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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Assistenz für die Positionierung einer Sekundärspule an einer Primärspule für induktive Energieübertragung.
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Das induktive Laden eines elektrischen Energiespeichers stellt eine innovative Alternative zu dem konduktiven Laden dar, bei dem der Energiespeicher über eine galvanische Verbindung mit einer Energiequelle verbunden werden muss. Beim induktiven Laden wird eine Primärspule mittels einer geeigneten Elektronik mit einem Stromnetz verbunden. Ferner wird eine Sekundärspule in die unmittelbare Nähe der Primärspule gebracht und über eine geeignete Elektronik mit dem aufzuladenden Energiespeicher verbunden. Zur Energieübertragung erzeugt die Primärspule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das die Sekundärspule durchdringt und dort einen entsprechenden Strom induziert.
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Die Europäische Patentanmeldung
EP 2 454 119 A2 offenbart eine elektronische Positionshilfe für ein Elektrofahrzeug im Nahbereich von induktiven Ladestationen. Dabei kann das Elektrofahrzeug unter Verwendung von Sensoren einer Einparkhilfe des Fahrzeugs in einem rechnergestützten Rangierbetrieb über eine Spule einer induktiven Ladestation positioniert werden.
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Für einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der induktiven Energieübertragung und um die bei der Energieübertragung entstehenden Verluste zu reduzieren, müssen Primär- und Sekundärspulen optimal zueinander positioniert werden.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem System und einem Verfahren zur Assistenz bei der Positionierung der Spulen für eine induktive Energieübertragung.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Assistenzsystem zur Positionierung einer Sekundärspule an einer Primärspule für eine induktive Energieübertragung, mit einer Ultraschallquelle, die dazu ausgelegt ist, ein Ultraschallsignal auszusenden; einer Empfangsvorrichtung mit mindestens einem Ultraschallempfänger, der dazu ausgelegt ist, die von der Ultraschallquelle ausgesendeten Ultraschallsignale zu empfangen; und einer Verarbeitungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die von dem oder den Ultraschallempfängern empfangenen Ultraschallsignale auszuwerten und eine Richtung zwischen der Empfangsvorrichtung und der Ultraschallquelle zu bestimmen, wobei entweder die Ultraschallquelle an der Primärspule angeordnet ist und die Empfangsvorrichtung an der Sekundärspule angeordnet ist, oder die Empfangsvorrichtung an der Primärspule angeordnet ist und die Ultraschallquelle an der Sekundärspule angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Assistenz zur Positionierung einer Sekundärspule an einer Primärspule für eine induktive Energieübertragung. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Ultraschallquelle an der Primärspule und einer Empfangsvorrichtung an der Sekundärspule, oder des Bereitstellens einer Empfangsvorrichtung an der Primärspule und einer Ultraschallquelle an der Sekundärspule, wobei die Empfangsvorrichtung mindestens einen Ultraschallempfänger umfasst; des Aussendens eines Ultraschallsignals durch die Ultraschallquelle; des Empfangens des ausgesendeten Ultraschallsignals durch den oder die Ultraschallempfänger; und des Bestimmens einer Richtung zwischen der Empfangsvorrichtung und der Ultraschallquelle basierend auf den von dem oder den Ultraschallempfängern empfangenen Ultraschallsignalen.
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Vorteile der Erfindung
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Eine Idee, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, einen räumlichen Versatz zwischen Primärspule und Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zu bestimmen, indem Ultraschallsignale zwischen der Position der Primärspule und der Position der Sekundärspule übertragen werden. Durch die Auswertung der Laufzeiten der Ultraschallsignale zwischen Primärspule und Sekundärspule kann ein räumlicher Versatz zwischen den beiden Spulen bestimmt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Richtung zu ermitteln, in der eine der beiden Spulen, vorzugsweise die Sekundärspule, bewegt werden muss, um das Spulenpaar aus Primärspule und Sekundärspule optimal zueinander zu positionieren.
