DE102018219460A1

DE102018219460A1 - Kontaktlose Primärladeeinrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur kontaktlosen Energieübertragung

Info

Publication number: DE102018219460A1
Application number: DE102018219460.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Ruppert
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) zur kontaktkosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) eines Kraftfahrzeugs (12, 14), wobei die Primärladeeinrichtung (10) mehrere Energieübertragungseinheiten (18) und eine Steuereinrichtung (20) aufweist, mittels welcher die mehreren Energieübertragungseinheiten (18) jeweils einzeln ansteuerbar sind und durch Ansteuerung jeweils von einem inaktiven Zustand (I) in einen aktiven Zustand (A) zur Energieübertragung überführbar sind, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten (18) in Abhängigkeit von einer Position der Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) mit Bezug auf die jeweilige der Energieübertragungseinheiten (18) in den aktiven Zustand (A) zu überführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Primärladeeinrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Laden einer Kraftfahrzeugbatterie, wie beispielsweise einer Hochvolt-Batterie des Kraftfahrzeugs. Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur kontaktlosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs mittels einer Primärladeeinrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene kontaktlose Ladeeinrichtungen, insbesondere induktive Ladeeinrichtungen, bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2014 012 786 A1 eine Anordnung für eine induktive Energieübertragung zwischen einer stationären Ladestation und einem beweglichen Verbraucher, wie zum Beispiel bei Toren, gemäß welcher eine Sende-Spulenanordnung bereitgestellt wird, die eine Vielzahl planarer und gleichartiger Spulen aufweist, um ein weitgehend homogenes Feld für die induktive Energieübertragung über den Spulen bereitzustellen.
Eine ähnliche Anordnung ist auch in der DE 10 2016 221 225 A1 beschrieben. Diese dort offenbarte Energieübertragungsvorrichtung wird zum Laden mobiler Geräte, wie zum Beispiel Mobiltelefonen, genutzt. Um dabei die Gefahr eines sich zu starken Erhitzens von metallischen Gegenständen, die sich zwischen den Sende- und Empfängerspulen befinden könnten, zu reduzieren, werden dort mehrere Sendespulen zeitlich sequentiell nacheinander angesteuert, sodass sich ein metallisches Objekt nur geringfügig erhitzen kann, wenn es zwischen einem der Spulenpaare von Sende- und Empfängereinheit liegt.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2015 221 587 A1 eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit einer Fremdkörpererfassungseinrichtung. Bei der Ladevorrichtung handelt es sich hierbei um eine kraftfahrzeugseitig verbaute Ladevorrichtung mit ebenfalls mehreren Spulen. Wird von einer infrastrukturseitig verbauten Primärspule eine Spannung in die kraftfahrzeugseitig verbauten Spulen induziert, so kann durch einen Vergleich der induzierten Spannungen mit einem Spannungssollwert festgestellt werden, ob und wo sich ein metallischer Fremdkörper im Zwischenraum zwischen der Primärspule und den Sekundärspulen befindet.
Beim kontaktlosen Laden eines Kraftfahrzeugs wird im allgemeinen von einer infrastruktuseitigen Ladeeinrichtung, zum Beispiel einer Sendespule bzw. Primärspule, Energie an eine kraftfahrzeugseitige Ladeeinrichtung, zum Beispiel einer Empfängerspule bzw. Sekundärspule, übertragen. Die Infrastrukturseite wird dabei üblicherweise als Primärseite bezeichnet und die Kraftfahrzeugseite als Sekundärseite. Entsprechend wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die infrastrukturseitige Ladeeinrichtung als Primärladeeinrichtung bezeichnet und die Kraftfahrzeugseitige Ladeeinrichtung als Sekundärladeeinrichtung.
Ein Problem, das gerade beim kontaktlosen Laden eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs besteht, ist neben der eigentlichen Übertragung, das heißt dem eigentlichen Wirkungsgrad, auch die Positionierung des Kraftfahrzeugs relativ zur Primärladeeinrichtung. Denn hier spielt eine optimale Positionierung zueinander eine tragende Rolle für die Effizienz der Energieübertragung. Je nachdem, wie das Fahrzeug beziehungsweise die Fahrzeugspule über der Primärladeeinrichtung, die beispielsweise im Boden verbaut sein kann, positioniert ist, desto besser oder schlechter wird der Gesamt-Wirkungsgrad des Ladevorgangs. Bei einer sehr genauen Positionierung kann entsprechend auch der höchste Wirkungsgrad erreicht werden, während bei einer ungenauen Positionierung ein deutlich geringerer Wirkungsgrad erzielt wird.
Um eine exakte Positionierung beider Spulensysteme zu gewährleisten, bedarf es eines erhöhten Mehraufwands an Hardware- und Softwareentwicklung. So müssen zusätzliche Sensoren und Kamerasysteme die Position der Ladeplatte ermitteln und an das Fahrzeug beziehungsweise den Fahrer weitergeben. Dieser muss durch die Systeme angeleitet die Parkposition so wählen, dass eine exakte Positionierung des Fahrzeugs gewährleistet ist. Dies erfordert einen massiven Aufwand an Hardware und Software beziehungsweise Entwicklungsaufwand sowie einen zusätzlichen Einsatz von Sensoren, Steuergeräten und Softwarekomponenten. Dies führt zudem zu erheblichen Mehrkosten und Mehraufwänden in der Entwicklung und einer höheren Fehleranfälligkeit des Ladesystems. Zudem kann, solange das Fahrzeug nicht optimal über der Ladeplatte, das heißt der Primärladeeinrichtung, positioniert ist, kein Ladevorgang gestartet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kontaktlose Primärladeeinrichtung und ein Verfahren zur kontaktlosen Energieübertragung bereitzustellen, welche ein möglichst effizientes Laden auf möglichst einfache und kostengünstige Weise ermöglichen und insbesondere eine für ein möglichst effizientes Laden geeignete Positionierung eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer kraftfahrzeugseitigen Sekundärladeeinrichtung relativ zu einer infrastrukturseitig bereitgestellten Primärladeeinrichtung vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine kontaktlose Primärladeeinrichtung und ein Verfahren zur kontaktlosen Energieübertragung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße kontaktlose Primärladeeinrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs weist mehrere Energieübertragungseinheiten und eine Steuereinrichtung auf, mittels welcher die mehreren Energieübertragungseinheiten jeweils einzeln ansteuerbar sind und durch Ansteuerung jeweils von einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand zur Energieübertragung überführbar sind. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten in Abhängigkeit von einer Position der Sekundärladeeinrichtung mit Bezug auf die jeweilige der Energieübertragungseinheiten in den aktiven Zustand zu überführen.
