesondere einer wie in 1 illustrierten Ladestation 100 zugeordnet sein.
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Die Sendespule 10 wird über eine Steuerschaltung 14 mit einem Energieversorgungsnetz 15a, 15b gekoppelt. Die Steuerschaltung 14 ist für die Kommunikation mit dem Fahrzeug mit der Kommunikationseinrichtung 12 verbunden. Die Kommunikationseinrichtung 12 weist ferner eine Antenne 13 für die drahtlose Kommunikation mit der Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 auf, die ihrerseits eine entsprechende Antenne 27 aufweist.
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Die Empfangsspule 21 ist ihrerseits mit einer Ladeschaltung 25 im Fahrzeug 20 verbunden, die mit der Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 gekoppelt ist. Die Ladeschaltung 25 kann weiterhin über eine geeignete Steuereinrichtung verfügen, die die Ladevorgänge sowie die Energieübertragung zwischen der Sendespule 10 und der Empfangsspule 21 überwacht und steuert.
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Eine optimale Positionierung der Empfangsspule 21 über der Sendespule 10 erfordert eine relativ genaue Positionierung in einem Positionierungsbereich R, in welchem die elektrischen Spulenparameter wie Induktivität, Güte, Widerstand, Resonanzfrequenz für einen möglichst hohen Kopplungsfaktor zwischen den Spulen sorgen. Um den Positionierungsbereich R möglichst zielgenau erreichen zu können, ist auf der Sendespule 10 eine Musterplatte 11 aufgebracht. Die Sendespule 10 selbst kann ein oder mehrere Spulenwicklungen aufweisen, welche in einer Spulenebene angeordnet sind. Die Musterplatte 11 kann dann in einer Ebene über der Spulenebene angeordnet sein. Die Musterplatte 11 kann beispielsweise eine transparente Platte, eine aufklebbare Plastikfolie oder eine sonstige geeignete Abdeckung für die Sendespulenwicklungen umfassen.
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Auf der Musterplatte 11 ist ein optisches Kontrastmuster aufgebracht. Beispielhafte Ausgestaltungen für das optische Kontrastmuster sind in den 3 bis 5 illustriert. Die Musterplatten 11 können beispielsweise jeweils ein grobes Kontrastmuster mit die Sendespulenflächen einfassenden groben oder dicken Linien aufweisen. Zudem kann die grobe Linienstruktur ein Positionierungskreuz aufweisen, welches ein Zentrum der Sendespulenfläche markieren kann.
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Weiterhin kann das optische Kontrastmuster über das grobe Kontrastmuster hinaus ein feineres Kontrastmuster aus feineren Linien oder Formen aufweisen. Zum Beispiel kann das optische Kontrastmuster eine periodische Gitterstruktur von in der Helligkeit kontrastierten Linien aufweisen. Diese Gitterstruktur kann verschiedene Gitterrichtungen aufweisen, wie mit den Musterbeispielen 11a und 11b angedeutet. Zudem kann das optische Kontrastmuster auch ein periodisches Kachelmuster 11c von in der Helligkeit kontrastierten geometrischen Formen aufweisen. Insgesamt kann das optische Kontrastmuster Linien oder Formen unterschiedlicher Stärke oder Ausdehnung aufweisen, wobei die Linien oder Formen einer Strichstärke oder Formenausdehnung oberhalb eines bestimmten ersten Schwellwerts dem groben Kontrastmuster und Linien oder Formen einer Strichstärke oder Formenausdehnung unterhalb eines bestimmten zweiten Schwellwerts dem feinen Kontrastmuster zugerechnet werden können.
