DE102014221998A1

DE102014221998A1 - Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Laden von Elektro- und Hybridfahrzeugen

Info

Publication number: DE102014221998A1
Application number: DE102014221998.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Varadi; Alexander Augst
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Positionierung einer Primärspule (211) unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs (100) beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ändern einer Position der Primärspule (211) um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers (103) des Fahrzeugs (100) zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum induktiven Laden eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über eine Batterie, in der elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.
Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit 120 die elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Speicher 103 für elektrische Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine sogenannte Sekundärspule im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule über eine nicht gezeigte Impedanzanpassung und einen Gleichrichter 101 mit dem Speicher 103 verbunden ist. Die Sekundärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten „Wireless Power Transfer“ (WPT) Fahrzeugeinheit 102.
Die Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 kann über einer Primärspule positioniert werden, wobei die Primärspule z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT-Bodeneinheit 111. Die Primärspule ist mit einer Stromversorgung 110 (in diesem Dokument auch als Ladeeinheit 110 bezeichnet) verbunden. Die Stromversorgung 110 kann einen Radio-Frequenz-Generator umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule der WPT-Bodeneinheit 111 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld induziert wird. Dieses magnetische Feld wird in diesem Dokument auch als elektromagnetisches Ladefeld bezeichnet. Das elektromagnetische Ladefeld kann einen vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich aufweisen. Der Ladefeld-Frequenzbereich kann im LF(Low Frequency)-Bereich liegen, z.B. bei 80–90kHz (insbesondere bei 85kHz).
Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule der WPT-Bodeneinheit 111 und Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 über die Unterbodenfreiheit 120 wird durch das magnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 wird durch den Gleichrichter 101 gleichgerichtet und im Speicher 103 (z.B. in der Batterie) gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung 110 zum Energie-Speicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade-Steuergerät 105 (auch als WPT-Steuergerät 105 bezeichnet) gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät 105 kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos, mit der Ladeeinheit 110 (z.B. mit einer Wallbox) oder mit der WPT-Bodeneinheit 111 zu kommunizieren.
Zur Bereitstellung einer ausreichenden magnetischen Kopplung zwischen der Primärspule in der WPT-Bodeneinheit 111 und in der Sekundärspule in der WPT-Fahrzeugeinheit 102 ist eine präzise Positionierung der Spulen zueinander erforderlich. Dies kann zu zeitintensiven Rangiervorgängen führen, bei denen das Fahrzeug 100 in mehreren Rangierzügen über der WPT-Bodeneinheit 111 ausgerichtet wird. Der Fahrer muss bei diesem Vorgang im Auto bleiben und/oder im Falle einer automatischen Fahrzeugbewegung jederzeit bereit sein, in die automatische Fahrzeugbewegung einzugreifen („Driver in the Loop“-Anforderung). Desweiteren ist für eine automatische Fahrzeugbewegung für einen Rangiervorgang häufig eine aufwändige Entwicklung von Sensorik und einer Fahrerassistenzfunktion mit hoher funktionaler Sicherheit (ASIL-Methodik) erforderlich. Desweiteren müssen typischerweise geeignete Randbedingungen im Fahrzeug (Architektur, etc.) geschaffen werden, um eine derartige automatische Rangierfunktion bereitzustellen. Dies kann zu relativ langen Entwicklungszeiten und relativ hohen Aufwänden für Absicherung, Prüfgeräte im Händlernetz, etc. führen. Desweiteren sind mit solchen automatischen Fahrzeugfunktionen häufig hohe Zulassungsvoraussetzungen zu erfüllen, was zu Einschränkungen der Zulassungsfähigkeit führen kann.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe eine für einen Benutzer vereinfachte und ggf. automatische Positionierung von Primärspule und Sekundärspule zum induktiven Laden eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Positionierung einer Primärspule unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ändern einer Position der Primärspule um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dabei kann das Verändern der Position z.B. folgende Bewegungskomponenten umfassen: Verschiebung in X-Richtung und/oder in Y-Richtung und/oder Z-Richtung im Koordinatensystem des Fahrzeugs und/oder Verdrehung der Primärspule, insbesondere bis zu einem Winkel von +/– ca. 5°–15° und/oder ein Nicken und/oder Kippen der Primärspule vorgesehen werden. Bevorzugt wird dabei die elektromagnetische Kopplung erhöht bis ein Kopplungsmaß höher als eine vordefinierte Schwelle ist. Besonders bevorzugt wird die elektromagnetische Kopplung dabei derart optimiert, dass im Wesentlichen ein Maximum, bevorzugt das globale Maximum einer Funktion erreicht wird, die eine Abhängigkeit der elektromagnetischen Kopplung von den relativen Position der Primärspule zur Sekundärspule beschreibt.
Die Primärspule kann durch ein Bewegungsmittel bewegt werden und das Ändern der Position der Primärspule kann umfassen, das Veranlassen des Bewegungsmittels, die Primärspule zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zu bewirken.
Das Verfahren kann weiter umfassen, das Ermitteln von ein oder mehreren Positionierungssignalen, wobei die ein oder mehreren Positionierungssignale Informationen darüber umfassen, wie die Primärspule relativ zu der Sekundärspule positioniert ist. Außerdem kann das Verfahren umfassen das Ändern der Position der Primärspule in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Positionierungssignalen. Bevorzugt können diese Positionierungssignale eine relative Position der Primärspule zu der Sekundärspule repräsentieren. Eine relative Position kann auch eine oder mehrere Vektorgrößen umfassen, die den Unterschied zwischen einer Ist-Position und einer Soll-Position repräsentieren oder den Unterschied zwischen den räumlichen Positionen der jeweiligen Spulen-Flächen repräsentieren. Positionierungssignale können auch konkrete quantitative Information zu den Abweichungen von einer optimalen (Relativ-)Position und/oder einen konkreten Bewegungsbedarf repräsentieren, die z.B. einen oder mehrere Bewegungsvektoren oder Vorschriften zur Ausführung einer (Relativ-)Bewegung umfassen. Besonders bevorzugt können Positionierungssignale zumindest zwei, bevorzugt drei mathematisch zueinander orthogonalen geometrischen Parameter umfassen. Solche Parameter können z.B. Positionen in X-Richtung, Y-Richtung, Z-Richtung eines orthogonalen (kartesischen) Koordinatensystems oder analoge mathematisch unabhängigen Parameter, z.B. in einem sphärischen Polarkoordinatensystem, oder in einem speziellen Koordinatensystem umfassen. Dabei kann der Vorgang des Änderns der Position eine optimierte zwei oder dreidimensionale Ausrichtung der Primärspule und Sekundärspule zueinander umfassen. Somit kann die elektromagnetische Kopplung optimiert werden, was bei einer immer größer werdenden Energiemenge geringere Energieverluste und ggf. geringere elektromagnetische Emission (Abstrahlung) nach außen bewirkt.
Die Primärspule kann in einer Bodeneinheit angeordnet sein. Die ein oder mehreren Positionierungssignale können Sensordaten (insbesondere Bilddaten) von einem Sensor umfassen, der mit der Bodeneinheit verbunden ist. Die Verbindung mit der Bodeneinheit impliziert dabei typischerweise zumindest eine vorausbestimmte Position des Sensors relativ zu einem unbeweglichen oder beweglichen Teil der Bodeneinheit. Die Verbindung kann insbesondere eine feste (reversible oder nicht reversible) physikalische Verbindung sein. Die Sensordaten können Informationen zu der Position zumindest eines Teils des Fahrzeugs (z.B. Informationen bzgl. des Unterbodens des Fahrzeugs) umfassen. Der Sensor kann mit der Primärspule verbunden sein und eignet sich damit typischerweise noch besser zur Messung der Relativposition. Alternativ kann der Sensor abhängig von der Bewegung der Primärspule bewegt werden. Der Sensor kann somit mit der Primärspule verbunden sein, oder kann, z.B. durch eine mechanische oder mechatronische Vorrichtung, in Anhängigkeit von der Bewegung der Primärspule bewegbar gestaltet sein bzw. sich bewegen. Eine solche Bewegung kann auch auf einer speziellen geraden oder gebogenen Schiene bzw. Führung erfolgen.
Beim Sensor kann es sich bevorzugt um einen Bildsensor und/oder einen lichtemittierenden bzw. lichterfassenden Sensor, z.B. LED-Sensor oder einem Lasersensor, handeln. Ein Bildsensor kann dabei als eine Kamera, die das Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Spektralbereich erfasst, ausgestaltet sein. Der Sensor kann eine entsprechende Recheneinheit, z.B. eine Bildverarbeitungseinheit zur Bereitstellung oder Auswertung der Sensordaten, z.B. Bilddaten, Objektdaten, Punktwolkendaten, Kantendaten oder Koordinatendaten umfassen. Eine Erfassung der Position der Sekundärspule mit einem, insbesondere mit der Bodeneinheit verbundenen Sensors, bietet diverse Vorteile im Vergleich zu einem denkbaren Positionierungsvorgang (allein) mittels eines Sensors, der am Fahrzeug verbaut ist. Ein erfindungsgemäßer Sensor ist insbesondere nicht den Umwelteinflüssen und Beanspruchungen, wie z.B. ein entsprechender Sensor am Fahrzeugboden, ausgesetzt.
Das Verfahren kann weiter das Auswerten der Sensordaten umfassen, um eine Position der Primärspule relativ zu der Sekundärspule zu ermitteln, insbesondere mittels Bildverarbeitung und/oder Objekterkennung und/oder Mustererkennung. Bei Sensoren die sich anderer Funktionsprinzipen bedienen, kann eine entsprechende Verarbeitung von Sensordaten, insbesondere basierend auf einer Erkennung bestimmter Muster in den Sensordaten, Filterung der Daten, etc. angewandt werden.
