DE102014226044A1 - Verfahren und Anordnung zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser - Google Patents

Verfahren und Anordnung zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass für den Ladevorgang ausgestaltete Einrichtungen der Ladestation derart angesteuert werden, dass Ladevorgangsfunktionen zur Erhitzung des Wassers verwendet werden, sowie eine entsprechende Anordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser gemäß Anspruch 1 sowie eine Anordnung zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser gemäß Anspruch 8.
  • Systeme zum induktiven Laden von Elektrofahrzeugen werden zunehmend Gegenstand der Entwicklung. Sollen hierfür ausgestaltete Elektrofahrzeuge verbreitet genutzt werden, ist für sie auch eine derartige Ladung im Freien notwendig.
  • Zu den als Störquelle bekannten Festkörpern, die zwischen Ladesystem und Elektrofahrzeug geraten können, kommen in diesem Fall dann auch witterungsbedingte Störeinflüsse wie Schnee, Schneematsch und Eis hinzu. Für Festkörperstörquellen ist es bekannt, Fremdkörperdetektionseinrichtungen, so genannte „Foreign Objects Detection“ (FOD) Einrichtungen, vorzusehen, die bei Vorhandensein von festen Fremdkörpern das Ladesystem entsprechend steuern, in dem beispielsweise gar keine Ladung erfolgt. Für die genannten witterungsbedingten Störquellen ist dagegen noch keine angemessene Behandlung bekannt.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, eine Lösung anzugeben, die das Ladesystem bei derartigen Störquellen angemessen steuert.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren gemäß der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale, sowie ausgehend von der Anordnung gemäß der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 8 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser werden für den Ladevorgang ausgestaltete Einrichtungen der Ladestation derart angesteuert, dass Ladevorgangsfunktionen zur Erhitzung des Wassers verwendet werden.
  • Hierdurch ist eine vorteilhafte erfinderische Verwendung der bereits im Ladesystem vorhandenen Einrichtungen erreicht. Dies ermöglicht ferner eine kostengünstige Implementierung der Behandlung solcher Störquellen. Ferner ermöglicht dies die Minimierung von störungsverursachten Ausschaltzeiten beim Ladesystem.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung ist dabei gegeben, wenn das Verfahren derart weitergebildet wird, dass das Abtauen durch eine Fremdkörperdetektionseinrichtung „Foreign Objects Detection FOD“ der Ladestation derart gesteuert wird, dass das zumindest teilweise gefrorene Wasser bis zum Erreichen eines für die Ladefunktion geeigneten Abtauwerts gezielt durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird.
  • Durch die Nutzung des FOD wird die genannte, insbesondere kostengünstige, nahtlose Implementierung der Erfindung begünstigt. Auch die Nutzung der Grundfunktion des Ladesystems – Energieübertagung – steuert zu diesem Vorteil bei. Die Kopplung mit dem FOD als Steuerung ermöglicht eine angepasste und damit optimale Durchführung des Abtauvorgangs.
  • Alternativ oder ergänzend kann das Verfahren derart weitergebildet werden, dass das Abtauen durch eine Überwachungseinrichtung der Ladestation zur Überwachung des Erreichens der Position des elektrischen Fahrzeugs derart gesteuert wird, dass das zumindest teilweise gefrorene Wasser bis zum Erreichen einer für die Ladefunktion erforderlichen Position durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird.
  • Hiermit werden prinzipiell die gleichen Vorteile erzielt wie durch die Kopplung mit dem FOD, jedoch mit dem zusätzlichen Vorteil, dass diese Implementierung speziell für die Implementierung in so genannten z-mover-Systemen gut geeignet ist, wo der Abstand zwischen Ladesystem und Boden des Elektrofahrzeugs derart klein ist, dass vorhandenes Eis oder Schnee/Schneematsch die Positionierung auf dem optimalen Punkt über den Ladespulen des Ladesystems erschwert und ein Ankommen in diese ideale Endposition das für das Abtauen maßgebliche Ziel ist. Diese Weiterbildung ist aber auch eine ideale Ergänzung zur FOD Steuerung, zum Beispiel als Redundanz das System bei Ausfällen des FOD unterstützen kann oder umgekehrt.
