DE102019120016A1 - Verfahren zum Betreiben einer automatischen Ladestation für ein Elektrofahrzeug mit einer RFID-Basis. - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer automatischen Ladestation für ein Elektrofahrzeug mit einer RFID-Basis. Download PDF

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Abstract

RFID-Basis 1 für eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug mit einer Antenne 2, die sowohl zur Kommunikation mit einem RFID-Tag 3 als auch zur Funkortung des Transponders RFID-Tags 3 geeignet ist, wobei die RFID-Basis 1 erfindungsgemäß eine zweite Antenne 4 aufweist, die gleichermaßen zur Kommunikation und zur Ortung des RFID-Tags 3 geeignet ist, und dass die RFID-Basis 1 dazu ausgebildet ist, mit Hilfe der beiden Antennen 2, 4 eine Funkortung durchzuführen.Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben der oben genannten Ladestation beansprucht.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Kommunikation einer Ladestation für Elektrofahrzeuge und ein Funkortungsverfahren für eine weitgehend automatische Batterieladung auf der Grundlage eines RFID-Systems gemäß Anspruch 1 und ein Funkortungsverfahren gemäß Anspruch 6.
  • Ein Radio Frequency IDentification (RFID)-System ist ein funkbasiertes Identifikationssystem und Verfahren, das Informationen übertragen kann, und für viele Anwendungen geeignet ist. Ein RFID-System besteht objektseitig aus einem Datenträger (Transponder, Tag, Etikett) und weist auf der Gegenseite ein Schreib/Lesegerät mit einer Antenne auf. Eine derartige Anordnung mit einer Steuereinheit wird im Folgenden auch als RFID-Basis bezeichnet.
  • Das System arbeitet mit elektromagnetischen Wellen, die von dem genannten Lesegerät abgestrahlt werden. Bringt man einen Tag in die Reichweite der Antenne des Lesegeräts, kann man den Speicher des Tags lesen oder auch Daten dorthin übertragen und speichern.
  • Passive Tags beziehen Ihre Energie aus dem Energiefeld des Lesegerätes, wodurch sie vollkommen wartungsfrei sind. Die Reichweite ist von der Größe des RFID-Tags, und seiner Arbeitsfrequenz, sowie von der Form, der Größe und der Ausgangsleistung der Antenne des Lesegerätes abhängig.
    Aktive RFID-Tags sind deutlich komplexer als die passiven aufgebaut. Sie besitzen eine integrierte Stromversorgung, d. h. eine Batterie bzw. Akkumulator, was eine deutlich höhere (Lese-) Reichweite) ermöglicht.
    Durch die integrierte Stromversorgung ist ihre Lebensdauer begrenzt. Außerdem sind ihre Kosten deutlich höher als die von passiven Tags (Transpondern).
    Zurzeit sind Systeme mit 125 kHz, 134.2 kHz, 13.56 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz im Einsatz, die naturgemäß unterschiedliche Reichweiten und (Lese-) Bandbreiten aufweisen.
  • Die DE 10 2008 055 881 A1 beschreibt ein Verfahren zum automatischen Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen, die mit Sensoren zur Umgebungserfassung und einer Fahrzeugsteuerung zum selbstgesteuerten Fahren des Fahrzeugs, und einem Ladesystem zum elektrischen Laden des Fahrzeugs mit zumindest einem Ladekontakt ausgestattet sind. Die Ladestation und das Fahrzeug weisen eine Schnittstelle zur direkten Kommunikation und zum Datenaustausch auf. Unter anderem wird vorgeschlagen, diese Kommunikation über eine RFID (Radio-Frequency-IDentification) Schnittstelle abzuwickeln. Wie bereits erwähnt, besitzt diese Schnittstelle ein RFID-Lesegerät (RFID-Reader), das mit einem Transponder (RFID-Tag oder Etikett) kommunizieren kann.
  • Wegen ihrer geringen Reichweite ermöglicht die RFID- Schnittstelle per se eine wenn auch grobe Positionsbestimmung, die als Startsignal für einen Ladevorgang geeignet ist.
  • Allerdings besteht der Wunsch, die Position des Kraftfahrzeugs nicht nur grob, sondern etwas genauer zu bestimmen. Insbesondere geht es um die Position der Ladeklappe mit dem dahinter befindlichen Ladeadapter, der mit wenig Aufwand genauer geortet werden soll. Hier scheint es zunächst sinnvoll, die RFID-Schnittstelle im 2.45 GHz - Bereich zu wählen. Allerdings gibt es hier ein Problem mit der Reichweite, so dass dieser Weg nicht gangbar ist.
  • Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, eine der beiden UHF-RFID-Schnittstellen (868 MHz oder 915 MHz) auszuwählen, die wegen ihrer höheren Reichweite besser dazu geeignet sind, die Position des RFID-Tags durch eine Funkpeilung genauer zu bestimmen. Die beiden UHF Antennen können linear oder zirkular polarisiert sein und werden sequentiell angesteuert. Beim Betrieb wird in bekannter Weise Energie für das RFID-Tag bereitgestellt und gleichzeitig mit dem RFID-Tag kommuniziert, wobei sowohl der RSSI Wert als auch die Phase des Signals ermittelt werden. (RSSI = Received Signal Strength Indicator)
    Die Kommunikation wird vorteilhaft derart ausgeführt, dass bereits während der Funkortung auch Informationen über Lage und die Ausgestaltung der Ladeklappe übertragen werden.
  • Diese Informationen können über lediglich eine der beiden Antennen, aber auch über beide übertragen werden. Im zweiten Fall werden die UHF Antennen wie oben erwähnt, sequentiell angesteuert. Dabei wird die Energie für das RFID-Tag bereitgestellt und gleichzeitig kommuniziert, wobei die Empfangsfeldstärke, d. h. der RSSI-Wert und/oder die Phase des Signals, bzw. der beiden Signale ermittelt wird.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Ortung mit Hilfe des variablen Überlappungsbereichs der oben genannten beiden Funkverbindungen (Antennenfelder), wobei die abgestrahlte Leistung variiert wird, was mit Hilfe einer Steuereinheit, vorzugsweise einem Mikrocontroller (µC) geschieht, wobei neben den RSSI-Werten der empfangenen RFID-Signale auch deren Phasenlagen auswertet wird.
