DE102018219918A1

DE102018219918A1 - Process for the extended use of sensors of inductive charging systems

Info

Publication number: DE102018219918A1
Application number: DE102018219918.3A
Authority: DE
Inventors: Moritz Braeuchle; Philipp Schumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Ladesystems zur Übertragung induktiver Energie von einer Sendespule zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule, wobei das Ladesystem mit einem Steuergerät kommuniziert und ein Ladepad aufweist welches über mindestens eine Sensorik verfügt, wobei die Sensorik zur Lebendobjekterkennung, zur Metallobjekterkennung und zur Positionierung eines zu ladenden Fahrzeugs geeignet ist und Sensorinformation der Sensorik in dem Steuergerät erfasst und ausgewertet werden, um die Belegung eines Parkplatzes zu ermitteln.The present invention relates to a method for controlling a charging system for transmitting inductive energy from a transmitting coil to a receiving coil spaced from the transmitting coil, the charging system communicating with a control unit and having a charging pad which has at least one sensor system, the sensor system for detecting living objects Metal object detection and for positioning a vehicle to be loaded is suitable and sensor information from the sensors in the control unit is recorded and evaluated in order to determine the occupancy of a parking space.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Ladesystems zur Übertragung induktiver Energie von einer Sendespule zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule.The present invention relates to a method for controlling a charging system for transmitting inductive energy from a transmitting coil to a receiving coil spaced apart from the transmitting coil.

Stand der TechnikState of the art

Parkplätze und Parkhäuser verfügen heutzutage über ein Überwachungssystem, mit dem die Belegung der Parkplätze überwacht wird. Entsprechend kann die Parkplatzbelegung beispielsweise am Parkhaus oder auch über App auf einem Mobiltelefon angezeigt werden. Zusätzlich verfügen manche Parkplätze und Parkhäuser bereits über Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge. In der Regel sind dies kabelgebundene oder kabellose Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge. Diese verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Überwiegend ist es hierzu nach wie vor üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen.Nowadays, parking lots and parking garages have a surveillance system that monitors the occupancy of the parking lots. Accordingly, the parking space occupancy can be displayed, for example, at the parking garage or via an app on a mobile phone. In addition, some parking lots and parking garages already have charging options for electric vehicles. As a rule, these are wired or wireless charging options for electric vehicles. These usually have an electrical energy store, for example a traction battery, which provides the electrical energy for the drive. If this electrical energy storage device is fully or partially discharged, the electric vehicle must control a charging station at which the energy storage device can be recharged. For the most part, it is still common for the electric vehicle to be connected to the charging station at such a charging station by means of a cable connection. It is also necessary for the charging station and the electric vehicle to have a corresponding connection system.

Ferner sind auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge bekannt. Beim induktiven Laden der Elektrofahrzeuge sind im oder auf dem Boden eine oder mehrere Spulen (Sendespulen) verbaut. Weiterhin sind im Elektrofahrzeug ebenfalls eine oder mehrere Spulen (Empfangsspule) angeordnet. Wird ein Elektrofahrzeug über der Sendespule abgestellt, sendet diese ein magnetisches Wechselfeld aus. Das magnetische Wechselfeld wird von der Empfangsspule innerhalb des Fahrzeugs aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Mittels dieser elektrischen Energie kann daraufhin durch die kontaktlose Energieübertragung eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs geladen werden.Furthermore, wireless charging systems for electric vehicles are also known. When inductively charging electric vehicles, one or more coils (transmitter coils) are installed in or on the floor. Furthermore, one or more coils (receiving coil) are also arranged in the electric vehicle. If an electric vehicle is parked over the transmitter coil, it emits an alternating magnetic field. The alternating magnetic field is picked up by the receiving coil inside the vehicle and converted into electrical energy. By means of this electrical energy, a traction battery of the vehicle can then be charged through the contactless energy transmission.

