DE102018202957A1

DE102018202957A1 - Verfahren und Auswerteeinheit zum Überprüfen der Ausrichtung der Spulen eines induktiven Ladesystems

Info

Publication number: DE102018202957A1
Application number: DE102018202957.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Krammer; Florian Niedermeier; Fredrik Hocke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2019-08-29

Abstract

Es wird eine Auswerteeinheit (300) für eine Primäreinheit (110) beschrieben, wobei die Primäreinheit (110) eine Primärspule (111) umfasst, die eingerichtet ist, ein Lade-Magnetfeld zu erzeugen, um elektrische Energie an eine Sekundärspule (121) einer Sekundäreinheit (120) zu übertragen. Die Primäreinheit (110) umfasst ferner zumindest eine Empfangsspule (211), die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule (201) der Sekundäreinheit (120) generierten Mess-Magnetfelds (221) zu erfassen. Die Auswerteeinheit (300) ist eingerichtet, auf Basis eines Messwerts der zumindest einen Empfangsspule (211) einen Ist-Feldstärkewert des Mess-Magnetfelds (221) an der zumindest einen Empfangsspule (211) zu ermitteln. Außerdem ist die Auswerteeinheit (300) eingerichtet, zu überprüfen, ob der Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein Referenz-Feldstärkeintervall fällt oder nicht, wobei das Referenz-Feldstärkeintervall von einem Ziel-Versatzbereich (501, 502) eines Versatzes zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) abhängt. Außerdem ist die Auswerteeinheit (300) eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Überprüfen zu bestimmen, ob sich der Versatz zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) innerhalb des Ziel-Versatzbereichs (501, 502) befindet oder nicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Auswerteeinheit zum Überprüfen der Ausrichtung einer Sekundärspule eines Fahrzeugs relativ zu der Primärspule eines induktiven Ladesystems zum Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs.
Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen über eine Batterie (d.h. über einen elektrischen Energiespeicher), in der elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.
Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Energiespeicher 103 für elektrische Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Sekundärspule 121 im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule 121 über einen Gleichrichter (als Teil der Sekundärelektronik 123) mit dem Energiespeicher 103 verbunden ist. Die Sekundärspule 121 ist typischerweise Teil einer sogenannten „Wireless Power Transfer“ (WPT) Fahrzeugeinheit 120 bzw. Sekundäreinheit 120.
Die Sekundärspule 121 der WPT-Fahrzeugeinheit 120 kann über einer Primärspule 111 positioniert werden, wobei die Primärspule 111 z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule 111 ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT-Bodeneinheit 110 bzw. Primäreinheit 110 bzw. Ladestation 110. Die Primärspule 111 ist mit einer Stromversorgung 113 verbunden. Die Stromversorgung 113 kann einen Radio-Frequenz-Generator bzw. Wechselrichter umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule der WPT-Bodeneinheit 110 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld (insbesondere ein magnetisches Ladefeld bzw. ein Lade-Magnetfeld) induziert wird. Das magnetische Ladefeld kann eine Frequenz aus einem vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich aufweisen. Die Ladefeld-Frequenz des elektromagnetischen Ladefelds kann im Bereich von 80-90kHz (insbesondere bei 85kHz) liegen.
Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule 111 der Primäreinheit 110 und Sekundärspule 121 der Sekundäreinheit 120 über die Unterbodenfreiheit 130 wird durch das magnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule 121 induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule 121 wird durch den Gleichrichter gleichgerichtet und im Speicher 103 gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung 113 zum Energiespeicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade-Steuergerät (als Teil der Sekundärelektronik 123) gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos (etwa über WLAN), mit der Primäreinheit 110 zu kommunizieren.
Um möglichst große Feldstärken des magnetischen Ladefelds für die Überbrückung der Unterbodenfreiheit 130 herstellen zu können, können resonante Systeme verwendet werden. Dabei sind sowohl die Primärspule 111 als auch die Sekundärspule 121 in Schwingkreise eingebunden, die über die Primärspule 111 und die Sekundärspule 121 miteinander gekoppelt sind. Insbesondere werden dabei in einem Primärschwingkreis der Primäreinheit 110 aufgrund eines relativ geringen Kopplungsfaktors zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 typischerweise relativ hohe Primärstrome zur Erzeugung eines magnetischen Ladefeldes mit ausreichender Feldstärke verwendet.
Für ein energieeffizientes Laden sind möglichst hohe Kopplungsfaktoren zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 vorteilhaft. Durch ein unpräzises Abstellen eines Fahrzeugs 100 auf einer Parkposition kann es zu einem seitlichen Versatz der Spulen 111, 121 und damit zu einem reduzierten Kopplungsfaktor des induktiven Koppelsystems aus Primärspule 111 und Sekundärspule 121 kommen.
Des Weiteren ist es für die funktionale Sicherheit eines induktiven Ladesystems typischerweise erforderlich, dass mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt werden kann, dass das Fahrzeug 100 vollständig über der Primärspule 111 positioniert ist, bevor ein Ladefeld generiert wird.
Zur Positionierung eines Fahrzeugs 100 erfolgt typischerweise eine Kommunikation zwischen der Primäreinheit 110 und der Sekundäreinheit 120, insbesondere über eine drahtlose Kommunikationsverbindung. Folglich sind an der Bestimmung der korrekten Ausrichtung zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 typischerweise sowohl on-board Komponenten eines Fahrzeugs 100 als auch off-board Komponenten außerhalb des Fahrzeugs beteiligt. Dies führt zu einem relativ hohen Aufwand in Bezug auf die Gewährleistung der funktionalen Sicherheit eines induktiven Ladesystems.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in effizienter und zuverlässiger Weise die Ausrichtung der Sekundärspule einer Sekundäreinheit relativ zu der Primärspule einer Primäreinheit eines induktiven Ladesystems zu überprüfen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Auswerteeinheit für eine Primäreinheit beschrieben. Dabei kann die Primäreinheit Teil einer Bodeneinheit zum induktiven Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs sein. Die Primäreinheit umfasst eine Primärspule, die eingerichtet ist, ein Lade-Magnetfeld (bzw. kurz ein Ladefeld) zu erzeugen, um elektrische Energie an die Sekundärspule einer Sekundäreinheit zu übertragen. Dabei kann die Sekundäreinheit Teil eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßenkraftfahrzeugs) sein.
Die Primäreinheit umfasst zumindest eine Empfangsspule, die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule der Sekundäreinheit generierten Mess-Magnetfelds zu erfassen. Die Sendespule kann die Sekundärspule der Sekundäreinheit sein.
Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, auf Basis eines Messwerts der zumindest einen Empfangsspule einen Ist-Feldstärkewert des Mess-Magnetfelds an der zumindest einen Empfangsspule zu ermitteln. Der Ist-Feldstärkewert kann dem Betrag der Feldstärke des Mess-Magnetfelds an der Empfangsspule entsprechen. Außerdem ist die Auswerteeinheit eingerichtet, zu überprüfen, ob der Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein Referenz-Feldstärkeintervall fällt oder nicht. Dabei kann das Referenz-Feldstärkeintervall von einem Ziel-Versatzbereich des Versatzes zwischen der Primärspule und der Sekundärspule abhängen. Insbesondere kann das Referenz-Feldstärkeintervall die Ist-Feldstärkewerte anzeigen, die an der Empfangsspule gemessen werden sollten, wenn der Versatz zwischen der Primärspule und der Sekundärspule innerhalb des Ziel-Versatzbereichs liegt. Das Referenz-Feldstärkeintervall kann im Vorfeld ermittelt worden sein. Dabei kann angenommen werden, dass die Sendespule ein Mess-Magnetfeld mit einer bestimmen (bekannten) Soll-Feldstärke erzeugt.
