DE102018217074A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte und eine im oder am Fahrzeug angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte eine erste Spule und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte eine zweite Spule vorgesehen ist, mit folgenden Schritten:
- Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und
- Auswertung des mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule erzeugten magnetischen Feldes. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems. Diese Energieübertragung kann zur Ladung eines Energiespeichers des Fahrzeugs und/oder zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs vorgesehen sein.
  • Bei einer Ladung eines Energiespeichers eines Fahrzeugs mittels eines induktiven Ladesystems erfolgt eine induktive Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug drahtlos unter Verwendung eines der Ladestation zugehörigen Senders und eines dem Fahrzeug zugehörigen Empfängers. Der Sender weist üblicherweise eine Bodenplatte auf, innerhalb welcher eine Spule vorgesehen ist, unter deren Verwendung ein magnetisches Wechselmagnetfeld ausgestrahlt wird. Dieses wird von einem oberhalb der Bodenplatte angeordneten fahrzeugseitigen Empfänger empfangen und in Gleichstromsignale umgewandelt, die beispielsweise zur Aufladung einer fahrzeugseitigen Batterie verwendet werden.
  • Um diese Energieübertragung bestmöglich zu gestalten, ist es notwendig, verschiedene Vorbereitungsmaßnahmen durchzuführen. Zu diesen Vorbereitungsmaßnahmen gehört eine möglichst genaue Positionierung des fahrzeugseitigen Empfängers über der Spule der Bodenplatte. Zu diesen Vorbereitungsmaßnahmen gehört des Weiteren eine Überprüfung, ob der Zwischenraum zwischen der Bodenplatte und dem fahrzeugseitigen Empfänger frei von Objekten ist. Zu diesen Objekten gehören beliebige Gegenstände und auch beliebige Lebewesen. Bei dieser Objekterkennung kann eine Bewegungsdetektion vorgenommen werden.
  • Aus der US 2016/0178740 A1 sind Systeme, Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mittels welcher bei einer drahtlosen Leistungsübertragungsanwendung ein Schutz lebender Objekte erreicht werden soll. Dabei werden mittels Radar ausgestrahlte Daten von einer Vielzahl von Radar-Transceivern empfangen, Antworten in den empfangenen Radardaten jedes der Vielzahl von Radar-Transceivern miteinander verglichen, eine Anwesenheit eines Fahrzeugs in einer ersten Entfernung von der Vielzahl von Radar-Transceivern zumindest teilweise basierend auf einer Korrelation der von jedem der Vielzahl von Radar-Transceivern empfangenen Antworten ermittelt und Teile der empfangenen Radardaten gefiltert, die Bewegungen innerhalb eines vorbestimmten, die erste Entfernung einschließenden Entfernungsbereiches von der Vielzahl von Radar-Transceivern entsprechen, wenn weiterhin Objekte im Detektionsbereich detektiert werden. Bei einem der in der US 2016/0178740 A1 beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die von einer Vielzahl von Radarmodulen ausgestrahlten Radarsignale an einem an einem Fahrzeug befestigten passiven oder aktiven Radar-Transponder reflektiert.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 14 angegeben. Der Anspruch 15 betrifft eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte und eine im oder am Fahrzeug angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte eine erste Spule und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte eine zweite Spule vorgesehen ist, bereitgestellt, bei welchem die folgenden Schritte durchgeführt werden:
    • - Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und
    • - Auswertung des mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule erzeugten magnetischen Feldes.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten nicht nur zum Empfang der Ladeenergie verwendet werden, sondern auch weitere Aufgaben haben. Durch eine Bestromung der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Spule aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle wird ein magnetisches Feld erzeugt, welches zum Zwecke einer verbesserten Vorbereitung der Energieübertragung zum Fahrzeug ausgewertet werden kann.
