DE102018217080A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug mit folgenden Schritten:
- Ausstrahlen eines elektromagnetischen Signals mittels einer in einer Bodenplatte der Ladestation angeordneten Spule,
- Empfangen des mittels der Spule der Bodenplatte ausgestrahlten Signals vom Fahrzeug,
- Ausstrahlen eines Antwortsignals vom Fahrzeug an einen in der Bodenplatte angeordneten Empfänger,
- Empfangen des vom Fahrzeug ausgestrahlten Antwortsignals mittels des in der Bodenplatte angeordneten Empfängers und
- Auswerten des vom in der Bodenplatte angeordneten Empfänger empfangenen Antwortsignals,
- wobei das von der Spule ausgestrahlte elektromagnetische Signal an einer am Fahrzeug angebrachten Kennung reflektiert wird und das reflektierte Signal als Antwortsignal an die Ladestation übertragen wird und
- wobei die Kennung ein geometrisches Muster enthält.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug. Diese Energieübertragung kann zur Ladung eines Energiespeichers des Fahrzeugs und/oder zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs vorgesehen sein.
  • Eine induktive Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug erfolgt 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 Signale von einer Vielzahl von Radar-Transceivern empfangen, Antworten in den empfangenen Radarsignalen 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 Radarsignale 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 induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 12 angegeben. Die Ansprüche 13 - 15 betreffen eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug bereitgestellt, bei welchem die folgenden Schritte durchgeführt werden:
    • - Ausstrahlen eines elektromagnetischen Signals mittels einer in einer Bodenplatte der Ladestation angeordneten Spule,
    • - Empfangen des mittels der Spule der Bodenplatte ausgestrahlten Signals vom Fahrzeug,
    • - Ausstrahlen eines Antwortsignals vom Fahrzeug an einen in der Bodenplatte angeordneten Empfänger,
    • - Empfangen des vom Fahrzeug ausgestrahlten Antwortsignals mittels des in der Bodenplatte angeordneten Empfängers und
    • - Auswerten des vom in der Bodenplatte angeordneten Empfänger empfangenen Antwortsignals,
    • - wobei das von der Spule ausgestrahlte elektromagnetische Signal an einer am Fahrzeug angebrachten Kennung reflektiert wird und das reflektierte Signal als Antwortsignal an die Ladestation übertragen wird und
    • - wobei die Kennung ein geometrisches Muster enthält.
  • Die Vorteile der Erfindung beruhen insbesondere darauf, dass das mittels der in der Bodenplatte der Ladestation angeordneten Spule ausgestrahlte elektromagnetische Signal in Abhängigkeit von dem am Fahrzeug als Kennung angebrachten geometrischen Muster reflektiert wird. Dieses reflektierte Signal wird von dem in der Bodenplatte angeordneten Empfänger empfangen und dann einem Auswertevorgang unterworfen. Da das am Fahrzeug als Kennung angebrachte geometrische Muster einem bestimmten Fahrzeugtyp oder gar einem individuellen Fahrzeug zugeordnet ist, kann in vorteilhafter Weise ein eindeutiges Pairing zwischen Fahrzeug und Bodenplatte durchgeführt werden. Pairing beschreibt hierbei die Kopplung zwischen den individuellen Komponenten bzw. deren gegenseitige Detektion und/oder Identifikation. Dadurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass das jeweilige Fahrzeug auf einer Bodenplatte positioniert ist, die zur induktiven Energieübertragung an das jeweilige Fahrzeug geeignet ist. Wird hingegen erkannt, dass die Bodenplatte, auf der das Fahrzeug positioniert ist, nicht zur induktiven Energieübertragung an das jeweilige Fahrzeug geeignet ist, dann kann dies dem Fahrer des Fahrzeugs gemeldet werden und es kann der Ladevorgang nicht freigegeben werden, d.h. gesperrt werden.
  • Gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung erfolgt auf Basis des reflektierten Signals eine Signaldiagnose. Im Rahmen dieser Signaldiagnose kann beispielsweise eine Ermittlung der Leistung des reflektierten Signals oder eine Positionsbestimmung vorgenommen werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Kennung bzw. das geometrische Muster eine horizontale und/oder eine vertikale Gitterstruktur aufweist. Dies erleichtert eine Positionserkennung.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Kennung bzw. das geometrische Muster in einer Punkt-Matrix-Form in die Fahrzeugunterseite oder in eine an der Fahrzeugunterseite befestigte Fahrzeugplatte einzubringen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, das von der Spule ausgestrahlte Signal in Form von linear polarisierten Wellen auszustrahlen. Dies erleichtert eine Ermittlung der Position und der Orientierung eines sich der Ladestation bzw. der Bodenplatte nähernden Fahrzeugs. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit des verwendeten Musters und anderen Systemparametern kann eine andere Polarisation oder eine Mischform von Polarisation verwendet werden.
