DE102014220163A1

DE102014220163A1 - Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie

Info

Publication number: DE102014220163A1
Application number: DE102014220163.2A
Authority: DE
Inventors: Ralph Grewe
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2016-04-07

Abstract

Es ist eine Anordnung (10) zum leitungslosen Empfangen von Energie für ein Fahrzeug (1) angegeben. Die Anordnung weist eine Empfangseinheit (100), eine Umfeldsensoreinheit (130), eine Positionierungseinheit (110) und eine Steuereinheit (140) auf. Die Empfangseinheit (100) ist zum leitungslosen Empfangen von Energie von einem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes ausgeführt. Die Umfeldsensoreinheit (130) ist ausgeführt, eine Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes zu ermitteln. Die Positionierungseinheit (110) ist ausgeführt, die Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes zu verändern. Die Steuereinheit (140) ist ausgeführt, die Position der Empfangseinheit (100) von der Umfeldsensoreinheit (130) abzufragen und die Positionierungseinheit (110) so anzusteuern, dass die Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes verändert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Anordnung.
Hintergrund
Fahrzeuge werden mit verschiedenen Antriebstechniken angeboten. Neben der Verwendung von Verbrennungskraftmaschinen, welche üblicherweise fossile Energieträger nutzen, können elektrische Kraftmaschinen, beispielsweise in Form von Elektromotoren, alleine oder in Kombination mit Verbrennungskraftmaschinen (sog. Hybrid-Antriebe) als Fahrzeugantriebe genutzt werden.
Elektrische Kraftmaschinen beziehen elektrische Energie aus einem Energiespeicher (Batterie, welche üblicherweise wiederaufladbar ausgeführt ist) oder alternativ oder zusätzlich von einer Brennstoffzelle.
In Abhängigkeit der Kapazität des Energiespeichers kann die Reichweite bzw. Betriebsdauer eines Fahrzeugs sowie die Dauer eines Ladevorgangs des Energiespeichers schwanken. Um den Ladevorgang so schnell wie möglich abzuschließen kann grundsätzlich die Menge der zugeführten Energie pro Zeiteinheit erhöht und/oder der Wirkungsgrad der Energieübertragung verbessert werden.
Neben konduktivem Laden über Kabel bzw. eine Leitung wird für Elektro- und Plugin-Hybrid-Fahrzeuge auch an induktivem Laden gearbeitet. Dabei wird über eine Spule in der Infrastruktur, z.B. im Boden bzw. in oder unter einer Fahrbahnoberfläche bzw. eines Parkplatzes, ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Im Fahrzeug ist eine zweite Spule angebracht, in der durch das Wechselfeld ein Strom induziert wird. Dieser induzierte Strom wird zum Laden des Energiespeichers verwendet.
Offenbarung der Erfindung
Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, eine Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie für ein Fahrzeug anzugeben, welche sich durch einen verbesserten Wirkungsgrad auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie für ein Fahrzeug angegeben. Die Anordnung weist eine Empfangseinheit zum leitungslosen Empfangen von Energie, eine Umfeldsensoreinheit, eine Positionierungseinheit und eine Steuereinheit auf. Die Empfangseinheit ist ausgeführt, Energie von einem Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes leitungslos zu empfangen. Die Umfeldsensoreinheit ist ausgeführt, eine Position der Empfangseinheit mit Bezug zu dem Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes zu ermitteln. Die Positionierungseinheit ist ausgeführt, die Position der Empfangseinheit mit Bezug zu dem Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes zu verändern. Die Steuereinheit ist ausgeführt, die Position der Empfangseinheit von der Umfeldsensoreinheit abzufragen und die Positionierungseinheit so anzusteuern, dass die Position der Empfangseinheit mit Bezug zu dem Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes verändert wird.
Die Empfangseinheit kann insbesondere für induktives Laden ausgeführt sein, d.h. dass das zunächst ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, welches in die Empfangseinheit einen Strom induziert, welcher als Ladestrom für einen Energiespeicher eines Fahrzeugs genutzt werden kann.