  • Insbesondere kann das genannte magnetische Feld von der auf der Primärseite des induktiven Ladesystems angeordneten ersten Spule detektiert und auf der Primärseite ausgewertet werden. Beispielsweise kann das von der ersten Spule detektierte magnetische Feld eine Kennung für das jeweilige Fahrzeug enthalten, so dass durch eine Auswertung des empfangenen magnetischen Feldes eine Identifikation des Fahrzeugs erfolgen kann. Des Weiteren kann beispielsweise die Stärke des von der ersten Spule detektierten magnetischen Feldes ausgewertet werden und zur Bereitstellung einer die Positionierung des Fahrzeugs über der Bodenplatte der Primärseite unterstützende akustisch oder visuell wahrnehmbare Information bereitgestellt werden. Ferner kann das von der ersten Spule detektierte magnetische Feld Daten enthalten, die dem übertragenen Signal auf der Sekundärseite aufmoduliert wurden und beispielsweise weitere Informationen über das Fahrzeug enthalten, die zur Durchführung des beabsichtigten Ladevorganges hilfreich oder gar notwendig sind. Beispielsweise enthalten die von der Sekundärseite auf die Primärseite übertragenen Daten Informationen über die Funktionsfähigkeit der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten oder auch Informationssignale, die eine auf der Primärseite angeordnete Steuereinheit dazu veranlassen, den Ladevorgang nicht freizugeben. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das von der ersten Spule detektierte Magnetfeld auf der Primärseite auszuwerten, um durch diese Auswertung auf der Primärseite Informationen über die Funktionsfähigkeit der sekundärseitigen Komponenten des induktiven Ladesystems zu gewinnen. Eine Übertragung derartiger Informationen von der Sekundärseite auf die Primärseite ist in diesem Falle nicht notwendig.
  • Diese und weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der 1. Diese zeigt eine Blockdarstellung eines induktiven Fahrzeugladesystems.
  • Das in der 1 gezeigte induktive Fahrzeugladesystem weist eine Ladestation 1 auf, zu welcher eine Steuereinheit 2 und eine Bodenplatte 3 gehören. In der Bodenplatte 3 ist eine Spule 4 angeordnet. Die Steuereinheit 2 kann alternativ zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auch integrierter Bestandteil der Bodenplatte 3 sein. Die Ladestation 1 bildet die Primärseite des induktiven Ladesystems.
  • Des Weiteren ist in der 1 ein Fahrzeug 5 dargestellt, in bzw. an welchem die fahrzeugseitigen Teile des induktiven Fahrzeugladesystems angeordnet sind. Die fahrzeugseitigen Teile des induktiven Ladesystems bilden die Sekundärseite des induktiven Ladesystems. Zu diesen fahrzeugseitigen Teilen gehören unter anderem ein zur Energieübertragung benötigter, in einer Fahrzeugplatte 6 angeordneter Empfängerkreis 7, 8, 9, ein Gleichrichter 10, ein Spannungssensor 11, ein Filterkondensator 12, ein Strommesser 13, eine Entladeanordnung 14 und ein Energiespeicher 18. Der Empfängerkreis enthält eine Spule 7 und Kondensatoren 8 und 9, die zusammen mit der Spule 7 einen Resonanzkreis bilden. Die Entladeanordnung 14 weist einen ohmschen Widerstand 15, einen Transistor 16 und eine Diode 17 auf.
  • Mittels des in der 1 dargestellten induktiven Ladesystems kann eine drahtlose Energieübertragung von der Ladestation 1 an das Fahrzeug 5 unter Verwendung eines der Ladestation zugehörigen Senders, bei dem es sich um die in der Bodenplatte 3 angeordnete Spule 4 handelt, und des fahrzeugseitigen Empfängerkreises, zu welchem die Spule 7 und die Kondensatoren 8 und 9 gehören, erfolgen.
  • Die Spule 7 ist über die Kondensatoren 8 und 9 mit dem Gleichrichter 10 verbunden, in welchem das vom Empfängerkreis 7, 8, 9 empfangene Signal gleichgerichtet wird.
  • Das Ausgangssignal des Gleichrichters 10 wird über den Filterkondensator 12 der Entladeanordnung 14 zugeführt, welche den ohmschen Widerstand 15, den Transistor 16 und die Diode 17 aufweist. An diese Entladeanordnung 14 ist der Energiespeicher 18 angeschlossen, in welchem die übertragene Energie gespeichert wird.
  • Im Rahmen der Vorbereitung einer Ladung des Energiespeichers 18 des Fahrzeugs 5 mittels des gezeigten induktiven Ladesystems erfolgt eine Bestromung der auf der Sekundärseite angeordneten Spule 7 aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle 21. Bei dieser fahrzeugseitigen Stromquelle kann es sich um das Niedervolt-Bordnetz des Fahrzeugs 5 handeln. Alternativ dazu kann als fahrzeugseitige Stromquelle auch eine im Fahrzeug angeordnete Batterie verwendet werden, beispielsweise die Batterie 18.