  • Wird die Energieübertragung durch leitfähige, insbesondere als Ringstrukturen ausgestaltete, Sensoren der Fremdkörperdetektionseinrichtung der Ladestation durchgeführt, wobei die Sensoren über Wärmeleitung in Kontakt zum zumindest teilweise gefrorenen Wasser gebracht werden und durch Gleich- oder niederfrequenten Wechselstrom erwärmt werden, so ist hierdurch eine weitere Ausprägung des erfinderischen Grundgedankens der neuen und andersartigen Verwendung vorhandener Einrichtungen des Ladesystems gegeben. Zudem ermöglicht diese Variante ein Erhitzen des teilweise gefrorenen Wassers unmittelbar dort, wo die Sensoren platziert sind. Somit lässt sich durch geeignete Platzierung der Sensoren genau die Stelle frei machen, die das Durchführen des Ladens behindert. Gleichstrom und niederfrequenter Wechselstrom zeichnen sich auch dadurch aus, dass keine festen Fremdkörper durch Wirbelströme aufgeheizt werden. Das Auftreten dieses Effekts in einer Schaden bewirkenden Weise, setzt auch die obere Grenze für die Frequenz des Wechselstroms. Die Frequenz wird daher insbesondere in einem Bereich von wenigen Hz, beispielsweise 50 Hz, bis einige kHz liegen.
  • Alternativ oder ergänzend kann man das Verfahren derart weiterbilden, dass die Energieübertragung durch Induktion durch ein durch eine erste Ladespule der Ladestation bereitgestelltes, insbesondere hochfrequentes, Wechselmagnetfeld durchgeführt wird. Hierdurch kann großflächigeres Erhitzen erzielt werden, da die Energieübertragung keiner Wärmeleitungsbrücke bedarf, sondern kontaktlos einfach dadurch erfolgen kann, das durch die normale Funktion der Ladespule Wirbelströme in das teilweise gefrorene Wasser induziert werden. Hierzu ist es allerdings erforderlich, dass das Wasser in geeignetem Maße leitfähig ist. Bei zu geringer Ausprägung der Leitfähigkeit kann diese Weiterbildung durch die vorherigen Weiterbildungen, bei der die Erhitzung über die Sensoren erfolgt, ideal ergänzt werden.
  • Insbesondere beim Einsatz von Energieübertragung durch Induktion wird die Weiterbildung, bei dem die Energieübertragung in periodisch sich wiederholenden Zeitabschnitten durchgeführt wird, von Vorteil sein, denn hierdurch wird dem Rechnung getragen, dass auch Festkörper sich neben dem gefrorenen Wasser im abzutauenden Bereich aufhalten können und dass sie durch ihre Leitfähigkeit sich ebenfalls miterhitzen. Wird nun periodisch induziert, kann sichergestellt werden, dass diese Festkörper kein Hitzeniveau erreichen, das Schäden anrichten kann, da immer wieder Zeit zum Abkühlen gelassen wird.
  • Alternativ oder ergänzend kann dies auch erreicht werden, wenn das Verfahren derart weitergebildet wird, dass die Energieübertragung kontinuierlich bis zum Abschluss des Abtauvorgangs erfolgt und derart gesteuert wird, dass die Energieübertragung derart gedrosselt erfolgt, dass die bewirkte Wärmeleistung durch Interaktion mit, insbesondere festen, Fremdkörpern bedingte Schäden vermeidet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser sind für den Ladevorgang ausgestaltete Einrichtungen der Ladestation derart ausgestaltet, dass Ladevorgangsfunktionen zur Erhitzung des Wassers verwendet werden.
  • Durch die Anordnung wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Verfahren sowie deren Weiterbildungen durchgeführt werden kann und somit dessen Vorteile durch Implementierung verwirklicht werden.
  • Gleiches gilt für die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der eine Fremdkörperdetektionseinrichtung „Foreign Objects Detection FOD“ der Ladestation derart ausgestaltet ist, dass das Abtauen des zumindest teilweise gefrorenen Wassers bis zum Erreichen eines für die Ladefunktion geeigneten Abtauwerts derart erfolgt, dass gezielt durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird.
  • Auch die Weiterbildung, bei der eine Überwachungseinrichtung der Ladestation zur Überwachung des Erreichens der Position des elektrischen Fahrzeugs derart ausgestaltet ist, dass das Abtauen des zumindest teilweise gefrorenen Wassers derart erfolgt, dass bis zum Erreichen einer für die Ladefunktion erforderlichen Position durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird, oder die Weiterbildung der Anordnung gemäß der leitfähige, insbesondere als Ringstrukturen ausgebildete, Sensoren der Fremdkörperdetektionseinrichtung der Ladestation derart ausgestaltet sind, dass sie die Energieübertragung durchführen, wobei die Sensoren ferner derart angeordnet sind, dass sie über Wärmeleitung in Kontakt zum zumindest teilweise gefrorenen Wasser sind, bewirken die Verwirklichung der Vorteile des Verfahrens bzw. entsprechender Weiterbildungen; ebenso wie die Anordnungen, die die verbleibenden Weiterbildungen des Verfahrens implementieren.