Es wurde erkannt, dass es in Bezug auf den Wirkungsgrad des Ladevorgangs bzw. der leitungslosen Übertragung von Energie mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes vorteilhaft sein kann, den Abstand der Empfangseinheit und des Mittels zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfeldes so gering wie möglich zu halten. Je geringer dieser Abstand ist, desto höher ist der Wirkungsgrad der leitungslosen Energieübertragung. Da die Energieübertragung berührungsfrei bzw. leitungslos erfolgt, ist neben einem Ladevorgang im Stand auch eine Energieübertragung in ein fahrendes Fahrzeug möglich. So könnten z.B. auf einer Fahrbahn Fahrstreifen für Elektrofahrzeuge vorgesehen sein, die den Fahrzeugen mit induktiver Übertragung Energie zur Verfügung stellen und somit zur Erhöhung der Reichweite eingesetzt werden können.
Weiterhin kann neben dem Abstand zwischen der Empfangseinheit und dem Mittel zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfeldes auch ein lateraler Versatz bzw. eine relative laterale Position zwischen diesen beiden für den Wirkungsgrad der leitungslosen Energieübertragung von Relevanz sein. Insbesondere kann der Wirkungsgrad verbessert werden, wenn der laterale Versatz zwischen der Empfangseinheit (wird im Folgenden eine erste Spule erwähnt, so ist hierunter die Empfangseinheit zu verstehen) und dem Mittel zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfeldes (wird im Folgenden eine zweite Spule erwähnt, so ist hierunter dieses Mittel zu verstehen) so gering wie möglich ist. Bei Verwendung der Anordnung in einem Fahrzeug entspricht der laterale Versatz einem Versatz nach links und rechts bezogen auf eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Die Positionierungseinheit kann die Empfangseinheit entsprechend positionieren, um einen geringen lateralen Versatz zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule zu erzielen.
Die Umfeldsensoreinheit kann beispielsweise einen optischen Sensor, wie z.B. eine oder mehrere Kameras, oder einen Sensor, welcher basierend auf absoluten Positionsdaten eines Referenzpunktes eine relative Position der ersten Spule mit Bezug zu diesem Referenzpunkt ermitteln kann. Weiterhin kann die Umfeldsensoreinheit ausgeführt sein, eine relative Position der zweiten Spule zu dem Referenzpunkt zu ermitteln, z.B. mittels Zugriff auf eine Positionsdatenbank bzw. auf Karteninformationen.
Aus der Relativposition der ersten Spule zu dem Referenzpunkt und der Relativposition der zweiten Spule zu dem Referenzpunkt kann die Umfeldsensoreinheit die Relativposition der ersten Spule zu der zweiten Spule ermitteln. Basierend hierauf kann ein Abstand bzw. ein Versatz zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule ermittelt werden, welcher sich ggf. nachteilig auf den Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen den beiden Spulen auswirkt. Ein Teil dieser Funktionen oder alle Funktionen betreffend die Ermittlung der relativen Position der ersten Spule bezogen auf die zweite Spule kann sowohl von der Umfeldsensoreinheit als auch von der Steuereinheit ausgeführt werden.
Um den Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen den beiden Spulen zu verbessern, kann die Positionierungseinheit die Position der ersten Spule mit Bezug zu der zweiten Spule verändern.
Die Positionierungseinheit kann als Aktuator ausgeführt sein, welcher die erste Spule entlang von Führungsmitteln, z.B. in Form von Führungsschienen, verschieben kann. Die erste Spule kann dabei entlang zweiter translatorischer Freiheitsgrade verschoben werden. Bei Verwendung der Anordnung in einem Fahrzeug entspricht der erste translatorische Freiheitsgrad einer links/rechts-Bewegung (Beeinflussung des lateralen Versatzes zwischen den Spulen) und der zweite translatorische Freiheitsgrad einer vertikalen Bewegung (Beeinflussung des Abstands zwischen den Spulen).
Es ist zusätzlich auch denkbar, dass die erste Spule auch gedreht werden kann, also entlang zumindest eines rotatorischen Freiheitsgrades.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Umfeldsensoreinheit ausgeführt, die Position einer Landmarke zu erfassen und die relative Position der Empfangseinheit zu der Landmarke zu ermitteln und die Steuereinheit ist ausgeführt, die Position der Empfangseinheit mit Bezug zu dem Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes basierend auf der Position der Landmarke und der relativen Position der Empfangseinheit zu ermitteln.