Mit anderen Worten kann die Primärladeeinrichtung als ein System aus mehreren nebeneinander und flächendeckend zueinander angeordneten Energieübertragungseinheiten aufgebaut werden, wie zum Beispiel einzelne kleine Primärspulen, die zum Beispiel eine komplette Parkplatzfläche ausfüllen können und die alle unabhängig voneinander ein- beziehungsweise wieder ausgeschaltet werden können. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es nunmehr möglich ist, unabhängig davon, wie ein Kraftfahrzeug nun auf einer solchen Primärladeeinrichtung parkt, auf besonders einfache Weise genau die Energieübertragungseinheiten eingeschaltet werden können, welche sich mit der Sekundärladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs überdecken. In Abhängigkeit von der Position der Sekundärladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs mit Bezug auf die jeweilige Position der Energieübertragungseinheiten können diese jeweiligen Energieübertragungseinheiten nun entweder in den aktiven Zustand überführt werden oder eben nicht. Eine genaue Positionierung der Sekundärladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs relativ zur Primärladeeinrichtung entfällt dabei vollkommen. Damit ist auch vorteilhafterweise kein zusätzlicher Verbau von Sensoren und Kamerasystemen für eine genaue Positionierung mehr erforderlich, der Entwicklungsaufwand lässt sich deutlich reduzieren, sowie auch die Fahrzeugkosten. Ein weiterer besonders großer Vorteil der Erfindung besteht zudem auch darin, dass eine solche Primärladeeinrichtung mit Sekundärladeeinrichtungen verschiedenster Größen kompatibel ist. Denn so muss die Größe der Primärladeeinrichtung ebenfalls nicht mehr genau auf die Größe der Sekundärladeeinrichtung abgestimmt sein, denn es können einfach abhängig von der Größe der Sekundärladeeinrichtung mehr oder weniger Energieübertragungseinheiten für den Ladevorgang zugeschaltet werden. Damit lässt sich die Primärladeeinrichtung vorteilhafterweise zum Laden verschiedenster Fahrzeugklassen und verschiedenster Größen von Sekundärladeeinrichtungen verwenden. Bei unterschiedlich großen Sekundärladeeinrichtungen können also entsprechend mehr oder weniger Energieübertragungseinheiten in den aktiven Zustand zur Energieübertragung an diese entsprechende Sekundärladeeinrichtung geschaltet werden. Zusätzlich bietet dies auch deutlich mehr Komfort für einen Benutzer, da hierdurch auch ein Rangieren auf dem Parkplatz nicht mehr erforderlich ist, um Primär- und Sekundärladeeinrichtung exakt übereinander zu positionieren.
Im Allgemeinen kann die kontaktlose Primärladeeinrichtung als kapazitive oder induktive Ladeeinrichtung ausgebildet sein. Ist die kontaktlose Primärladeeinrichtung als kapazitive Ladeeinrichtung ausgebildet, so ist die Primärladeeinrichtung kapazitiv mit der Sekundärladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs koppelbar. Bevorzugt ist es jedoch, dass die kontaktlose Primärladeeinrichtung als eine induktive Primärladeeinrichtung ausgebildet ist, die zur induktiven Kopplung mit der Sekundärladeeinrichtung zur Energieübertragung ausgebildet ist, insbesondere wobei dann eine jeweilige Energieübertragungseinheit zumindest eine Induktionsspule aufweist. Eine jeweilige dieser Induktionsspulen kann dann durch Ansteuerung durch die Steuereinrichtung mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden, welcher ein entsprechend zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt, durch welches wiederum in die kraftfahrzeugseitig verbaute Sekundärspule ein Strom, insbesondere ein Ladestrom, induziert wird. Dieser Ladestrom kann nun vorteilhafterweise, insbesondere durch geeignete Gleichrichtung, zum Laden der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Primärladeeinrichtung zur Anordnung auf einem Boden und/oder Untergrund oder auch zur Integration in eine in einem Untergrund befindliche Aussparung ausgelegt ist, sodass zum Beispiel die Ladefläche, die beim Energieübertragen an die Sekundärladeeinrichtung dieser zugewandt ist, flächenbündig mit dem Untergrund abschließt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Primärladeeinrichtung zum Verbau zum Beispiel in oder an einer Wand oder zur Anordnung senkrecht zu einem Untergrund ausgelegt ist, sodass zum Beispiel auch eine Energieübertragung an eine kraftfahrzeugseitig verbaute Sekundärladeeinrichtung möglich ist, die sich zum Beispiel im Front- und/oder Heckbereich des Kraftfahrzeugs befindet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung derart eingerichtet, dass mehrere Energieübertragungseinheiten in den aktiven Zustand überführt werden, insbesondere im Fall, dass sich die Sekundärladeeinrichtung in einer senkrechten Projektion auf die Primärladeeinrichtung betrachtet vollständig in Überdeckung mit einem Teil der Primärladeeinrichtung befindet.
Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten klein im Vergleich zu den Abmessungen typischer Sekundärladeeinrichtungen ist. Die durch eine jeweilige Energieübertragungseinheit bereitgestellte Einzelladefläche ist also vorzugsweise deutlich kleiner als die durch die Sekundärladeeinheit bereitgestellte Ladefläche. Als Ladefläche der Sekundärladeeinrichtung kann diejenige Fläche bezeichnet werden, die die Sekundärladeeinrichtung nach außen, d.h. in Richtung weg vom Kraftfahrzeug, begrenzt und welche, wenn sie von einem vorbestimmten Wechselmagnetfeld durchsetzt wird, auch zu einer induzierten Spannung und/oder einem induzierten Strom auf der Sekundärseite führt. Korrespondierend kann auch die Ladefläche einer einzelnen Energieübertragungseinheit definiert werden als die Fläche, die im aktiven Zustand der betreffenden Energieübertragungseinheit von einem Wechselmagnetfeld durchsetzt wird und die Energieübertragungseinheit nach außen, d.h. in Richtung der Sekundärladeeinrichtung, begrenzt. Die durch eine solche Energieübertragungseinheit bereitgestellte Fläche ist beispielsweise um mindestens einen Faktor 10, insbesondere um mindestens einen Faktor 100 kleiner als die durch eine durchschnittliche Sekundärladeeinrichtung bereitgestellte Ladefläche. Dieser Vergleich bezieht sich insbesondere auf bislang typische Abmessungen für Sekundärladeeinrichtungen, insbesondere solcher, die an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs verbaut sind. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise eine hohe Auflösung bezüglich der Aktivierung und Deaktivierung der einzelnen Energieübertragungseinheiten bereitstellen, wodurch eine besonders gut an die geometrischen Abmessungen der Sekundärladeeinrichtung angepasste Energieübertragung und damit eine besonders effiziente Energieübertragung ermöglicht wird. Die durch bekannte am Kraftfahrzeug unterseitig angeordnete Sekundärladeeinrichtungen bereitgestellte Ladeflächen liegen typischerweise im Bereich zwischen 1000 cm² und 6000 cm², insbesondere abhängig von der zu übertragenden Leistung. Eine jeweilige Energieübertragungseinheit kann beispielsweise eine Einzelladefläche im Bereich zwischen 10 cm² und 100 cm² bereitstellen.
