DE102014223964A1

DE102014223964A1 - Kraftfahrzeug mit Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102014223964A1
Application number: DE102014223964.8A
Authority: DE
Inventors: Don Andreas Josephine Kees; Themi Philemon Petridis
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-05-28
Also published as: CN104670037B; CN104670037A; GB201320806D0; GB2520555B; US20150145472A1; GB2520555A

Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeug 15 offenbart, das eine Energiespeichervorrichtung 12 besitzt, die durch eine induktive Kopplung mit einem festen induktiven Ladepunkt unter Verwendung eines am Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselements 25 wieder mit Energie aufgefüllt wird. Ein dreidimensionaler Positionierungsmechanismus 20 wird verwendet, um das induktive Kopplungselement 25 zu positionieren, so dass es auf den festen Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts positioniert ist, wobei dadurch ein hoher Kopplungswirkungsgrad zwischen dem induktiven Kopplungselement 25 und dem festen Ladepunkt sichergestellt wird. Die Verwendung eines dreidimensionalen Positionierungsmechanismus 20 besitzt den Vorteil, dass das induktive Kopplungselement 25 ohne die Notwendigkeit, das Kraftfahrzeug 15 genau zu positionieren, genau positioniert werden kann.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Kraftfahrzeuge und insbesondere auf ein Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichervorrichtung, bei der das Auffüllen der Energiespeichervorrichtung durch eine induktive Kopplung mit einem festen induktiven Ladepunkt ausgeführt wird. Ein fester Ladepunkt ist ein Punkt, an dem sich eine Spule oder Spulen, die mit einer Quelle elektrischer Energie verbunden sind, für die Verwendung bei der induktiven Kopplung mit einer sekundären Spule, die in dem Kraftfahrzeug angebracht ist, befinden.
Es ist z. B. aus der US-Patentveröffentlichung 2007/0131505 bekannt, ein Kraftfahrzeug mit einem Mechanismus zu versehen, um die Positionierung eines induktiven Kopplungselements, das sich an dem Fahrzeug befindet, in unmittelbarer Nähe eines festen induktiven Ladepunkts zu unterstützen, um eine effiziente induktive Kopplung dazwischen bereitzustellen.
Es ist ein Problem bei dem in der US-Patentveröffentlichung 2007/0131505 offenbarten Mechanismus, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug sehr genau positionieren muss, damit eine effiziente induktive Kopplung hergestellt wird. Diese Positionierung ist teilweise aufgrund der Tatsache, dass das induktive Kopplungselement in unmittelbarer Nähe zu dem festen Ladepunkt positioniert werden muss und außerdem sehr genau auf den festen Ladepunkt ausgerichtet sein muss, damit eine effiziente induktive Kopplung auftritt, und teilweise aufgrund der Tatsache, dass der feste Ladepunkt aufgrund seines Ortes auf dem Boden für den Fahrer des Kraftfahrzeugs nicht sichtbar ist, äußerst schwierig zu erreichen. Die Positionierung eines Fahrzeugs mit dem erforderlichen Grad der Genauigkeit ist deshalb sogar für einen sehr erfahrenen Fahrer äußerst schwierig zu erreichen. Jede Falschausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt und dem induktiven Kopplungselement führt zwangsläufig zu einem Verlust des Wirkungsgrads der induktiven Kopplung, was zu übermäßigen Kosten für die übertragene Energie, einem sehr langen Ladezeitraum, um das Energieniveau auf ein erforderliches Niveau wiederaufzufüllen, oder einem misslungenen Ladezyklus führen kann.
Es ist eine Aufgabe, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, in dem eine effiziente induktive Kopplung zwischen einem festen Ladepunkt und einem an einem Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement ohne die Notwendigkeit für eine genaue Positionierung des Kraftfahrzeugs erreicht werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das eine Karosseriestruktur, eine Energiespeichervorrichtung und ein induktives Ladesystem, um die Energiespeichervorrichtung durch das Verbinden der Energiespeichervorrichtung mit einer Quelle elektrischer Leistung mittels einer induktiven Kopplung mit einem festen am Boden befindlichen induktiven Ladepunkt selektiv wiederaufzufüllen, besitzt, wobei das induktive Ladesystem ein induktives Kopplungselement und einen dreidimensionalen Positionierungsmechanismus umfasst, der dafür ausgelegt ist, das induktive Kopplungselement zu stützen, und betreibbar ist, um das induktive Kopplungselement so zu positionieren, dass das induktive Kopplungselement auf den festen Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts positioniert ist, um die Auffüllung der Energiespeichervorrichtung über das induktive Kopplungselement zu fördern.
Der Positionierungsmechanismus kann sich unterhalb des Kraftfahrzeugs zwischen einem Boden des Kraftfahrzeugs und einer Oberfläche, auf der das Kraftfahrzeug ruht, befinden.
Der Positionierungsmechanismus kann betreibbar sein, um das induktive Kopplungselement so zu positionieren, dass das induktive Kopplungselement auf den festen Ladepunkt ausgerichtet ist und in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts positioniert ist, wenn die Auffüllung durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugs angefordert wird.
Der Positionierungsmechanismus ist automatisch gesteuert, um das induktive Kopplungselement auf den festen Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts zu positionieren.
Das induktive Kopplungselement ist in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts positioniert, so dass es keinen Luftspalt zwischen dem induktiven Kopplungselement und dem festen Ladepunkt gibt.
Der Positionierungsmechanismus kann einen ersten Schlitten, der in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs beweglich ist, einen zweiten Schlitten, der an dem ersten Schlitten für die Bewegung in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs angebracht ist, und einen Hubmechanismus, der an dem zweiten Schlitten angebracht ist, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements zu verändern, enthalten.
Der Mechanismus, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements zu verändern, kann wenigstens einen Arm umfassen, der an einem Ende mit dem zweiten Schlitten schwenkbar verbunden ist und der an einem gegenüberliegenden Ende mit dem induktiven Kopplungselement verbunden ist.
Der Mechanismus kann ein Paar von Armen umfassen, wobei jeder an einem jeweiligen Ende mit dem zweiten Schlitten schwenkbar verbunden ist und an einem jeweiligen gegenüberliegenden Ende mit dem induktiven Kopplungselement verbunden ist, um zusammen mit dem zweiten Schlitten und dem induktiven Kopplungselement ein Gelenkviereck zu bilden.
Alternativ kann der Mechanismus, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements zu verändern, einen drehbaren Revolverkopf, der durch den zweiten Schlitten drehbar gestützt ist, und einen ausfahrbaren Arm, der an einem Ende mit dem drehbaren Revolverkopf verbunden ist und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem induktiven Kopplungselement verbunden ist, umfassen.
Als eine noch weitere Alternative kann der Positionierungsmechanismus einen drehbaren Revolverkopf und wenigstens einen ausziehbaren Arm, der an einem Ende mit dem drehbaren Revolverkopf schwenkbar verbunden ist und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem induktiven Kopplungselement verbunden ist, umfassen.
Das Fahrzeug kann ferner wenigstens drei Induktionssensoren, die in bekannten Positionen an einer Unterseite des Fahrzeugs positioniert sind, und einen elektronischen Controller, der dafür ausgelegt ist, die Ausgaben von den Induktionssensoren zu empfangen und unter Verwendung der Sensorausgaben die Position des festen Ladepunkts bezüglich einer aktuellen Position des induktiven Kopplungselements zu bestimmen, umfassen.
Der elektronische Controller kann ferner betreibbar sein, um eine oder mehrere Steuerausgaben für Aktuatoren, die als ein Teil des dreidimensionalen Positionierungsmechanismus ausgebildet sind, für die Verwendung beim Steuern der Position des induktiven Kopplungselements bereitzustellen.
Der elektronische Controller kann betreibbar sein, wenn angefordert wird, das induktive Kopplungselement zu dem festen am Boden angebrachten induktiven Ladepunkt zu bewegen.
