DE102014018129A1 - Induktives Ladesystem mit einer in Querrichtung beweglichen primärseitigen Spule und Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Induktives Ladesystem mit einer in Querrichtung beweglichen primärseitigen Spule und Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladesystem (30) mit einem Kraftfahrzeug (10), welches einen Energiespeicher (12) aufweist, einer induktiven Ladevorrichtung (20) zum Aufladen des Energiespeichers (12) in dem Kraftfahrzeug (10) mittels induktiver Energieübertragung, einer primärseitigen Energieübertragungseinheit (16), welche Teil der induktiven Ladevorrichtung (20) ist, zur Anordnung auf einem befahrbaren Untergrund (22), und einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit (14), welche Teil des Kraftfahrzeugs (10) ist. Die primärseitige Energieübertragungseinheit (16) ist zur Bewegung gegenüber dem befahrbaren Untergrund (22) linear in einer Richtung quer zu einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs (10) ausgebildet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers (12) in einem Kraftfahrzeug (10) mittels induktiver Energieübertragung zwischen einer primärseitigen Energieübertragungseinheit (16), welche Teil einer induktiven Ladevorrichtung (20) ist, und einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit (14), welche Teil des Kraftfahrzeugs (20) ist. Die primärseitige Energieübertragungseinheit (16) wird gegenüber einem befahrbaren Untergrund (22) linear in einer Richtung quer zu einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs (10) bewegt.

Description

  • Induktives Ladesystem mit einer in Querrichtung beweglichen primärseitigen Spule und Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft ein Ladesystem mit einem Kraftfahrzeug, welches einen Energiespeicher aufweist, mit einer induktiven Ladevorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers in dem Kraftfahrzeug mittels induktiver Energieübertragung, und mit einer primärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil der induktiven Ladevorrichtung ist, zur Anordnung auf einem befahrbaren Untergrund und einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil des Kraftfahrzeugs ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug mittels induktiver Energieübertragung zwischen einer primärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil einer induktiven Ladevorrichtung ist, und einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil des Kraftfahrzeugs ist.
  • Ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, dessen Batterie aus einer externen Energiequelle geladen werden soll, benötigt eine elektrische Kopplung zu einem speisenden Netz. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um eine Kabelverbindung, über welche die externe Energiequelle an das Kraftfahrzeug angeschlossen wird. Es sind insbesondere Anforderungen an Berühr- und Fremdkörperschutz (Verschmutzung) zu berücksichtigen. Als Alternative zu der leitungsgebundenen Energieübertragung steht die drahtlose Energieübertragung, auch als kontaktlose Energieübertragung bezeichnet, zur Verfügung. Dabei ist eine möglichst genaue Positionierung des Fahrzeugs in Bezug auf eine ortsfeste Ladevorrichtung erforderlich, um den best möglichen Wirkungsgrad für die Energieübertragung zu erzielen.
  • In diesem Zusammenhang offenbart die WO 2014050778 A1 ein Fahrzeug und ein mobiles Unterbausystem, zum einfachen Positionieren einer Energieeinspeiseeinheit und einer Energieempfangseinheit mit einem Fahrzeug, welches ausgelegt ist zur einfachen Identifikation der Position einer Energieempfangseinheit, welche an dem Fahrzeug befestigt ist, und dadurch den Wirkungsgrad der Energieübertragung zu steigern.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladesystem mit einer induktiven Energieübertragung bereitzustellen, welches für einen Benutzer besonders komfortabel zu handhaben ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ladesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung geht aus von einem Ladesystem mit einem Kraftfahrzeug, welches einen Energiespeicher aufweist, mit einer induktiven Ladevorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers in dem Kraftfahrzeug mittels induktiver Energieübertragung, mit einer primärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil der induktiven Ladevorrichtung ist, zur Anordnung auf einen befahrbaren Untergrund, und mit einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil des Kraftfahrzeugs ist. Das gattungsgemäße Ladesystem wird gemäß der Erfindung derart weiter gebildet, dass die primärseitige Energieübertragungseinheit zur Bewegung gegenüber dem befahrbaren Untergrund linear in einer Richtung quer zu einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
  • Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs im Falle einer Fehlpositionierung in Querrichtung das Kraftfahrzeug nicht zurücksetzen und die Position neu anfahren muss, vielmehr kann eine seitliche Ablage der primärseitigen Energieübertragungseinheit und der sekundärseitigen Übertragungseinheit unabhängig von einer Vor-/Rückwärtsbewegung des Kraftfahrzeugs durch alleiniges seitliches Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit in einer Richtung quer zu der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs ausgeglichen werden. Hierdurch kann insbesondere auch der Zeitaufwand für eine exakte Positionierung der sekundärseitigen Energieübertragungseinheit an dem Kraftfahrzeug in Bezug auf die primärseitige Energieübertragungseinheit auf dem befahrbaren Untergrund verringert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die induktive Ladevorrichtung ein Führungselement zur Übertragung von Führungskräften und/oder Verschiebekräften auf, wobei das Führungselement dazu ausgelegt ist, von dem Kraftfahrzeug befahren und/oder überfahren zu werden. Bei dem Führungselement kann es sich beispielsweise um eine Schiene, eine Platte oder ein Band beziehungsweise einen Gurt handeln. Das Führungselement ist vorzugsweise so dünn oder flach ausgebildet ist, dass es kein Stolperhindernis darstellt und auch von dem Kraftfahrzeug ohne Schaden überfahren werden kann. Das Führungselement kann die primärseitige Energieübertragungseinheit auf einer Bahn senkrecht zu einer Hauptbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs halten und gleichzeitig das Verschieben in Richtung der Bahn ermöglichen. Das Führungselement kann beispielsweise ortsfest unbeweglich auf dem befahrbaren Untergrund angeordnet sein, zum Beispiel in Form einer Führungsschiene, welche zum Abstützen in Verschiebungsrichtung eine Zahnstange oder dergleichen aufweist. Das Führungselement kann aber auch beweglich ausgestaltet sein, beispielsweise in Form eines Bands, auf welchem die primärseitige Energieübertragungseinheit fixiert ist, und welches in der Art eines Warentransportbands (Kassenband) beweglich ist. Ein derart ausgestaltetes Führungselement sowie zugehörige Antriebselemente können bevorzugt ganz oder teilweise in dem befahrbaren Untergrund versenkt angeordnet sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist an der primärseitigen Energieübertragungseinheit ein Antriebselement zur Bereitstellung der mechanischen Energie bei der Bewegung der primärseitigen Energieübertragungseinheit angeordnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass außerhalb der primärseitigen Energieübertragungseinheit das Führungselement nicht oder nur unwesentlich bewegt wird, insbesondere nicht in der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs oder in der Richtung quer zu der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs. Dadurch bleibt die primärseitige Energieübertragungseinheit insbesondere auch dann noch bewegbar, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Rad auf dem Führungselement steht.
  • Verfahrensseitig schlägt die Erfindung vor, zum Aufladen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug mittels induktiver Energieübertragung zwischen einer primärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil einer induktiven Ladevorrichtung ist und einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit, welche Teil des Kraftfahrzeugs ist, die primärseitige Energieübertragungseinheit gegenüber einem befahrbaren Untergrund linear in einer Richtung quer zu einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs zu bewegen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit in Abhängigkeit von sich zwischen der primärseitigen Energieübertragungseinheit und der sekundärseitigen Energieübertragungseinheit ergebenden induktiven Kopplungswerten durchgeführt. Hierdurch kann vorteilhaft ein geschlossener Regelkreis aufgebaut werden, welcher eine Bewegung der primärseitigen Energieübertragungseinheit in eine optimale Position in Bezug auf die sekundärseitige Energieübertragungseinheit ermöglicht, wobei diese Bewegung selbsttätig ausgeführt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann das Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit in Abhängigkeit eines über einen Kommunikationskanal, insbesondere über einen WLAN-Kanal, bereitgestellten Lagemesswerts des Kraftfahrzeugs erfolgen. So kann beispielsweise fahrzeugeigene Sensorik benutzt werden, um über einen geeigneten Kommunikationskanal, welcher bevorzugt als Funkkanal ausgebildet ist, eine Positionsinformation des Kraftfahrzeugs an die induktive Ladevorrichtung bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich können hierbei auch externe Sensoren zum Einsatz kommen, welche nicht zu dem Kraftfahrzeug gehören beispielsweise eine Überwachungskamera. Mit diesen Informationen verfügt die induktive Ladevorrichtung bei der Annäherung eines Kraftfahrzeugs über dessen Fahrtrajektorie und kann dementsprechend schon eine ungefähre Vorpositionierung der primärseitigen Energieübertragungseinheit vornehmen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs die induktive Ladevorrichtung auch mit relativ großen seitlichen Toleranzen ansteuern kann und trotzdem selbsttätig eine exakte Ausrichtung der primären Energieübertragungseinheit in Bezug auf die sekundäre Energieübertragungseinheit ausgeführt wird.