Das Verfahren kann auch ein, insbesondere pro Fahrzeug einmaliges oder regelmäßiges, manuelles oder teilweise automatisiertes Anlernen umfassen. Beim Anlernen erfolgt ein Positionierungsvorgang mit Zuhilfenahme weiterer Mittel, wobei in Abhängigkeit von diesem Positionierungsvorgang Lerndaten ermittelt werden, die (nach einer Zwischenspeicherung) bei einer oder mehreren nachfolgenden Ausführungen des Verfahrens genutzt werden.
Weitere beim Anlernen hinzugenommene Mittel können dabei Mittel zur teilweise durch eine Person gesteuerten Positionierung sein und/oder ein Anschließen oder Nutzen einer weiteren Meßvorrichtung oder Recheneinheit oder das Ausführen eines hierfür ausgestalteten Computerprogrammprodukts sein.
Die Lerndaten können für eine (vereinfachte, präzisere, schnellere) Ausführung des Verfahrens genutzt werden. Beispielsweise können diese z.B. beim Ermitteln der Positionierungssignale bei der Findung einer optimierten Relativposition genutzt werden. Solche Lerndaten können Kalibierdaten und/oder spezielle Eigenschaften des Fahrzeugs oder der Ladestation oder der Umgebung und/oder des Sensors repräsentieren.
Positionierungssignale, bevorzugt umfassend die relative Position der Primärspule und der Sekundärspule, können dabei ermittelt werden, in Abhängigkeit von einer bekannten oder angelernten oder ermittelten geometrischen Relation des Teils des Fahrzeugs zu der Sekundärspule.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch das Eingeben, drahtloses Übermitteln oder Ermitteln der Lerndaten umfassen. Z.B. können die Lerndaten die im Zusammenhang mit einem Fahrzeug ermittelt wurden, bei einem anderen Fahrzeug (des selben oder unterschiedlichen Typs) verwendet werden, und/oder es können Lerndaten, die bei der Ausführung des Verfahrens mit einer Bodeneinheit ermittelt wurden, bei einer Ausführung des Verfahrens mit einer anderen Bodeneinheit genutzt werden.
Der Sensor, bevorzugt ein Bildsensor, kann zur Erkennung vorausbestimmter, bevorzugt markanter, Teile des Fahrzeugs ausgestaltet sein. Als markant sind dabei Teile anzusehen, die besonders gut mit dem Sensor erfasst und/oder als solche erkannt, bzw. vermessen werden können. Insbesondere können vorausbestimmte Teile an einem erhöhten Übereinstimmungsgrad oder einer erhöhten Korrelation mit einem vorausbestimmten Muster in den Sensordaten erkannt werden. Bevorzugt können solche Teile sein: Teil der Sekundärspule, und/oder Teil der Fahrzeugreifen, und/oder Teil der Fahrzeugachsen.
Dabei kann die Erfassung bzw. Erkennung mehrerer Teile des Fahrzeugs zu einer gegenseitigen Plausibilisierung einzelner Erkennungen oder zur Auflösung nicht vorgesehener Positionierungssituationen genutzt werden. Der Bildsensor kann daher zur Erkennung zumindest zwei oder mehrerer Teile des Fahrzeugs und zum Ermitteln der Position und/oder des Winkel zu zumindest zwei oder mehrerer der erkannten Teile eingerichtet sein. Bevorzugt kann dabei auch ein, z.B. auf einer (stereometrischen) Triangulation basierendes, Verfahren angewandt werden, welches zum Ermitteln einer relativen Position und/oder von Positionierungssignalen führt, die dreidimensionale Daten oder Bewegungsdaten mit zwei oder drei räumlichen Komponenten aufweisen.
Das Verfahren kann das Generieren eines (vorausbestimmten) Lichtmusters und/oder von Lichtpulsen, insbesondere von einer (vorausbestimmten) Sequenz von Lichtpulsen und das Erfassen von Sensordaten bzgl. der Sequenz von Lichtpulsen umfassen. Die Lichtmuster bzw. Lichtpulse können bevorzugt zumindest teilweise im Infrarotbereich generiert werden. Die Zeitintervalle, in welchen Lichtmuster und/oder Lichtpulse oder eine (vorausbestimmte) Sequenz von Lichtpulsen generiert werden, können mit Zeitintervallen des Erfassens der Sensordaten synchronisiert sein.
Die in Abhängigkeit von Lichtmustern, Lichtpulsen oder von den Sequenzen von Lichtmustern und/oder Lichtpulsen erfassten Sensordaten bieten dabei einen besonderen Vorteil gegenüber einer Erfassung von z.B. gewöhnlichen (fotografischen) Bilddaten bei einem sehr schwachen oder unregelmäßigen Licht unter dem Fahrzeugboden. Besonders bei einem Fahrzeugunterboden handelt es sich typischerweise um eine stark verschmutze Umgebung. Diese kann anhand von Lichtmustern, Lichtpulsen oder von den Sequenzen von Lichtmuster und/oder Lichtpulsen (auch speziell im Infrarotbereich) eine verlässliche Erfassung der Teile des Fahrzeugs bieten. Bevorzugt werden die Sensordaten dabei mittels einer Musterkennung verarbeitet. Somit kann das Verfahren äußerst robust, bzw. störungsfrei und präzise ausgeführt werden.
Die ein oder mehrere Positionierungssignale können zweite Sensordaten, insbesondere Bilddaten von einem zweiten Sensor, insbesondere Bildsensor, umfassen, der an dem Fahrzeug angeordnet ist. Die zweiten Bilddaten können Informationen bzgl. der Primärspule umfassen.
Das Verfahren kann das Aussenden von einem elektromagnetischen und/oder akustischen Signal von einem Unterboden des Fahrzeugs in Richtung Boden, sowie das Erfassen von einer Reflektion des ausgesendeten Signals umfassen. Die ein oder mehreren Positionierungssignale können von der erfassten Reflektion des ausgesendeten Signals abhängen. Das ausgesendete elektromagnetische Signal kann ein optisches Signal umfassen, wobei der Großteil seiner Strahlungsenergie im sichtbaren oder nicht sichtbaren Spektrum sein kann. Ein akustisches Signal kann bevorzugt ein Ultraschall-Signal sein. Besonders bevorzugt umfasst das elektromagnetische und/oder das akustische Signal ein bestimmtes Muster, z.B. Bildmuster, Amplitudenmodulations-Muster, und/oder Phasen-Modulationsmuster.
Der mit der Bodeneinheit verbundene Sensor kann zur Erfassung eines maschinenlesbaren Codes (z.B. eines QR, Quick Response, Codes) ausgestaltet sein. Ein solcher Code kann z.B. von einem Bildsensor oder von einem Laserscanner erfasst werden. Eine Information, die einen technischen Parameter des Fahrzeugs repräsentiert, insbesondere bzgl. der Sekundärspule oder des Energiespeichers des Fahrzeugs, kann in Abhängigkeit von den ausgelesenen Daten von einem maschinenlesbaren Code, z.B. vom Unterboden des Fahrzeugs mittels des Sensors, ermittelt werden. Die Positionierungssignale und/oder der Ladebetrieb des Fahrzeugs können in Abhängigkeit von den erfassten Informationen betrieben werden. Ein solches Verfahren ist vorteilhaft besonders für Ladestationen, die eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeuge bedienen, z.B. öffentliche Ladestationen die in Parkhäusern, Parkplätzen, Einkaufszentren, etc. angebracht werden können. Somit können diese Ladestationen automatisch an eine Vielzahl unterschiedlicher (jeweils optimaler) Ladebetriebe und Standards angepasst werden. Der maschinenlesbarer Code kann ein QR (= Quick Response) Code sein. Dieser kann durch einen Fahrzeughersteller, Service oder durch den Fahrer selbst an einem bestimmten Teil des Fahrzeugs (insbesondere der Sekundärspule) angebracht werden. Besonders bevorzugt kann der Code ein Muster, z.B. ein Kontrastmuster im Infrarotbereich reflektieren. Vorteilhaft ist ein Code zur Reflektion eines bestimmten Lichtmusters im Infrarotlicht-Bereich. Das Muster kann auch redundante Informationen oder Prüfzahlen umfassen, derart, dass bei einer starken Verschmutzung eines Teils des Musters, weiterhin eine Erkennung anhand von einem erfassten Teil des Musters möglich ist. Ein solches Muster kann somit auch erkannt werden, wenn der maschinenlesbare Code verschmutzt ist.
Der maschinenlesbare Code kann eine oder mehrere der folgenden Daten umfassen: eine oder mehrere optimierte Ladekurven (Strom / Zeit), und/oder eine oder mehrere Frequenzinformation zu dem Ladevorgang, und/oder eine Information zur Position der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugunterbodens, eine oder mehrere geometrischen Parameter zu der Anordnung der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugs, insbesondere zu dem maschinenlesbaren Code, etc. Dabei können z.B. durch Erfassung der Position des (für den Sensor leicht erkennbaren) maschinenlesbaren Code und der ausgelesenen Information auch die Positionierungssignale bzgl. der Sekundärspule ermittelt werden.
Alternativ oder zusätzlich können die Informationen zu den optimierten Ladekurven (Strom / Zeit), und/oder ein oder mehrere Frequenzinformationen zu dem Ladevorgang, und/oder eine Information zur Position der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugunterbodens, auch mittels einer Drahtloskommunikation, z.B. NFC (Near Field Communication), WLAN, Bluetooth, etc., im Zusammenhang mit dem Verfahren übertragen werden. Dabei kann ein optimierter Ladebetrieb des Fahrzeugs, z.B. auch in Abhängigkeit von einer zur Verfügung stehenden Ladezeit, einer noch zu fahrenden Fahrstrecke, z.B. aus Daten eines Navigationssystems, ermittelt werden. Dabei kann auch eine bidirektionale Kommunikation zwischen Fahrzeug und Bodeneinheit ausgeführt werden.
