DE102018209660A1 - Method and device for determining the positioning of the coils of an inductive charging system - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung (507) zur Ermittlung von Positionsinformation bzgl. einer Sekundärspule (121) einer Sekundäreinheit (120) relativ zu einer Primärspule (111) einer Primäreinheit (110) beschrieben. Die Primäreinheit (110) umfasst eine Empfangsspule (211), die eingerichtet ist, ein Messsignal (520) bezüglich eines von einer Sendespule (201) der Sekundäreinheit (120) generierten magnetischen Messfeldes (410) zu erfassen. Die Vorrichtung (507) ist eingerichtet, ein Kompensationssignal (612) für ein, in einer direkten Umgebung der Empfangsspule (211) vorliegendes, magnetisches Ladefeld (400) zu generieren. Außerdem ist die Vorrichtung (507) eingerichtet, auf Basis des Kompensationssignals (612) zumindest teilweise einen Einfluss des Ladefelds (400) auf das von der Empfangsspule (211) erfasste Messsignal (520) zu kompensieren, um ein kompensiertes Messsignal (620) bereitzustellen. Des Weiteren ist die Vorrichtung (507) eingerichtet, auf Basis des kompensierten Messsignals (620) eine Signalstärke (610) des Messfeldes (410) an der Empfangsspule (211) zu ermitteln, sowie auf Basis der Signalstärke (610) Positionsinformation in Bezug auf eine Position der Sekundärspule (121) relativ zu der Primärspule (111) zu ermitteln.A device (507) for determining position information relating to a secondary coil (121) of a secondary unit (120) relative to a primary coil (111) of a primary unit (110) is described. The primary unit (110) comprises a reception coil (211), which is set up to detect a measurement signal (520) with respect to a magnetic measurement field (410) generated by a transmission coil (201) of the secondary unit (120). The device (507) is set up to generate a compensation signal (612) for a magnetic charging field (400) present in a direct vicinity of the receiving coil (211). In addition, the device (507) is set up to compensate, based on the compensation signal (612), at least partially for an influence of the charging field (400) on the measurement signal (520) detected by the reception coil (211) in order to provide a compensated measurement signal (620). Furthermore, the device (507) is set up to determine a signal strength (610) of the measuring field (410) on the receiving coil (211) on the basis of the compensated measurement signal (620), and position information in relation to a signal based on the signal strength (610) Determine the position of the secondary coil (121) relative to the primary coil (111).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Positionierung bzw. der Ausrichtung einer Sekundärspule relativ zu der Primärspule eines induktiven Ladesystems, insbesondere zum Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs.The invention relates to a method and a device for determining the positioning or the alignment of a secondary coil relative to the primary coil of an inductive charging system, in particular for charging the energy store of a vehicle.
Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen über einen elektrischen Energiespeicher, in dem elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Der Energiespeicher des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird der Energiespeicher mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in den Energiespeicher 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.Vehicles with an electric drive have an electrical energy store in which electrical energy for operating an electrical machine of the vehicle can be stored. The vehicle's energy storage device can be charged with electrical energy from a power supply network. For this purpose, the energy store is coupled to the power supply network in order to transfer the electrical energy from the power supply network into the energy store of the vehicle. The coupling can be wired (via a charging cable) and / or wireless (using an inductive coupling between a charging station and the vehicle).
Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden des Energiespeichers des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit elektrische Energie zu dem Energiespeicher übertragen wird. Dabei wird durch eine Primärspule am Boden ein magnetisches Ladefeld erzeugt, das an einer Sekundärspule des Fahrzeugs einen Ladestrom induziert.One approach to the automatic, wireless, inductive charging of the energy store of the vehicle is that electrical energy is transmitted to the energy store from the floor to the underbody of the vehicle via magnetic induction via the underbody clearance. A primary coil on the ground generates a magnetic charging field that induces a charging current on a secondary coil of the vehicle.
Für ein energieeffizientes Laden sind möglichst hohe Kopplungsfaktoren zwischen der Primärspule und der Sekundärspule vorteilhaft. Durch ein unpräzises Abstellen eines Fahrzeugs auf einer Parkposition kann es zu einem seitlichen Versatz der Spulen und damit zu einem reduzierten Kopplungsfaktor des induktiven Koppelsystems aus Primärspule und Sekundärspule kommen. For energy-efficient charging, the highest possible coupling factors between the primary coil and the secondary coil are advantageous. If a vehicle is parked in an imprecise manner in a parking position, the coils may be offset laterally and thus the coupling factor of the inductive coupling system comprising the primary coil and the secondary coil may be reduced.
Um die Positionierung eines Fahrzeugs über einer Primärspule zu unterstützen, kann von ein oder mehreren Sendespulen des Fahrzeugs ein magnetisches Positionierungs- bzw. Messfeld generiert werden, das durch ein oder mehrere Empfangsspulen der Ladestation erfasst werden kann. Auf Basis der Feldstärken des an den ein oder mehreren Empfangsspulen erfassten Messfeldes kann dann die Position des Fahrzeugs relativ zu der Primärspule bestimmt werden.In order to support the positioning of a vehicle over a primary coil, one or more transmitter coils of the vehicle can generate a magnetic positioning or measuring field, which can be detected by one or more receiving coils of the charging station. The position of the vehicle relative to the primary coil can then be determined on the basis of the field strengths of the measuring field recorded on the one or more receiving coils.