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Durch die Verwendung von Ultraschallsignalen für die Assistenz bei der Positionierung der Spulen wird ein robustes, kostengünstiges und sehr zuverlässiges Assistenzsystem für die Positionierung der Spulen ermöglicht. Dabei ist die Richtungsbestimmung weitestgehend unabhängig von externen Einflüssen, wie zum Beispiel Helligkeit, Nebel und ähnlichem.
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Im Falle von Elektrofahrzeugen können zum Aussenden oder zum Empfangen der Ultraschallsignale bereits vorhandene Aktoren bzw. Sensoren verwendet werden, die aufgrund von weiteren Fahrassistenzsystemen vorhanden sind. Beispielsweise können zum Aussenden oder Empfangen der Ultraschallsignale die entsprechenden Komponenten eines Parkassistenzsystems verwendet werden. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Assistenzsystem besonders kostengünstig implementiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungsvorrichtung ferner dazu ausgelegt, einen Abstand zwischen der Empfangsvorrichtung und der Ultraschallquelle zu bestimmen. Dieser Abstand entspricht somit auch dem Abstand zwischen Primärspule und Sekundärspule. Wird neben der Richtung auch zusätzlich der Abstand zwischen Primärspule und Sekundärspule ermittelt, so stehen diese Informationen für eine optimale Positionierung von Sekundärspule in Bezug auf die Primärspule ebenfalls zur Verfügung. Diese Informationen können für eine automatische oder auch manuelle Positionierung der Spule verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ultraschallquelle eine Mehrzahl von Ultraschallsendern, die in vorbestimmten räumlichen Abständen zueinander angeordnet sind. Durch den Einsatz mehrerer definiert angeordneter Ultraschallsender wird die Bestimmung der Relativposition zwischen Primärspule und Sekundärspule weiter verbessert. Hierdurch dann die Sekundärspule von eine vorgegebenen Vorzugsrichtung heraus an die Primärspule angenähert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform senden die Ultraschallsender jeweils ein individuell kodiertes Ultraschallsignal aus. Durch diese individuelle Kodierung der Ultraschallsignale der einzelnen Ultraschallsender kann die Empfangsvorrichtung auf einfache Weise ermitteln, von welchem Ultraschallsender das jeweilige Ultraschallsignal ausgesendet wurde. Somit kann die Bestimmung der Relativposition zwischen Primärspule und Sekundärspule weiter verbessert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform senden die Ultraschallsender sequentiell nacheinander jeweils ein Ultraschallsignal aus. Durch das sequentielle Aussenden der Ultraschallsignale ist eine eindeutige Zuordnung der empfangenen Ultraschallsignale zu dem jeweils aussendenden Ultraschallsender möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Assistenzsystem ferner eine Anzeigevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die von der Verarbeitungsvorrichtung bestimmte Richtung anzuzeigen. Gegebenenfalls kann ein zusätzlich ermittelter Abstand zwischen Ultraschallquelle und Empfangsvorrichtung ebenfalls angezeigt werden. Auf diese Weise ist es einem Benutzer sehr einfach möglich, die Sekundärspule optimal über der Primärspule zu positionieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Assistenzsystem ferner eine Kommunikationsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Daten über die von der Verarbeitungsvorrichtung bestimmte Richtung auszusenden und/oder zu empfangen. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation kabellos. Bei der Kommunikationsvorrichtung kann es sich insbesondere um eine bereits vorhandene Kommunikationsvorrichtung handeln, die zum Datenaustausch zwischen Primärseite und Sekundärseite eines induktiven Ladesystems vorhanden ist. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Synchronisation zwischen Ultraschallquelle und Empfangsvorrichtung möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sekundärspule in einem Elektrofahrzeug angeordnet. Ferner kann die Primärspule in einer Ladestation für das Elektrofahrzeug angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Elektrofahrzeug ferner eine Steuervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, das Elektrofahrzeug entsprechend der bestimmten Richtung in Richtung der Primärspule zu steuern. Sofern vorhanden, kann die Steuervorrichtung ferner auch eine ermittelte Entfernung zwischen Primärspule und Sekundärspule verwenden, um das Elektrofahrzeug zu steuern.