Die ein oder mehreren Positionierungssignale können ein Feedbacksignal von dem Fahrzeug umfassen. Dabei kann das Feedback-Signal mittels eines Fahrzeugsystems und/oder mittels einer zusätzlichen dafür vorgesehenen Vorrichtung erzeugt werden, die mit dem Fahrzeug verbunden ist. Das entsprechende Fahrzeugsystem und/oder die Vorrichtung können dabei zur Aussendung eines Feedbacksignals und/oder für das Empfangen zumindest eines Positionierungssignals ausgestaltet sein.
Das Verfahren kann weiter das Ermitteln eines Positionierungsmaßes bzw. einer Positionierungsgüte und/oder eines Kopplungsmaßes auf Basis eines oder mehrerer Positionierungssignale umfassen. Dabei zeigt die Positionierungsgüte eine Qualität der Ausrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule an. Das Kopplungsmaß zeigt eine Qualität der elektromagnetischen Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule an. Das Ändern der Position der Primärspule kann derart erfolgen, dass die Positionierungsgüte und/oder das Kopplungsmaß verbessert werden.
Die Position der Primärspule und/oder die Ausführung einer Relativbewegung zwischen Primärspule und Sekundärspule und/oder das Ermitteln der ein oder mehreren Positionierungssignale können von dem aktuellen Ladestatus des Fahrzeugs abhängig sein. Beispielsweise können bei einem ersten Ladestatus der einen hohen Ladebedarf (z.B. > 50%, > 70%, oder > 80%) repräsentiert, Positionierungssignale mit einer ersten niedrigen Toleranzschwelle generiert und/oder umgesetzt werden. Beispielsweise können bei einem zweiten Ladestatus, der einen niedrigen Ladebedarf (z.B. < 50%, < 30%, oder < 20%) repräsentiert, Positionierungssignale mit einer zweiten Toleranzschwelle generiert und/oder umgesetzt werden. Besonders kann die Optimierung einer geometrischen Position und/oder eines Kopplungsmaßes in Abhängigkeit davon erfolgen, wie viel Energie bei dem Ladevorgang voraussichtlich übertragen wird.
Eine Ausrichtung der Bewegung der Primärspule und/oder der Sekundärspule kann ggf. auch während des Ladevorgangs ausgeführt werden. Eine erneute Optimierung der elektromagnetischen Kopplung kann in Abhängigkeit von der Veränderung des Ladestroms erfolgen. Eine Veränderung der geometrischen relativen Position kann in Anhängigkeit von der verstrichenen Zeit und/oder in Anhängigkeit von einem ursprünglichen Ladestatus des Fahrzeugs erfolgen. Je nach Ladestrom gibt es typischerweise bestimmte unterschiedliche Optima für eine geometrische Ausrichtung zwischen den Spulen. Der übertragene Ladestrom kann am Anfang eines Ladevorgangs 5–50 Mal größer sein, als am Ende des Ladevorgangs. Insbesondere bei der Bewegung der Primärspule kann es vorteilhaft sein, die Position der Primärspule zur Erreichung eines neuen Optimums anzupassen. Eine solche Nachbewegung kann z.B. nach Abschluss von 1/3, 2/3, und/oder 3/3 des Ladevorgangs vorgenommen werden.
Das Verfahren kann weiter das Senden von Informationen bzgl. des Änderns der Position der Primärspule über ein drahtloses Netzwerk an einen Nutzer des Fahrzeugs umfassen. So kann ein Nutzer über den Positionierungsvorgang informiert werden.
Das Verfahren kann das Ermitteln einer Gesamtbewegung für eine Positionierung der Primärspule relativ zu der Sekundärspule umfassen. Die Gesamtbewegung kann in eine erste Bewegungskomponente und in eine zweite Bewegungskomponente aufgeteilt werden. Die Position der Primärspule kann in Abhängigkeit von der ersten Bewegungskomponente verändert werden. Die Position der Sekundärspule kann in Abhängigkeit von der zweiten Bewegungskomponente verändert werden. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine vorausberechnete Bewegung, die zur Erreichung eines optimalen Kopplungsmaßes oder eines Kopplungsmaßes höher als einer vorausbestimmten Schwelle führt. Besonders bevorzugt wird die zweite Bewegungskomponente auch mittels der Ansteuerung der Fahrwerkhöhe des Fahrzeugs, insbesondere durch Ansteuerung der Aktoren von Stoßdämpfer, Luftfederung, etc. ausgeführt.
Das Verfahren kann weiter umfassen, das Ermitteln von einem Steuersignal, wobei das Steuersignal von einer Eingabe an einer Eingabeeinheit (z.B. an einem sogenannten Human Machine Interface) eines elektronischen Anwendergeräts abhängt. Die Position der Primärspule kann in Abhängigkeit von dem Steuersignal erfolgen. Das elektronische Anwendergerät ist bevorzugt ein mobiles Gerät, bevorzugt ein Mobiltelefon, Smartphone, Notebook, Ultrabook, etc. Auch kann das Anwendergerät ein Teil von sogenannten Smart Clothes sein. Unter Smart-Clothes (englisch: intelligente/raffinierte Kleidung, auch I-Wear genannt) sind Kleidungsstücke zu verstehen, die mit elektronischen Geräten oder Funktionen ausgestattet sind. Insbesondere sind der elektronische Teil und/oder der sensorischer Teil des Smart-Clothes dabei typischerweise so in das Kleidungsstück integriert, dass sie von außen nicht sichtbar sind. Auch können die funktional zur Ausführung des Verfahrens genutzten elektronischen Komponenten von Smart-Clothes flexibel (biegsam) und an die Körperform oder Körperbewegung oder den körperlichen Zustand anpassbar ausgestaltet sein.
Das Verfahren kann weiter umfassen, das Veranlassen, dass Anzeigeinformation, die eine Position der Primärspule repräsentiert, über eine Ausgabeeinheit, z.B. Bildschirm des elektronischen Anwendergeräts ausgegeben wird. Dabei kann die dargestellte Position bevorzugt eine Relativposition sein. Anstelle von einer Position können auch Bewegungsempfehlungen und/oder der Korrekturbedarf zu einer bereits ausgeführten und/oder durch ein automatisches Verfahren geplanten Bewegung ausgegeben werden. Das Verfahren kann umfassen, das Veranlassen, dass Anzeigeinformation die eine Handlungsempfehlung und/oder einen Korrekturbedarf zu der Bewegung des Fahrzeugs und/oder der Spule repräsentieren, über die Ausgabeeinheit des elektronischen Anwendergeräts ausgegeben wird.
Besonders bevorzugt umfassen die Anzeigeinformationen auch weitere Informationen zum Ladevorgang: wie z.B. ein aus dem Fahrzeug ermittelter bzw. empfangener Ladestatus, und/oder konkrete Fahranweisungen für den Fahrer des Fahrzeugs zur Erreichung des optimalen Kopplungsmaßes (wie z.B. Lenkanweisung, Lenkrichtung, Fahrpedal, Bremsen), und/oder empfohlene Zeitpunkte und/oder Reihenfolge von Fahraktionen. Besonders bevorzugt umfassen die Anzeigeinformationen auch Bedienelemente, mit welchen ein Positionierungsvorgang und/oder Ladevorgang gesteuert oder beeinflusst, z.B. angepasst werden kann.
Bevorzugt umfassen Anzeigeinformationen mehrere grafisch dargestellten Informationen, insbesondere Symbole, Statusleisten oder Anzeigen zur Positionierung und/oder zum Ladevorgang. Die Anzeigeinformation kann zumindest teilweise eine „synthetische“, d.h. rechnerisch erzeugte, bildliche Information sein, die anhand ermittelter Werte zum Positionierungsvorgang und/oder Ladevorgang dargestellt wird. Besonders bevorzugt umfasst die Anzeigeinformation eine symbolisch dargestellte relative Position der Primärspule und Sekundärspule zueinander. Ferner kann die Anzeigeinformation auch einen Teil realer, auf Sensordaten basierender Bilder umfassen. Ganz besonders bevorzugt kann die Anzeigeinformation eine Augmentierung von einer, bei dem Verfahren erzeugten, Information (z.B. Handlungsempfehlungen) z.B. in einer symbolischen Form in einem realen Bild, welches aus Sensordaten, insbesondere Bilddaten erzeugt wird, darstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Bodeneinheit für eine Ladestation zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers eines Fahrzeugs beschrieben. Die Bodeneinheit umfasst eine Primärspule, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen. Desweiteren umfasst die Bodeneinheit Bewegungsmittel, die eingerichtet sind, die Primärspule zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zu bewirken.
Die Ladestation kann außerdem eine Vorrichtung umfassen, die zu einer zumindest ungefähren Positionierung des Fahrzeugs über der Bodeneinheit dient. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere physikalisch ausgestaltete Begrenzungen, z.B. Einkerbungen oder Erhebungen auf dem Boden, umfassen.
Die Bodeneinheit kann einen, insbesondere eckigen oder abgerundeten, Rahmen umfassen. Die Bewegungsmittel können ein oder mehrere Schienen umfassen, die mit dem Rahmen verbunden sind. Desweiteren können die Bewegungsmittel Aktuatoren umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule entlang der ein oder mehreren Schienen zu bewegen. Alternativ oder ergänzend können die Bewegungsmittel Rotationsmittel umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule um eine vertikale Achse der Primärspule zu drehen. Alternativ oder ergänzend können die Bewegungsmittel ein oder mehrere Räder und/oder Rollen umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule zu bewegen.
Die Bodeneinheit kann einen Sensor, insbesondere Bildsensor, umfassen. Der Sensor kann eingerichtet sein Sensordaten, insbesondere Bilddaten, eines Unterbodens des Fahrzeugs von unten, insbesondere schräg von unten, zu erfassen.
