DE102017011490A1 - Inductive charging device and vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine induktive Ladestation 10 für ein Laden eines Fahrzeugs 20 und ein Fahrzeug 20. Die induktive Ladestation 10 weist eine Bodenspule 11 auf, wobei mit der Bodenspule 11 eine induktive Kopplung zwischen der Bodenspule 11 und einer Fahrzeugspule 21 hervorrufbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass die induktive Ladestation 10 eine Kopplungsmesseinrichtung 30 aufweist, mit der eine Kopplungsstärke zwischen der Bodenspule 11 und der Fahrzeugspule 21 messbar ist, wobei die Kopplungsstärke als Indikator für eine Positionierung des Fahrzeugs 20 an der induktiven Ladestation 10 verwendbar ist.The invention relates to an inductive charging station 10 for charging a vehicle 20 and a vehicle 20. The inductive charging station 10 has a bottom coil 11, wherein with the bottom coil 11, an inductive coupling between the bottom coil 11 and a vehicle coil 21 is hervorufbar. Furthermore, it is provided that the inductive charging station 10 has a coupling measuring device 30 with which a coupling strength between the bottom coil 11 and the vehicle coil 21 can be measured, wherein the coupling strength can be used as an indicator for a positioning of the vehicle 20 at the inductive charging station 10.

Description

Die Erfindung betrifft eine induktive Ladevorrichtung für das Laden einer Fahrzeugbatterie und ein Fahrzeug.The invention relates to an inductive charging device for charging a vehicle battery and a vehicle.

Für ein induktives Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges wird eine induktive Ladestation verwendet.For an inductive charging of an electrically driven vehicle, an inductive charging station is used.

Beim induktiven Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeug, wird eine installierte Bodenspule in einer Bodeneinheit verwendet, die über eine induktive Wirkung Energie an eine zweite Spule im Fahrzeug überträgt, um beispielsweise eine Batteriesystem für den Antrieb des Fahrzeugs zu laden. Für den induktiven Ladevorgang ist es notwendig, dass die Position des Fahrzeugs erkannt wird, damit dieses positionsgenau an der Bodenspule positioniert wird.When inductive charging an electrically driven vehicle, in particular motor vehicle, an installed bottom coil is used in a ground unit, which transmits an inductive effect energy to a second coil in the vehicle to load, for example, a battery system for driving the vehicle. For the inductive charging process, it is necessary that the position of the vehicle is detected, so that this position is positioned accurately on the bottom coil.

Allerdings stellt die Positionsdetektion des Fahrzeugs relativ zur Bodenspule einer induktiven Ladeinheit eine Herausforderung dar. Ein Grund hierfür ist, dass Positionssignale über bekannte Verfahren, z.B. das „Magnetic Vectoring“, erheblichen prinzipiell bedingten Störungen im physikalischen Messprinzip unterliegen. Das Fahrzeug an sich, die Karosserie, die Lenkung, die Stoßdämpfer, etc. stören magnetisch basierte Positionsdetektionsverfahren und bieten somit nur unzureichende Positioniermöglichkeiten.However, the position detection of the vehicle relative to the bottom coil of an inductive charging unit poses a challenge. One reason for this is that position signals are transmitted via known methods, e.g. Magnetic vectoring, subject to considerable principle-related interference in the physical measurement principle. The vehicle itself, the bodywork, the steering, the shock absorbers, etc. interfere with magnetically based position detection methods and thus offer only insufficient positioning possibilities.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung vorzuschlagen, die beim induktiven Laden auf einfache Weise eine Positionsdetektion ermöglicht.It is an object of the present invention to propose a solution that enables a simple position detection during inductive charging.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 und mit dem Gegenstand des Anspruchs 4 gelöst.The object of the invention is achieved with the subject matter of claim 1 and with the subject matter of claim 4.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer induktiven Ladestation für ein Laden eines Fahrzeugs aufweisend eine Fahrzeugspule gelöst. Hierbei weist die induktive Ladestation eine Bodenspule auf, wobei mit der Bodenspule eine induktive Kopplung zwischen der Bodenspule und der Fahrzeugspule hervorrufbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass die induktive Ladestation eine Kopplungsmesseinrichtung aufweist, mit der eine Kopplungsstärke zwischen der Bodenspule und der Fahrzeugspule messbar ist, wobei die Kopplungsstärke als Indikator für eine Positionierung des Fahrzeugs an der induktiven Ladestation verwendbar ist.The object of the invention is achieved with an inductive charging station for charging a vehicle having a vehicle coil. In this case, the inductive charging station on a bottom coil, with the bottom coil, an inductive coupling between the bottom coil and the vehicle coil hervorufbar is. It is further provided that the inductive charging station has a coupling measuring device with which a coupling strength between the bottom coil and the vehicle coil can be measured, wherein the coupling strength can be used as an indicator for a positioning of the vehicle at the inductive charging station.