Ferner ist die Auswerteeinheit eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Überprüfen zu bestimmen, ob sich der Versatz zwischen der Primärspule und der Sekundärspule innerhalb des Ziel-Versatzbereichs befindet oder nicht. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass der Versatz nicht in dem Ziel-Versatzbereich liegt, wenn der Ist-Feldstärkewert nicht in dem Referenz-Feldstärkeintervall liegt. Andererseits kann bestimmt werden, dass der Versatz in dem Ziel-Versatzbereich liegt, wenn der Ist-Feldstärkewert in dem Referenz-Feldstärkeintervall liegt.
Die Auswerteeinheit ermöglicht es somit, in effizienter und zuverlässiger Weise die Ausrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule zu bestimmen. Insbesondere kann ermittelt werden, ob die Sekundärspule korrekt über der Primärspule positioniert wurde. Dabei wird keine Datenkommunikation zwischen der Primäreinheit und der Sekundäreinheit benötigt, so dass in effizienter Weise eine sichere Überprüfung der Ausrichtung ermöglicht wird.
Das Referenz-Feldstärkeintervall kann von einem unteren Referenz-Feldstärkewert und einem oberen Referenz-Feldstärkewert begrenzt werden. Dabei können der untere und der obere Referenz-Feldstärkewert von einem Referenz-Verlauf des Referenz-Feldstärkewerts des Mess-Magnetfelds an der zumindest einen Empfangsspule als Funktion des Versatzes zwischen der Primärspule) und der Sekundärspule abhängen. Der Versatz kann dabei ggf. in unterschiedliche Richtungen (z.B. in eine x-Richtung und/oder in eine y-Richtung) erfolgen. Der Referenz-Verlauf kann Referenz-Feldstärkewerte als Funktion des Versatzes anzeigen.
Der Referenz-Verlauf des Referenz-Feldstärkewerts kann im Vorfeld, insbesondere für die Kombination aus Primäreinheit und Sekundäreinheit, ermittelt worden sein. Dabei kann angenommen worden sein, dass die Sendeeinheit ein Mess-Magnetfeld mit einer bestimmten Feldstärke erzeugt. Bei der Überprüfung der Ausrichtung der Primärspule und der Sekundärspule kann die Sendeeinheit dann ein Mess-Magnetfeld mit der gleichen oder einer in Abhängigkeit von der Unterbodenfreiheit angepassten Feldstärke erzeugen.
Der Ziel-Versatzbereich kann durch einen ersten Versatzwert und durch einen zweiten Versatzwert des Versatzes zwischen der Primärspule und der Sekundärspule begrenzt werden. Der untere Referenz-Feldstärkewert kann dann von dem ersten Versatzwert, insbesondere von dem Referenz-Feldstärkewert des Referenz-Verlaufs für den ersten Versatzwert, abhängen. Alternativ oder ergänzend kann der obere Referenz-Feldstärkewert von dem zweiten Versatzwert, insbesondere von dem Referenz-Feldstärkewert des Referenz-Verlaufs für den zweiten Versatzwert, abhängen.
So kann in zuverlässiger Weise ein Referenz-Feldstärkeintervall ermittelt werden, mit dem bestimmt werden kann, ob die Primärspule und die Sekundärspule einen Versatz zueinander aufweisen, der innerhalb des Ziel-Versatzbereichs liegt.
Die Primäreinheit kann mehrere Empfangsspulen an unterschiedlichen Positionen der Primäreinheit aufweisen. Dabei kann jede Empfangsspule eine feste Position relativ zu der Primärspule aufweisen.
Alternativ oder ergänzend kann die Sekundäreinheit mehrere Sendespulen an unterschiedlichen Positionen der Sekundäreinheit aufweisen. Dabei kann jede Sendespule eine feste Position relativ zu der Sekundärspule aufweisen.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, für unterschiedliche Paare aus Empfangsspule und Sendespule jeweils einen Ist-Feldstärkewert zu ermitteln. Durch die Berücksichtigung von mehreren Ist-Feldstärkewerten kann mit erhöhter Genauigkeit die Ausrichtung der Primärspule und der Sekundärspule überprüft werden.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, die Ist-Feldstärkewerte der unterschiedlichen Paare zu kombinieren, um einen kombinierten Ist-Feldstärkewert zu ermitteln. Dabei kann der kombinierte Ist-Feldstärkewert eine, insbesondere gewichtete, Linearkombination der Ist-Feldstärkewerte der unterschiedlichen Paare umfassen oder sein.
Des Weiteren kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, zu überprüfen, ob der kombinierte Ist-Feldstärkewert in ein kombiniertes Referenz-Feldstärkeintervall für die unterschiedlichen Paare fällt oder nicht. Durch die Kombination von mehreren Ist-Feldstärkewerten für mehrere unterschiedliche Paare aus Empfangsspule und Sendespule wird es möglich, ein relativ schmales kombiniertes Referenz-Feldstärkeintervall zu verwenden, so dass die Eindeutigkeit der Überprüfung der Ausrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule erhöht wird.
Das Referenz-Feldstärkeintervall eines Paares aus Empfangsspule und Sendespule kann jeweils von einem unteren Referenz-Feldstärkewert und einem oberen Referenz-Feldstärkewert begrenzt werden. Des Weiteren kann das kombinierte Referenz-Feldstärkeintervall durch einen unteren Referenz-Feldstärkewert und einen oberen Referenz-Feldstärkewert begrenzt werden. Der untere Referenz-Feldstärkewert des kombinierten Referenz-Feldstärkeintervalls kann dann eine, insbesondere gewichtete, Linearkombination der unteren Referenz-Feldstärkewerte der unterschiedlichen Paare umfassen oder sein. Des Weiteren kann der obere Referenz-Feldstärkewert des kombinierten Referenz-Feldstärkeintervalls eine, insbesondere gewichtete, Linearkombination der oberen Referenz-Feldstärkewerte der unterschiedlichen Paare umfassen oder sein. Dabei wird typischerweise für die Ermittlung des kombinierten Referenz-Feldstärkeintervalls die gleiche Form der (Linear-) Kombination verwendet wie für die Ermittlung des kombinierten Ist-Feldstärkewertes. Durch die Kombination von mehreren Referenz-Feldstärkeintervallen kann ein kombiniertes Referenz-Feldstärkeintervall mit einem relativ schmalen Wertebereich bereitgestellt werden, was die Zuverlässigkeit der Überprüfung der Ausrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule erhöht.