Alternativ kann das Fahrzeug ferner wenigstens drei Kameras, die an einer Unterseite des Fahrzeugs positioniert sind, einen Anzeigeschirm, um die Ausgaben von den Kameras anzuzeigen, und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, um eine Steuereingabe einem elektronischen Controller, der dafür ausgelegt ist, die Position des induktiven Kopplungselements in Reaktion auf die Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle zu steuern, bereitzustellen, umfassen.
In diesem Fall kann der elektronische Controller betreibbar sein, um den Aktuatoren, die als ein Teil des dreidimensionalen Positionierungsmechanismus ausgebildet sind, Steuerausgaben bereitzustellen, um die Position des induktiven Kopplungselements zu steuern.
Das induktive Kopplungselement kann eine Anzahl von Induktionssensorspulen für die Verwendung bei der Positionierung des induktiven Kopplungselements enthalten, so dass es auf den festen am Boden angebrachten induktiven Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen am Boden angebrachten induktiven Ladepunkts positioniert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Wiederauffüllen von Energie in einer Energiespeichervorrichtung eines Kraftfahrzeugs durch induktive Kopplung mit einem festen am Boden befindlichen induktiven Ladepunkt bereitgestellt, wobei das Verfahren das Manövrieren des Kraftfahrzeugs, um es an einem allgemeinen Ort eines festen Ladepunkts zu positionieren, das Verwenden eines Sensorsystems, um die Position des festen Ladepunkts bezüglich eines vorgegebenen Orts an dem Kraftfahrzeug zu lokalisieren, das Verwenden eines dreidimensionalen Positionierungsmechanismus, um das durch den Positionierungsmechanismus gestützte induktive Kopplungselement zu einer Position zu bewegen, in der das induktive Kopplungselement auf den festen Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts positioniert ist, und das Verbinden der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer induktiven Kopplung mit dem festen Ladepunkt, um das Energieniveau der Energiespeichervorrichtung wiederaufzufüllen, umfasst.
Ein allgemeiner Ort eines festen Ladepunkts kann eine Ladebucht sein, die einen festen Ladepunkt besitzt, der sich auf dem Boden innerhalb der Ladebucht befindet.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
1a ein schematischer Grundriss eines Kraftfahrzeugs ist, der eine perfekte Ausrichtung zwischen einem festen Ladepunkt und einem am Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement zeigt;
1b ein schematischer Grundriss eines Kraftfahrzeugs ist, der das Fahrzeug zu weit vorn positioniert zeigt, so dass eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt und dem am Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement nicht vorhanden ist;
1c ein schematischer Grundriss eines Kraftfahrzeugs ist, der das Fahrzeug zu weit rechts positioniert zeigt, so dass eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt und dem am Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement nicht vorhanden ist;
1d ein schematischer Grundriss eines Kraftfahrzeugs ist, der das Fahrzeug zu weit links und zu weit hinten positioniert zeigt, so dass eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt und dem am Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement nicht vorhanden ist;
1e ein schematischer Grundriss eines Kraftfahrzeugs ist, der das Fahrzeug in einem Winkel positioniert zeigt, so dass sich seine Position zu weit rechts und zu weit vorn befindet, so dass eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt und dem am Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement nicht vorhanden ist;
2 eine schematische Ansicht der Unterseite eines Kraftfahrzeugs ist, die eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung für die Verwendung beim Ausrichten eines induktiven Kopplungselements auf einen festen Ladepunkt zeigt;
3 eine schematische Ansicht der Unterseite eines Kraftfahrzeugs ist, die eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung für die Verwendung beim Ausrichten eines induktiven Kopplungselements auf einen festen Ladepunkt zeigt;
4 eine zu den 2 und 3 ähnliche Ansicht ist, die eine erste Ausführungsform eines dreidimensionalen Positionierungsmechanismus für die Verwendung beim Positionieren eines induktiven Kopplungselements in unmittelbarer Nähe eines festen Ladepunkts und in Ausrichtung auf einen festen Ladepunkt zeigt;
5 eine Seitenansicht in der Richtung des Pfeils "V" in 4 eines Teils des in 4 gezeigten Positionierungssystems ist, die die Beziehung zwischen einem festen Ladepunkt und dem induktiven Kopplungselement vor der endgültigen Ausrichtung und Positionierung zeigt;
6 eine teilweise Seitenansicht im Querschnitt ist, die eine Rolle und eine Führung zeigt, die verwendet werden, um einen ersten beweglichen Schlitten mit einer Unterseite des Kraftfahrzeugs beweglich zu verbinden;
7 eine Seitenansicht einer Rolle und eines Hängelagers ist, die verwendet werden, um ein Ende des ersten beweglichen Schlittens mit der Führung an der Unterseite des Kraftfahrzeugs beweglich zu verbinden;
8 eine bildhafte Ansicht eines Teils eines Aktuators ist, der verwendet wird, um das induktive Kopplungselement zu heben und zu senken;
9 eine Unteransicht einer zweiten Ausführungsform eines dreidimensionalen Positionierungsmechanismus ist;
10 eine Seitenansicht des in 9 gezeigten Positionierungsmechanismus ist;
11a eine schematische Seitenansicht des in den 9 und 10 gezeigten Positionierungsmechanismus ist, die ein induktives Kopplungselement zeigt, das durch den Positionierungsmechanismus in einer 'eingezogenen' Position positioniert ist;
11b eine schematische Seitenansicht des in den 9 und 10 gezeigten Positionierungsmechanismus ist, die das induktive Kopplungselement zeigt, das durch den Positionierungsmechanismus in einer 'Gebrauchs'-Position positioniert ist; und
11c eine schematische Ansicht der Unterseite eines Teils eines Kraftfahrzeugs ist, die eine Betriebszone für den in den 9 bis 11b gezeigten Positionierungsmechanismus zeigt.
In den 1a bis 1e sind eine Straße, die durch einen Bordstein 1 begrenzt ist, und eine Ladebucht 2, die so angeordnet ist, dass sie sich in einer Längsrichtung entlang dem Bordstein 1 erstreckt, gezeigt. Die Ladebucht 2 besitzt einen in der Mitte angeordneten festen Ladepunkt 3, der in den 1a bis 1e als ein großes Rechteck angegeben ist, der aber in der Praxis eine kleinere Größe besitzen würde. Es wird erkannt, dass die Orientierung der Ladebucht 2 von der gezeigten Orientierung verschieden sein könnte und dass die Erfindung nicht auf die Verwendung mit einer Ladebucht 2, die so orientiert ist, wie gezeigt ist, eingeschränkt ist.
Ein Kraftfahrzeug 5 mit einem in der Mitte angebrachten induktiven Kopplungselement 6 (das in den 1a bis 1e als ein schwarzer Fleck gezeigt ist) ist in verschiedenen Positionen angeordnet gezeigt, um die Schwierigkeit beim richtigen Positionieren des induktiven Kopplungselements 5 zu veranschaulichen.
Die induktive Kopplung kann innerhalb der Grenzen des Rechtecks 3 auftreten, wobei aber eine effiziente induktive Kopplung nur auftritt, wenn das induktive Kopplungselement 6 perfekt auf die Mitte des Rechtecks ausgerichtet ist, wie in 1a gezeigt ist.
In 1b ist das Kraftfahrzeug 5 in der Ladebucht 2 zu weit vorn positioniert, so dass eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt 3 und dem an dem Fahrzeug angebrachten Induktionselement 6 nicht erhalten wird, in 1c ist das Kraftfahrzeug 5 in der Ladebucht 2 zu weit rechts positioniert, so dass eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt 3 und dem an dem Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement 6 nicht erhalten wird, in 1d ist das Kraftfahrzeug 5 in der Ladebucht 2 zu weit links und zu weit hinten positioniert, so dass eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt 3 und dem an dem Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement 6 nicht erhalten wird, und in 1e ist das Kraftfahrzeug 5 in der Ladebucht 2 in einem Winkel positioniert, so dass sich seine Position zu weit rechts und zu weit vorn befindet und eine perfekte Ausrichtung zwischen dem festen Ladepunkt 3 und dem an dem Fahrzeug angebrachten induktiven Kopplungselement 6 nicht erhalten wird.