Zwischen der Sendespule der Ladestation und der Empfangsspule in dem Fahrzeug befindet sich ein Luftspalt. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen beträgt dieser Luftspalt einige Zentimeter. Die im Luftspalt während der Übertragung entstehenden magnetischen Wechselfelder sind dazu geeignet, in beliebigen metallischen Objekten, die sich im Luftspalt befinden, elektrische Wirbelströme zu induzieren. Durch Ohmsche Verluste erhitzen sich diese sogenannten Fremdobjekte. Diese Erhitzung stellt nicht nur für die Personensicherheit, sondern auch für die Betriebssicherheit des Fahrzeugs eine erhebliche Gefahr dar. Daher ist es notwendig, die Erhitzung eines induktiven Ladesystems entweder durch Limitierung des Magnetfeldes zu begrenzen oder etwaige im Luftspalt befindliche Objekte durch geeignete Mittel zu detektieren und daraufhin die Energieübertragung zu deaktivieren. Die Sensorik erkennt Lebendobjekte oder auch metallische Gegenstände und verhindert durch Abbruch des Ladevorgangs, dass die Lebendobjekte / metallischen Objekte magnetischer Strahlung ausgesetzt werden. Jedes einzelne Ladepad verfügt typischerweise über eine solche Sensorik. Neben der Lebendobjektsensorik werden Ladepads / Ladevorrichtungen auch mit einer Metallobjekterkennung ausgestattet sein. Diese erkennt Metallobjekte, die sich zwischen Ladepad und Fahrzeugspule befinden. Zusätzlich zur Lebendobjekt- und Metallobjektsensorik werden Ladepads bzw. induktive Ladevorrichtungen ebenfalls mit einer Positioniersensorik ausgestattet, um die Parkposition des Fahrzeugs über dem Ladepad zu erfassen bzw. dem Fahrzeug beim Einpark- bzw. Parkvorgang entsprechende Positionierungsanweisungen zu geben. Zusätzlich erkennt das Energieübertragungssystem typischerweise an der elektromagnetischen Kopplung der Übertragerspulen die Präsenz eines Fahrzeugs. Um die Kommunikation zwischen Ladepad und Fahrzeug zu gewährleisten, verfügt das Ladepad bzw. die Ladevorrichtung zusätzlich über eine WLAN-Verbindung zur Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladepad. Möchte man nun die Belegung von Parkplätzen und/oder Parkhäusern überwachen, werden derzeit nachteilig extra Sensoren entwickelt, montiert und die Parkplätze und Parkhäuser so zu „smarten“ Parkplätzen zu machen. Dabei werden Sensoren verwendet, die vielfältig von Bewegungsmeldern über Videoüberwachung bis hin zu speziellen Parkraumsensoren reichen, mittels derer die Belegung von Parkplätzen detektiert werden kann.There is an air gap between the transmitter coil of the charging station and the receiver coil in the vehicle. Due to the required ground clearance of motor vehicles, this air gap is a few centimeters. The alternating magnetic fields that arise in the air gap during transmission are suitable for inducing electrical eddy currents in any metallic objects that are located in the air gap. These so-called foreign objects heat up through ohmic losses. This heating poses a considerable danger not only for personal safety but also for the operational safety of the vehicle. It is therefore necessary to limit the heating of an inductive charging system either by limiting the magnetic field or to detect any objects in the air gap by suitable means and then deactivate the energy transfer. The sensor system detects living objects or metallic objects and prevents the living objects / metallic objects from being exposed to magnetic radiation by interrupting the charging process. Each individual charging pad typically has such a sensor system. In addition to the living object sensors, charging pads / charging devices will also be equipped with metal object detection. This detects metal objects that are located between the charging pad and the vehicle coil. In addition to the living object and metal object sensors, charging pads or inductive charging devices are also equipped with a positioning sensor to detect the parking position of the vehicle above the charging pad or to give the vehicle corresponding positioning instructions during the parking or parking process. In addition, the energy transmission system typically recognizes the presence of a vehicle from the electromagnetic coupling of the transmitter coils. In order to ensure communication between the charging pad and the vehicle, the charging pad or the charging device also has a WLAN connection for communication between the vehicle and the charging pad. If you now want to monitor the occupancy of parking lots and / or parking garages, additional sensors are currently being developed and installed disadvantageously, and so the parking lots and parking garages can be turned into “smart” parking lots. Sensors are used that range from motion detectors to video surveillance to special parking space sensors, by means of which the occupancy of parking spaces can be detected.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer Parkplatz- bzw. Parkhausüberwachung, bei der die Belegung der Parkplätze überwacht wird und dazu minimale Hardware benötigt wird und entsprechend Kosten reduziert werden.There is therefore a need for a parking lot or parking garage monitoring, in which the occupancy of the parking lots is monitored and minimal hardware is required and costs are reduced accordingly.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat die Vorteile, dass eine Parkplatzüberwachung nahezu ohne weitere Hardwarekosten erfolgen kann.The method according to the invention with the characterizing part of claim 1 has the advantages that parking space monitoring can be carried out almost without additional hardware costs.