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Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Dabei zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines Assistenzsystems gemäß einer Ausführungsform;
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2: eine schematische Darstellung eines Assistenzsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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3: eine schematische Darstellung eines Assistenzsystems gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und
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4: eine schematische Darstellung eines Verfahrens, wie es einer weiteren Ausführungsform zugrunde liegt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Assistenzsystems gemäß einer Ausführungsform. Eine Ladestation 3 umfasst hierzu beispielsweise eine Primärspule 1. Diese Primärspule 1 kann über eine geeignete Elektronik mit einer Energiequelle, beispielsweise einem Stromnetz verbunden sein (hier nicht dargestellt). Für die induktive Energieübertragung erzeugt die Primärspule 1 ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld. Da die übertragene Leistung linear mit der Schaltfrequenz steigt, aber andererseits die Schaltfrequenz durch die Ansteuerelektronik und die Verluste im Übertragungspfad begrenzt ist, ergibt sich typischerweise ein Frequenzbereich von 20–150 kHz. Zur Energieübertragung muss ferner eine Sekundärspule 2 möglichst optimal über der Primärspule 1 der Ladestation 3 positioniert werden. Beispielsweise kann die Primärspule 2 in einem Elektrofahrzeug 4 angeordnet sein. Die Sekundärspule 2 kann zum Beispiel fest im Unterboden des Elektrofahrzeugs 4 montiert werden. Die Sekundärspule 2 kann ihrerseits mittels geeigneter Elektronik mit einem elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Traktionsbatterie oder ähnlichem verbunden sein. Zur induktiven Energieübertragung erzeugt die Primärspule 1 ein magnetisches Wechselfeld, das die Sekundärspule 2 durchdringt und dort einen entsprechenden Strom induziert. Für eine optimale induktive Energieübertragung müssen hierzu Primärspule 1 und Sekundärspule 2 optimal zueinander positioniert werden, um eine möglichst hohe Kopplung zwischen den beiden Spulen 1 und 2 zu erreichen, was einer Minimierung des Streufelds gleichkommt.
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Die Positionierung der Sekundärspule 2 in Bezug auf die Primärspule 1 kann dabei manuell oder automatisch erfolgen. Dabei kann die relative Position der Sekundärspule 2 in Bezug auf die Primärspule 1 beispielsweise mittels Ultraschallsignalen bestimmt werden.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist in unmittelbarer Nähe der Primärspule 1 eine Ultraschallquelle 10 mit einem Ultraschallsender 11 angeordnet. Der Ultraschallsender 11 kann beispielsweise in alle Raumrichtungen gleichförmig ein Ultraschallsignal aussenden. Ist außerdem bekannt, dass sich die Sekundärspule 2 nur aus bestimmten Raumrichtungen an die Ladestation 3 mit der Primärspule 1 annähern kann, so kann die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsenders 11 auch auf diese Raumrichtungen hin eingegrenzt oder optimiert werden. Bei dem durch den Ultraschallsender 11 ausgesendeten Ultraschallsignal kann es sich beispielsweise um ein gleichförmiges Ultraschallsignal mit einer vorbestimmten Frequenz handeln. Darüber hinaus sind auch gepulste, modulierte oder kodierte Ultraschallsignale möglich. Auch das Aussenden von periodischen Ultraschallsignalen mit einer vorbestimmten Signallänge und/oder Pause zwischen den einzelnen Ultraschallsignalen ist möglich.