In 2 ist ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Frontpartie, die durch den Pfeil "F" angegeben ist, gezeigt.
Das Kraftfahrzeug 15 besitzt vier Straßenräder und enthält eine Quelle der Antriebsleistung und einen Triebstrang (die nicht gezeigt sind), um das Kraftfahrzeug 15 entlang einer Straße anzutreiben.
Das Kraftfahrzeug 15 enthält einen dreidimensionalen Positionierungsmechanismus 20, der sich an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs 15 befindet, um ein induktives Kopplungselement 25 bezüglich eines Bodens 17 des Kraftfahrzeugs 15 in drei Richtungen zu bewegen. Die drei Richtungen sind vorwärts und rückwärts in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 15, nach links und nach rechts in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs 15 und aufwärts und abwärts in einer vertikalen Richtung des Kraftfahrzeugs 15 von der Unterseite des Kraftfahrzeugs 15 zum Boden, auf dem das Kraftfahrzeug 15 ruht.
Der Positionierungsmechanismus 20 enthält einen ersten Schlitten 22, der in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 15 beweglich ist, wie durch den Doppelpfeil "L" in 2 angegeben ist, einen zweiten Schlitten 23, der an dem ersten Schlitten 22 angebracht ist, für die Bewegung in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs 15, wie durch den Doppelpfeil "T" in 2 angegeben ist, und einen Hubmechanismus, der an dem zweiten Schlitten 23 befestigt ist, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements 25 zu verändern. Der Hubmechanismus zum Verändern der vertikalen Position könnte ein Hebelarmmechanismus sein oder könnte ein ausfahrbarer Kolben sein. Es wird erkannt, dass der Hubmechanismus das induktive Kopplungselement 25 nicht in einer ausschließlich vertikalen Richtung bewegen muss, wobei er lediglich das induktive Kopplungselement 25 aus einer Position, in der es einer Unterseite des Bodens 17 benachbart eingezogen ist, in eine Gebrauchsposition bewegen muss, in der es an dem oder sehr nah an dem festen Ladepunkt auf dem Boden positioniert ist, d. h., die vertikale Position des induktiven Kopplungselements 25 ändern muss.
An der Unterseite des Bodens 17 ist ein Paar sich longitudinal erstreckender Führungen 21R, 21L befestigt, um den ersten Schlitten 22 beweglich zu stützen.
Der zweite Schlitten 23 ist auf dem ersten Schlitten 22 beweglich gestützt, der in der Form eines Trägers vorhanden ist, der sich zwischen den beiden Führungen 21R, 21L erstreckt.
Es sind (nicht gezeigte) Aktuatoren bereitgestellt, um den ersten Schlitten 22 entlang den Führungen 21R, 21L bezüglich des Bodens 17, den zweiten Schlitten 23 entlang dem ersten Schlitten 22 und das induktive Kopplungselement 25 bezüglich des zweiten Schlittens 23 aufwärts und abwärts zu bewegen. Das induktive Kopplungselement 25 kann an der Unterseite des Kraftfahrzeugs 15 innerhalb einer Betriebszone 'Z' positioniert sein, wie durch die strichpunktierte Linie in 2 angegeben ist.
Die Aktuatoren für den ersten und den zweiten Schlitten 22 und 23 und der Aktuator oder die Aktuatoren für den Hubmechanismus sind alle in Reaktion auf Signale, die von einer Anzahl beabstandeter Induktionssensoren 16, die betriebstechnisch mit dem elektronischen Controller 10 verbunden sind, empfangen werden, durch einen elektronischen Controller 10 gesteuert. In diesem Beispiel ist gezeigt, dass vier Induktionssensoren zu den vier Ecken des Kraftfahrzeugs 15 hin positioniert sind, wobei sich die vier Induktionssensoren aber in anderen Beispielen mehr in der Mitte befinden können, wie durch die Sensoren 16' angegeben ist, oder wobei beide Sätze der Sensoren 16, 16' vorhanden sein könnten. In anderen Beispielen könnten nur drei Induktionssensoren verwendet werden oder könnten mehr als vier Sensoren verwendet werden.
In allen Fällen enthält jeder Sensor eine Spule, die verwendet wird, um die Größe der induktiven Kopplung an seinem Ort abzutasten. Die Signale von den Induktionssensoren 16 oder 16' werden durch den elektronischen Controller 10 verwendet, um den aktuellen Ort des festen Ladepunkts bezüglich eines bekannten Punktes zu bestimmen. Der bekannte Punkt ist in diesem Fall die aktuelle Position des induktiven Kopplungselements 25.
Die aktuelle Position des induktiven Kopplungselements 25 ist zu jeder Zeit bekannt, weil der Positionierungsmechanismus 20 außerdem ein (nicht gezeigtes) Positionsrückkopplungssystem enthält, das eine Anzahl von Sensoren verwendet, die dem ersten und dem zweiten Schlitten 22 und 23 und dem Hubhöhenmechanismus zugeordnet sind, um Ausgaben bereitzustellen, die die aktuelle Position des induktiven Kopplungselements 25 angeben.
Das induktive Kopplungselement 25 ist über einen Lade-Controller 11 mit einer Energiespeichervorrichtung 12 verbunden.
Die Energiespeichervorrichtung 12 kann in der Form von einer oder mehreren Batterien oder anderen Vorrichtungen, die elektrische Energie speichern können, vorhanden sein oder kann eine zusammengesetzte elektrische/mechanische Energiespeichervorrichtung sein, wie z. B. ein Motor/Schwungrad mit hoher Drehzahl, wie z. B. die Motoren/Schwungräder mit hoher Drehzahl, die von Williams Hybrid Power Ltd. hergestellt werden.
Im letzteren Fall wird die elektrische Energie einem Elektromotor bereitgestellt, um die Drehzahl des Schwungrads zu erhöhen und dadurch die in dem Schwungrad gespeicherte kinetische Energie wiederaufzufüllen. Die gespeicherte kinetische Energie kann zu einem späteren Zeitpunkt entweder unter Verwendung des Schwungrads, das an einen Abschnitt des Triebstrangs des Kraftfahrzeugs 15 gekoppelt ist, oder unter Verwendung des Schwungrads, um den Elektromotor als einen Generator anzutreiben und dann die elektrische Energie von dem Generator einem oder mehreren elektrischen Schaltungen in dem Kraftfahrzeug, wie z. B. einen Elektrofahrmotor, zuzuführen, extrahiert werden.
Der Betrieb des Kraftfahrzeugs 15 zum Wiederauffüllen der in der Energiespeichervorrichtung 12 gespeicherten Energie ist wie folgt.
Zuerst lokalisiert der Fahrer des Kraftfahrzeugs 15 eine Ladebucht, wie z. B. die in den 1a bis 1e gezeigte Ladebucht. Dann parkt der Fahrer das Kraftfahrzeug 15 in der Ladebucht oder verwendet eine Einparkhilfe, falls sie in dem Kraftfahrzeug 15 verfügbar ist, um das Kraftfahrzeug 15 in der Ladebucht zu parken. Der Fahrer leitet dann die Auffüllung der Energiespeichervorrichtung 12 durch das Betätigen einer Mensch-Maschine-Schnittstelle ein, die ein Schalter oder eine Berührungsbildschirmvorrichtung oder irgendeine andere HMI-Vorrichtung, die für diesen Zweck ausgelegt ist, sein könnte.