Ferner wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Fahrzeug gelöst. Hierbei weist das Fahrzeug eine Fahrzeugspule auf zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs an einer induktiven Ladestation. Ferner ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Kopplungsmesseinrichtung aufweist, mit der eine Kopplungsstärke zwischen einer Bodenspule der induktiven Ladestation und der Fahrzeugspule messbar ist, wobei die Kopplungsstärke als Indikator für eine Positionierung des Fahrzeugs an der induktiven Ladestation verwendbar ist.Furthermore, the object of the invention is achieved with a vehicle. In this case, the vehicle has a vehicle coil for inductive charging of an electrical energy storage device of the vehicle at an inductive charging station. It is further provided that the vehicle has a coupling measuring device with which a coupling strength between a bottom coil of the inductive charging station and the vehicle coil can be measured, wherein the coupling strength can be used as an indicator for a positioning of the vehicle at the inductive charging station.

Es wird demnach mit einer Kopplungsmesseinrichtung, installiert in der Bodenplatte und/oder im Fahrzeug, um eine Kopplungsstärke zwischen einer Bodenspule und einer Fahrzeugspule zu messen. Hierbei wird vorgesehen, dass die Kopplungsstärke als Indikator für eine Positionierung des Fahrzeugs an der induktiven Ladestation verwendbar ist. Somit wird die Kopplungsstärke als eine Messgröße dazu verwendet, um auf eine Positionierung des Fahrzeugs an bzw. auf der Bodenplatte zu schließen. Auf diese Weise können weitere Sensoren zur Positionsmessung vermieden werden, was die Positionsmessung und die Einrichtungen zur Positionsmessung an sich vereinfacht.It is therefore with a coupling measuring device installed in the bottom plate and / or in the vehicle to measure a coupling strength between a bottom coil and a vehicle coil. It is provided here that the coupling strength can be used as an indicator for a positioning of the vehicle at the inductive charging station. Thus, the coupling strength is used as a measure to conclude positioning of the vehicle on the floor panel. In this way, further sensors for position measurement can be avoided, which simplifies the position measurement and the means for measuring position itself.

Ferner kann mit Vorteil in einer Ausführungsform vorgesehen werden, dass die Kopplungsmesseinrichtung mit einer Steuervorrichtung in Wirkverbindung steht. Hierbei kann die Kopplungsmesseinrichtung an einer beliebigen Stelle im Fahrzeug und/oder in oder an der Ladestation installiert sein. Es ergibt sich beispielsweise der Vorteil, dass erst bei genauer Positionierung der beiden Energiespulen übereinander ein Ladevorgang eingeleitet wird, indem die Steuervorrichtung eine Ladefreigabe signalisiert bzw. einer Ladefreigabevorrichtung eine Freigabe zum Laden erteilt. Dies macht das induktive Laden effektiver und sicherer. Die Ladefreigabevorrichtung kann als elektrisch und/oder mechanisch ausgestaltet sein. Beispielsweise kann sie mechanisch als elektrischer Schalter mit Schaltkontakten bereitgestellt werden. Ferner kann sie in elektrischer Form Freigabesignal für die Ladestation zur Einleitung des Ladevorgangs bereitgestellt werden. Furthermore, it can advantageously be provided in one embodiment that the coupling measuring device is in operative connection with a control device. Here, the coupling measuring device can be installed anywhere in the vehicle and / or in or on the charging station. For example, there is the advantage that a charging process is initiated only when the two energy coils are positioned one above the other by the control device signaling a charge release or granting a charge release device a charge for charging. This makes inductive charging more effective and safer. The charge release device may be configured as electrically and / or mechanically. For example, it can be provided mechanically as an electrical switch with switching contacts. Further, it may be provided in electrical form enable signal for the charging station to initiate the charging process.