Die Sekundäreinheit kann mehrere Sendespulen an unterschiedlichen Positionen der Sekundäreinheit aufweisen. Dabei können die unterschiedlichen Sendespulen eingerichtet sein, jeweils Mess-Magnetfelder zu erzeugen, wobei sich die Mess-Magnetfelder der unterschiedlichen Sendespulen in Bezug auf eine Soll-Frequenz, eine Soll-Amplitude und/oder ein Soll-Zeitintervall, in dem das jeweilige Mess-Magnetfeld erzeugt wird, unterscheiden. Beispielsweise kann ein definiertes Zeitmultiplexing der unterschiedlichen Mess-Magnetfelder erfolgen.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, Messwerte der zumindest einen Empfangsspule, auf Basis der Soll-Amplitude, der Soll-Frequenz und/oder dem Soll-Zeitintervall den unterschiedlichen Sendespulen zuzuordnen. Insbesondere kann der Auswerteeinheit die Soll-Amplitude, die Soll-Frequenz und/oder das Soll-Zeitintervall der einzelnen Sendespulen bekannt sein. So können in zuverlässiger und präziser Weise Ist-Feldstärkewerte für unterschiedliche Paare aus Sendespule und Empfangsspule ermittelt werden.
Die Sekundärspule kann entlang der z-Achse (z.B. der Hochachse eines Fahrzeugs) über der Primärspule angeordnet sein. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, eine Referenzhöhe der zumindest einen Empfangsspule in Bezug auf die z-Achse zu ermitteln. Des Weiteren kann die tatsächliche Höhe der zumindest einen Empfangsspule in Bezug auf die z-Achse ermittelt werden. Die Auswerteeinheit kann dann den Ist-Feldstärkewert und/oder das Referenz-Feldstärkeintervall in Abhängigkeit von der Referenzhöhe und der tatsächlichen Höhe, insbesondere in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der Referenzhöhe und der tatsächlichen Höhe, skalieren. So können in effizienter und präziser Weise unterschiedlich hoch (in z-Richtung) verbaute Primäreinheiten berücksichtigt werden.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die Primärspule zu veranlassen, (ggf. nur dann) das Lade-Magnetfeld zu erzeugen, wenn bestimmt wurde, dass sich der Versatz zwischen der Primärspule und der Sekundärspule innerhalb des Ziel-Versatzbereichs befindet. So kann gewährleistet werden, dass das Lade-Magnetfeld nur dann erzeugt wird, wenn die Sekundärspule korrekt über der Primärspule angeordnet ist.
Die Empfangsspule kann eingerichtet sein, einen ersten Messwert für eine erste Feldrichtung (z.B. eine x-Richtung) und einen zweiten Messwert für eine zweite Feldrichtung (z.B. eine y-Richtung) des Mess-Magnetfelds zu erfassen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, auf Basis des ersten Messwerts einen ersten Ist-Feldstärkewert und auf Basis des zweiten Messwerts einen zweiten Ist-Feldstärkewert zu ermitteln. Des Weiteren kann überprüft werden, ob der erste Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein erstes Referenz-Feldstärkeintervall für die erste Feldrichtung fällt oder nicht. Außerdem kann überprüft werden, ob der zweite Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein zweites Referenz-Feldstärkeintervall für die zweite Feldrichtung fällt oder nicht. Es können somit unterschiedliche Feldrichtungen berücksichtigt werden. So können die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit der Überprüfung der Ausrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule weiter erhöht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Primäreinheit für ein induktives Ladesystem beschrieben. Die Primäreinheit umfasst eine Primärspule, die eingerichtet ist, ein Lade-Magnetfeld zu erzeugen, um elektrische Energie an eine Sekundärspule einer Sekundäreinheit zu übertragen. Des Weiteren umfasst die Primäreinheit zumindest eine Empfangsspule, die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule der Sekundäreinheit generierten Mess-Magnetfelds zu erfassen. Außerdem umfasst die Primäreinheit die in diesem Dokument beschriebene Auswerteeinheit.
Die zumindest eine Empfangsspule kann derart in Bezug auf die Sendespule angeordnet sein, dass eine Symmetrielinie des Mess-Magnetfelds die Empfangsspule für beliebige Versatzwerte zwischen der Primärspule und der Sekundärspule, die innerhalb des Ziel-Versatzbereichs liegen, nicht schneidet. So wird eine besonders zuverlässige Überprüfung der Ausrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Überprüfen einer Ausrichtung zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule beschrieben. Die Primärspule ist eingerichtet, ein Lade-Magnetfeld zu erzeugen, um elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen. Die Primäreinheit umfasst zumindest eine Empfangsspule, die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule der Sekundäreinheit generierten Mess-Magnetfelds zu erfassen.
Das Verfahren umfasst das Ermitteln, auf Basis eines Messwerts der zumindest einen Empfangsspule, eines Ist-Feldstärkewertes des Mess-Magnetfelds an der zumindest einen Empfangsspule. Außerdem umfasst das Verfahren das Überprüfen, ob der Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein Referenz-Feldstärkeintervall fällt oder nicht. Dabei hängt das Referenz-Feldstärkeintervall von einem Ziel-Versatzbereich eines Versatzes zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ab. Außerdem umfasst das Verfahren das Bestimmen, in Abhängigkeit von dem Überprüfen, ob sich der Versatz zwischen der Primärspule und der Sekundärspule innerhalb des Ziel-Versatzbereichs befindet oder nicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument
beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument
beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument
beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems;
2 beispielhafte Sende- und Empfangsspulen zur Ermittlung der relativen Positionierung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation;
3a beispielhafte Sende- und Empfangsspulen in einer Seitenansicht;
3b beispielhafte Sende- und Empfangsspulen in einer schematischen Darstellung;
3c beispielhafte Sende- und Empfangsspulen in einer Draufsicht;
4a ein beispielhaftes Mess-Magnetfeld einer Sendespule;
4b und 4c beispielhafte Referenz-Verläufe von Feldstärkewerten für unterschiedliche Versatzwerte;
5a bis 5c beispielhafte Referenz-Feldstärkeintervalle; und
6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Überprüfen der Ausrichtung zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Überprüfung der Ausrichtung der Sekundärspule 121 eines Fahrzeugs 100 relativ zu der Primärspule 111 einer Bodeneinheit 110.
In diesem Zusammenhang zeigt 2 ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit ein oder mehreren Sendespulen 201, 202, 203 (allgemein als Sender bezeichnet), wobei die Sendespulen 201, 202, 203 eingerichtet sind, jeweils ein (Mess-) Magnetfeld 221 zu erzeugen. An einer Bodeneinheit 110 (allgemein als Ladestation oder Primäreinheit bezeichnet) sind ein oder mehrere Empfangsspulen 211, 212, 213 angeordnet (allgemein als Empfänger bezeichnet), die eingerichtet sind, das Magnetfeld 221 einer Sendespule 201, 202, 203 zu sensieren. Insbesondere kann von jeder Empfangsspule 211, 212, 213 die Feldstärke eines Magnetfelds 221 an der jeweiligen Position der Empfangsspulen 211, 212 213 ermittelt werden. Durch eine Empfangsspule 211 kann somit ein Ist-Feldstärkewert ermittelt werden, der den Wert der Feldstärke des Magnetfelds 221 an der Position der Empfangsspule 211 anzeigt.
