EP2454119A2 - System zum induktiven laden von fahrzeugen mit elektronischer positionierungshilfe - Google Patents

System zum induktiven laden von fahrzeugen mit elektronischer positionierungshilfe

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EP2454119A2
EP2454119A2 EP10732947A EP10732947A EP2454119A2 EP 2454119 A2 EP2454119 A2 EP 2454119A2 EP 10732947 A EP10732947 A EP 10732947A EP 10732947 A EP10732947 A EP 10732947A EP 2454119 A2 EP2454119 A2 EP 2454119A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
vehicle
charging
bodenseitiges
positioning aid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10732947A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias Wechlin
Mirko Heimburger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conductix Wampfler GmbH
Original Assignee
Conductix Wampfler GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conductix Wampfler GmbH filed Critical Conductix Wampfler GmbH
Publication of EP2454119A2 publication Critical patent/EP2454119A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Definitions

  • H02M 10/44 could not be found in issue / version 2009.01. It could not be found in any other version / version, cf. JP000009017666AA.
  • Chargers are structurally combined (charging circuits H02J 7/00).
  • JP000058069404AA filed by Denso on 21.10.81, but without any lateral or vertical positioning aid. Only a wheel stopper is shown.
  • JP002007097345AA parking aid by video in particular reversing camera, initiation of positioning by operator input to confirm the target area, identification of the charging station and position on subjective screen identification and additional signal, moving aid for coil coupling, unspecified detection, whether parked vehicle has charging device, manual confirmation for fine positioning. No operating state detection.
  • Kinematics means mechanical work, ie energy consumption, wear and tear
  • Video-based positioning aids or prospecting or tracking by optical means are dependent on suitable lighting conditions and attention as well
  • the driver must establish a connection between the real impression and the monitor image during screen identification in order to select the coil selected in the vicinity of the vehicle as a field on the monitor.
  • the eyes move several times between different
  • the object of the invention according to claim 1 is a reduction of the system
  • the electronic positioning aid allows accurate and universal, d. H. for all
  • the raised on the floor installed coil housing is characterized by characteristic
  • the electronic positioning aid for inductive charging stations according to claim 1 brings more user comfort, as well as functional and operator safety than manual charging with charging cables. It always works equally reliably, regardless of the weather, pollution, discipline, knowledge and skill of the driver. So the vehicle is much more regularly connected to the public network. Both for charging and for re-feeding. This is a nationwide breakthrough in e-mobility for
  • the flat floor installation offers vandalism and aesthetics discussions no attack surface.
  • the shielding of energy and data transmission by the parked vehicle prevents misuse and manipulation. Not only because the charging technology is largely inaccessible during the process, but also because of the low prevalence of protocols for induction-based communication. The inaccessibility and the absence of moving parts outside the vehicle reduce the risk of injury in addition.
  • the radar positioning in connection with navigation system and voice input is always faster than the input on a touch screen, as it automatically leads to the correct coil and the driver only has to say "yes” when asked to do so
  • Database entries for example, always start only certain or preferred coils of a particular provider or covered coils.
  • the parking can be in a simplified version, for. B. in the local garage, even without prior electronic coil positioning by manual coarse positioning on the bed and thereby activated fine positioning done, this preferred after an appropriate confirmation by the driver when engaging reverse gear, falling below the walking speed or strong steering lock in recognition readiness Coil wake-up mode switches and the vehicle preferably semi-automatically positioned exactly as it is provided in the operating steps of the parking aid.
  • the on-site coil can be installed underfloor as a retrofit kit or with a corresponding lane marking underground. The latter facilitates the
  • the underfloor variant is less suitable for radar tracking anyway and brings a larger coil spacing with it.
  • the Ladedisk has no displays on the outside, nor buttons or external connections, so it is a largely closed, slightly rounded top, shapely body.
  • An internal LED illumination serves as a position lamp, operating status display and ambient lighting.
  • Distance compensating reflector and thus reflects a clear signal of higher strength than usual in the usual position, which returns it to the scanning of the vehicle regardless of the approach angle, the reflector also unabated depending on the inclination between the vehicle and installation position of the coil housing in a wide tolerance range
  • a clearly visible, multiply mounted coil indicator provides information
  • the vision identification by the driver can not be replaced by image processing, especially when no electronic location is used when several free coils in a row close together equally eligible or the driver specifically use a coil of a particular provider or a coil with negative Operating state display wants to avoid.
  • the coils are similar to the vehicles equipped with the license plate. This preferably consists of manufacturer initials and a number sequence. Description of the embodiments with reference to the drawings
  • the vehicle (4) moves from any side to the induction disc (3) and automatically detects the charging coil on the ground in the automatically preset or manually activated search mode of the radar. For example, the user can automatically activate the search mode in the vicinity of frequently approached destinations such as work or shopping
  • a plausibility check via the navigation system constantly records all loading discs in the vicinity according to the database entry.
  • the navigation system also leads to a simple driver command to the nearest charging station or to the nearest free charging station, if the preferred telematics option with corresponding return channel is present in the vehicle.