In vorteilhafterweise wird in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Wirkverbindung eine drahtlose Kommunikationsverbindung ist. Auf diese Weise ist es einfach möglich, zwischen der Kopplungsmesseinrichtung und der Steuereinrichtung Signale und/oder Daten auszutauschen, ohne dass darauf Rücksicht genommen werden muss, an welchem Installationsort die Steuereinrichtung bereitgestellt wird. Diese kann beispielsweise im Fahrzeug, an oder in der Ladestation oder an einem anderen Ort installiert sein, beispielsweise in einer Serviceeinrichtung in einem Gebäude.In one embodiment, it is advantageously provided that the active connection is a wireless communication connection. In this way, it is easily possible to exchange signals and / or data between the coupling measuring device and the control device without having to take into account at which installation location the control device is provided. This may for example be installed in the vehicle, on or in the charging station or in another location, for example in a service facility in a building.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf ein Ausführungsbeispiels sowie anhand einer Figur.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description with reference to an embodiment and with reference to a figure.

Dabei zeigt die einzige Figur ein Ausführungsbeispiel zum induktiven Laden eines Fahrzeugs an einer induktiven Ladestation. The single FIGURE shows an exemplary embodiment for the inductive charging of a vehicle at an inductive charging station.

Die einzige Figur zeigt eine induktive Ladestation 10 für ein Laden eines Fahrzeugs 20. Die induktive Ladestation 10 weist eine elektrische Bodenspule 11 auf, die auch als Energiespule verstanden werden kann. Die Bodenspule 11 ist in einer Bodenplatte 12 der induktiven Ladestation installiert. Das Fahrzeug 20 weist eine elektrische Fahrzeugspule 21 auf, die ebenso als Energiespule verstanden werden kann. Über die beiden Energiespulen 11, 21 wird elektrische Energie ausgetauscht, wobei die beiden Energiespulen induktiv gekoppelt sind. Bei einem Ladevorgang eines elektrischen Energiespeichers 22 in Form eines Batteriesystems im Fahrzeug 20 wird elektrische Energie von der Bodenspule 11 an die Fahrzeugspule 21 übertragen. Es findet somit zur Energieübertragung eine induktive Kopplung zwischen der Bodenspule 11 und der Fahrzeugspule 21 statt.The single figure shows an inductive charging station 10 for a loading of a vehicle 20 , The inductive charging station 10 has an electrical bottom coil 11 on, which can also be understood as an energy coil. The bottom coil 11 is in a floor plate 12 the inductive charging station installed. The vehicle 20 has an electric vehicle coil 21, which can also be understood as an energy coil. About the two energy coils 11 . 21 electrical energy is exchanged, the two energy coils are inductively coupled. During a charging process of an electrical energy storage 22 in the form of a battery system in the vehicle 20 gets electrical energy from the bottom coil 11 to the vehicle coil 21 transfer. It thus finds an energy transfer inductive coupling between the bottom coil 11 and the vehicle coil 21 instead of.

Ferner ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl die Ladestation 10 wie auch das Fahrzeug 20 mit jeweils einer Kopplungsmesseinrichtung 30 ausgestattet, die es erlaubt die Kopplungswirkung der miteinander induktiv gekoppelten Energiespulen 11, 21 zu erfassen. Mit einer oder in Zusammenwirkung beider Kopplungsmesseinrichtungen 30 kann eine Kopplungsstärke zwischen den beiden Energiespulen 11, 21 gemessen werden. Das Messergebnis kann dann einer Steuereinrichtung 31 zur Steuerung des Ladevorgangs zur Verfügung gestellt werden. Diese Wirkverbindung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form einer drahtlosen Kommunikationsverbindung 33, insbesondere einer Funkverbindung, beispielsweise als WLAN-Verbindung, als Bluetooth-Verbindung oder ähnliches, bereitgestellt werden. Dementsprechend ist die Kopplungsmesseinrichtung 30 auch mit einer Sender/Empfängereinrichtung, zumindest jedoch mit einer Sendeeinrichtung ausgestattet. Die Steuereinrichtung 31, die Signale von der Kopplungsmesseinrichtung 30 empfängt, kann wiederum eine Ladefreigabeeinrichtung 32 steuern. Auf diese Weise ist es möglich, den Ladevorgang einzuleiten, wenn die die Energiespulen 11, 21 ordnungsgemäß zueinander positioniert sind, im vorgesehenen Fall übereinander liegen.Furthermore, in the present embodiment, both the charging station 10 as well as the vehicle 20 each with a coupling measuring device 30 equipped, which allows the coupling effect of inductively coupled together energy coils 11 . 21 capture. With or in cooperation of both coupling measuring devices 30 can be a coupling strength between the two energy coils 11 . 21 be measured. The measurement result can then be a control device 31 be provided to control the charging process. This active connection is in the present embodiment in the form of a wireless communication link 33 , in particular a radio connection, for example as a WLAN connection, as a Bluetooth connection or the like, are provided. Accordingly, the coupling measuring device 30 also equipped with a transmitter / receiver device, but at least with a transmitting device. The control device 31 , the signals from the coupling measuring device 30 In turn, a load release device may receive 32 Taxes. In this way it is possible to initiate the charging process when the energy coils 11 . 21 are properly positioned to each other, in the intended case are superimposed.

