DE102023116837A1 - System zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs (101) umfassend eine im Fahrzeug (101) angeordnete sekundäre Spuleneinheit CPM (102), und eine ortsfest positionierte primäre Spuleneinheit GPM (103), wobei in der primären Spuleneinheit GPM (103) und/oder in deren Umgebung, und am oder im Fahrzeug (101) und/oder in der sekundären Spuleneinheit CPM (103) eine Anzahl N von Positionsmarkern PMn (104) angeordnet sind, wobei die primäre Spuleneinheit GPM (103) dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn (104) in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM (103) identisch ist, und die ermittelten Positionen POSGPM(PMn) an eine Steuereinheit (105) zu übermitteln, und/oder die sekundäre Spuleneinheit CPM (102) dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSCPM(PMn)der Positionsmarker PMn (104) in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM (102) identisch ist, und die ermittelten Positionen POSCPM(PMn)an die Steuereinheit (105) zu übermitteln, und die Steuereinheit (105) dazu ausgeführt und eingerichtet ist, unter Verwendung der ermittelten Positionen POSGPM(PMn) und/oder der ermittelten Positionen POSCPM(PMn)Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs (101) derart zu erzeugen, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSCPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM zur Deckung bringbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine im Fahrzeug angeordnete sekundäre Spuleneinheit CPM (engl. für „Car Pad Module“) und zumindest eine ortsfest positionierte primäre Spuleneinheit GPM (engl. für „Ground Pad Module“), wobei von einer ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM Energie an eine zweite Hauptspule der sekundäre Spuleneinheit CPM induktiv übertragbar ist und/oder von der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM Energie an die erste Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM induktiv übertragbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines ebensolchen Systems.
  • Systeme zum induktiven Laden von Batterien von reinen Elektrofahrzeugen oder von Hybridfahrzeugen sind im Stand der Technik bekannt. Zur induktiven Übertragung von Energie zwischen der typischerweise ortsfest am Boden angeordneten primären Spuleneinheit GPM und einer in einem Fahrzeug, typischerweise an dessen Unterseite angeordneten sekundären Spuleneinheit CPM ist es erforderlich, dass die erste Hauptspule der GPM und die zweite Hauptspule der CPM optimal übereinander positioniert sind, um so einen möglichst hohen induktiven Kopplungskoeffizienten k nahe 1 zu erzielen. Die induktive Energieübertagung kann von der GPM zur CPM erfolgen, um bspw. eine Fahrzeugbatterie zu laden. Umgekehrt kann die induktive Energieübertragung von der CPM zur GPM erfolgen, bspw. wenn die Fahrzeugbatterie als Energiespeicher verwendet wird, der zum Betrieb von der GPM nachgeschalteten Verbrauchern genutzt werden soll.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs anzugeben, das eine verbesserte, robustere und genauere Positionierung der ersten Hauptspule der GPM relativ zur zweiten Hauptspule der CPM ermöglicht.
  • Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
  • Die Aufgabe ist mit einem System zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, gelöst, wobei das System eine im Fahrzeug angeordnete sekundäre Spuleneinheit CPM und zumindest eine ortsfest positionierte primäre Spuleneinheit GPM umfasst, wobei von einer ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM Energie an eine zweite Hauptspule der sekundäre Spuleneinheit CPM induktiv übertragbar ist oder umgekehrt.
  • Das vorgeschlagene System zeichnet sich dadurch aus, dass in der primären Spuleneinheit GPM und/oder in deren Umgebung und am oder im Fahrzeug und/oder in der sekundären Spuleneinheit CPM eine Anzahl N von Positionsmarkern PMn angeordnet sind, mit N ≥ 2 und n = 1, 2, ..., N, wobei die primäre Spuleneinheit GPM dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist, und die ermittelten Positionen POSGPM(PMn) an eine Steuereinheit zu übermitteln, und/oder die sekundäre Spuleneinheit CPM dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSCPM(PMn) der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist, und die ermittelten Positionen POSCPM(PMn) an die Steuereinheit zu übermitteln.