  • the driver receives information about the operator and the performance data of the charging station either via the navigation system. Or the driver is due to lack of agreement
  • the coil (1) is located about 70 mm above the ground. Below the bobbin, the supply electronics (5) housed in the same housing. Except for the surface-water-protected slots for supply air and exhaust air, the housing is closed. The only external connection is the power cable. Housing fans (6) provide air cooling.
  • the bobbin case height is designed so that
  • the vehicle touches down on the coil housing
  • the components of the supply electronics can be accommodated in the housing
  • the short-range radar automatically detects the characteristic reflector of the bobbin case and offers the driver the docking process on the display by displaying the coil data, the covered reflector at the same time also ensures reliability, if by pollution or vandalism
  • Magnetic field sensors or image processing systems are dispensed with. Since the charging process already used in the coarse capture range of the electromagnetic coil coupling, every second of sufficient power transmission efficiency is used. Furthermore, the soft start of the charge increases the life of the components involved right through to the battery. The automatically self-regulating iteration makes it possible to approach the position with maximum coil congruence to a process which is hardly noticeable to the driver and which ends within a few seconds.
  • the charging process starts immediately after the wheel stops.
  • the automatically activated electric parking brake ensures safe charging operation regardless of the slope or side slope of the station area.
  • Parking spaces with a charging station are generally only approached by vehicles that want to charge or provide a feedback feed. For the use of such parking only appropriate electric vehicles are authorized. By using the driver automatically agrees to the terms and conditions.
  • Vehicle accumulators with excess mains power or lost for the urgently needed in the public grid feed back All in all, only automatic charging or feedback via induction can guarantee a high availability of range in electric vehicles and peak load balancing in the public network.
  • the multimedia interface of the navigation system provides additional services such.
  • the telematics service of the navigation system can transfer the data to an email mailbox of the user or to a protected area of a user portal. This makes it much easier for the driver to check the electricity bills of the energy suppliers or to determine the tariff suitable for his user profile. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Der Hauptanspruch beruht auf einem System, das ohne Indikatoren und ohne kinematische oder mechanische Hilfen eine selbstführende, elektronische Positionierung der fahrzeugseitigen Sekundärspule im Vergleich zur der bauseits fixierten Primärspule gewährleistet, um eine Energieübertragung mit einem Wirkungsgrad von über 90 Prozent zu gewährleisten, ohne die Nachteile von bewegten, reibenden und elastischen Komponenten hinsichtlich Energieverbrauch, Funktionssicherheit und Verschleiß mit sich zu bringen, wobei das bauseitige Spulengehäuse zur Erreichung dieses Erfindungszweckes gleichzeitig mit seiner Materialauswahl, Oberfläche und inwendigen Verstrebungen als Elektronikgehäuse, Reflexionskörper und Kühlkörper dient und somit als betriebsbereites Komplettpaket auf jedem flachen Boden mit einem Stromanschluss als einziger bauseitiger Installation nachgerüstet werden kann. Das Fahrzeug kann sowohl der Personenbeförderung als auch für den Lastentransport dienen und von einem Fahrzeugführer gelenkt werden, oder es fährt fahrerlos, beispielsweise zur Raumreinigung, Landschaftspflege oder Intralogistik.

Description

Beschreibung
System zum induktiven Laden von Fahrzeugen mit elektronischer Positionierungshilfe Stand der Technik mit Fundstellen
Den bisherigen Stand der Technik dokumentieren (nach Anmeldedatum):
DE000004236286A1 , H02J 7/00, Daimler, 28.10.1992, Spulenhubfunktion über starren
Hebel, sensorgesteuerte Kinematik von Primärspule
JP000009017666AA, H01 F 38/14, Toyoda, 28.06.1995, mechanische Positionierhilfe mit
Radstoppern und Verschiebeeinrichtung
JP000008265992AA, H02J 17/00, Toyoda, 24.03.1995, mechanische Positionierhilfe,
Feinpositionierung mit Hilfe von Sondierungsladestrom
US5850135, H02M 10/44, Sumitomo, 30.01.1997, mechanische Positionierhilfe an
Fahrzeugfront, verschiedene kinematische Formen der Spulenkopplung, Positionierung über Sichtkontakt oder Radführung, verschiedenste Kinematikvorschläge. Das IPC-Symbol
H02M 10/44 konnte in der Ausgabe/Version 2009.01 nicht gefunden werden. Es konnte auch in keiner anderen Ausgabe/Version gefunden werden, vgl. JP000009017666AA.
Einzig auffindbar ist die Prüfklasse: H01 M 10/46 . . Akkumulatoren, die mit den
Ladegeräten baulich vereinigt sind (Ladeschaltungen H02J 7/00). Unter den
Entgegenhaltungen findet sich JP000058069404AA, von Denso am 21.10.81 angemeldet, allerdings ohne jede seitliche oder vertikale Positionierhilfe. Lediglich ein Radstopper wird gezeigt.
JP002003079006AA, B60L 1 1/18, Yokohama, 03.09.2001 , feste Spurrillen mit Stoppern, als einzige Positionierhilfe, nimmt feste Spurbreite als gegeben an
JP002006345588AA, B60L 5/00, Matsushita, 07.06.2005, kinematische Positionierhilfe für
Spulenkopplung im iterativen Verfahren.