Insgesamt wird demnach vorgeschlagen, eine Messung der magnetischen Kopplung der beiden Spulen auf Boden- und Fahrzeugseite durchzuführen anstatt die Position zweier Ladeeinheiten, insbesondere die Fahrzeugposition relativ zur Ladestation 10, genau zu bestimmen. Der die gemessene magnetische bzw. induktive Kopplung zwischen den beiden Energiespulen 11, 21 mit Hilfe der Kopplungsmesseinrichtung 30 kann als Indikator dazu verwendet werden, wie die Boden- und Fahrzeugseite zueinander verortet sind. Die magnetische Kopplung der Energiespulen 11, 21 bzw. Hauptenergiespulen 11, 21 ist somit als Impulsgeber für die richtige Positionierung ausreichend. Die vorgeschlagene Kopplungsmessung mit der Kopplungsmesseinrichtungen 30 zwischen den beiden Energiespulen 11, 21 kann beispielsweise in ähnlicher Weise geschehen, wie dies zur Vermessung von beispielsweise Transformatoren verwendet wird. Das Messsignal der Kopplungsmesseinrichtung 30 wird vorteilhafterweise anhand seiner Stärke bewertet. Ist die magnetische Kopplung niedrig, so sind die Energiespulen 11, 21 nicht übereinander angeordnet. Überschreitet hingegen die Messung einen gewissen Wert, dann ist die Kopplung ausreichend und es kann eine Ladefreigabe erteilt werden, da das Fahrzeug ordnungsgemäß positioniert ist. Die Ladefreigabe kann dem Fahrer auf geeignete Weise mitgeteilt werden, damit dieser seinen Positioniervorgang abschließt. Ferner kann die Ladefreigabe einer weiteren Einrichtung signalisiert werden, die beispielsweise ein automatisiertes oder autonomes Fahren des Fahrzeugs 20 koordiniert. Die ungefähre Position bei der Anfahrt wird dem Fahrzeugführer über das Kamerasystem des Fahrzeuges angezeigt, eine endgültige Positionsbestätigung findet über die Messung und Plausibilisierung der Kopplung statt.Overall, it is therefore proposed to carry out a measurement of the magnetic coupling of the two coils on the ground and vehicle side instead of the position of two loading units, in particular the vehicle position relative to the charging station 10 to pinpoint. The measured magnetic or inductive coupling between the two energy coils 11 . 21 with the help of the coupling measuring device 30 can be used as an indicator of how the floor and vehicle side are located to each other. The magnetic coupling of the energy coils 11 . 21 or main energy coils 11 , 21 is thus sufficient as a pulse generator for the correct positioning. The proposed coupling measurement with the coupling measuring devices 30 between the two energy coils 11 . 21 For example, it may be similar to that used to measure, for example, transformers. The measuring signal of the coupling measuring device 30 is advantageously evaluated by its strength. If the magnetic coupling is low, so are the energy coils 11 . 21 not stacked. If, on the other hand, the measurement exceeds a certain value, then the coupling is sufficient and a charge release can be granted because the vehicle is correctly positioned. The load release may be communicated to the driver in an appropriate manner to complete his positioning operation. Furthermore, the charge release can be signaled to another device, for example, an automated or autonomous driving of the vehicle 20 coordinated. The approximate position at the start is displayed to the driver via the camera system of the vehicle, a final position confirmation takes place via the measurement and plausibility of the coupling.