  • Weiterhin erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu ausgeführt und eingerichtet, unter Verwendung der Positionen POSGPM(PMn) und/oder der Positionen POSCPM(PMn) Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs derart zu erzeugen, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSCPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM zur Deckung bringbar ist.
  • Insbesondere durch die Berücksichtigung und Einbindung von ortsfest angeordneten Positionsmarkern PMn in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM und/oder durch die Berücksichtigung und Einbindung von Positionsmarkern PMn, die fix am Fahrzeug außerhalb der CPM angeordnet sind, erhöht sich die erzielbare Genauigkeit und Robustheit bei der Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs und damit die Positionierungsgenauigkeit der ersten und zweiten Hauptspule übereinander.
  • Vorteilhaft ist die Anzahl N der Positionsmarker PMn: N ≥ 3, insbesondere ist N ≥ 5 oder N ≥ 6 oder N ≥ 7 oder N ≥ 8 oder N ≥ 9 oder N ≥ 10 oder N ≥ 11 oder N ≥ 12 oder N ≥ 15.
  • Vorteilhaft ist zumindest ein oder sind mehrere Positionsmarker PMn an einer weiteren primären Spuleneinheit GPMa, GPMb, ..., etc. und/oder an einer Infrastruktur (Parkhaus, Gebäude, im Bodenbelag, etc.) in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM angeordnet.
  • Vorteilhaft sind die Positionen POSGPM(PMn), POSCPM(PMn), MPOSCPM und MPOSGPM einheitlich 2D- oder 3D-Positionen.
  • Vorteilhaft sind die Positionsmarker PMn wie folgt angeordnet:
    • - in der primären Spuleneinheit GPM (ortsfest) und fix am oder im Fahrzeug oder
    • - in der primären Spuleneinheit GPM (ortsfest) und fix am oder im Fahrzeug und fix in der sekundären Spuleneinheit CPM oder
    • - in der primären Spuleneinheit GPM (ortsfest) und in deren Umgebung (ortsfest) und fix in der sekundären Spuleneinheit CPM oder
    • - in der primären Spuleneinheit GPM (ortsfest) und in deren Umgebung (ortsfest) und fix am oder im Fahrzeug oder
    • - in der primären Spuleneinheit GPM (ortsfest) und in deren Umgebung (ortsfest) und fix am oder im Fahrzeug und fix in der sekundären Spuleneinheit CPM oder
    • - in der Umgebung (ortsfest) der primären Spuleneinheit GPM und fix in der sekundären Spuleneinheit CPM oder
    • - in der Umgebung (ortsfest) der primären Spuleneinheit GPM und fix am oder im Fahrzeug oder
    • - in der Umgebung (ortsfest) der primären Spuleneinheit GPM und fix am oder im Fahrzeug und fix in der sekundären Spuleneinheit CPM.
  • Ein am Fahrzeug angeordneter Positionsmarker PMn ist in einer Weiterbildung identisch mit einer Sendeeinheit oder einer Sende-Empfangseinheit, die an:
    • - einer Fahrzeugtür des Fahrzeugs oder
    • - einer Heckklappe des Fahrzeugs oder
    • - einer Motorklappe des Fahrzeugs oder
    • - einem Tankdeckel des Fahrzeugs oder
    • - einer Klappe für einen elektrischen Ladeanschluss des Fahrzeugs
    angeordnet ist.
  • Der Begriff „Positionsmarker PMn“ umfasst grundsätzlich alle heute bekannten aktiven und passiven, insbesondere Funksignal-basierten Marker, wie bspw. Funksender, Funksende-Empfänger, Transponder, RFID-Systeme, etc., die es der primären Spuleneinheit GPM und/oder der sekundären Spuleneinheit CPM ermöglichen, auf Basis bspw. einer Auswertung von Signallaufzeitmessungen und/oder Signalstärkenmessungen und/oder Frequenzmessungen und/oder Phasenmessungen und/oder von übermittelten digitalen Positionsinformationen Positionen der jeweiligen Positionsmarker PMn zu ermitteln. Der Begriff „Positionsmarker PMn“ bezeichnet insbesondere ein Funk-Kommunikationsgerät, welches Funksignale empfangen und diese beantworten oder weiterleiten kann, bspw. ein Funk-Kommunikationsgerät für einen Fahrzeug-Funkschlüssel.
