DE102014225906A1

DE102014225906A1 - Bestimmen einer Ladeposition einer Ladeeinrichtung einer Ladestation

Info

Publication number: DE102014225906A1
Application number: DE102014225906.1A
Authority: DE
Inventors: Timur Aminev; Lutz Junge; Sebastian Grysczyk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2034-12-16
Also published as: DE102014225906B4

Abstract

Eine Ladeposition für ein Fahrzeug (10) zu einer Ladeeinrichtung (31) einer Ladestation (30) wird durch folgende Schritte bestimmt: Erfassen einer Markierung der Ladestation (30). Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von der Markierung und von einer Relativposition, welche eine Lage der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) relativ zu der Markierung angibt, in eine erste Position, um eine Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) bei der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) anzuordnen. Bestimmen ausgehend von der ersten Position einer zweiten Position des Fahrzeugs (10) als die Ladeposition, indem eine Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) und der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) optimiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Anlernen der Position einer Ladeeinrichtung (insbesondere einer Primärspule) einer Ladestation oder Ladeinfrastruktur für Fahrzeuge mit einem Elektromotor.
Die US 2014/0092236 A1 offenbart ein Positionierungssystem für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug mittels einer außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Kamera bezüglich einer Ladestation positioniert wird.
Die DE 10 2011 006 504 A1 beschreibt ein Verfahren zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Lade- oder Batteriewechselstation.
Die WO 2010/060720 A2 offenbart ein Verfahren zum automatischen Laden von Fahrzeugen. Dabei wird das Fahrzeug selbstgesteuert von einem Übergabebereich zu einem ausgewählten Ladeort und von dort in einen Übernahmebereich gebracht.
Ein (automatisches) Positionieren eines Elektrofahrzeugs über einer Induktionsladeplatte ist nach dem Stand der Technik bekannt. Der Wirkungsgrad beim induktiven Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs über eine Ladestation hängt dabei maßgeblich von der korrekten Ausrichtung der Primärspule der Ladestation zu der Sekundärspule des Fahrzeugs ab.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, das drahtlose (insbesondere induktive) Laden des Energiespeichers des Fahrzeugs durch eine Ladestation gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Ladeposition für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Ladeposition für ein Fahrzeug bezüglich einer Ladeeinrichtung einer Ladestation bereitgestellt. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte:

• Erfassen einer Markierung der Ladestation. Unter der Markierung wird dabei in der Regel eine Markierung oder ein Marker verstanden, anhand welcher die exakte Position der Ladeeinrichtung der Ladestation ermittelt werden kann. Die Markierung wird insbesondere durch optische Erfassungsmittel erfasst.
• Fahren des Fahrzeugs abhängig von der Markierung und einer Relativposition, welche die Lage der Ladeeinrichtung der Ladestation relativ zu der Markierung definiert, in eine erste Position, um dadurch eine Ladeeinrichtung des Fahrzeugs möglichst dicht an der Ladeeinrichtung der Ladestation zu positionieren. Das Fahren kann dabei rein manuell, assistiert (d.h. unterstützt durch das Fahrzeug) oder vollautomatisch erfolgen. In diesem Schritt wird das Fahrzeug demnach aus einer Position, aus welcher die Markierung erfasst werden kann, in die erste Position gefahren.
• Bestimmen einer zweiten Position des Fahrzeugs ausgehend von der ersten Position, indem eine Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs und der Ladeeinrichtung der Ladestation optimiert wird. Die zweite Position entspricht dabei der zu bestimmenden Ladeposition. Bei einem induktiven Ladevorgang wird insbesondere die zweite Position und damit die Ladeposition derart bestimmt, dass die induktive Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs und der Ladeeinrichtung der Ladestation optimiert wird.