Durch die Primärladeeinrichtung kann weiterhin beispielsweise eine Ladefläche bereitgestellt werden, die mindestens so groß ist wie die Hälfte einer Unterseite eines typischen Personenkraftwagens. Eine derartige Größe ist bereits ausreichend, um eine besonders einfache Positionierung der Sekundärladeeinrichtung über der Primärladeeinrichtung zu ermöglichen. Die durch die Gesamtheit der Einzelladeflächen bereitgestellte Gesamtladefläche der Primärladeeinrichtung weist vorzugsweise eine Breite zwischen 80 cm und 150 cm, sowie vorzugsweise eine Länge zwischen 100 cm und 150 cm auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mehreren Energieübertragungseinheiten in einer Matrix mit mehreren Reihen und Spalten angeordnet. Zudem können auch die jeweiligen Energieübertragungseinheiten gleichartig ausgestaltet sein, das heißt bezüglich ihrer Ausbildung identisch sein. Dies ermöglicht wiederum eine besonders einfache und kostengünstige Bereitstellung der Primärladeeinrichtung. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Induktionsspulen der jeweiligen Energieübertragungseinheiten bezüglich ihrer Spulenachsen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine additive Überlagerung der durch die jeweiligen Energieübertragungseinheiten in deren aktiven Zuständen bereitgestellten Magnetfeldern. Auch ist es bevorzugt, dass die Induktionsspulen der Energieübertragungseinheiten, die sich im aktiven Zustand befinden, gleichsinnig mit Strom durchflossen werden. Auch dies ermöglicht eine additive Überlagerung der durch den Stromfluss erzeugten Magnetfelder und verhindert eine gegenseitige Auslöschung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, für eine jeweilige betreffende Energieübertragungseinheit zu überprüfen, ob die betreffende Energieübertragungseinheit zumindest eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, und nur wenn die betreffende Energieübertragungseinheit die Bedingung erfüllt, die betreffende Energieübertragungseinheit zur Energieübertragung in den aktiven Zustand zu überführen. Diese Bedingung ist dabei direkt oder indirekt abhängig von der Relativposition zwischen einer betreffenden Energieübertragungseinheit und der Position der Sekundärladeeinheit. Dabei gibt es vorteilhafterweise vielzählige Möglichkeiten, wie eine solche Bedingung ausgestaltet sein kann, zum Beispiel optimiert im Hinblick auf die Effizienz der Energieübertragung oder im Hinblick auf die Optimierung einer zu erreichenden Ladeleistung und/oder Ladezeit oder ähnliches. Derartige und nachfolgend genauer beschriebene Bedingungen können auch situationsabhängig wählbar sein und zum Beispiel auch von einem Benutzer konfigurierbar sein, je nachdem, ob er sein Kraftfahrzeug zum Beispiel besonders schnell oder besonders energieeffizient laden möchte.
Dabei ist es vor allem vorteilhaft, wenn die zumindest eine vorbestimmte Bedingung mindestens eine der folgenden Bedingungen darstellt:

- Die betreffende Energieübertragungseinheit weist einen Abstand zur Sekundärladeeinrichtung auf, der kleiner ist als ein vorbestimmter Abstandsgrenzwert. Je kleiner der Abstand ist, desto effizienter ist auch die Energieübertragung. Durch diese Bedingung kann also insgesamt eine besonders effiziente Energieübertragung bereitgestellt werden, indem entsprechend nur diejenigen Energieübertragungseinheiten zur Energieübertragung in den aktiven Zustand überführt werden, die auch einen hinreichend kleinen Abstand zur Sekundärladeeinrichtung aufweisen.
- Eine durch die Sekundärladeeinrichtung bereitgestellte Ladefläche befindet sich in einer senkrechten Projektion auf eine durch die Primärladeeinrichtung bereitgestellte Ladefläche betrachtet mit der betreffenden Energieübertragungseinheit zumindest zum Teil in Überdeckung. Eine weitere Variante für eine geeignete Bedingung kann hierbei auch eine vollständige Überdeckung verlangen. Mit anderen Worten werden gemäß dieser Bedingung nur diejenigen Energieübertragungseinheiten aktiviert, die sich zum Beispiel direkt unterhalb der Sekundärladeeinrichtung befinden. Auch hierdurch lässt sich wiederum vorteilhafterweise eine besonders effiziente Energieübertragung bereitstellen.
- Ein Wirkungsgrad der Energieübertragung von der betreffenden Energieübertragungseinheit zur Sekundärladeeinrichtung ist größer als ein vorbestimmter Wirkungsgrad-Grenzwert. Dies stellt eine weitere vorteilhafte Bedingung dar, durch welche sich ein möglichst energieeffizienter Ladevorgang bereitstellen lässt, denn es werden nur solche Energieübertragungseinheiten aktiviert, deren Energieübertragung auch einen ausreichend großen Wirkungsgrad hat. Auch diese Wirkungsgrad ist natürlich wiederum positionsabhängig, da, wie eingangs beschrieben, eine von der Sekundärladeeinrichtung weiter entfernte und sich zum Beispiel nicht in Überdeckung mit dieser befindliche Energieübertragungseinheit entweder gar keine Energie an die Sekundärladeeinrichtung übertragen kann oder mit einem besonders schlechten Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Energieübertragungseinheit, die sich zum Beispiel direkt unterhalb der Sekundärladeeinrichtung befindet. Zur Ermittlung des Wirkungsgrad kann dabei zum Beispiel die Stromstärke des Stroms erfasst werden, mit welchem die jeweilige Induktionsspule einer jeweiligen Energieübertragungseinheit durchflossen wird, sowie letztendlich auch die Stromstärke des in die Sekundärladeeinrichtung induzierten Stroms.