  • Besonders vorteilhaft kann dabei das Bewegen der sekundärseitigen Energieübertragungseinheit in Bezug auf den befahrbaren Untergrund mittels einer Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs und das Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit sukzessiv und/oder iterativ erfolgen. Hierdurch kann die primärseitige Energieübertragungseinheit bei Annäherung der sekundärseitigen Energieübertragungseinheit unmittelbar nachgeführt werden, wenn sich das Kraftfahrzeug stückweise bewegt, insbesondere wenn die Bewegung im Hinblick auf die an dem Kraftfahrzeug angeordnete sekundärseitige Energieübertragungseinheit nicht nur quer zur möglichen Bewegungsrichtung der primärseitigen Energieübertragungseinheit erfolgt, sondern auch eine parallele Komponente aufweist, so dass eine bereits vorgenommene Vorpositionierung nicht mehr gültig ist und dementsprechend der durch das Kraftfahrzeug verursachten seitlichen Bewegung entsprechend angepasst werden muss. Somit werden insgesamt deutlich geringere Anforderungen an das Manövrieren des Kraftfahrzeugs während des Positioniervorgangs gestellt.
  • Die für das erfindungsgemäße Ladesystem beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigt die einzige Figur eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung mit einem Kraftfahrzeug und einer induktiven Ladevorrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Energiespeicher 12 zum Aufladen des Energiespeichers 12 mit einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit 14, welche Teil des Kraftfahrzeugs 10 ist, über einer primärseitigen Energieübertragungseinheit 16 positioniert. Die primärseitige Energieübertragungseinheit 16 ist hierbei Teil einer induktiven Ladevorrichtung 20, wobei zumindest die primärseitige Energieübertragungseinheit 16 auf einem befahrbaren Untergrund 22 angeordnet ist. Das Kraftfahrzeug 10 und die induktive Ladevorrichtung 20 bilden zusammen ein Ladesystem 30.
  • Nicht zu der primärseitigen Energieübertragungseinheit 16 gehörende Komponenten der Ladevorrichtung 20 können hierbei beispielsweise an einer Wand oder einer Säule angeordnet sein. Eine auf dem Boden beziehungsweise befahrbaren Untergrund 22 liegende primärseitige Energieübertragungseinheit 16, welche bereits die vollständige induktive Ladevorrichtung 20 umfasst, und zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz über eine Steckdose geeignet ist, kann auch als Ground Power Module (GPM) bezeichnet werden. Entsprechend kann die sekundärseitige Energieübertragungseinheit 14 auch als Car Power Module (CPM) bezeichnet werden. Ein derartiges Ground Power Module kann eine induktive Ladeplatte aufweisen, welche beispielsweise auf den Boden einer Garage gelegt werden kann, um ein darüber abgestelltes Fahrzeug zu laden.
  • Aktuell wird viel Aufwand darauf verwendet, wie man dem Fahrer eine Positionierhilfe in einem Zentraldisplay oder Kombiinstrument zur Verfügung stellen kann. Insbesondere in Querrichtung ist dies jedoch sehr unkomfortabel für den Nutzer, da er im Falle einer Fehlpositionierung in Querrichtung das Fahrzeug zurücksetzen und neu anfahren muss.
