DE102022203482A1

DE102022203482A1 - Verfahren zur Erkennung der relativen Position einer stationären Induktionsladevorrichtung zu einer mobilen Induktionsladevorrichtung

Info

Publication number: DE102022203482A1
Application number: DE102022203482.1A
Authority: DE
Inventors: Mike Böttigheimer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2023-10-12
Also published as: WO2023194514A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der relativen Position einer stationären Induktionsladevorrichtung (2, 2a) zu einer mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b), welche in einem Ladebetrieb zur induktiven Energieübertragung miteinander wechselwirken.Eine präzise sowie robuste Erkennung der relativen Position von Energiespulen (3) der Induktionsladevorrichtungen (2) zueinander wird dadurch erreicht, des relativ zu einer der Energiespulen (3) zumindest zwei fixe Positionierfelder (60) erzeugt, die Positionierfelder (60) an einer zu anderen Energiespule (3) fixen Stelle empfangen das Verhältnis (62) zwischen den Positionierfeldern (60) ermittelt wird, wobei bei Übereinstimmung des ermittelten Verhältnisses mit (62) mit einem vorab vorgegeben Verhältnisbereich (63) ein Überlapp der beiden Energiespulen (3) erkannt wird.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des Verfahrens, ein System (1) das derart betrieben wird sowie eine mobile Anwendung (100) mit einer mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2a) eines solchen Systems (1). Zudem betrifft die Erfindung eine stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) eines solchen Systems (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der relativen Position einer stationären Induktionsladevorrichtung zu einer mobilen Induktionsladevorrichtung, welche in einem Ladebetrieb zur induktiven Energieübertragung miteinander wechselwirken. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des Verfahrens, ein System mit einer stationären Induktionsladevorrichtung und einer mobilen Induktionsladevorrichtung, das gemäß dem Verfahren betrieben ist sowie eine mobile Anwendung, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer mobilen Induktionsladevorrichtung eines solchen Systems und eine stationäre Induktionsladevorrichtung eines solchen Systems.
Ein System zur induktiven Energieübertragung weist üblicherweise eine stationäre Induktionsladevorrichtung sowie eine mobile Induktionsladevorrichtung auf. In einem Ladebetrieb fungiert eine Energiespule einer der Induktionsladevorrichtungen als eine Primärspule und die Energiespule der anderen Induktionsladevorrichtung als Sekundärspule. Derartige Systeme kommen üblicherweise zur induktiven Energieübertragung auf eine mobile Anwendung, beispielsweise auf ein Kraftfahrzeug, zum Einsatz, wobei die mobile Anwendung die mobile Induktionsladevorrichtung aufweist. In den mobilen Anwendungen ist die Energiespule der mobilen Induktionsladevorrichtung im Ladebetrieb gewöhnlich die Sekundärspule. Zur induktiven Energieübertragung erzeugt die Primärspule ein magnetisches Wechselfeld, welches in der Sekundärspule eine Spannung induziert. Um die induktive Energieübertragung zu ermöglichen sowie den Wirkungsgrad der induktiven Energieübertragung zu erhöhen, sind die Primärspule und die Sekundärspule und somit die Energiespulen der Induktionsladevorrichtungen relativ zueinander entsprechend zu positionieren.
In der EP 2 727 759 B1 kommen zur Erkennung der relativen Position einer an einem Kraftfahrzeug angebrachten mobilen Induktionsladevorrichtung ein Sender und einen Empfänger zum Einsatz.
Die DE 10 2012 205 283 A1 schlägt vor, eine gerade Anzahl von Detektorspulenelementen einzusetzen, die paarweise entgegengesetzt gewickelt werden und ein Detektorpaar bilden.
In der EP 3 347 230 B1 wird vorgeschlagen, in der mobilen Induktionsladevorrichtung eine Sendeeinheit einzusetzen, welche im Betrieb ein Sendesignal mit vorgegebener Frequenz aussendet. Das Sendesignal mit der vorgegebenen Frequenz wird mit einer Empfangseinheit empfangen und einen Signalteil des Sendesignals ermittelt. Abhängig von dem ermittelten Signalteil wird dabei eine relative Position bestimmt.
Die DE 10 2017 215 932 B3 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Positionsinformation eines Kraftfahrzeugs auf einem Untergrund. Das Kraftfahrzeug weist eine mobile Induktionsladevorrichtung auf. Durch Bestromung der Energiespule der mobilen Induktionsladevorrichtung wird zumindest eine in oder auf einem vom Kraftfahrzeug befahrenen Untergrund angeordneten magnetischen Struktur magnetisiert. Die Struktur ist gemeinsam mit einer Positionsangabe der jeweiligen Struktur in einer digitalen Karte gespeichert, wobei anhand der magnetisierten Struktur die Position des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Verfahren zur Erkennung der relativen Position einer stationären Induktionsladevorrichtung zu einer mobilen Induktionsladevorrichtung, für ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des Verfahrens, für ein derart betriebenes System mit einer stationären Induktionsladevorrichtung zu einer mobilen Induktionsladevorrichtung sowie eine mobile Anwendung mit einer mobilen Induktionsladevorrichtung eines solchen Systems und für eine stationären Induktionsladevorrichtung eines solchen Systems verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche insbesondere Nachteile aus dem Stand der Technik beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für das Verfahren, für das Computerprogrammprodukt, für das System sowie für die mobile Anwendung und für die stationären Induktionsladevorrichtung verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Präzision und/oder erhöhte Robustheit der Erkennung der relativen Positionierung der Energiespulen des Systems auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht demnach dem allgemeinen Gedanken, zur Erkennung der relativen Position zwischen zwei Energiespulen für eine der Energiespulen zumindest zwei voneinander unterscheidbare, relativ zur Energiespule fixe Felder zu erzeugen, welche an einer zu anderen Energiespule fixen Position empfangen werden, wobei anhand des Verhältnisses zwischen den empfangenen Feldern die relative Position der beiden Energiespulen zueinander erkannt wird. Aufgrund der fixierten Anordnung der Felder zur einen Energiespule einerseits und des Empfangs der Felder an einer zur anderen Energiespule fixen Stelle andererseits ändert sich das Verhältnis abhängig von der relativen Position der Energiespulen zueinander. Somit sind die Energiespulen beispielsweise bei einem vorgegebenen Verhältnis der Felder zueinander überlappend angeordnet. Auf diese Weise kann die relative Position der Energiespulen und insbesondere eine überlappende Anordnung der Energiespulen zueinander auf einfache und effektive Art ermittelt werden. Da zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander Verhältnisse der Felder herangezogen werden, ist, insbesondere im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ermittlungen von absoluten Werten von Feldern oder Laufzeitunterschieden zumindest eines Feldes, eine zuverlässige und einfache Ermittlung der relativen Position gegeben. Dies liegt insbesondere daran, dass das Verhältnis der empfangenen Felder sich bei in Höhenrichtung änderndem Abstand nicht oder lediglich geringfügig ändert. Somit können beispielsweise mobile Induktionsladevorrichtungen in zugehörigen Anwendungen in unterschiedlichen Höhen und/oder stationäre Induktionsladevorrichtungen unterschiedlich hoch oder tief verbaut bzw. angeordnet sein und die relative Position der Energiespulen zueinander dennoch ohne weitere Kalibrierung erkannt werden.
Das Heranziehen des Verhältnisses zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander hat wie erläutert insbesondere den Vorteil, dass auf eine wiederholte Kalibrierung von aufeinander induktiv energieübertragenden Induktionsladevorrichtungen verzichtet werden kann. Das heißt, dass zumindest ein Verhältnis vorab vorgegeben werden kann, wobei beim Ermitteln eines solchen Verhältnisses aus den empfangenen Feldern erkannt wird, dass eine entsprechende relative Position der Energiespulen zueinander vorliegt. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, besagte vorgegebene Verhältnisse entweder von der die Felder erzeugenden Induktionsladevorrichtung einmalig, bevorzugt bevor die Positionierung startet, auf die empfangende Induktionsladevorrichtung zu übertragen, um die relative Position der Energiespulen zueinander zu bestimmen. Alternativ und bevorzugt sind die Verhältnisse fix vorgegeben, sodass das vorgegebene Verhältnis in der empfangenden Induktionsladevorrichtung hinterlegt und somit keine Übermittlung an die empfangende Induktionsladevorrichtung notwendig ist. Dies erlaubt es insbesondere, die relative Position zwischen Energiespulen von unterschiedlichen stationären Induktionsladevorrichtungen und verschiedenen mobilen Induktionsladevorrichtungen ohne vorangehende Kalibrierung auf einfache und robuste Art zu bestimmen.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend dient ein Verfahren der Erkennung der relativen Position einer stationären Induktionsladevorrichtung zu einer mobilen Induktionsladevorrichtung, wobei die stationäre Induktionsladevorrichtung eine stationäre Energiespule und die mobile Induktionsladevorrichtung eine mobile Energiespule aufweist. Die Energiespulen sind in einem Ladebetrieb in einer Höhenrichtung zueinander beanstandet. Im Ladebetrieb erzeugt eine der Energiespulen ein magnetisches Wechselfeld, welches in der anderen Energiespule eine Spannung zur Energieübertragung induziert. Dabei sind die Energiespulen im Ladebetrieb in einer Höhenrichtung zueinander beabstandet. Zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander werden in einer der Induktionsladevorrichtungen zumindest zwei Felder erzeugt, welche nachfolgend auch als Positionierfelder bezeichnet werden. Die Positionierfelder werden derart erzeugt, dass sie voneinander unterscheidbar sind, und derart, dass die Energiespule der zugehörigen Induktionsladevorrichtung, also der Induktionsladevorrichtung, welche die Positionierfelder erzeugt, relativ zu den Positionierfeldern fix positioniert ist. Ferner werden die Positionierfelder derart erzeugt, dass die Energiespule zumindest teilweise in einem von zumindest zwei Intensitätsmaxima von zumindest zwei der Positionierfeldern begrenzten und sich in Höhenrichtung erstreckenden virtuellen Rahmenvolumen liegt. Die Positionierfelder werden an zumindest einer zur Energiespule der anderen Induktionsladevorrichtung fixen Position empfangen. Für das lokale Verhältnis zwischen zumindest zwei der Annäherungsfelder wird ein Verhältnisbereich vorab vorgegeben. Der vorgegebene Verhältnisbereich ist derart, dass die Energiespule der die Positionierfelder empfangenden Induktionsladevorrichtung im Rahmenvolumen angeordnet ist. Das heißt, dass ein Verhältnisbereich von zumindest zwei der empfangenen Positionierfeldern vorab vorgegeben wird, für welchen die Energiespule der die Positionierfelder empfangenden Induktionsladevorrichtung im Rahmenvolumen angeordnet ist. Zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander wird das Verhältnis zwischen zumindest zwei der empfangenen Positionierfeldern ermittelt. Dabei wird erkannt, dass die Energiespulen im Rahmenvolumen angeordnet sind und quer zur Höhenrichtung überlappen, wenn zumindest eines der wenigstens einen ermittelten Verhältnisse innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Verhältnisbereichs liegt.