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In räumlicher Nähe der Sekundärspule 2 ist eine Empfangsvorrichtung 20 mit mindestens zwei Ultraschallempfängern 21 angeordnet. Jeder dieser Ultraschallempfänger 21 empfängt das von dem Ultraschallsender 11 ausgesendete Ultraschallsignal und leitet es an eine Verarbeitungsvorrichtung 30 weiter. Durch die Wegeunterschiede zwischen der Ultraschallsender 11 und den Ultraschallempfängern 21 kommt es zu Laufzeitunterschieden in den empfangenen Ultraschallsignalen. Aus diesen Laufzeitunterschieden kann mittels der Trilateration der relative Ort der Ultraschallquelle 10, und somit der Primärspule 1, in Bezug auf die Empfangsvorrichtung 20 und somit in Bezug auf die Sekundärspule 2 ermittelt werden. Hieraus kann eine Richtung bestimmt werden, die angibt wie die Sekundärspule 2 bewegt werden muss, um optimal über der Primärspule 1 positioniert zu werden. Die Ermittlung der Richtung durch die Verarbeitungsvorrichtung 30 kann dabei beispielsweise periodisch wiederholt werden, um die Zielgenauigkeit zu erhöhen.
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Ist die Sekundärspule 2 zum Beispiel in einem Elektrofahrzeug 4 angeordnet, das bereits über Ultraschallempfänger verfügt, wie sie beispielsweise in konventionellen Fahrassistenzsystemen eingesetzt werden, so können diese bereits vorhandenen Ultraschallempfänger als Ultraschallempfänger 21 der Empfangsvorrichtung 20 eingesetzt werden.
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Werden in der Empfangsvorrichtung 20 darüber hinaus mehr als zwei Ultraschallempfänger 21 verwendet, so kann hierdurch die Genauigkeit für die Bestimmung der Richtung zwischen Empfangsvorrichtung 20 und Ultraschallquelle 10 erhöht werden. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung mehrerer Ultraschallempfänger 21 auch insbesondere den Einsatz von Ultraschallempfängern 21 mit einer schmaleren Richtcharakteristik.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform mit nur einer Ultraschallquelle 10 ist es dabei nur möglich, die Primärspule 1 in der Ladestation 3 direkt anzusteuern. Da die Ultraschallquelle 10 das ausgesendete Ultraschallsignal radial symmetrisch in alle Richtungen ausstrahlt, ist darüber hinaus keine Information über eine mögliche Vorzugsrichtung möglich.
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Die durch die Verarbeitungsvorrichtung 30 bestimmte Richtung kann dazu verwendet werden, um beispielsweise das Elektrofahrzeug 4 automatisch in Richtung der Ladestation 3 mit der Primärspule 1 zu steuern. Hierzu kann das Elektrofahrzeug 4 eine geeignete Steuervorrichtung 5 umfassen, die dazu ausgelegt ist, die entsprechenden Komponenten des Elektrofahrzeugs 4 anzusteuern, um in einem geeigneten Winkel in Richtung der Ladestation 3 zu fahren und dabei die Sekundärspule 2 optimal über der Primärspule 1 zu positionieren.
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Die Verarbeitungsvorrichtung 30 kann ferner auch durch Auswertung der empfangenen Ultraschallsignale neben der Richtung zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 auch den Abstand zwischen der Ultraschallquelle 10 und der Empfangsvorrichtung 20, also dem Abstand zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 ermitteln.