Die Landmarke stellt den oben genannten Referenzpunkt dar, dessen absolute Position der Steuereinheit bekannt ist und beispielsweise aus Kartendaten entnommen werden kann. Bei der Landmarke kann es sich um eine eigens angebrachte Landmarke handeln, als Referenzpunkt kann jedoch auch eine Markierung auf einer Fahrbahn oder einem Parkplatz genutzt werden. Ebenfalls als Teil von Kartendaten kann die Position der zweiten Spule mit Bezug zu der Landmarke bzw. dem Referenzpunkt hinterlegt sein und von der Steuereinheit ausgelesen werden. Basierend auf der absoluten Position der Landmarke und der Relativposition der ersten Spule hierzu, kann die Relativposition der ersten Spule zu der zweiten Spule ermittelt werden und die erste Spule so positioniert werden, dass sich ein Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen den beiden Spulen verbessert.
Es ist denkbar, dass eine Position der zweiten Spule in einer Fahrbahn drahtlos an die Umfeldsensoreinheit übertragen wird. Dazu kann eine Landmarke mit einer drahtlos sendenden Sendeeinheit ausgestattet sein, welche Informationen über die Position der zweiten Spule an die Umfeldsensoreinheit sendet. Dies kann das Hinterlegen von Kartendaten vermeiden und somit einen nötigen Speicherplatz hierfür reduzieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Umfeldsensoreinheit ausgeführt, einen Abstand der Empfangseinheit von einer Fahrbahnoberfläche zu ermitteln. Die Positionierungseinheit ist ausgeführt, die Position der Empfangseinheit mit Bezug zu der Fahrbahnoberfläche zu verändern.
Die zweite Spule ist in der Regel unter der Fahrbahnoberfläche bzw. Parkplatzoberfläche angeordnet. Je geringer der Abstand zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule ist, desto besser ist der Wirkungsgrad der leitungslosen Energieübertragung. Die Position der Empfangseinheit wird hierbei in vertikaler Richtung verändert, also in Richtung auf die Fahrbahnoberfläche zu bzw. von dieser weg.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Positionierungseinheit ausgeführt, die Position der Empfangseinheit mit Bezug zu der Fahrbahnoberfläche so zu verändern, dass der Abstand der Empfangseinheit von der Fahrbahnoberfläche konstant ist.
Dies kann beispielsweise bei der Ortsveränderung eines Fahrzeugs mit einer Anordnung wie oben und im Folgenden beschrieben vorteilhaft sein, wenn z.B. Fahrbahnunebenheiten dazu führen, dass der Abstand zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule schwankt. Ein konstanter Abstand zwischen den Spulen kann vorteilhaft für den Wirkungsgrad der Energieübertragung sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Positionierungseinheit ausgeführt, eine laterale Position der Empfangseinheit zu verändern, so dass eine vertikale Projektion der Empfangseinheit auf eine Fahrbahnoberfläche sich zumindest teilweise mit der Position des Mittels zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes überdeckt.
In Abhängigkeit des Verlaufs der Feldlinien des elektromagnetischen Wechselfeldes bzw. der Position und Ausrichtung der zweiten Spule ist es von Bedeutung für den Wirkungsgrad der Energieübertragung, wo die erste Spule sich relativ zu der zweiten Spule befindet. In dieser Ausführungsform liegt die erste Spule in vertikaler Richtung zumindest teilweise über der zweiten Spule.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Positionierungseinheit ausgeführt, die laterale Position der Empfangseinheit zu verändern, so dass die vertikale Projektion der Empfangseinheit auf die Fahrbahnoberfläche sich vollständig mit der Position des Mittels zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes überdeckt.
Die erste Spule kann eine laterale Ausdehnung haben, welche von der lateralen Ausdehnung der zweiten Spule abweicht. Dies kann z.B. der Fall sein, weil ein für die erste Spule zur Verfügung stehender Montageraum in einem Fahrzeug variieren kann, z.B. als Folge der Maße des Fahrzeugs. In dieser Ausführungsform wird die erste Spule lateral so positioniert, dass die gesamte laterale Ausdehnung der ersten Spule sich über der lateralen Ausdehnung der zweiten Spule befindet. Damit wird ein Ausmaß des in die erste Spule induzierten Stroms erhöht. Die zweite Spule kann auch eine laterale Ausdehnung haben, die größer ist als die laterale Ausdehnung der ersten Spule.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Anordnung wie oben und im Folgenden beschrieben angegeben, wobei die Empfangseinheit in einem Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet ist.