Die Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander erfolgt vorteilhaft durch einen Vergleich zumindest eines ermittelten Verhältnisses mit dem zugehörigen Verhältnisbereich.
Der zumindest eine Verhältnisbereich ist bevorzugt hinterlegt. Dies vereinfacht die Durchführung des Verfahrens.
Zweckmäßig überlappen zumindest zwei der Positionierfelder, insbesondere alle Positionierfelder, im Rahmenvolumen.
Das Positionieren kann eine Annäherung der Energiespulen aneinander sowie eine genaue Positionierung der Energiespulen zueinander, nachfolgend auch als Nahfeldpositionierung bezeichnet, umfassen. Die vorliegend beschriebene Positioniervorrichtung kommt dabei zweckmäßig zur Nahfeldpositionierung zum Einsatz. Die Nahfeldpositionierung wird dabei vorteilhaft dann eingesetzt, wenn die Energiespulen einen Abstand von weniger als 1,0 m, bevorzugt von weniger als 0,5 m, zueinander aufweisen, um diese genau zueinander zu Positionieren. Zum Annähern der Energiespulen zueinander kann zumindest ein Annäherungsfeld zum Einsatz kommen.
Die jeweilige Energiespule weist vorzugsweise zumindest eine Wicklung auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dabei bezüglich der Erstreckung der Energiespule insbesondere die gesamte von der zumindest einen Wicklung aufgespannte Fläche zu verstehen. Bei einer Flachspule gehört also auch der zentrale Bereich, in welchem keine Wicklung vorhanden sein kann, zur Energiespule
Die Positionierfelder können in der die Positionierfelder erzeugenden Induktionsladevorrichtung auf beliebige Art erze .ugt werden.
Vorteilhaft ist zumindest eines der Positionierfelder, vorzugsweise das jeweilige Positionierfeld, ein magnetisches und/oder elektromagnetisches Feld.
Bevorzugt ist zumindest eines der Positionierfelder, vorzugsweise das jeweilige Positionierfeld, ein magnetisches Feld. Das heißt, dass zumindest eines der Positionierfelder, vorzugsweise das jeweilige Positionierfeld, als ein magnetisches Positionierfeld erzeugt wird. Ein magnetisches Positionierfeld hat gegenüber einem elektromagnetischen Positionierfeld den Vorteil, dass der Empfänger das Positionierfeld vereinfacht und zuverlässig empfängt. Darüber hinaus ist es auf diese Weise möglich, auf eine Kalibrierung zu verzichten, welche beispielsweise bei Laufzeitunterschieden, wie sie üblicherweise bei elektromagnetischen und/oder akustischen Feldern benötigt werden. Mit dem magnetischen Positionierfeld erfolgt somit eine vereinfachte und robuste Ermittlung der Verhältnisse und somit der relativen Position der Energiespulen zueinander. Insbesondere der Entfall der bei der jeweiligen Positionierung durchgeführten Kalibrierung führt ferner dazu, dass die Positionierung zwischen unterschiedlichen Induktionsladevorrichtungen durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten, der Einsatz magnetischer Positionierfelder erlaubt es, die Positionierung mit unterschiedlichen Induktionsladevorrichtungen auf einfache Weise umzusetzen.
Vorteilhaft ist für das jeweilige Positionierfeld eine Spule vorgesehen, welche nachfolgend auch als Sendespule bezeichnet wird. Somit weist die Induktionsladevorrichtung, welche zumindest zwei Positionierfelder erzeugt, bevorzugt zumindest zwei Sendespulen, nämlich für das jeweilige Positionierfeld eine zugehörige Sendespule, auf.
Bei zumindest einer der Sendespulen kann es sich um die Energiespule der zugehörigen Induktionsladevorrichtung handeln.
Bevorzugt sind die Sendespulen von der Energiespule der zugehörigen Induktionsladevorrichtung unterschiedlich.
Die zur Energiespule fixe Position der Positionierfelder, insbesondere der Intensitätsmaxima, kann auf beliebige Weise erreicht werden.
Vorteilhaft wird die fixe Position der Positionierfelder, insbesondere der Intensitätsmaxima, zur Energiespule der zugehörigen Induktionsladevorrichtung durch eine entsprechende Positionierung der Sendespulen erreicht.
Prinzipiell kann die Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander während des Ladebetrieb erfolgen.
Bevorzugt erfolgt die Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander außerhalb des Ladebetrieb, das heißt in einem vom Ladebetrieb unterschiedlichen Betriebsmodus, welcher nachfolgend auch als Positionierbetrieb bezeichnet wird.
Der Positionierbetrieb wird vorteilhaft aufgenommen bzw. gestartet, wenn ein vorgegebener Abstand der Induktionsladevorrichtungen zueinander quer zu Höhenrichtung unterschritten wird.
Bevorzugt wird dabei von einer der Induktionsladevorrichtungen, bevorzugt von der mobilen Induktionsladevorrichtung, ein Pingsignal ausgesendet, welches von der anderen Induktionsladevorrichtung empfangen wird, wobei beim Empfangen des Pingsignals der Positionierbetrieb gestartet wird.
Der Positionierbetrieb wird zweckmäßig beendet, wenn die Energiespulen zueinander ausgerichtet sind. Sind die Energiespulen zueinander ausgerichtet, kann der Ladebetrieb beginnen.
Der Empfang der Positionierfelder in der anderen Induktionsladevorrichtung kann auf beliebige Weise erfolgen.
Vorteilhaft weist die die Positionierfelder empfangende Induktionsladevorrichtung zumindest einen zur zugehörigen Energiespule fixen Empfänger auf, welcher mit den Positionierfeldern der anderen Induktionsladevorrichtung wechselwirkt.
Vorstellbar ist es insbesondere, dass die Induktionsladevorrichtung einen einzigen solchen Empfänger aufweist.
Der jeweilige zumindest eine Empfänger kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein.
Beispielsweise kann zumindest einer der wenigstens einen Empfänger zumindest eine Spule, nachfolgend auch als Empfangsspule bezeichnet, aufweisen. Vorstellbar ist es, dass zumindest einer der wenigstens einen Empfänger eine solche Empfangsspule ist.
Zumindest eine der wenigstens einen Empfangsspulen kann der Energiespule der zugehörigen Induktionsladevorrichtung entsprechen. Das heißt, dass die Energiespule der Induktionsladevorrichtung im Ladebetrieb als Energiespule und zur Erkennung der Positionierung, das heißt im Erkennungsbetrieb, als Empfangsspule verwendet werden kann.
Vorteilhaft ist die Energiespule der empfangenden Induktionsladevorrichtung von der zumindest einen Empfangsspule unterschiedlich.
Die Induktionsladevorrichtungen kommen zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz, wobei im Ladebetrieb eine der Energiespulen als Primärspule und die andere Energiespule als Sekundärspule fungiert. Insbesondere wird dabei von der stationären Induktionsladevorrichtung induktiv Energie auf die mobile Induktionsladevorrichtung übertragen. Denkbar sind auch Varianten, bei denen die mobile Induktionsladevorrichtung induktiv Energie auf die stationäre Induktionsladevorrichtung überträgt. Denkbar ist auch eine bidirektionale Übertragung der Energie.
Die mobile Induktionsladevorrichtung ist bevorzugt an einer zugehörigen, mobilen Anwendung, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, angebracht. Bevorzugt wird dabei mittels der mobilen Induktionsladevorrichtung induktiv Energie auf die Anwendung übertragen, um beispielsweise eine Batterie der Anwendung, insbesondere des Kraftfahrzeugs, zu laden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist für zumindest einen der wenigstens einen Verhältnisbereiche eine Toleranz zugelassen. Dies erlaubt es insbesondere, dieselbe stationäre Induktionsladevorrichtung mit in der zugehörigen Anwendung unterschiedlich hoch angeordneten mobilen Induktionsladevorrichtungen, das heißt für unterschiedliche Abstände in Höhenrichtung, zu verwenden. Insbesondere ist es somit möglich, bei der Verwendung der mobilen Induktionsladevorrichtung in unterschiedlich hohen Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei einem Sportwagen, einem SUV oder einem Lastkraftwagen, dennoch eine zuverlässige und robuste Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander zu erreichen.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorstellbar, zu diesem Zweck für im Ladebetrieb unterschiedliche Abstände der Energiespulen in Höhenrichtung jeweils zugehörige Verhältnisbereiche vorab vorzugeben.
Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei welchen innerhalb des Rahmenvolumens ein sich in Höhenrichtung erstreckendes virtuelles Zielvolumen definiert wird, derart, dass die Energiespule der die Positionierfelder erzeugenden Induktionsladevorrichtung zumindest teilweise im Zielvolumen liegt. Zudem wird zumindest einer der Verhältnisbereiche derart vorgegeben, dass die Energiespule der die Positionierfelder empfangenden Induktionsladevorrichtung im Zielvolumen angeordnet ist. Wird also ein Verhältnis in dem dem Zielvolumen zugehörigen Verhältnisbereich ermittelt, wird erkannt, dass die Energiespulen innerhalb des Zielvolumens quer zur Höhenrichtung überlappen. Da das Zielvolumen kleiner ist als das Rahmenvolumen, wird somit eine erhöhte Präzision der Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander erreicht. Somit ist es ferner möglich, die Energiespulen präziser relativ zueinander auszurichten.
Das Rahmenvolumen und/oder das Zielvolumen können prinzipiell beliebig gewählt sein.
Zweckmäßig sind das Rahmenvolumen und das Zielvolumen derart gewählt, dass bei einem Überlapp der Energiespulen innerhalb des Rahmenvolumens bzw. des Zielvolumens im Ladebetrieb hohe Wirkungsgrade erzielt werden.
Bevorzugt ist das Rahmenvolumen und/oder das Zielvolumen derart gewählt, dass bei einer überlappenden Anordnung der Energiespulen innerhalb des Volumens im Ladebetrieb ein Wirkungsgrad von zumindest 90 % erreicht wird.