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Zusätzlich oder alternativ zu einer automatischen Ansteuerung eines Elektrofahrzeugs 4 in Richtung der Ladestation 3 kann das Assistenzsystem auch über eine Anzeigevorrichtung 40 verfügen. Beispielsweise kann es sich bei der Anzeigevorrichtung 40 um einen Bildschirm handeln, der in einem Navigationssystem des Elektrofahrzeugs 4 bereits vorhanden ist. Weitere Anzeigevorrichtungen sind darüber hinaus jedoch ebenso möglich. Auf der Anzeigevorrichtung 40 des Assistenzsystems kann einem Benutzer daraufhin die Richtung angezeigt werden, in der das Elektrofahrzeug 4 bewegt werden muss, um die Sekundärspule 2 optimal über der Primärspule 1 zu positionieren. Falls bekannt, kann darüber hinaus auch die Entfernung zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 auf der Anzeigevorrichtung 40 angezeigt werden.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Assistenzsystems zur Positionierung einer Sekundärspule 2 an einer Primärspule 1 für eine induktive Energieübertragung. Das Assistenzsystem dieser Ausführungsform entspricht dabei weitestgehend der Ausführungsform gemäß 1, wobei in dieser Ausführungsform die Ultraschallquelle 10 eine Mehrzahl von Ultraschallsendern 11 umfasst. Die Ultraschallsender 11 sind dabei vorzugsweise in bekannten, vorbestimmten Abständen zueinander angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Ultraschallquelle 10 dabei mindestens drei Ultraschallsender 11. Die Verarbeitungsvorrichtung 30 bestimmt in diesem Fall zu jedem Ultraschallschalter 11 der Ultraschallquelle 10 eine Richtung. Auf diese Weise ist es möglich, auch die Ausrichtung des Elektrofahrzeugs 4 in Bezug auf die Ladestation 3 zu bestimmen. Somit kann die Ladestation 3 durch das Elektrofahrzeug 4 auch aus einer vorbestimmten Richtung heraus angesteuert werden. Hierzu muss die Struktur, mit der die Ultraschallsender 11 der Ultraschallquelle 10 angeordnet sind, bei den Empfängern nicht exakt bekannt sein. Es genügt bereits, ein Grundmuster abzubilden, das eine standardisierte Ausrichtung zur Ladestation 3 aufweist. Beispielsweise kann eine solche Grundstruktur ein gleichseitiges Dreieck sein, dessen Spitze in Richtung einer Anfahrtsseite der Ladestation ausgerichtet ist, und dessen Symmetrieachse des Dreiecks durch die Mitte der Primärspule 1 entlang der Fahrtrichtung zeigt.
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Die unterschiedlichen Ultraschallsender 11 können dabei alle gleichzeitig ein Ultraschallsignal aussenden. Vorzugsweise können jedoch die Ultraschallsender 11 auch sequentiell nacheinander ein Ultraschallsignal aussenden. Ferner können die ausgesendeten Ultraschallsignale aller Ultraschallsender 11 identisch sein. Alternativ ist es möglich, die von den einzelnen Ultraschallsendern 11 ausgesendeten Ultraschallsignale individuell zu kodieren, so dass die empfangenen Ultraschallsignale individuell einem der Ultraschallsender 11 zugeordnet werden können.
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Umfasst die Ultraschallquelle 10, wie zum Beispiel in 2 dargestellt, eine Mehrzahl von Ultraschallsendern 11, insbesondere mehr als drei Ultraschallsender 11, so ist auch eine Trilateration auf Basis der von einem einzigen Ultraschallempfänger 21 empfangenen Ultraschallsignale möglich.
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Hierzu können basierend auf einer vorbestimmten, individuellen Kodierung der durch die einzelnen Ultraschallsender 11 ausgesendeten Ultraschallsignale die von dem Ultraschallempfänger 21 empfangenen Ultraschallsignale den einzelnen Ultraschallsendern 11 zugeordnet werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die einzelnen Ultraschallsender 11 jeweils zeitversetzt ein Ultraschallsignal aussenden, wobei das Muster, in dem die einzelnen Ultraschallsender 11 der Ultraschallquelle 10 jeweils ihre Signale aussenden empfangsseitig bekannt ist, so dass auch hierdurch eine Zuordnung der empfangenen Ultraschallsignale zu einem der Ultraschallsender 11 erfolgen kann. Ferner ist es auch möglich, dass sich Ultraschallquelle 10 und Empfangsvorrichtung 20 synchronisieren, um eine Zuordnung der empfangenen Ultraschallsignale zu den einzelnen Ultraschallsendern 11 durchführen zu können. Beispielsweise kann diese Synchronisation durch eine weiter unten beschriebene Kommunikationsvorrichtung erfolgen. Ist darüber hinaus empfangsseitig die relative Position der einzelnen Ultraschallsender 11 bekannt, so kann auch mit nur einem einzigen Ultraschallempfänger 21 ein Trilateration erfolgen und hieraus die Richtung bestimmt werden, in der die Sekundärspule 2 bewegt werden muss, um optimal über der Primärspule 1 positioniert zu werden.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Assistenzsystems zur Positionierung einer Sekundärspule 2 an einer Primärspule 1 für eine induktive Energieübertragung. Die Ausführungsform nach 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform in 2 darin, dass die Ultraschallquelle 10 mit den Ultraschallsendern 11 in unmittelbarer Nähe der Sekundärspule 2 angeordnet ist. Beispielsweise können hierzu bereits vorhandene Ultraschallsendern eines Fahrassistenzsystems, beispielsweise einer Einparkhilfe eines Fahrzeugs 4 verwendet werden.