  • Gemäß der Erfindung muss der Fahrer nur noch in Längsrichtung positionieren und die Querpositionierung wird von der induktiven Ladevorrichtung 20 beziehungsweise der primärseitigen Energieübertragungseinheit 16 selbst ausgeführt. Ein Führungselement 24 beispielsweise in Form einer zusätzlichen Platte unter der primärseitigen Energieübertragungseinheit 16 kann sehr dünn ausgeführt werden, so dass diese überfahren werden kann und auch kein Stolperhindernis darstellt. Das Führungselement 24 kann auch in Form eines durch die primärseitige Energieübertragungseinheit 16 laufendes Band sein, welche von einem Antriebselement 26 in Form beispielsweise eines Schrittmotors angetrieben wird und die primärseitige Energieübertragungseinheit 16 beziehungsweise das Ground Power Module so exakt in die Querposition optimaler Energieübertragung verschiebt. Das Ground Power Module kann mit der vorhandenen WLAN-Sensorik vorpositioniert werden und danach über die induktive Kopplung iterativ in die Position des optimalen Wirkungsgrades gefahren werden.
  • Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Insbesondere können die Art und die Ausgestaltung der Bewegungsvorrichtung zum Verschieben der primärseitigen Energieübertragungseinheit in einer Richtung quer zu der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
  • Somit wurde abschließend gezeigt, wie die Positionierung des Fahrzeugs durch Querpositionierung beim induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs für einen Kunden komfortabler wird. Hierdurch ist eine höhere Genauigkeit der Positionierung erreichbar. Diese ermöglicht entweder einen höheren Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen dem Ground Power Module und dem Car Power Module oder ermöglicht eine größere Toleranz der Kraftfahrzeugpositionierung in Längsrichtung.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Energiespeicher
    14
    primärseitige Energieübertragungseinheit
    16
    sekundärseitige Energieübertragungseinheit
    20
    Ladevorrichtung
    22
    Untergrund
    24
    Führungselement
    26
    Antriebselement
    30
    Ladesystem
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014050778 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Ladesystem (30) mit: – einem Kraftfahrzeug (10), welches einen Energiespeicher (12) aufweist, – einer induktiven Ladevorrichtung (20) zum Aufladen des Energiespeichers (12) in dem Kraftfahrzeug (10) mittels induktiver Energieübertragung, – einer primärseitigen Energieübertragungseinheit (16), welche Teil der induktiven Ladevorrichtung (20) ist, zur Anordnung auf einem befahrbaren Untergrund (22), und – einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit (14), welche Teil des Kraftfahrzeugs (10) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Energieübertragungseinheit (16) zur Bewegung gegenüber dem befahrbaren Untergrund (22) linear in einer Richtung quer zu einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs (10) ausgebildet ist.
  2. Ladesystem (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Ladevorrichtung (20) ein Führungselement (24) zur Übertragung von Führungskräften und/oder Verschiebekräften aufweist, wobei das Führungselement (24) dazu ausgelegt ist, von dem Kraftfahrzeug (20) befahren und/oder überfahren zu werden.
  3. Ladesystem (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der primärseitigen Energieübertragungseinheit (16) ein Antriebselement (26) zur Bereitstellung der mechanischen Energie bei der Bewegung der primärseitigen Energieübertragungseinheit (16) angeordnet ist.
  4. Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers (12) in einem Kraftfahrzeug (10) mittels induktiver Energieübertragung zwischen einer primärseitigen Energieübertragungseinheit (16), welche Teil einer induktiven Ladevorrichtung (20) ist, und einer sekundärseitigen Energieübertragungseinheit (14), welche Teil des Kraftfahrzeugs (20) ist, gekennzeichnet durch: – Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit (16) gegenüber einem befahrbaren Untergrund (22) linear in einer Richtung quer zu einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs (10).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit (16) in Abhängigkeit von sich zwischen der primärseitigen Energieübertragungseinheit (16) und der sekundärseitigen Energieübertragungseinheit (14) ergebenden induktiven Koppelungswerten ausgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit (16) in Abhängigkeit eines über einen Kommunikationskanal, insbesondere über einen WLAN-Kanal, bereitgestellten Lagemesswerts des Kraftfahrzeugs (10) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegen der sekundärseitigen Energieübertragungseinheit (14) in Bezug auf den befahrbaren Untergrund (22) mittels einer Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs (10) und das Bewegen der primärseitigen Energieübertragungseinheit (16) sukzessiv und/oder iterativ erfolgt.
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