Im Vorfeld zu einem Positionierungsvorgang kann ein Kennfeld erfasst werden, das für eine spezifische Kombination aus Fahrzeug 100 und Ladestation 110 (d.h. für ein spezifisches Ladesystem) Referenz-Feldstärkewerte als Funktion der relativen Positionierung zwischen Fahrzeug 100 und Ladestation 110 bzw. zwischen Sekundärspule 121 und Primärspule 111 anzeigt. Der Referenz-Feldstärkewert für eine bestimmte Relativposition (d.h. für einen bestimmten Versatzwert des Versatzes zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121) kann dabei den Wert der Feldstärke des Magnetfelds 221 an der Position der Empfangsspule 211 anzeigen, wenn sich das Fahrzeug 100 an der bestimmten Relativposition befindet. Die Relativposition kann dabei einen relativen Abstand in der Ebene (X-Koordinaten und Y-Koordinaten) umfassen. Des Weiteren kann die Relativposition einen relativen Abstand in der Höhe (Z-Koordinaten) umfassen (z.B. bei unterschiedlichen Beladungen). Außerdem kann die Relativposition eine Verdrehung bzw. Orientierung (φ) zwischen Fahrzeug 100 und Bodeneinheit 110 umfassen. Das Kennfeld kann somit Referenz-Feldstärkewerte als Funktion von x, y und ggf. z und/oder φ anzeigen. Insbesondere kann als Kennfeld ein Referenz-Verlauf der Referenz-Feldstärkewerte als Funktion von x, y und ggf. z und/oder φ bereitgestellt werden. Das Kennfeld bzw. der Referenz-Verlauf können dabei im Vorfeld für ein Ladesystem ausgemessen werden.
Bei einem Positionierungsvorgang kann nun der Ist-Feldstärkewert mit den Referenz-Feldstärkewerten aus dem vorbestimmten Kennfeld verglichen werden. Insbesondere kann die Relativposition ermittelt werden, durch die eine (z.B. mittlere quadratische) Abweichung zwischen dem Ist-Feldstärkewert und einem Referenz-Feldstärkewert aus dem vorbestimmten Kennfeld reduziert, insbesondere minimiert, wird. Die Relativposition zeigt dann die Ist-Relativposition 222 zwischen der Sendespule 201 und der Empfangsspule 211 an. Wenn die Position der Sendespule 201 (z.B. relativ zu dem Fahrzeug 100) und die Position der Empfangsspule 211 (z.B. relativ zu der Bodeneinheit 110) bekannt sind, so kann aus der Ist-Relativposition 222 zwischen der Sendespule 201 und der Empfangsspule 211 die entsprechende Ist-Relativposition 222 zwischen Sekundärspule 121 und Primärspule 111 ermittelt werden.
Wie in 2 veranschaulicht können mehrere unterschiedliche Paare von Sendespulen 201, 202, 203 und Empfangsspulen 211, 212, 213 verwendet werden. Für jedes dieser Paare können ein Kennfeld bzw. ein Referenz-Verlauf ermittelt werden, das bzw. der die Referenz-Feldstärkewerte an einer Empfangsspule 211, 212, 213 als Funktion der Relativposition bzw. des Versatzes anzeigt. Beispielsweise kann das von der Sendespule 201 generierte Mess-Magnetfeld 221 durch N Empfangsspulen 211, 212, 213 an unterschiedlichen Positionen erfasst werden. Durch jede der N Empfangsspulen 211, 212, 213 kann ein Ist-Feldstärkewert ermittelt werden, so dass N Ist-Feldstärkewerte verfügbar sind. Des Weiteren kann für jede Empfangsspule 211, 212, 213 ein Kennfeld bereitgestellt werden. Die Ist-Relativposition 222 kann dann dadurch bestimmt werden, dass die (ggf. mittlere quadratische) Abweichung zwischen den N Ist-Feldstärkewerten und N Referenz-Feldstärkewerten aus den N Kennfeldern bzw. den N Referenz-Verläufen reduziert, insbesondere minimiert, wird.
Des Weiteren können Q Sendespulen 201, 202, 203 verwendet werden, die Q Mess-Magnetfelder 221 erzeugen. Die Magnetfelder 221 können durch N Empfangsspulen 211, 212, 213 empfangen werden. Für die N x Q Paare können N x Q Kennfelder bzw. Referenz-Verläufe bereitgestellt werden. Des Weiteren können bei einem Positionierungsvorgang N x Q Ist-Feldstärkewerte erfasst werden, die mit den N x Q Kennfeldern bzw. Referenz-Verläufen verglichen werden können, um die Ist-Relativposition 222 zu bestimmen. Durch die Verwendung von mehreren Sendespulen 201, 202, 203 und/oder Empfangsspulen 211, 212, 213 kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung erhöht werden. Insbesondere können mögliche Mehrdeutigkeiten aufgrund einer Symmetrie in einem Kennfeld bzw. in einem Referenz-Verlauf beseitigt werden.
Es können somit zwischen Paaren von Q Sendespulen 201, 202, 203 und N Empfangsspulen N x Q Messungen durchgeführt werden, um N x Q Ist-Feldstärkewerte zu bestimmen.
Für die N x Q Paare können im Vorfeld Kennfelder (insbesondere Feldstärkemessfelder) bzw. Referenz-Verläufe der Referenz-Feldstärkewerte bestimmt werden. Diese Kennfelder bzw. Referenz-Verläufe können für ein spezifisches Ladesystem (d.h. für eine spezifische Kombination aus Fahrzeug-Typ 100 und Bodeneinheit 110) erfasst werden.
3a zeigt beispielhafte Sendespulen 202, 203 eines Fahrzeugs 100 und beispielhafte Empfangsspulen 211, 213 einer Bodeneinheit 110 in einer Frontansicht. Außerdem zeigt 3a eine beispielhafte Auswerteeinheit 300 einer Bodeneinheit 110. Des Weiteren zeigt 3b eine beispielhafte Sendespule 201 und beispielhafte Empfangsspulen 211, 213 in einem entsprechenden kartesischen Koordinatensystem, wobei die x-Achse der x-Achse des Fahrzeugs 100 und die z-Achse der z- bzw. Hochachse des Fahrzeugs 100 entspricht. 3c zeigt zwei Sendespulen 201, 202 und vier Empfangsspulen 211, 212, 213, 214 in einer Draufsicht.
Bei der Positionierung eines Fahrzeugs 100 kann ein Versatz zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 in x-Richtung und/oder in y-Richtung vorliegen. Des Weiteren kann je nach Beladung des Fahrzeugs 100 ein unterschiedlicher Abstand in z-Richtung vorliegen.
4a zeigt Feldlinien 400 des von einer Sendespule 201 generierten Mess-Magnetfelds 221. Des Weiteren zeigt 4a beispielhafte Empfangsspulen 211, 212. Die Empfangsspulen 211, 212 sind jeweils eingerichtet, einen Ist-Feldstärkewert des Magnetfelds 221 in x-Richtung (allgemein in eine erste Feldrichtung) und in y-Richtung (allgemein in eine zweite Feldrichtung) zu erfassen. Dabei kann insbesondere der Betrag der Feldstärke erfasst werden. Der an einer Empfangsspule 211 erfasste Betrag der Feldstärke der x-Komponente des Magnetfelds 221 kann als m_x und der erfasste Betrag der Feldstärke der y-Komponente des Magnetfelds 221 kann als m_y bezeichnet werden. Des Weiteren können die einzelnen Empfangsspulen n=1,...,N und die einzelnen Sendespulen q=1,..., Q betrachtet werden. Dabei kann der Betrag der Feldstärken bzw. der Ist-Feldstärkewert des Magnetfelds 221 an der n-ten Empfangsspule, das von der q-ten Sendespule generiert wurde, als m_x,nq bzw. m_y,nq bezeichnet werden.