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Das grobe Kontrastmuster kann beispielsweise für die Annäherung des Fahrzeugs 20 an die Sendespule 10 verwendet werden, da die groben Linien von den Erfassungseinrichtungen 22 auf eine größere Distanz erkannt und aufgelöst werden könne. Die feinen Kontrastmuster können dann einerseits für eine Feinjustierung der Fahrzeugposition über der Sendespule 10 genutzt werden, wenn die Empfangsspule 21 bereits nahe dem idealen Positionierungsbereich R befindlich ist. Andererseits können die feinen Kontrastmuster auch für eine Fremdobjekterkennung genutzt werden, wie im Zusammenhang mit den 6 und 8 weiter unten genauer erläutert.
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Die Kommunikationseinrichtung 12 kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, ein Referenzfunksignal über die geometrische Beschaffenheit des optischen Kontrastmusters der jeweiligen in der Ladestation verwendeten Musterplatte 11 auszusenden, so dass sich der Ladestation nähernde Fahrzeuge über die Art des optischen Kontrastmusters informiert werden und die Erfassungseinrichtungen 22 bzw. das Parkassistenzsystem entsprechend konfigurieren können.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 30 zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, wie beispielsweise im Zusammenhang mit den 1 bis 5 erläutert. Das Verfahren 30 umfasst als ersten Schritt 31 ein Erfassen eines optischen Kontrastmusters 11a, 11b, 11c, welches auf einer Musterplatte 11 in einer Ebene über der Spulenebene einer ortsfesten Sendespule 10 der induktiven Energieübertragungsvorrichtung aufgebracht ist, mithilfe mindestens einer optischen Erfassungseinrichtung 22 eines Fahrzeugs 20, welches eine Empfangsspule 21 zur induktiven Energieübertragung von der Sendespule 10 aufweist. Als zweiter Schritt 32 kann ein automatisches Parkassistenzsystem des Fahrzeugs 20 auf der Basis eines von dem erfassten optischen Kontrastmuster 11a, 11b, 11c abhängigen Erfassungssignals der mindestens einen optischen Erfassungseinrichtung 22 angesteuert werden, so dass in einem Schritt 33 ein automatisches Parken des Fahrzeugs 20 mithilfe des automatischen Parkassistenzsystems erfolgen kann. Dadurch kann die Empfangsspule 21 zur induktiven Energieübertragung relativ zu der Sendespule 10 optimal positioniert werden.
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Für die optimale Positionierung kann es darüber hinaus vorgesehen sein, zusätzliche elektrische Spulenparameter wie Induktivität, Güte, Widerstand oder Resonanzfrequenz während des Parkvorgangs zu messen bzw. auszuwerten und in die Justierung des Parkassistenzsystems einfließen zu lassen. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Ladestation 100 bei der Annäherung des Fahrzeugs 20 über ein entsprechendes Annäherungssignal, welches über die Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 an die Kommunikationseinrichtung 14 der Ladestation 100 übertragen werden kann, in einen Bereitschaftsbetrieb versetzt wird, in dem durch die Sendespule 10 beispielsweise ein Magnetfeld geringerer Stärke erzeugt wird. Durch die Messung dieses Magnetfelds und die entsprechende Auswertung der Spulenparameter der Empfangsspule 21 im Fahrzeug 20 kann die Positionierung über die erfassten optischen Kontrastmuster 11a, 11b, 11c unterstützt werden.
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Die Größe des Zwischenraums zwischen einer Sendespule 10 und einer Empfangsspule 21 einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, wie im Zusammenhang mit den 1 bis 5 gezeigt, kann mehrere Zentimeter betragen. Bei heute üblichen Fahrzeugtypen sind Luftspalte zwischen 15 und 25 cm zu erwarten. Aber auch andere Größen für den Zwischenraum zwischen Ladestationsboden und Fahrzeugunterseite sind ebenso möglich. Dieser Zwischenraum ist dabei normalerweise frei zugänglich. Daher besteht die Möglichkeit, dass in diesem Zwischenraum jederzeit Lebewesen oder Gegenstände eindringen können. So können beispielsweise Tiere, wie Katzen oder Mäuse, eindringen. Weiter besteht auch die Gefahr, dass aufgrund von äußeren Einflüssen Objekte, wie beispielsweise Schmutz, Unrat, Laub oder ähnliches, in diesen Zwischenraum eindringen können. Insbesondere leicht brennbare, metallhaltige Gegenstände stellen während des induktiven Ladevorgangs dabei eine große Gefahr dar, da sich diese Gegenstände stark erwärmen und daraufhin gegebenenfalls entzünden können.