Dabei können dem Rahmenvolumen sowie dem Zielvolumen jeweils zugehörige Verhältnisbereiche zugeordnet werden. Zweckmäßig ist der zumindest eine dem Zielvolumen zugeordnete Verhältnisbereich enger als der zumindest eine dem Rahmenvolumen zugeordnete Verhältnisbereich.
Beispielsweise kann zumindest einer der wenigstens einen dem Zielvolumen zugeordneten Verhältnisbereiche zwischen 1:0,1 und 0,1:1 betragen.
Beispielsweise kann zumindest einer der wenigstens einen dem Rahmenvolumen zugeordneten Verhältnisbereiche zwischen 10:0,05 und 0,05:10 betragen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird zumindest zwei der gegenüberliegenden Intensitätsmaxima eine Richtung zugeordnet. Dies erlaubt es insbesondere zu erkennen, dass die Energiespulen in der Richtung überlappen.
Bevorzugt sind dementsprechend Ausführungsformen, bei denen die Positionierfelder derart erzeugt werden, dass die Intensitätsmaxima von zumindest zwei Positionierfeldern in einer quer zur Höhenrichtung verlaufenden Längsrichtung gegenüberliegend angeordnet sind, wobei diese Positionierfelder nachfolgend auch als Längs-Positionierfelder bezeichnet werden. Ferner wird für zumindest zwei der Längs-Positionierfeldern vorab ein zugehöriger Verhältnisbereich vorgegeben wird, welcher nachfolgend auch als Längs-Verhältnisbereich bezeichnet wird. Aus den empfangenen Positionierfeldern wird zwischen zumindest zwei der Längs-Positionierfeldern ein Verhältnis ermittelt, welches nachfolgend auch als Längs-Verhältnis bezeichnet wird. Sofern das ermittelte Längs-Verhältnis innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Längs-Verhältnisbereichs liegt, wird erkannt, dass die Energiespulen in Längsrichtung überlappen.
Bevorzugt sind dementsprechend Ausführungsformen, bei denen die Positionierfelder derart erzeugt werden, dass die Intensitätsmaxima von zumindest zwei Positionierfeldern in einer quer zur Höhenrichtung verlaufenden Querrichtung gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Positionierfelder nachfolgend auch als Quer-Positionierfelder bezeichnet werden. Für zumindest zwei der Quer-Positionierfeldern wird zudem vorab ein zugehöriger Verhältnisbereich vorgegeben, welcher nachfolgend auch als Quer-Verhältnisbereich bezeichnet wird. Aus den empfangenen Positionierfeldern wird ein Verhältnis zwischen zumindest zwei der Quer-Positionierfeldern ermittelt, welches nachfolgend auch als Quer-Verhältnis bezeichnet wird. Sofern das ermittelte Quer-Verhältnis innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Quer-Verhältnisbereichs liegt, wird erkannt, dass die Energiespulen in Querrichtung überlappen.
Bevorzugt ist es, wenn sowohl zumindest zwei Längs-Positionierfelder und zumindest zwei Quer-Positionierfelder erzeugt werden, wobei für zumindest zwei Längs-Positionierfelder ein zugehöriger Quer-Verhältnisbereich und für zumindest zwei Quer-Positionierfelder ein zugehöriger Quer-Verhältnisbereich vorab vorgegeben wird, und wobei aus den empfangenen Positionierfeldern zumindest ein Längs-Verhältnis und zumindest eine Quer-Verhältnis ermittelt wird. Dies führt zu einer erhöhten Präzision der Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander.
Bevorzugt ist es dementsprechend, wenn ein Überlappen der Energiespulen erkannt wird, sofern, das ermittelte Längs-Verhältnis innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Längs-Verhältnisbereichs liegt, und wenn das ermittelte Quer-Verhältnis innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Quer-Verhältnisbereichs liegt.
Die Längsrichtung und die Querrichtung verlaufen zweckmäßig mit einem Winkel zueinander. Vorteilhaft verlaufenden Längsrichtung und die Querrichtung zueinander zumindest geneigt.
Bevorzugt verlaufen die Längsrichtung und die Querrichtung quer zueinander. Dies erlaubt eine vereinfachte Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander. Zudem lässt sich die überlappende Anordnung der Energiespulen durch eine relative Bewegung der Induktionsladevorrichtungen zueinander auf diese Weise vereinfacht umsetzen.
Bevorzugt ist es dabei, wenn beim Einsatz der mobilen Induktionsladevorrichtung in einem Kraftfahrzeug die Längsrichtung der X-Richtung und die Querrichtung der Y-Richtung des Kraftfahrzeugs entsprechen, oder umgekehrt.
Vorstellbar ist es, die Längs-Positionierfelder in der stationären Induktionsladevorrichtung zu erzeugen und in der mobilen Induktionsladevorrichtung zu empfangen und die Quer-Positionierfelder in der mobilen Induktionsladevorrichtung zu erzeugen und in der stationären Induktionsladevorrichtung zu empfangen, oder umgekehrt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden alle Positionierfelder in der einen Induktionsladevorrichtung erzeugt und in der anderen Induktionsladevorrichtung empfangen. Dies führt zu einer vereinfachten Durchführung des Verfahrens.
Als bevorzugt gelten Ausführungsformen, bei denen die Positionierfelder derart erzeugt werden, dass in Längsrichtung zwei zueinander beabstandete Paare der Intensitätsmaxima gegenüberliegend angeordnet sind und/oder in Querrichtung zwei zueinander beanstandete Paare der Intensitätsmaxima gegenüberliegend angeordnet sind. Somit stehen für die Erkennung der überlappenden Anordnung der Energiespulen in Längsrichtung und/oder in Querrichtung jeweils zwei Verhältnisse bzw. zugehörige Verhältnisbereiche zu Verfügung. Dies führt zu einer erhöhten Präzision der Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander.
Bevorzugt ist es, wenn die Positionierfelder derart erzeugt werden, dass in Längsrichtung zwei zueinander beabstandete Paare der Intensitätsmaxima gegenüberliegend angeordnet sind und in Querrichtung zwei zueinander beanstandete Paare der Intensitätsmaxima gegenüberliegend angeordnet sind.
Vorteilhaft wird das Verhältnis beider der die gegenüberliegenden Intensitätsmaxima aufweisenden Positionierfelder ermittelt und bei einer Abweichung der Verhältnisse oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts zum Erkennen der relativen Position das Verhältnis der Positionierfelder mit der niedrigeren Intensität verwendet wird. Da das Intensitätsmaximum des jeweiligen Positionierfelds einen örtlichen Verlauf in der Art eines Doppel-Höckers aufweist, wird somit vermieden, dass ermittelte Verhältnisse zwischen den beiden Höckern zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander zum Einsatz kommen. In der Folge werden Verfälschungen in der Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander verhindert oder zumindest reduziert.
Vorteilhaft werden das Verhältnis beider der die gegenüberliegenden Intensitätsmaxima aufweisenden Positionierfelder ermittelt und bei Übereinstimmung der Verhältnisse in einen vorgegebenen Wertebereich zur Erkennung der relativen Position die beiden Verhältnisse gemittelt. Dies führt zu einer erhöhten eine Genauigkeit und Robustheit zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen.
Unter einer Übereinstimmung der beiden Verhältnisse ist dabei insbesondere zu verstehen, dass die beiden Verhältnisse im Wesentliche gleich oder innerhalb eines vorgegebenen Mittelbereichs liegen.
Zum Erzeugen der Längs-Positionierfelder und der Quer-Positionierfelder kommen vorteilhaft vier Sendespulen zum Einsatz. Es versteht sich aber, dass auch mehr als vier Positionierfelder und somit Sendespulen zum Einsatz kommen können.
Bevorzugt werden die Sendespulen dabei in den Ecken eines Rechtecks angeordnet. Somit ist das mit der jeweiligen Sendespule erzeugte Positionierfeld sowohl ein Quer-Positionierfeld als auch ein Längs-Positionierfeld. Dies führt zu einer vereinfachten Ausbildung der die Sendespulen aufweisenden Induktionsladevorrichtung.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird bei einer Abweichung des ermittelten Verhältnisses vom zugehörigen Verhältnisbereich hin zu einem Intensitätsmaximum eines der zugehörigen Positionierfelder ein Versatz der Energiespule der die Positionierfelder empfangenden Induktionsladevorrichtung zur Energiespule der die Positionierfelder erzeugenden Induktionsladevorrichtung hin zu demjenigen Intensitätsmaximum erkannt, zu welchem das ermittelten Verhältnis hin versetzt ist. Somit wird also nicht nur ein Versatz der Energiespulen zueinander, sondern auch eine Richtung des Versatzes erkannt. Neben einer erhöhten Präzision der Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander ist es somit möglich, eine relative Bewegung der mobilen Induktionsladevorrichtung zur stationären Induktionsladevorrichtung derart durchzuführen, dass dieser Versatz behoben wird. Das heißt, dass auf diese Weise eine vereinfachte entsprechende Navigation der mobilen Induktionsladevorrichtung bzw. der zugehörigen Anwendung ermöglicht wird.
Bevorzugt wird abhängig vom einem ermittelten Wert zumindest eines ermittelten Verhältnisses zum zugehörigen Verhältnisbereich ein Positioniersignal ausgegeben.
Das Positioniersignal kann über eine Ausgabeeinrichtung als Hinweise für eine Person zum Navigieren der mobilen Induktionsladevorrichtung bzw. der zugehörigen Anwendung und/oder oder als Steuersignal zur automatisierten Navigation der mobilen Induktionsladevorrichtung bzw. der zugehörigen Anwendung derart zueinander zum Einsatz kommen, dass die Navigation zu einer quer zur Höhenrichtung insgesamt überlappenden Anordnung der Energiespulen zueinander führt.
Bevorzugt werden die Positionierfelder derart erzeugt, dass bei einem vorgegebenen Zentrier-Längs-Verhältnis im Längs-Verhältnisbereich eine zentrierte Anordnung der Energiespulen in Längsrichtung vorliegt. Somit kann eine in Längsrichtung zentrierte überlappende Anordnung der Energiespulen zueinander erkannt und/oder eine Navigation hin zu einer solchen Anordnung vereinfacht erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich, bevorzugt zusätzlich, werden die Positionierfelder derart erzeugt, dass bei einem vorgegebenen Zentrier-Quer-Verhältnis im Querverhältnis-Verhältnisbereich eine zueinander zentrierte Anordnung der Energiespulen in Querrichtung vorliegt. Somit kann eine in Querrichtung zentrierte überlappende Anordnung der Energiespulen zueinander erkannt und/oder eine Navigation hin zu einer solchen Anordnung vereinfacht erreicht werden.