  • Die fahrzeugseitige Stromquelle 21 ist über Dioden 19 und 20 und die bereits genannten Kondensatoren 8 und 9 mit der Spule 7 verbunden, um diese zu bestromen. Dieser Bestromungsvorgang wird von einer fahrzeugseitigen Steuereinheit 22 gesteuert, die der Stromquelle Steuersignale s2 zuführt, mittels derer der Betrieb der Stromquelle gesteuert wird. Die Steuereinheit ist des Weiteren dazu ausgebildet, Steuersignale s1 zur Steuerung des Transistors 16 der Entladeanordnung 14 bereitzustellen.
  • Durch die Bestromung der zweiten Spule 7 wird ein Magnetfeld erzeugt. Dieses wird von der auf der Primärseite angeordneten ersten Spule 4 detektiert und auf der Primärseite ausgewertet.
  • Nähert sich beispielsweise ein mit den sekundärseitigen Komponenten eines induktiven Ladesystems ausgestattetes Fahrzeug bei aktivierter Bestromung der zweiten Spule 7 der Bodenplatte 3 und wurde die Bestromung derart vorgenommen, dass das erzeugte magnetische Feld eine Kennung für das Fahrzeug 5 enthält, dann kann diese Kennung auf der Primärseite des induktiven Ladesystems zu einer Identifikation des Fahrzeugs 5 verwendet werden. Bei dieser Kennung kann es sich um eine den Fahrzeugtyp identifizierende Kennung oder gar um eine fahrzeugindividuelle Kennung handeln. Anhand dieser Kennung ist ein Pairing von Fahrzeug und Ladestation möglich, so dass sichergestellt werden kann, dass die vorhandene Ladestation zur induktiven Ladung des Fahrzeugs geeignet ist. Diese Information kann beispielsweise auf einer Anzeige der Ladestation angezeigt werden, um dem Fahrer des Fahrzeugs zu signalisieren, dass er eine zur induktiven Ladung seines Fahrzeugs geeignete Ladestation angefahren hat.
  • Des Weiteren kann bei der Annäherung des Fahrzeugs 5 an die Bodenplatte 3 eine Auswertung der Stärke des von der ersten Spule 4 empfangenen magnetischen Feldes vorgenommen werden. Durch diese Auswertung der Stärke des magnetischen Feldes werden Informationen gewonnen, die den Abstand der sekundärseitigen Spule 7 von der primärseitigen Spule 4 charakterisieren. Diese Informationen können zur Bereitstellung einer die Positionierung des Fahrzeugs über der Bodenplatte unterstützenden akustisch oder visuell wahrnehmbaren Information verwendet werden.
  • Ferner kann das durch eine Bestromung der sekundärseitigen Spule 7 erzeugte magnetische Feld Daten enthalten, die im Rahmen der Bestromung dem übertragenen Signal aufmoduliert wurden. Zu diesen Daten gehören beispielsweise weitere Information über das Fahrzeug 5, die zur Durchführung der beabsichtigten Ladung vorteilhaft oder gar notwendig sind. Beispielsweise können zu diesen Daten Informationen über die Funktionfähigkeit der sekundärseitiegn Komponenten des induktiven Ladesystems gehören. Wurde beispielsweise auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems festgestellt, das eine ober mehrere der sekundärseitigen Komponenten des induktiven Ladesystems nicht funktionsfähig sind, dass kann diese Information der Primärseite durch eine geeignete Modulation des von der Spule 7 zu übertragenden Signals mitgeteilt werden.
  • Diese Information kann der Primärseite auch durch die Aussendung eines Steuersignals mitgeteilt werden, welches von der primärseitigen Steuereinheit 2 dazu verwendet wird, den Ladevorgang zu verhindern, d.h. zu sperren.
  • Ferner kann das durch eine Bestromung der sekundärseitigen Spule 7 erzeugte magnetische Feld zu einer Funktionsdiagnose von auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten ausgewertet werden. So kann eine Diagnose der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule 7 im Hinblick auf ein Vorliegen eines Kurzschlusses und/oder im Hinblick auf ein Vorliegen einer oder mehrerer offener Klemmen vorgenommen werden. Des Weiteren kann eine Diagnose der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule 7 im Hinblick auf deren Resonanzverhalten vorgenommen werden.