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Um während der induktiven Energieübertragung von der Sendespule 10 zu der Empfangsspule 21 sicherzustellen, dass sich in dem Zwischenraum keinerlei unerwünschte Objekte befinden, wird dieser Zwischenraum von einer optischen Erfassungsvorrichtung 26 überwacht, die beispielsweise im Unterboden 24 des Fahrzeugs 20 angebracht werden kann, wie im Zusammenhang mit 6 beispielhaft dargestellt. Die optische Erfassungsvorrichtung 26 kann dabei beispielsweise eine Kamera oder ein optischer Sensor sein.
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Im vorliegenden Fall einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation 100 zu einem Elektrofahrzeug 20 sind dabei die Elemente der optischen Erfassungsvorrichtung 26 sehr stark Umwelteinflüssen ausgesetzt. Daher kann es beispielsweise durch Staub oder aufgewirbelten Schmutz zu Verunreinigungen der optischen Erfassungsvorrichtung 26 kommen. In diesem Falle wäre eine zuverlässige Überwachung des Zwischenraums zwischen Sendespule 10 und Empfangsspule 21 nicht mehr möglich. Daher kann weiterhin eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen werden, die die Elemente der optischen Erfassungsvorrichtung 26 reinigt und somit von Verunreinigungen befreit. Beispielsweise kann eine solche Reinigungsvorrichtung die Elemente der optischen Erfassungsvorrichtung 26 mittels eines Wasserstrahls reinigen. Hierzu kann die Reinigungsvorrichtung eine oder mehrere Düsen aufweisen, aus denen Wasser mit einem geeigneten Druck herausgestrahlt wird. Eine solche Reinigungsvorrichtung kann beispielsweise einen Tank für eine Reinigungsflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, eine Pumpe sowie eine oder mehrere Düsen aufweisen. Weitere Möglichkeiten zur Reinigung der optischen Erfassungsvorrichtung 26 wie beispielweise mechanische Wischerblätter, Luftdüsen oder andere geeignete Mittel sind ebenso möglich.
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Zur Reinigung der optischen Überwachungsvorrichtung ist es dabei beispielsweise möglich, dass die optische Erfassungsvorrichtung 26 am Fahrzeug 20 bereits während der Fahrt gereinigt wird. Somit steht die optische Erfassungsvorrichtung 26 beim Abstellen des Fahrzeugs 20 unmittelbar zur Verfügung und kann sofort genutzt werden. Alternativ ist es auch möglich, die optische Erfassungsvorrichtung 26 erst beim Abstellen des Fahrzeuges 20, oder erst beim Initiieren des Ladevorgangs zu reinigen.
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Durch die optische Erfassungsvorrichtung 26 kann vor einem Ladevorgang zunächst überprüft werden, ob der Zwischenraum zwischen Sendespule 10 und Empfangsspule 21 frei von Fremdobjekten ist. Erkennt die optische Erfassungsvorrichtung 26 dabei, dass sich in dem Zwischenraum ein unerwünschter Gegenstand oder ein Tier befindet, so wird der Ladevorgang nicht gestartet.
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Wird während dieses Ladevorgangs durch die optische Erfassungsvorrichtung 26 erkannt, dass ein Fremdobjekt in dem Zwischenraum zwischen Sendespule 10 und Empfangsspule 21 eindringt, so kann die optische Erfassungsvorrichtung 26 zunächst ein Warnsignal ausgeben. Wird daraufhin der Zwischenraum innerhalb einer vorbestimmten Zeit von dem detektierten Objekt befreit, so wird der Ladevorgang ohne Unterbrechung fortgesetzt. Beispielsweise ist es somit denkbar, dass ein eingedrungenes Tier durch das Warnsignal erschrickt und daraufhin den Zwischenraum wieder verlässt. Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, dass ein sich in der Nähe aufhaltender Benutzer beim Ertönen des Warnsignals unmittelbar den eindringenden Gegenstand entfernen kann, bevor größerer Schaden entsteht.