Durch das Optimieren der Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs und der Ladeeinrichtung der Ladestation wird ein induktiver Ladevorgang gegenüber dem Stand der Technik verbessert, da die optimierte Kopplung ermöglicht, dass in einem vorbestimmten Zeitintervall im Vergleich zum Stand der Technik, bei welcher die Kopplung nicht optimiert wird, eine größere Ladung von der Ladestation in den Energiespeicher des Fahrzeugs geladen werden kann.
Das Optimieren der Kopplung wird vorteilhafterweise abhängig von einem Wirkungsgrad durchgeführt, welcher bei einem Ladevorgang erzielt wird. Dabei lädt die Ladestation bei dem Ladevorgang mit Hilfe der Ladeeinrichtung der Ladestation und der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs den Energiespeicher des Fahrzeugs. Die induktive Kopplung gilt dabei insbesondere als umso besser, je höher der bei dem Ladevorgang erzielte Wirkungsgrad ist.
Um die Kopplung abhängig von dem Wirkungsgrad zu optimieren, wird das Fahrzeug vorteilhafterweise in eine bestimmte Position gefahren, wobei mit der ersten Position begonnen wird. In der bestimmten Position wird der Wirkungsgrad bei einem kurzen induktiven Ladevorgang (beispielsweise mit 10% der Ladeleistung) bestimmt. Anschließend wird das Fahrzeug in eine neue bestimmte Position verfahren, in welcher wiederum anhand einer Probemessung (d.h. anhand des kurzen induktiven Ladevorgangs) der Wirkungsgrad für die neue bestimmte Position ermittelt wird. Bei diesem Vorgehen entspricht die zweite Position bzw. die Ladeposition derjenigen bestimmten Position, bei welcher der höchste Wirkungsgrad unter allen bestimmten Positionen erzielt wird. Dabei gibt der Wirkungsgrad insbesondere ein Verhältnis einer von der Ladestation bei einem Ladevorgang an das Fahrzeug abgegebenen Ladung zu einer von dem Fahrzeug in seinem Energiespeicher während des Ladevorgangs aufgenommenen Ladung an.
Vorteilhafterweise wird das Fahrzeug dann zum eigentlichen Laden in die zweite Position bzw. Ladeposition gefahren.
Wie vorab bereits angedeutet ist, sind die Ladeeinrichtung (z.B. eine Induktionsladeplatte) der Ladestation und die Ladeeinrichtung des Fahrzeugs gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform zum induktiven Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs ausgestaltet. Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung generell für eine drahtlose oder kontaktlose Energieübertragung, wie beispielsweise einen kapazitiven Ladevorgang oder elektromagnetischen Ladevorgang (hier erfolgt die Energieübertragung über Antennen), eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß kann die Relativposition, welche die Lage der Ladeeinrichtung der Ladestation relativ zu der Markierung definiert, abhängig von der vorab bestimmten zweiten Position bzw. Ladeposition korrigiert werden. Dadurch kann das Fahrzeug beim nächsten Ladevorgang an derselben Ladestation abhängig von der Markierung und von der korrigierten Relativposition sofort in die erste Position gebracht werden, welche in diesem Fall der Ladeposition entspricht, ohne dass das Fahrzeug vorher in eine Position gefahren wird, welche anhand der Markierung und der unkorrigierten Relativposition bestimmt wurde.
Mit anderen Worten wird nach dem Bestimmen der zweiten Position bzw. Ladeposition überprüft, ob die zweite Position ungleich der ersten Position ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Relativposition derart korrigiert, dass die korrigierte Relativposition die Lage der Ladeeinrichtung der Ladestation relativ zu der Markierung entsprechend der zweiten Position bzw. Ladeposition definiert.
Die Relativposition einer Ladestation kann zum einen abhängig von der jeweiligen Ladestation im Fahrzeug hinterlegt sein. Zum anderen kann die Relativposition der jeweiligen Ladestation mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug oder zwischen dem Fahrzeug und einer beliebigen Quelle (z.B. im Internet), welche Informationen über die Relativposition aufweist, erfasst werden.
Das Erfassen der Relativposition über eine drahtlose Kommunikationsverbindung weist dabei den Vorteil auf, dass auch die Relativposition von einer neu erstellten oder dem Fahrzeug bisher unbekannten Ladestation ermittelt werden kann. Dagegen weist das Hinterlegen der Relativposition für die jeweilige Ladestation innerhalb des Fahrzeugs den Vorteil auf, dass die hinterlegte Relativposition vom Fahrzeug selbst korrigiert werden kann. Natürlich können beide Varianten auch kombiniert werden, indem die Relativpositionen für dem Fahrzeug unbekannte Ladestationen über die drahtlose Kommunikationsverbindung erfasst wird, während die Relativpositionen von dem Fahrzeug bekannten Ladestationen im Fahrzeug hinterlegt sind.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform meldet das Fahrzeug eine korrigierte Relativposition mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung an die Ladestation. Wenn ein ausreichend großer Prozentsatz der Fahrzeuge, welche von der Ladestation geladen werden, eine ähnliche Korrektur der Relativposition meldet, ändert die Ladestation ihre Relativposition in entsprechender Weise.
Diese erfindungsgemäße Ausführungsform bietet die Möglichkeit, die Relativposition der jeweiligen Ladestation zu korrigieren, welche über die drahtlose Kommunikationsverbindung an die Fahrzeuge übermittelt wird. Wenn von verschiedenen Fahrzeugen dem Ladesystem oder der Ladestation die gleiche Korrekturnotwendigkeit mitgeteilt wird, deutet dies auf einen systematischen Fehler hin, welcher durch diese Ausführungsform vorteilhafterweise korrigiert werden kann.