Es kann vorkommen, dass sich während eines laufenden, induktiven Ladevorgangs die Position des Fahrzeugs relativ zu der Primärspule verändert (z.B. weil das Fahrzeug wegrollt). Dies kann zu einer Reduzierung des Kopplungsfaktors und somit zu einer Reduzierung der Energieeffizienz des Ladevorgangs führen. Des Weiteren kann insbesondere bei einem relativ starken Versatz zwischen Primärspule und Sekundärspule die Sicherheit des induktiven Ladesystems beeinträchtigt werden (z.B. weil über der Primärspule ein Bereich für eine Menschen zugänglich wird).It can happen that the position of the vehicle relative to the primary coil changes during an ongoing inductive charging process (e.g. because the vehicle rolls away). This can lead to a reduction in the coupling factor and thus to a reduction in the energy efficiency of the charging process. Furthermore, the safety of the inductive charging system can be impaired, especially if there is a relatively large offset between the primary coil and the secondary coil (e.g. because an area above the primary coil is accessible to people).
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in effizienter Weise auch während eines laufenden induktiven Ladevorgangs eine präzise Ermittlung der Positionierung einer Sekundärspule relativ zu einer Primärspule zu ermöglichen.The present document deals with the technical problem of enabling a precise determination of the positioning of a secondary coil relative to a primary coil in an efficient manner even during an inductive charging process.
Die Aufgabe wird jeweils 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.The task is solved in each case by the independent claims. Advantageous embodiments include described in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim can form a separate invention that is independent of the combination of all features of the independent claim can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a late application. This applies in the same way to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent claims.
Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Ermittlung von Positionsinformation bzgl. einer Sekundärspule einer Sekundäreinheit (z.B. eines Fahrzeugs) relativ zu einer Primärspule einer Primäreinheit (z.B. einer Bodeneinheit) beschrieben. Die Primärspule ist eingerichtet, ein magnetisches Ladefeld zu erzeugen, um elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen (z.B. um den Energiespeicher eines Fahrzeugs zu laden). Ferner umfasst die Primäreinheit zumindest eine Empfangsspule, die eingerichtet ist, ein Messsignal bezüglich eines von einer Sendespule der Sekundäreinheit generierten magnetischen Messfeldes zu erfassen. Das magnetische Messfeld kann durch ein magnetisches Ladefeld überlagert werden, wobei die Energie des Ladefeldes signifikant (z.B. um den Faktor
Die Vorrichtung ist eingerichtet, ein Kompensationssignal für ein, in einer direkten Umgebung der Empfangsspule vorliegendes, magnetisches Ladefeld zu generieren. Dabei wird das Kompensationssignal in Abhängigkeit von der Ladefeldfrequenz des Ladefelds generiert. Die Vorrichtung kann Teil der Primäreinheit sein, oder zumindest mit der Primäreinheit über eine Datenverbindung verbunden sein. Wenn das Ladefeld durch die Primäreinheit selbst erzeugt wird, so kann die Ladefeldfrequenz in direkter Weise ermittelt werden. Wenn das Ladefeld durch eine weitere Primäreinheit erzeugt wird, so kann die Ladefeldfrequenz über eine Kommunikationsverbindung (z.B. über Funk) an die Vorrichtung übermittelt werden.The device is set up to generate a compensation signal for a magnetic charging field that is present in the direct vicinity of the receiving coil. The compensation signal is dependent on the charging field frequency of the Charging field generated. The device can be part of the primary unit, or at least connected to the primary unit via a data connection. If the charging field is generated by the primary unit itself, the charging field frequency can be determined directly. If the charging field is generated by a further primary unit, the charging field frequency can be transmitted to the device via a communication link (for example via radio).
Das erfasste Messsignal kann ein (ggf. allein) von dem Ladefeld abhängiges Störsignal und ein (ggf. allein) von dem Messfeld abhängiges Nutzsignal umfassen. Dabei kann die Energie des Störsignals signifikant höher sein (z.B. um den Faktor 5, 10, 100 oder mehr) als die Energie des Nutzsignals.The detected measurement signal can comprise an interference signal (possibly only) dependent on the charging field and a useful signal (possibly only) dependent on the measuring field. The energy of the interference signal can be significantly higher (e.g. by a factor of 5, 10, 100 or more) than the energy of the useful signal.
Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, die Phase des Kompensationssignals in Abhängigkeit von dem erfassten Messsignal einzustellen, insbesondere derart, dass ein Abstandsmaß (z.B. die Differenz) zwischen der Phase des erfassten Messsignals und der Phase des Kompensationssignals reduziert, insbesondere minimiert, wird. Eine Abstimmung der Phasen des Kompensationssignals und des erfassten Messsignals liefert insbesondere dann eine zuverlässige Approximation der Phase des Ladefeldes (bzw. des Störsignals), wenn die Energie des Störsignals signifikant höher ist als die Energie des Nutzsignals.The device can in particular be set up to set the phase of the compensation signal as a function of the detected measurement signal, in particular in such a way that a distance measure (e.g. the difference) between the phase of the detected measurement signal and the phase of the compensation signal is reduced, in particular minimized. Coordination of the phases of the compensation signal and the detected measurement signal provides a reliable approximation of the phase of the charging field (or the interference signal) in particular when the energy of the interference signal is significantly higher than the energy of the useful signal.
Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, die Amplitude des Kompensationssignals in Abhängigkeit von dem erfassten Messsignal einzustellen, insbesondere derart, dass die Differenz oder ein anderes Abstandsmaß zwischen der Amplitude des Kompensationssignals und der Amplitude des erfassten Messsignals reduziert, insbesondere minimiert, wird. Eine Abstimmung der Amplituden des Kompensationssignals und des erfassten Messsignals liefert insbesondere dann eine zuverlässige Approximation der Amplitude des Ladefeldes (bzw. des Störsignals), wenn die Energie des Störsignals signifikant höher ist als die Energie des Nutzsignals.As an alternative or in addition, the device can be set up to set the amplitude of the compensation signal as a function of the detected measurement signal, in particular in such a way that the difference or another distance measure between the amplitude of the compensation signal and the amplitude of the detected measurement signal is reduced, in particular minimized. Coordinating the amplitudes of the compensation signal and the detected measurement signal provides a reliable approximation of the amplitude of the charging field (or the interference signal) when the energy of the interference signal is significantly higher than the energy of the useful signal.
Die Vorrichtung ist weiter eingerichtet, auf Basis des Kompensationssignals zumindest teilweise den Einfluss des Ladefelds auf das von der Empfangsspule erfasste Messsignal zu kompensieren, um ein kompensiertes Messsignal bereitzustellen. Dabei kann die Vorrichtung eingerichtet sein, das Kompensationssignal von dem erfassten Messsignal abzuziehen, um das kompensierte Messsignal zu ermitteln. Als Folge aus der Kompensation des Einflusses des Kompensationssignals kann bewirkt werden, dass der Energieanteil des Nutzsignals an dem kompensierten Messsignal größer ist als der Energieanteil des Nutzsignals an dem erfassten Messsignal. Die Signalstärke des Messfeldes an der Empfangsspule kann dann mit erhöhter Genauigkeit auf Basis des kompensierten Messsignals ermittelt werden. Insbesondere kann die Signalstärke des kompensierten Messsignals oder einer Frequenzkomponente des kompensierten Messsignals ermittelt werden, um die Signalstärke des Messfeldes zu ermitteln.The device is further configured to use the compensation signal to at least partially compensate for the influence of the charging field on the measurement signal detected by the reception coil in order to provide a compensated measurement signal. The device can be set up to subtract the compensation signal from the detected measurement signal in order to determine the compensated measurement signal. As a result of the compensation of the influence of the compensation signal, it can be caused that the energy portion of the useful signal in the compensated measurement signal is greater than the energy portion of the useful signal in the detected measurement signal. The signal strength of the measuring field at the receiving coil can then be determined with increased accuracy on the basis of the compensated measuring signal. In particular, the signal strength of the compensated measurement signal or a frequency component of the compensated measurement signal can be determined in order to determine the signal strength of the measurement field.
Die Vorrichtung ermöglicht es somit, die Signalstärke eines Messfeldes zur Positionsbestimmung einer Sekundärspule relativ zu einer Primärspule mit erhöhter Genauigkeit zu ermitteln. Ferner kann die Vorrichtung eingerichtet sein, auf Basis der ermittelten Signalstärke Positionsinformation in Bezug auf die Position der Sekundärspule relativ zu der Primärspule zu ermitteln. Somit kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung erhöht werden (auch während eines laufenden induktiven Ladevorgangs).The device thus makes it possible to determine the signal strength of a measuring field for determining the position of a secondary coil relative to a primary coil with increased accuracy. Furthermore, the device can be set up to determine position information in relation to the position of the secondary coil relative to the primary coil on the basis of the signal strength determined. The accuracy of the position determination can thus be increased (even during an ongoing inductive charging process).
Die Vorrichtung kann eine Kompensationsspule umfassen, die mit der Empfangsspule, insbesondere über einen gemeinsamen ferromagnetischen Spulenkern, magnetisch gekoppelt ist. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, mittels der Kompensationsspule und in Abhängigkeit von dem Kompensationssignal (z.B. mittels eines Stroms durch die Kompensationsspule, der von dem Kompensationssignal abhängt) ein magnetisches Kompensationsfeld in der Umgebung der Empfangsspule zu generieren, so dass das magnetische Ladefeld in der Umgebung der Empfangsspule zumindest teilweise kompensiert wird. So kann der Einfluss des induktiven Ladefelds direkt an der Empfangsspule kompensiert werden, so dass Sättigungseffekte eines Spulenkerns der Empfangsspule vermieden werden können. Des Weiteren wird so eine reduzierte Auslegung von elektronischen Bauteilen der Vorrichtung ermöglicht.The device can comprise a compensation coil which is magnetically coupled to the receiving coil, in particular via a common ferromagnetic coil core. The device can be set up to generate a magnetic compensation field in the vicinity of the receiving coil by means of the compensation coil and as a function of the compensation signal (for example by means of a current through the compensation coil that depends on the compensation signal), so that the magnetic charging field in the vicinity of the Receiving coil is at least partially compensated. In this way, the influence of the inductive charging field can be compensated for directly at the receiving coil, so that saturation effects of a coil core of the receiving coil can be avoided. Furthermore, a reduced design of electronic components of the device is made possible.