  • Erfindungsgemäß werden Positionen POSGPM(PMn) der jeweiligen Positionsmarker PMn von der primären Spuleneinheit GPM in einem Koordinatensystem ermittelt, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist.
  • Alternativ oder zusätzlich werden Positionen POSCPM(PMn) der jeweiligen Positionsmarker PMn von der sekundären Spuleneinheit CPM in einem Koordinatensystem ermittelt, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist.
  • Vorteilhaft ist die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass ihr bekannt ist:
    • - eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn in der primären Spuleneinheit GPM und/oder relativ zu einem ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM und/oder
    • - eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem am oder im Fahrzeug angeordneten Positionsmarker PMn und/oder relativ zu einem in der sekundären Spuleneinheit CPM angeordneten Positionsmarker PMn.
  • Vorteilhaft werden diese Informationen zur relativen Positionierung von Positionsmarkern PMn zur jeweiligen Mittelpunktposition MPOSCPM bzw. MPOSGPM von der Steuereinheit zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs verwendet.
  • Mit diesen Informationen zur relativen Positionierung ist für die Steuereinheit sowohl die Mittelpunktposition MPOSGPM als auch die Mittelpunktposition MPOSCPM in ein und demselben Koordinatensystem ermittelbar.
  • Die Steuereinheit weist vorteilhaft eine Prozessoreinheit auf, auf der ein Softwareprogramm läuft, das vorteilhaft auf Basis der aktuellen Mittelpunktpositionen MPOSCPM und MPOSGPM Steuerbefehle zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs erzeugt.
  • Vorteilhaft ist die primäre Spuleneinheit GPM derart ausgeführt und eingerichtet, dass ihr eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem in der primären Spuleneinheit GPM ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn und/oder relativ zu zumindest einem ortsfest in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM angeordneten Positionsmarker PMn bekannt ist, und diese relative Positionierung bei der Ermittlung der Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn in dem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist, verwendet wird.
  • Vorteilhaft sind der primären Spuleneinheit GPM hierzu relative Positionierungen der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu insgesamt drei oder mehr ortsfest in der primären Spuleneinheit GPM und/oder in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM angeordneten Positionsmarkern PMn bekannt. Diese relativen Positionierungen der ortsfest angeordneten Positionsmarkern PMn zur Mittelpunktposition MPOSGPM werden vorteilhaft zumindest einmal mittels einer entsprechenden Kalibrierung festgestellt. Vorteilhaft wird diese Kalibrierung in bestimmten Zeitabständen wiederholt durchgeführt.
  • Vorteilhaft ist die sekundäre Spuleneinheit CPM derart ausgeführt und eingerichtet, dass ihr eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem am oder im Fahrzeug angeordneten Positionsmarker PMn und/oder relativ zu einem in der sekundären Spuleneinheit CPM angeordneten Positionsmarker PMn bekannt ist und diese relative Positionierung bei der Ermittlung der Positionen POSCPM(PMn) der Positionsmarker PMn in dem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist, verwendet wird.
  • Vorteilhaft sind der sekundären Spuleneinheit CPM hierzu relative Positionierungen der Mittelpunktposition MPOSCPM relativ zu insgesamt drei oder mehr entweder am oder im Fahrzeug angeordneten Positionsmarkern PMn und/oder in der sekundären Spuleneinheit CPM angeordneten Positionsmarkern PMn bekannt. Diese relativen Positionierungen werden vorteilhaft zumindest einmal mittels einer entsprechenden Kalibrierung festgestellt. Vorteilhaft wird diese Kalibrierung in bestimmten Zeitabständen wiederholt.
  • In einer Weiterbildung werden von der primären Spuleneinheit GPM zunächst die relativen Positionen aller Positionsmarker PMn zueinander ermittelt. Unter Verwendung der bekannten relativen Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule relativ zu zumindest einem ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn in der Spuleneinheit GPM und/oder in deren Umgebung ist es mittels einer einfachen Koordinatentransformation möglich, die Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn in dem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist.