In der Summe ist es somit möglich, eine insgesamt zentrierte Anordnung der Energiespulen zueinander quer zur Höhenrichtung zu erreichen. Dies führt zu einem erhöhten Wirkungsgrad im Ladebetrieb.
Das jeweilige Zentrier-Verhältnis kann prinzipiell beliebig gewählt sein. Insbesondere kann zumindest eines der Zentrier-Verhältnisse 1:1 oder im Wesentlichen 1:1 betragen. Somit lässt sich die zentrierte Anordnung vereinfacht erkennen und/oder eine Navigation hin zur zentrierten Anordnung vereinfacht erreichen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Positionierfelder derart erzeugt, dass zumindest einer der Verhältnisbereiche, bevorzugt der jeweilige Verhältnisbereich, zu den Intensitätsmaxima der zugehörigen Positionierfeldern beabstandet ist. Das heißt, dass die Intensitätsmaxima außerhalb zumindest eines der wenigstens einen Verhältnisbereiche, bevorzugt außerhalb aller Verhältnisbereiche, liegen. Da das Intensitätsmaximum des jeweiligen Positionierfelds, wie vorstehend erläutert, einen örtlichen Verlauf in der Art eines Doppel-Höckers aufweist, wird somit vermieden, dass ermittelte Verhältnisse zwischen den beiden Höckern zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander zum Einsatz kommen. In der Folge werden Verfälschungen in der Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander verhindert oder zumindest reduziert.
Prinzipiell können zumindest zwei der Positionierfelder mit unterschiedlichen Intensitätsverläufen erzeugt werden.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen werden Positionierfelder mit gleichen Intensitätsverläufen erzeugt. Somit wird das Betreiben der die Positionierfelder erzeugenden Induktionsladevorrichtung und/oder ein vereinfachter Empfang und/oder eine vereinfachte Unterscheidung der Positionierfelder erreicht.
Bevorzugt ist es, die Positionierfelder derart zu erzeugen, dass ein Gesamt-Intensitätsverlauf der Positionierfelder zur Energiespule der die Positionierfelder erzeugenden Induktionsladevorrichtung symmetrisch ist. Somit kann anhand des Symmetrie des Gesamt-Intensitätsverlaufs die relative Position der Energiespulen zueinander vereinfacht erkannt und/oder die Navigation hin zur zentrierten Anordnung vereinfacht umgesetzt werden.
Die Erzeugung der Positionierfelder, derart, dass sie voneinander unterscheidbar sind, kann prinzipiell auf beliebige Weise erfolgen.
Denkbar ist es insbesondere, dass die Positionierfelder mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt werden, sodass die Positionierfelder voneinander unterscheidbar sind.
Vorteilhaft werden Positionierfelder mit Frequenzen im Bereich zwischen 5 kHz und 150kHz erzeugt. Bevorzugt werden die Positionierfelder mit Frequenzen zwischen 110 kHz und 148,5 kHz, besonders bevorzugt zwischen 120 kHz und 145 kHz, erzeugt.
Die den Sendespulen zugehörigen Frequenzen liegen dabei bevorzugt möglichst eng zueinander beabstandet, damit das gesamte benötigte Frequenzenspektrum klein ist. Die Frequenzen liegen beispielsweise 5 kHz oder 1 kHz oder 100 Hz oder 1 oderwenige Herz auseinander.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorstellbar, die Positionierfelder mit jeweils zugehörigen Tastgraden zu erzeugen, sodass die Positionierfelder unterscheidbar sind. Die Unterscheidung der Positionierfelder erfolgt also mittels sogenannter „Duty Cycles“. Der Einsatz von Dutycycles führt dazu, dass die Positionierfelder mit derselben Frequenz bzw. dem selben Frequenzband erzeugt werden können. Somit werden also weniger Frequenzen benötigt. Dies führt zudem insbesondere zu eine, reduzierten Einfluss der Positioniervorrichtung auf sich in der Nähe befinden der Komponenten.
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Positionierfelder in der stationären Induktionsladevorrichtung erzeugt und in der mobilen Induktionsladevorrichtung empfangen. Da zum Ausrichten der Energiespulen zueinander eine relative Bewegung der mobilen Induktionsladevorrichtung zur stationären Induktionsladevorrichtung erfolgt, kann somit das Ermitteln des zumindest einen Verhältnisses und die Erkennung, ob ein Überlapp der Energiespulen vorliegt, in der mobilen Induktionsladevorrichtung erfolgen. Im Vergleich zu einer entsprechenden Ermittlung in der stationären Induktionsladevorrichtung und eine Übertragung auf die mobile Induktionsladevorrichtung bzw. der zugehörigen Anwendung liegen somit die Ergebnisse in der mobilen Induktionsladevorrichtung bzw. in der Anwendung vor. Mit anderen Worten, eine Latenz bei der Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander wird verhindert oder zumindest reduziert. Dies führt insbesondere zu einer flüssigen Navigation der mobilen Induktionsladevorrichtung bzw. der die mobile Induktionsladevorrichtung aufweisenden Anwendung.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen zueinander in beliebigen Abständen zum Einsatz kommen. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Navigation und Ausrichtung der Energiespulen zueinander in beliebigen Abstandsbereichen zum Einsatz kommen.
Vorteilhaft kommt das Verfahren zur Erkennung der relativen Position und/oder zur Navigation im sogenannten Nahfeld, also bei Abständen von weniger als 1,5 m, bevorzugt weniger als 1,0m, insbesondere weniger als 0,5 m, zum Einsatz.
Die Induktionsladevorrichtungen sind üblicherweise Bestandteil eines Systems.
Bevorzugt ist im System die mobile Induktionsladevorrichtung an einer zugehörigen mobilen Anwendung, insbesondere an ein Kraftfahrzeug, angebracht.
Das Verfahren kann durch ein Computerprogrammprodukt ausgeführt werden, welches entsprechend ausgestaltet ist.
Das Computerprogrammprodukt zur Erkennung der relativen Position zwischen den Energiespulen der stationären Induktionsladevorrichtung und der mobilen Induktionsladevorrichtung enthält vorteilhaft durch ein Computersystem auslesbare Anweisungen, derart, dass das Computersystem beim Ausführen des Computerprogrammprodukts das Verfahren ausführt.
Das Computerprogrammprodukt ist vorteilhaft auf ein zumindest einen nichtflüchtigen Speicher aufweisenden Speichersystem gespeichert.
Das Computerprogrammprodukt enthält vorteilhaft Befehle, die bewirken, dass das System das Verfahren ausführt.
Es versteht sich, dass auch das Computerprogrammprodukt zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Es versteht sich ferner, dass das System ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung gehört. Zum Durchführen des Verfahrens kann das System eine entsprechend ausgestaltete Steuereinrichtung aufweisen.
Die Steuereinrichtung kann das Computerprogrammprodukt zumindest teilweise enthalten und/oder das Computersystem zumindest teilweise aufweisen.
Es versteht sich ferner, dass eine mobile Anwendung, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit der mobilen Induktionsladevorrichtung eines solchen Systems ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Systems zur induktiven Energieübertragung,
2 eine schematische Darstellung von virtuellen Volumina,
3 eine vereinfachte Draufsicht auf eine stationäre Induktionsladevorrichtung des Systems,
4 einen Schnitt durch die stationäre Induktionsladevorrichtung,
5 ein Diagramm mit Positionierfeldern,
6 eine vereinfachte Draufsicht auf Sendespulen und einen Empfänger des Systems,
7 ein Diagramm mit vom Empfänger empfangenden mit Positionsfeldern,
8 ein Diagramm mit anderen vom Empfänger empfangenden mit Positionsfeldern,
9 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Erkennung der relativen Position von Energiespulen einer mobilen Induktionsladevorrichtung und einer stationären Induktionsladevorrichtung,
10 eine Draufsicht auf eine Energiespule einer Induktionsladevorrichtung mit Sendespulen.

Ein System 1, wie es in 1 stark vereinfacht und schaltplanartig dargestellt ist, dient der induktiven Energieübertragung auf eine mobile Anwendung 100, insbesondere um eine Batterie 102 der mobilen Anwendung 100 zu laden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Anwendung 100 um ein Kraftfahrzeug 101. Das System 1 weist zu diesem Zweck zwei miteinander in einem Ladebetrieb induktiv zusammenwirkende Induktionsladevorrichtungen 2, nämlich eine stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a und eine mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b für die Anwendung 100 auf. Zur induktiven Energieübertragung im Ladebetrieb weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 2 eine zugehörige Spule 3 auf. Diese Spulen 3 werden nachfolgend auch als Energiespulen 3 bezeichnet. Somit weist die stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a eine stationäre Energiespule 3, 3a und die mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b eine mobile Energiespule 3, 3b auf. Eine der Energiespulen 3 dient also Ladebetrieb als Primärspule 12, welche ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in der anderen, als Sekundärspule 13 dienenden Energiespule 3 eine Spannung zur Energieübertragung induziert. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Energiespulen 3 jeweils als eine Flachspule 7 ausgebildet. Im Ladebetrieb sind die Induktionsladevorrichtungen 2 in einer Höhenrichtung 200 zueinander beabstandet. Um den Ladebetrieb zu ermöglichen und im Ladebetrieb hohe Wirkungsgrade zu erzielen, werden die Energiespulen 3 relativ zueinander quer zur Höhenrichtung 200, also in einer quer zur Höhenrichtung 200 verlaufenden Längsrichtung 201 und in einer quer zur Höhenrichtung 200 und quer zur Längsrichtung 201 verlaufenden Querrichtung 202, positioniert. Zu diesem Zweck wird die relative Position der Energiespulen 3 zueinander erkannt. Vorteilhaft erfolgt dies vor dem Ladebetrieb, um eine optimale relative Positionierung der Energiespulen 3 zueinander und somit einen erhöhten Wirkungsgerad zu erreichen.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird im Ladebetrieb Energie von der stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2a auf die mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b übertragen, um eine Batterie 102 des Kraftfahrzeugs 101 zu laden. Dementsprechend dient im Ladebetrieb die stationäre Energiespule 3, 3a als Primärspule 12 und die mobile Energiespule 3, 3b als Sekundärspule 13. Wie 1 entnommen werden kann, weist die mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2a im gezeigten Ausführungsbeispiel einen zwischen der Sekundärspule 13 und der Batterie 102 geschalteten Gleichrichter 14 auf, um die in der Sekundärspule 13 induzierte Wechselspannung in eine gleichgerichtete Spannung umzuwandeln. Ferner entspricht in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Höhenrichtung 200 der Z-Richtung des Kraftfahrzeugs 101. Zudem entsprechen die Längsrichtung 201 und die Querrichtung 202 rein beispielhaft der X-Richtung bzw. der Y-Richtung des Kraftfahrzeugs 101.
Zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen 3 zueinander werden in einer der Induktionsladevorrichtungen 2 zumindest zwei Felder 60 erzeugt, welche nachfolgend mit Bezug auf 5 näher erläutert werden. Diese Felder 60 werden nachfolgend auch als Positionierfelder 60 bezeichnet. Die Positionierfelder 60 werden derart erzeugt, dass sie voneinander unterscheidbar sind, und derart, dass die Energiespule 3 der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 2 relativ zu den Positionierfeldern 60 fix positioniert ist. Ferner werden die Positionierfelder 60 derart erzeugt, dass die Energiespule 3 der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 2 zumindest teilweise in einem von zumindest zwei Intensitätsmaxima 61 von zumindest zwei der Positionierfeldern 60 begrenzten und sich in Höhenrichtung 200 erstreckenden virtuellen Volumen 51 liegt, welches nachfolgend mit Bezug auf 2 näher erläutert wird. Das Volumen 51 wird nachfolgend auch als Rahmenvolumen bezeichnet 51 bezeichnet. Die Positionierfelder 60 werden an zumindest einer zur Energiespule 3 der anderen Induktionsladevorrichtung 2 fixen Position empfangen. Dabei wird ein Verhältnisbereich 63 (siehe 5) von zumindest zwei der empfangenen Positionierfeldern 60 vorab vorgegeben, für welchen die Energiespule 3 der die Positionierfelder 60 empfangenden Induktionsladevorrichtung 2 im Rahmenvolumen 51 angeordnet ist. Zur Erkennung der relativen Position der Energiespulen 3 zueinander wird das Verhältnis 62 zwischen zumindest zwei der empfangenen Positionierfeldern 60 ermittelt. Sofern zumindest eines der wenigstens einen ermittelten Verhältnisse 62 innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Verhältnisbereichs 63 liegt, wird erkannt, dass die Energiespulen 3 im Rahmenvolumen 51 angeordnet sind und quer zur Höhenrichtung 200 überlappen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das jeweilige Positionierfeld 60 ein magnetisches Positionierfeld 60. Die vorab Vorgabe des jeweiligen Verhältnisbereichs 63 erfolgt durch eine fixe Vorgabe, sodass der Verhältnisbereich 63 hinterlegt ist und eine Kalibrierung entfällt.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird das jeweilige Positionierfeld 60 mit einer zugehörigen Spule 5 erzeugt, welche nachfolgend auch als Sendespule 5 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird das jeweilige Positionierfeld 60 mit zumindest einem Empfänger 6 empfangen, welcher mit den Positionierfeldern 60 wechselwirkt und in den gezeigten Ausführungsbeispielen als eine Spule 15 ausgebildet ist, die nachfolgend als Empfangsspule 15 bezeichnet wird. Die Sendespulen 5 und die zumindest eine Empfangsspule 15 können dabei Bestandteile einer Positioniervorrichtung 4 des Systems 1 sein (siehe 1).
Wie beispielsweise 2 entnommen werden kann, sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen insgesamt vier Sendespulen 5, nämlich eine erste Sendespule 5, 5a, eine zweite Sendespule 5, 5b, eine dritte Sendespule 5, 5c sowie eine vierte Sendespule 5, 5d vorgesehen. Folglich werden insgesamt vier voneinander unterscheidbare Positionierfelder 60 erzeugt, nämlich ein erstes Positionierfeld 60, 60a, ein zweites Positionierfeld 60, 60b, ein drittes Positionierfeld 60, 60c sowie ein viertes Positionierfeld 60, 60d (siehe 7 und 8). In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist zudem ein einziger Empfänger 6 zum Empfangen der Positionierfelder 60 vorgesehen. In der in 1 gezeigten Ansicht sind lediglich zwei der Sendespulen 5 sichtbar. Aufgrund des Unterschieds zwischen den Positionierfeldern 60 kann dabei mittels des zumindest einen Empfängers 6 zwischen den Positionierfeldern 60 unterschieden werden.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden die Positionierfelder 60 in einer der Induktionsladevorrichtungen 2 erzeugt und in der anderen Induktionsladevorrichtung 2 empfangen. Dabei werden in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Positionierfelder 60 in der mobilen Induktionsladevorrichtung 2, 2a erzeugt und in der stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2b empfangen. Dementsprechend weist die stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a die Sendespulen 5 und die mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b den zumindest eine Empfänger 6 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Sendespulen 5 von der ersten Energiespule 3, 3a unterschiedlich. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die zumindest eine Empfängerspule 15 rein beispielhaft von der zweiten Energiespule 3, 3b unterschiedlich. Wie beispielsweise in 2 gezeigt, sind die Sendespulen 5 zueinander beabstandet und jeweils zwei der Sendespulen 5 gegenüberliegend angeordnet.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Sendespulen 5 gleich ausgebildet, also Gleichteile. Dabei ist die jeweilige Sendespule 5 eine Flachspule 7.
Das voneinander unterscheidbare Erzeugen der Positionierfelder 60 erfolgt in den gezeigten Ausführungsbeispielen dadurch, dass das jeweilige magnetische Positionierfeld 60 mit einer zugehörigen Frequenz erzeugt wird. Das heißt, dass die jeweilige Sendespule 5 mit einer zugehörigen Frequenz betrieben wird, sodass die Positionierfelder 60 voneinander unterscheidbar sind. Dabei liegen die Frequenzen insbesondere im Bereich zwischen 120 kHz und 145 kHz und sind zueinander beispielsweise mit einigen Hz bis kHz beabstandet. Beispielsweise können die Frequenzen 5 kHz oder 1 kHz oder 100 Hz oder weniger auseinander liegen. Ebenso ist eine Unterscheidung mittels Duty Cycles möglich..
2 zeigt eine schematische Ansicht, in welcher lediglich die Sendespulen 5 und die Energiespule 3 der die Sendespulen 5 aufweisenden Induktionsladevorrichtung 2, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also der stationären Energiespule 3, 3a, des Systems 1 gezeigt sind.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird das jeweilige Positionierfeld durch eine zugehörige Sendespule 5 erzeugt, sind die geometrischen Anordnungen der Positionierfelder 60 und der Sendespulen 5 als analog zu betrachten. So sind beispielsweise die von 2 gegenüberliegenden Sendespulen 5 erzeugten Positionierfelder 60 parallel zur gegenüberliegenden Anordnung der Sendespulen 5 gegenüberliegende Intensitätsmaxima 61 auf.
Wie 2 entnommen werden kann, ist die Anordnung der Sendespulen 5 derart, dass die Sendespulen 5 einen virtuellen Rahmen 50 begrenzen. Der Rahmen 50 ist somit eine von den Sendespulen 5 begrenzte, virtuelle Fläche. Der virtuelle Rahmen 50 definiert dabei das sich ausgehend von Rahmen 50 in Höhenrichtung 200 erstreckende Rahmenvolumen 51. Dabei ist die Energiespule 3 der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 2, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also die stationäre Energiespule 3, 3a, zumindest teilweise im virtuellen Rahmenvolumen 51 angeordnet. Die Energiespule 3 der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 2 ist somit entweder zumindest teilweise im Rahmen 50 oder in Höhenrichtung 200 zum Rahmen 50 versetzt und folglich im Rahmenvolumen 51 angeordnet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Sendespulen 5 zur Energiespule 3 der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 2 und somit zur stationären Energiespule 3, 3a in Höhenrichtung 200 beabstandet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind ferner jeweils zwei der Sendespulen 5 in Längsrichtung 201 und in Querrichtung 202 gegenüberliegend angeordnet. Die in Längsrichtung 201 gegenüberliegenden Sendespulen 5 werden nachfolgend auch als Längs-Sendespulen 5, 5x und die in Querrichtung 202 gegenüberliegenden Sendespulen 5 nachfolgend auch als Quer-Sendespulen 5, 5y bezeichnet. Dem folgend werden die von den Längs-Sendespulen 5, 5x erzeugten Positionierfelder 60 nachfolgend relativ zueinander auch als Längs-Positionierfelder 60, 60x und die von den Quer-Sendespulen 5, 5y erzeugten Positionierfelder 60 nachfolgend relativ zueinander auch als Quer-Positionierfelder 60, 60y bezeichnet.
Wie beispielsweise in 2 gezeigt ist, sind die Sendespulen 5 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in den Ecken 57 eines als Rechteck 55 geformten Vierecks 54 angeordnet, sodass der Rahmen 50 die Form eines Rechtsecks 55 aufweist. Somit ist das Rahmenvolumen 51 quaderförmig. Beim Ausführungsbeispiel der 2 weist der Rahmen 50 die Form eines Quadrats 56 auf. Durch die Anordnung der Sendespulen 5 in den Ecken 57 des Rechtecks 55 ist die jeweilige Sendespule 5 sowohl eine Längs-Sendespule 5, 5x als auch eine quer-Sendespule 5, 5y. Somit sind mit den vier Sendespulen 5 jeweils zwei Paar von in Längsrichtung 201 und in Querrichtung 202 gegenüberliegenden Sendespulen 5 vorhanden. Analog hierzu ist das jeweilige Positionierfeld 60 sowohl ein Längs-Positionierfeld 60, 60x als auch ein Quer-Positionierfeld 60, 60y. Folglich sind in Längsrichtung 201 zwei zueinander beabstandete Paare der Intensitätsmaxima 61 gegenüberliegend angeordnet sind und in Querrichtung 202 zwei zueinander beanstandete Paare der Intensitätsmaxima 61 gegenüberliegend angeordnet.
Anhand des zumindest einen ermittelten Verhältnisses 62 wird ferner erkannt, ob sich die Energiespule 3 der den zumindest einen Empfänger 6 aufweisenden Induktionsladevorrichtung 2 innerhalb des virtuellen Rahmenvolumens 51 befindet und abhängig davon ein Positioniersignal ausgegeben. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird also anhand des zumindest einen Verhältnisses 62 erkannt, ob sich die mobile Energiespule 3, 3b innerhalb des Rahmenvolumens 51 befindet und somit in Höhenrichtung 200 oberhalb der stationären Energiespule 3, 3a angeordnet ist und zudem quer zur Höhenrichtung 200 zumindest teilweise mit der stationären Energiespule 3, 3a überlappt.