JP002007159359AA, B60L 1 1/18, Sumitomo, 08.12.2005, Positionierung und
Kommunikation im Nahbereich über elektromagnetische Wellen und kinematische
Positionierhilfe.
- EP000001930203A1 , B60L 11/18, Toyota, 31.08.2006, (in JP 29.09.2005
JP002007097345AA) Einparkhilfe per Video insbesondere Rückfahrkamera, Einleitung des Positioniervorganges durch Bedienereingabe zur Bestätigung der Zielfläche, Identifizierung der Ladestation und Position über subjektive Bildschirmidentifikation und Zusatzsignal, Verschiebehilfe für Spulenkopplung, nicht näher beschriebene Erkennung, ob geparktes Fahrzeug über Ladeeinrichtung verfügt, manuelle Bestätigung für Feinpositionierung. Keine Betriebszustandserkennung.
- DE102007033654A1 , H02J 17/00, H01 F 38/14, SEW, 17.07.2007, Spulenhub über Radlast ausgelöst, Kopplung mittels starrem Hebel, Positionierung über Rille.
Aus diesen u. a. sind bekannt Ansätze zur Positionierhilfe mittels aktiver Kinematik, passiver Positionierhilfe über statische Radführungselemente in Verbindung mit starren oder kinematisch positionierten Energieübertragern oder elektronischer Positionierhilfe mit Hilfe von Videosignalen und menschlicher Bildschirmidentifikation sowie manueller Bildschirmselektion, also subjektiver Ortung, aber keine rein elektronische, also vollautomatische Spulenortung mit der Option auf voll- oder halbautomatische Positionierung.
Problem
Kinematik bedeutet mechanische Arbeit, also Energieaufwand, Verschleiß und
Funktionsrisiken. Starre Abstände von Positionsgebern auf Ladeseite bedeuten einen hohen Normierungsaufwand auf Fahrzeugseite. Das so erreichte optimale Positionierungsergebnis bedeutet maximale Energieübertragungseffizienz, die aber vom Energieeinsatz für die
mechanische Positionierhilfe und hohem Aufwand für Herstellung, Installation und Wartung geschmälert wird.
Videobasierende Positionierungshilfen bzw. das Prospektieren oder Aufspüren durch optische Mittel sind abhängig von geeigneten Lichtverhältnissen und der Aufmerksamkeit sowie
Interpretationsfähigkeit des Fahrers. Sowohl zu geringe Ausleuchtung als auch Gegenlicht führen zu Erfassungsfehlern. Entfernungsmessung und Positionserfassung über Bildverarbeitung ist ferner nicht so genau wie mittels Radar.
Obendrein ist zur Identifikation von Spulen verschiedener Anbieter oder aber auch zur
Erkennung, ob eine Spule in einer Reihe von mehreren freien nicht betriebsbereit ist, ohnehin der Blick des Fahrers durch die Scheibe unerlässlich, kann also vom Blick auf den Monitor nicht ersetzt werden. Betriebszustandsanzeigen oder verschiedene Anbieter sind auf dem Videobild nämlich nicht unbedingt unterscheidbar.
Der Fahrer muss bei der Bildschirmidentifikation einen Zusammenhang zwischen dem realen Eindruck und dem Monitorbild herstellen, um die im Umfeld des Fahrzeugs gewählte Spule als Feld auf dem Monitor anzuwählen. Die Augen wandern mehrfach zwischen verschiedenen
Scheiben ringsum und dem Monitor hin und her. Das ist umständlich und fehlerträchtig.
Lösung
Aufgabe der Erfindung gemäß Anspruch 1 ist eine Verringerung der System- und
Lebenszykluskosten, der Betriebsrisiken, der menschlichen Bedienerfehler und der technischen Fehlfunktionsanfälligkeit durch die weitestgehende Vermeidung von Bedienereingriffen, mechanischer Arbeit und Reibung sowie zusätzlicher oder störanfälliger Sensorik und
Fahrassistenzsysteme.
Die elektronische Positionierhilfe erlaubt eine genaue und universelle, d. h. für alle
Ladestationen und Fahrzeuge einheitliche Art der Heranführung in eine hinreichende Ladeposition. Das am Boden erhaben installierte Spulengehäuse dient durch charakteristische
Reflexionseigenschaften und sichtbare Kennzeichen der Identifikation und stellt gleichzeitig einen ausreichend geringen Vertikalabstand zur am Fahrzeugboden installierten Sekundärspule her. Erreichte Vorteile
Die elektronische Positionierhilfe für induktive Ladestationen gemäß Anspruch 1 bringt mehr Nutzerkomfort, sowie Funktions- und Bedienersicherheit als das manuelle Laden mit Ladekabeln. Sie funktioniert unabhängig von Witterung und Verschmutzung sowie von Disziplin, Kenntnis und Geschicklichkeit des Fahrers immer gleichermaßen verlässlich. So steht das Fahrzeug viel regelmäßiger mit dem öffentlichen Netz in Verbindung. Sowohl für die Aufladung als auch für die Rückeinspeisung. Damit wird ein flächendeckender Durchbruch der E-Mobilität zum
Massenphänomen wahrscheinlicher und die Verfügbarkeit der Fahrzeugbatterien für den
Ausgleich von Netzschwankungen in Spitzenzeiten eher gesichert.