  • In einer Weiterbildung werden von der sekundären Spuleneinheit CPM zunächst die relativen Positionen aller Positionsmarker PMn zueinander ermittelt. Unter Verwendung der bekannten relativen Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM der zweiten Hauptspule relativ zu zumindest einem am bzw. im Fahrzeug oder in der CPM angeordneten Positionsmarker PMn ist es mittels einer einfachen Koordinatentransformation möglich, die Positionen POSCPM(PMn) der Positionsmarker PMn in dem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Systems zeichnet sich dadurch aus, dass die Positionsmarker PMn dazu eingerichtet und ausgeführt sind, ein Funknetzwerk, insbesondere ein ad-hoc Funknetzwerk, zu bilden und darin Signale, insbesondere Positionssignale, zu übermitteln und/oder auszutauschen.
  • Vorteilhaft ist das Funknetzwerk ein Ultra-Wide-Band-Funknetzwerk (UWB-Funknetzwerk), ein WLAN-Funknetzwerk, ein ZigBee-Funknetzwerk, ein NFC-Funknetzwerk, ein WiMAX-Funknetzwerk, oder ein Bluetooth-Funknetzwerk.
  • Vorteilhaft ist das Funknetzwerk dazu ausgeführt und eingerichtet, jeweilige relative Positionen RP(PMn, PMm) der Positionsmarker PMn zueinander zu ermitteln, mit n ≠ m und n, m ∈ {1, 2,..., N} und die relativen Positionen RP(PMn, PMm) an die primäre Spuleneinheit GPM und/oder die sekundäre Spuleneinheit CPM und/oder die Steuereinheit zu übermitteln.
  • Vorteilhaft ist die primäre Spuleneinheit GPM dazu ausgeführt und eingerichtet, die relativen Positionen RP(PMn, PMm) zur Ermittlung der Positionen POSGPM(PMn) in dem Koordinatensystem zu verwenden, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist.
  • Vorteilhaft ist die sekundäre Spuleneinheit CPM dazu ausgeführt und eingerichtet, die relativen Positionen RP(PMn, PMm) zur Ermittlung der Positionen POSCPM(PMn) in dem Koordinatensystem zu verwenden, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist.
  • Vorteilhaft werden von der primären Spuleneinheit GPM in einer Umgebung mit Radius RGPM um die primäre Spuleneinheit GPM Positionsmarker PMn erfasst und berücksichtigt, wobei RGPM ≤ 500 m oder ≤ 400 m oder ≤ 300 m oder ≤ 200 m oder ≤ 100 m oder ≤ 50 m oder ≤ 25 m oder ≤ 10 m ist.
  • Vorteilhaft werden von der sekundären Spuleneinheit CPM in einer Umgebung mit Radius RCPM um die zweite Spuleneinheit CPM Positionsmarker PMn erfasst und berücksichtigt werden, wobei RCPM ≤ 500 m oder ≤ 400 m oder ≤ 300 m oder ≤ 200 m oder ≤ 100 m oder ≤ 50 m oder ≤ 25 m oder ≤ 10 m ist.
  • Vorteilhaft ist die Steuereinheit in der primären Spuleneinheit GPM oder in der sekundären Spuleneinheit CPM oder im Fahrzeug oder an einer Infrastruktur angeordnet.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wie vorstehend beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte.
  • In einem Schritt erfolgt durch die primäre Spuleneinheit GPM ein Ermitteln von Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist, und ein Übermitteln der Positionen POSGPM(PMn) an die Steuereinheit.
  • In einem dazu alternativen oder zusätzlichen Schritt erfolgt durch die sekundäre Spuleneinheit CPM ein Ermitteln von Positionen POSCPM(PMn) der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist, und ein Übermitteln der Positionen POSGPM(PMn) an die Steuereinheit.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt unter Verwendung der Positionen POSGPM(PMn) und/oder Positionen POSGPM(PMn) ein Erzeugen von Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs derart, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSCPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM zur Deckung bringbar ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus einer analogen und sinngemäßen Übertragung der vorstehend in Zusammenhang mit dem System zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs gemachten Ausführungen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem die primäre Spuleneinheit GPM 103 dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn 104 in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM 103 identisch ist, und die ermittelten Positionen POSGPM(PMn) an eine Steuereinheit 105 zu übermitteln.
    • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSCPM(PMn) der Positionsmarker PMn 104 in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM 102 identisch ist, und die ermittelten Positionen POSCPM(PMn) an die Steuereinheit 105 zu übermitteln.
    • 3 eine stark vereinfachte Darstellung der Verfahrensschritte eines vorgeschlagenen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs 101, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Die dargestellte Situation zeigt das Fahrzeug 101 und drei rechteckige nebeneinander angeordnete Parkbuchten für Fahrzeuge. In den Parkbuchten ist an deren jeweiliger Stirnseite (in der 1 unten) jeweils eine ortsfest positionierte, primäre Spuleneinheit GPM 103, 103a, 103b angeordnet. Im Fahrzeug 101 ist eine sekundäre Spuleneinheit CPM 102 angeordnet. Die primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b und die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 sind derart ausgeführt und eingerichtet, dass von einer ersten Hauptspule der jeweiligen primären Spuleneinheit GPM 103, 103a, 103b Energie an eine zweite Hauptspule der sekundäre Spuleneinheit CPM 102 des Fahrzeugs induktiv übertragen werden kann oder umgekehrt.
  • In den primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b und in deren Umgebung (vorliegend an Bodenstellen, an denen die Parkbuchten einfahrseitig aneinandergrenzen) sind Positionsmarker PMn 104 (dargestellt als schwarze kleine Vierecke) angeordnet. Die primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b weisen jeweils zwei, die Umgebung vier, die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 drei (nicht dargestellt) und das Fahrzeug 101 vier solcher Positionsmarker PMn 104 auf. Die Anzahl N der Positionsmarker 104 beträgt daher N = 17, d.h. n = 1, 2, 3, ..., 17. Die Positionsmarker 104 sind vorliegend alle als UWB-Transponder ausgeführt und bilden ein ad-hoc Funknetzwerk. Das Funknetzwerk ist zudem dazu ausgeführt, die relativen Positionen der daran teilnehmenden Positionsmarker PMn 104 zu bestimmen und den primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b, der sekundären Spuleneinheit CPM 102 und der Steuereinheit 105 verfügbar zu machen. Die vier Positionsmarker PMn 104 am Fahrzeug können bspw. noch weitere Funktionen aufweisen, wie bspw. als Sende-Empfangseinheit für eine Funkfernbedienung des Fahrzeugs, der jeweiligen Fahrzeugtüren, etc.
  • Es sei vorliegend unterstellt, dass das Fahrzeug 101 durch eine im Fahrzeug 101 angeordnete Steuereinheit 105 die in der 1 links dargestellte rechteckige Parkbucht zum Parken und induktiven Laden seiner Fahrzeugbatterie ausgewählt hat.
  • Für einen optimalen induktiven Ladevorgang ist es nun erforderlich, das Fahrzeug von seiner in 1 dargestellten Position derart in die linke Parkbucht zu steuern, dass die zweite Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM 102 optimal, d.h. mittig über der ersten Hauptspule (dargestellt als Kreis) der primären Spuleneinheit GPM 103 positioniert wird.
  • Um dies zu ermöglichen, ist die primäre Spuleneinheit GPM 103 dazu ausgeführt und eingerichtet, aktuelle Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn 104 in einem Koordinatensystem (in 1 durch die fett schwarz markierten Koordinatenachsen) zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM 103 identisch ist. Die ermittelten Koordinaten der aktuellen Positionen POSGPM(PMn) werden an das Steuergerät 105 übermittelt, das unter Verwendung dieser Koordinaten Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs 101 derart zu erzeugt, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSGPM der zweiten Hauptspule des CPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule des GPM zur Deckung bringbar ist.