Es können somit für die x-Richtung und/oder für die y-Richtung jeweils N x Q Ist-Feldstärkewerte erfasst werden. Dabei können die unterschiedlichen Sendespulen 201, 202, 203 in unterschiedlichen Zeitintervallen Magnetfelder 221 generieren, um die von der jeweiligen Sendespule 201, 202, 203 generierten Ist-Feldstärkewerte in zeitlich isolierter Weise an den Empfangsspulen 211, 212, 213, 214 erfassen zu können. Es kann somit ein Zeitmultiplex der unterschiedlichen Sendespulen 201, 202, 203 erfolgen.
4b zeigt beispielhafte Kennfelder bzw. Referenz-Verläufe der Referenz-Feldstärkewerte 401 für die unterschiedlichen Sendespule/Empfangsspule - Paare als Funktion eines Versatzes in x-Richtung. Dabei entspricht x=0 der in 4a dargestellten Anordnung, bei der die Sendespule 201 mittig zwischen den beiden Empfangsspulen 211, 212 angeordnet ist. Im Folgenden werden die Empfangsspule 211 mit n=1, die Empfangsspule 212 mit n=2 und die Sendespule 201 mit q=1 identifiziert. Die Referenz-Feldstärkewerte 401 werden als t_x,nq bzw. t_y,nq bezeichnet.
Der Verlauf 411 zeigt die Referenz-Feldstärkewerte 401 t_y,11 als Funktion des Versatzes (d.h. für unterschiedliche Versatzwerte) in x-Richtung. Dabei ist t_y,11=0, wenn die Sendespule 201 auf einer parallel zur y-Achse verlaufenden Geraden mit der Empfangsspule 211 (n=1) angeordnet ist. Der Verlauf 412 zeigt die Referenz-Feldstärkewerte 401 t_x,11 als Funktion des Versatzes in x-Richtung. Der Verlauf 421 zeigt die Referenz-Feldstärkewerte 401 t_y,21 als Funktion des Versatzes in x-Richtung. Dabei ist t_y,21=0, wenn die Sendespule 201 auf einer parallel zur y-Achse verlaufenden Geraden mit der Empfangsspule 212 (n=2) angeordnet ist. Der Verlauf 422 zeigt die Referenz-Feldstärkewerte 401 t_x,21 als Funktion des Versatzes in x-Richtung.
4c zeigt Verläufe 431, 432 der Referenz-Feldstärkewerte 401 bei einem Versatz in y-Richtung. Dabei zeigt der Verlauf 432 die Referenz-Feldstärkewerte 401 t_x,11= t_x,21 als Funktion des Versatzes in y-Richtung an. t_x,11 = t_x,21 =0, wenn die Sendespule 201 auf einer parallel zur x-Achse verlaufenden Geraden mit den Empfangsspulen 211, 212 (n=1 bzw. n=2) angeordnet ist. Der Verlauf 431 zeigt die Referenz-Feldstärkewerte 401 t_y,11= m_y,21 als Funktion des Versatzes in y-Richtung.
Es können somit Referenz-Verläufe 411, 412, 421, 422, 431, 431 bzw. Kenndaten der Referenz-Feldstärkewerte 401 als Funktion eines Versatzes in x-Richtung und/oder in y-Richtung ermittelt werden, d.h. als t_x,_nq(x,y) bzw. t_y,nq(x,y).
Um zuverlässig Überprüfen zu können, ob eine Sekundärspule 121 korrekt über einer Primärspule 111 positioniert wurde, d.h. ob zwischen der Sekundärspule 121 und der Primärspule 111 eine Ziel-Ausrichtung vorliegt, kann ein für die Ziel-Ausrichtung zulässiger Ziel-Versatzbereich in x-Richtung und/oder in y-Richtung definiert werden. Die 5a und 5b zeigen einen zulässigen Ziel-Versatzbereich 501 in x-Richtung. 5c zeigt einen zulässigen Ziel-Versatzbereich 502 in y-Richtung.
Anhand der zulässigen Versatzbereiche 501, 502 zur Einhaltung der Ziel-Ausrichtung und anhand der Referenz-Verläufe 411, 412, 421, 422, 431, 431 können Referenz-Feldstärkeintervalle 511, 512 für die Referenz-Feldstärkewerte 401 ermittelt werden. 5a zeigt den zulässigen Versatzbereich 501 in x-Richtung. Des Weiteren zeigt 5a einen unteren Referenz-Feldstärkewert 511 und einen oberen Referenz-Feldstärkewert 512. Der untere Referenz-Feldstärkewert 511 entspricht dabei dem kleinsten Referenz-Feldstärkewert 401 eines Referenz-Verlaufs 411, 412, 421, 422 innerhalb des zulässigen Versatzbereichs 501. Des Weiteren entspricht der obere Referenz-Feldstärkewert 512 dem größten Referenz-Feldstärkewert 401 eines Referenz-Verlaufs 411, 412, 421, 422 innerhalb des zulässigen Versatzbereichs 501. In entsprechender Weise können auch für einen zulässigen Versatzbereich 502 in y-Richtung untere und/oder obere Referenz-Feldstärkewerte 511, 512 ermittelt werden.
Der untere Referenz-Feldstärkewert 511 für einen Referenz-Verlauf 411, 412, 421, 422, 431, 431 kann als t_{min x,nq} bzw t_miny,nq. bezeichnet werden. Der obere Referenz-Feldstärkewert 512 für einen Referenz-Verlauf 411, 412, 421, 422, 431, 431 kann als t_maxx,nq bzw. t_max _y,nq bezeichnet werden. Es kann somit für jedes Sendespule/Empfangsspule - Paar und für jede Feldrichtung (z.B. x-Richtung und y-Richtung) ein Referenz-Feldstärkeintervall [t_min _x,nq , t_max _x,nq ] bzw. [t_min _y,nq , t_max _y,nq ], für n=1,...,N (N>0, z.B. N=1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) und q=1,...,Q (Q>0, z.B. Q=1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) bereitgestellt werden. Die ein oder mehreren Referenz-Feldstärkeintervalle können dann dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob sich eine Sekundärspule 121 und eine Primärspule 111 in einer Ziel-Ausrichtung zueinander befinden. Insbesondere kann überprüft werden, ob ein gemessener Ist-Feldstärkewert m_x,nq bzw. m_y,nq in das entsprechende Referenz-Feldstärkeintervall [t_{min x,nq,} t_{max x,nq]} bzw. [t_{min y,nq} , t_max _y,nq ] fällt oder nicht. Wenn dies der Fall ist, so ist dies ein Indiz dafür, dass sich die Sekundärspule 121 und die Primärspule 111 in der Ziel-Ausrichtung zueinander befinden. Wenn dies nicht der Fall ist, so kann ausgeschlossen werden, dass sich die Sekundärspule 121 und die Primärspule 111 in der Ziel-Ausrichtung zueinander befinden.