Die flache Bodeninstallation bietet Vandalismus und Ästhetikdiskussionen keine Angriffsfläche. Die Abschirmung von Energie- und Datenübertragung durch das geparkte Fahrzeug verhindert Missbrauch und Manipulation. Nicht nur, weil die Ladetechnik während des Vorganges weitgehend unzugänglich ist, sondern auch aufgrund der geringen Verbreitung von Protokollen für die induktionsbasierende Kommunikation. Die Unzugänglichkeit und der Verzicht auf bewegliche Teile außerhalb des Fahrzeuges verringern die Verletzungsgefahr zusätzlich.
Weitere Ausgestaltung der Erfindung nach Ausführungsbeispiel 2
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Ausführungsbeispiel 2 angegeben. Die Ausführungsvariante nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, die höhere Genauigkeit und
Störsicherheit von Abtastsensoren auf Radarbasis zu nutzen. Diese werden ohnehin schon zunehmend zur Abstandsregelung und Hinderniserfassung im Nahfeld eingesetzt, so dass keine zusätzlichen Kosten entstehen müssen. Sie finden auch durch zunehmende Sensorfusion, sowie Komponenten- und Funktionsintegration regelmäßig bei Einparkhilfen Verwendung, so dass auf bereits vorhandene Systeme zum halbautomatischen Rangieren zurückgegriffen werden kann.
Deren sensorbasierende Distanzmessung und Objektortung kann ebenso wie die Berechnung der Trajektorie und die rechnergestützte Umsetzung von Lenkbefehlen für eine hinreichende Positionierung des Fahrzeuges herangezogen werden. Die mit der Erfassung von Lenkwinkel und Radumdrehung erreichte Genauigkeit ist für die Grobpositionierung genügend. Zusatzindikatoren können entfallen.
Die Radarortung in Verbindung mit Navigationssystem und Spracheingabe ist immer schneller als die Eingabe an einem Touchscreen, da sie automatisch zu der richtigen Spule führt und der Fahrer bei entsprechender Rückfrage nur noch„ja" sagen muss. Die Voreinstellungen des Nutzerprofiles erlauben es in Verbindung mit den Datenbankeinträgen beispielsweise auch, immer nur bestimmte oder bevorzugt Spulen eines bestimmten Anbieters oder überdachte Spulen anzufahren.
Der Einparkvorgang kann in einer vereinfachten Ausführung, z. B. in der heimischen Garage, auch ohne vorherige elektronische Spulenortung durch manuelle Grobpositionierung auf der Ladefläche und dabei aktivierte Feinpositionierung erfolgen, wobei diese bevorzugt nach einer entsprechenden Bestätigung durch den Fahrer bei Einlegen des Rückwärtsganges, Unterschreiten der Schrittgeschwindigkeit oder starkem Lenkeinschlag in Erkennungsbereitschaft mit Spulenweckmodus schaltet und das Fahrzeug bevorzugt halbautomatisch exakt positioniert so wie es in den Bedienschritten der Einparkhilfe vorgesehen ist.
Dies macht die exakte Spulenkopplung auch für Fahrzeuge ohne Radarsensoren zugänglich. Im hauseigenen Bereich bedarf es auch keiner Telematikfunktion für die Abrechnung. Dies senkt die Systemkosten weiter und wird für Pendlermobile in der Einführungsphase der Elektromobilität eher der Regelfall sein. Dabei kann die bauseitige Spule überflurig als Nachrüstsatz oder mit entsprechender Fahrbahnmarkierung unterflurig installiert sein. Letzteres erleichtert die
Bodenreinigung und den Winterdienst. Die unterflurige Variante eignet sich für die Radarortung ohnehin weniger und bringt einen größeren Spulenabstand mit sich.
Weitere Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4
Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4 wird das bauseitige
Spulengehäuse mit den Lüftungsschlitzen zu einem eindeutig identifizierbaren Objekt, wobei die umlaufende Rampenkonstruktion gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit für statische und dynamische Belastungen durch Radaufstandsflächen von Straßenfahrzeugen, eine hohe
Dichtigkeit, ausreichende Strahlungsdurchlässigkeit für Radarstrahlen und günstige Herstellbarkeit gegeben ist.
Dieses außen sichtbare Rampenelement deckt die innenliegende Reflexionsaufkantung vollständig ab. Dadurch ist das Reflexionsmuster nur schwer nachahmbar oder manipulierbar. Die Ladedisk hat außen weder Displays, noch Tasten oder Außenanschlüsse, ist also ein weitgehend geschlossener, oben leicht abgerundeter, formschöner Körper. Eine innen liegende LED- Beleuchtung dient als Positionslampe, Betriebszustandsanzeige und Umfeldbeleuchtung.
Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4 wird das Bodenstück des bauseitigen Spulengehäuses über die umlaufende konkave Aufkantung zu einem
entfernungsausgleichenden Reflektor und reflektiert somit ein deutliches Signal von höherer Stärke als sonst in der Lage üblich, welches es an die Abtastsensorik des Fahrzeuges unabhängig vom Anfahrwinkel zurückgibt, wobei der Reflektor auch je nach Neigung zwischen Fahrzeug und Einbaulage des Spulengehäuses in einem großen Toleranzbereich unvermindert ein
charakteristisches Signalmuster wiedergibt.
Ein deutlich sichtbares, mehrfach angebrachtes Spulenkennzeichen gibt Auskunft zum
Energieanbieter und macht den Ladeort unverwechselbar. Die Sichtidentifikation durch den Fahrer kann durch Bildverarbeitung insbesondere dann nicht ersetzt werden, wenn keine elektronische Ortung zum Einsatz kommt, wenn mehrere freie Spulen in einer Reihe nahe beieinander gleichermaßen in Frage kommen oder der Fahrer gezielt eine Spule eines bestimmten Anbieters nutzen oder eine Spule mit negativer Betriebszustandsanzeige meiden will. Zu diesem Zweck sind die Spulen ähnlich wie die Fahrzeuge mit dem Kennzeichen ausgestattet. Dieses besteht bevorzugt aus Herstellerinitialien und einer Nummernfolge. Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen
Das Fahrzeug (4) fährt von einer beliebigen Seite auf die Induktionsscheibe (3) zu und erkennt im automatisch per Voreinstellung oder manuell aktivierten Suchmodus des Radars automatisch die Ladespule am Boden. Beispielsweise kann der Nutzer im Nahbereich von häufig angefahrenen Zielen wie Arbeits- oder Einkaufsort die automatische Aktivierung des Suchmodus in den
Voreinstellungen zum Zielort festlegen. Oder er fährt ohne Radarortung einfach auf Sicht grob über die Spule.
Ein Plausibilitätsabgleich über das Navigationssystem erfasst ständig alle Ladedisks in der näheren Umgebung gemäß Datenbankeintrag. Das Navigationssystem führt auch auf einfachen Fahrerbefehl zur nächstgelegenen Ladestation oder zu der nächsten freien Ladestation, wenn die bevorzugte Telematikoption mit entsprechendem Rückkanal ins Fahrzeug vorhanden ist.
Nach dem Plausibilitätsabgleich im Nahbereich ergeben sich bei einer freien Ladestation zwei Optionen. Der Fahrer bekommt entweder über das Navigationssystem Angaben zum Betreiber und den Leistungsdaten der Ladestation. Oder der Fahrer wird mangels übereinstimmendem
Datenbankeintrag bzw. mehreren freien Ladeoptionen zur Sichtidentifikation der gewünschten Ladestation aufgefordert.
Die Spule (1 ) liegt in etwa 70 mm Höhe über dem Boden. Unterhalb des Spulenkörpers ist die Einspeiselektronik (5) im selben Gehäuse untergebracht. Bis auf die oberflächenwassergeschützte Schlitze für Zuluft und Abluft ist das Gehäuse geschlossen. Einziger Außenanschluss ist das Stromkabel. Gehäuseventilatoren (6) sorgen für Luftkühlung.
Die Spulengehäusehöhe ist so ausgelegt, dass
die typischerweise ohnehin geringere Bodenfreiheit von Elektrofahrzeugen abzüglich eines typischen Federweges für maximale Zuladung immer noch einen ausreichenden Freigang erlaubt,
allenfalls bei gleichzeitiger Überschreitung der maximalen Zuladung und Unterschreitung des minimalen Reifendruckes das Fahrzeug auf dem Spulengehäuse aufsetzt,
die Komponenten der Einspeiseelektronik im Gehäuse Platz finden
und somit ein separates Elektronikgehäuse samt dem entsprechenden Verkabelungs- und
Montageaufwand entfallen kann.
Im Abstand von etwa 2 Fahrzeuglängen detektiert der Nahbereichsradar automatisch den charakteristischen Reflektor des Spulengehäuses und bietet dem Fahrer den Andockvorgang auf dem Display durch Anzeige der Spulendaten an, wobei der abgedeckte Reflektor gleichzeitig auch noch Funktionssicherheit gewährleistet, wenn durch Verschmutzung oder Vandalismus
Teilbereiche abgedeckt sein sollten. Nach der Bestätigung ist der halbautomatische
Einparkvorgang aktiviert.
Während des etwa 20 sekündigen Heranfahrens werden Daten zum Ladezustand und der Abrechnung ausgetauscht. Die Feinpositionierung erfolgt über die vorhandenen Algorithmen der Einparkhilfe in ABS und elektromechanischer Lenkung sowie über die Erfassung der
Radumdrehungen und des Lenkeinschlages.