  • Dabei werden neben den in der primären Spuleneinheit GPM 103 und in der sekundären Spuleneinheit CPM 102 angeordneten Positionsmarkern PMn 104 insbesondere die ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn 104 in den anderen primären Spuleneinheiten 103a, 103b und in der Umgebung, als auch die fix am Fahrzeug 101 angeordneten Positionsmarker PMn 104 berücksichtigt, was zu einer erhöhten Robustheit und Präzision bei der Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs 101 beiträgt.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs 101, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Die dargestellte Situation zeigt das Fahrzeug 101 und drei rechteckige nebeneinander angeordnete Parkbuchten für Fahrzeuge. In den Parkbuchten ist an deren jeweiliger Stirnseite (in der 2 unten) jeweils eine ortsfest positionierte, primäre Spuleneinheit GPM 103, 103a, 103b angeordnet. Im Fahrzeug 101 ist eine sekundäre Spuleneinheit CPM 102 angeordnet. Die primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b und die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 sind derart ausgeführt und eingerichtet, dass von einer ersten Hauptspule der jeweiligen primären Spuleneinheit GPM 103, 103a, 103b Energie an eine zweite Hauptspule der sekundäre Spuleneinheit CPM 102 des Fahrzeugs induktiv übertragen werden kann oder umgekehrt.
  • In den primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b und in deren Umgebung (vorliegend an Bodenstellen, an denen die Parkbuchten einfahrseitig aneinandergrenzen) sind Positionsmarker PMn 104 (dargestellt als schwarze kleine Vierecke) angeordnet. Die primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b weisen jeweils zwei, die Umgebung vier, die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 drei (nicht dargestellt) und das Fahrzeug 101 vier solcher Positionsmarker PMn 104 auf. Die Anzahl N der Positionsmarker 104 beträgt daher N = 17, d.h. n = 1, 2, 3, ..., 17. Die Positionsmarker 104 sind vorliegend alle als UWB-Transponder ausgeführt und bilden ein ad-hoc Funknetzwerk. Das Funknetzwerk ist zudem dazu ausgeführt, die relativen Positionen der daran teilnehmenden Positionsmarker PMn 104 zu bestimmen und den primären Spuleneinheiten GPM 103, 103a, 103b, der sekundären Spuleneinheit CPM 102 und der Steuereinheit 105 verfügbar zu machen. Die Steuereinheit 105 dient unter anderem zur Erzeugung von Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs 101. Die vier Positionsmarker PMn 104 am Fahrzeug können bspw. noch weitere Funktionen aufweisen, wie bspw. als Sende-Empfangseinheit für eine Funkfernbedienung des Fahrzeugs, der jeweiligen Fahrzeugtüren, etc.
  • Es sei vorliegend unterstellt, dass das Fahrzeug 101 durch eine im Fahrzeug 101 angeordnete Steuereinheit 105 die in der 2 links dargestellte rechteckige Parkbucht zum Parken und induktiven Laden seiner Fahrzeugbatterie ausgewählt hat.
  • Für einen optimalen induktiven Ladevorgang ist es nun erforderlich, das Fahrzeug von seiner in 1 dargestellten Position derart in die linke Parkbucht zu steuern, dass die zweite Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM 102 optimal, d.h. mittig über der ersten Hauptspule (dargestellt als Kreis) der primären Spuleneinheit GPM 103 positioniert wird.
  • Um dies zu ermöglichen, ist die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 dazu ausgeführt und eingerichtet, aktuelle Positionen POSCPM(PMN) der Positionsmarker PMn 104 in einem Koordinatensystem (in 2 durch die fett schwarz markierten Koordinatenachsen) zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit GPM 102 identisch ist. Die ermittelten Koordinaten der aktuellen Positionen POSCPM(PMN) werden an das Steuergerät 105 übermittelt, das unter Verwendung dieser Koordinaten Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs 101 derart zu erzeugt, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSGPM der zweiten Hauptspule des CPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule des GPM zur Deckung bringbar ist.
  • Die Mittelpunktspositionen MPOSGPM, MPOSGPMa, MPOSGPMb der ersten Hauptspulen der primären Spuleneinheit GPM, GPMa und GPMb sind in 2 mit einem Punkt im Mittelpunkt eines jeweiligen Kreises (der die jeweilige erste Hauptspule repräsentiert) dargestellt.