Wie 2 entnommen werden kann, ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen innerhalb des Rahmens 50 ein virtueller Zielbereich 52 definiert. Der Zielbereich 52 ist somit kleiner als der Rahmen 50. Dabei definierte der Zielbereich 52 innerhalb des Rahmenvolumens 51 ein sich in Höhenrichtung 200 erstreckendes, virtuelles Volumen 53, welches nachfolgend auch als Zielvolumen 53 bezeichnet wird und in 2 gestrichelt gezeigt ist. Die Energiespule 3 der die Sendespulen 5 aufweisenden Induktionsladevorrichtung 2, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also die stationäre Energiespule 3, 3a, ist dabei zumindest teilweise im Zielvolumen 53 angeordnet. Dabei wird der jeweilige Verhältnisbereiche 63 derart vorgegeben, dass die Energiespule 3 der die Positionierfelder 60 empfangenden Induktionsladevorrichtung 2 im Zielvolumen 53 angeordnet ist.
Das Rahmenvolumen 51 sowie das Zielvolumen 53 sind derart definiert, das bei einer entsprechenden Anordnung der Energiespulen 3 im Rahmenvolumen 51 und im Zielvolumen 53 ein hoher Wirkungsgrad im Ladebetrieb, beispielsweise zumindest 90%, erreicht wird. Dabei ist das Zielvolumen 53 derart gewählt, dass der Wirkungsgrad bei einer Anordnung beider Energiespulen 3 im Zielvolumen 53 größer ist als bei einer Anordnung beider Energiespulen 3 im Rahmenvolumen 51.
Wie in 3 angedeutet, ist das Zielvolumen 53 in der Projektion in Höhenrichtung 200 und somit der Zielbereich 52 kleiner als die zugehörige Induktionsladevorrichtung 2, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also kleiner als die stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a.
Das Positioniersignal kann zum manuellen Bewegen der Anwendung 100 oder zum autonomen Bewegen der Anwendung 100 eingesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs 101 kann das Positioniersignal also dazu eingesetzt werden, einem nicht gezeigten Fahrzeugführer zu signalisieren, ob eine gewünschte Ausrichtung der Energiespulen 3 zueinander vorliegt. Zu diesem Zweck kann das Kraftfahrzeug 101, wie 1 angedeutet, eine Ausgabeeinrichtung 103 aufweisen, welche entsprechende Signale ausgibt.
Die Erkennung des Überlappens der Energiespulen 3 ist anhand der 5 erläutert. 5 zeigt den Verlauf von zwei Positionierfeldern 60, welche mittels zwei der In Längsrichtung 201 oder zwei der in Querrichtung 202 gegenüberliegenden Sendespulen 5 erzeugt werden. In 5 sind also wahlweise die gezeigten Positionierfelder 60 Längs-Positionierfelder 60, 60x oder Quer-Positionierfelder 60, 60y . Dabei ist eines der Positionierfelder 60 zur besseren Unterscheidung gestrichelt gezeigt. 5 zeigt dabei den Intensitätsverlauf 64 der Längs-Positionierfelder 60, 60x entlang der Längsrichtung 201 bzw. der der Quer-Positionierfelder 60, 60y entlang der Querrichtung 202. Entsprechend 5 fallen die Positionierfelder 60 der gegenüberliegenden Sendespulen 5 im Zielvolumen 53 zusammen. Wie 5 entnommen werden kann, weisen die Positionierfelder 60 gleiche Intensitätsverläufe 64 auf. Das heißt, dass die Positionierfelder 60 jeweils mit gleicher Feldverteilung erzeugt werden. Ferner sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Sendespulen 5 derart ausgebildet und die Positionierfelder 60 derart erzeugt, dass ein Gesamt-Intensitätsverlauf 66 der von den Sendespulen 5 erzeugten Positionierfelder 60 symmetrisch zwischen den gegenüberliegenden Sendespulen 5 und somit Intensitätsmaxima 61 sowie bezüglich der stationären Energiespule 3, 3b symmetrisch ist.
Wie 5 ferner entnommen werden kann, weist das jeweilige Positionierfeld 60 einen Intensitätsverlauf 64 mit zu einem Intensitätsmaximum 61 führenden Intensitätsflanken 65 auf. Wie 5 ferner entnommen werden kann, sind die Intensitätsmaxima 61 zueinander beabstandet. Entsprechend sind die Sendespulen 5 angeordnet und/oder werden die Positionierfelder 60 erzeugt. Wie 5 ferner entnommen werden kann, ist das Intensitätsmaximum 61 des jeweiligen Positionierfelds 60 in der Art eines Doppel-Höckers geformt. Dies liegt insbesondere daran, dass der Empfänger 6 bei einer entsprechenden Positionierung einen Übergang der nicht gezeigten Magnetfeldlinien wahrnimmt. Wie in 5 angedeutet ist, ist dabei der jeweilige Verhältnisbereich 62 zwischen aufeinanderfolgenden Intensitätsflanken 65 der mittels den gegenüberliegenden, zugehörigen Sendespulen 5 erzeugten Positionierfeldern 60 angeordnet und zu den Intensitätsmaxima 61 beabstandet. Dabei ist für die Längs-Positionierfelder 60, 60x mit in Längsrichtung 201 gegenüberliegenden Intensitätsmaxima 61 jeweils ein zugehöriger Längs-Verhältnisbereich 63, 63x vorab vorgegeben und für die Quer-Positionierfelder 60, 60y mit in Querrichtung 202 gegenüberliegenden Intensitätsmaxima 61 jeweils ein zugehöriger Quer-Verhältnisbereich 63, 63y vorab vorgegeben. Die vorgegebenen Verhältnisbereiche 63 sind dabei vorzugsweise hinterlegt, sodass durch einen einfachen Vergleich zwischen dem ermittelten Verhältnis 62 mit dem zugehörigen Verhältnisbereich 63 erkannt wird, ob ein entsprechender Überlapp zwischen den Energiespulen 3 vorliegt.
Das heißt, dass die Längs-Sendespulen 5, 5x derart angeordnet sind und die Längs-Positionierfelder 60, 60x derart erzeugt werden, dass die Intensitätsmaxima 61 von zwei Längs-Positionierfeldern 60, 60x in Längsrichtung 201 gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei wird für zumindest zwei der Längs-Positionierfeldern 60, 60x vorab ein zugehöriger Längs-Verhältnisbereich 63, 63x vorgegeben. Aus den mittels des Empfängers 6 empfangenen Längs-Positionierfeldern 60, 60x wird ein Längs-Verhältnis 62, 62x zwischen zumindest zwei der Längs-Positionierfeldern 60, 60x ermittelt. Ein Überlapp der Energiespulen 3, innerhalb des Zielvolumens 53 in Längsrichtung 201 wird erkannt, wenn das ermittelte Längs-Verhältnis 62, 62x innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Längs-Verhältnisbereichs 63, 63x liegt. Analoges gilt für den Überlapp in Querrichtung 202. Das heißt, dass die Quer-Sendespulen 5, 5y derart angeordnet und/oder die Quer-Positionierfelder 60,60y derart erzeugt werden, dass die Intensitätsmaxima 61 von zwei Quer-Positionierfeldern 60, 60y in Querrichtung 202 gegenüberliegend angeordnet sind. Ferner wird für zumindest zwei der Quer-Positionierfeldern 60, 60y vorab ein zugehöriger Quer-Verhältnisbereich 63, 63y vorgegeben. Im Positionierbetrieb wird aus mittels des Empfängers 6 empfangenen Quer-Positionierfeldern 60, 60y ein Quer-Verhältnis 62, 62y zwischen zumindest zwei der Quer-Positionierfeldern 60, 60y ermittelt. Dabei wird ein Überlapp 3 der Energiespulen 3 innerhalb des Zielvolumens 53 in Querrichtung 202 erkannt, wenn das ermittelte Quer-Verhältnis 62, 62y innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Quer-Verhältnisbereichs 63, 63y liegt. Ein Überlapp der Energiespulen 3 in Längsrichtung 201 und in Querrichtung 202 liegt also dann vor, wenn sowohl zumindest eines der längs-Verhältnisse 62, 62y innerhalb des längs-Verhältnisbereichs 63, 63y und zumindest eines der QuerVerhältnisse 62, 62y innerhalb des Quer-Verhältnisbereichs 63, 63y liegt.
Beispielsweise kann dabei für einen Überlapp innerhalb des Rahmenvolumens 51 eine Verhältnisbereich 63 zwischen 10:0,05 und 0,05:10 und für einen Überlapp innerhalb des Zielvolumens 53 ein Verhältnisbereich 63 zwischen 1:0,1 bis 0,1:1 gegeben sein.
6 zeigt eine vereinfachte Draufsicht in Höhenrichtung 200 auf die Sendespulen 5. Dabei ist angenommen, dass sich der Empfänger 15 zwischen in Längsrichtung 201 entlang der ersten Sendespule 5, 5a und der zweiten Sendespule 5, 5b bewegt. 7 zeigt die bei dieser Bewegung entlang der Längsrichtung 201 vom Empfänger 15 empfangenden Positionierfelder 60 der ersten Sendespule 5, 5a und der zweiten Sendespule 5, 5b und somit das erste Positionierfeld 60, 60a und das zweite Positionierfeld 60, 60b. 8 zeigt die bei dieser Bewegung des Empfängers 15 entlang der Längsrichtung 201 empfangenden Positionierfelder 60 den dritten Sendespule 5, 5c und der vierten Sendespule 5, 5b und somit das vierte Positionierfeld 60, 60c und das vierte Positionierfeld 60, 60d. Das erste Positionierfeld 60, 60a und das zweite Positionierfeld 60, 60b sind zueinander Längs-Positionierfelder 60, 60x. Analog hierzu sind das dritte Positionierfeld 60, 60c und das vierte Positionierfeld 60, 60d zueinander längs-Positionierfelder 60, 60 x. Wie ein Vergleich der 7 und 8 zeigt, ist die Doppel-Höcker-Form der vom Empfänger 15 empfangenden Positionierfelder 60 für die dem Empfänger 15 nahen Positionierfelder 60 ausgeprägter als für die zum Empfänger 15 weiter entfernten Positionierfelder 60. In dem beschriebenen Beispiel ist also die Doppel-Höcker-Form für das empfangene erste Positionierfeld 60, 60a und zweite Positionierfeld 60, 60b ausgeprägter als für das empfangene dritte Positionierfeld 60, 60c und vierte Positionierfeld 60, 60d. Dabei ist in 8 die Doppelhöckerform der weiter entfernten Positionierfelder 60, dem Beispiel also des dritten Positionierfeld 60, 60c und des vierten Positionierfeld 60, 60d zum besseren Verständnis nicht gezeigt. Dementsprechend wird vorteilhaft das Verhältnis 62 beider der die gegenüberliegenden Intensitätsmaxima 61 aufweisenden Positionierfelder 60 ermittelt und bei einer Abweichung der Verhältnisse 62 oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts zum Erkennen der relativen Position das Verhältnis 62 der Positionierfelder 60 mit der niedrigeren Intensität verwendet. In der Folge werden also diejenigen Positionierfelder 60 verwendet, deren ermitteltes Verhältnis 62 zu den Intensitätsmaxima 61 weiter beabstandet ist. Somit wird insbesondere verhindert, dass die vorstehend beschriebene Doppel-Höcker-Form der Intensitätsmaxima 61 zu einer verfälschten Erkennung der Position führt.