Wie aus den 5a und 5c ersichtlich, kann aus der Betrachtung eines einzelnen Ist-Feldstärkewertes für ein einzelnes Sendespule/Empfangsspule - Paar und für eine einzelne Feldrichtung ggf. nicht eindeutig darauf geschlossen werden, dass die Ziel-Ausrichtung vorliegt. Durch die Betrachtung von mehreren Ist-Feldstärkewerten für mehrere Sendespule/Empfangsspule - Paare und/oder für mehrere Feldrichtungen kann die Eindeutigkeit jedoch erhöht bzw. gewährleistet werden. 5b zeigt eine (Linear-) Kombination der Referenz-Verläufe 411, 421 und den sich daraus ergebende Kombinations-Verlauf 521. Der Kombination-Verlauf 521 entspricht in dem dargestellten Beispiel der Summe der Referenz-Feldstärkewerte t_x,11 (x) und t_x,21 (x).
Wie aus 5b ersichtlich, ergibt sich für den Kombinations-Verlauf 521 ein relativ schmales bzw. enges kombiniertes Referenz-Feldstärkeintervall [t_min _x,11+x,21 , t_max _x,11+x,21 ]. Dieses kombinierte Referenz-Feldstärkeintervall ermöglicht es, in eindeutiger Weise zu bestimmen, dass die Ziel-Ausrichtung vorliegt. Insbesondere kann in eindeutiger Weise festgestellt werden, dass sich die Sekundärspule 121 und die Primärspule 111 in der Ziel-Ausrichtung zueinander befinden, wenn ermittelt wird, dass die Summe der Ist-Feldstärkewerte m_x,11 + m_x,21 innerhalb des Referenz-Feldstärkeintervalls [t_{min x,11+x,21}, t_{max x,n+x,21} ] liegt. Es können somit alternativ oder ergänzend zu der Betrachtung von einzelnen Ist-Feldstärkewerten auch (Linear-) Kombinationen von Ist-Feldstärkewerten und entsprechende (Linear-) Kombinationen von Referenz-Feldstärkewerten 401 betrachtet werden, um die Zuverlässigkeit und die Eindeutigkeit der Feststellung, dass sich die Sekundärspule 121 und die Primärspule 111 in der Ziel-Ausrichtung zueinander befinden, zu erhöhen.
Allgemein können K unterschiedliche, ggf. gewichtete, (Linear-) Kombinationen von ein oder mehreren Sendespule/Empfangsspule - Paaren und/oder von ein oder mehreren Feldrichtungen betrachtet werden. Für jede Kombination kann ein kombinierter Ist-Feldstärkewert und ein kombiniertes Referenz-Feldstärkeintervall ermittelt werden, d.h. es können K Ist-Feldstärkewerte m_k und K Referenz-Feldstärkeintervalle [t_{min k} , t_{max k} ], für k=1,...,K, (K>0, z.B. K=1, 2, 3,4, 5 oder mehr) ermittelt werden. Es kann dann überprüft werden, ob m_k in das jeweilige kombinierte Referenz-Feldstärkeintervall [_{tmin k}, t_{max k}] fällt. Wenn dies für alle K kombinierten Ist-Feldstärkewerte der Fall ist, so kann in zuverlässiger Weise bestimmt werden, dass sich die Sekundärspule 121 und die Primärspule 111 in der Ziel-Ausrichtung zueinander befinden. Andererseits kann bestimmt werden, dass sich die Sekundärspule 121 und die Primärspule 111 nicht in der Ziel-Ausrichtung zueinander befinden.
Die Empfangsspulen und/oder Sendespulen können Toleranzen aufweisen, was wiederum zu Toleranzen bei den erfassten Ist-Feldstärkewerten führt. Diese Toleranzen können bei der Ermittlung der Referenz-Feldstärkeintervalle berücksichtigt werden, insbesondere durch Absenken des unteren Referenz-Feldstärkewertes 511 und/oder durch Erhöhen des oberen Referenz-Feldstärkewertes 512, um jeweils einen Toleranzwert. Die Referenz-Feldstärkeintervalle werden somit vergrößert, was sich negativ auf die Eindeutigkeit der Feststellung der Ziel-Ausrichtung auswirkt. Andererseits können durch die Betrachtung von (Linear-) Kombinationen von ein oder mehreren Sendespule/Empfangsspule - Paaren und/oder von ein oder mehreren Feldrichtungen die Größe eines Referenz-Feldstärkeintervalls reduziert und damit die Eindeutigkeit der Feststellung der Ziel-Ausrichtung erhöht werden.
Eine Empfangsspule 211 und eine Sendespule 201 sind bevorzugt derart angeordnet, dass sich die Sendespule 201 und die Empfangsspule 211 innerhalb des zulässigen Versatzbereiches 501, 502 nicht überkreuzen bzw. dass die Sendespule 201 und die Empfangsspule 211 innerhalb des zulässigen Versatzbereiches 501, 502 immer an der gleichen Seite zueinander angeordnet sind. So können Null-Durchgänge der Referenz-Feldstärkewerte 401 und damit verbundene Mehrdeutigkeiten vermieden werden. Des Weiteren ist typischerweise die Verwendung einer symmetrischen Anordnung von Empfangsspulen 211 und/oder Sendespulen 201 vorteilhaft für eine zuverlässige Feststellung, ob die Ziel-Ausrichtung vorliegt oder nicht.
Wie bereits oben dargelegt, kann die Unterbodenfreiheit 130 variieren, z.B. aufgrund unterschiedlicher Beladung und/oder aufgrund einer unterschiedlich hohen Anordnung einer Bodeneinheit 110. Die damit verbundenen Änderungen der Feldstärkewerte können durch die Anpassung der Messempfindlichkeit der ein oder mehreren Empfangsspulen 211 und/oder durch Anpassung der Referenz-Feldstärkeintervalle berücksichtigt werden.
Es wird somit ein Verfahren beschrieben, dass eine sichere und zuverlässige Entscheidung darüber ermöglicht, ob eine Sekundärspule 121 in einem ausreichend engen Toleranzbereich 501, 502 über der Primärspule 111 eines Ladesystems angeordnet ist.
Im Rahmen des Verfahrens können eine Positions-Sendespule 201 und ein oder mehrere Messspulen 211 zum Messen der Magnetfeldverteilung verwendet werden. Es kann daraus eine binäre Aussage darüber abgeleitet werden, ob die Positionierung von Sekundärspule 121 zu Primärspule 111 ausreichend genau erfolgt ist. Zu diesem Zweck ist kein Datenaustausch zwischen einem Fahrzeug 100 und der Bodeneinheit 110 erforderlich.
Durch ein oder mehrere Sendespulen 201 können fahrzeugseitig (in einem ladebereiten Zustand) Magnetfelder 221 erzeugt werden, die eine Messung der Fahrzeug-Position von der Bodenseite aus ermöglichen. Werden mehrere Sendespulen 201 verwendet, so kann über ein spezifisches, zyklisches Muster eine eindeutige Zuordnung der gemessenen Feldstärken zu den Sendespulen 201 ermöglicht werden. Bei Verwendung einer einzelnen Sendespule (z.B. der Sekundärspule 121 der Energieübertragung) kann ein Dauersignal die richtige Position des Fahrzeugs 100 und die Ladebereitschaft anzeigen.