Die Vorrichtung kann einen Verstärker umfassen, der eingerichtet ist, das kompensierte Messsignal anstelle des erfassten Messsignals zu verstärken. Bei dem Verstärker kann es sich um einen Eingangsverstärker an der Empfangsspule handeln. Die Kompensation kann somit vor der Verstärkung des Messsignals erfolgen, so dass die Auslegung von elektronischen Bauteilen der Vorrichtung reduziert werden kann.The device can comprise an amplifier which is set up to amplify the compensated measurement signal instead of the detected measurement signal. The amplifier can be an input amplifier on the receiving coil. The compensation can thus take place before the amplification of the measurement signal, so that the design of electronic components of the device can be reduced.
Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das kompensierte Messsignal mit einem Modulationssignal (z.B. mit einem Rechtecksignal) zu modulieren, um ein moduliertes Messsignal bereitzustellen. Dabei kann das Modulationssignal eine Modulationsfrequenz aufweisen, die von der Ladefeldfrequenz des, in der direkten Umgebung der Empfangsspule vorliegenden, magnetischen Ladefelds abhängt (bzw. dieser entspricht). Ferner kann die Vorrichtung eingerichtet sein, das modulierte Messsignal mittels eines (Bandpass-) Filters zu filtern, um eine Frequenzkomponente des modulierten Messsignals zu extrahieren. Dabei kann das Filter (insbesondere eine Cutoff-Frequenz des Filters) von der Messfeldfrequenz des Messfelds (und ggf. von der Ladefeldfrequenz) abhängen. Die Amplitude der extrahierten Frequenzkomponente kann dabei (ggf. allein) von dem Messfeld (und insbesondere nicht von dem Ladefeld) abhängen. Die Signalstärke des Messfeldes an der Empfangsspule kann dann mit besonders hoher Genauigkeit auf Basis der extrahierten Frequenzkomponente ermittelt werden.The device can be set up to modulate the compensated measurement signal with a modulation signal (for example with a square-wave signal) in order to provide a modulated measurement signal. The modulation signal can have a modulation frequency that depends on (or corresponds to) the charging field frequency of the magnetic charging field present in the immediate vicinity of the receiving coil. Furthermore, the device can be set up to transmit the modulated measurement signal by means of a Filter (bandpass) filters in order to extract a frequency component of the modulated measurement signal. The filter (in particular a cutoff frequency of the filter) can depend on the measuring field frequency of the measuring field (and possibly on the charging field frequency). The amplitude of the extracted frequency component can (possibly alone) depend on the measuring field (and in particular not on the loading field). The signal strength of the measuring field at the receiving coil can then be determined with particularly high accuracy on the basis of the extracted frequency component.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine weitere Vorrichtung zur Ermittlung von Positionsinformation bzgl. einer Sekundärspule einer Sekundäreinheit (z.B. eines Fahrzeugs) relativ zu einer Primärspule einer Primäreinheit (z.B. einer Bodeneinheit) beschrieben. Die Primärspule ist eingerichtet, ein magnetisches Ladefeld zu erzeugen, um elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen (z.B. um den Energiespeicher eines Fahrzeugs zu laden). Ferner umfasst die Primäreinheit zumindest eine Empfangsspule, die eingerichtet ist, ein Messsignal bezüglich eines von einer Sendespule der Sekundäreinheit generierten magnetischen Messfeldes zu erfassen. Wie bereits oben dargelegt, kann das magnetische Messfeld durch ein magnetisches Ladefeld überlagert werden, wobei die Energie des Ladefeldes signifikant (z.B. um den Faktor
Die Vorrichtung ist eingerichtet, ein von der Empfangsspule erfasstes oder ein davon abgeleitetes Messsignal mit einem Modulationssignal zu modulieren, um ein moduliertes Messsignal bereitzustellen. Dabei weist das Modulationssignal eine Modulationsfrequenz auf, die von der Ladefeldfrequenz eines, in der direkten Umgebung der Empfangsspule vorliegenden, magnetischen Ladefelds abhängt. Das Modulationssignal kann ein Rechtecksignal umfassen oder sein. In diesem Fall kann die Vorrichtung eingerichtet sein, das modulierte Messsignal in effizienter Weise durch periodische Umkehr des Vorzeichens des Messsignals (gemäß der Modulationsfrequenz) zu ermitteln.The device is set up to modulate a measurement signal detected by or derived from the reception coil with a modulation signal in order to provide a modulated measurement signal. The modulation signal has a modulation frequency that depends on the charging field frequency of a magnetic charging field that is present in the immediate vicinity of the receiving coil. The modulation signal can comprise or be a square wave signal. In this case, the device can be set up to determine the modulated measurement signal in an efficient manner by periodically reversing the sign of the measurement signal (according to the modulation frequency).