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Die Empfangsvorrichtung 20 mit den Ultraschallempfängern 21 ist in dieser Ausführungsform in unmittelbarer Nähe der Primärspule 1 angeordnet. Somit können, analog zu den voraufgegangenen Ausführungsbeispielen, ebenfalls durch Trilaterationen die Richtung und gegebenenfalls Entfernung zwischen Ultraschallquelle 10 und Empfangsvorrichtung 20 und somit zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 bestimmt werden. Die Auswertung der empfangenen Ultraschallsignale erfolgt in diesem Fall vorzugsweise durch eine Verarbeitungsvorrichtung 30, die in der Ladestation 3 angeordnet ist. Die so ermittelten Daten, also insbesondere Richtung und/oder Entfernung zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 können über eine Kommunikationsvorrichtung 50, 51 von der Ladestation 3 zu dem Elektrofahrzeug 4 übertragen werden. Über die Kommunikationsvorrichtung 50, 51 zwischen Ladestation 3 und Elektrofahrzeug 4 können neben der ermittelten Richtung und/oder der Entfernung zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 auch weitere Informationen übertragen werden. Insbesondere können über diese Kommunikationsvorrichtung 50, 51 ein Ladezustand eines Energiespeichers in dem Elektrofahrzeug 4, Informationen über die Energieübertragung zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2, Daten zur Abrechnung oder zu den Kosten für den Ladevorgang oder weitere Parameter übertragen werden. Ist bereits eine konventionelle Kommunikationsvorrichtung zwischen Ladestation 3 und Elektrofahrzeug 4 vorhanden, so kann diese Kommunikationsvorrichtung auch dazu genutzt werden, Informationen über den Abstand bzw. die Richtung zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 zu übertragen. Auch wenn die Kommunikationsvorrichtung 50, 51 hier nur in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel aus 3 beschrieben wurde, so ist grundsätzlich auch in allen anderen Ausführungsbeispielen eine entsprechende Kommunikationsvorrichtung 50, 51 zum Datenaustausch zwischen Ladestation 3 und Fahrzeug 4 möglich.
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Neben einfachen, konventionellen Ultraschallempfängern 11 kann als Empfangsvorrichtung 10 auch ein Ultraschall-Array eingesetzt werden. Ein derartiges Ultraschall-Array ermöglicht eine direkte Richtungsmessung. Somit kann die Zuverlässigkeit der Bestimmung von Richtung und/oder Entfernung noch weiter gesteigert werden. Bei der Verwendung eines Ultraschall-Arrays auf der Empfangsseite sind bereits zwei Ultraschallsender 11 auf der Senderseite ausreichend, um eine Trilateration zur Richtungsbestimmung durchführen zu können.