- Die betreffende Energieübertragungseinheit ist dazu ausgelegt, in die Sekundärladeeinrichtung einen Strom mit einer Stromstärke größer als ein vorbestimmter Stromgrenzwert und/oder eine Spannung größer als ein vorbestimmter Spannungsgrenzwert zu induzieren. Dieser Stromgrenzwert bzw. Spannungsgrenzwert kann beispielsweise wiederum situationsabhängig gewählt werden. Wird er besonders hoch gewählt, so tragen typischerweise zur Energieübertragung auch nur diejenigen Energieübertragungseinheiten bei, die eine besonders effiziente Energieübertragung aufgrund ihrer Nähe zur Sekundärladeeinrichtung ermöglichen. Wird der Stromgrenzwert dagegen niedriger gewählt, so tragen unter Umständen auch von der Sekundärladeeinrichtung weiter entfernte Energieübertragungseinheiten zur Energieübertragung an die Sekundärladeeinrichtung bei. Dies erlaubt unter Umständen ein schnelleres Laden der Traktionsbatterie beziehungsweise die Bereitstellung einer insgesamt höheren Ladeleistung. Entsprechendes gilt beispielsweise auch für die Wahl des oben genannten Wirkungsgrad-Grenzwerts sowie für die Wahl des oben genannten vorbestimmten Abstandsgrenzwerts. Auch diese Grenzwerte können, wie beschreiben, situationsabhängig gewählt werden, insbesondere in Abhängigkeit davon, ob ein schnelles Laden oder ein energieeffizientes Laden bevorzugt ist.
- Die betreffende Energieübertragungseinheit gehört zu einer Gruppe mit einer vorbestimmten Anzahl an Energieübertragungseinheiten, durch welche eine nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium effizientere Energieübertragung zur Sekundärladeeinrichtung bereitstellbar ist, als durch die übrigen der Energieübertragungseinheiten. Beispielsweise kann auch eine vorbestimmte Anzahl an Energieübertragungseinheiten festgelegt werden, die für die Energieübertragung aktiviert werden sollen. Im Anschluss daran können diejenigen der Energieübertragungseinheiten ausgewählt werden, mittels welchen sich diese Energieübertragung am effizientesten bereitstellen lässt. Die Effizienz der Energieübertragung kann wiederum anhand der zuvor genannten Kriterien beziehungsweise Bedingungen bewertet beziehungsweise festgelegt werden. Beispielsweise können zur Energieübertragung die zur Sekundärladeeinrichtung n nächsten Energieübertragungseinheiten ausgewählt werden oder diejenigen n Energieübertragungseinheiten, die aktuell den höchsten Wirkungsgrad bezüglich der Energieübertragung an die Sekundärladeeinrichtung bereitstellen können.

Insgesamt lässt sich durch die oben genannten Bedingungen der Energieübertragung im Hinblick auf vielzählige verschiedene Aspekte hin optimieren und es können vorteilhafterweise auch verschiedene Kriterien angelegt werden, um ein möglichst effizientes Laden beziehungsweise eine möglichst effiziente Energieübertragung zu ermöglichen.
Besonders vorteilhaft ist es, wie bereits erwähnt, wenn die Steuereinrichtung auch dazu ausgelegt ist, eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten zusätzlich in Abhängigkeit von einer vom Kraftfahrzeug angeforderten Ladeleistung in den aktiven Zustand zu überführen. Wird beispielsweise aktuell eine besonders hohe Ladeleistung vom Kraftfahrzeug gefordert, so können, wie beschrieben, die betreffenden Grenzwerte abgesenkt und mehr Energieübertragungseinheiten für die Energieübertragung an die Sekundärladeeinrichtung aktiviert werden. Wird dagegen nur eine geringe Ladeleistung gefordert, so kann energieoptimiert nur eine geringe Anzahl der Energieübertragungseinheiten zur Energieübertragung aktiviert werden, die zum Beispiel eine Energieübertragung mit dem maximalen Wirkungsgrad ermöglichen. Auch kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten zusätzlich in Abhängigkeit von einer vom Kraftfahrzeug angeforderten Ladegeschwindigkeit und/oder Energieeffizienz in den aktiven Zustand zu überführen. Somit kann der Ladevorgang vorteilhafterweise an die aktuellen Bedürfnisse eines Benutzers optimal angepasst werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung zum Überprüfen, ob die zumindest eine vorbestimmte Bedingung für eine jeweilige Energieübertragungseinheit erfüllt ist, dazu ausgelegt, in einer Testphase, insbesondere vor dem Start eines Ladevorgangs, zumindest mehrere der Energieübertragungseinheiten einzeln und zeitlich sequentiell vom induktiven Zustand in den aktiven Zustand zu überführen. Somit kann auf einfache Weise getestet werden, durch welche Energieübertragungseinheiten sich ein entsprechender Ladestrom in die Sekundärladeeinrichtung überhaupt induzieren lässt und zudem wie gut bzw. in welchem Ausmaß.
Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Kommunikation mit dem Kraftfahrzeug über eine Kommunikationsverbindung ausgelegt ist, wobei die Steuereinrichtung weiterhin dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer vom Kraftfahrzeug über die Kommunikationsverbindung empfangenen Information, die die von der jeweiligen der zumindest mehreren der Energieübertragungseinheiten in der Testphase an die Sekundärladeeinrichtung übermittelte Energie und/oder eine mit dieser im Zusammenhang stehende Kenngröße angibt, die jeweiligen Energieübertragungseinheiten zur Energieübertragung in den aktiven Zustand zu überführen oder nicht. Beispielsweise kann also eine erste der Energieübertragungseinheiten aktiviert werden und dann durch das Kraftfahrzeug bestimmt werden, ob ein Strom beziehungsweise eine Spannung oder im Allgemeinen eine Energie an die Sekundärladeeinrichtung übertragen wurde, und falls ja, wie groß diese Energie beziehungsweise Spannung oder Strom ist. Dies kann zum Beispiel für jede der Energieübertragungseinheiten einzeln und zeitlich sequentiell in der Testphase durchgeführt werden und dadurch diejenigen Energieübertragungseinheiten bestimmt werden, mittels welchen die Energieübertragung am effizientesten möglich ist. Die Information über die von einer jeweiligen Energieübertragungseinheit an die Sekundärladeeinrichtung übertragene Energie beziehungsweise durch diese induzierte Spannung oder Stromstärke kann als Information vom Kraftfahrzeug wiederum an die Steuereinrichtung der Primärladeeinrichtung über die Kommunikationsverbindung übermittelt werden. Eine Überprüfung auf die oben genannten Bedingungen hin ist damit für jede einzelne Energieübertragungseinheit besonders einfach möglich. Auch müssen hierzu keine weiteren Sensoren oder ähnliches vorhanden sein. Eine Kommunikationsverbindung zwischen der Primärladeeinrichtung und Sekundärladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs besteht zum Starten und Beenden der Ladevorgänge ohnehin.