Sobald die Auffüllung eingeleitet worden ist, ist der elektronische Controller 10 betreibbar, um die Position des dreidimensionalen Positionierungsmechanismus 20 in Reaktion auf die von den Induktionssensoren 16 oder 16' empfangenen Signale unter Verwendung von Triangulationstechniken und der aktuellen Position des induktiven Kopplungselements 25 zu steuern. Wenn die Ausgaben von den vier Sensoren 16 z. B. angeben, dass sich der feste Ladepunkt auf der in der Mitte befindlichen Längsachse des Kraftfahrzeugs 15 in einem Abstand von 0,5 m von der aktuellen Position des induktiven Kopplungselements 25, das sich gegenwärtig außerdem auf der in der Mitte befindlichen Längsachse des Kraftfahrzeugs 15 befindet, nach vorn befindet, dann wird der erste Schlitten 22 durch den Aktuator oder die Aktuatoren, der bzw. die ihm zugeordnet ist bzw. sind, um einen Abstand von 0,5 m nach vorn bewegt, wobei dann das induktive Kopplungselement 25 nach unten gesenkt wird, um auf den festen Ladepunkt ausgerichtet zu sein. Vorzugsweise ist das induktive Kopplungselement 25 ohne einen Luftspalt an dem festen Ladepunkt positioniert. Es wird ein ähnlicher Prozess für jeden anderen Ort des festen Ladepunkts innerhalb der Betriebszone Z des Positionierungsmechanismus 20 durchgeführt.
Wenn durch die Induktionssensoren 16 oder 16' bestimmt wird, dass sich der feste Ladepunkt außerhalb der Betriebszone Z des Positionierungsmechanismus 20 befindet, dann ist der elektronische Controller 10 betreibbar, um dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 15 eine Warnung bereitzustellen, dass das Wiederauffüllen der Energiespeichervorrichtung aufgrund der Fehlausrichtung des Fahrzeugs nicht möglich ist. Diese Warnung könnte über das Aufleuchten einer Warnlampe oder über eine alphanumerische Nachricht auf einer Anzeige erfolgen. Im letzteren Fall könnte außerdem eine Anleitung bezüglich der erforderlichen Handlung angegeben werden, wie z. B. "vorwärts", "rückwärts", "nach links", "nach rechts".
Bei dieser Ausführungsform geschieht die Ausrichtung des induktiven Kopplungselements 25 auf den festen Ladepunkt in den meisten Hinsichten vollständig automatisch, außer wenn das Fahrzeug 15 so schlecht positioniert ist, dass der feste Ladepunkt außerhalb der Betriebszone Z des Positionierungsmechanismus liegt.
Wenn bestimmt wird, dass das induktive Kopplungselement 25 bezüglich des festen Ladepunkts richtig ausgerichtet und positioniert ist, dann verbindet der Lade-Controller 11 das induktive Kopplungselement 25 mit der Energiespeichervorrichtung 12, so dass das Energieniveau der Energiespeichervorrichtung 12 wiederaufgefüllt werden kann.
Der Lade-Controller 11 ist betreibbar, um das Energieniveau der Energiespeichervorrichtung 12 während der Auffüllung zu überwachen, wobei er, wenn es ein vorgegebenes Niveau erreicht, den Fluss der elektrischen Energie von dem festen Ladepunkt zu der Energiespeichervorrichtung 12 beendet. Das induktive Kopplungselement 25 wird dann durch den elektronischen Controller 10 in seine eingezogene Position zurückgeführt.
Es wird erkannt, dass, falls die Energiespeichervorrichtung aus einer oder mehreren Batterien besteht, dann die 'Auffüllung' das Laden der Batterie oder der Batterien umfasst.
Der Lade-Controller 11 ist außerdem betreibbar, um das Energieniveau in der Energiespeichervorrichtung 12 während der normalen Verwendung des Kraftfahrzeugs 15 zu überwachen und den Fahrer zu benachrichtigen, falls das Niveau der in der Energiespeichervorrichtung 12 gespeicherten Energie unter ein vorgegebenes Niveau fällt. Der Lade-Controller kann außerdem oder zusätzlich eine kontinuierliche Ausgabe des Niveaus der in der Energievorrichtung 12 gespeicherten Energie auf eine Weise bereitstellen, die zu der einer Kraftstoffanzeige in einem herkömmlichen Benzinkraftfahrzeug ähnlich ist.
Die Induktionssensoren 16, 16' könnten durch eine Anzahl von Sensorspulen ergänzt sein, die sich an dem induktiven Kopplungselement 25 befinden und mit dem elektronischen Controller 10 verbunden sind. Eine derartige Anordnung ist in der US-Patentveröffentlichung 2013/0033224 offenbart, wobei eine Sensoranordnung wie z. B. diese verwendet werden könnte, um unter Verwendung der Ausgaben von den Sensorspulen, die sich an dem induktiven Kopplungselement 25 befinden, die Feinabstimmung der Position des induktiven Kopplungselements 25 zu erleichtern, sobald es nah bei dem festen Ladepunkt positioniert worden ist, um das induktive Kopplungselement 25 auf den festen Ladepunkt auszurichten.
In 3 ist eine zweite Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 15 mit einer Frontpartie, die durch den Pfeil "F" angegeben ist, gezeigt.
Das Kraftfahrzeug 55 besitzt vier Straßenräder und enthält eine Quelle der Antriebsleistung und einen Triebstrang (die nicht gezeigt sind), um das Kraftfahrzeug 55 entlang einer Straße anzutreiben.
Das Kraftfahrzeug 55 enthält einen dreidimensionalen Positionierungsmechanismus 70, der sich an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs 55 befindet, um ein induktives Kopplungselement 75 bezüglich eines Bodens 57 des Kraftfahrzeugs 55 in drei Richtungen zu bewegen. Der Positionierungsmechanismus 70 ist normalerweise an dem Boden 57 des Kraftfahrzeugs 55 befestigt, wobei aber alternativ Teile der Kraftfahrzeugstruktur verwendet werden können, um den Positionierungsmechanismus 70 unterhalb des Kraftfahrzeugs 55 zu stützen.
Der Positionierungsmechanismus 70 enthält einen ersten Schlitten 72, der in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 55 beweglich ist, wie durch den Doppelpfeil "L" in 3 angegeben ist, einen zweiten Schlitten 73, der an dem ersten Schlitten 72 angebracht ist, für die Bewegung in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs 55, wie durch den Doppelpfeil "T" in 3 angegeben ist, und einen Hubmechanismus, der an dem zweiten Schlitten 73 befestigt ist, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements 75 zu verändern. Der Hubmechanismus könnte ein Hebelarmmechanismus sein oder könnte ein ausfahrbarer Kolben sein. Es wird erkannt, dass der Hubmechanismus betreibbar ist, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements 75 von einer Position, in der es einer Unterseite des Bodens 57 benachbart eingezogen ist, in eine Gebrauchsposition zu ändern, in der es an dem oder sehr nah an dem festen Ladepunkt auf dem Boden positioniert ist.
An der Unterseite des Bodens 57 ist ein Paar sich longitudinal erstreckender Schienen oder Führungen 71R, 71L befestigt, um den ersten Schlitten 72 beweglich zu stützen.
Der zweite Schlitten 73 ist auf dem ersten Schlitten 72 beweglich gestützt, der in der Form eines Trägers vorhanden ist, der sich zwischen den beiden Führungen 71R, 71L erstreckt.
Es sind (nicht gezeigte) Aktuatoren bereitgestellt, um den ersten Schlitten 72 entlang den Führungen 71R, 71L bezüglich des Bodens 57, den zweiten Schlitten 73 entlang dem ersten Schlitten 72 und das induktive Kopplungselement 75 bezüglich des zweiten Schlittens 73 aufwärts und abwärts zu bewegen. Das induktive Kopplungselement 75 kann an der Unterseite des Kraftfahrzeugs 55 innerhalb einer Betriebszone 'Z' positioniert sein, wie durch die strichpunktierte Linie in 3 angegeben ist.
Die Aktuatoren für den ersten und den zweiten Schlitten 72 und 73 und für den Hubmechanismus sind in Reaktion auf eine Steuereingabe, die von der Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen wird, die in diesem Fall in der Form eines Joysticks 58 vorhanden ist, durch einen elektronischen Controller 60 gesteuert.