Entsprechen die beiden Verhältnisse 62 demgegenüber im Wesentlichen einander, sind also die Verhältnisse 62 im Wesentliche gleich oder innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs, so werden zum Erkennen der relativen Position die beiden Verhältnisse 62 gemittelt.
Bei einer Abweichung des ermittelten Verhältnisses 62 vom zugehörigen Verhältnisbereich 63 hin zu einem Intensitätsmaximum 61 eines der zugehörigen Positionierfeldern 60 wird ferner ein Versatz der Energiespule 3 der empfangenden und somit den Empfänger 6 aufweisenden Induktionsladevorrichtung 2 hin zu demjenigen Intensitätsmaximum 61 und somit hin zu der das Intensitätsmaximum 61 erzeugenden Sendespule 5 erkannt, zu dem/der das Verhältnis 62 hin verschoben ist. Mit anderen Worten, ist das ermittelte Längs-Verhältnis 62, 62x vom zugehörigen Längs-Verhältnisbereich 63, 63x hin einem der Intensitätsmaxima 61 eines der zugehörigen Längs-Positionierfelder 60, 60x verschoben, bedeutet dies, das ein Versatz der mobilen Energiespule 3, 3b aus dem Zielvolumen 53 entlang der Längsrichtung 201 hin zu derjenigen Längs-Sendespule 5, 5x vorliegt, welche das Längs-Positionierfeld 60, 60x mit demjenigen Intensitätsmaximum 61 erzeugt, zu welchem das ermittelte Läng-Verhältnis 62, 62x hin verschoben ist. Analoges gilt für das ermittelte Querverhältnis 62, 62y. Das heißt, ist das ermittelte Quer-Verhältnis 62, 62y vom zugehörigen Quer-Verhältnisbereich 63, 63y hin zu einem der Intensitätsmaxima 61 eines der zugehörigen Quer-Positionierfelder 60, 60y verschoben, bedeutet dies, das ein Versatz der mobilen Energiespule 3, 3b aus dem Zielvolumen 53 entlang der Querrichtung 202 hin zu derjenigen Quer-Sendespule 5, 5y vorliegt, welche das Quer-Positionierfeld 60, 60y mit demjenigen Intensitätsmaximum 61 erzeugt, zu welchem das ermittelte Querverhältnis 62, 62y hin verschoben ist. Somit lässt sich eine Navigation der mobilen Induktionsladevorrichtung 2, 2a derart realisieren, dass ein Überlapp der beider Energiespulen 3 im Zielvolumen und somit sowohl In Längsrichtung 201 als auch in Querrichtung 202 erreicht ist. Dies kann, wie 1 angedeutet, mittels der Ausgabeeinrichtung 103 erfolgen, um auszugeben, ob und in welche Richtung eine relative Bewegung der mobilen Induktionsladevorrichtung 2, 2b relativ zur stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2a notwendig ist, um einen Überlapp der Energiespulen 3 in Längsrichtung 201 und in Querrichtung 202 zu erreichen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt dies rein beispielhaft optisch mittels der Anzeige von in 1 angedeuteten Pfeilen. Ebenso ist es vorstellbar, dass die Ausgabeeinrichtung 103 ein akustisches Signal ausgibt. Auch ist es vorstellbar, das Ergebnis autonom umzusetzen, sodass das Kraftfahrzeug 101 autonom gefahren wird, um einen Überlapp der Energiespulen 3 zu erreichen.
Ein maximierter Wirkungsgrad im Ladebetrieb wird bei einer entsprechenden relativen Position der Energiespulen 3 zueinander erreicht, welche nachfolgend auch zentrierte Anordnung bezeichnet wird. Die zentriete Anordnung ist dabei innerhalb der Verhältnisbereiche 63 jeweils ein Verhältnis 63 zugeordnet. Das heißt, dass bei einem vorgegebenen Zentrier-Läng-Verhältnis im Längs-Verhältnisbereich 63, 63x eine zueinander zentrierte Anordnung der Energiespulen 3 in Längsrichtung 201 vorliegt. Zudem liegt bei einem vorgegebenen Zentrier-Quer-Verhältnis im Querverhältnis-Verhältnisbereich 63, 63y eine zueinander zentrierte Anordnung der Energiespulen 3 in Querrichtung 202 vor. Eine insgesamt zentrierte Anordnung liegt somit vor, wenn sowohl zumindest eines der ermittelten Läng-Verhältnisse 62, 62x dem zugehörigen Zentrier-Läng-Verhältnis als auch zumindest eines der ermittelten QuerVerhältnisse 62, 62y dem zugehörigen Zentrier-Querverhältnisse entspricht. Das jeweilige Zentrier-Verhältnis beträgt in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie in 5 angedeutet, 1:1. Analog zur vorstehend Erläuterung ist es dabei möglich, eine Navigation derart umzusetzen, dass eine insgesamt zentrierte Anordnung der Energiespulen 3 vorliegt.
9 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Erkennung der relativen Position der Energiespulen 3 zueinander. Der Positionierbetrieb wird dann angestoßen, wenn sich die Anwendung 100 und somit die mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b der stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2a annähert. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein Abstand der Induktionsladevorrichtungen 2 zueinander quer zur Höhenrichtung 200 weniger als 1,5 m, insbesondere weniger als 1 m, vorzugsweise weniger als 0,5 m, beträgt. Das Anstoßen des Positionierbetriebs kann beispielsweise mittels eines von der mobilen Induktionsladevorrichtung 2, 2b ausgegebenen Pingsignals erfolgen, bei dessen Empfang die mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2a mit den Sendespulen 5 die Positionierfelder 60 erzeugt. Entsprechend 9 werden bei einer Verfahrensmaßnahme 300, welche nachfolgend auch als Empfangsmaßnahme 300 bezeichnet wird, mit dem Empfänger 6 die Positionierfelder 60 Empfangen und in einer nachfolgenden Verfahrensmaßnahme 301 voneinander getrennt, derart, dass die Intensität der Positionierfelder 60 voneinander unterscheidbar sind. In der Verfahrensmaßnahme 301 erfolgt dabei insbesondere eine Fouriertransformation der mittels des Empfängers 6 empfangenen Signale, bei einer Empfangsspule 15 also der in der Empfangsspule 6 mit den Positionierfeldern 60 induzierten Spannungen. Die Verfahrensmaßnahme 301 wird nachfolgend auch als Trennmaßnahme 301 bezeichnet. Das Ergebnis der Trennmaßnahme 301 ist somit für das jeweilige Positionierfeld 60 ein zugehöriger Wert, sodass insgesamt vier Werte vorliegen. Aus diesen Werten werden in einer Verfahrensmaßnahme 302 für die Längs-Positionierfelder 60, 60x sowie für die Quer-Positionierfelder 60, 60y jeweils zugehörige Läng-Verhältnisse 62, 62x und Querverhältnisse 62, 62y ermittelt. Dabei wird vorteilhaft über jeweils mehrere Werte, beispielsweise über die zuletzt ermittelten zehn Werte, gemittelt, um die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen und/oder die Fehleranfälligkeit zu reduzieren. Die Verfahrensmaßnahme 302 wird nachfolgend auch als Verhältnismaßnahme 302 bezeichnet. Die in der Verhältnismaßnahme 102 ermittelten Verhältnisse 62 werden in einer Verfahrensmaßnahme 303 mit den entsprechend vorab vorgegebenen Verhältnisbereichen 63 verglichen und anhand des Vergleichs ermittelt, ob ein entsprechender Überlapp der Energiespulen 3, also die Anordnung der mobilen Energiespule 3, 3b innerhalb des Zielvolumens 53, vorliegt. Die Verfahrensmaßnahme 303 wird nachfolgend auch als Vergleichsmaßnahme 303 bezeichnet. Die Vergleichsmaßnahme 303 gibt dabei, wie in 9 angedeutet, zumindest ein Positioniersignal aus. Das Positioniersignal dient dabei bevorzugt, wie vorstehend erläutert, der Navigation der mobilen Anwendung 100. Dementsprechend können die Positioniersignale der Ausgabeeinrichtung 103 zur Verfügung gestellt werden.
Zur Durchführung der Erkennung der relativen Position kann eine in 1 vereinfacht dargestellte, entsprechend ausgestaltete Steuereinrichtung 16 zum Einsatz kommen. Die Steuereinrichtung 16 kann Bestandteil der Positioniervorrichtung 4, des Systems 1 oder der Anwendung 100 sein. Dabei kann das Verfahren mittels eines Computerprogrammprodukts ausgeführt werden.
Entsprechend 4 weist die die Sendespulen 5 aufweisende Induktionsladevorrichtung 2, vorliegend also die stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a in den gezeigten Ausführungsbeispielen als Energiespule 3 eine Flachspule 7 auf, welche größer ist als die Sendespulen 5. Zudem weist die stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a eine Magnetflussführungseinheit 8 zur Führung des im Ladebetrieb von der stationären Energiespule 3, 3a erzeugten Wechselfelds auf. Zu diesem Zweck weist die Magnetflussführungseinheit 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen Magnetflussführungselemente 9 auf, welche als Ferritplatten 10 ausgebildet sind. Dabei überlappen die Sendespulen 5 die stationäre Energiespule 3, 3a und sind in Ecken 57 eines Rechtecks 55 (siehe beispielsweise 2) und in einer zur stationären Energiespule 3, 3a parallel verlaufenden Ebene angeordnet. Ferner sind die Sendespulen 5 oberhalb der Magnetflussführungseinheit 9 angeordnet.