Eine weitere Vereinfachung stellt es dar, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, in der Testphase zuerst eine erste Energieübertragungseinheit in den aktiven Zustand zu überführen, und falls die erste Energieübertragungseinheit das zumindest eine vorbestimmte Kriterium erfüllt, weitere der Energieübertragungseinheiten, die zur ersten Energieübertragungseinheit direkt benachbart angeordnet sind, in den aktiven Zustand, insbesondere wiederum nacheinander, zu überführen. Beispielsweise kann also in der Testphase mit einer zentral angeordneten Energieübertragungseinheit begonnen werden, die aktiviert wird. Ist eine Energieübertragung mittels dieser Energieübertragungseinheit an die Sekundärladeeinrichtung erfolgreich, so können die benachbart angeordneten Energieübertragungseinheiten zeitlich sequentiell ebenfalls aktiviert werden, sodass immer nur eine Energieübertragungseinheit aktiv ist, und deren jeweilige Energieübertragungen getestet werden. Auch kann als erste Energieübertragungseinheit eine solche gewählt werden, die in einem Bereich liegt, in welchem voraussichtlich zu erwarten ist, zum Beispiel auf Basis historischer Daten, dass mittels dieser Energieübertragungseinheit eine Energieübertragung an die Sekundärladeeinrichtung in vorbestimmtem Ausmaß möglich ist. Durch ein solches Schema der zeitlich sequentiellen Aktivierung ausgehend von einem bestimmten Punkt beziehungsweise einer bestimmten Energieübertragungseinheit ermöglicht es, diejenigen Energieübertragungseinheiten, mit welchen eine besonders effiziente Energieübertragung möglich ist, besonders schnell aufzufinden, und unter Umständen sogar, ohne alle Energieübertragungseinheiten der Primärladeeinrichtung aktivieren zu müssen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum kontaktlosen Energieübertragen an eine Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs mittels einer Primärladeeinrichtung, wobei die Primärladeeinrichtung mehrere Energieübertragungseinheiten und eine Steuereinrichtung aufweist, mittels welcher die mehreren Energieübertragungseinheiten jeweils einzeln ansteuerbar sind und durch Ansteuerung jeweils von einem inaktiven Zustand in einen aktiven Zustand zur Energieübertragung überführbar sind, wobei die Steuereinrichtung eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten in Abhängigkeit von einer Position der Sekundärladeeinrichtung mit Bezug auf die jeweilige der Energieübertragungseinheiten in den aktiven Zustand überführt oder nicht überführt.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße kontaktlose Primärladeeinrichtung beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen kontaktlosen Primärladeeinrichtung und ihren Ausführungsformen beschriebenen gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere korrespondierende Verfahrensschritte.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine kontaktlose Primärladeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die mit einer ersten Sekundärladeeinrichtung eines ersten Kraftfahrzeugs zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie induktiv gekoppelt ist; und
2 die kontaktlose Primärladeeinrichtung aus 1, die mit einer kleineren zweiten Sekundärladeeinrichtung eines zweiten Kraftfahrzeugs zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie induktiv gekoppelt ist.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 und 2 zeigen jeweils eine kontaktlose Primärladeeinrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die kontaktlose Primärladeeinrichtung 10 ist dabei zur kontaktlosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgelegt. Exemplarisch sind in 1 und 2 zwei unterschiedliche, insbesondere verschieden große, Kraftfahrzeuge 12, 14 dargestellt, die entsprechend jeweilige sekundär Ladeeinrichtungen 12a, 14a aufweisen, die sich ebenfalls in ihrer Größe unterscheiden können. Insbesondere stellen 1 und 2 eine Draufsicht auf die jeweiligen Kraftfahrzeuge 12, 14 und eine Durchsicht durch diese jeweiligen Kraftfahrzeuge 12, 14 dar, so das hierdurch die Relativposition zwischen den jeweiligen Sekundärladeeinrichtungen 12a, 14a der Kraftfahrzeuge 12, 14 und der Primärladeeinrichtung 10 veranschaulicht werden kann.
Die Primärladeeinrichtung 10 ist in diesem Beispiel als eine auf einem Untergrund 16 angeordnete oder in einen Untergrund 16 integrierte Primärladeeinrichtung 10 ausgebildet, die dann zur kontaktlosen Energieübertragung an eine an einer Unterseite der jeweiligen Kraftfahrzeuge 12, 14 angeordneten Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a ausgelegt ist. Hierdurch lässt sich eine besonders große Flächen zur Energieübertragung nutzen. Es sind aber auch andere Ausbildungsvarianten möglich, zum Beispiel die Integration der Primärladeeinrichtung 10 in eine senkrecht zum Untergrund 16 stehende Wand. Dann würde sich die Primärladeeinrichtung 10 zur Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs eignen, die zum Beispiel frontseitig oder heckseitig, zum Beispiel im Bereich eines Nummernschildes, angeordnet ist. Im Allgemeinen lässt sich vorteilhafterweise das nachfolgend beschriebene Prinzip auf einfache Weise auf jede beliebige Ausbildung einer infrastrukturseitig vorgesehenen Primärladeeinrichtung 10 ganz analog übertragen.
Bei üblichen Primärladeeinrichtungen besteht das Problem, dass eine effiziente Energieübertragung von der Primärladeeinrichtung zur Sekundärladeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs nur dann möglich ist, wenn diese beiden Ladeeinrichtungen möglichst deckungsgleich übereinander angeordnet sind. Dies ist jedoch sowohl für den Fahrer besonders aufwendig als auch hinsichtlich des Mehraufwands eines hierfür geeigneten Positionierungssystems mit Sensoren, usw.
Im Gegensatz hierzu ermöglichen es diese Ausführungsbeispiele der Erfindung vorteilhafterweise, die Positionierung der jeweiligen Sekundärladeeinrichtungen 12a, 14a relativ zur Primärladeeinrichtung 10 deutlich zu vereinfachen. Dies wird wie folgt bewerkstelligt: Die Primärladeeinrichtung weist zunächst mehrere Energieübertragungseinheiten 18 auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur manche mit einem Bezugszeichen versehen sind. Zudem weist die Primärladeeinrichtung 10 auch eine Steuereinrichtung 20 auf, die zur Ansteuerung der jeweiligen Energieübertragungseinheiten 18 ausgelegt ist. Insbesondere kann dabei jede der Energieübertragungseinheiten 18 durch die Steuereinrichtung 20 unabhängig von den anderen aktiviert und deaktiviert werden. In diesem Beispiel sind Energieübertragungseinheiten 18, die sich in einem inaktiven Zustand befinden, in Weiß dargestellt, und die Energieübertragungseinheiten 18, die sich in einem aktiven Zustand befinden, sind schraffiert dargestellt. Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen I den inaktiven Zustand exemplarisch für eine Energieübertragungseinheit 18, und das Bezugszeichen A den aktiven Zustand exemplarisch ebenfalls für eine Energieübertragungseinheit 18.