Erfindungsgemäß ist dazu ein Verfahren zur Steuerung eines Ladesystems zur Übertragung induktiver Energie von einer Sendespule zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule vorgesehen, wobei das Ladesystem mit einem Steuergerät kommuniziert und ein Ladepad aufweist, welches über mindestens eine Sensorik verfügt, wobei die Sensorik sowohl zur Lebendobjekterkennung, als auch zur Metallobjekterkennung und zur Positionierung eines zu ladenden Fahrzeugs geeignet ist und die Sensorinformation der Sensorik in dem Steuergerät erfasst und ausgewertet werden, um die Belegung eines Parkplatzes zu ermitteln. Durch die Nutzung der bereits in dem induktiven Ladesystem (bzw. Ladepad) vorhandenen Sensorik zur Lebendobjekterkennung, Metallobjekterkennung als auch zur Positionierung des Fahrzeugs zur Ermittlung der Belegung des Parkplatzes, kann die ganze Hardware, die ausschließlich zur Ermittlung einer Parkplatzbelegung eingesetzt wird (z.B. Videoüberwachung, Parkraumsensoren, etc.) entfallen. Entsprechend können Hardwarekosten reduziert werden als auch der Montageaufwand eingespart werden. Es ist also nicht erforderlich, Parkplätze extra mit Technik zur Überwachung von Parkplätzen auszustatten.According to the invention, a method for controlling a charging system for transmitting inductive energy from a transmitting coil to a receiving coil spaced apart from the transmitting coil is provided, the charging system communicating with a control unit and having a charging pad, which has at least one sensor system, the sensor system being suitable both for living object detection and for metal object detection and for positioning a vehicle to be loaded, and the sensor information of the sensor system is recorded and evaluated in the control unit in order to determine the occupancy of a parking space. By using the sensors already in the inductive charging system (or charging pad) for living object detection, metal object detection and for positioning the vehicle to determine the occupancy of the parking lot, all the hardware that is used exclusively to determine a parking lot occupancy (e.g. video surveillance, Parking space sensors, etc.) are not required. Accordingly, hardware costs can be reduced and the assembly effort can be saved. It is therefore not necessary to equip parking spaces with technology for monitoring parking spaces.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.The measures mentioned in the dependent claims allow advantageous developments of the method specified in the independent claim.

Vorteilhafterweise kommuniziert das Ladesystem drahtlos mit dem Steuergerät. In heutigen induktiv arbeitenden Ladepads wird die WLAN Verbindung bisher nur genutzt, um Informationen in Verbindung mit dem Ladevorgang auszutauschen - z.B. Positionierung, Ablaufsteuerung, Ladezustandsdaten. Werden die Sensorinformationen des induktiven Ladepads über die WLAN Verbindung in einer übergeordneten Steuerung zusammengefasst und ausgewertet, entfallen beispielsweise weitere Hardwarekosten. The charging system advantageously communicates wirelessly with the control device. In today's inductive charging pads, the WLAN connection has so far only been used to exchange information in connection with the charging process - e.g. Positioning, sequence control, state of charge data. If the sensor information of the inductive charging pad is combined and evaluated in a higher-level control system via the WLAN connection, additional hardware costs are eliminated, for example.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Ladepad zur Überwachung von Parkplätzen und Parkhäusern eingesetzt wird und auf einem Parkplatz angeordnet ist. Das Ladepad ist einfach zu installieren und erfüllt somit nicht nur die Funktion der Fremdobjekterkennung bzw. Metallobjekterkennung. Es wird auch eingesetzt, um dem Fahrzeug bei der Positionierung zu helfen. Neben diesen Funktionen wird die Sensorik nun auch vorteilhafterweise eingesetzt, um Parkplatzüberwachung zu betreiben und die Auslastung von Parkhäusern darzustellen.It is also advantageous that the charging pad is used to monitor parking lots and parking garages and is arranged on a parking lot. The charging pad is easy to install and therefore not only fulfills the function of foreign object detection or metal object detection. It is also used to help the vehicle position itself. In addition to these functions, the sensors are now also advantageously used to monitor parking spaces and to display the utilization of parking garages.