Eine Anzahl beabstandeter Weitwinkelkameras 56 ist nah an der, aber außerhalb der Betriebszone Z des Positionierungsmechanismus 70 positioniert. In anderen Ausführungsformen könnten nur drei Kameras verwendet werden oder könnten mehr als vier Kameras verwendet werden. Jede der Kameras 56 enthält eine Lichtquelle, wie z. B. eine Leuchtdiodenanordnung, um einen Bereich vor der jeweiligen Kamera 56 zu beleuchten.
Die Signale von den Kameras 56 werden verwendet, um den Ort des festen Ladepunkts bezüglich des induktiven Kopplungselements 75 zu bestimmen. Die Position des induktiven Kopplungselements 75 kann aus den durch die Kamera 56 erzeugten Bildern geschätzt werden.
Die Signale von den vier Kameras 56 werden entweder als separate Bilder oder als ein zusammengesetztes Bild auf einer Anzeigevorrichtung 59 angezeigt. Die Anzeigevorrichtung 59 könnte dieselbe Vorrichtung sein, die verwendet wird, um ein Bild von einer Rückfahrkamera oder einer Rückblickkamera anzuzeigen, oder könnte eine maßgeschneiderte Anzeige sein.
Der Fahrer des Kraftfahrzeugs 55 kann den Joystick 58 verwenden, um das induktive Kopplungselement 25 aus seiner aktuellen Position zu der Position des festen Ladepunkts zu bewegen, wobei auf dem Anzeigeschirm 59 eine Anleitung bereitgestellt sein könnte, um dieses Manövrieren des induktiven Kopplungselements 25 zu unterstützen.
Wenn das induktive Kopplungselement 25 über dem festen Ladepunkt positioniert ist, betätigt der Fahrer eine Drucktaste oder eine andere Steuerung, um das induktive Kopplungselement 25 auf den festen Ladepunkt zu senken.
Als eine Verfeinerung für diese Ausführungsform könnten die Kameras 56 durch eine Anzahl von Sensorspulen, die sich an dem induktiven Kopplungselement 75 befinden und mit dem elektronischen Controller 60 verbunden sind, ergänzt sein. Eine derartige Anordnung ist in der US-Patentveröffentlichung 7013/0033724 offenbart. Eine derartige Sensoranordnung könnte verwendet werden, um die Feinabstimmung der Position des induktiven Kopplungselements 75 zu erleichtern, sobald es unter Verwendung der Kameras 56 nah an dem festen Ladepunkt positioniert worden ist. Dies könnte durch das Bereitstellen einer spezifischen Anleitung auf der Anzeige 59 basierend auf den jeweiligen Signalpegeln von den Sensorspulen an dem induktiven Kopplungselement 25 ausgeführt werden. Es könnte z. B. ein Pfeil oder ein Text angezeigt werden, der die Richtung angibt, in der das induktive Kopplungselement 25 bewegt werden muss.
Es wird erkannt, dass die Kameras 56 durch eine oder mehrere Kameras an alternativen Orten zu jenen, die in 3 gezeigt sind, ergänzt oder ersetzt sein könnten. Eine oder mehrere Kameras könnten z. B. und ohne Einschränkung an dem induktiven Kopplungselement 75 und/oder an dem zweiten Schlitten 73 angebracht sein.
Das induktive Kopplungselement 75 ist über einen Lade-Controller 61 mit einer Energiespeichervorrichtung 62 verbunden.
Die Energiespeichervorrichtung 62 kann in der Form von einer oder mehreren Batterien oder anderen Vorrichtungen, die elektrische Energie speichern können, vorhanden sein oder kann eine zusammengesetzte elektrische/mechanische Energiespeichervorrichtung sein, wie z. B. ein Motor/Schwungrad mit hoher Drehzahl, auf das oben Bezug genommen worden ist.
Der Betrieb des Kraftfahrzeugs 55 zum Wiederauffüllen der in der Energiespeichervorrichtung 62 gespeicherten Energie ist wie folgt.
Zuerst lokalisiert der Fahrer des Kraftfahrzeugs 55 eine Ladebucht, wie z. B. die in den 1a bis 1e gezeigte Ladebucht. Dann parkt der Fahrer das Kraftfahrzeug 55 in der Ladebucht oder verwendet eine Einparkhilfe, falls sie in dem Kraftfahrzeug 55 verfügbar ist, um das Kraftfahrzeug in der Ladebucht zu parken. Der Fahrer leitet dann die Auffüllung der Energiespeichervorrichtung 62 durch das Betätigen einer Mensch-Maschine-Schnittstelle ein, die ein Schalter oder eine Berührungsbildschirmvorrichtung oder irgendeine andere HMI-Vorrichtung, die für diesen Zweck ausgelegt ist, die die Anzeige 59 enthalten könnte, sein könnte.
Der elektronische Controller 60 ist dann betreibbar, um die Position des dreidimensionalen Positionierungsmechanismus 70 in Reaktion auf die Steuereingabe oder die Signale, die von dem Joystick 58 empfangen werden, zu steuern.
Wenn durch die Kameras 56 bestimmt wird, dass sich der feste Ladepunkt außerhalb der Betriebszone Z des Positionierungsmechanismus 70 befindet, dann ist das Wiederauffüllen der Energiespeichervorrichtung 62 aufgrund der Fehlausrichtung des Fahrzeugs nicht möglich. Das heißt, wenn der feste Ladepunkt nicht für irgendeine der Kameras 56 sichtbar ist, dann kann das Wiederauffüllen nicht stattfinden.
Bei dieser Ausführungsform ist die Ausrichtung des induktiven Kopplungselements 75 auf den festen Ladepunkt in den meisten Hinsichten durch die direkte Steuerung des Fahrers möglich, außer wenn das Fahrzeug 55 so schlecht positioniert ist, dass der feste Ladepunkt außerhalb der Betriebszone Z des Positionierungsmechanismus liegt.
Wenn bestimmt wird, dass das induktive Kopplungselement 75 bezüglich des festen Ladepunkts richtig ausgerichtet und positioniert ist, dann verbindet der Lade-Controller 61 das induktive Kopplungselement 75 mit der Energiespeichervorrichtung 62, so dass das Energieniveau der Energiespeichervorrichtung 62 wiederaufgefüllt werden kann.
Der Lade-Controller 61 ist betreibbar, um das Energieniveau der Energiespeichervorrichtung 62 während der Auffüllung zu überwachen, wobei der Lade-Controller 61, wenn es ein vorgegebenes Niveau erreicht, den Fluss der elektrischen Energie von dem festen Ladepunkt zu der Energiespeichervorrichtung 62 beendet. Das induktive Kopplungselement 75 wird dann entweder automatisch durch den elektronischen Controller 60 oder manuell durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs 55 in seine eingezogene Position zurückgeführt.
Der Lade-Controller 61 ist außerdem betreibbar, um das Energieniveau in der Energiespeichervorrichtung 62 während der normalen Verwendung des Kraftfahrzeugs 55 zu überwachen und den Fahrer zu benachrichtigen, falls das Niveau der in der Energiespeichervorrichtung 62 gespeicherten Energie unter ein vorgegebenes Niveau fällt.
Der Lade-Controller 61 kann außerdem eine kontinuierliche Ausgabe des Niveaus der in der Energiespeichervorrichtung 62 gespeicherten Energie auf eine Weise bereitstellen, die zu der einer Kraftstoffanzeige in einem herkömmlichen Benzin- oder Dieselkraftfahrzeug ähnlich ist.