Die Primärladeeinrichtung 10 kann zum Beispiel als induktive Ladeeinrichtung ausgestaltet sein. In einem solchen Fall umfasst eine jeweilige Energieübertragungseinheit 18 mindestens eine oder genau eine mit einem Wechselstrom beaufschlagbare Induktionsspule. Insbesondere werden die jeweiligen Induktionsspulen dabei im aktiven Zustand A mit einem solchen Wechselstrom beaufschlagt, im inaktiven Zustand I jedoch nicht. Entsprechend kann mit den jeweiligen Energieübertragungseinheiten 18 nur im aktiven Zustand A Energie an die Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a des betreffenden Kraftfahrzeugs 12, 14 übertragen werden. Besonders vorteilhaft ist es nun, dass die Steuereinrichtung 20 dazu ausgelegt ist, eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten 18 in Abhängigkeit von einer Relativposition zwischen der Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a und der jeweiligen Energieübertragungseinheit 18 in den aktiven Zustand A zu überführen oder nicht, d.h. im inaktiven Zustand I zu belassen. Damit können nun vorteilhafterweise für eine Energieübertragung von der Primärladeeinrichtung 10 an die Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a zum Laden einer Traktionsbatterie des betreffenden Kraftfahrzeugs 12, 14 gezielt diejenigen Energieübertragungseinheiten 18 aktiviert werden, die sich in Überdeckung, oder zumindest zum Großteil in Überdeckung, mit der betreffenden Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a befinden, zum Beispiel in der hier dargestellten Draufsicht bzw. im Allgemeinen betrachtet in einer senkrechten Projektion der durch die Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a bereitgestellten Ladefläche auf die durch die Primärladeeinrichtung 10 bereitgestellte Ladefläche.
Die Kriterien für die am Randbereich der Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a befindlichen Energieübertragungseinheiten 18 können verschieden sein und zum Beispiel in Anpassung an die jeweilige Situation definiert bzw. gewählt werden oder auch fest vorgegeben sein. Liegt der Schwerpunkt bei der Energieübertragung beispielsweise auf der Energieeffizienz, so kann es vorgesehen sein, dass nur diejenigen Energieübertragungseinheiten 18 in den aktiven Zustand A überführt werden, die sich auch vollständig in Überdeckung mit der Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a befinden und/oder deren Wirkungsgrad im Vergleich zu den anderen Energieübertragungseinheiten 18 maximal ist. Liegt der Schwerpunkt der Energieübertragung beispielsweise auf der Bereitstellung einer möglichst hohen Ladeleistung oder auf die Durchführung eines möglichst schnellen Ladevorgangs, so können auch diejenigen Energieübertragungseinheiten 18 zur Energieübertragung an die Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a durch Überführung der in den aktiven Zustand A beitragen, die sich lediglich zum Teil in Überdeckung mit der Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a befinden oder sich unter Umständen auch gar nicht in Überdeckung mit der Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a befinden, sondern beispielsweise an Energieübertragungseinheiten 18 angrenzen, die sich zumindest zum Teil in Überdeckung mit der Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a befinden. Hierdurch wird die Energieübertragung zwar weniger effizient, es kann aber insgesamt eine höhere Ladeleistung bereitgestellt werden und dadurch der Ladevorgang schneller durchgeführt werden.
Diese Kriterien können zum Beispiel von einem Benutzer des betreffenden Kraftfahrzeugs 12, 14 festgelegt oder vorgegeben bzw. ausgewählt werden. Beispielsweise kann einem Benutzer die Wahlmöglichkeit zwischen einem möglichst energieeffizienten Ladevorgang gemäß einem ersten Lademodus und einem möglichst schnellen Ladevorgang gemäß einem zweiten Lademodus bereitgestellt werden. Die gewählte Option kann als entsprechende Information vom Kraftfahrzeug 12, 14 an die Primärladeeinrichtung mittels einer geeigneten Kommunikationsverbindung, die in diesen Beispielen exemplarisch zwischen einer Steuereinrichtung 22 des Kraftfahrzeugs 12, 14 und der Steuereinrichtung 20 der Primärladeeinrichtung herstellbar ist bzw. hergestellt ist. Diese Kommunikationsverbindung ist in 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 24 versehen.
Auch weitere Informationen können mittels dieser Kommunikationsverbindung 24 vom Kraftfahrzeug 12, 14 an die Primärladeeinrichtung 10 übermittelt werden, wie zum Beispiel eine Anfrage zum Starten des Ladevorgangs, eine angeforderte Ladeleistung, eine maximal mögliche Ladeleistung, der Ladezustand der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs 12, 14, oder ähnliches.
Zum Bestimmen, welche der Energieübertragungseinheiten 18 nun während eines Ladevorgangs aktiviert werden sollen, können neben dem oben beschriebenen Überdeckungskriterium alternativ oder zusätzlich auch andere Kriterien angelegt werden. Weitere alternative oder zusätzliche Kriterien können zum Beispiel sein, dass ein Wirkungsgrad der Energieübertragung von der betreffenden Energieübertragungseinheit 18 zur Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, und/oder dass die betreffende Energieübertragungseinheit 18 dazu ausgelegt ist, in die Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a einen Strom mit einer Stromstärke größer als ein vorbestimmter Stromgrenzwert und/oder eine Spannung größer als ein vorbestimmter Spannungsgrenzwert zu induzieren, und/oder dass die betreffende Energieübertragungseinheit 18 zu einer Gruppe mit einer vorbestimmten Anzahl an Energieübertragungseinheiten 18 gehört, durch welche eine nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium effizientere Energieübertragung zur Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a bereitstellbar ist als durch die jeweiligen übrigen Energieübertragungseinheiten 18. Diese Kriterien sind jedoch lediglich Beispiele und es können alternativ oder zusätzlich noch vielzählige weitere Kriterien vorgesehen sein. Die Grenzwerte können zum Beispiel in Abhängigkeit von einem Lademodus gewählt werden, wie zum Beispiel einem Lademodus für ein schnelles Laden sowie ein Lademodus für ein energieeffizientes Laden, wie oben bereits beschrieben.