Vorteilhafterweise erfasst das Ladepad die Belegung des Parkplatzes mittels der Sensorik und kommuniziert diese an das Steuergerät. Im Steuergerät kann somit übergeordnet die Information bzw. die Sensordaten der Ladepad-Sensorik erfasst und ausgewertet werden. Ist das Steuergerät mit dem Internet verbunden, kann die Parkplatzbelegung bzw. die Parkhausbelegung z.B. an Apps kommuniziert werden, über die ein User erfassen kann, ob ein Parkhaus voll belegt ist, oder ob noch ein freier Parkplatz verfügbar ist.The charging pad advantageously detects the occupancy of the parking space by means of the sensor system and communicates this to the control unit. The information or the sensor data of the charging pad sensor system can thus be recorded and evaluated at a higher level in the control unit. If the control unit is connected to the Internet, the parking space occupancy or the parking garage occupancy can e.g. be communicated to apps that allow a user to determine whether a parking garage is fully occupied or whether there is still a free parking space available.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Sensorik des Ladesystems geeignet ist, Objekte auch außerhalb des Fahrzeugunterbodens zu erkennen. Dadurch, dass die Sensorik nicht nur auf den Unterboden eines Fahrzeugs beschränkt ist, kann eine größere Umgebung um das Ladepad erfasst werden und somit detektiert werden, ob eine Fläche - insbesondere die Parkfläche und die umgebende Fahrbahn - frei von Objekten (Lebewesen, Metallobjekte, Autos, etc.) ist. Zusätzlich können sich auf der Fahrbahn bewegende Fahrzeuge erkannt werden, um Informationen über die Fahrbewegungen innerhalb des Parkplatzes oder des Parkhauses zu erhalten und Fahrzeuge damit leiten zu können.It is also advantageous that the sensor system of the charging system is suitable for also recognizing objects outside the vehicle underbody. Because the sensors are not limited to the underbody of a vehicle, a larger area around the charging pad can be detected and thus it can be detected whether an area - especially the parking area and the surrounding lane - is free of objects (living things, metal objects, cars) , etc.). In addition, vehicles moving on the lane can be detected in order to receive information about the movements within the parking lot or the parking garage and to be able to guide vehicles with them.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Sensorik geeignet ist, Fahrbewegungen innerhalb des Parkhauses zur Verkehrsleitung zu erfassen. Entsprechend können Staus innerhalb des Parkhauses vermieden werden.It is also advantageous that the sensor system is suitable for detecting driving movements within the parking garage for traffic management. Accordingly, traffic jams within the parking garage can be avoided.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügte Zeichnung.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Es zeigt:

1: eine schematische Darstellung des Ladesystems inklusive des Ladepads

It shows:

1 : a schematic representation of the charging system including the charging pad

Die in der Figur dargestellten Zeichnungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleichwirkende Komponenten.For reasons of clarity, the drawings shown in the figure are not necessarily drawn to scale. The same reference symbols generally designate components of the same type or having the same effect.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Ladesystems 10 zur Übertragung induktiver Energie. Das Ladesystem 10 ist beispielsweise auf einem Parkplatz 19 vorgesehen. Auf dem Parkplatz 19 befindet sich eine Sendespule 12, die in einem Ladepad 11 verbaut ist. Das Ladepad 11 verfügt weiterhin über Sensorik 18, wobei die Sensorik 18 sowohl zur Lebendobjekterkennung, zur Metallobjekterkennung und zur Positionierung eines zu ladenden Fahrzeugs 16 geeignet ist. In dem Fahrzeug 16 ist eine Empfangsspule 13 vorgesehen. Die Sensorik 18 kann Lebendobjekte im Zwischenraum 14 zwischen Fahrzeug und Parkplatz 19 erkennen und verhindert durch Abbruch des Ladevorgangs, dass die Lebendobjekte magnetischer Strahlung ausgesetzt sind. Neben der Lebendobjektsensorik ist das Ladepad auch mit der Metallobjekterkennungssensorik ausgestattet und kann somit auch metallische Objekte detektieren, die sich zwischen Ladepad und Fahrzeugspule befinden. Die Positioniersensorik 18, die ebenfalls im Ladepad 11 verbaut ist, unterstützt das Fahrzeug 16 beim Park- und Positioniervorgang. Das Ladesystem 10 kommuniziert drahtlos (z.B. über WLAN) mit dem Steuergerät 17. Die Sensorik 18 des Ladepads 11 wird neben der Lebendobjekt- und Metallobjekterkennung und der Parkpositionierung zur Überwachung von Parkplätzen 19 und Parkhäusern eingesetzt, wodurch Bewegungsmelder, oder Videoüberwachung bis hin zu speziellen Parkraumsensoren, die die Belegung von Parkplätzen detektieren können, entfallen. Die Sensorinformationen der Sensorik 18 wird über die WLAN-Verbindung im Steuergerät 17 bzw. einer übergeordneten Steuerung 17 zusammengefasst und ausgewertet. Wenn das Fahrzeug 16 über dem Ladepad 11 lädt, erfasst die Sensorik 18, dass ein Fahrzeug 16 über dem Ladepad 11 steht und der Parkplatz 19 belegt ist. Diese Information wird an das Steuergerät 17 gesendet, in dem die Belegtsituation zusammengefasst wird. Für den Fall, dass ein Fahrzeug 16 über dem Ladepad 11 steht aber nicht lädt, weil es z.B. mit keinem induktiven Ladegerät ausgestattet ist (z.B. Fahrzeug mit Verbrenner) oder aus anderen Gründen nicht lädt, registriert in diesem Fall der Metallobjektsensor 18 oder der Lebendobjektsensor 18 oder beide Sensoren zusammen das Fahrzeug 16. Zu diesem Zweck ist die Sensorik 18 geeignet, Objekte auch außerhalb des Fahrzeugunterbodens zu erkennen. Die übergeordnete Steuereinheit 17 (Steuergerät 17) kann dann die Informationen weiterverarbeiten (z.B. Signalsteuerung im Parkhaus wie z.B. Parkdeck belegt bzw. Anzahl xy an Parkplätzen noch frei oder z.B. an eine Handy App zur Parkplatzssuche weiterleiten. 1 shows a schematic representation of the charging system 10th for the transmission of inductive energy. The charging system 10th is in a parking lot, for example 19th intended. In the parking lot 19th there is a transmitter coil 12 that in a charging pad 11 is installed. The charging pad 11 still has sensors 18th , where the sensors 18th both for living object detection, for metal object detection and for positioning a vehicle to be loaded 16 suitable is. In the vehicle 16 is a receiving coil 13 intended. The sensors 18th can live objects in the space 14 between vehicle and parking lot 19th Detect and prevent the living objects from being exposed to magnetic radiation by aborting the charging process. In addition to the living object sensor system, the charging pad is also equipped with the metal object detection sensor system and can therefore also detect metallic objects that are located between the charging pad and the vehicle coil. The positioning sensors 18th which is also in the charging pad 11 is installed, supports the vehicle 16 during the parking and positioning process. The charging system 10th communicates wirelessly (e.g. via WLAN) with the control unit 17th . The sensors 18th of the charging pad 11 is used in addition to the detection of living objects and metal objects and parking positioning for monitoring parking spaces 19th and multi-storey car parks, eliminating motion detectors or video surveillance and even special parking space sensors that can detect the occupancy of parking lots. The sensor information of the sensor system 18th is via the WLAN connection in the control unit 17th or a higher-level control 17th summarized and evaluated. If the vehicle 16 above the charging pad 11 loads, senses the sensors 18th that a vehicle 16 above the charging pad 11 stands and the parking lot 19th is occupied. This information is sent to the control unit 17th sent, in which the document situation is summarized. In the event that a vehicle 16 above the charging pad 11 stands but does not charge, because it is not equipped with an inductive charger (e.g. vehicle with a combustion engine) or does not charge for other reasons, in this case the metal object sensor registers 18th or the living object sensor 18th or both sensors together the vehicle 16 . For this purpose is the sensor system 18th suitable for recognizing objects outside the vehicle underbody. The higher-level control unit 17th (Control unit 17th ) can then process the information further (e.g. signal control in the parking garage such as occupied parking deck or number xy of parking spaces still free or, for example, forward it to a cell phone app to search for a parking space.

Claims

Method for controlling a charging system (10) for transmitting inductive energy from a transmitting coil (12) to a receiving coil (13) spaced apart from the transmitting coil (12), the charging system (10) communicating with a control unit (17) and a charging pad (11 ) which has at least one sensor system (18), characterized in that the sensor system (18) is suitable for living object detection, for metal object detection and for positioning a vehicle (16) to be loaded, and sensor information from the sensor system (18) in the control unit (17 ) are recorded and evaluated in order to determine the occupancy of a parking space (19).

Method for controlling a charging system (10) Claim 1 , characterized in that the charging system (10) communicates wirelessly with the control device (17).

Method for controlling a charging system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging pad (11) is used for monitoring parking lots and parking garages and is arranged on a parking lot (19).

Method for controlling a charging system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging pad (11) detects the occupancy of the parking space (19) by means of the sensors (18) and communicates to the control device (17).

Method for controlling a charging system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor system (18) is suitable for recognizing objects also outside the vehicle underbody.

Method for controlling a charging system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor system (18) is suitable for detecting travel movements within the parking garage for traffic management.