    Diese Informationen werden herangezogen, um die Lage des RFID-Tags besser zu schätzen Die Variation der Sendeleistung bewirkt eine Veränderung des Überlappungsbereichs der Antennenfelder der Funkverbindungen, wobei ein kleiner Überlappungsbereich eine genauere Positionsbestimmung ermöglicht. So werden mit Hilfe der RSSI-Werte und der Phase Korrekturen in Richtung des Ladeadapters möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass an einer automatischen Ladestation für ein Elektrofahrzeug mit einer Schnittstelle eine Ortsbestimmung (Ortung), zunächst bezüglich des Fahrzeugs und in einem zweiten Schritt die genaue Position der Ladeklappe bestimmt wird, wobei die Position des RFID-Tags (RFID-Etiketts) durch eine Funkortung auf die oben beschriebenen Weise erfolgt.
  • Die bekannten Baugruppen für NFC (Near-Field-Communication) und zur Türöffnung können mit in die Ladeklappe integriert werden, um das Öffnen und Schließen sowie die Abrechnung durchzuführen. Verknüpft mit einem RFID-UHF-Tag kann eine Schnittstelle die Daten eines Ladeadapters bereits beim Heranfahren (mit < 5 km / h) auslesen.
  • Die Lesereichweite hängt im Wesentlichen von der abgestrahlten Leistung der Schnittstelle und der Leistungsfähigkeit des passiven RFID-Tags ab. Darüber hinaus kann durch eine Anordnung von mehr als einer Antenne die Position der Ladeklappe über die Ausrichtung der Antennenfelder zueinander bestimmt werden.
  • Im Überlappungsbereich der beiden Antennenfelder kann das Fahrzeug automatisch oder durch eine Korrekturvorgabe wie z.B. weiter nach rechts, links, vor und zurück eingewiesen werden. Der Überlappungsbereich kann durch die Leistungs- bzw. Phaseneinstellung der RFID-Schnittstelle in Ausbreitungsrichtung des Feldes variiert werden. So sind Korrekturen in Richtung des Ladeadapters möglich.
  • Für die genauere Positionierung kann der RSSI Wert, die Phase, die Tag-Eigenschaften und die Position der Ladeklappe (offen, geschlossen, Wetterschutz) herangezogen werden, um den Abstand noch genauer schätzen zu können. Die Tag-Eigenschaften im verbauten Zustand sind im Speicher des RFID-Tags hinterlegt. Es können eine oder auch mehrere Ladeklappenpositionen mit deren RFID-Tag-Eigenschaften (im Speicher) hinterlegt sein.
  • Die Erfindung verbessert die automatische und/oder halbautomatische Positionierung der Ladeklappe zu einem Ladeadapter, ohne den drahtlosen Austausch der für die Ladung notwendigen technischen Informationen zu behindern.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt die erfindungswesentlichen Baugruppen der Ladestation und des Kraftfahrzeugs.
    • 2 zeigt einen Programmablaufplan für das erfindungsgemäße Verfahren
  • Die 1 zeigt einen auf die erfindungswesentlichen Teile beschränkten Ausschnitt der Ladestation und den an der Ladeklappe 7 des Elektrofahrzeugs angeordneten RFID-Tag 3, sowie den Überlappungsbereich 6 der elektromagnetischen Felder der beiden Antennen. Die Ladestation weist eine als RFID-Basis 1 bezeichnete Baugruppe auf, die über eine erste Antenne 2 mit dem Kfz, genauer mit einem hinter der Ladeklappe 7, angeordneten RFID-Tag 3 kommuniziert, wobei bereits eine erste wenn auch grobe Positionsbestimmung stattfindet. Die RFID-Basis 1 wird von einer Steuereinheit 5 (µC) gesteuert und weist erfindungsgemäß eine zweite Antenne 4 auf, die auch zur Kommunikation mit dem RFID-Tag 3 geeignet ist. Die gesteuerte RFID-Basis 1 ist dazu ausgebildet, mit Hilfe der beiden Antennen 2, 4 eine Funkortung durchzuführen.
    Die Steuereinheit 5 kann als separate Baugruppe, ausgebildet (wie dargestellt), oder auch Bestandteil eines RFID-Lesegerätes sei, ohne die Erfindung zu verlassen Es können auch zwei von einer gemeinsamen Steuereinheit (µC) 5 gesteuerte RFID-Lesegeräte mit je einer Antenne 2 oder 4 vorhanden sein.
  • Die 2 zeigt einen Programmablaufplan zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der automatischen Ladestation für ein Elektrofahrzeug mit einer RFID-Basis 1 gemäß der 1, wobei
    • - Die RFID-Basis 1 der Ladestation in Bereitschaft versetzt wird
    • - Geprüft wird, ob ein RFID-Tag 3 vorhanden ist
    • - Wenn nein, die RFID-Basis 1 der Ladestation im Bereitschafsmodus verbleibt,
    • - wenn ja, eine Bestandsaufnahme vorhandener RFID-Tags 3 erfolgt,
    • - RSSI-Wert, Phase und die Korrekturwerte des zum Ladeadapter gehörenden RFID-Tags 3 ermittelt bzw. gelesen werden
    • - Die Position des RFID-Tags 3 (des Ladeadapters) im Feld geschätzt wird,
    • - Korrekturwerte für die Zielposition (des Roboterarms) für den Ladestecker ermittelt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    RFID-Basis (RFID-Reader), z. B. ein RS2000 von Impinj. (RFID-Lesegerät)
    2
    Erste Antenne der RFID-Basis 1
    3
    RFID-Tag, UCODE I2C von NXP, RFID Transponder, RFID-Etikett
    4
    Zweite Antenne der RFID-Basis 1
    5
    Steuereinheit (µC) zur Steuerung der RFID-Basis 1 oder Bestandteil derselben
    6
    Überlappungsbereich der beiden elektromagnetischen Felder der Antennen 2 und 4
    7
    Ladeklappe am Kfz, dahinter befindet sich die Ladeadapter
  • 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
    • DE 102008055881 A1 [0005]