  • Die Auswertung der mittels des Empfängers der Bodenplatte empfangenen reflektierten Signale erfolgt in einer Steuereinheit der Ladestation. Diese Steuereinheit kann örtlich getrennt von der Bodenplatte angeordnet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit aber auch integrierter Bestandteil der Bodenplatte sein. Ferner kann die Steuereinheit über eine drahtlose Verbindung mit einem drahtlosen Kommunikationsgerät des Fahrers des Fahrzeugs verbunden sein.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
    • 1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug,
    • 2 eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Kennung,
    • 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Kennung,
    • 4 eine Skizze zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels für eine Kennung,
    • 5 eine Skizze zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels für eine Kennung und
    • 6 eine Skizze zur Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels.
  • Die 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug.
  • Die dargestellte Vorrichtung weist eine Ladestation 1 auf, zu welcher eine Steuereinheit 2 und eine Bodenplatte 3 gehören. In der Bodenplatte 3 sind eine Spule 4 und ein Empfänger 5 angeordnet. Die Steuereinheit 2 kann alternativ zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auch integrierter Bestandteil der Bodenplatte 3 sein.
  • Des Weiteren weist die in der 1 dargestellte Vorrichtung ein Fahrzeug 6 auf, an dessen Unterseite eine Fahrzeugplatte 7 befestigt ist, in welche eine Kennung 8 eingebracht ist. Alternativ zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Kennung 8 auch direkt in den Unterboden des Fahrzeugs 6 eingebracht sein.
  • Die Kennung 8 enthält ein geometrisches Muster. Dieses geometrische Muster enthält entweder eine Information über den Typ des Fahrzeugs 6 oder eine Information über das individuelle Fahrzeug 6, beispielsweise dessen Herstellungsnummer.
  • Mittels der in der Bodenplatte 3 der Ladestation 1 angeordneten Spule 4 wird ein elektromagnetisches Signal ausgestrahlt, bei dem es sich vorzugsweise um ein Radarsignal handelt. Dieses mittels der Spule 4 der Bodenplatte 3 ausgestrahlte Signal wird vom Fahrzeug 4 empfangen und an der Fahrzeugplatte 7, in welche das geometrische Muster 8 eingebracht ist, reflektiert. Das durch diese Reflexion vom Fahrzeug gebildete Antwortsignal wird an den in der Bodenplatte 3 angeordneten Empfänger 5 ausgestrahlt und von diesem empfangen. Das vom Empfänger 5 empfangene Antwortsignal wird an die Steuereinheit 2 weitergeleitet und in dieser ausgewertet.
  • Da die in die Fahrzeugplatte 7 eingebrachte Kennung 8 ein fahrzeugtypspezifisches geometrisches Muster oder ein fahrzeugindividuelles geometrisches Muster enthält, ist anhand des reflektierten Antwortsignals eine Identifikation des Fahrzeugs 6 möglich. Insbesondere kann von der Steuereinheit 2 überprüft werden, ob dieses Fahrzeug 6 und die Bodenplatte 3, über welcher sich das Fahrzeug befindet, kompatibel zueinander sind oder nicht. Sind das Fahrzeug 6 und die Bodenplatte 3 kompatibel zueinander, dann gibt die Steuereinheit 2 eine induktive Energieübertragung von der Ladestation zum Fahrzeug frei, wenn weitere Bedingungen erfüllt sind, die ebenfalls im Rahmen einer Vorbereitung der beabsichtigten induktiven Energieübertragung von der Ladestation zum Fahrzeug überprüft werden. Sind das Fahrzeug 6 und die Bodenplatte 3 hingegen nicht kompatibel zueinander, dann unterbindet die Steuereinheit 2 eine induktive Energieübertragung von der Ladestation zum Fahrzeug.
  • Des Weiteren ermöglicht das als Kennung aufgebrachte geometrische Muster, dass das von der Ladestation 1 empfangene reflektierte Signal einer Signaldiagnose unterworfen wird. Diese Signaldiagnose wird in einer Auswerteeinheit der Ladestation 1 durchgeführt, beispielsweise der bereits genannten Steuereinheit 2.