Das erfasste bzw. davon abgeleitete (z.B. kompensierte) Messsignal kann ein von dem Ladefeld abhängiges Störsignal und ein von dem Messfeld abhängiges Nutzsignal umfassen. Dabei kann die Energie des Störsignals signifikant höher sein (z.B. um den Faktor 5, 10, 100 oder mehr) als die Energie des Nutzsignals.The acquired or derived (e.g. compensated) measurement signal can comprise an interference signal dependent on the charging field and a useful signal dependent on the measuring field. The energy of the interference signal can be significantly higher (e.g. by a factor of 5, 10, 100 or more) than the energy of the useful signal.
Das modulierte Messsignal kann mittels eines (Bandpass-) Filters gefiltert werden, um eine Frequenzkomponente des modulierten Messsignals zu extrahieren. Dabei kann das Filter von der Messfeldfrequenz des Messfelds abhängen. Die Modulationsfrequenz kann gleich der Ladefeldfrequenz sein. Alternativ kann die Modulationsfrequenz gleich der Ladefeldfrequenz mal einem rationalen Faktor ungleich eins sein. So können der Abstand von unterschiedlichen Frequenzkomponenten des modulierten Messsignals erhöht, und damit die Genauigkeit der Extraktion einer Frequenzkomponente erhöht werden. Insbesondere kann die Modulationsfrequenz derart sein, dass der Frequenzabstand zwischen der extrahierten Frequenzkomponente und einer direkt benachbarten Frequenzkomponente des modulierten Messsignals größer als der Frequenzabstand zwischen der Messfeldfrequenz und der Ladefeldfrequenz ist, insbesondere um einen Faktor von 2, 3, 5, 10 oder mehr.The modulated measurement signal can be filtered using a (bandpass) filter in order to extract a frequency component of the modulated measurement signal. The filter can depend on the measuring field frequency of the measuring field. The modulation frequency can be equal to the charging field frequency. Alternatively, the modulation frequency can be equal to the charging field frequency times a rational factor not equal to one. In this way, the distance between different frequency components of the modulated measurement signal can be increased, and thus the accuracy of the extraction of a frequency component can be increased. In particular, the modulation frequency can be such that the frequency spacing between the extracted frequency component and a directly adjacent frequency component of the modulated measurement signal is greater than the frequency spacing between the measuring field frequency and the charging field frequency, in particular by a factor of 2, 3, 5, 10 or more.
Die extrahierte Frequenzkomponente wird bevorzugt derart selektiert, dass die extrahierte Frequenzkomponente abgesehen von dem Modulationssignal nur von dem Nutzsignal abhängt. Folglich kann auf Basis der extrahierten Frequenzkomponente die Signalstärke des Messfeldes an der Empfangsspule mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Die Vorrichtung kann weiter eingerichtet sein, auf Basis der Signalstärke präzise Positionsinformation in Bezug auf die Position der Sekundärspule relativ zu der Primärspule zu ermitteln.The extracted frequency component is preferably selected in such a way that, apart from the modulation signal, the extracted frequency component depends only on the useful signal. Consequently, the signal strength of the measuring field at the receiving coil can be determined with high accuracy on the basis of the extracted frequency component. The device can also be set up to determine precise position information in relation to the position of the secondary coil relative to the primary coil on the basis of the signal strength.
Wie bereits oben dargelegt, kann die Primäreinheit eines induktiven Ladesystems neben einer weiteren Primäreinheit eines weiteren Ladesystems angeordnet sein. Das in der direkten Umgebung der Empfangsspule der Primäreinheit vorliegende, magnetische Ladefeld kann dann durch die weitere Primäreinheit generiert werden. Eine in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann eingerichtet sein, insbesondere über eine drahtlose Kommunikationsverbindung, Frequenzinformation in Bezug auf die Ladefeldfrequenz des magnetischen Ladefelds zu empfangen, das von der weiteren Primäreinheit generiert wird. So können in effizienter Weise Störungen eines benachbarten Ladevorgangs auf die Positionierung an einem induktiven Ladesystem kompensiert werden.As already explained above, the primary unit of an inductive charging system can be arranged next to a further primary unit of a further charging system. The magnetic charging field present in the immediate vicinity of the receiving coil of the primary unit can then be generated by the further primary unit. A device described in this document can be set up, in particular via a wireless communication link, to receive frequency information relating to the charging field frequency of the magnetic charging field, which is generated by the further primary unit. In this way, malfunctions of an adjacent charging process can be compensated for by positioning on an inductive charging system.
Das Filter zur Extraktion der Frequenzkomponente kann eine Bandbreite aufweisen, die es ermöglicht, die relevante Frequenzkomponente des modulierten Messsignals für alle möglichen Ladefeldfrequenzen aus einem vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich (z.B. zwischen 8lkHz und 90kHz) zu extrahieren. So kann eine effiziente Extraktion der relevanten Frequenzkomponente ermöglicht werden.The filter for extracting the frequency component can have a bandwidth that makes it possible to extract the relevant frequency component of the modulated measurement signal for all possible charging field frequencies from a predefined charging field frequency range (e.g. between 8 kHz and 90 kHz). This enables an efficient extraction of the relevant frequency component.