Eine symmetrische Anordnung der Sendespulen 201 und/oder der Empfangsspulen 211 und eine Anordnung, die ein „Überstreichen“ von Sende- und Empfangsspulen 201, 211 im betrachteten Ziel-Versatzbereich 501, 502 vermeidet, können zu Magnetfeldern 221 führen, mit denen in zuverlässiger Weise eine korrekte Ausrichtung der Primär- und Sekundärspule 111, 121 ermittelt werden kann.
Die Auswertung einzelner und/oder einer (linear-)Kombination von Messwerten bezüglich fester Schwellen 511, 512 ermöglicht eine Entscheidung darüber, ob die Zielposition hinreichend genau erreicht wurde. Diese Auswertung kann mittels einer relativ einfachen Hardware mit Schwellwertauswertung oder mittels einer relativ einfachen SW-Auswertung erfolgen.
Die fahrzeugseitig erzeugte Feldstärke eines Magnetfelds 221 kann abhängig von der Unterbodenfreiheit 130 so angepasst werden, dass an einer Referenzposition mit festem Abstand zum Boden immer die gleiche Feldstärke erzeugt wird. Mit anderen Worten, Unterschiede der Unterbodenfreiheit 130 können durch Anpassung der Feldstärke der erzeugten Mess-Magnetfelder 221 ausgeglichen werden.
Alternativ oder ergänzend können die Empfindlichkeit und/oder die Schwellen 511, 512 der Messspulen 211 der Bodeneinheit 110 in Abhängigkeit von deren Lage (in z-Richtung) derart eingestellt werden, dass sie in Bezug auf eine Referenz-Ebene eine definierte Empfindlichkeit aufweisen.
Änderungen der Unterbodenfreiheit des Fahrzeugs 100 können somit durch Anpassung der Feldstärke der generierten Magnetfelder 221 kompensiert werden. Andererseits können Änderungen der Höhe der Empfangsspulen 211 durch Änderungen der Empfindlichkeit und/oder der Schwellenwerte 511, 512 kompensiert werden.
Die Aktivierung der Primärspule 111 erfolgt bevorzugt erst dann, wenn überprüft wurde, dass sich die Sekundärspule 121 innerhalb des zulässigen Ziel-Versatzbereichs 501, 502 zu der Primärspule 111 befindet. So kann in effizienter Weise ein sicherer Betrieb eines Ladesystems ermöglicht werden.
Alternativ oder ergänzend können durch Plausibilisieren der einzelnen Messwerte untereinander die Funktionsweise der ein oder mehreren Sendespulen 201 und/oder der ein oder mehreren Empfangsspulen 211 überprüft werden.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Überprüfen der Ausrichtung zwischen einer Primärspule 111 und einer Sekundärspule 121. Dabei ist die Primärspule 111 Teil einer Primäreinheit 110.
Ferner ist die Sekundärspule 121 Teil einer Sekundäreinheit 120. Die Primärspule 111 ist eingerichtet, ein Lade-Magnetfeld zu erzeugen, um elektrische Energie an die Sekundärspule 121 zu übertragen. Des Weiteren umfasst die Primäreinheit 110 zumindest eine Empfangsspule 211, die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule 201 der Sekundäreinheit 120 generierten Mess-Magnetfelds 221 zu erfassen.
Das Verfahren 600 umfasst das Ermitteln 601, auf Basis eines Messwerts der zumindest einen Empfangsspule 211, eines Ist-Feldstärkewertes des Mess-Magnetfelds 221 an der zumindest einen Empfangsspule 211. Außerdem umfasst das Verfahren 600 das Überprüfen 602, ob der Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert (z.B. eine Linearkombination von mehreren Ist-Feldstärkewerten) in ein Referenz-Feldstärkeintervall fällt oder nicht. Dabei ist das Referenz-Feldstärkeintervall von einem Ziel-Versatzbereich 501, 502 des Versatzes zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 abhängig. Ferner umfasst das Verfahren 600 das Bestimmen 603, in Abhängigkeit von dem Überprüfen 602, ob sich der Versatz zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 innerhalb des Ziel-Versatzbereichs 501, 502 befindet oder nicht.
Die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen ermöglichen es, in effizienter und zuverlässiger Weise zu bestimmen, ob sich die Primärspule 111 und die Sekundärspule 121 eines induktiven Ladesystems in einer Ziel-Ausrichtung zueinander befinden. So kann in effizienter Weise die funktionale Sicherheit eines induktiven Ladesystems gewährleistet werden. Die beschriebenen Maßnahmen greifen dabei auf bereits vorhandene HW-Komponenten zurück. So können die Kosten und der erforderliche Bauraum reduziert werden. Die beschriebene Auswertung der Ist-Feldstärkewerte kann in effizienter Weise und mit einem hohen Sicherheits-Integritätslevel durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Auswerteeinheit (300) für eine Primäreinheit (110), wobei die Primäreinheit (110) eine Primärspule (111) umfasst, die eingerichtet ist, ein Lade-Magnetfeld zu erzeugen, um elektrische Energie an eine Sekundärspule (121) einer Sekundäreinheit (120) zu übertragen; wobei die Primäreinheit (110) zumindest eine Empfangsspule (211) umfasst, die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule (201) der Sekundäreinheit (120) generierten Mess-Magnetfelds (221) zu erfassen; wobei die Auswerteeinheit (300) eingerichtet ist, - auf Basis eines Messwerts der zumindest einen Empfangsspule (211) einen Ist-Feldstärkewert des Mess-Magnetfelds (221) an der zumindest einen Empfangsspule (211) zu ermitteln; - zu überprüfen, ob der Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein Referenz-Feldstärkeintervall fällt oder nicht; wobei das Referenz-Feldstärkeintervall von einem Ziel-Versatzbereich (501, 502) eines Versatzes zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) abhängt; und - in Abhängigkeit von dem Überprüfen zu bestimmen, ob sich der Versatz zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) innerhalb des Ziel-Versatzbereichs (501, 502) befindet oder nicht.
Auswerteeinheit (300) gemäß Anspruch 1, wobei - das Referenz-Feldstärkeintervall von einem unteren Referenz-Feldstärkewert (511) und einem oberen Referenz-Feldstärkewert (512) begrenzt wird; - der untere und der obere Referenz-Feldstärkewert (511, 512) von einem Referenz-Verlauf (411) eines Referenz-Feldstärkewerts (401) des Mess-Magnetfelds (221) an der zumindest einen Empfangs spule (211) als Funktion des Versatzes zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) abhängen; - der Referenz-Verlauf (411) des Referenz-Feldstärkewerts (401) im Vorfeld, insbesondere für die Kombination aus Primäreinheit (110) und Sekundäreinheit (120), ermittelt wurde.
Auswerteeinheit (300) gemäß Anspruch 2, wobei - der Ziel-Versatzbereich (501, 502) durch einen ersten Versatzwert und durch einen zweiten Versatzwert des Versatzes zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) begrenzt wird; - der untere Referenz-Feldstärkewert (511) von dem ersten Versatzwert, insbesondere von dem Referenz-Feldstärkewert (401) des Referenz-Verlaufs (411) für den ersten Versatzwert, abhängt; und - der obere Referenz-Feldstärkewert (512) von dem zweiten Versatzwert, insbesondere von dem Referenz-Feldstärkewert (401) des Referenz-Verlaufs (411) für den zweiten Versatzwert, abhängt.