  • Die vorstehend beschriebene Funktionsdiagnose der auf der Sekundärseite angeordneten Komponenten des induktiven Ladesystems wird von der Steuereinheit 2 der Ladestation 1 vorgenommen, die dazu ausgebildet ist, die vorstehend beschriebenen, im Rahmen der Vorbereitung einer Ladung des fahrzeugseitigen Energiespeichers 18 notwendigen Auswertungen durchzuführen und nach beendeter Vorbereitung den Ladevorgang freizugeben und zu steuern.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine bidirektionale Möglichkeit zum Laden und Entladen vorzusehen. Dadurch besteht auch die Möglichkeit, Energie aus dem Fahrzeug zur Bodenstation zu übertragen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2016/0178740 A1 [0004]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte (3) und eine im oder am Fahrzeug (5) angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte (3) eine erste Spule (4) und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte (6) eine zweite Spule (7) vorgesehen ist, mit folgenden Schritten: - Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) aus einer fahrzeugseitigen Stromquelle (21) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und - Auswertung des mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) erzeugten magnetischen Feldes.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) erzeugte magnetische Feld von der auf der Primärseite vorgesehenen ersten Spule (4) detektiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) erzeugte und von der auf der Primärseite vorgesehenen ersten Spule (4) detektierte magnetische Feld eine Kennung für das Fahrzeug (5) enthält und zu einer Identifikation des Fahrzeugs ausgewertet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem das mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) erzeugte und von der auf der Primärseite vorgesehenen ersten Spule (4) detektierte magnetische Feld zur Bereitstellung einer die Positionierung des Fahrzeugs über der Bodenplatte unterstützenden akustisch oder visuell wahrnehmbaren Information ausgewertet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem das mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) erzeugte und von der auf der Primärseite vorgesehenen ersten Spule (4) detektierte magnetische Feld zu einer Übertragung von Daten von der Sekundärseite zur Primärseite verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem das mittels der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) erzeugte und von der auf der Primärseite vorgesehenen ersten Spule (4) detektierte magnetische Feld zu einer Funktionsdiagnose von auf der Sekundärseite angeordneten Komponenten des induktiven Ladesystems ausgewertet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem eine Diagnose der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) im Hinblick auf deren Funktionsfähigkeit vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem eine Diagnose der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) im Hinblick auf ein Vorliegen eines Kurzschlusses und/oder im Hinblick auf ein Vorliegen einer oder mehrerer offenen Klemmen vorgenommen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem eine Diagnose der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) im Hinblick auf deren Resonanzverhalten vorgenommen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei welchem die Funktionsdiagnose der auf der Sekundärseite angeordneten Komponenten des induktiven Ladesystems von einer auf der Primärseite des induktiven Ladesystems angeordneten ersten Steuereinheit (2) vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die auf der Primärseite des induktiven Ladesystems angeordnete erste Steuereinheit (2) die Ladung des Energiespeichers (18) unterbindet, wenn bei der Funktionsdiagnose eine Funktionsunfähigkeit eines der auf der Sekundärseite des induktiven Ladesystems angeordneten Komponenten erkannt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) aus einem Niedervolt-Bordnetz des Fahrzeugs vorgenommen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) aus einer Fahrzeugbatterie vorgenommen wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) von einer im Fahrzeug (5) angeordneten Steuereinheit (22) gesteuert wird.
  15. Vorrichtung zur Vorbereitung einer Energieübertragung zu einem Fahrzeug mittels eines induktiven Ladesystems, welches eine auf einer Primärseite des Ladesystems angeordnete Bodenplatte (3) und eine im oder am Fahrzeug (5) angeordnete Sekundärseite aufweist, wobei in der Bodenplatte (3) eine erste Spule (4) und auf der Sekundärseite in einer Fahrzeugplatte (6) eine zweite Spule (7) vorgesehen ist, wobei im Fahrzeug (5) eine Stromquelle (21) zur Bestromung der auf der Sekundärseite vorgesehenen zweiten Spule (7) vorgesehen ist und wobei im Fahrzeug (5) eine Steuereinheit (22) vorgesehen ist, die zur Steuerung der Bestromung der zweiten Spule (7) ausgebildet ist.
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