Die Bodeneinheit kann Beleuchtungsmittel umfassen, die eingerichtet sind, ein oder mehrere Lichtpulse oder eine vorausbestimmte Sequenz von Lichtpulsen zu generieren. Der Sensor, insbesondere Bildsensor, kann eingerichtet sein, eine Reflektion des Lichtpulses an dem Unterboden des Fahrzeugs zu erfassen.
Die Bodeneinheit kann eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Merkmale des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektronisches Gerät zur Überwachung eines Positionierungsvorgangs einer Primärspule unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs beschrieben. Das elektronische Gerät umfasst eine Ausgabeeinheit, die eingerichtet ist, Anzeigeinformationen bzgl. einer Position der Primärspule und bzgl. einer Position der Sekundärspule des Fahrzeugs auszugeben. Desweiteren umfasst das Gerät eine Eingabeeinheit, die eingerichtet ist, eine Eingabe eines Nutzers des elektronischen Geräts zu erfassen. Außerdem umfasst das Gerät eine Kommunikationseinheit, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der erfassten Eingabe ein Steuersignal zu senden, um eine Bewegung der Primärspule und/oder der Sekundärspule zu bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Bodeneinheit für eine Ladestation zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers eines Fahrzeugs beschrieben. Die Bodeneinheit kann beliebige der in diesem Dokument beschriebenen Merkmale umfassen. Die Bodeneinheit umfasst eine Primärspule, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen. Die Bodeneinheit umfasst weiter einen Bildsensor, der eingerichtet ist, Bilddaten von zumindest einem Teil des Fahrzeugs (insbesondere eines Unterbodens des Fahrzeugs) zu erfassen. Außerdem umfasst die Bodeneinheit eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Bilddaten für eine Positionierung der Sekundärspule relativ zu der Primärspule bereitzustellen oder zu verwenden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Positionierung einer Primärspule einer Bodeneinheit relativ zu einer Sekundärspule eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Sensordaten durch einen Sensor der Bodeneinheit, wobei die Bilddaten Informationen zu der Position zumindest eines Teils des Fahrzeugs umfassen. Außerdem umfasst das Verfahren das Ändern der Position der Primärspule und/oder der Sekundärspule in Abhängigkeit von den Sensordaten.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Positionierung einer Sekundärspule eines Fahrzeugs relativ zu einer Primärspule einer Bodeneinheit einer Ladestation beschrieben. Die Position der Sekundärspule des Fahrzeugs kann durch eine Ansteuerung eines Aktors des Fahrzeugs verändert werden. Bei dem Aktor des Fahrzeugs kann es sich insbesondere um einen Aktor des Fahrwerks des Fahrzeugs handeln. Der Aktor kann z.B. einen Antriebsmotor, einen Lenkungsmotor und/oder einen vertikaldynamischen Aktor des Fahrwerks des Fahrzeugs umfassen, z.B. zur Veränderung der Fahrwerkshöhe, des Nick-oder Wankwinkels des Fahrwerks des Fahrzeugs, etc.
Die in diesem Dokument beschriebenen Merkmale können auch in Kombination mit diesem Verfahren verwendet werden. Das Verfahren umfasst insbesondere das Ermitteln von Positionierungssignalen aus Sensordaten eines Sensors (insbesondere eines Bildsensors), der mit der Bodeneinheit verbunden ist. Das Verfahren umfasst weiter das Übermitteln der Positionierungssignale an das Fahrzeug. Das Übermitteln der Positionierungssignale kann dabei unmittelbar oder mittelbar, z.B. über ein Netzwerk, oder mittels eines elektronischen Anwendergeräts erfolgen. Außerdem umfasst das Verfahren das Ansteuern des Aktors des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den übermittelten Positionierungssignalen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers des Fahrzeugs zu bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad oder Pedilec) beschrieben, welches umfasst, einen elektrischen Speicher zur Speicherung von elektrischer Energie; eine Sekundärspule zur Aufnahme von elektrischer Energie von einer unter einem Unterboden des Fahrzeugs positionierten Primärspule; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt beschrieben. Das Computerprogrammprodukt kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät) ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems;
2a und 2b den Aufbau von beispielhaften WPT-Bodeneinheiten;
3 ein beispielhaftes elektronisches Gerät zur Steuerung der Positionierung von WPT-Bodeneinheit und/oder Fahrzeug; und
4 ein beispielhaftes System zur Positionierung der Spulen für einen induktiven Ladevorgang.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit Verfahren und Vorrichtungen zur Positionierung der Primärspule einer WPT-Bodeneinheit 111 relativ zu der Sekundärspule einer WPT-Fahrzeugeinheit 102, um eine relativ hohe, entsprechend den Randbedingungen optimierte (ggf. maximal mögliche) magnetische Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule, und so einen hohen Wirkungsgrad eines induktiven Ladevorgangs zu erzielen.
Ziel ist es dabei, es dem Fahrer eines Fahrzeugs 100 zu ermöglichen, sein Fahrzeug 100 in der Nähe einer induktiven Ladestation 110, 111 (d.h. insbesondere in der Nähe einer WPT-Bodeneinheit 111) abzustellen (z.B. in einer Garage oder innerhalb von einem öffentlichen Ladeplatz). Die Insassen des Fahrzeugs 100 können dann sofort aussteigen und das Fahrzeug 100 verlassen. Eine exakte Positionierung des Fahrzeugs 100 zu der WPT-Bodeneinheit 111 durch den Fahrer ist nicht erforderlich. Insbesondere muss der Fahrer des Fahrzeugs 100 nicht im Fahrzeug 100 warten, bis sich das Fahrzeug 100 automatisch über der Ladeeinheit (d.h. über der WPT-Bodeneinheit 111) rangiert hat.
Andererseits ist die Ladestation 110, 111 eingerichtet, sich automatisch der Position der Sekundärspule anzupassen. Dabei ist es nicht erforderlich, dass der Fahrer des Fahrzeugs 100 das Ende des Positionierungsvorgangs abwartet. Nach automatischer Positionierung der WPT-Bodeneinheit 111 unter der WPT-Fahrzeugeinheit 102 (was ca. 10–30 Sekunden Zeit in Anspruch nehmen kann) kann der Ladevorgang automatisch gestartet werden.
Desweiteren kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, durch die eine ferngesteuerte Positionierung zwischen Fahrzeug 100 und Bodeneinheit 111 erfolgen kann. Insbesondere kann über eine Software-Applikation auf einem persönlichen elektronischen Gerät (z.B. auf einem Smartphone) des Fahrers des Fahrzeugs 100 eine manuelle, ferngesteuerte Positionierung erfolgen. Beispielsweise kann der Fahrer bei Auftreten von Positionierungsschwierigkeiten (z.B. wenn das Fahrzeug schräg in Bezug auf die Bodeneinheit 111 positioniert ist) über ein drahtloses Netzwerk (z.B. GSM, UMTS, LTE, WLAN) eine entsprechende Meldung erhalten (z.B. SMS, MMS, Email, etc.). So kann der Fahrer darauf hingewiesen werden, dass eine manuelle Positionierung erforderlich ist. Der Fahrer kann dann über die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung eine ferngesteuerte Positionierung zwischen Fahrzeug 100 und Bodeneinheit 111 durchführen.
Die Positionierung zwischen Fahrzeug 100 und Bodeneinheit 111 durch Bewegung der Bodeneinheit 111 und/oder durch Verwendung einer Fernsteuerung kann alternativ oder ergänzend zu einer automatischen Positionierung des Fahrzeugs 100 über der induktiven Ladespule (d.h. über der Primärspule der Bodeneinheit 111) erfolgen.
2a zeigt den Aufbau einer beispielhaften Bodeneinheit 111. Die Bodeneinheit 111 umfasst eine Primärspule 211, welche beweglich innerhalb eines Rahmens der Bodeneinheit 111 angeordnet ist. Insbesondere kann die Primärspule 211 in bis zu zwei Richtungen (x-Richtung und y-Richtung) in der horizontalen Ebene bewegt werden. Desweiteren kann eine Drehbewegung der Primärspule 211 bereitgestellt werden. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Bodeneinheit 111 zwei Laufschienen 203, welche eine Bewegung der Primärspule 211 in einer erste Richtung (z.B. die y-Richtung) ermöglichen. Desweiteren umfasst die Bodeneinheit 111 eine Querschiene 201, durch welche eine Bewegung der Primärspule 211 in eine zweite Richtung (z.B. die x-Richtung) ermöglicht wird. Die Querschiene 201 kann über Räder 202 (z.B. über Zahnräder 202) auf den Laufschienen 203 bewegt werden. Die Primärspule 211 kann desweiteren über ein Drehgelenk 204 drehbar innerhalb der Bodeneinheit 111 angeordnet sein.
Die Bodeneinheit 111 kann eine Steuereinheit 205 umfassen, die eingerichtet ist, die Bewegung der Primärspule 211 zu steuern. Insbesondere können geeignete Motoren angesteuert werden, um die Primärspule 211 entlang der zweiten Richtung auf der Querschiene 201 zu bewegen und/oder um die Primärspule 211 entlang der ersten Richtung auf den Laufschienen 203 zu bewegen und/oder um die Primärspule 211 mittels des Drehgelenks 204 zu drehen.
Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, ein oder mehrere Positionierungssignale zu ermitteln, wobei die ein oder mehreren Positionierungssignale Informationen darüber bereitstellen, wie die Primärspule 211 relativ zu der Sekundärspule des Fahrzeugs 100 positioniert ist. Beispielsweise können die ein oder mehreren Positionierungssignale umfassen:

• die Signalstärke eines elektromagnetischen Felds zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule. Beispielsweise kann die Sekundärspule während des Positionierungsvorgangs ein elektromagnetisches Testfeld erzeugen. Die Primärspule 211 kann dieses Testfeld über induktive Kopplung empfangen. Desweiteren kann eine Signalstärke des empfangenen Testfelds ermittelt werden. Aus der Signalstärke kann auf den Kopplungsgrad zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule und damit auf eine relative Positionierung von Primärspule 211 und Sekundärspule geschlossen werden.