Auswerteeinheit (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Primäreinheit (110) mehrere Empfangsspulen (211) an unterschiedlichen Positionen der Primäreinheit (110) aufweist; und/oder - die Sekundäreinheit (120) mehrere Sendespulen (201) an unterschiedlichen Positionen der Sekundäreinheit (120) aufweist; und - die Auswerteeinheit (300) eingerichtet ist, - für unterschiedliche Paare aus Empfangsspule (211) und Sendespule (201) jeweils einen Ist-Feldstärkewert zu ermitteln; - die Ist-Feldstärkewerte der unterschiedlichen Paare zu kombinieren, um einen kombinierten Ist-Feldstärkewert zu ermitteln; und - zu überprüfen, ob der kombinierte Ist-Feldstärkewert in ein kombiniertes Referenz-Feldstärkeintervall für die unterschiedlichen Paare fällt.
Auswerteeinheit (300) gemäß Anspruch 4, wobei - der kombinierte Ist-Feldstärkewert eine, insbesondere gewichtete, Linearkombination der Ist-Feldstärkewerte der unterschiedlichen Paare umfasst oder ist; - das Referenz-Feldstärkeintervall eines Paares aus Empfangsspule (211) und Sendespule (201) jeweils von einem unteren Referenz-Feldstärkewert (511) und einem oberen Referenz-Feldstärkewert (512) begrenzt wird; - das kombinierte Referenz-Feldstärkeintervall durch einen unteren Referenz-Feldstärkewert (511) und einen oberen Referenz-Feldstärkewert (512) begrenzt wird; - der untere Referenz-Feldstärkewert (511) des kombinierten Referenz-Feldstärkeintervalls eine, insbesondere gewichtete, Linearkombination der unteren Referenz-Feldstärkewerte (511) der unterschiedlichen Paare umfasst oder ist; und - der obere Referenz-Feldstärkewert (512) des kombinierten Referenz-Feldstärkeintervalls eine, insbesondere gewichtete, Linearkombination der oberen Referenz-Feldstärkewerte (512) der unterschiedlichen Paare umfasst oder ist.
Auswerteeinheit (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Sekundäreinheit (120) mehrere Sendespulen (201) an unterschiedlichen Positionen der Sekundäreinheit (120) aufweist; - die unterschiedlichen Sendespulen (201) eingerichtet sind, jeweils Mess-Magnetfelder (221) zu erzeugen; - sich die Mess-Magnetfelder (221) der unterschiedlichen Sendespulen (201) in Bezug auf eine Soll-Frequenz, eine Soll-Amplitude und/oder ein Soll-Zeitintervall, in dem das jeweilige Mess-Magnetfeld (221) erzeugt wird, unterscheiden; und - die Auswerteeinheit (300) eingerichtet ist, Messwerte der zumindest einen Empfangsspule (211), auf Basis der Soll-Amplitude, der Soll-Frequenz und/oder dem Soll-Zeitintervall den unterschiedlichen Sendespulen (201) zuzuordnen.
Auswerteeinheit (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Sekundärspule (121) entlang einer z-Achse über der Primärspule (111) angeordnet ist; und - die Auswerteeinheit (300) eingerichtet ist, - eine Referenzhöhe der zumindest einen Empfangsspule (211) in Bezug auf die z-Achse zu ermitteln; - eine tatsächliche Höhe der zumindest einen Empfangsspule (211) in Bezug auf die z-Achse zu ermitteln; und - den Ist-Feldstärkewert und/oder das Referenz-Feldstärkeintervall in Abhängigkeit von der Referenzhöhe und der tatsächlichen Höhe, insbesondere in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der Referenzhöhe und der tatsächlichen Höhe, zu skalieren.
Auswerteeinheit (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (300) eingerichtet ist, die Primärspule (111) zu veranlassen das Lade-Magnetfeld zu erzeugen, wenn bestimmt wurde, dass sich der Versatz zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) innerhalb des Ziel-Versatzbereichs (501, 502) befindet.
Auswerteeinheit (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Empfangsspule (211) eingerichtet ist, einen ersten Messwert für eine erste Feldrichtung und einen zweiten Messwert für eine zweite Feldrichtung des Mess-Magnetfelds (221) zu erfassen; und - die Auswerteeinheit (300) eingerichtet ist, - auf Basis des ersten Messwerts einen ersten Ist-Feldstärkewert und auf Basis des zweiten Messwerts einen zweiten Ist-Feldstärkewert zu ermitteln; - zu überprüfen, ob der erste Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein erstes Referenz-Feldstärkeintervall für die erste Feldrichtung fällt oder nicht; und - zu überprüfen, ob der zweite Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein zweites Referenz-Feldstärkeintervall für die zweite Feldrichtung fällt oder nicht.
Primäreinheit (110) für ein induktives Ladesystem; wobei die Primäreinheit (110) umfasst, - eine Primärspule (111), die eingerichtet ist, ein Lade-Magnetfeld zu erzeugen, um elektrische Energie an eine Sekundärspule (121) einer Sekundäreinheit (120) zu übertragen; - zumindest eine Empfangsspule (211), die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule (201) der Sekundäreinheit (120) generierten Mess-Magnetfelds (221) zu erfassen; und - eine Auswerteeinheit (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Primäreinheit (110) gemäß Anspruch 10, wobei die Empfangsspule (211) derart in Bezug auf die Sendespule (201) angeordnet ist, dass eine Symmetrielinie des Mess-Magnetfelds (221) die Empfangsspule (211) für beliebige Versatzwerte zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121), die innerhalb des Ziel-Versatzbereichs (501, 502) liegen, nicht schneidet.
Verfahren (600) zum Überprüfen einer Ausrichtung zwischen einer Primärspule (111) und einer Sekundärspule (121); wobei die Primärspule (111) Teil einer Primäreinheit (110) ist; wobei die Sekundärspule (121) Teil einer Sekundäreinheit (120) ist; wobei die Primärspule (111) eingerichtet ist, ein Lade-Magnetfeld zu erzeugen, um elektrische Energie an die Sekundärspule (121) zu übertragen; wobei die Primäreinheit (110) zumindest eine Empfangsspule (211) umfasst, die eingerichtet ist, einen Messwert bezüglich eines von einer Sendespule (201) der Sekundäreinheit (120) generierten Mess-Magnetfelds (221) zu erfassen; wobei das Verfahren (600) umfasst, - Ermitteln (601), auf Basis eines Messwerts der zumindest einen Empfangsspule (211), eines Ist-Feldstärkewertes des Mess-Magnetfelds (221) an der zumindest einen Empfangsspule (211); - Überprüfen (602), ob der Ist-Feldstärkewert oder ein davon abgeleiteter Wert in ein Referenz-Feldstärkeintervall fällt oder nicht; wobei das Referenz-Feldstärkeintervall von einem Ziel-Versatzbereich (501, 502) eines Versatzes zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) abhängt; und - Bestimmen (603), in Abhängigkeit von dem Überprüfen, ob sich der Versatz zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) innerhalb des Ziel-Versatzbereichs (501, 502) befindet oder nicht.