Falls die erfasste fehlerhafte Abweichung der Relativposition zu groß ist, kann ein entsprechender Fehler in der Ladestation gesetzt und die Ladestation beispielsweise einem Systemoperator eines Infrastrukturbetreibers der Ladestation als nicht einsatzbereit gemeldet werden. In diesem Fall sollte ein Techniker zur Fehlerbehebung gerufen werden.
Der Schritt des Fahrens des Fahrzeugs in die erste Position hängt in der Regel nicht nur von der Markierung und von der Relativposition ab, sondern ist auch von einer weiteren Relativposition abhängig, welche die Position der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs bezüglich des Fahrzeugs (oder genauer bezüglich eines markanten Punkts des Fahrzeugs, z.B. Mitte der Fahrzeuglängsmittelachse) definiert. Wenn für dasselbe Fahrzeug bei verschiedenen Ladestationen die Relativposition in gleicher Weise korrigiert wird, weist dies auf eine fehlerhafte weitere Relativposition hin, so dass die weitere Relativposition entsprechend geändert wird.
Wenn mit anderen Worten bei verschiedenen Ladestationen die zweite Position bzw. Ladeposition in gleicher Weise gegenüber der ersten Position verschoben ist, weist dies auf eine von der weiteren Relativposition abweichenden Einbauposition der Ladeeinrichtung (z.B. der Sekundärspule) des Fahrzeugs hin. Daher wird die weitere Relativposition entsprechend geändert, so dass beim nächsten Anfahren einer dieser Ladestationen die erste Position der zweiten Position entspricht, die Ladeposition bzw. optimale Position also bereits der ersten Position entspricht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung eines Fahrzeugs bereitgestellt, welche ausgestaltet ist, um eine Ladeposition einer Ladeeinrichtung einer Ladestation zu bestimmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst Erfassungsmittel (z. B. eine Kamera), um eine Markierung der Ladestation zu erfassen, und Steuermittel. Die Vorrichtung ist ausgestaltet, um ein Fahren des Fahrzeugs abhängig von der Markierung und von einer Relativposition, welche eine Lage der Ladeeinrichtung der Ladestation relativ zu der Markierung angibt, in eine erste Position zu unterstützen, in welcher eine Ladeeinrichtung des Fahrzeugs möglichst dicht an der Ladeeinrichtung der Ladestation angeordnet ist. Mit Hilfe der Steuermittel wird dann ausgehend von der ersten Position eine zweite Position des Fahrzeugs als die Ladeposition bestimmt, indem eine Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs und der Ladeeinrichtung der Ladestation optimiert wird.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Durch die vorliegende Erfindung wird das kontaktlose Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs durch eine externe Ladestation verbessert. Durch Einsatz der vorliegenden Erfindung kann die Primärspule der Ladestation kostengünstig fest (und nicht beweglich) verbaut werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann durch Einsatz bereits aus anderen Gründen vorhandener Fahrzeugsensoren (z.B. einer Kamera) eine Kalibrierung des Ladesystems stattfinden, ohne dass zusätzliche Messeinrichtungen verwendet werden müssen.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch für Schiffe, Flugzeuge sowie gleisgebundene oder spurgeführte Fahrzeuge einsetzbar ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug zu der einzigen Fig. anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen im Detail erläutert.
In der einzigen Fig. ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Die einzige Fig. zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 und eine Ladestation 30. Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 umfasst das Fahrzeug 10 eine Sekundärspule 11 als Ladeeinrichtung. Die schematisch dargestellte Ladestation 30 umfasst neben einer Primärspule 31 eine Kommunikationseinrichtung 32 zur drahtlosen Kommunikation mit dem Fahrzeug 10 und einen Speicher 33. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 umfasst Steuermittel 1, eine Kamera 2, eine Kommunikationseinrichtung 3 zur drahtlosen Kommunikation mit der Kommunikationseinrichtung 32 der Ladestation 30 und einen Speicher 4.
Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines beispielhaften Ladevorgangs beschrieben werden.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug 10 nähert sich der induktiven Ladestation 30, um einen nicht dargestellten Energiespeicher des Fahrzeugs 10 induktiv aufzuladen. Mit Hilfe der Kamera 2 wird ein sichtbarer Marker der Ladestation 30 erfasst, welcher sich idealerweise in einer sichtbaren Nähe der Kamera 2 an der Ladestation befindet. Abhängig von diesem Marker und abhängig von einer Relativposition kann die Position der Primärspule 31 der Ladestation 30 ermittelt werden. Wenn sich das Fahrzeug 10 zum ersten Mal bei der Ladestation 30 befindet, ist die Relativposition noch unbekannt. In diesem Fall nimmt die Vorrichtung 20 des Fahrzeugs 10 über die Kommunikationseinrichtung 3 Kontakt mit der Kommunikationseinrichtung 32 der Ladestation 30 auf, um die Relativposition, welche im Speicher 33 der Ladestation 30 gespeichert ist, zu erfassen und im Speicher 4 der Vorrichtung 20 abzulegen. Anschließend fährt das Fahrzeug 10 in eine erste Position, in welcher sich die Sekundärspule 11 des Fahrzeugs 10 in der Nähe der Primärspule 31 der Ladestation 30 befindet.