  • Beispielsweise umfasst diese Signaldiagnose eine Ermittlung der Leistung des reflektierten Signals. Des Weiteren kann mittels der Signaldiagnose eine Bestimmung der Position des Fahrzeugs 6 erfolgen. Ferner kann mittels der Signaldiagnose überprüft werden, ob der zwischen der Bodenplatte 3 und der Fahrzeugplatte 7 bestehende Spalt frei von Gegenständen und lebenden Objekten ist, d.h. zur Spaltüberwachung verwendet werden.
  • Die in die Fahrzeugplatte 7 eingebrachte Kennung ist vorzugsweise in die Fahrzeugplatte 7 durch einen Stanzvorgang eingeprägt. Beispiele für eingeprägte Stanzungen sind in den 2 bis 5 veranschaulicht. Alternative Möglichkeiten zum Einbringen einer Kennung bestehen in einem Lasern, einem Fräsen oder einem Gravieren.
  • Die 2 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine durch Stanzen in die Fahrzeugplatte 7 eingeprägte Kennung 8. Bei dieser Kennung handelt sich um ein geometrisches Muster, das drei kleinen Pyramiden entspricht. Dabei erstrecken sich die Seitenwände der Pyramiden in die Zeichenebene hinein. Die Spitze der Pyramide bildet den tiefsten Punkt der jeweiligen Pyramide.
  • Die 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine durch Stanzen in die Fahrzeugplatte 7 eingeprägte Kennung 8. Bei dieser Kennung handelt sich um ein geometrisches Muster, das drei kleinen Halbkugeln entspricht. Dabei erstrecken sich die Wände der Halbkugeln in die Zeichenebene hinein. Der Mittelpunkt dieser Halbkugeln bildet den tiefsten Punkt der jeweiligen Halbkugel.
  • Die 4 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels für eine durch Stanzen in die Fahrzeugplatte 7 eingeprägte Kennung 8. Bei dieser Kennung handelt sich um ein geometrisches Muster, das drei kleinen vertikalen Gitterstrukturen entspricht.
  • Die 5 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels für eine durch Stanzen in die Fahrzeugplatte 7 eingeprägte Kennung 8. Bei dieser Kennung handelt sich um ein geometrisches Muster, das drei kleinen horizontalen Gitterstrukturen entspricht.
  • Das die Kennung bildende geometrische Muster kann auch sowohl vertikale als auch horizontale Gitterstrukturen aufweisen. Es kann zusätzlich zu den Gitterstrukturen auch weitere geometrische Muster enthalten, die die gewünschte Auswertung des reflektierten Signals erleichtern.
  • Eine zumindest teilweise gitterförmige Ausgestaltung des geometrischen Musters erleichtert eine Positionsbestimmung des Fahrzeugs 6 relativ zur Bodenplatte 3.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden von der Spule 4 der Bodenplatte 3 Signale in Form von linear polarisierten Wellen ausgestrahlt. Werden derartige linear polarisierte Wellen auf eine Gitterstrukturen aufweisende Kennung 8 ausgestrahlt, dann ist das an der Kennung reflektierte Spektrum abhängig von der Orientierung des bzw. der Gitter. Unterschiedlich angeordnete Gitterstrukturen erlauben bei konstanter Polarisierung des jeweiligen Trägersignals eine Aussage über die räumliche Orientierung der vorhandenen Gittergeometrie und damit eine Aussage über die Position und die Orientierung des Fahrzeugs 6 relativ zur Bodenplatte 3.
  • Die Bautiefe und die Abmessungen der eingebrachten geometrischen Muster sind abhängig von der verwendeten Frequenz des jeweiligen Systems, der verfügbaren Bandbreite und von der Anzahl der jeweils vorhandenen Teilsysteme.
  • Eine weitere Alternative besteht darin, das jeweilige geometrische Muster in einer Punkt-Matrix-Form in die Fahrzeugplatte 7 einzubringen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der 6 veranschaulicht. Diese zeigt die Leitungsbahnen einer fahrzeugseitig angeordneten Spule. Diese Leitungsbahnen können beispielsweise unter Verwendung mehrerer Radarsender und mehrerer Radarempfänger direkt erkannt werden. Dies ermöglicht eine Erkennung der Position des Fahrzeugs 6 relativ zur Bodenplatte 3. Des Weiteren kann auch ein Kompatibilitätscheck durchgeführt dahingehend durchgeführt werden, ob das fahrzeugseitige Ladeteilsystem zur Infrastruktur des bodenseitigen Ladeteilsystems kompatibel ist oder nicht.