Denkbar ist es auch, die Belastung der jeweiligen Energieübertragungseinheiten 18 bei einem jeweiligen Ladevorgang aufzuzeichnen und dann bei einem aktuell bevorstehenden Ladevorgang diese Belastungshistorie für eine jeweilige Energieübertragungseinheit 18 bei der Auswahl der geeigneten Energieübertragungseinheiten 18 zur Energieübertragung zu berücksichtigen. Beispielsweise kann aus den gemäß zumindest einem Kriterium in der vorliegenden Situation zur Energieübertragung als geeignet befunden Energieübertragungseinheiten 18 eine Untergruppe ausgewählt werden, deren Energieübertragungseinheiten 18 in der Vergangenheit durchschnittlich weniger belastet worden sind, als die anderen der als geeignet befundenen Energieübertragungseinheiten 18, und dann werden nur die Energieübertragungseinheiten 18 dieser Untergruppe für die Energieübertragung und für den Ladevorgang in den aktiven Zustand A überführt. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch im Laufe der Zeit zumindest im Mittel eine gleichmäßigere Belastung und Alterung der jeweiligen Energieübertragungseinheiten 18 erreicht werden kann. Eine zu starke Divergenz einer alterungsbedingten Reduktion der jeweiligen Wirkungsgrade kann so verhindert werden oder zumindest in ihrem Ausmaß reduziert werden.
Um nun zu überprüfen, für welche der Energieübertragungseinheiten 18 eine Auswahlbedingung, wie zum Beispiel die oben genannten Bedingungen bzw. Kriterien, erfüllt ist, kann zunächst in einer Testphase vor dem Start des Ladevorgangs die Steuereinrichtung 20 die Energieübertragungseinheiten 18 jeweils einzeln ansteuern, um zu testen, um mit der betreffenden Energieübertragungseinheit 18 eine Energie an die Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a übertragbar ist, und falls ja, in welchem Ausmaß. Das Ergebnis für die jeweilige Energieübertragungseinheit 18 kann wiederum durch das Kraftfahrzeug 12, 14 erfasst und über die Kommunikationsverbindung 24 an die Steuereinrichtung 20 der Primärladeeinrichtung 10 übermittelt werden. Auch können weitere Größen, wie zum Beispiel die durch die betreffende Energieübertragungseinheit 18 während der Testphase maximal induzierbare Spannung und/oder der maximal induzierbare Strom, durch das Kraftfahrzeug 12, 14 als Ergebnis an die Steuereinrichtung 20 der Primärladeeinrichtung 10 übermittelt werden. Darauf basierend kann diese zum Beispiel für eine jeweilige Energieübertragungseinheit 18 den Wirkungsgrad berechnen. Auf Basis der Ergebnisse der Testphase kann dann die Steuereinrichtung 20 die für den Ladevorgang geeigneten Energieübertragungseinheiten 18 auswählen und in den aktiven Zustand A überführen und dadurch den Ladevorgang starten.
In einer solchen Testphase müssen dabei nicht notwendigerweise alle der Energieübertragungseinheiten 18 zeitlich sequentiell in den aktiven Zustand A überführt werden. Beispielsweise kann zunächst eine erste Energieübertragungseinheit 18 ausgewählt werden, für die, zum Beispiel auf Basis historischer Daten oder aufgrund ihrer sehr zentralen Anordnung innerhalb der gesamten Ladefläche der Primärladeeinrichtung 10, zu erwarten ist, dass durch diese eine gute Energieübertragung an die Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a möglich ist. Ist dies der Fall, können zeitlich sequenziell ausgehend von dieser ersten Energieübertragungseinheit 18 zum Beispiel in einer spiralförmig verlaufenden Reihenfolge die umliegenden Energieübertragungseinheiten 18 entsprechend getestet werden. Auch kann die Testphase in einem zentralen Bereich der Anordnung der Energieübertragungseinheiten 18 beginnen und sich nach außen zum Rand hin fortsetzen. Diese Teststrategien können beispielswiese solange fortgesetzt werden, bis eine ausreichende Anzahl an Energieübertragungseinheiten 18 gefunden wurden, die eines oder mehrere Auswahlkriterien erfüllen. Dann brauchen nicht notwendigerweise alle der Energieübertragungseinheiten 18 getestet werden.
Auch ist es denkbar dass in der Testphase von der kraftfahrzeugseitigen Sekundärladeeinrichtung 12a, 14a temporär ein Signal gesendet wird, zum Beispiel indem die kraftfahrzeugseitige Sekundärspule mit Strom, zum Beispiel einem Wechselstrom, beaufschlagt wird. Durch das resultierende zeitlich verändernde Magnetfeld wird in entsprechender Weise eine Spannung und/oder ein Strom in die jeweiligen Induktionsspulen der Energieübertragungseinheiten induziert. Anhand der Größe des Stroms bzw. der Spannung kann die relativpositionsabhängige Effizienz der Energieübertragung der jeweiligen Energieübertragungseinheiten ebenfalls bewertet werden. Die Steuereinrichtung 20 kann dann in Abhängigkeit von der jeweiligen erfassten Größe des induzierten Stroms bzw. Spannung bestimmen, welche der Energieübertragungseinheiten zur Energieübertragung in den aktiven Zustand A überführt werden und welche nicht.