  • Die Steuereinheit 105 und/oder die primäre Spuleneinheit GPM 103 und/oder die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 sind derart ausgeführt und eingerichtet, dass ihr/ihnen bekannt ist: eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu insgesamt zumindest drei ortsfest angeordneten Positionsmarkern PMn 104 in der primären Spuleneinheit GPM 103 und/oder in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM 103, sowie eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSCPM relativ zu insgesamt drei am oder im Fahrzeug 101 und/oder in der sekundären Spuleneinheit CPM 102 angeordneten Positionsmarkern PMn 104. Mit den somit in einem Koordinatensystem bekannten Mittelpunktpositionen MPOSCPM und MPOSGPM können die Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs 101 einfach ermittelt werden.
  • Vorteilhaft ist das vorgeschlagene System derart redundant ausgeführt, dass die primäre Spuleneinheit GPM 103 gemäß 1 und die sekundäre Spuleneinheit CPM 102 gemäß 2 ausgeführt und eingerichtet sind. In diesem Fall verwendet die Steuereinheit 105 sowohl die ermittelten Positionen POSGPM(PMn) und die ermittelten Positionen POSCPM(PMN) zur Erzeugung von Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs 101. In diesem Fall wird die Robustheit der Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs 101 gegenüber Ausfällen oder Fehlern von Positionsmarkern PMn 104 deutlich erhöht.
  • 3 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung der Verfahrensschritte eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines Systems zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs (101), insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wie vorstehend beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte.
  • In einem Schritt 201 erfolgt durch die primäre Spuleneinheit GPM ein Ermitteln von Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist, und ein Übermitteln der Positionen POSGPM(PMn) an die Steuereinheit.
  • In einem Schritt 202 erfolgt durch die sekundäre Spuleneinheit CPM ein Ermitteln von Positionen POSCPM(PMn)der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist, und ein Übermitteln der Positionen POSGPM(PMn) an die Steuereinheit.
  • In einem Schritt 203 erfolgt unter Verwendung der Positionen POSGPM(PMn) und/oder Positionen POSCPM(PMn)ein Erzeugen von Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs derart, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSCPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM zur Deckung bringbar ist.
  • Die Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs sind insbesondere Steuerbefehle insbesondere an eine autonome oder teilautonome Bewegungssteuerung des Fahrzeugs.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Fahrzeug
    102
    sekundäre Spuleneinheit CPM
    103, 103a, 103b
    primäre Spuleneinheit GPM, GPMa, GPMb
    104
    Positionsmarker PMn, mit n = 1, 2, ..., N
    105
    Steuereinheit zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs
    201-203
    Verfahrensschritte

Claims (10)

  1. System zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs (101), insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, umfassend - eine im Fahrzeug (101) angeordnete sekundäre Spuleneinheit CPM (102), und - eine ortsfest positionierte primäre Spuleneinheit GPM (103), wobei von einer ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM (103) Energie an eine zweite Hauptspule der sekundäre Spuleneinheit CPM (102) induktiv übertragbar ist oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass -- in der primären Spuleneinheit GPM (103) und/oder in deren Umgebung, und am oder im Fahrzeug (101) und/oder in der sekundären Spuleneinheit CPM (103) eine Anzahl N von Positionsmarkern PMn (104) angeordnet sind, mit N ≥ 2 und n = 1, 2, ..., N, wobei - die primäre Spuleneinheit GPM (103) dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn (104) in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM (103) identisch ist, und die ermittelten Positionen POSGPM(PMn) an eine Steuereinheit (105) zu übermitteln, und/oder die sekundäre Spuleneinheit CPM (102) dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Positionen POSCPM(PMn)der Positionsmarker PMn (104) in einem Koordinatensystem zu ermitteln, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM (102) identisch ist, und die ermittelten Positionen POSCPM(PMn)an die Steuereinheit (105) zu übermitteln, und - die Steuereinheit (105) dazu ausgeführt und eingerichtet ist, unter Verwendung der ermittelten Positionen POSGPM(PMn) und/oder der ermittelten Positionen POSCPM(PMn)Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs (101) derart zu erzeugen, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSCPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM zur Deckung bringbar ist.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (105) und/oder die primäre Spuleneinheit GPM (103) und/oder die sekundäre Spuleneinheit CPM (102) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass ihr/ihnen bekannt ist: - eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn (104)9 in der primären Spuleneinheit GPM (103) oder relativ zu einem ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn (104) in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM (103) und - eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem am oder im Fahrzeug (101) angeordneten Positionsmarker PMn (104) oder relativ zu einem in der sekundären Spuleneinheit CPM (102) angeordneten Positionsmarker PMn (104).