• Bilddaten einer Kamera 206. Die Bodeneinheit 111 kann, wie in 2a dargestellt, eine Kamera 206 umfassen, die eingerichtet ist, Bilddaten des Unterbodens des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Insbesondere kann die Kamera 206 an der beweglichen Primärspule 211 angeordnet sein. Desweiteren kann die Kamera 206 nach oben ausgerichtet sein, um die WPT-Fahrzeugeinheit 102 (und insbesondere die Sekundärspule) erfassen zu können.

Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, die Primärspule 211 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Positionierungssignalen zu bewegen. Insbesondere kann die Steuereinheit 205 eingerichtet sein, die Primärspule 211 derart zu bewegen, dass ein Kopplungsgrad zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule erhöht (ggf. maximiert) wird und/oder dass eine Ausrichtung von Primärspule 211 und Sekundärspule aufeinander abgestimmt wird.
2b zeigt einen weiteren beispielhaften Aufbau einer Bodeneinheit 111. Die Bodeneinheit 111 umfasst die Primärspule 211, die auf der Bodeneinheit 111 fixiert ist. Desweiteren umfasst die Bodeneinheit 111 eine Vielzahl von Rollen und/oder Rädern 221, durch die eine Bewegung der Bodeneinheit 111 ermöglicht wird. Insbesondere können die Rollen und/oder Räder 221 eingerichtet sein, eine Bewegung der Bodeneinheit 111 in zwei Richtungen (z.B. in x-Richtung und in y-Richtung) der horizontalen Ebene zu ermöglichen. Desweiteren kann durch die Rollen und/oder Räder 221 eine Drehung der Bodeneinheit 111 ermöglicht werden. Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, Motoren anzusteuern, um die Bodeneinheit 111 mittels der Rollen und/oder Räder 221 zu bewegen. Insbesondere können zu diesem Zweck ein oder mehreren Positionierungssignale ausgewertet werden, um eine präzise Positionierung der Bodeneinheit 111 unterhalb der WPT-Fahrzeugeinheit 102 des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen.
Die Bodeneinheit 111 in 2b umfasst weiter eine Beleuchtungseinheit 207. Der Beleuchtungseinheit 207 kann eingerichtet sein, Licht im sichtbaren Bereich auszusenden, und so die Position der Primärspule 211 anzuzeigen, und für eine Kamera (z.B. für eine Kamera am Unterboden des Fahrzeugs 100) erkennbar zu machen. Auch die in 2a dargestellte Primärspule 211 kann eine derartige Beleuchtungseinheit 207 umfassen. Alternativ oder ergänzend kann auch die WPT-Fahrzeugeinheit 102 eine solche Beleuchtungseinheit 207 umfassen, um die Position der Sekundärspule für die Kamera 206 der Bodeneinheit 111 erkennbar zu machen.
Es wird somit in diesem Dokument ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum induktiven Laden eines Fahrzeug 110 beschrieben, bei dem die induktive stromgebende Spule 211 oder ein Teil dieser Spule 211 unter dem Fahrzeug 100 mittels eines regelungstechnischen Vorgangs bewegt wird, sodass eine Ausrichtung der stromgebenden Spule 211 (d.h. der Primärspule) zu der stromnehmenden Spule (d.h. zu der Sekundärspule) erreicht wird. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug 100 bei Bedarf nicht mehr präzise (in manueller oder automatischer Weise) über der Bodeneinheit 111 positioniert werden muss. Stattdessen kann das Fahrzeug 100 durch den Fahrer nur noch relativ grob positioniert werden. Eine präzise Positionierung kann dann (automatisch und/oder manuell) durch eine Bewegung der Primärspule 211 erfolgen.
Dabei kann die stromgebende Spule 211, wie z.B. in 2a dargestellt, innerhalb von einem fest stehenden oder installierten Rahmen mittels einer Stellregelung 201, 202, 203, 204 bewegt wird. Die stromgebende Spule 211 kann dann in x-und y-Richtung, z.B. mittels eines Schneckenantriebs 201, 202, 203, bewegt werden. Die Drehung um die z-Achse kann z.B. gelagert (auf Kugellagerkugeln 204) und/oder mittels eines Zahnradantriebs erfolgen. Die Stellregelungen und entsprechende Antriebe für die Bewegung der Primärspule 211 können somit in kostengünstiger Weise bereitgestellt werden.
Alternativ oder ergänzend kann die stromgebende Spule 211 bzw. die Bodeneinheit 111 mit Rädchen und/oder Rollen 221 und eigenem elektrischen Antrieb versehen sein, die zur Fortbewegung der Spule 211 (z.B. direkt auf dem Boden der Garage) ausgestaltet sind. Die Primärspule 211 bzw. die Bodeneinheit 111 kann sich am Garagenboden z.B. auf 4 Rädchen 221 bewegen. Derartige angetriebene Räder/Rollen 221 können in kostengünstiger Weise bereitstellt werden. Auf dem Boden können ggf. Beschränkungsmarkierungen, Einkerbungen und/oder ein Relief oder ein oder mehrere Schienen angebracht werden, um den Bewegungsradius der Primärspule 211 bzw. der Bodeneinheit 111 bei Bedarf zu begrenzen. Derartige Markierungen können alternativ oder ergänzend für das Fahrzeug 100 bereitgestellt werden, um zumindest eine grobe Positionierung des Fahrzeugs 100 durch den Fahrer zu erleichtern.
Die stromgebende (untere) Spule 211 kann alternativ oder zusätzlich mit einer Kamera 206 ausgestaltet sein, welche ein Positionierungssignal bzgl. der Positionierung der stromgebenden Spule 211 gegenüber der stromnehmenden Spule (d.h. der Sekundärspule) erzeugt und/oder überträgt. Ggf. kann dies ein drahtlos übertragenes Videobild sein. Die Übertragung der Bilddaten kann insbesondere drahtlos per WLAN an das Fahrzeug 100 und/oder an eine im Fahrzeug verbaute Vorrichtung und/oder an ein Mobiltelefon/Smartphone des Fahrers und/oder an eine Steuereinheit 205 der Bodeneinheit 111 erfolgen.
Desweiteren wird ein Schutzmechanismus für den Sensor, insbesondere Kamera, beschrieben. Dieser Schutzmechanismus kann als ein ausfahrbarer Teil der Kamera und/oder als eine Schutzvorrichtung der Kamera ausgebildet sein. Der Schutzmechanismus ist dazu ausgestaltet, beim Erkennen der Annäherung eines zu ladenden Fahrzeugs einen Teil der Kamera, z.B. die Frontlinse auszufahren oder eine Klappe oder Blende zu öffnen. Somit kann der möglicherweise empfindliche Sensor besser gegen Umweltbedingungen geschützt werden. Die von der Kamera auf diese Weise im Wesentlichen von „unten nach oben“ aufgenommenen Bilddaten von der Sekundärspule oder deren Halterung auf dem Fahrzeugunterboden erlauben es dem Fahrer des Fahrzeugs 100 die Bewegung der Primärspule 211 unter dem Fahrzeug 100 zu überwachen. Dieser Vorteil besteht auch dann, wenn sich alternativ oder zusätzlich zu einer Bewegung der Primärspule 211 das Fahrzeug 100 (automatisch oder manuell durch den Kunden) bewegt. Durch die Verwendung einer Kamera 206 wird somit die Positionierung erleichtert.
Der Sensor kann derart eingerichtet sein, dass er zumindest zeitweise gleichzeitig die Sensordaten von der Primärspule und von der Sekundärspule erfassen kann. Dabei ist ein vereinfachtes Ermitteln der Positionierungsdaten möglich. In diesem Beispiel kann der Sensor als eine weitwinklige Kamera ausgestaltet sein.
Die Kamera 206 der Primärspule 211 kann in kostengünstiger Weise bereitgestellt werden (z.B. eine Smartphone-Kamera mit Elektronik und App-Fähigkeit und/oder WLAN-Fähigkeit). Besonders vorteilhaft und kostengünstig kann eine Kamera 206 mit WLAN sein. Die Auswertung der Bilddaten und folgender Zusatzgrafiken kann auf einer Recheneinheit im Fahrzeug 100 und/oder an einem elektronischen Gerät (z.B. einem Smartphone) des Fahrers und/oder in der Steuereinheit 205 der Bodeneinheit 111 erfolgen.
Alternativ oder ergänzend kann ein weiterer Sensor, in diesem Beispiel eine Videokamera, am Fahrzeugunterboden angebracht sein, welche nach unten gerichtet ist. Eine derartige Kamera ist jedoch nachteilig, da eine Fahrzeugkamera relativ schnell verschmutzen kann. Die hier vorgeschlagene Kamera 206 an der „unteren“, stromgebenden Spule 211 ist dahingegen weniger den Umwelteinflüssen ausgesetzt und muss darüber hinaus auch keine automotiven Anforderungen und Zertifizierungen erfüllen.
Die untere Spule 211 und/oder der Ladeplatzboden (z.B. die Bodeneinheit 111) kann mit einer Beleuchtung 207, insbesondere mit ein oder mehreren LEDs, im sichtbaren Spektrum und/oder Infrarotspektrum versehen sein, die dazu ausgestaltet sein kann, sich beim Positionierungsvorgang automatisch einzuschalten. Das Licht kann z.B. als Sequenz von Lichtblitzen ausgelöst werden. Die Zeitpunkte der Lichtblitze können mit Zeitpunkten der Aufnahme einer Kamera 206 synchronisiert sein. Beispielsweise kann eine Sequenz von Infrarot-Blitzen die insbesondere Infrarot-reflektierenden Teile des Fahrzeugs 100 gut im Kamerabild erkenntlich machen.
Die von der Ladevorrichtung 110, 111 (d.h. von der unteren stromgebenden Spule 211 mit Steuereinheit 205) übertragenen Daten können Bilddaten umfassen, die mittels Bildverarbeitung bzw. Objekterkennung ausgewertet werden können.