  • Ein weiteres nicht in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel besteht darin, ein von der Spule der Bodenplatte ausgestrahltes elektromagnetisches Signal auf der Fahrzeugseite mittels eines Sensors zu empfangen, dem empfangenen Signal einen Code aufzumodulieren und dann das Signal wieder zur Bodenplatte 3 zu senden, wo es demoduliert wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, einen Code zu übermitteln, der zu einem Pairing verwendet werden kann.
  • Eine ebenfalls nicht in den Figuren dargestellte alternative oder zusätzliche Möglichkeit besteht in einem Invertieren der oben beschriebenen Vorgehensweisen. Dabei wird das oben beschriebene geometrische Muster in die Bodenplatte 3 eingebracht und das Fahrzeug erkennt unter Verwendung eines Radarsensors das in die Bodenplatte 3 eingebrachte Muster und verwendet dieses zu einem Pairing.
  • 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 induktiven Energieübertragung von einer Ladestation (1) an ein Fahrzeug (6) mit folgenden Schritten: - Ausstrahlen eines elektromagnetischen Signals mittels einer in einer Bodenplatte (3) der Ladestation angeordneten Spule (4), - Empfangen des mittels der Spule (4) der Bodenplatte (3) ausgestrahlten Signals vom Fahrzeug (6), - Ausstrahlen eines Antwortsignals vom Fahrzeug (6) an einen in der Bodenplatte (3) angeordneten Empfänger (5), - Empfangen des vom Fahrzeug (6) ausgestrahlten Antwortsignals mittels des in der Bodenplatte (3) angeordneten Empfängers (5) und - Auswerten des vom in der Bodenplatte (3) angeordneten Empfänger (5) empfangenen Antwortsignals, - wobei das von der Spule (4) ausgestrahlte elektromagnetische Signal an einer am Fahrzeug (6) angebrachten Kennung (8) reflektiert wird und das reflektierte Signal als Antwortsignal an die Ladestation (1) übertragen wird und - wobei die Kennung (8) ein geometrisches Muster enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das geometrische Muster eine Information über den Typ des Fahrzeugs (6) enthält und eine Überprüfung vorgenommen wird, ob der Typ des Fahrzeugs (6) und die Bodenplatte (3) kompatibel zueinander sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das geometrische Muster eine Information über das individuelle Fahrzeug (6) enthält und eine Überprüfung erfolgt, ob das individuelle Fahrzeug (6) und die Bodenplatte (3) kompatibel zueinander sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kennung (8) in die Fahrzeugunterseite oder in eine an der Fahrzeugunterseite befestigte Fahrzeugplatte (7) eingebracht ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-4, bei welchem dann, wenn die Überprüfung ergibt, dass Kompatibilität vorliegt, die induktive Energieübertragung von der Bodenstation (1) an das Fahrzeug (6) freigegeben wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das von der Ladestation (1) empfangene reflektierte Signal mittels einer Auswerteeinheit der Ladestation einer Signaldiagnose unterworfen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Signaldiagnose eine Ermittlung der Leistung des reflektierten Signals umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die Signaldiagnose eine Bestimmung der Position des Fahrzeugs umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das geometrische Muster eine horizontale und/oder vertikale Gitterstruktur aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das geometrische Muster in einer Punkt-Matrix-Form aufgebracht ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das von der Spule (4) ausgestrahlte Signal in Form von linear polarisierten Wellen ausgestrahlt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Signaldiagnose eine Ermittlung der Position und der Orientierung des Fahrzeugs (6) umfasst.
  13. Vorrichtung zur Vorbereitung einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation an ein Fahrzeug, welche aufweist: - eine Ladestation (1), die eine Bodenplatte (3), eine in der Bodenplatte (3) angeordnete Spule (4) und einen in der Bodenplatte (3) angeordneten Empfänger aufweist, und - eine an einem Fahrzeug angebrachte Kennung (8), die ein geometrisches Muster enthält.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welchem die Kennung (8) in die Fahrzeugunterseite eingebracht ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welchem die Kennung (8) in eine an der Fahrzeugunterseite befestigte Fahrzeugplatte (7) eingebracht ist.
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