Die erste Spule kann sich innerhalb einer Fahrzeugkarosserie befinden, aber auch eine separate Montageeinheit darstellen, welche sich außerhalb der Fahrzeugkarosserie befindet und deren Position dort variiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Positionierungseinheit ausgeführt, eine Lateralposition der Empfangseinheit mit Bezug zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu verändern.
Die Lateralposition der Empfangseinheit entspricht damit einer Position bezogen auf eine Bewegung von links nach rechts oder umgekehrt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Positionierungseinheit ausgeführt, eine Information zum Anpassen einer Position des Fahrzeugs mit Bezug zu dem Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes auszugeben.
Die ausgegebene Information kann z.B. einem Fahrer des Fahrzeugs dargestellt werden und als Anweisung dienen, das Fahrzeug nach links oder rechts zu lenken, um eine bessere vertikale Überdeckung der ersten und zweiten Spule zu erreichen. Diese Information kann sowohl während der Fahrt mit dem Fahrzeug ausgegeben werden, als auch bei einem Einparkvorgang, wenn sich z.B. die zweite Spule unter der Oberfläche des Parkplatzes befindet, um so einen Wirkungsgrad des Ladevorgangs zu verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Positionierungseinheit ausgeführt, einen vertikalen Abstand des Bodenbereichs des Fahrzeugs von der Fahrbahnoberfläche zu verändern.
Dies kann z.B. erfolgen, indem die Positionierungseinheit Steuerbefehle für ein Fahrwerk des Fahrzeugs abgibt, so dass das gesamte Fahrzeug in seinem Bodenabstand verändert wird.
In anderen Worten kann die Positionierungseinheit die erste Spule alleine vertikal verschieben, aber auch eine Fahrwerkshöhe des Fahrzeugs beeinflussen. Damit kann die erste Spule in einem größeren Bereich vertikal in Richtung der zweiten Spule bewegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Umfeldsensoreinheit ausgeführt, einen Höhenverlauf der Fahrbahnoberfläche, insbesondere in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug, zu erfassen, wobei die Positionierungseinheit ausgeführt ist, einen vertikalen Abstand der Empfangseinheit von der Fahrbahnoberfläche gemäß dem Höhenverlauf zu verändern.
Dies kann verhindern, dass z.B. Unebenheiten in der Fahrbahnoberfläche die erste Spule beschädigen, weil der vertikale Abstand zwischen Fahrbahnoberfläche und erster Spule zu gering ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Positionierungseinheit ausgeführt, die laterale Position der Empfangseinheit während einer Bewegung des Fahrzeugs zu verändern.
Dies kann vorteilhaft sein, wenn die zweite Spule in die Fahrbahn eingebracht ist und einen vorgegebenen Längsverlauf aufweist. Indem die laterale Position der Empfangseinheit während der Fahrt geändert wird, kann die Überdeckung der ersten und zweiten Spule erhöht und somit der Wirkungsgrad der Energieübertragung verbessert werden, obwohl z.B. das Fahrzeug einen Bewegungsverlauf hat, welcher nicht identisch mit dem Verlauf der zweiten Spule ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Umfeldsensoreinheit ausgeführt, auf der Fahrbahnoberfläche befindliche Gegenstände zu erfassen, wobei die Positionierungseinheit ausgeführt ist, einen vertikalen Abstand der Empfangseinheit von der Fahrbahnoberfläche so zu verändern, dass die Empfangseinheit bei einer Bewegung des Fahrzeugs über die Gegenstände von den Gegenständen beabstandet ist.
Dies kann verhindern, dass die Empfangseinheit von einem auf der Fahrbahn befindlichen Gegenstand beschädigt wird. Dazu kann die Umfeldsensoreinheit eine Stereokamera aufweisen, welche Bilder der Fahrbahn in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug erfasst und der Auswertung durch die Steuereinheit zuführt.