Durch die Zuhilfenahme des sondierenden Ladestromes als Stellglied für die Feinpositionierung kann auf sämtliche weiteren Feinpositionierungshilfen wie z. B. Näherungsschalter,
Magnetfeldsensoren oder Bildverarbeitungssysteme verzichtet werden. Da der Ladevorgang bereits im groben Fangbereich der elektromagnetischen Spulenkopplung einsetzt, wird jede Sekunde ausreichender Leistungsübertragungseffizienz genutzt. Ferner erhöht der Sanftanlauf der Ladung die Lebensdauer der beteiligten Komponenten bis hin zur Batterie. Die automatisch selbstregelnde Iteration macht das Herantasten an die Position mit maximaler Spulenkongruenz zu einem für den Fahrer kaum merklichen Vorgang, der innerhalb wenigen Sekunden beendet ist.
Der Ladevorgang beginnt unmittelbar ab Räderstillstand. Die automatisch aktivierte, elektrische Parkbremse gewährleistet unabhängig von Hanglage oder Seitenneigung der Stationsfläche sicheren Ladebetrieb.
Parkplätze mit Ladestation werden grundsätzlich nur von Fahrzeugen angefahren, die laden oder eine Rückeinspeisung anbieten wollen. Zur Benutzung solcher Parkplätze sind nur entsprechende Elektrofahrzeuge autorisiert. Mit der Benutzung gibt der Fahrer automatisch Einverständnis zu den Geschäftsbedingungen.
Eine bauseitige Abfrage zu Laden oder nicht Laden entfällt, da die fahrzeugseitige Spule (2) die bauseitige (1 ) bei der Feinpositionierung zwingend immer weckt und je nach Zustand von
Fahrzeugbatterie bzw. verfügbaren Kapazitäten im öffentlichen Netz eine Aufladung bzw.
Rückeinspeisung einsetzt.
Ohne diese automatische Aktivierung würden wertvolle Zeitfenster für das Laden von
Fahrzeugakkumulatoren mit überschüssigem Netzstrom bzw. für die dringend im öffentlichen Netz benötigte Rückeinspeisung verloren gehen. Insgesamt kann nur die automatische Ladung bzw. Rückeinspeisung per Induktion eine hohe Verfügbarkeit von Reichweite in den Elektrofahrzeugen und Spitzenlastausgleich im öffentlichen Netz garantieren.
Dabei sorgen grundlegende Algorithmen dafür, dass
vom Nutzer voreingestellte Mindestrestmengen an Ladekapazität bei der automatischen
Rückeinspeisung nie unterschritten werden
vom Nutzer voreingestellte Restkapazitäten nur dann aufgeladen werden, wenn günstigste
Nachtstromtarife zur Verfügung stehen
zu vom Nutzer voreingestellten Tages- und Uhrzeiten abhängig von den übrigen
Voreinstellungen eine maximale Ladung zur Verfügung steht
zu vom Nutzer voreingestellten Tages- und Uhrzeiten eine maximale Rückeinspeisung abhängig von den übrigen Voreinstellungen erfolgt
zu der vom Nutzer beim Parken aufgerufenen Zieleingabe mit Abfahrtzeit eine
ausreichende Ladung für das Fahrtziel vorhanden ist
In einer weiteren Ausführungsform bietet das Multimedia-Interface des Navigationssystems Zusatzdienste wie z. B. die automatische Protokollierung von Ladestandorten, Ladedauer bzw. Rückeinspeisung, Batteriekapazität vor und nach dem Ladevorgang oder Statistiken zu Anzahl, Häufigkeit und räumlicher Verteilung der benutzten Ladestationen sowie dergleichen mehr. Über eine Internetverbindung kann der Telematikservice des Navigationssystems die Daten an ein Emailpostfach des Nutzers oder auf einen geschützten Bereich eines Nutzerportales übertragen. Damit wird es dem Fahrer wesentlich erleichtert, die Stromabrechnungen der Energieversorger gegen zu prüfen oder den für sein Nutzerprofil geeigneten Tarif zu bestimmen. Bezugszeichenliste
1 bauseitige Primärspule
2 fahrzeugseitige Sekundärspule
3 bauseitiges Spulengehäuse
4 Fahrzeug
5 Elektrik und Elektronik
6 Lüfter
7 Fliegengitter

Claims

Patentansprüche
1.
Elektronische Positionierhilfe für Elektrofahrzeuge im Nahbereich von induktiven Ladestationen dadurch gekennzeichnet, dass
im Fahrzeug vorhandene oder optionshalber vorgesehene Sensoren auf Basis von Radar, Laser, Lidar, Ultraschall, Infrarot, Satellit oder Induktion und die darauf aufbauenden Einparkhilfen zusätzlich dafür herangezogen werden, induktive Ladestationen im Nahbereich anhand des bauseitigen Spulengehäuses oder der inwendigen Spulentechnik ohne visuelle
Umgebungsdarstellung, ohne manuelle Bedienereingabe und ohne bauseitige Zusatzreflektoren vollautomatisch zu erkennen und das Fahrzeug im rechnerunterstützten Rangierbetrieb mit der Spule am Fahrzeugboden hinreichend genau über der bauseitigen Spule zu positionieren, ohne dass die beiden Spulen mit zusätzlichen Verschiebe- und Hubeinrichtungen in eine noch exaktere oder nähere Überlagerung gebracht werden müssen.
2.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die bevorzugte Umgebungserfassung ein Nahbereichsradar ist.