Insgesamt ergeben sich beispielsweise Vorteile, dass auf ein aufwendiges, kostentreibendes und fehleranfälliges Positioniersystem verzichtet werden kann. Die Energiespulen 11, 21 und das Kopplungsmessprinzip sind in der Ladeeinheit der Ladestation 10 und/oder dem Fahrzeug 20 verfügbar, so dass deren Messergebnisse weiter verarbeitet werden können, ohne dass zusätzliche Maßnahmen zur Positionierungsmessung notwendig sind. Die Positionierungsmessung beruht demnach ausschließlich auf der Messung der induktiven Kopplung der beiden Energiespulen 11, 21. Die vorgeschlagenen Anordnungen können beliebig mit weiteren Messeinrichtungen kombiniert werden, auch mit herkömmlichen Positioniereinrichtungen, um beispielsweise eine Redundanz der Messergebnisse unter Verwendung unterschiedlicher Messverfahren bereitzustellen.Overall, for example, there are advantages that can be dispensed with a complex, costly and error-prone positioning. The energy coils 11 . 21 and the coupling measuring principle are in the charging unit of the charging station 10 and / or the vehicle 20 available, so that their measurement results can be further processed without the need for additional measures for positioning measurement. The positioning measurement is therefore based solely on the measurement of the inductive coupling of the two energy coils 11 , 21. The proposed arrangements can be arbitrarily combined with other measuring devices, even with conventional positioning devices, for example to provide a redundancy of the measurement results using different measuring methods.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Induktive LadestationInductive charging station
1111
Bodenspuleground coil
1212
Bodenplattebaseplate
2020
Fahrzeugvehicle
2121
Fahrzeugspulevehicle coil
2222
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
3030
KopplungsmesseinrichtungCoupling measuring device
3131
Steuereinrichtungcontrol device
3232
LadefreigabeeinrichtungCharging enabler
3333
drahtlose Kommunikationsverbindungwireless communication connection

Claims (6)

Induktive Ladestation (10) für ein Laden eines Fahrzeugs (20) aufweisend eine Fahrzeugspule (21), wobei die induktive Ladestation (10) eine Bodenspule (11) aufweist und wobei mit der Bodenspule (11) eine induktive Kopplung zwischen der Bodenspule (11) und der Fahrzeugspule (21) hervorrufbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Ladestation (10) eine Kopplungsmesseinrichtung (30) aufweist, mit der eine Kopplungsstärke zwischen der Bodenspule (11) und der Fahrzeugspule (21) messbar ist, wobei die Kopplungsstärke als Indikator für eine Positionierung des Fahrzeugs (20) an der induktiven Ladestation (10) verwendbar ist.An inductive charging station (10) for charging a vehicle (20) comprising a vehicle coil (21), wherein the inductive charging station (10) has a bottom coil (11) and wherein with the bottom coil (11) an inductive coupling between the bottom coil (11) and the vehicle coil (21) can be produced, characterized in that the inductive charging station (10) has a coupling measuring device (30) with which a coupling strength between the bottom coil (11) and the vehicle coil (21) can be measured, the coupling strength being used as an indicator for positioning the vehicle (20) at the inductive charging station (10) is usable. Induktive Ladestation (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmesseinrichtung (30) mit einer Steuervorrichtung (31) in Wirkverbindung steht.Inductive charging station (10) after Claim 1 , characterized in that the coupling measuring device (30) is in operative connection with a control device (31). Induktive Ladestation (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung eine drahtlose Kommunikationsverbindung (33) ist.Inductive charging station (10) after Claim 2 , characterized in that the operative connection is a wireless communication link (33). Fahrzeug (20) aufweisend eine Fahrzeugspule (21) zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers (22) des Fahrzeugs an einer induktiven Ladestation (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (20) eine Kopplungsmesseinrichtung (30) aufweist, mit der eine Kopplungsstärke zwischen einer Bodenspule (11) der induktiven Ladestation (10) und der Fahrzeugspule (21) messbar ist, wobei die Kopplungsstärke als Indikator für eine Positionierung des Fahrzeugs (20) an der induktiven Ladestation (10) verwendbar ist.Vehicle (20) comprising a vehicle coil (21) for inductively charging an electrical energy store (22) of the vehicle at an inductive charging station (10), characterized in that the vehicle (20) has a coupling measuring device (30) with a coupling strength between a bottom coil (11) of the inductive charging station (10) and the vehicle coil (21) is measurable, wherein the coupling strength is used as an indicator for a positioning of the vehicle (20) at the inductive charging station (10). Fahrzeug (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmesseinrichtung (30) mit einer Ladefreigabevorrichtung (31) in Wirkverbindung steht.Vehicle (20) to Claim 4 , characterized in that the coupling measuring device (30) is in operative connection with a loading release device (31). Fahrzeug (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung eine drahtlose Kommunikationsverbindung (33) ist.Vehicle (20) to Claim 5 , characterized in that the operative connection is a wireless communication link (33).
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