Als eine alternative Ausführungsform zu den oben beschriebenen Ausführungsformen könnte ein induktives Kopplungselement, das eine Anzahl von Sensorspulen besitzt, wie z. B. das in der US-Patentveröffentlichung 2013/0033224 gezeigte, verwendet werden, um den festen Ladepunkt zu lokalisieren. Dies kann unter Verwendung eines dreidimensionalen Positionierungssystems erreicht werden, um das induktive Kopplungselement in einem vorgegebenen Suchmuster zu bewegen und die Ausgaben von den Sensorspulen zu überwachen. Die Ausgaben von den Sensorspulen an dem induktiven Kopplungselement werden während dieser Suchphase verwendet, um die allgemeine Position des festen Ladepunkts zu lokalisieren. Das induktive Kopplungselement wird dann unter Verwendung des Positionierungsmechanismus genau positioniert, um das induktive Kopplungselement langsam in Reaktion auf die Variationen der durch die Sensorspulen erzeugten Signalstärke zu bewegen, bis die richtige Ausrichtung auf den festen Ladepunkt erreicht ist.
In den 4 bis 8 ist eine Ausführungsform eines dreidimensionalen Positionierungsmechanismus für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, gezeigt.
Der dreidimensionalen Positionierungsmechanismus 120 ist betreibbar, um ein induktives Kopplungselement 105 in drei Richtungen bezüglich eines Bodens 107 eines Kraftfahrzeugs, an dem es befestigt ist, zu bewegen.
Der Positionierungsmechanismus 120 enthält einen ersten Schlitten 102, der in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs beweglich ist, einen zweiten Schlitten 103, der an dem ersten Schlitten 102 für die Bewegung in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs angebracht ist, und einen Hebelmechanismus 108, 109, der an dem zweiten Schlitten 103 schwenkbar befestigt ist, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements 105 zu verändern.
Der Hebelmechanismus umfasst einen ersten Führungsarm 108 und einen zweiten Aktuatorarm 109 und bildet zusammen mit dem zweiten Schlitten 103 und einem Stützabschnitt 105m des induktiven Kopplungselements 105 ein Gelenkviereck, das das induktive Kopplungselement 105 ungeachtet seiner vertikalen Position im Wesentlichen horizontal aufrechterhält.
Ein Paar sich longitudinal erstreckender C-förmiger Führungen 101R, 101L ist an der Unterseite des Bodens 107 befestigt, um den ersten Schlitten 102 beweglich zu stützen.
Der zweite Schlitten 103 ist durch eine Anzahl linearer Wälzlager 103b, die zwischen dem zweiten und dem dritten Schlitten 102 und 103 angeordnet sind, beweglich auf dem ersten Schlitten 102 gestützt.
Der erste Schlitten 102 ist in der Form eines röhrenförmigen Trägers vorhanden, der sich zwischen den beiden Führungen 101R, 101L erstreckt. An jedem Ende der zweite erste Schlitten 102 ist eine Gehängeplatte 127 befestigt, um ein Paar beabstandeter Rollen oder Führungsräder 128 drehbar zu stützen. Jedes Paar der Führungsräder 128 befindet sich mit einer jeweiligen der Führungen 101R, 101L in Eingriff, wie in 6 am besten zu sehen ist.
Es sind Aktuatoren bereitgestellt, um den ersten Schlitten 102 entlang den Führungen 101R, 101L bezüglich des Bodens 107, den zweiten Schlitten 103 entlang dem ersten Schlitten 102 und das induktive Kopplungselement 105 bezüglich des Bodens "G" (5), auf dem das Kraftfahrzeug ruht, aufwärts und abwärts zu bewegen.
Der Aktuator für den ersten Schlitten 102 umfasst einen Elektromotor, der eine doppelte Riemenscheibe 115 antreibt, die einen ersten und einen zweiten Seilantrieb 121, 122 antreibt.
Der erste Seilantrieb 121 besitzt ein Seil, das an beiden Enden an dem ersten Schlitten 102 in der Nähe seines rechten Endes befestigt ist und das um die jeweiligen Riemenscheibenführungen, die sich in der Nähe des vorderen und des hinteren Endes der rechten Führung 101R befinden, gezogen ist.
Der zweite Seilantrieb 122 besitzt ein Seil, das an beiden Enden an dem ersten Schlitten 102 in der Nähe seines linken Endes befestigt ist und das um die jeweiligen Riemenscheibenführungen, die sich in der Nähe des vorderen und des hinteren Endes der linken Führung 101L befinden, gezogen ist.
Falls der Motor die doppelte Riemenscheibe 115 in der Richtung dreht, die durch den Pfeil "r" in 4 angegeben ist, bewegt sich der erste Schlitten 102 in der Richtung des Pfeils "X" in 4. Die Drehung der doppelten Riemenscheibe 115 in einer entgegengesetzten Richtung führt dazu, dass sich der zweite Schlitten in der entgegengesetzten Richtung zur Vorderseite des Kraftfahrzeugs bewegt.
Ein Aktuatormittel für den zweiten Schlitten 103 umfasst einen Elektromotor 116, der eine doppelte Riemenscheibe 118 über einen (nicht gezeigten) Schneckenantrieb antreibt. Zwei Seile 119a, 119b sind in entgegengesetzten Richtungen um die doppelte Riemenscheibe 118 gewickelt. Ein erstes der Seile 119a ist an einem Ende durch einen Anker 102a an dem ersten Schlitten 102 in der Nähe seines rechten Endes und an einem gegenüberliegenden Ende an der doppelten Riemenscheibe 118 befestigt. Ein zweites der Seile 119b ist an einem Ende durch einen Anker 102b an dem ersten Schlitten 102 in der Nähe seines linken Endes und an einem gegenüberliegenden Ende an der doppelten Riemenscheibe 118 befestigt.
Wenn die doppelte Riemenscheibe 118 in der Richtung, die durch den Pfeil "R" in 4 angegeben ist, gedreht wird, dann bewegt sich der zweite Schlitten 103 in der Richtung des Pfeils "M" in 4 und umgekehrt.
Ein Aktuator für den Hebelarmmechanismus umfasst einen Elektromotor 110, der über einen Schneckenantrieb 129 eine Welle 109s antreibt, die an dem Aktuatorarm 109 befestigt ist.
Wenn sich der Motor 110 in einer Heberichtung dreht, dreht sich die Welle 109s in einer Richtung im Uhrzeigersinn, wie in 8 gesehen wird, wobei sie dadurch den Aktuatorarm 109 und das induktive Kopplungselement 105 hebt. Wenn die Welle 109s durch den Motor 110 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wird das induktive Kopplungselement 105 gesenkt.
In 5 ist das induktive Kopplungselement 105 in einer erhöhten oder eingezogenen Position gezeigt, wobei es sich über einem festen Ladepunkt 130 befindet, der sich auf dem Boden "G" befindet, auf dem das Kraftfahrzeug ruht. Wenn sich der Motor 110 in einer Senkrichtung dreht, wird das induktive Kopplungselement 105 gesenkt, damit es auf dem festen Ladepunkt 130 ruht.
Die Mittel, die verwendet werden, um das induktive Kopplungselement 105 zu steuern und zu positionieren, sind so, wie vorher beschrieben worden ist, und enthalten einen elektronischen Controller, um den Betrieb der drei Aktuatoren zu steuern. Es wird erkannt, dass an den Aktuatoren Sensoren verwendet werden, um eine Rückkopplung bereitzustellen, aus der die tatsächliche Position in drei Dimensionen des induktiven Kopplungselements 105 bestimmt werden kann.
Obwohl der gezeigte Positionierungsmechanismus 120 ein Seilantriebssystem für den ersten und den zweiten Schlitten 102 und 103 verwendet, wird erkannt, dass andere Antriebsmittel verwendet werden könnten. Es könnten z. B. und ohne Einschränkung Linearmotoren verwendet werden, um den ersten Schlitten 102 entlang den Führungen 101R, 101L zu bewegen, und es kann ein weiterer Linearmotor verwendet werden, um den zweiten Schlitten 103 entlang dem ersten Schlitten 102 zu bewegen.