3.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt über ein Nahbereichsradar das Vorhandensein von metallischen Gegenständen auf dem Spulengehäuse ausgeschlossen und somit störungsfreies Laden sichergestellt wird.
4.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Ausführungsbeispiel 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt das bauseitige Spulengehäuse gleichzeitig als hochcharakteristischer Reflektor für die fahrzeugseitigen Abtastsensoren dient, wobei die umlaufende konkave Aufkantung einen Reflektor für das Radarsignal in den unterschiedlichsten Entfernungen und gleichzeitig durch die kreisrunde Grundfläche für die unterschiedlichsten Anfahrwinkel darstellt.
5.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt das Spulengehäusedach für eine störungsfreie Kopplung der Spulen eine möglichst hohe elektromagnetische Strahlungsdurchlässigkeit und die Spulengehäusewand für eine möglichst gute Radarreflexion eine möglichst geringe elektromagnetische
Strahlungsdurchlässigkeit aufweisen muss.
6.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
ferner in einer bevorzugten Ausführung die gesamten sichtbare Gehäuseoberfläche aus einem einzigen Kunststoffverbundmaterial mit hohem elektromagnetischem Transmissionswert durch einen vollautomatischen Spritzpräge- oder Spritzgussprozess ohne Hinterschnitte werkzeugfallend und einteilig hergestellt werden kann.
7.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt zwei an der Unterseite des Gehäuseoberteils vorstehende Trennlaschen eine Rezirkulation der austretenden Warmluft verhindern und gleichzeitig als verwechslungssichere Positionierschablone für den Zusammenbau von Gehäuseoberteil und Bodenstück dienen.
8.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Spulengehäuse auf der umlaufenden Rampe bevorzugt mit 4 um 90 Grad versetzten Kennzeichenflächen versehen ist.
9.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bodenstück zusammen mit der umlaufenden Aufkantung bevorzugt aus einem einzigen Flachblech durch einen vollautomatischen Stanzbiege- und Tiefzieh prozess zusammen mit der Positionierfalz für die Positionierschablonen werkzeugfallend hergestellt werden.
10.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt in das umlaufende Labyrinthsystem eindringendes Wasser dank der umlaufenden Aufkantung über einen großen Toleranzbereich von Schräglagen immer auf der
gegenüberliegenden Seite abfließt, bevor es über die Lufteinlässe ins Gehäuseinnere dringen kann.
1 1.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt die schräg ansteigenden Luftansaugschlitze im Gehäuseoberteil über ein
Labyrinthsystem die Elektronik im Gehäuse sowohl vor Spritzwasser als auch vor
Oberflächenwasser für einen großen Toleranzbereich von Neigungswinkeln schützen und bis zur Aufkantung eingedrungenes Wasser ringsum über Bohrungen am unteren Ende der konkaven Aufkantung ablaufen und über den Hohlraum unter dem Bodenstück ablaufen kann.
12.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt das Vollmetallbodenstück auch eine entsprechend große Oberfläche für die
Konvektionskühlung ergibt.
13.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
ferner in einer bevorzugten Ausführung eine LED-Beleuchtung mit zentraler Lichtquelle in verschiedenen Grundfarben über eine im Bereich der Aufkantung umlaufende Glasfaser hinter den Lüftungsschlitzen gleichzeitig den Betriebszustand anzeigt, als Positionslicht dient und für eine Umgebungsbeleuchtung sorgt.
14.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt das Gehäuse neben der Spule gleichzeitig auch die Einspeise- bzw.
Rückspeiseelektronik integriert.
15.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt Fliegengitter in den Luftansaugschlitzen die Elektronik im Gehäuse sowohl vor Insekten als auch vor Kriechtieren schützen und das Eindringen von Schwemmgut oder groben Schmutzwasserablagerungen verhindern, wobei die Gitter leicht austauschbar und zu reinigen sind.
16.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Spulengehäuse bevorzugt über eine Kreuzstrombelüftung bevorzugt luftgekühlt wird.
17.
Bodenseitiges Spulengehäuse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt die Temperatursteuerung der Lüfter den Ladevorgang bei Überhitzung unterbricht oder im Falle von zu starker direkter Sonneneinstrahlung mit entsprechender Erwärmung den Ladevorgang erst zeitversetzt oder abgeschwächt hochfahren lässt, sobald der Fahrzeugschatten eine ausreichende Abkühlung eintreten lässt.
18.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
bevorzugt ein Plausibiltitätsabgleich zur erfolgten Ortung der Ladestation über die Datenbank des im Fahrzeug vorhandenen oder optionshalber vorgesehenen, regelmäßig aktualisierten oder selbstlernenden Navigationssystems mit Telematikdienst stattfindet, woraufhin das Navigationssystem Daten wie Betreiber und Leistungsfähigkeit der Ladestation anzeigt
19.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Falle eines fehlenden übereinstimmenden Datenbankeintrages für die Spule, ferner bei einer Reihe von freien und nah beieinander liegenden Spulen, oder wenn der Fahrer die Spule eines bestimmten Anbieters im Sichtbereich gezielt wählen will und verschiedene Anbieter in
unmittelbarer Nähe Installationen betreiben, das System bevorzugt zur Sichtidentifikation über das Spulenkennzeichen auffordert.