4 zeigt mögliche relative Positionen der Sendespulen 5 zur stationären Energiespule 3, 3a. Entsprechend können die Sendespulen 5 in Höhenrichtung 200 zwischen der stationären Energiespule 3, 3a und der Magnetflussführungseinheit 8, auf der von der stationären Energiespule 3, 3a abgewandten Seite der Magnetflussführungseinheit 8 oder auf der der stationären Energiespule 3, 3a zugewandten Seite einer Fremdobjekt-Erkennungseinrichtung 17 der stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2a angeordnet sein.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich von den vorstehenden Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, dass die Sendespulen 5 nach innen versetzt angeordnet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2727759 B1 [0003]
DE 102012205283 A1 [0004]
EP 3347230 B1 [0005]
DE 102017215932 B3 [0006]

Claims

Verfahren zur Erkennung der relativen Position einer stationären Induktionsladevorrichtung (2, 2a) zu einer mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2a), wobei die stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) eine stationäre Energiespule (3, 3a) und die mobile Induktionsladevorrichtung (2, 2b) eine mobile Energiespule (3, 3b) aufweist, wobei in einem Ladebetrieb des Systems (1) eine der Energiespulen (3) ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in der anderen Energiespule (3) eine Spannung zur Energieübertragung induziert, und wobei die Energiespule (3) im Ladebetrieb in einer Höhenrichtung (200) zueinander beabstandet sind, - wobei in einer der Induktionsladevorrichtungen (2) zumindest zwei Positionierfelder (60) erzeugt werden, derart, dass die Positionierfelder (60) voneinander unterscheidbar sind, und derart, dass die Energiespule (3) der zugehörigen Induktionsladevorrichtung (2) relativ zu den Positionierfeldern (60) fix positioniert ist, und wobei die Energiespule (3) zumindest teilweise in einem von zumindest zwei Intensitätsmaxima (61) von zumindest zwei der Positionierfeldern (60) begrenzten und sich in Höhenrichtung (200) erstreckenden virtuellen Rahmenvolumen (51) liegt, - wobei die Positionierfelder (60) an zumindest einer zur Energiespule (3) der anderen Induktionsladevorrichtung (2) fixen Position empfangen werden, - wobei ein Verhältnisbereich (63) von zumindest zwei der empfangenen Positionierfeldern (60) vorab vorgegeben, für welchen die Energiespule (3) der die Positionierfelder (60) empfangenden Induktionsladevorrichtung (2) im Rahmenvolumen (51) angeordnet ist, - wobei das Verhältnis (62) zwischen zumindest zwei der empfangenen Positionierfeldern (60) ermittelt wird, - wobei erkannt wird, dass die Energiespulen (3) im Rahmenvolumen (51) angeordnet sind und quer zur Höhenrichtung (200) überlappen, wenn zumindest eines der wenigstens einen ermittelten Verhältnisse (62) innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Verhältnisbereichs (63) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass innerhalb des Rahmenvolumens (51) ein sich in Höhenrichtung (200) erstreckendes virtuelles Zielvolumen (53) definiert wird, derart, dass die Energiespule (3) der die Positioniermagnetfelder (60) erzeugenden Induktionsladevorrichtung (2) zumindest teilweise im Zielvolumen (53) liegt, - dass zumindest einer der Verhältnisbereiche (63) derart vorgegeben wird, dass die Energiespule (3) der die Positionierfelder (60) empfangenden Induktionsladevorrichtung (2) im Zielvolumen (53) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Positionierfelder (60) derart erzeugt werden, dass die Intensitätsmaxima (61) von zumindest zwei Längs-Positionierfeldern (60, 60x) in einer quer zur Höhenrichtung (200) verlaufenden Längsrichtung (201) gegenüberliegend angeordnet sind, - dass für zumindest zwei der Längs-Positionierfeldern (60, 60x) vorab ein zugehöriger Längs-Verhältnisbereich (63, 63x) vorgegeben wird, - dass aus den empfangenen Positionierfeldern (60) zwischen zumindest zwei der Längs-Positionierfeldern (60, 60x) ein Längs-Verhältnis (62, 62x) ermittelt wird, - dass erkannt wird, dass die Energiespulen (3) in Längsrichtung (201) überlappen, wenn das ermittelte Längs-Verhältnis (62, 62x) innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Längs-Verhältnisbereichs (63, 63x) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, - dass die Positionierfelder (60) derart erzeugt werden, dass die Intensitätsmaxima (61) von zumindest zwei Quer-Positionierfeldern (60, 60y) in einer quer zur Höhenrichtung (200) verlaufenden Querrichtung (202) gegenüberliegend angeordnet sind, - dass für zumindest zwei der Quer-Positionierfeldern (60, 60y) vorab ein zugehöriger Quer-Verhältnisbereich (63, 63y) vorgegeben wird, - dass aus den empfangenen Positionierfeldern (60) ein Quer-Verhältnis (62, 62y) zwischen zumindest zwei der Quer-Positionierfeldern (60, 60y) ermittelt wird, - dass erkannt wird, dass die Energiespulen (3) in Querrichtung (202) überlappen, wenn das ermittelte Quer-Verhältnis (62, 62y) innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Quer-Verhältnisbereichs (63, 63y) liegt.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass erkannt wird, dass die Energiespulen (3) überlappen, • wenn das ermittelte Längs-Verhältnis (62, 62x) innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Längs-Verhältnisbereichs (63, 63x) liegt, und • wenn das ermittelte Quer-Verhältnis (62, 62y) innerhalb des zugehörigen vorgegebenen Quer-Verhältnisbereichs (63, 63y) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierfelder (60) derart erzeugt werden, dass in Längsrichtung (201) zwei zueinander beabstandete Paare der Intensitätsmaxima (61) gegenüberliegend angeordnet sind und/oder in Querrichtung (202) zwei zueinander beanstandete Paare der Intensitätsmaxima (61) gegenüberliegend angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (62) beider der die gegenüberliegenden Intensitätsmaxima (61) aufweisenden Positionierfelder (60) ermittelt wird und bei einer Abweichung der Verhältnisse (62) oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts zum Erkennen der relativen Position das Verhältnis (62) der Positionierfelder (60) mit der niedrigeren Intensität verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (62) beider der die gegenüberliegenden Intensitätsmaxima (61) aufweisenden Positionierfelder (60) ermittelt wird und bei Übereinstimmung der Verhältnisse (62) innerhalb eines Wertebereichs zum Erkennen der relativen Position die beidem Verhältnisse (62) gemittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung des ermittelten Verhältnisses (62) vom zugehörigen Verhältnisbereich (63) hin zu einem Intensitätsmaximum (61) eines der zugehörigen Positionierfelder (60) ein Versatz der Energiespule (3) der die Positionierfelder (60) empfangenden Induktionsladevorrichtung (2) zur Energiespule (3) der die Positionierfelder (60) erzeugenden Induktionsladevorrichtung (2) hin zu demjenigen Intensitätsmaximum (61) erkannt wird, zu welchem das ermittelte Verhältnis (62) hin versetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom einem ermittelten Wert zumindest eines ermittelten Verhältnisses (62) zum zugehörigen Verhältnisbereich (63) ein Positioniersignal ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniersignal über eine Ausgabeeinrichtung (103) als Hinweise zum Navigieren der mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b) und/oder oder als Steuersignal zur automatisierten Navigation der mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b) zur überlappenden Anordnung der Energiespulen (3) zueinander eingesetzt wird..
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierfelder (60) derart erzeugt werden, - dass bei einem vorgegebenen Zentrier-Läng-Verhältnis im Längs-Verhältnisbereich (63, 63x) eine zentrierte Anordnung der Energiespulen (3) in Längsrichtung (201) vorliegt, und/oder - dass bei einem vorgegebenem Zentrier-Querverhältnis im Querverhältnis-Verhältnisbereich (63, 63y) eine zueinander zentrierte Anordnung der Energiespulen (3) in Querrichtung (202) vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierfelder (60) derart erzeugt werden, dass zumindest einer der Verhältnisbereiche (63) zu den Intensitätsmaxima (61) der zugehörigen Positionierfeldern (60) beabstandet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Positionierfelder (60) mit gleichen Intensitätsverläufen (64) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierfelder (60) derart erzeugt werden, dass ein Gesamt-Intensitätsverlauf (66) der Positionierfelder (60) zur Energiespule (3) der die Positionierfelder (60) erzeugenden Induktionsladevorrichtung (2) symmetrisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Positionierfelder (60) mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt werden, sodass die Positionierfelder (60) in der empfangenden Induktionsladevorrichtung (2) unterscheidbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Positionierfelder (60) mit jeweils zugehörigen Tastgraden erzeugt werden, sodass die Positionierfelder (60) unterscheidbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierfelder (60) in der stationären Induktionsladevorrichtung (2, 2a) erzeugt und in der mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b) empfangen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierfelder (60) in der mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b) erzeugt und in der stationären Induktionsladevorrichtung (2, 2a) empfangen werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Positionierfelder (60), insbesondere das jeweilige Positionierfeld (60), als ein magnetisches Positionierfeld (60) erzeugt wird.
Computerprogrammprodukt, welches zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgestaltet ist.
System (1) mit einer stationären Induktionsladevorrichtung (2, 2a) und einer mobilen Anwendung (100), insbesondere einem Kraftfahrzeug (101), mit einer mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b), wobei die stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) eine stationäre Energiespule (3, 3a) und die mobile Induktionsladevorrichtung (2, 2b) eine mobile Energiespule (3, 3b) aufweist, welche in einem Ladebetrieb in einer Höhenrichtung (200) zueinander beanstandet sind und induktiv zusammenwirken, um induktiv Energie auf die Anwendung (100) zu übertragen, - wobei eine der Induktionsladevorrichtung (2) zumindest zwei Sendespulen (5) aufweist, welche in einem Positionierbetrieb voneinander unterscheidbare Positionierfelder (60) erzeugen, - wobei die andere Induktionsladevorrichtung (2) zumindest einen Empfänger (6) zum Empfangen der Positionierfelder (60) aufweist, - mit einer Steuereinrichtung (12), welche derart ausgestaltet ist, dass sie das System (1) im Positionierbetrieb gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 betreibt.
Mobile Anwendung (100), insbesondere Kraftfahrzeug (101), mit einer mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b) eines Systems (1) nach Anspruch 22.
Stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) eines Systems (1) nach Anspruch 22.