Insbesondere können die Bilddaten ausgewertet werden, um ein Maß für die Übereinstimmung der Positionen beider Spulen zueinander zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere Parameter der Relativposition ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können Anweisungen oder Befehle ermittelt werden, die zur Berichtigung oder Optimierung der relativen Position verwendet werden können. Es können z.B. mittels Software im Fahrzeug 100, in einer Kamera 206 und/oder in einem elektronischen Gerät (z.B. Smartphone) derartige Hilfsdaten für die Positionierung generiert werden.
3 zeigt ein beispielhaftes elektronisches Gerät 320, z.B. ein Smartphone mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm. Das elektronische Gerät 320 umfasst eine Eingabeeinheit 321 und eine Ausgabeeinheit 322. Beispielsweise können auf einem berührungsempfindlichen Bildschirm interaktive Eingabeelement zur Bereitstellung einer Eingabeeinheit 321 dargestellt werden. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Eingabeeinheit 321 vier Cursor, mit denen eine Eingabe bzgl. einer bestimmten Bewegungsrichtung erfasst werden kann.
Die Ausgabeeinheit 322 kann z.B. einen Bildschirm umfassen. Auf der Ausgabeeinheit 322 kann die Positionierung der Bodeneinheit 111 und des Fahrzeugs 100 bildlich dargestellt werden. Insbesondere kann ein Bild 311 der Bodeneinheit 111 und ein Bild 300 des Fahrzeugs 100 sowie ein Bild 302 der WPT-Fahrzeugeinheit 102 dargestellt werden. Die dargestellten Bilder 311, 300, 302 können z.B. anhand von Bilddaten von ein oder mehreren Kameras 206 erstellt werden.
Das elektronische Gerät 320 kann somit eingerichtet sein, die Positionierungssituation zwischen Bodeneinheit 111 und Fahrzeug 100 auf einer Ausgabeeinheit 322 darzustellen. Desweiteren kann das elektronische Gerät 320 eingerichtet sein, Eingaben eines Nutzers über die Eingabeeinheit 321 zu erfassen. Die Eingaben können darauf ausgerichtet sein, die Bodeneinheit 111 und/oder das Fahrzeug 100 zu bewegen. Das elektronische Gerät 320 kann weiter eingerichtet sein, auf Basis einer erfassten Eingabe, ein Steuersignal für die Bodeneinheit 111 und/oder für das Fahrzeug 100 zu generieren, wobei durch das Steuersignal eine der erfassten Eingabe entsprechende Bewegung der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 bewirkt wird. Das elektronische Gerät 320 kann weiter eingerichtet sein, das Steuersignal an die Bodeneinheit 111 und/oder das Fahrzeug 100 zu senden. Somit kann durch das elektronische Gerät 320 eine Bewegung der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 ferngesteuert werden. Eine durch das Steuersignal bewirkte Bewegung kann auf der Ausgabeeinheit 322 dargestellt werden (wie durch die in 3 dargestellten Pfeile veranschaulicht). Somit kann durch das elektronische Gerät 320 bei Bedarf eine manuelle Positionierung zwischen Bodeneinheit 111 und Fahrzeug 100 durchgeführt werden, ohne das ein Fahrer des Fahrzeugs 100 zum Stellplatz des Fahrzeugs 100 zurückkehren muss.
Der Positionierungsvorgang kann somit durch einen Nutzer des Fahrzeugs 100 über die grafische Benutzeroberfläche eines elektronischen Geräts 320 (z.B. eines Smartphones und/oder eines Displays im Fahrzeug 100) beeinflusst / gesteuert werden. Das elektronische Gerät 320 (bzw. die auf dem elektronischen Gerät 320 ablaufende Bediensoftware) kann derart ausgelegt sein, dass der Nutzer nur die resultierende Bewegungsrichtung der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 vorgeben muss, während die Trajektorie als Zusammensetzung einzelner Bewegungen der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 automatisch ermittelt wird. Zu diesem Zweck kann die grafische Oberfläche ein reales mit einem Sensor (z.B. mit einer Kamera 206) aufgenommenes und/oder erkanntes Objekt umfassen. Dabei können erkannte Objekte (z.B. die Bodeneinheit 111 und/oder das Fahrzeug 100) durch virtuelle Gebilde/Bilder 311, 300 repräsentiert werden, z.B. durch eine spezielle Ausgestaltung einer Augmentierung.
Ein Nutzer des elektronischen Geräts 320 kann so die Bewegung der stromgebenden Spule 211 bzw. der Bodeneinheit 111 unter seinem Fahrzeug 100 (real oder zumindest teilweise symbolisch dargestellt) sehen und kann diese Bewegung innerhalb der gleichen Ausgabeeinheit 322 (d.h. innerhalb des gleichen Bildschirm) und/oder über eine Eingabeeinheit 321 (z.B. über einen Drehknopf) beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante sind die stromgebende Spule 211 oder Teile dieser Spule 211 eingerichtet, die optimale Position bzgl. der Sekundärspule im Wesentlichen automatisch einzustellen. Der Nutzer kann die Bewegung der Spule 211 an einem Bildschirm 322 sehen und zugleich ggf. auch beeinflussen, z.B. beschleunigen, korrigieren, anhalten, lenken, etc. Die Überwachung oder Steuerung des Positionierungsvorgangs kann bevorzugt mittels einer grafischen Darstellung bzw. mittels einer grafischen Oberfläche (Bediensymbole, wie z.B. Pfeile) und/oder über die Drehung des elektronischen Geräts 320, die über eine eigene Sensorik als Bewegungswunsch interpretiert werden kann, erfolgen.
Die Bereitstellung der oben beschriebenen Fernüberwachung und/oder Fernsteuerung kann auch mit Hilfe einer App realisiert werden, die am Bordcomputer des Fahrzeugs 100 und/oder an einem Smartphone läuft. Insbesondere kann zumindest ein Teil der Bediensoftware in einer Rechnereinheit des Fahrzeugs 100 ablaufen.
Das Fahrzeug 100 kann einen im Wesentlichen nach unten ausgerichteten Sensor umfassen, der dazu ausgestaltet ist, die Relativposition zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule zu überwachsen. Insbesondere kann dabei eine Visualisierung in Form eines künstlich, mit Mitteln der Bild- oder Signalverarbeitung aufbereiteter Daten des Sensors erstelltes, „synthetisches Bild“ an einem Display des Fahrzeugs 100 und/oder an einem Rechner und/oder an einem Smartphone 320 des Nutzers dargestellt werden. Bevorzugt kann es sich um einen Infrarot-LED-Sensor handeln. Der Sensor kann wie eine positionserfassende Einheit ähnlich wie in einer Computermaus ausgestaltet sein. Die von dem Sensor bereitgestellten Daten können als Positionierungssignale bei der Positionierung der Primärspule 211 und/oder des Fahrzeugs 100 berücksichtigt werden.
Die Stellregelung (d.h. insbesondere die Steuereinheit 205) der Bodeneinheit 111, die zur Positionierung der stromgebenden Spule 211 verwendet wird, kann ein drahtlos (z.B. per WLAN) übertragenes Signal vom Fahrzeug 100, mit Informationen über die bereits erreichte Positionierungsqualität oder über Positionierungsparameter empfangen. Somit kann ein Regelkreis geschlossen werden, um den Positionierungsvorgang zu regeln. Das übertragene Signal kann als Stellgröße oder als Input zur Ermittlung einer Stellgröße der Bewegungsaktuatoren der Bodeneinheit 111 genutzt werden.
Die Steuereinheit 205 kann somit eine Regelschleife verwenden, um die Primärspule 211 zu positionieren. Die Regelung regelt die Spulenposition dabei typischerweise solange, bis die vorausbestimmten geometrischen Parameter und/oder bis die vorausbestimmte Abweichung von der maximal möglichen Induktionsgüte und/oder bis die maximale induktive Kopplung bzw. die Anpassung des optimalen Energieübertragungs-Wirkungsgrades erreicht wird.
Durch die Verwendung eines Regelkreises, der ggf. auch Rückmeldungen aus dem Fahrzeug 100 berücksichtigt, wird es möglich, direkt den zu erzielenden Kopplungsgrad zu überwachen und ggf. zu maximieren. So kann die Energieeffizienz der Fahrzeugaufladung entscheidend verbessert werden. Ein solches Optimum kann typischerweise durch eine nur relativ grobe Fahrzeugpositionierung über der Primärspule 211 nicht erreicht werden.
Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, ein Signal über eine erfolgreiche und/oder misslungene Positionierung drahtlos an ein elektronisches Gerät 320 (z.B. an ein Mobiltelefon) eines Benutzers und/oder an das Hausnetzwerk des Benutzers zu senden. So kann die Notwendigkeit zur Überwachung des Positionierungsvorgangs unterbunden werden.
Wie bereits oben dargelegt, kann eine Bewegung der Primärspule 211 auch in Kombination mit einem automatisch positionierbaren Fahrzeug angewandt werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 eingerichtet sein, sich automatisch (relativ grob) in der Nähe der Bodeneinheit 111 zu positionieren. Durch die Bewegung der stromgebenden Spule 211 kann dann eine präzise und schnelle Feinpositionierung erfolgen (z.B. durch eine Drehung der Primärspule 211). So können Bewegungen, welche für das Fahrzeug 100 nur schwer durchführbar sind (z.B. Drehungen) in einfacher und schneller Weise von der Primärspule 211 durchgeführt werden. So kann der Zeitaufwand für einen Fahrer des Fahrzeugs 100 substantiell reduziert werden.