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Wird dagegen das detektierte Objekt nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne aus dem Zwischenraum entfernt, so wird daraufhin der Ladevorgang unterbrochen, indem die Sendespule 10 deaktiviert wird. Somit kann verhindert werden, dass durch das eingedrungene Objekt größerer Schaden entsteht.
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Alternativ ist es auch möglich, bei der Detektion eines eindringenden Objektes sofort die Sendespule 10 zu deaktivieren und den Ladevorgang zu stoppen. Auch bei der sofortigen Abschaltung des Ladevorgangs und dem Deaktivieren der Sendespule 10 kann dabei optional ein geeignetes Warnsignal ausgegeben werden.
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Weiterhin kann die optische Erfassungsvorrichtung 26 auch mit einer zusätzlichen Benachrichtigungsvorrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt werden, die bei der Detektion eines Objektes im Zwischenraum eine Benachrichtigung an einen Benutzer aussendet. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Benachrichtigung des Benutzers über eine Mobiltelefonverbindung handeln oder das Aussenden einer Nachricht über eine geeignete weitere Funkverbindung. Somit kann der Benutzer selbst dann über das Eindringen eines Objektes in dem Zwischenraum Erfassungsvorrichtung 26 informiert werden, wenn er sich nicht in unmittelbarer Nähe des Fahrzeuges 20 aufhält. Da der Ladevorgang eines Elektrofahrzeuges in der Regel mehrere Stunden dauern kann, ist es möglich, dass sich der Benutzer während dieser Zeit auch an einem entfernten Ort aufhält. Durch eine zuvor beschriebene Benachrichtigung mittels eines Funksignals kann der Benutzer auch in diesen Fällen über eine auftretende Störung in formiert werden. Der Benutzer kann daraufhin zu seinem Fahrzeug kommen, die Störung beseitigen und anschließend den Ladevorgang erneut fortsetzen.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 40 zum Detektieren eines Fremdobjekts F zwischen einer Sendespule 10 und einer Empfangsspule 21 einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung. In einem ersten Schritt kann ein optisches Kontrastmuster, welches auf einer Musterplatte 11 in einer Ebene über der Spulenebene einer ortsfesten Sendespule 10 einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung aufgebracht ist, mithilfe mindestens einer optischen Erfassungseinrichtung 26 eines Fahrzeugs 20, welches eine Empfangsspule 21 zur induktiven Energieübertragung von der Sendespule 10 aufweist, erfasst werden. Dabei kann beispielsweise die im Zusammenhang mit den 1 bis 5 dargestellte Sendespule 10 eingesetzt werden.
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In einem zweiten Schritt erfolgt ein Vergleichen des erfassten optischen Kontrastmusters mit einem Referenzmuster, welches beispielsweise in der optischen Erfassungseinrichtung 26 gespeichert sein kann. In einem dritten Schritt 43 kann dann festgestellt werden, dass ein Fremdobjekt F zwischen der Sendespule 10 und der Empfangsspule 21 befindlich ist, falls das erfasste optische Kontrastmuster gegenüber dem Referenzmuster eine über einem Detektionsschwellwert liegende Abweichung aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011010049 A1 [0003]
- WO 2012/058466 A1 [0006]
- JP 2011217452 [0006]
- CN 201966671 U [0006]
- US 2012/0098483 A1 [0006]
- DE 102010053058 A1 [0006]
- JP 2012005308 [0006]
- DE 102009033239 A1 [0006]
- DE 102009033237 A1 [0006]