Claims (6)

  1. RFID-Basis (1) für eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug mit einer Antenne (2), die sowohl zur Kommunikation mit einem RFID-Tag (3) als auch zur Funkortung des Transponders RFID-Tags (3) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Basis (1) mit einer zweiten Antenne (4) verbunden ist, die gleichermaßen zur Kommunikation und zur Ortung des RFID-Tags (3) geeignet ist, und dass die RFID-Basis (1) dazu ausgebildet ist, mit Hilfe der beiden Antennen (2, 4) eine Funkortung durchzuführen.
  2. RFID-Basis (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, während der Funkortung auch Informationen zu übertragen.
  3. RFID-Basis (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgebildet ist, den Ladevorgang betreffende Informationen über beide Antennen (2, 4) zu übertragen.
  4. RFID-Basis (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgebildet ist, über eine der beiden Antennen (2, 4) nur Energie und über die andere Antenne auch Informationen zu übertragen.
  5. RFID-Basis (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein variabler Überlappungsbereich (6) der beiden Antennenfelder erzeugt wird, wobei die abgestrahlte Leistung variiert, und neben dem RSSI-Werten der empfangenen RFID-Signale auch deren Phasenlage auswertet und zur Bestimmung der Position des RFID-Tags (3) verwendet wird.
  6. Verfahren zum Betreiben einer automatischen Ladestation für ein Elektrofahrzeug mit einer RFID-Basis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - Die RFID-Basis (1) in einen Bereitschaftsmodus versetzt wird - Geprüft wird, ob ein RFID-Tag (3) vorhanden ist - Wenn nein, die RFID-Basis (1) im Bereitschafsmodus verbleibt, - Wenn ja, eine Bestandsaufnahme vorhandener RFID-Tags (3) erfolgt - RSSI-Wert, Phase und die Korrekturwerte für die Position des RFID-Tags (3) ermittelt bzw. gelesen werden - Die Position des RFID-Tags (3) im Feld geschätzt wird - Korrekturwerte für die Zielposition für den Ladestecker ermittelt werden.
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DE102006004023A1 (de) * 2006-01-27 2007-08-09 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur mehrdimensionalen Ortung von Zielobjekten, insbesondere RFID-Transpondern
EP2845026B1 (de) * 2012-07-06 2016-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur relativen lageerkennung von stationen mittels funkortung

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