  • Weitere Details und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt die
  • Figur als Ausführungsbeispiel der Anordnung ein induktives Ladesystem mit FOD-Sensor und Schnee-/Eis-Ablagerung.
  • In der Figur ist ein induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge dargestellt. Diese bestehen in der Regel aus einer am Boden liegenden Primärspule SPULE1 und einer fahrzeugseitig am Unterboden befestigten Sekundärspule SPULE2, zwischen denen über ein hochfrequentes Magnetfeld Energie übertragen wird.
  • Das Magnetfeld im Luftspalt kann aber auch leitfähige Fremdkörper erhitzen, die sich im Zwischenraum zwischen den beiden oben genannten Spulen befinden. In ungünstigen Fällen kann durch diese erhitzten Fremdkörper das Ladesystem oder auch das Fahrzeug beschädigt werden, was die Erfindung durch noch zu erläuternde Maßnahmen unterbindet.
  • Wegen der Fremdkörper müssen alle induktiven Ladesysteme mit zusätzlicher Sensorik (üblicherweise mit Foreign Objects Detection FOD bezeichnet) ausgestattet werden, die zuverlässig leitfähige Störkörper detektieren und in diesem Fall den Ladevorgang unterbrechen soll.
  • Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die FOD zur Steuerung des erfindungsgemäßen Abtauens verwandt, da es auch salzhaltigen Schneematsch oder Salzwasser detektieren kann, wobei die Erfindung auch dem Problem begegnet, dass eine Unterscheidung zu anderen leitfähigen Störobjekten zunächst nicht möglich ist.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Anordnung wird folgendes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Verfahrens durchgeführt:
    Wenn vom FOD System leitfähiger Schneematsch oder salzhaltiges Wasser erkannt wird, greift die Erfindung derart ins System, dass die bisherige Folge, dass dies eigentlich den Start des Ladevorgangs verhindern würde, ausgesetzt und statt dessen eine oder beide der folgenden Verfahrensweisen durchgeführt, die das Ladesystem anders verwenden als üblich:
  • 1. Kontrolliertes Abschmelzen/Abtauen der leitfähigen Schneematsch-/Wasser-Ablagerung mit dem hochfrequenten Feld:
  • Dabei kann mehrmals hintereinander für einen hinreichend kurzen Zeitraum Leistung appliziert werden, so dass wirkliche Störkörper nicht gefährlich hoch erhitzt werden können. Nach jeder Übertragungsperiode oder kontinuierlich während des gesamten Vorgangs muss über die FOD die Entwicklung der Störsituation kontrolliert werden. Im Falle von leitfähigem Schneematsch oder Wasser als Quelle wird durch die Energiezufuhr ein kontinuierliches Abschmelzen bzw. Abtauen initiiert und somit nach einer gewissen Zeit die Störung verschwinden, so dass ein normaler Ladevorgang gestartet werden kann.
  • Alternativ kann statt des periodischen Abtauens mit voller Leistung auch mit reduzierter Leistung kontinuierlich abgetaut werden.
  • 2. Abtauen mit Gleichleistung über die FOD-Sensorstruktur:
  • Die Sensorstruktur der FOD besteht üblicherweise aus leitfähigen Ringstrukturen, die über Verkopplungsänderungen das Vorhandensein von leitfähigen Störkörpern detektieren.
  • Wird die Sensorstruktur nahe an der Oberfläche der Primär-SPULE1 und/oder Sekundärspule SPULE2 angebracht, so können die Leiter mit Gleich- oder niederfrequenten Wechselstrom erhitzt werden und so zum Abtauen einer vorhandenen und von der FOD detektierten störenden Schneematsch-/Wasser-Ablagerung genutzt werden.
  • Im Gegensatz zur Methode 1 muss hier die Abtauleistung nicht aus Sicherheitsgründen reduziert werden, da das Gleichfeld keine Wirbelströme in leitfähigen Störkörpern erzeugt. Auch hier kann entweder kontinuierlich oder periodisch die Entwicklung der Störsituation über die FOD kontrolliert und im Falle eines erfolgreichen Abtauens der normale Ladevorgang gestartet werden.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist, dass sie sich prinzipiell auch eignet, nichtleitfähige Eis-/Schnee-Ablagerungen abzutauen, die über das hochfrequente Feld (Methode 1) wegen ihrer fehlenden Leitfähigkeit nicht erhitzt werden können.