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Spuleneinheit GPM (103) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass ihr eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn (104) in der primären Spuleneinheit GPM (103) oder relativ zu zumindest einem ortsfest angeordneten Positionsmarker PMn (104) in der Umgebung der primären Spuleneinheit GPM (103) bekannt ist, und diese relative Positionierung bei der Ermittlung der Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn (104) in dem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM (103) identisch ist, verwendet wird.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Spuleneinheit CPM (102) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass ihr eine relative Positionierung der Mittelpunktposition MPOSGPM relativ zu zumindest einem am oder im Fahrzeug (101) angeordneten Positionsmarker PMn (104) oder relativ zu einem in der sekundären Spuleneinheit CPM (102) angeordneten Positionsmarker PMn (104) bekannt ist und diese relative Positionierung bei der Ermittlung der Positionen POSCPM(PMn)der Positionsmarker PMn (104) in dem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM (102) identisch ist, verwendet wird.
  5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl N ≥ 3 oder N ≥ 4 oder N ≥ 5 oder N ≥ 6 oder N ≥ 7 ist.
  6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarker PMn (104) dazu eingerichtet und ausgeführt sind ein Funknetzwerk, insbesondere ein ad-hoc Funknetzwerk zu bilden und darin Signale, insbesondere Positionssignale zu übermitteln und/oder auszutauschen.
  7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Funknetzwerk dazu ausgeführt und eingerichtet ist, jeweilige relative Positionen RP(PMn, PMm) der Positionsmarker PMn (104) zueinander zu ermitteln, mit n ≠ m und n, m ∈ {1, 2,..., N} und die relativen Positionen RP(PMn, PMm) an die primäre Spuleneinheit GPM (103) und/oder die sekundäre Spuleneinheit CPM (102) und/oder die Steuereinheit (105) zu übermitteln.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Spuleneinheit GPM (103) dazu ausgeführt und eingerichtet ist, die Positionen POS(PMn) der Positionsmarker PMn (104) auf Basis von Signallaufzeitmessungen und/oder Signalstärken zu ermitteln.
  9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Spuleneinheit CPM dazu ausgeführt und eingerichtet ist, die Positionen POS(PMn) der Positionsmarker PMn auf Basis von Signallaufzeitmessungen und/oder Signalstärken zu ermitteln.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Systems zum induktiven elektrischen Laden eines Fahrzeugs (101), insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 mit folgenden Schritten, -- durch die primäre Spuleneinheit GPM Ermitteln (201) von Positionen POSGPM(PMn) der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSGPM der ersten Hauptspule der primären Spuleneinheit GPM identisch ist, und Übermitteln der Positionen POSGPM(PMn) an die Steuereinheit, und/oder durch die sekundäre Spuleneinheit CPM Ermitteln (202) von Positionen POSCPM(PMn)der Positionsmarker PMn in einem Koordinatensystem, dessen Koordinatenursprung mit einer Mittelpunktposition MPOSCPM der zweiten Hauptspule der sekundären Spuleneinheit CPM identisch ist, und Übermitteln der Positionen POSGPM(PMn) an die Steuereinheit, und - unter Verwendung der Positionen POSGPM(PMn) und/oder Positionen POSGPM(PMn) Erzeugen (203) von Anweisungen zur Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs derart, dass bei deren Umsetzung die Mittelpunktposition MPOSCPM mit der Mittelpunktposition MPOSGPM zur Deckung bringbar ist.
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