20.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einblendung des Spulenkennzeichens bevorzugt über Head Up Display und die Eingabe bevorzugt über Spracheingabe erfolgt, wobei das Fahrzeug die Spule mit der einfachsten Anfahrt bevorzugt als hervorgehobenen Vorschlag in einer Liste von verfügbaren Spulenkennzeichen anzeigt.
21.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer bevorzugten Ausführungsform der Fahrer den Vorschlag bestätigen oder auch eine alternative Spule durch Eingabe der Listeneintragsnummer auswählen kann.
22.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die im Fahrzeug vorhandene oder optionshalber vorgesehene Parkhilfe erweitert durch die Ortungshilfe für die Ladespule die Heranführung des Fahrzeuges an den Ladestandort in
Abhängigkeit vom Einbauort der Empfängerspule am Fahrzeugboden übernimmt, wobei die bauseitige Ladespule bevorzugt mittig auf der Parkfläche und die fahrzeugseitige Spule mittig am Fahrzeugunterboden angebracht ist.
23.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Fahrer bevorzugt wie bei den halbautomatischen Parkhilfen üblich durch Einlegen von Vorwärts- und Rückwärtsgang sowie durch Betätigen von Brems- und Gaspedal den jeweils nächsten Einparkschritt einleitet bzw. durch Griff ins Lenkrad den Vorgang jederzeit unterbrechen oder einen vollautomatischen Autopiloten für die Positionierung auf der Spule aktivieren kann.
24.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich der Feinpositionierung von wenigen Zentimetern oder einem entsprechend eingestellten Fangbereich bevorzugt die fahrzeugseitige Spule die bauseitige mit einem
elektromagnetischen Impuls weckt und gleichzeitig eine induktive Kommunikation zwischen beiden Spulen einsetzt, welche die induktive Energieübertragung überlagert, womit ein Austausch bevorzugt immer zwingend, ohne Bedienereingriff und ohne bauseitige Abfrage im Rahmen der Voreinstellungen des Nutzers fahrzeugseitig initiiert wird.
25.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Identifikation des Fahrers für die Autorisierung und Abrechnung des Lade- oder
Rückeinspeisevorganges bevorzugt über seinen individuellen Fahrzeugschlüssel erfolgt, wobei dieser auch bevorzugt seine übrigen persönlichen Einstellungen wie voreingestellte Mindestwerte für Ladung und Rückeinseisung oder Sitz- und Klimaanlageneinstellungen speichert.
26.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Freischaltung der Berechtigungen des einzelnen Fahrzeugschlüssels bevorzugt über das Online-Portal des fahrzeugseitigen Telematikdienstes in Verbindung mit den Angeboten der Energieversorgungsunternehmen erfolgt.
27.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich der Feinpositionierung von wenigen Zentimetern der Ladevorgang bevorzugt mit einer Sondierladung einsetzt, wobei die Einparkhilfe bevorzugt allein die letztendliche Stärke des Ladestromes als weitere Stellgröße neben den vorhandenen, nach wie vor priorisierten
Abstandswarnern ohne zusätzliche Magnetfeldsensoren zu Hilfe nimmt und iterativ durch
Vorwärts-, Rückwärts- und seitlich versetztes Fahren eine exakte Überlappung der beiden Spulen innerhalb weniger Sekunden auf kürzesten Wegstrecken herbeiführt.
28.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei negativem Plausibilitätsabgleich nach erfolgter Ortung der Ladestation das selbstlernende Navigationssystem selbsttätig die beim Ladevorgang erfassten Daten zu der noch nicht erfassten Ladestation bevorzugt über einen Rückkanal an den bevorzugt fahrzeugherstellerübergreifenden Telematikdienst berichtet, woraufhin von da an die neue Ladestation für alle Nutzer des Dienstes über das zentrale Online-Portal dokumentiert ist.
29.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt über das Navigationssystem der genaue Ladeort aufgrund der Satellitenkoordinaten automatisch dokumentiert wird und bevorzugt vom im Fahrzeug vorhandenen oder optionshalber vorgesehenen Bordcomputer weitere Eckdaten wie Ladezeit, Ladezustand vor und nach der Ladung, Ladedauer und dergleichen bevorzugt induktiv zur Verfügung gestellt werden, womit dann bevorzugt über einen induktiven Rückkanal, oder über einen fahrzeugherstellerübergreifenden Telematikdienst, GSM, eine Internetverbindung, oder eine Datenschnittstelle im Fahrzeug wie z. B. USB sämtliche Daten zur Ladung dem Nutzer dauerhaft und automatisch zugänglich gemacht werden können.
30.
Positionierhilfe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
auch Rückeinspeisevorgänge, bei denen überschüssige Energie vom fahrzeugseitigen
Speicher an das Netz in Spitzenzeiten zurückübertragen wird, bevorzugt komfortabel und verlässlich über das selbe Navigationssystem mit dem bevorzugt herstellerübergreifenden
Telematikdienst dokumentiert werden.
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