Als eine noch weitere Alternative könnten Elektromotoren verwendet werden, um Zahnstangentriebe anzutreiben, die sich zwischen dem ersten Schlitten 102 und den Führungen 101R, 101L und zwischen dem zweiten Schlitten 103 und dem ersten Schlitten 102 befinden. In einer derartigen Ausführungsform ist eine Zahnstange für den Eingriff mit einem entsprechenden Zahnrad, das durch Elektromotoren angetrieben ist, die an dem ersten Schlitten 102 angebracht sind, an jeder der Führungen 101R, 101L befestigt. Ähnlich ist eine Zahnstange für den Eingriff mit einem Zahnrad, das durch einen Elektromotor angetrieben ist, der an dem zweiten Schlitten 103 angebracht ist, an dem ersten Schlitten 102 befestigt.
In den 9 bis 11c ist eine alternative Ausführungsform eines dreidimensionalen Positionierungsmechanismus 220 gezeigt, der als ein Ersatz für den in den 2 und 3 gezeigten Positionierungsmechanismus verwendet werden könnte.
Der Positionierungsmechanismus 220 umfasst ein Revolverkopfelement 221, das drehbar an einem Basiselement 223 angebracht ist, das verwendet wird, um den Positionierungsmechanismus an einer Unterseite eines Bodens 257 des Kraftfahrzeugs zu befestigen, an dem der Positionierungsmechanismus 220 angebracht ist. 10 zeigt den Positionierungsmechanismus 220 aus seiner Betriebsposition, die in den 11a und 11b richtig orientiert gezeigt ist, auf dem Kopf stehend.
Ein ausfahrbarer Arm 222 ist mittels einer als Drehpunkt dienenden Verbindung 226 und einem Aktuatorkolben 224 an einem Ende an dem Revolverkopfs 221 befestigt. Wenn der Kolben 224 ausgefahren wird, wird der ausführbare Arm 222 bezüglich des Revolverkopfs 221 um die als Drehpunkt dienende Verbindung 226 in der Richtung gedreht, die durch den Pfeil 'r' in 10 angegeben ist, um ein induktives Kopplungselement 225 zu dem Boden "G" zu bewegen, auf dem das Kraftfahrzeug ruht. Wenn der Kolben 224 eingezogen wird, wird der ausfahrbare Arm 222 um die als Drehpunkt dienende Verbindung 226 in einer Richtung gedreht, die zu der entgegengesetzt ist, die durch den Pfeil 'r' in 10 angegeben ist, um das induktive Kopplungselement 225 weg von dem Boden "G" zu bewegen.
Das induktive Kopplungselement 225 ist mit einem äußeren Ende eines äußeren Arms 222b verbunden, der an einem inneren Ende durch einen röhrenförmigen inneren Arm 222a gleitend gestützt ist. Der innere und der äußere Arm 222a und 222b bilden in Kombination den ausfahrbaren Arm 222. In dieser Ausführungsform befindet sich der ausfahrbare Arm 222 in der Form eines doppelt wirkenden hydraulischen Kolbens. Ein (nicht gezeigter) Kolben ist an dem inneren Ende des äußeren Arms 222b befestigt.
Durch das Zuführen von Druck auf einer Innenbordseite des Kolbens wird der äußere Arm 222b aus dem inneren Arm 222a geschoben, um die Länge des ausfahrbaren Arms 222 zu vergrößern und umgekehrt. Der äußere Arm 222b kann deshalb durch das Einstellen des Druckdifferentials, das über dem Kolben besteht, ausgefahren oder eingezogen werden, wie durch den Pfeil mit zwei Spitzen "E" in 10 angegeben ist. Es wird erkannt, dass der ausfahrbare Arm mehr als zwei Arme umfassen könnte und dass andere Mittel verwendet werden könnten, um die Arme auszufahren und einzuziehen.
Der Revolverkopf 221 ist um eine im Wesentlichen vertikale Achse drehbar, wie durch den Pfeil mit zwei Spitzen "R" in 9 angegeben ist. Die Drehung des Revolverkopfs 221 bezüglich des Basiselements 223 wird durch einen Drehaktuator ausgeführt, der mit dem Basiselement 223 in der Form eines (nicht gezeigten) Elektromotors, der ein Geradstirnrad besitzt, das an einer Ausgangswelle des Elektromotors befestigt ist, der ein (nicht gezeigtes) Hohlrad antreibt, das an dem Revolverkopf 221 befestigt ist, untergebracht ist. Es wird erkannt, dass das Basiselement 223 (nicht gezeigte) Lagermittel enthält, um den Revolverkopf 221 drehbar auf dem Basiselement 223 zu stützen.
Eine Betriebszone 'Z' für den Positionierungsmechanismus ist in 11c schematisch gezeigt. Es wird erkannt, dass die Betriebszone 'Z' in diesem Fall zwei Bögen umfasst, die der eingezogenen und der ausgefahrenen Position des ausfahrbaren Arms 222 entsprechen, die durch Geraden miteinander verbunden sind, die den Außenkanten des Bodens 257 benachbart und zu den Außenkanten des Bodens 257 parallel angeordnet sind. Es wird jedoch erkannt, dass der Revolverkopf 221 dafür ausgelegt sein könnte, sich um 360 Grad zu drehen, so dass die Betriebszone dann einen ringförmigen Bereich umfassen würde.
Der Betrieb des Positionierungsmechanismus 220 wird unter Bezugnahme auf die 11a und 11b am besten verstanden.
In 11a ist der Positionierungsmechanismus 220 mit dem induktiven Kopplungselement 225 in einer eingezogenen oder erhöhten Position gezeigt.
In diesem Zustand ist der einfahrbare Arm 222 vollständig eingezogen, wobei das induktive Kopplungselement 225 in einer Vertiefung oder einer Aussparung 257a positioniert ist, die in dem Boden 257 des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Das Basiselement 223 ist unter dem Boden 257 befestigt, der nach oben abgestuft ist, um den Anteil zu verringern, um den der Revolverkopf 221 unter das Niveau des Hauptabschnitts des Bodens 257 vorsteht. Der nach oben abgestufte Abschnitt des Bodens könnte in dem Fall eines Passagierkraftfahrzeugs ein Boden eines Gepäckraums eines Kraftfahrzeugs sein, wobei die Stufe in dem Boden in dem Bereich einer (nicht gezeigten) hinteren Trennwand positioniert sein könnte, die einen (nicht gezeigten) Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs von einem (nicht gezeigten) Gepäckraum trennt.
Es ist gezeigt, dass ein fester Ladepunkt 280 in den Boden "G", auf dem das Kraftfahrzeug ruht, eingelassen ist. Es wird erkannt, dass der feste Ladepunkt 280 alternativ dafür ausgelegt sein könnte, oben auf dem Boden "G" befestigt zu sein, wobei er in diesem Fall von dem Boden "G" nach oben vorstehen würde, anstatt im Wesentlichen mit dem Boden "G" bündig zu sein, wie in den 11a und 11b gezeigt ist.
In 11b ist das induktive Kopplungselement 225 in einer Gebrauchsposition gezeigt, in der es auf den festen Ladepunkt 280 ausgerichtet und auf dem festen Ladepunkt 280 positioniert ist, so dass dazwischen kein signifikanter Luftspalt vorhanden ist. Wie gezeigt ist, befindet sich der feste Ladepunkt 280 bei der maximalen Reichweite des Positionierungsmechanismus 220. Das heißt, der feste Ladepunkt befindet sich an einer vorderen Grenze der Betriebszone 'Z' des Positionierungsmechanismus 220. In dieser Position ist der ausfahrbare Arm 222 vollständig ausgefahren und der Kolben 224 ist ausgefahren, um das induktive Kopplungselement 225 in Ausrichtung auf den festen Ladepunkt 280 nah bei dem Boden "G" zu positionieren. Vorzugsweise gibt es keinen Luftspalt zwischen dem induktiven Kopplungselement 225 und einer Oberseite des festen Ladepunkts 280.