Ein Aspekt der Erfindung kann in anderen Worten wie folgt beschrieben werden.
Besonders bei einem fahrenden Fahrzeug können eine genaue laterale Positionierung der ersten Spule im Fahrzeug über der in der Infrastruktur angeordneten zweiten Spule sowie eine Minimierung des vertikalen Abstands schwierig sein. Die Anordnung wie oben und im Folgenden beschrieben ermöglicht eine genaue Positionierung der ersten Spule. Diese Positionierung kann z.B. relativ zu Fahrstreifenmarkierungen festgelegt werden oder sie wird z.B. in einer Karte entweder relativ zu den Fahrstreifen, anderen Referenzpunkten oder absolut in einer hochgenauen Karte gespeichert. Mit Hilfe der Umfeldsensoreinheit nimmt das Fahrzeug die Fahrstreifen wahr und kann nun eine Funktion ähnlich dem Halten einer Fahrspur ausführen, bei der das Fahrzeug mit einem gleichmäßigen lateralen Versatz über der zweiten Spule gehalten wird, z.B. bis der Fahrer für einen Spurwechsel eingreift. Mit einer Fusion aus Umfeldsensorik und Karte kann eine hochgenaue Positionierung des Fahrzeugs in einer hochgenauen Karte durchgeführt werden und so das Spurhalten über der zweiten Spule durchgeführt werden.
Neben der lateralen Position der ersten Spule kann es vorteilhaft sein, den Luftspalt zwischen der ersten Spule im Fahrzeug und der Infrastruktur, d.h. der Fahrbahnoberfläche, möglichst gering zu halten. Ohne Umfeldsensorik ist der Höhenverlauf der Straße nicht exakt bekannt, außerdem können Gegenstände auf der Fahrbahn liegen. Es kann eine Mindesthöhe des Luftspalts eingestellt werden, um Beschädigungen der ersten Spule zu verhindern. Eine Stereokamera kann eine Vorschau-Funktion bereitstellen, die das Straßenprofil der erwarteten Reifen-Trajektorien mit Genauigkeiten im Bereich von < 1 cm erfassen kann, um eine Fahrwerksregelung durchzuführen. Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, mit der Vorschau-Funktion den Höhenverlauf der erwarteten Trajektorie der Fahrzeug-Ladeschleife, d.h. der ersten Spule zu messen. Die Ladeschleife im Fahrzeug kann dem Höhenverlauf somit folgen und der Luftspalt zwischen erster und zweiter Spule verringert werden, was zu einem höheren Wirkungsgrad führen kann.
Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, indem die Vorschaug-Funktion selber integriert wird. Bei bekanntem Höhenverlauf der ermittelten Reifen-Trajektorien kann die erwartete Bewegung des Fahrzeug-Aufbaus relativ zur Straße mit einem Fahrzeug-Modell berechnet werden und ebenfalls bei der Höhensteuerung der Fahrzeug-Ladeschleife verwendet werden. Der Luftspalt, d.h. der vertikale Abstand zwischen der ersten und zweiten Spule, kann weiter reduziert und der Wirkungsgrad erhöht werden.
Bei induktivem Laden auf Parkplätzen kann die Umfeldsensorik ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden. In diesem Fall können dem Fahrer Hinweise zur genauen Positionierung des Fahrzeugs auf dem Parkplatz über der zweiten Spule gegeben werden, z.B. als Lenkempfehlung, oder das Fahrzeug wird Teil- oder Vollautomatisiert auf dem Parkplatz platziert. Die Hinweise zur Platzierung des Fahrzeugs können dabei sowohl eine laterale Position des Fahrzeug als auch eine longitudinale Position (weiter vor oder zurück fahren) betreffen. Die Information über die Position der zweiten Spule kann durch spezielle Landmarken vorgegeben werden, z.B. Markierungen für die Umfeldsensoreinheit oder Radar-Reflektoren.
Alternativ wird die Position in einer hochgenauen Karte gespeichert und es wird eine landmarkenbasierte Positionierung in der Karte mittels Umfeldsensorik durchgeführt. Bei automatisiertem Fahren/automatisierten Parkplätzen kann zudem ein automatisiertes Umparken der Fahrzeuge erfolgen, wenn bei dem Fahrzeug auf der Ladeschleife der Akku vollständig geladen ist. So kann eine große Zahl von Fahrzeugen geladen werden, ohne das für jedes eine Ladeinfrastruktur zur Verfügung stehen muss.