Eine Bewegung des Fahrzeugs 100 und eine Bewegung der Primärspule 211 können aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere kann z.B. durch die Steuereinheit 205 ein Gesamtbedarf an Relativbewegung oder Abweichung von einer Zielposition (X, Y, Z, Drehung) ermittelt werden, um eine präzise Positionierung zu erreichen. Dieser Gesamtbedarf, d.h. diese Gesamtbewegung, kann dann in Fahrzeug-Bewegungsanteile aufgeteilt werden, die durch das Fahrzeug 100 durchgeführt werden können, und in Spulen-Bewegungsanteile aufgeteilt werden, die durch die Primärspule 211 durchgeführt werden können. So kann der Positionierungsvorgang weiter beschleunigt werden. Außerdem kann die Effizienz des Positionierungsvorgangs erhöht werden.
4 zeigt ein System aus Fahrzeug 100, Ladestation 110, 111 und elektronischem Gerät 320, die über ein Netzwerk 400 miteinander kommunizieren können, um Daten bzgl. der Positionierung der Primärspule 211 und der Sekundärspule auszutauschen. Die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren können durch das Fahrzeug 100, die Ladestation 110, 111 und/oder das elektronische Gerät 320 in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden.
Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren z.B. durch ein dediziertes System ausgeführt werden können, welches z.B. an der Ladestation 110, 111 angeordnet ist. Desweiteren kann das Fahrzeug 100 eingerichtet sein, die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen. Außerdem kann ein elektronisches Gerät 320 (z.B. ein Smartphone oder ein Mobiltelefon) eingerichtet sein, die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.
Im Folgenden werden ausgewählte Aspekte des vorliegenden Dokuments explizit aufgelistet:

Aspekt 1) Verfahren zur Positionierung einer Primärspule 211 unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs 100, wobei das Verfahren umfasst – Ändern einer Position der Primärspule 211 um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers 103 des Fahrzeugs 100 zu bewirken.
Aspekt 2) Verfahren gemäß Aspekt 1, wobei – die Primärspule 211 durch ein Bewegungsmittel 201, 202, 204, 221 bewegt werden kann; und – das Ändern der Position der Primärspule 211 umfasst, Veranlassen des Bewegungsmittels, die Primärspule 211 zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule zu bewirken.
Aspekt 3) Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, weiter umfassend, – Ermitteln von ein oder mehreren Positionierungssignalen; wobei die ein oder mehreren Positionierungssignale Informationen darüber umfassen, wie die Primärspule 211 relativ zu der Sekundärspule positioniert ist; und – Ändern der Position der Primärspule 211 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Positionierungssignalen.
Aspekt 4) Verfahren gemäß Aspekt 3, wobei – die Primärspule 211 in einer Bodeneinheit 111 angeordnet ist; – die ein oder mehreren Positionierungssignale aus Sensordaten eines Sensors 206, ermittelt werden, der mit der Bodeneinheit 111 verbunden ist; und – die Sensordaten Informationen zu der Position zumindest eines Teils des Fahrzeugs 100 und/oder der relativen Position der Primärspule 211 zu der Sekundärspule umfassen.
Aspekt 5) Verfahren gemäß Aspekt 4, wobei – der Sensor 206 zur Erfassung eines maschinenlesbaren Codes ausgestaltet ist; – das Verfahren umfasst, Ermitteln von einer Information bzgl. eines technischen Parameters des Fahrzeugs, insbesondere bzgl. der Sekundärspule oder eines Energiespeichers des Fahrzeugs, durch das Erfassen eines maschinenlesbaren Codes am Unterboden des Fahrzeugs mittels des Bildsensors 206; – Positionierungssignale und/oder Ladebetrieb des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der erfassten Information betrieben wird.
Aspekt 6) Verfahren gemäß Aspekt 5, wobei der maschinenlesbarer Code eine oder mehrere folgender Daten umfasst: – eine oder mehrere optimierte Ladekurven (Strom / Zeit), und/oder – eine oder mehrere Frequenzinformation zu dem Ladevorgang, und/oder – eine Information, die die Position der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugunterbodens repräsentiert, und/oder – ein oder mehrere geometrische Parameter zu der Anordnung der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugs, insbesondere zu dem maschinenlesbaren Code.
Aspekt 7) Verfahren gemäß einem der Aspekte 4 bis 6, wobei – der Sensor 206 mit der Primärspule 211 verbunden ist; und/oder – der Sensor 206 abhängig von der Bewegung der Primärspule 211 bewegt wird.
Aspekt 8) Verfahren gemäß einem der Aspekte 4 bis 7, weiter umfassend, Auswerten der Sensordaten des Sensors 206, insbesondere der Bilddaten, um eine Position der Primärspule 211 relativ zu der Sekundärspule zu ermitteln, insbesondere mittels Bildverarbeitung und/oder Objekterkennung.
Aspekt 9) Verfahren gemäß einem der Aspekte 4 bis 8, wobei der Sensor 206 zur Erkennung eines vorausbestimmten Teils des Fahrzeugs ausgestaltet ist, insbesondere Teil der Sekundärspule, und/oder Teil der Fahrzeugreifen, und/oder Teil der Fahrzeugachsen.
Aspekt 10) Verfahren gemäß einem der Aspekte 4 bis 9, wobei der Sensor (206) zur Erkennung zumindest zwei oder mehrerer Teile des Fahrzeugs und zum Ermitteln der Position und/oder des Winkels zu zumindest zwei oder mehrerer der erkannten Teile ausgestaltet ist.
Aspekt 11) Verfahren gemäß einem der Aspekte 4 bis 10, weiter umfassend, – Generieren von einer Sequenz von Lichtpulsen, insbesondere wobei die Lichtpulse der Sequenz von Lichtpulsen mit Zeiträumen zum Erfassen der Sensordaten, insbesondere der Bilddaten, synchronisiert sind; und – Erfassen von Sensordaten bzgl. der Sequenz von Lichtpulsen.
Aspekt 12) Verfahren gemäß einem der Aspekte 3 bis 11, wobei – die ein oder mehreren Positionierungssignale zweite Sensordaten von einem zweiten Sensor umfassen, der an dem Fahrzeug 100 angeordnet ist; und – die zweiten Sensordaten Informationen bzgl. der Primärspule 211 umfassen.
Aspekt 13) Verfahren gemäß einem der Aspekte 3 bis 12, wobei – das Verfahren umfasst, Aussenden von einem elektromagnetischen und/oder akustischen Signal von einem Unterboden des Fahrzeugs 100 in Richtung Boden; – das Verfahren umfasst, Erfassen von einer Reflektion des ausgesendeten Signals; und – die ein oder mehreren Positionierungssignale von der erfassten Reflektion des ausgesendeten Signals abhängen.
Aspekt 14) Verfahren gemäß einem der Aspekte 3 bis 13, wobei die ein oder mehreren Positionierungssignale ein Feedbacksignal von dem Fahrzeug 100 umfassen.
Aspekt 15) Verfahren gemäß einem der Aspekte 3 bis 14, weiter umfassend, – Ermitteln einer Positionierungsgüte und/oder eines Kopplungsmaßes auf Basis von ein oder mehreren Positionierungssignalen; wobei die Positionierungsgüte eine Qualität der Ausrichtung zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule repräsentiert und/oder wobei das Kopplungsmaß eine Qualität der elektromagnetischen Kopplung zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule repräsentiert; und – Ändern der Position der Primärspule 211, so dass die Positionierungsgüte und/oder das Kopplungsmaß optimiert werden.
Aspekt 16) Verfahren gemäß einem der Aspekt 3 bis 15, wobei – das Ändern der Position und/oder das Ermitteln von ein oder mehreren Positionierungssignalen von einem aktuellen Ladestatus des Fahrzeugs abhängig ist, – bevorzugt bei einem ersten Ladestatus der einen hohen Ladebedarf, insbesondere größer als 50%, 70%, oder 80% repräsentiert, ein oder mehrere Positionierungssignale mit einer ersten niedrigen Toleranzschwelle generiert und/oder umgesetzt werden; – bevorzugt bei einem zweiten Ladestatus, der einen niedrigen Ladebedarf, insbesondere kleiner als 50%, 30% oder 20%) repräsentiert, ein oder mehrere Positionierungssignale mit einer zweiten Toleranzschwelle generiert und/oder umgesetzt werden.
Aspekt 17) Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Aspekte, wobei – eine Ausrichtung der Bewegung der Primärspule und/oder der Sekundärspule auch während des Ladevorgangs ausgeführt wird, – eine erneute Optimierung der elektromagnetischen Kopplung in Abhängigkeit von der Veränderung des Ladestroms erfolgt, – eine Veränderung der geometrischen relativen Position in Anhängigkeit von der verstrichenen Zeit und/oder von einem ursprünglichen Ladestatus des Fahrzeugs erfolgt.
Aspekt 18) Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, weiter umfassend, Senden von Informationen bzgl. des Änderns der Position der Primärspule 211 über ein drahtloses Netzwerk an einen Nutzer des Fahrzeugs 100.
Aspekt 19) Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, weiter umfassend, – Ermitteln einer Gesamtbewegung für eine Positionierung der Primärspule 211 relativ zu der Sekundärspule; – Aufteilen der Gesamtbewegung in eine erste Bewegungskomponente und in eine zweite Bewegungskomponente; – Ändern der Position der Primärspule 211 in Abhängigkeit von der ersten Bewegungskomponente; und – Ändern einer Position der Sekundärspule in Abhängigkeit von der zweiten Bewegungskomponente.
Aspekt 20) Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, weiter umfassend, – Ermitteln von einem Steuersignal; wobei das Steuersignal von einer Eingabe an einer Eingabeeinheit 321 eines elektronischen Anwendergeräts 320 abhängt; und – Ändern der Position der Primärspule 211 in Abhängigkeit von dem Steuersignal.
Aspekt 21) Verfahren gemäß Aspekt 20, weiter umfassend, Veranlassen, dass eine Anzeigeinformation 311, die eine Position der Primärspule 211 und/oder eine Relativposition der Primärspule und Sekundärspule repräsentiert, über eine Ausgabeeinheit 322 des elektronischen Geräts 320 ausgegeben wird.
