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Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2014 223 931 A1 beschrieben, eine Lade-/Entladestation insbesondere für ein batteriebetriebenes Fahrzeug bekannt. Die Lade-/Entladestation zum Laden oder Entladen eines zumindest teilweise batteriebetriebenen Fahrzeugs über ein induktiv gekoppeltes Spulenpaar umfasst eine Computereinrichtung, in der räumliche Koordinaten von Parkflächen gespeichert sind, und welche Mittel aufweist, um ein Fahrzeug anhand mittels einer Kameraeinrichtung aufgenommener Bilddaten des Fahrzeugs und anhand von räumlichen Koordinaten der Parkflächen mittels Kommunikationseinheiten auf die Parkfläche zu navigieren.
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In der
DE 10 2014 014 859 A1 werden ein Verfahren zur Positionierung eines Kraftfahrzeugs zum kontaktlosen Laden und ein Kraftfahrzeug beschrieben. In diesem Verfahren zur Positionierung des Kraftfahrzeugs in einer zum kontaktlosen Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs durch eine Ladeplatte geeigneten Ladeposition werden Markierungssensordaten mit einer Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs erfasst. Die Markierungssensordaten beschreiben eine Markierung, die ortsfest im Umfeld der Ladeplatte und beabstandet von der Ladeplatte angeordnet ist. Durch eine Steuereinrichtung wird eine Lageinformation, welche eine relative Lage der Ladeplatte zur Markierung beschreibt, aus einer Speichereinrichtung geladen. Diese Lageinformation wurde durch das Kraftfahrzeug oder ein weiteres Kraftfahrzeug vorangehend ermittelt und auf der Speichereinrichtung gespeichert. Durch die Steuereinrichtung wird eine Markierungsinformation aus den Markierungssensordaten bestimmt, welche eine relative Lage der Markierung bezüglich des Kraftfahrzeugs beschreibt. Des Weiteren wird durch die Steuereinrichtung eine Ladeplatteninformation aus der Markierungsinformation und der Lageinformation bestimmt, welche eine relative Lage der Ladeplatte zu dem Kraftfahrzeug beschreibt. Durch die Steuereinrichtung wird das Kraftfahrzeug durch Auslösen wenigstens eines von der Ladeplatteninformation abhängigen Fahrhinweises an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens eines von der Ladeplatteninformation abhängigen, längs- und/oder querführenden Fahreingriffs in die Ladeposition geführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ladestation zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ladestation zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Ladestation zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs umfasst eine Standfläche für das Fahrzeug mit einer mindestens eine Primärspule umfassenden Bodenplatte. Des Weiteren umfasst die Ladestation mindestens eine Kameraeinheit.
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Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Kameraeinheit an und/oder in der Bodenplatte angeordnet, wobei ein Erfassungsbereich der mindestens einen Kameraeinheit nach oben ausgerichtet ist.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der mindestens einen Kameraeinheit an und/oder in der Bodenplatte eines solchen induktiven Ladesystems mit Blickwinkel nach oben kann bei einer Überfahrt des Fahrzeugs eine Position einer mindestens eine Sekundärspule umfassenden Ladeplatte an einer Unterseite des Fahrzeugs verfolgt werden, wodurch eine Positionierung des Fahrzeugs auf der Standfläche derart, dass die Bodenplatte und die Ladeplatte übereinander positioniert sind, vorgenommen oder erleichtert werden kann. Dadurch kann eine sehr hohe Positionierungsgenauigkeit erreicht werden, wodurch beispielsweise keine weitere Sensorik zur Ermittlung einer Relativposition von Bodenplatte und Ladeplatte erforderlich ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 schematisch eine Seitenansicht einer Ladestation zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs und ein sich der Ladestation näherndes Fahrzeug,
- 2 schematisch eine Frontansicht des sich der Ladestation nähernden Fahrzeugs, und
- 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Unterseite des Fahrzeugs.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen eine Ladestation 1 zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs 2 und das sich der Ladestation 1 nähernde Fahrzeug 2, wobei dies in 1 in einer Seitenansicht und in 2 in einer Frontansicht auf das Fahrzeug 2 dargestellt ist. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Unterseite des Fahrzeugs 2, d. h. insbesondere auf einen Unterbodenbereich des Fahrzeugs 2.