Ein Vorteil der Anordnung wie oben und im Folgenden beschrieben ist, dass der Ladewirkungsgrad von induktivem Laden während der Fahrt und beim Parken durch dynamische 3-dimensionale Positionierung der ersten Spule im Fahrzeug über der zweiten Spule erfolgen kann. Ein Aspekt ist das Erkennen der Position bzw. des Verlaufs der Infrastrukturseitigen Ladeschleife, d.h. der zweiten Spule, mit Hilfe der Umfeldsensorik, um den lateralen Versatz und den vertikalen Abstand zwischen der ersten und der zweiten Spule zu minimieren.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine Anordnung 10 zum leitungslosen Empfangen von Energie. Die Anordnung 10 ist mit einem Energiespeicher 20 gekoppelt, welcher mittels von der Anordnung 10 gelieferter elektrischer Energie geladen werden kann.
Die Anordnung 10 weist eine Empfangseinheit 100 in Form einer ersten Spule 102 auf, in welche ein elektromagnetisches Wechselfeld einen Strom induzieren kann, welcher dem Energiespeicher 20 zugeführt wird.
Weiterhin weist die Anordnung 10 eine Positionierungseinheit 110 in Form eines Aktuators auf, welcher eine laterale Position der Empfangseinheit 100 entlang der Pfeile 122A, 122B verändern kann. Die laterale Position wird quer zu einer Fahrtrichtung 3 eines Fahrzeugs, in welchem die Anordnung 10 angeordnet sein kann, verändert. Dabei kann die Empfangseinheit 100 entlang von Führungsmitteln 120, welche beispielsweise als Führungsschienen 122 ausgeführt sind, bewegt werden.
Die Anordnung 10 weist weiterhin eine Umfeldsensoreinheit 130 und eine Steuereinheit 140 auf. Diese beiden Einheiten 130, 140 sind ausgeführt, eine relative Position der Empfangseinheit 100 zu einem Referenzpunkt zu ermitteln und die Position der Empfangseinheit 100 so vorzugeben, dass eine möglichst große vertikale Überdeckung der Spule 102 mit einer zweiten Spule, welche das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt, ergibt. Die zweite Spule ist in 1 nicht dargestellt und befindet sich in der Zeichenebene hinter der Empfangseinheit 100, bei der Verwendung der Anordnung 10 in einem Fahrzeug unter der Empfangseinheit 100.
2 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einer Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie, wobei von der Anordnung lediglich die Empfangseinheit 100 dargestellt ist, welche in einem Bodenbereich 6 des Fahrzeugs angeordnet ist.
Das Fahrzeug 2 kann sich entlang des Pfeils 3 auf der Fahrbahnoberfläche 2 bewegen. Unter der Fahrbahnoberfläche 2 sind Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes in Form der zweiten Spule 5 angeordnet. Die zweite Spule kann sich über einen vorgegebenen Längsbereich der Fahrbahn erstrecken, so dass ein Ladevorgang während einer Fahrt des Fahrzeugs 1 durchgeführt werden kann.
Die Positionierungseinheit 110 kann eine vertikale Position der Empfangseinheit so verändern, dass ein vertikaler Abstand 124A zwischen der Empfangseinheit 100 und der zweiten Spule 5 verändert werden kann. Dazu kann die Empfangseinheit entlang von Führungsmitteln in Form von vertikalen Führungsschienen 124 verschoben werden.