Durch ein induktives Probe-Laden (mit z.B. kurzen Ladeimpulsen von beispielsweise 10% der Ladeleistung) wird der Wirkungsgrad für die erste Position bestimmt. Anschließend wird das Fahrzeug, beispielsweise durch geeignete Lenkradbewegungen in der Querrichtung bewegt, wobei an verschiedenen Positionen ein weiteres induktives Probe-Laden zur Ermittlung des Wirkungsgrads für die jeweilige Position durchgeführt wird. Die optimale Position oder Ladeposition ist dabei diejenige Position, an welcher der höchste Wirkungsgrad erzielt wurde. Falls die Ladeposition nicht der ersten Position entspricht, wird die Relativposition entsprechend korrigiert und in korrigierter Form im Speicher 4 der Vorrichtung 20 abgelegt. Das erfindungsgemäße Fahrzeug 10 hat nun für die entsprechende Ladestation 30 die genaue Relativposition der Primärspule 31 und kann beim nächsten Ladevorgang an dieser Ladestation 30 abhängig von dem Marker sofort in die optimale Position gefahren werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuermittel
2: Kamera
3: Kommunikationseinrichtung
4: Speicher
10: Fahrzeug
11: Sekundärspule
20: Vorrichtung
30: Ladestation
31: Primärspule
32: Kommunikationseinrichtung
33: Speicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0092236 A1 [0002]
DE 102011006504 A1 [0003]
WO 2010/060720 A2 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Ladeposition für ein Fahrzeug (10) zu einer Ladeeinrichtung (31) einer Ladestation (30), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen einer Markierung der Ladestation (30), Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von der Markierung und von einer Relativposition, welche eine Lage der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) relativ zu der Markierung angibt, in eine erste Position, um eine Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) bei der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) anzuordnen, und ausgehend von der ersten Position Bestimmen einer zweiten Position des Fahrzeugs (10) als die Ladeposition, durch Optimieren einer Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) und der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Optimieren abhängig von einem Wirkungsgrad durchgeführt wird, welcher bei einem Ladevorgang erzielt wird, bei welchem die Ladestation (30) mittels der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) und der Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) das Fahrzeug (10) lädt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Fahren des Fahrzeugs (10) zu der zweiten Position umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) und die Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) zum induktiven Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs (10) ausgestaltet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Korrigieren der hinterlegten Relativposition auf Basis der zweiten Position umfasst, so dass bei einem nächsten Ladevorgang das Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von der Markierung und von der korrigierten Relativposition das Fahrzeug (10) in die Position bringt, welche der Ladeposition entspricht, ohne dass das Fahrzeug (10) vorher in die Position fährt, welche von der Markierung und von der unkorrigierten Relativposition abhängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Erfassen der Relativposition mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrigieren der Relativposition von dem Fahrzeug (10) mittels der drahtlosen Kommunikationsverbindung an die Ladestation (30) gemeldet wird, und dass die Relativposition geändert wird, wenn von verschiedenen Fahrzeugen der Ladestation (30) gemeldet wird, dass die Relativposition in gleicher Weise korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von der Markierung und von der Relativposition zusätzlich abhängig von einer weiteren Relativposition erfolgt, welche die Position der Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) bezüglich des Fahrzeugs (10) angibt, und dass die weitere Relativposition geändert wird, wenn für dasselbe Fahrzeug (10) bei verschiedenen Ladestationen die Relativposition in gleicher Weise korrigiert wird.
Vorrichtung eines Fahrzeugs (10), welche ausgestaltet ist, um eine Ladeposition einer Ladeeinrichtung (31) einer Ladestation (30) zu bestimmen, wobei die Vorrichtung (20) Erfassungsmittel (2), um eine Markierung der Ladestation (30) zu erfassen, und Steuermittel (1) umfasst, wobei die Vorrichtung (20) ausgestaltet ist, um ein Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von der Markierung und von einer Relativposition, welche eine Lage der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) relativ zu der Markierung angibt, in eine erste Position, in welcher eine Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs bei der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) angeordnet ist, zu unterstützen, und mittels der Steuermittel (1) ausgehend von der ersten Position eine zweite Position des Fahrzeugs (10) als die Ladeposition durch Optimieren einer Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs und der Ladeeinrichtung (31) der Ladestation (30) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 ausgestaltet ist.