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Die Ladestation 1 umfasst eine Standfläche SF für das Fahrzeug 2 mit einer Bodenplatte 3, die mindestens eine Primärspule aufweist. Ein induktives Ladesystem, welches ein kontaktloses Laden von beispielsweise als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugen 2, genauer gesagt von deren Energiespeichern, ermöglicht, weist ein Spulensystem auf, dass die mindestens eine Primärspule und mindestens eine Sekundärspule umfasst. In die Primärspule wird ein hochfrequenter Strom eingespeist, der ein Magnetfeld ausbildet. Dieses Magnetfeld induziert eine Spannung in die Sekundärspule.
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Das Fahrzeug 2 weist an einem Unterboden eine Ladeplatte 4 mit dieser mindestens einen Sekundärspule auf. Zum Laden wird das Fahrzeug 2 derart positioniert, dass sich die Primärspule unter dem Fahrzeug 2, insbesondere unter der Sekundärspule, befindet. D. h. Bodenplatte 3 mit Primärspule der Ladestation 1 und Ladeplatte 4 mit Sekundärspule des Fahrzeugs 2 werden übereinander positioniert.
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Damit eine induktive Energieübertragung erfolgen kann, ist eine induktive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule erforderlich. Hierfür müssen Sekundärspule und Primärspule innerhalb einer bestimmten Positionstoleranz zueinander positioniert sein. Dementsprechend muss das Fahrzeug 2 mit der Sekundärspule genau innerhalb der vorgegebenen Positionstoleranz positioniert werden.
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Um die Relativposition von Primärspule und Sekundärspule zu ermitteln, kann beispielsweise über eine Messung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ein Kopplungsfaktor zwischen den beiden Spulen bestimmt werden. Befindet sich die Sekundärspule direkt über der Primärspule, ist der Kopplungsfaktor am höchsten. Befindet sich die Sekundärspule weiter weg von der Primärspule, ist der Kopplungsfaktor entsprechend niedriger, bei einer entsprechend großen Abweichung am niedrigsten. Über eine Bestimmung des Kopplungsfaktors kann eine absolute Entfernung zwischen beiden Spulen beispielsweise bis zu einem Abstand von maximal 0,5 m grob bestimmt werden.
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Eine weitere Möglichkeit ist es, Sende- und Empfängerspulen in die Bodenplatte 3 und in die Ladeplatte 4 bzw. in das Fahrzeug 2 zu integrieren. Über eine Stärke des gesendeten magnetischen Signals kann auf die Entfernung zwischen den Empfänger- und Sendespulen zurückgeschlossen werden. Um eine Relativposition in x-Richtung, d. h. in Fahrzeuglängsrichtung, in y-Richtung, d. h. in Fahrzeugquerrichtung, und zusätzlich Winkelinformationen zu erhalten, werden mehrere Spulen in jeder Platte 3, 4 integriert. Dadurch kann beispielsweise bis zu einer Entfernung von fünf Metern zwischen Bodenplatte 3 und Fahrzeug 2 eine Relativposition zwischen Primärspule und Sekundärspule ermittelt werden.