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Zur weiteren Steigerung der Zuverlässigkeit können die Ultraschallsender 11 und die Ultraschallempfänger 21 über die Kommunikationsvorrichtung 50, 51 miteinander synchronisiert werden. Auf diese Weise kann zusätzlich sichergestellt werden, dass zur Bestimmung von Richtung und/oder Entfernung zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 jeweils die korrekten korrespondierenden Ultraschallsender 11 und Ultraschallempfänger 21 miteinander in Kontakt stehen.
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Ferner kann für die Bestimmung der relativen Position zwischen Primärspule 1 und Sekundärspule 2 auch die Bewegung der Sekundärspule 2 in dem Elektrofahrzeug 4 ausgewertet werden. Hierzu kann die Verarbeitungsvorrichtung 30 die Bewegung des Elektrofahrzeugs 40 analysieren und mit in den Verarbeitungsprozess integrieren. Die Bewegung des Fahrzeugs 40 kann beispielsweise durch ein in dem Fahrzeug 4 vorhandenes Navigationssystem ermittelt werden. Weitere Komponenten oder Vorrichtungen in dem Fahrzeug 40, die die Bewegung des Fahrzeugs 4 über dem Grund ermitteln oder schätzen, sind darüber hinaus ebenso möglich.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Assistenz zur Positionierung einer Sekundärspule an einer Primärspule für eine induktive Energieübertragung zugrunde liegt.
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In einem ersten Schritt S1 wird entweder eine Ultraschallquelle 10 an einer Primärspule 1 und eine Empfangsvorrichtung 20 an einer Sekundärspule 2 bereitgestellt. Alternativ kann auch eine Empfangsvorrichtung 20 an der Primärspule 1 und eine Ultraschallquelle 10 an der Sekundärspule 2 bereitgestellt werden. In beiden Fällen umfasst die Ultraschallquelle 10 mindestens zwei Ultraschallempfänger 11. In Schritt S2 wird durch die Ultraschallquelle 10 ein Ultraschallsignal ausgesendet. Die Ultraschallquelle 10 kann einen oder mehrere Ultraschallsender 11 umfassen. Sofern die Ultraschallquelle 10 mehrere Ultraschallsender 11 umfasst, können die Ultraschallsender 11 entweder gleichzeitig oder nacheinander jeweils ein Ultraschallsignal aussenden. Das ausgesendete Ultraschallsignal kann dabei gepulst oder in einer beliebigen anderen Art und Weise moduliert bzw. kodiert werden.
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In Schritt S3 wird das ausgesendete Ultraschallsignal durch die Ultraschallempfänger 21 empfangen. Anschließend wird in Schritt S4 eine Richtung zwischen Empfangsvorrichtung 20 und Ultraschallquelle 10 bestimmt.
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Optional kann darüber hinaus auch eine Entfernung zwischen Empfangsvorrichtung 20 und Ultraschallquelle 10 bestimmt werden.
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Die bestimmte Richtung und gegebenenfalls auch die Entfernung zwischen Empfangsvorrichtung 20 und Ultraschallquelle 10 können auf einer Anzeigevorrichtung 40 angezeigt werden. Zusätzlich oder alternativ kann basierend auf der bestimmten Richtung und gegebenenfalls der bestimmten Entfernung zwischen Empfangsvorrichtung 20 und Ultraschallquelle 10 ein Elektrofahrzeug 4 mit einer Sekundärspule 2 in Richtung einer Ladestation 3 mit der Primärspule 1 navigiert werden, um die Sekundärspule 2 optimal über der Primärspule 1 zu positionieren.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Assistenzsystem zur optimalen Positionierung von Primärspule und Sekundärspule einer induktiven Energieübertragung. Hierzu werden zwischen Primärspule und Sekundärspule Ultraschallsignale ausgetauscht. Die Ultraschallsignale werden von mehreren Ultraschallempfängern empfangen und basierend auf den Laufzeitunterschieden der empfangenen Ultraschallsignale eine relative Position zwischen Primärspule und Sekundärspule ausgewertet. Die relative Position kann einem Benutzer angezeigt werden, oder für eine automatische Positionierung der Sekundärspule genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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