Es wird erkannt, dass sich das induktive Kopplungselement 225 irgendwo in der Betriebszone 'Z' des Positionierungsmechanismus in einer Gebrauchsposition befinden kann, wobei daher der ausfahrbare Arm 222 nicht vollständig ausgefahren sein muss, damit das induktive Kopplungselement 225 in der 'Gebrauchs'-Position positioniert ist.
Es wird ein Steuersystem, das Sensoren und wenigstens einen elektronischen Controller besitzt, verwendet, um den Positionierungsmechanismus 220 zu steuern, wie vorher unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben worden ist.
Es wird erkannt, dass die hier beschriebene Vorrichtung für irgendeinen Typ eines Straßenfahrzeugs nützlich ist, der die Auffüllung von Energie in einer Energiespeichervorrichtung mittels induktiver Kopplung mit einem festen sich am Boden befindlichen Ladepunkt erfordert.
Es wird erkannt, dass sich der dreidimensionale Positionierungsmechanismus an irgendeiner geeigneten Position an dem Kraftfahrzeug befinden könnte.
Obwohl sich in den beschriebenen Ausführungsformen die Betriebszone immer innerhalb des Umfangs des Kraftfahrzeugs befindet, wird erkannt, dass dies nicht der Fall sein muss und dass der Positionierungsmechanismus dafür ausgelegt sein könnte, die Kopplung mit einem festen Ladepunkt außerhalb des Umfangs des Kraftfahrzeugs zu erleichtern.
Es wird außerdem erkannt, dass die beiden hier offenbarten Ausführungsformen durch das Anbringen einer Anordnung aus einem Revolverkopf und einem ausfahrbaren Arm, wie in den 9 bis 11c gezeigt ist, an dem zweiten Schlitten, der in den 2 bis 4 gezeigt ist, kombiniert werden könnten, um die Stützarme für das induktive Kopplungselement zu ersetzen. Eine derartige Anordnung ist besonders vorteilhaft, falls es erforderlich ist, die Verwendung des Positionierungsmechanismus für die Kopplung mit einem Ladepunkt zu fördern, der sich außerhalb des Umfangs des Kraftfahrzeugs befindet.
Es wird durch die Fachleute auf dem Gebiet erkannt, dass, obwohl die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben worden ist, sie nicht auf die offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt ist und dass alternative Ausführungsformen konstruiert werden könnten, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0131505 [0002, 0003]
US 2013/0033224 [0067, 0094]
US 7013/0033724 [0081]

Claims

Kraftfahrzeug, das eine Karosseriestruktur, eine Energiespeichervorrichtung und ein induktives Ladesystem, um die Energiespeichervorrichtung durch das Verbinden der Energiespeichervorrichtung mit einer Quelle elektrischer Leistung mittels einer induktiven Kopplung mit einem festen am Boden befindlichen induktiven Ladepunkt selektiv wiederaufzufüllen, besitzt, wobei das induktive Ladesystem ein induktives Kopplungselement und einen dreidimensionalen Positionierungsmechanismus umfasst, der dafür ausgelegt ist, das induktive Kopplungselement zu stützen, und betreibbar ist, um das induktive Kopplungselement so zu positionieren, dass das induktive Kopplungselement auf den festen Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts positioniert ist, um die Auffüllung der Energiespeichervorrichtung über das induktive Kopplungselement zu fördern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Positionierungsmechanismus einen ersten Schlitten, der in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs beweglich ist, einen zweiten Schlitten, der an dem ersten Schlitten für die Bewegung in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs angebracht ist, und einen Hubmechanismus, der an dem zweiten Schlitten angebracht ist, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements zu verändern, enthält.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Mechanismus, um die vertikale Position des induktiven Kopplungselements zu verändern, wenigstens einen Arm umfasst, der an einem Ende mit dem zweiten Schlitten schwenkbar verbunden ist und der an einem gegenüberliegenden Ende mit dem induktiven Kopplungselement verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Mechanismus ein Paar von Armen umfasst, von denen jeder an einem jeweiligen Ende mit dem zweiten Schlitten schwenkbar verbunden ist und an einem jeweiligen gegenüberliegenden Ende mit dem induktiven Kopplungselement verbunden ist, um zusammen mit dem zweiten Schlitten und dem induktiven Kopplungselement ein Gelenkviereck zu bilden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Positionierungsmechanismus einen drehbaren Revolverkopf und wenigstens einen ausziehbaren Arm, der an einem Ende mit dem drehbaren Revolverkopf schwenkbar verbunden ist und an einem gegenüberliegenden Ende mit dem induktiven Kopplungselement verbunden ist, umfasst.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fahrzeug ferner wenigstens drei Induktionssensoren, die in bekannten Positionen an der Unterseite des Fahrzeugs positioniert sind, und einen elektronischen Controller, der dafür ausgelegt ist, die Ausgaben von den Induktionssensoren zu empfangen und unter Verwendung der Sensorausgaben die Position des festen Ladepunkts bezüglich einer aktuellen Position des induktiven Kopplungselements zu bestimmen, umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der elektronische Controller ferner betreibbar ist, um eine oder mehrere Steuerausgaben für Aktuatoren, die als ein Teil des dreidimensionalen Positionierungsmechanismus ausgebildet sind, für die Verwendung beim Steuern der Position des induktiven Kopplungselements bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei der elektronische Controller betreibbar ist, wenn angefordert wird, das induktive Kopplungselement zu dem festen am Boden angebrachten induktiven Ladepunkt zu bewegen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fahrzeug ferner wenigstens drei Kameras, die an einer Unterseite des Fahrzeugs positioniert sind, einen Anzeigeschirm, um die Ausgaben von den Kameras anzuzeigen, und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, um eine Steuereingabe einem elektronischen Controller, der dafür ausgelegt ist, die Position des induktiven Kopplungselements in Reaktion auf die Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle zu steuern, bereitzustellen, umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei der elektronische Controller betreibbar ist, um den Aktuatoren, die als ein Teil des dreidimensionalen Positionierungsmechanismus ausgebildet sind, Steuerausgaben bereitzustellen, um die Position des induktiven Kopplungselements zu steuern.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das induktive Kopplungselement eine Anzahl von Induktionssensorspulen für die Verwendung bei der Positionierung des induktiven Kopplungselements enthält, so dass es auf den festen am Boden angebrachten induktiven Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen am Boden angebrachten induktiven Ladepunkts positioniert ist.
Verfahren zum Wiederauffüllen von Energie in einer Energiespeichervorrichtung eines Kraftfahrzeugs durch induktive Kopplung mit einem festen am Boden befindlichen induktiven Ladepunkt, wobei das Verfahren das Manövrieren des Kraftfahrzeugs, um es an einem allgemeinen Ort eines festen Ladepunkts zu positionieren, das Verwenden eines Sensorsystems, um die Position des festen Ladepunkts bezüglich eines vorgegebenen Orts an dem Kraftfahrzeug zu lokalisieren, das Verwenden eines dreidimensionalen Positionierungsmechanismus, um ein durch den Positionierungsmechanismus gestütztes induktives Kopplungselement zu einer Position zu bewegen, in der das induktive Kopplungselement auf den festen Ladepunkt ausgerichtet und in unmittelbarer Nähe des festen Ladepunkts positioniert ist, und das Verbinden der Energiespeichervorrichtung unter Verwendung einer induktiven Kopplung mit dem festen Ladepunkt, um das Energieniveau der Energiespeichervorrichtung wiederaufzufüllen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein allgemeiner Ort eines festen Ladepunkts eine Ladebucht ist, die einen festen Ladepunkt besitzt, der sich auf dem Boden innerhalb der Ladebucht befindet.
Kraftfahrzeug, im Wesentlichen wie es hier unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben ist.
Verfahren zum Wiederauffüllen von Energie in einer Energiespeichervorrichtung eines Kraftfahrzeugs durch eine induktive Kopplung mit einem festen am Boden befindlichen induktiven Ladepunkt, im Wesentlichen wie es hier unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben ist.