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Bei der im Folgenden beschriebenen besonders vorteilhaften Lösung ist, alternativ oder zusätzlich zu diesen beiden oben beschriebenen Möglichkeiten der Bestimmung der Relativposition zwischen Primärspule und Sekundärspule, vorgesehen, dass die Ladestation 1 mindestens eine Kameraeinheit 5 umfasst, welche an und/oder in der Bodenplatte 3 angeordnet ist, wobei ein Erfassungsbereich E der mindestens einen Kameraeinheit 5 nach oben ausgerichtet ist. Im hier dargestellten Beispiel weist die Ladestation 1 eine Mehrzahl solcher Kameraeinheiten 5 auf, welche jeweils an und/oder in der Bodenplatte 3 angeordnet sind und deren jeweiliger Erfassungsbereich E nach oben ausgerichtet ist. Genauer gesagt weist die Ladestation 1 im dargestellten Beispiel drei solcher Kameraeinheiten 5 auf, wie in 2 gezeigt.
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Mittels der jeweiligen Kameraeinheit 5 werden bei Überfahrt des Fahrzeugs 2 eine Struktur des Unterbodens und/oder die Ladeplatte 4 des Fahrzeugs 2 erfasst, so dass die Positionierung des Fahrzeugs 2 auf der Standfläche SF derart, dass die Bodenplatte 3 und die Ladeplatte 4 übereinander positioniert sind, vorgenommen oder erleichtert werden kann. Beispielsweise kann eine virtuelle Karte des Unterbodens des Fahrzeugs 2, zum Beispiel bei einer ersten Positionierung des Fahrzeugs 2 an der Ladestation 1, erstellt bzw. gelernt werden, oder diese virtuelle Karte kann an die Ladestation 1 übermittelt werden, so dass durch Erfassung des Unterbodens des Fahrzeugs 2 mittels der Kameraeinheit 5 oder der mehreren Kameraeinheiten 5 eine möglichst genaue Positionierung des Fahrzeugs 2 ermöglicht wird. Die virtuelle Karte des Unterbodens ist dabei insbesondere eine Zusammenstellung für das Fahrzeug 2 signifikanter optischer Merkmale. Da die Ladeplatte 4 fest am Fahrzeug 2 installiert ist und die optischen Merkmale definierte und bekannte Positionen, insbesondere in x-Richtung und y-Richtung, relativ zur Ladeplatte 4 aufweisen, kann die Position des Fahrzeugs 2 relativ zur Position der Bodenplatte 3 aus den Positionen dieser Merkmale hergeleitet werden.
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Die optischen Merkmale können beispielsweise jeweils ein Merkmal des Fahrzeugs 2 oder dessen Ladeplatte 4 sein. Alternativ oder zusätzlich können optische Marker vorgesehen sein, welche kein herkömmlicher Bestandteil des Fahrzeugs 2 oder der Ladeplatte 4 sind, sondern zusätzlich als Markierung angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind diese Marker derart ausgebildet, dass sie besonders gut und einfach durch die jeweilige Kameraeinheit 5 erfassbar sind, beispielsweise auch bei schlechten Lichtverhältnissen und/oder Verschmutzung. Vorteilhafterweise wird durch diese Marker eine genaue Erkennung der Ladeplatte 4 des Fahrzeugs 2 ermöglicht.
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In einer möglichen Ausführungsform umfasst die Ladestation 1 eine mit der Kamera 5 oder mit den Kameras 5 gekoppelte Verarbeitungseinheit zur Bildauswertung und Positionsbestimmung der Position des Fahrzeugs 2 und somit der Relativposition von Ladeplatte 4 und Bodenplatte 3.