  • Diese Ablagerungen stören zwar nicht bei Systemen mit großen Luftspalten, wohl aber bei so genannten z-mover-Systemen, bei denen die Primärspule über eine Hebemechanik an die Sekundärspule angenähert wird. Bei Eis/Schnee an Primär-SPULE1 oder Sekundärspule SPULE2 kann die gewünschte Endposition nicht erreicht werden.
  • An die Stelle der kontinuierlichen FOD während des Abtauvorgangs träte in diesem Fall die Überwachung der erreichbaren mechanischen Endposition.
  • Diese getrennte Betrachtung der Methoden ist nicht so zu verstehen, dass sie und deren Weiterbildungen sich ausschließen, vielmehr sind alle – allein durch die Ansprüche eingegrenzten – Kombinationen hiervon mit umfasst.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass für den Ladevorgang ausgestaltete Einrichtungen der Ladestation derart angesteuert werden, dass Ladevorgangsfunktionen zur Erhitzung des Wassers verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtauen durch eine Fremdkörperdetektionseinrichtung „Foreign Objects Detection FOD“ der Ladestation derart gesteuert wird, dass das zumindest teilweise gefrorene Wasser bis zum Erreichen eines für die Ladefunktion geeigneten Abtauwerts gezielt durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtauen durch eine Überwachungseinrichtung der Ladestation zur Überwachung des Erreichens der Position des elektrischen Fahrzeugs derart gesteuert wird, dass das zumindest teilweise gefrorene Wasser bis zum Erreichen einer für die Ladefunktion erforderlichen Position durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung durch leitfähige, insbesondere als Ringstrukturen ausgestaltete, Sensoren der Fremdkörperdetektionseinrichtung der Ladestation durchgeführt wird, wobei die Sensoren über Wärmeleitung in Kontakt zum zumindest teilweise gefrorenen Wasser gebracht und mittels Gleich- oder niederfrequenten Wechselstrom erwärmt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung durch Induktion durch ein durch eine erste Ladespule der Ladestation bereitgestelltes, insbesondere hochfrequentes, Wechselmagnetfeld durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung in periodisch sich wiederholenden Zeitabschnitten durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung kontinuierlich bis zum Abschluss des Abtauvorgangs erfolgt und derart gesteuert wird, dass die Energieübertragung derart gedrosselt erfolgt, dass die bewirkte Wärmeleistung durch Interaktion mit, insbesondere festen, Fremdkörpern bedingte Schäden vermeidet.
  8. Anordnung zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass für den Ladevorgang ausgestaltete Einrichtungen der Ladestation derart ausgestaltet sind, dass Ladevorgangsfunktionen zur Erhitzung des Wasser verwendet werden.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fremdkörperdetektionseinrichtung „Foreign Objects Detection FOD“ der Ladestation derart ausgestaltet ist, dass das Abtauen des zumindest teilweise gefrorenen Wassers bis zum Erreichen eines für die Ladefunktion geeigneten Abtauwerts derart erfolgt, dass gezielt durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird.
  10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinrichtung der Ladestation zur Überwachung des Erreichens der Position des elektrischen Fahrzeugs derart ausgestaltet ist, dass das Abtauen des zumindest teilweise gefrorenen Wassers derart erfolgt, dass bis zum Erreichen einer für die Ladefunktion erforderlichen Position durch zumindest temporäre seitens der Ladestation bewirkte Energieübertragung mit Energie zur Erhitzung versorgt wird.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass leitfähige, insbesondere als Ringstrukturen ausgebildete, Sensoren der Fremdkörperdetektionseinrichtung der Ladestation derart ausgestaltet sind, dass sie die Energieübertragung durchführen, wobei die Sensoren ferner derart angeordnet sind, dass sie über Wärmeleitung in Kontakt zum zumindest teilweise gefrorenen Wasser sind.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch Mittel zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
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DE102014226044.2A Ceased DE102014226044A1 (de) 2014-12-16 2014-12-16 Verfahren und Anordnung zum Abtauen von sich zwischen einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge befindendem zumindest teilweise gefrorenem Wasser

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Übersetzung von JP 2010- 22 183 A

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