Weiterhin ist in 2 ein Referenzpunkt in Form einer Landmarke 4 gezeigt, welcher der Umfeldsensoreinheit 130 dazu dient, die Position des Fahrzeugs 1 bzw. der Empfangsspule 100 mit Bezug zu diesem Referenzpunkt zu bestimmen, woraus sich die Relativposition der Empfangseinheit 100 zu der zweiten Spule 5 ergibt. Bei dem Referenzpunkt kann es sich auch um eine kontinuierliche Markierung auf der Fahrbahnoberfläche 2 handeln, welche über der Spule 5 oder in einem vorgegebenen seitlichen Abstand hierzu verlaufen kann.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Fahrbahnoberfläche
3: Fahrtrichtung des Fahrzeugs
4: Landmarke
5: Mittel zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes
6: Bodenbereich des Fahrzeugs
10: Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie
20: Energiespeicher
100: Empfangseinheit
102: Spule
110: Positionierungseinheit
120: Führungselement
122: Schiene
122A: laterale Bewegungsrichtung
122B: laterale Bewegungsrichtung
124: Schiene
124A: Abstand zur Fahrbahnoberfläche
130: Umfeldsensoreinheit
140: Steuereinheit

Claims

Anordnung (10) zum leitungslosen Empfangen von Energie für ein Fahrzeug (1), aufweisend: eine Empfangseinheit (100), welche zum leitungslosen Empfangen von Energie von einem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes ausgeführt ist; eine Umfeldsensoreinheit (130), welche ausgeführt ist, eine Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes zu ermitteln; eine Positionierungseinheit (110), welche ausgeführt ist, die Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes zu verändern; eine Steuereinheit (140), welche ausgeführt ist, die Position der Empfangseinheit (100) von der Umfeldsensoreinheit (130) abzufragen und die Positionierungseinheit (110) so anzusteuern, dass die Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes verändert wird.
Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Umfeldsensoreinheit (130) ausgeführt ist, die Position einer Landmarke (4) zu erfassen und die relative Position der Empfangseinheit (100) zu der Landmarke (4) zu ermitteln; wobei die Steuereinheit (140) ausgeführt ist, die Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes basierend auf der Position der Landmarke (4) und der relativen Position der Empfangseinheit (100) zu ermitteln.
Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umfeldsensoreinheit (130) ausgeführt ist, einen Abstand (124A) der Empfangseinheit (100) von einer Fahrbahnoberfläche (2) zu ermitteln; wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, die Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu der Fahrbahnoberfläche (2) zu verändern.
Anordnung (10) nach Anspruch 3, wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, die Position der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu der Fahrbahnoberfläche (2) so zu verändern, dass der Abstand (124A) der Empfangseinheit (100) von der Fahrbahnoberfläche (2) konstant ist.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, eine laterale Position der Empfangseinheit (100) zu verändern, so dass eine vertikale Projektion der Empfangseinheit (100) auf eine Fahrbahnoberfläche (2) sich zumindest teilweise mit der Position des Mittels (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes überdeckt.
Anordnung (10) nach Anspruch 5, wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, die laterale Position der Empfangseinheit (100) zu verändern, so dass die vertikale Projektion der Empfangseinheit (100) auf die Fahrbahnoberfläche (2) sich vollständig mit der Position des Mittels (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes überdeckt.
Fahrzeug (1) mit einer Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfangseinheit (100) in einem Bodenbereich (6) des Fahrzeugs angeordnet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 7, wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, eine Lateralposition der Empfangseinheit (100) mit Bezug zu einer Fahrtrichtung (3) des Fahrzeugs (2) zu verändern.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, eine Information zum Anpassen einer Position des Fahrzeugs (1) mit Bezug zu dem Mittel (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes auszugeben.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, einen vertikalen Abstand (124A) des Bodenbereichs (6) des Fahrzeugs von der Fahrbahnoberfläche (2) zu verändern.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Umfeldsensoreinheit (130) ausgeführt ist, einen Höhenverlauf der Fahrbahnoberfläche (2) zu erfassen; wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, einen vertikalen Abstand der Empfangseinheit (100) von der Fahrbahnoberfläche (2) gemäß dem Höhenverlauf zu verändern.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, die laterale Position der Empfangseinheit (100) während einer Bewegung des Fahrzeugs (1) zu verändern.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Umfeldsensoreinheit (130) ausgeführt ist, auf der Fahrbahnoberfläche (2) befindliche Gegenstände zu erfassen; wobei die Positionierungseinheit (110) ausgeführt ist, einen vertikalen Abstand der Empfangseinheit (100) von der Fahrbahnoberfläche (2) so zu verändern, dass die Empfangseinheit (100) bei einer Bewegung des Fahrzeugs (1) über die Gegenstände von den Gegenständen beabstandet ist.