Es kann gemäß einer Konvention vorgesehen sein, dass während eines laufenden Ladevorgangs von der Sendeeinheit ein Messfeld erzeugt werden soll (z.B. um kontinuierlich die Positionierung der Sekundärspule relativ zu der Primärspule zu überwachen). Eine in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann eingerichtet sein, auf Basis der ermittelten Signalstärke des Messfeldes zu bestimmen, ob von der Sendeeinheit ein Messfeld erzeugt wird oder nicht. Des Weiteren kann die Vorrichtung eingerichtet sein, die Primäreinheit zu veranlassen, die Generierung des magnetischen Ladefelds zu unterbinden, wenn bestimmt wird, dass von der Sendeeinheit kein Messfeld erzeugt wird. Somit kann ein Messfeld dazu verwendet werden, einen Ladevorgang zu unterbrechen. Insbesondere kann so eine Sekundäreinheit befähigt werden, in effizienter und zuverlässiger Weise (ohne Verwendung einer zusätzlichen Kommunikationsverbindung) einen Ladevorgang zu unterbrechen.According to a convention, it can be provided that a measuring field is to be generated by the transmitting unit during a charging process (for example in order to continuously Position of the secondary coil relative to the primary coil). A device described in this document can be set up to determine on the basis of the determined signal strength of the measuring field whether a measuring field is generated by the transmitting unit or not. Furthermore, the device can be set up to cause the primary unit to prevent the generation of the magnetic charging field if it is determined that no measuring field is generated by the transmitting unit. A measuring field can thus be used to interrupt a charging process. In particular, a secondary unit can thus be enabled to interrupt a charging process in an efficient and reliable manner (without using an additional communication connection).
Eine in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann eingerichtet sein, einen aktuellen Wert der Ladefeldfrequenz zu ermitteln (z.B. auf Basis eines Oszillators zur Ansteuerung der Primärspule bzw. zur Ansteuerung einer weiteren Primärspule eines benachbarten Ladesystems). Der Betrieb der Vorrichtung kann dann in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert der Ladefeldfrequenz angepasst werden. Insbesondere kann die Frequenz eines Kompensationssignals und/oder eines Modulationssignals angepasst werden. Des Weiteren kann die Cutoff-Frequenz eines Filters zur Extrahierung einer Frequenzkomponente angepasst werden. Somit kann eine flexible Anpassung an den Betrieb eines Ladesystems ermöglicht werden.A device described in this document can be set up to determine a current value of the charging field frequency (e.g. based on an oscillator for controlling the primary coil or for controlling a further primary coil of an adjacent charging system). The operation of the device can then be adapted as a function of the current value of the charging field frequency. In particular, the frequency of a compensation signal and / or a modulation signal can be adapted. Furthermore, the cutoff frequency of a filter can be adjusted to extract a frequency component. This enables flexible adaptation to the operation of a charging system.
Eine in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann eingerichtet sein, das Kompensationssignal, das kompensierte Messsignal, das modulierte Messsignal und/oder die Signalstärke des Messfeldes in effizienter und präziser Weise zumindest teilweise oder vollständig mittels analoger Hardware zu ermitteln. A device described in this document can be set up to determine the compensation signal, the compensated measurement signal, the modulated measurement signal and / or the signal strength of the measurement field in an efficient and precise manner at least partially or completely by means of analog hardware.
Eine in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann eingerichtet sein, Signalstärken des Messfeldes an einer Mehrzahl von Empfangsspulen und/oder Signalstärken der Messfelder einer Mehrzahl von Sendespulen zu ermitteln. Es kann dann auf Basis der Signalstärken Positionsinformation in Bezug auf die Position der Sekundärspule relativ zu der Primärspule ermittelt werden (z.B. mittels eines Triangulationsverfahrens). So kann die Position einer Sekundärspule mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden.A device described in this document can be set up to determine signal strengths of the measuring field on a plurality of receiving coils and / or signal strengths of the measuring fields of a plurality of transmitting coils. Based on the signal strengths, position information can then be determined in relation to the position of the secondary coil relative to the primary coil (e.g. using a triangulation method). In this way, the position of a secondary coil can be determined with increased accuracy.