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Des Weiteren kann an der Ladestation 1 beispielsweise eine optische und/oder akustische Ausgabeeinheit vorgesehen sein, um zum Beispiel einem Fahrzeugführer des Fahrzeugs 2 in Abhängigkeit von einem Auswertungsergebnis der Verarbeitungseinheit Informationen zur Positionierung des Fahrzeugs 2 auszugeben, beispielsweise in Form von schriftlichen, bildlichen und/oder akustischen Fahranweisungen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Ladestation 1 eine Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem Fahrzeug 2 aufweist, beispielsweise um in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis der Verarbeitungseinheit Informationen zur Positionierung des Fahrzeugs 2 im Fahrzeug 2 auszugeben, beispielsweise in Form von schriftlichen, bildlichen und/oder akustischen Fahranweisungen auf einer optischen und/oder akustischen Ausgabeeinheit des Fahrzeugs 2. Alternativ oder zusätzlich können diese Informationen zur automatischen Steuerung und/oder Regelung einer Lenkvorrichtung, einer Bremsvorrichtung und/oder eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs 2 verwendet werden, um das Fahrzeug 2 automatisiert oder zumindest teilautomatisiert oder autonom auf der Standfläche SF in eine optimale Ladeposition zu bewegen. Das Fahrzeug 2 weist entsprechend auch eine Kommunikationseinheit auf, um die Kommunikation mit der Ladestation 1 zu ermöglichen.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass von der jeweiligen Kameraeinheit 5 erfasste Bilddaten direkt, d. h. ohne Auswertung, zum Fahrzeug 2 gesendet und im Fahrzeug 2 ausgewertet werden, um die Position des Fahrzeugs 2 und somit der Relativposition von Ladeplatte 4 und Bodenplatte 3 zu bestimmen. Dann ist beispielsweise die Verarbeitungseinheit in der Ladestation 1 nicht unbedingt erforderlich, jedoch weist die Ladestation 1 auch in diesem Fall die Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem Fahrzeug 2 auf und das Fahrzeug 2 weist entsprechend auch eine Kommunikationseinheit auf, um die Kommunikation mit der Ladestation 1 zu ermöglichen. Die Informationen zur Positionierung des Fahrzeugs 2, welche in diesem Fall aus der Auswertung der Bilddaten im Fahrzeug 2 resultieren, können auch hier beispielsweise in Form von schriftlichen, bildlichen und/oder akustischen Fahranweisungen dem Fahrzeugführer mittels einer akustischen und/oder optischen Ausgabeeinheit des Fahrzeugs 2 ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können auch hier diese Informationen zur automatischen Steuerung und/oder Regelung der Lenkvorrichtung, der Bremsvorrichtung und/oder des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 2 verwendet werden, um das Fahrzeug 2 automatisiert oder zumindest teilautomatisiert oder autonom auf der Standfläche SF in eine optimale Ladeposition zu bewegen.
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Die Verarbeitungseinheit und/oder die Kommunikationseinheit und/oder die Ausgabeeinheit der Ladestation 1 können beispielsweise Einheiten sein, welche auch bei herkömmlichen Ladestationen 1 bereits vorhanden sind und somit auch zusätzlich für die beschriebene Vorgehensweise verwendet werden können.
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In einer möglichen Ausführungsform weist die Ladestation 1 eine Lerneinheit zum Anlernen der Ladeposition auf. Diese Lerneinheit kann beispielsweise die Positionen der optischen Marker der Ladeplatte 4 und/oder des Fahrzeugs 2 und/oder die Position der Ladeplatte 4 mit anderen Positionierungssensoren abgleichen, zum Beispiel mit Positionsinformationen dieser anderen Positionierungssensoren, welche während des Ladens nach der Positionierung ermittelt werden, so dass die Positionierung des Fahrzeugs 2 und somit die Relativposition von Ladeplatte 4 und Bodenplatte 3 weiter verbessert werden kann.
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Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Lösung ist deren flexible Verwendung mit unterschiedlichen Fahrzeugen 2. Sobald eine Unterbodenstruktur eingelernt ist, kann ein jeweiliger Fahrzeugtyp optimal positioniert werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil dieser Lösung ist eine sehr hohe erreichbare Positionierungsgenauigkeit, durch die beispielsweise keine weitere Sensorik erforderlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladestation
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Bodenplatte
- 4
- Ladeplatte
- 5
- Kameraeinheit
- E
- Erfassungsbereich
- SF
- Standfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014223931 A1 [0002]
- DE 102014014859 A1 [0003]