Insgesamt zeigen die Beispiele wie durch die Erfindung eine Verbesserung der Ladespule oder im Allgemeinen einer Primärladeeinrichtung auf der Infrastrukturseite bereitgestellt werden kann. Das Spulensystem auf der Fahrzeugseite kann hierbei vorteilhafterweise unverändert bleiben. Die Ladespule auf der Infrastrukturseite, auch Primärspule genannt, kann dabei aus vielen kleinen Primärspulen, die von den jeweiligen Energieübertragungseinheiten umfasst sind, aufgebaut sein, welche flächendeckend nebeneinander, vorzugsweise in Form einer Matrix, angeordnet sind. Dadurch entsteht ein Feld aus nebeneinander angeordneten Primärspulen. Die Größe des Feldes aus diesen Primärspulen kann zum Beispiel eine komplette Parkplatzfläche oder Stellplatzfläche ausfüllen. Die nebeneinander angeordneten Primärspuren können alle unabhängig voneinander ein- bzw. wieder ausgeschaltet werden. Wird nun ein Fahrzeug zum Laden auf den Parkplatz gefahren, ist keine Positionierung der Fahrzeugspule mehr notwendig. Unabhängig davon, wie das Fahrzeug geparkt ist, können nunmehr vorteilhafterweise genau die Primärspule eingeschaltet werden, welche sich mit der Fahrzeugspule überdecken. Ein Benutzer, der mit seinem Kraftfahrzeug also einfach auf einem solchen Stellplatz oder Parkplatz parkt, hat sein Kraftfahrzeug dann bereits automatisch richtig über der Primärladeeinrichtung positioniert. Dadurch ist also vorteilhafterweise kein zusätzlicher Verbrauch von Sensoren und Kamerasystemen erforderlich, und der Entwicklungsaufwand sowie die Fahrzeugkosten können reduziert werden. Zudem ist eine solche Primärladeeinrichtung für alle Größen von Sekundärladeeinrichtung geeignet und damit mit allen möglichen Fahrzeugmodellen und Fahrzeugklassen kompatibel. Zusätzlich kann eine enorme Komfortsteigerung für den Benutzer bewirkt werden, da in dieser nun nicht mehr auf dem Parkplatz rangieren muss, um eine für den Ladevorgang vorteilhafte Position einzunehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014012786 A1 [0002]
DE 102016221225 A1 [0003]
DE 102015221587 A1 [0004]

Claims

Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) zur kontaktkosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) eines Kraftfahrzeugs (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die Primärladeeinrichtung (10) mehrere Energieübertragungseinheiten (18) und eine Steuereinrichtung (20) aufweist, mittels welcher die mehreren Energieübertragungseinheiten (18) jeweils einzeln ansteuerbar sind und durch Ansteuerung jeweils von einem inaktiven Zustand (I) in einen aktiven Zustand (A) zur Energieübertragung überführbar sind, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten (18) in Abhängigkeit von einer Position der Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) mit Bezug auf die jeweilige der Energieübertragungseinheiten (18) in den aktiven Zustand (A) zu überführen.
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) derart eingerichtet ist, dass mehrere Energieübertragungseinheiten (18) in den aktiven Zustand (A) überführt werden, insbesondere im Fall, dass sich die Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) in einer senkrechten Projektion auf die Primärladeeinrichtung (10) betrachtet vollständig in Überdeckung mit einem Teil der Primärladeeinrichtung (10) befindet.
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Energieübertragungseinheiten (18) in einer Matrix mit mehreren Reihen und Spalten angeordnet sind.
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist für eine jeweilige betreffende Energieübertragungseinheit (18) zu überprüfen, ob die betreffende Energieübertragungseinheit (18) zumindest eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, und nur wenn die betreffende Energieübertragungseinheit (18) die Bedingung erfüllt, die betreffende Energieübertragungseinheit (18) zur Energieübertragung in den aktiven Zustand (A) zu überführen.
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine vorbestimmte Bedingung mindestens eine der folgenden Bedingungen darstellt: - die betreffende Energieübertragungseinheit (18) weist einen Abstand zur Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) auf, der kleiner ist als ein vorbestimmter Abstandsgrenzwert; - eine durch die Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) bereitgestellte Ladefläche befindet sich in einer senkrechten Projektion auf eine durch die Primärladeeinrichtung (10) bereitgestellte Ladefläche betrachtet mit der betreffenden Energieübertragungseinheit (18) zumindest zum Teil in Überdeckung; - ein Wirkungsgrad der Energieübertragung von der betreffenden Energieübertragungseinheit (18) zur Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) ist größer als ein vorbestimmter Wirkungsgrad-Grenzwert; - die betreffende Energieübertragungseinheit (18) ist dazu ausgelegt, in die Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) einen Strom mit einer Stromstärke größer als ein vorbestimmter Stromgrenzwert und/oder eine Spannung größer als ein vorbestimmter Spannungsgrenzwert zu induzieren; - die betreffende Energieübertragungseinheit (18) gehört zu einer Gruppe mit einer vorbestimmten Anzahl an Energieübertragungseinheiten (18), durch welche eine nach zumindest einem vorbestimmten Kriterium effizientere Energieübertragung zur Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) bereitstellbar ist, als durch die übrigen der Energieübertragungseinheiten (18).
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten (18) zusätzlich in Abhängigkeit von einer vom Kraftfahrzeug (12, 14) angeforderten Ladeleistung in den aktiven Zustand (A) zu überführen.
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Steuereinrichtung (20) zum Überprüfen, ob die zumindest eine vorbestimmte Bedingung für eine jeweilige Energieübertragungseinheit (18) erfüllt ist, dazu ausgelegt ist, in einer Testphase zumindest mehrere der Energieübertragungseinheiten (18) einzeln und zeitlich sequentiell vom inaktiven Zustand (I) in den aktiven Zustand (A) zu überführen.
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) zur Kommunikation mit dem Kraftfahrzeug (12, 14) über eine Kommunikationsverbindung (24) ausgelegt ist, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer vom Kraftfahrzeug (12, 14) über die Kommunikationsverbindung (24) empfangenen Information, die die von der jeweiligen der zumindest mehreren der Energieübertragungseinheiten (18) in der Testphase an die Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) übermittelte Energie und/oder eine mit dieser im Zusammenhang stehende Kenngröße angibt, die jeweiligen Energieübertragungseinheiten (18) zur Energieübertragung in den aktiven Zustand (A) zu überführen oder nicht.
Kontaktlose Primärladeeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, in der Testphase zuerst eine erste Energieübertragungseinheit (18) in den aktiven Zustand (A) zu überführen, und falls die erste Energieübertragungseinheit (18) das zumindest eine vorbestimmte Kriterium erfüllt, weitere der Energieübertragungseinheiten (18), die zur ersten Energieübertragungseinheit (18) direkt benachbart angeordnet sind, in den aktiven Zustand (A) zu überführen.
Verfahren zur kontaktkosen Energieübertragung an eine Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) eines Kraftfahrzeugs (12, 14) mittels einer Primärladeeinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Primärladeeinrichtung (10) mehrere Energieübertragungseinheiten (18) und eine Steuereinrichtung (20) aufweist, mittels welcher die mehreren Energieübertragungseinheiten (18) jeweils einzeln ansteuerbar sind und durch Ansteuerung jeweils von einem inaktiven Zustand (I) in einen aktiven Zustand (A) zur Energieübertragung überführbar sind, wobei die Steuereinrichtung (20) eine jeweilige der Energieübertragungseinheiten (18) in Abhängigkeit von einer Position der Sekundärladeeinrichtung (12a, 14a) mit Bezug auf die jeweilige der Energieübertragungseinheiten (18) in den aktiven Zustand (A) überführt oder nicht überführt.