Eine in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung kann eingerichtet sein, die Signalstärke zumindest eines Messfeldes an der Empfangsspule zu ermitteln, das von einer Sendespule generiert wurde, die an einer weiteren Sekundäreinheit angeordnet ist (z.B. an einer weiteren Sekundäreinheit eines benachbarten Ladesystems). Diese Signalstärke kann dann auch bei der Ermittlung der Positionsinformation berücksichtigt werden. So kann die Position einer Sekundärspule mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden.A device described in this document can be set up to determine the signal strength of at least one measuring field on the receiving coil that was generated by a transmitting coil that is arranged on a further secondary unit (e.g. on a further secondary unit of an adjacent charging system). This signal strength can then also be taken into account when determining the position information. In this way, the position of a secondary coil can be determined with increased accuracy.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Primäreinheit, insbesondere eine Bodeneinheit, für ein induktives Ladesystem beschrieben, die zumindest eine der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen zur Ermittlung von Positionsinformation umfasst.According to a further aspect, a primary unit, in particular a base unit, for an inductive charging system is described, which comprises at least one of the devices described in this document for determining position information.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein induktives Ladesystem beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Primäreinheit umfasst.According to a further aspect, an inductive charging system is described which comprises the primary unit described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung von Positionsinformation bzgl. einer Sekundärspule einer Sekundäreinheit relativ zu einer Primärspule einer Primäreinheit beschrieben. Das Verfahren umfasst das Generieren eines Kompensationssignals für ein, in einer direkten Umgebung der Empfangsspule vorliegendes, magnetisches Ladefeld, wobei das Kompensationssignal in Abhängigkeit von der Ladefeldfrequenz des Ladefelds generiert wird. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln eines kompensierten Messsignals durch zumindest teilweises Kompensieren eines Einflusses des Ladefelds auf das von der Empfangsspule erfasste Messsignal mittels des Kompensationssignals. Ferner umfasst das Verfahren das Ermitteln, auf Basis des kompensierten Messsignals, einer Signalstärke des Messfeldes an der Empfangsspule. Außerdem kann das Verfahren umfassen, das Ermitteln, auf Basis der Signalstärke, von Positionsinformation in Bezug auf eine Position der Sekundärspule relativ zu der Primärspule.According to a further aspect, a method for determining position information relating to a secondary coil of a secondary unit relative to a primary coil of a primary unit is described. The method comprises generating a compensation signal for a magnetic charging field that is present in a direct environment of the receiving coil, the compensation signal being generated as a function of the charging field frequency of the charging field. In addition, the method comprises determining a compensated measurement signal by at least partially compensating an influence of the charging field on the measurement signal detected by the receiving coil by means of the compensation signal. Furthermore, the method includes determining, based on the compensated measurement signal, a signal strength of the measurement field at the reception coil. In addition, the method may include determining, based on the signal strength, position information in relation to a Position of the secondary coil relative to the primary coil.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein weiteres Verfahren zur Ermittlung von Positionsinformation bzgl. einer Sekundärspule einer Sekundäreinheit relativ zu einer Primärspule einer Primäreinheit beschrieben. Das Verfahren umfasst das Modulieren eines von der Empfangsspule erfassten oder eines davon abgeleiteten Messsignals mit einem Modulationssignal, um ein moduliertes Messsignal bereitzustellen, wobei das Modulationssignal eine Modulationsfrequenz aufweist, die von der Ladefeldfrequenz eines, in einer direkten Umgebung der Empfangsspule vorliegenden, magnetischen Ladefelds abhängt. Außerdem umfasst das Verfahren das Filtern des modulierten Messsignals mittels eines Filters, um eine Frequenzkomponente des modulierten Messsignals zu extrahieren, wobei das Filter von der Messfeldfrequenz des Messfelds abhängt. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln, auf Basis der extrahierten Frequenzkomponente, einer Signalstärke des Messfeldes an der Empfangsspule. Ferner kann das Verfahren das Ermitteln, auf Basis der Signalstärke, von Positionsinformation in Bezug auf eine Position der Sekundärspule relativ zu der Primärspule umfassen.According to a further aspect, a further method for determining position information relating to a secondary coil of a secondary unit relative to a primary coil of a primary unit is described. The method comprises modulating a measurement signal detected by or derived from the reception coil with a modulation signal in order to provide a modulated measurement signal, the modulation signal having a modulation frequency that depends on the charging field frequency of a magnetic charging field that is present in the immediate vicinity of the receiving coil. In addition, the method comprises filtering the modulated measurement signal by means of a filter in order to extract a frequency component of the modulated measurement signal, the filter depending on the measurement field frequency of the measurement field. Furthermore, the method includes determining, based on the extracted frequency component, a signal strength of the measuring field at the receiving coil. Furthermore, the method can include determining, based on the signal strength, position information in relation to a position of the secondary coil relative to the primary coil.
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 eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a software (SW) program is described. The SW program can be set up to run on a processor and thereby perform one of the methods described in this document.
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 eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a storage medium is described. The storage medium can comprise a software program which is set up to be executed on a processor and thereby to carry out one of the methods described in this document.
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.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document can be used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspect of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways.
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 Messfeld einer Sendespule und ein beispielhaftes Ladefeld einer Primärspule; -
4b beispielhafte Parameter eines Messfeldes und eines Ladefeldes; -
5a eine beispielhafte Signalverarbeitung zur Ermittlung der Signalstärke eines Messfeldes; -
5b ein beispielhaftes überlagertes Messsignal an einer Empfangsspule; -
6a eine beispielhafte Vorrichtung zur Kompensation des Ladefeldes; -
6b ein beispielhaftes kompensiertes Messsignal einer Empfangsspule; -
7a eine beispielhafte Vorrichtung zur Extraktion einer Messsignal-Frequenzkomponente aus einem Messsignal; -
7b beispielhafte Frequenzkomponenten eines Messsignals; -
7c beispielhafte Frequenzkomponenten eines modulierten Messsignals; -
8a eine beispielhafte Vorrichtung zur Kompensation des Ladefeldes; -
8b eine weitere beispielhafte Vorrichtung zur Kompensation des Ladefeldes; und -
9a und9b Ablaufdiagramme von beispielhaften Verfahren zur Ermittlung der Positionierung einer Primärspule und einer Sekundärspule.