Aspekt 22) Verfahren gemäß Aspekt 20, weiter umfassend, Veranlassen, dass eine Anzeigeinformation 311, die eine Handlungsempfehlung und/oder einen Korrekturbedarf zu der Bewegung des Fahrzeugs und/oder der Sekundärspule repräsentiert, über eine Ausgabeeinheit 322 des elektronischen Geräts 320 ausgegeben wird.
Aspekt 23) Bodeneinheit 111 für eine Ladestation 110, 111 zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers 103 eines Fahrzeugs 100; wobei die Bodeneinheit 111 umfasst, – eine Primärspule 211, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs 100 elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen; und – Bewegungsmittel 201, 202, 204, 221, die eingerichtet sind, die Primärspule 211 zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule zu bewirken.
Aspekt 24) Bodeneinheit 111 gemäß Aspekt 23, wobei – die Bodeneinheit 111 einen Rahmen umfasst; – die Bewegungsmittel 201, 202, 204, 221, ein oder mehrere Schienen 201, 203 umfassen, die mit dem Rahmen verbunden sind; und – die Bewegungsmittel 201, 202, 204, 221 Aktuatoren umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule 211 entlang der ein oder mehreren Schienen zu bewegen.
Aspekt 25) Bodeneinheit 111 gemäß einem der Aspekte 23 bis 24, wobei die Bewegungsmittel 201, 202, 204, 221 Rotationsmittel 204 umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule 204 um eine vertikale Achse der Primärspule 204 zu drehen.
Aspekt 26) Bodeneinheit 111 gemäß einem der Aspekte 23 bis 25, wobei die Bewegungsmittel 201, 202, 204, 221 ein oder mehrere Räder und/oder Rollen 221 umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule 211 zu bewegen.
Aspekt 27) Bodeneinheit 111 gemäß einem der Aspekte 23 bis 26, wobei – die Bodeneinheit 111 einen Sensor (206) umfasst; und – der Sensor 206 eingerichtet ist, Sensordaten von unten auf einen Unterboden des Fahrzeugs 100 zu erfassen.
Aspekt 28) Bodeneinheit 111 gemäß Aspekte 27, wobei – die Bodeneinheit 111 Beleuchtungsmittel 207 umfasst, die eingerichtet sind, ein oder mehrere Lichtmuster und/oder ein oder mehrere Lichtpulse zu generieren; und – der Bildsensor 206 eingerichtet ist, eine Reflektion der ein oder mehreren Lichtmuster und/oder der ein oder mehreren Lichtpulse an dem Unterboden des Fahrzeugs 100 zu erfassen.

Die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren weisen eine Vielzahl von Vorteilen auf: Gefahren und Schäden für einen Fahrer eines Fahrzeugs (z.B. Sach- und Personenschäden), die bei einem automatisch bewegten Fahrzeug entstehen könnten, werden vermieden. Es werden ggf. hohe Anforderungen an Fahrzeug-basierte Lösungen (ASIL-Entwicklung mit zu erfüllender funktionaler Sicherheit) vermieden. Es entfallen komplexe technische Abhängigkeiten von Fahrzeugsystemen. Insbesondere entfallen zahlreiche Sonderausstattungs- und Architekturprämissen für ein Fahrzeug, wodurch sich Kostenvorteile ergeben. Es bestehen keine Rückwärtskompatibilitätseinschränkungen. Insbesondere weist eine Fahrzeug-externe Lösung typischerweise eine erhöhte Flexibilität auf, da die Ladevorrichtung auch unabhängig vom Entwicklungsprozess eines Fahrzeugs weiterentwickelt werden kann. Es ergeben sich somit substantielle Verkürzungen der Entwicklungszeit und Entwicklungskosten von Fahrzeugen. Die in diesem Dokument beschriebene Lösung ist auch auf öffentlichen Flächen ohne weiteres zulassungsfähig. Es ergeben sich insbesondere Erleichterungen der Zulassungsfähigkeit, da das System unabhängig von der Wiener Konvention, von Homologationsverfahren, etc. ist. Durch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren kann der Zeitaufwand für die Positionierung der Spulen reduziert werden. Die Vorbereitung auf den Ladevorgang kann schneller verlaufen. Desweiteren sind keine aufwändigen Rangiervorgänge durch einen Fahrer erforderlich. Außerdem wird die Verwendung von kleineren Parkplätzen / Garagen ermöglicht, da die Primärspule flexibler bewegt werden kann als ein Fahrzeug. Desweiteren kann durch die beschriebene Benutzeroberfläche eine erhöhte Nutzerfreundlichkeit bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Verfahren zur Positionierung einer Primärspule (211) unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren umfasst – Ändern einer Position der Primärspule (211) um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers (103) des Fahrzeugs (100) zu bewirken.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei – die Primärspule (211) durch ein Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221) bewegt werden kann; und – das Ändern der Position der Primärspule (211) umfasst, Veranlassen des Bewegungsmittels, die Primärspule (211) zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule zu bewirken.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend, – Ermitteln von ein oder mehreren Positionierungssignalen; wobei die ein oder mehreren Positionierungssignale Informationen darüber umfassen, wie die Primärspule (211) relativ zu der Sekundärspule positioniert ist; und – Ändern der Position der Primärspule (211) in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Positionierungssignalen.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei – die Primärspule (211) in einer Bodeneinheit (111) angeordnet ist; – die ein oder mehreren Positionierungssignale aus Sensordaten eines Sensors (206), ermittelt werden, der mit der Bodeneinheit (111) verbunden ist; und – die Sensordaten Informationen zu der Position zumindest eines Teils des Fahrzeugs (100) und/oder der relativen Position der Primärspule (211) zu der Sekundärspule umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, weiter umfassend, – Generieren von einer Sequenz von Lichtpulsen, insbesondere wobei die Lichtpulse der Sequenz von Lichtpulsen mit Zeiträumen zum Erfassen der Sensordaten, insbesondere der Bilddaten, synchronisiert sind; und – Erfassen von Sensordaten bzgl. der Sequenz von Lichtpulsen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei – das Verfahren umfasst, Aussenden von einem elektromagnetischen und/oder akustischen Signal von einem Unterboden des Fahrzeugs (100) in Richtung Boden; – das Verfahren umfasst, Erfassen von einer Reflektion des ausgesendeten Signals; und – die ein oder mehreren Positionierungssignale von der erfassten Reflektion des ausgesendeten Signals abhängen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei – der Sensor (206) mit der Primärspule (211) verbunden ist; und/oder – der Sensor (206) abhängig von der Bewegung der Primärspule (211) bewegt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, weiter umfassend, – Ermitteln einer Positionierungsgüte und/oder eines Kopplungsmaßes auf Basis von ein oder mehreren Positionierungssignalen; wobei die Positionierungsgüte eine Qualität der Ausrichtung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule repräsentiert und/oder wobei das Kopplungsmaß eine Qualität der elektromagnetischen Kopplung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule repräsentiert; und – Ändern der Position der Primärspule (211), so dass die Positionierungsgüte und/oder das Kopplungsmaß optimiert werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend, – Ermitteln einer Gesamtbewegung für eine Positionierung der Primärspule (211) relativ zu der Sekundärspule; – Aufteilen der Gesamtbewegung in eine erste Bewegungskomponente und in eine zweite Bewegungskomponente; – Ändern der Position der Primärspule (211) in Abhängigkeit von der ersten Bewegungskomponente; und – Ändern einer Position der Sekundärspule in Abhängigkeit von der zweiten Bewegungskomponente.
Bodeneinheit (111) für eine Ladestation (110, 111) zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers (103) eines Fahrzeugs (100); wobei die Bodeneinheit (111) umfasst, – eine Primärspule (211), die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs (100) elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen; und – Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221), die eingerichtet sind, die Primärspule (211) zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule zu bewirken.
Bodeneinheit (111) gemäß Anspruch 10, wobei – die Bodeneinheit (111) einen Rahmen umfasst; – die Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221), ein oder mehrere Schienen (201, 203) umfassen, die mit dem Rahmen verbunden sind; und – die Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221) Aktuatoren umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule (211) entlang der ein oder mehreren Schienen zu bewegen.
Bodeneinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221) Rotationsmittel (204) umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule (204) um eine vertikale Achse der Primärspule (204) zu drehen.
Bodeneinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221) ein oder mehrere Räder und/oder Rollen (221) umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule (211) zu bewegen.
Bodeneinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Bodeneinheit (111) eine Steuereinheit (205) umfasst, die eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Bodeneinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei – die Bodeneinheit (111) einen Sensor (206) umfasst; und – der Sensor (206) eingerichtet ist, Sensordaten von unten auf einen Unterboden des Fahrzeugs (100) zu erfassen.
Elektronisches Gerät (320) zur Überwachung eines Positionierungsvorgangs einer Primärspule (211) unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs (100), wobei das elektronische Geräts (320) umfasst, – eine Ausgabeeinheit (322), die eingerichtet ist, eine Anzeigeinformation (311) auszugeben, die eine Position der Primärspule (211) und/oder eine Position der Sekundärspule des Fahrzeugs (100) und/oder eine Relativposition der Primärspule zu der Sekundärspule repräsentiert; – eine Eingabeeinheit (321), die eingerichtet ist, eine Eingabe eines Nutzers des elektronischen Geräts (320) zu erfassen; und – eine Kommunikationseinheit, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der erfassten Eingabe ein Steuersignal zu senden, um eine Bewegung der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule zu bewirken.
Fahrzeug (100), welches umfasst, – einen elektrischen Speicher (103) zur Speicherung von elektrischer Energie für das elektrische Fahren; – eine Sekundärspule zur Aufnahme von elektrischer Energie von einer unter einem Unterboden des Fahrzeugs (100) positionierten Primärspule (211), mit der der elektrischer Speicher aufladbar ist; und – eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, das eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.