-
1 exemplary components of an inductive charging system; -
2 exemplary transmission and reception coils for determining the relative positioning between a vehicle and a charging station; -
3a exemplary transmission and reception coils in a side view; -
3b exemplary transmission and reception coils in a schematic representation; -
3c exemplary transmission and reception coils in a plan view; -
4a an exemplary measuring field of a transmitter coil and an exemplary charging field of a primary coil; -
4b exemplary parameters of a measuring field and a charging field; -
5a an exemplary signal processing for determining the signal strength of a measuring field; -
5b an exemplary superimposed measurement signal on a receiving coil; -
6a an exemplary device for compensation of the charging field; -
6b an exemplary compensated measurement signal of a receiving coil; -
7a an exemplary device for extracting a measurement signal frequency component from a measurement signal; -
7b exemplary frequency components of a measurement signal; -
7c exemplary frequency components of a modulated measurement signal; -
8a an exemplary device for compensation of the charging field; -
8b another exemplary device for compensation of the charging field; and -
9a and9b Flow diagrams of exemplary methods for determining the positioning of a primary coil and a secondary coil.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und präzisen Ermittlung der Positionierung und/oder der Ausrichtung der Sekundärspule eines Fahrzeugs relativ zu der Primärspule einer Bodeneinheit eines induktiven Ladesystems. In diesem Zusammenhang zeigt
Die Sekundärspule
Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule
Um möglichst große Feldstärken des magnetischen Ladefelds für die Überbrückung der Unterbodenfreiheit
Im Vorfeld zu einem Positionierungsvorgang kann ein Kennfeld erfasst werden, das für eine spezifische Kombination aus Fahrzeug
Bei einem Positionierungsvorgang kann nun der Ist-Feldstärkewert (z.B. die Amplitude eines Messsignals) 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
Wie in
Des Weiteren können Q Sendespulen
Es können somit zwischen Paaren von Q Sendespulen
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
Bei der Positionierung eines Fahrzeugs
Während eines Ladevorgangs wird somit ein magnetisches Messfeld
Von einer Empfangsspule
Die Vorrichtung
Die Phaseneinheit
In der Amplitudeneinheit
Es kann somit ein (verstärktes bzw. gedämpftes und phasenverschobenes) Kompensationssignal
Wie weiter oben dargelegt, weist das (kompensierte) Summensignal
Als Modulationssignal kann ein Rechtecksignal mit der Ladefeldfrequenz
Die in den
Ein Rechtecksignal kann durch folgende Reihe beschrieben werden, wobei ω=2πf die Kreisfrequenz und f die Frequenz des Rechtecksignals ist (insbesondere die Ladefeldfrequenz
Das (kompensierte) Summensignal
Das modulierte Summensignal
Alternativ oder ergänzend zu der Verwendung eines Modulationssignals, das die Ladefeldfrequenz
Es werden somit unterschiedliche Methoden beschrieben, die zur Reduktion des durch ein Ladefeld
Das verbliebene (kompensierte) Summensignal
Wie in den
Die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren können auf variable Energieübertragungsfrequenzen
Die Messfeldfrequenz
Ggf. kann ein benachbartes Ladesystem (auch während eines aktiven Ladevorgangs) einen benachbarten Park-/Positioniervorgang sensieren. Der Abstand der Bodenspulen der unterschiedlichen Bodeneinheiten
Das Vorhandensein eines Sensorsignals (insbesondere eines Nutzsignals
Während des Positioniervorgangs eines Fahrzeugs
Das Verfahren
Außerdem umfasst das Verfahren
Ferner umfasst das Verfahren
Außerdem kann das Verfahren
Das Verfahren
Außerdem umfasst das Verfahren
Ferner umfasst das Verfahren
Außerdem kann das Verfahren
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann das durch eine Energieübertragung bewirkte Störsignal
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.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018209660.0A DE102018209660A1 (en) | 2018-06-15 | 2018-06-15 | Method and device for determining the positioning of the coils of an inductive charging system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018209660.0A DE102018209660A1 (en) | 2018-06-15 | 2018-06-15 | Method and device for determining the positioning of the coils of an inductive charging system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102018209660A1 true DE102018209660A1 (en) | 2019-12-19 |
Family
ID=68724658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018209660.0A Pending DE102018209660A1 (en) | 2018-06-15 | 2018-06-15 | Method and device for determining the positioning of the coils of an inductive charging system |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102018209660A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024038064A1 (en) * | 2022-08-16 | 2024-02-22 | Mahle International Gmbh | System for inductive energy transfer |
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2018
- 2018-06-15 DE DE102018209660.0A patent/DE102018209660A1/en active Pending
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WO2024038064A1 (en) * | 2022-08-16 | 2024-02-22 | Mahle International Gmbh | System for inductive energy transfer |
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