EP4572978A1

EP4572978A1 - Induktive ladeeinrichtung für ein fahrzeugladesystem

Info

Publication number: EP4572978A1
Application number: EP23731243.4A
Authority: EP
Inventors: Mike Böttigheimer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2023-06-06
Publication date: 2025-06-25
Also published as: CN119744233A; JP2025526855A; WO2024037750A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine induktive Ladeeinrichtung (1) für ein Fahrzeugladesystem (8) mit einer Energieübertragungswicklung (4) und mindestens einem Flussführungselement (5). Eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung weist eine Nahpositionierungssendeeinrichtung (NAH-POS), die geeignet ist mindestens ein Nah-Positionierungssignal (NAH-SIG) zu erzeugen und eine Fernpositionierungssendeeinrichtung (FERN-POS), die geeignet ist mindestens ein Fern-Positionierungssignal (FERN-SIG) zu erzeugen, auf. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2).

Description

Induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem

Die Erfindung betrifft ein eine Induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem, ein Fahrzeugladesystem sowie ein Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.

Aus der DE 10 2014 202 747 A1 ist ein Doppelwicklungssystem bekannt, welches dazu dient, eine Lageabweichung zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule eines induktiven Ladesystems zu bestimmen. Die beiden Wicklungen des Doppelwicklungssystem sind um einen bestimmten Winkel zueinander versetzt und um ein gemeinsames Ferritelement gewickelt. Das Magnetfeld der Primärspule induziert eine Spannung in den beiden Wicklungen. Die beiden Spannungen werden durch eine Auswerteeinheit ausgewertet und es wird eine Lageabweichung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule daraus berechnet. Das gezeigte Doppelwicklungssystem wird als Sensor für lediglich ein Verfahren verwendet, welches eine Lageabweichung detektiert. Ein solches Verfahren kann bei einem Minimalstabstand unpräzise werden oder nicht mehr ausreichend funktionieren.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine induktive Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art, verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, insbesondere solche welche ein Positionierungsverfahren in einer möglichst großen Spanne an Entfernungen ermöglichen.

Fahrzeuge induktiv laden zu können bietet eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber eines konventionellen konduktiven Ladevorgangs. Allen voran sei hier der Komfortgewinn erwähnt, da so das Hantieren mit teilweise sehr schweren Ladekabeln und Steckern entfällt. Allerdings ist es für den induktiven Ladevorgang wichtig, dass die induktive Ladeeinrichtung des Fahrzeugs möglichst genau zu der stationären, beispielsweise bodenseitigen induktiven Ladeeinrichtung positioniert wird. Dies ist durch ein rein manuelles Positionieren des Fahrzeugs über der stationären induktiven Ladeeinrichtung schwierig und der Fahrer benötigt hierbei Unterstützung von einem Assistenzsystem, welches ihm entweder Informationen über eine Lageabweichung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug und der stationären induktiven Ladeeinrichtung liefert oder aber von einem automatisierten Positionierungssystem, welches direkt den Einparkvorgang automatisiert übernimmt. Es wird eine Sensorik benötigt, die eine entsprechende Lageabweichung detektieren kann. Hierbei ist es von Vorteil, wenn keine initiale Kalibrierung zwischen der stationären induktiven Ladeeinrichtung und der mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug notwendig ist. Für das Positionierungssystem ist darüber hinaus eine möglichst große Reichweite vorteilhaft. Das heißt, das Positionierungssystem soll sowohl bei einer möglichst großen Entfernung zwischen einer stationären induktiven Ladeeinrichtung und einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug eine Lageabweichung präzise bestimmen können als auch bis zu einer ausreichend genauen Positionierung funktionieren.

Es wird vorliegend eine induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem vorgeschlagen mit einer Energieübertragungswicklung und mindestens einem Flussführungselement und mit einer Nahpositionierungssendeeinrichtung, die geeignet ist mindestens ein Nah-Positionierungssignal zu erzeugen und einer Fernpositionierungssendeeinrichtung, die geeignet ist mindestens ein Fern- Positionierungssignal zu erzeugen.

Beim induktiven Laden wird Energie in Form eines magnetischen Feldes zwischen zwei induktiven Ladeeinrichtungen, zumeist zwischen einer stationären Ladeeinrichtung und einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung, übertragen.

Der Begriff „induktive Ladeeinrichtung“ bezeichnet hier somit nur einen von zumindest zwei Teilen, die für einen Induktionsladevorgang zur Energieübertragung nötig sind. Beim Induktionsladevorgang erzeugt eine Energieübertragungswicklung in einer induktiven Ladeeinrichtung ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld induziert eine Spannung in einer weiteren Energieübertragungswicklung einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung. Diese weitere induktive Ladeeinrichtung dient somit für diesen spezifischen Ladevorgang als Gegenstück. Die Energie wird drahtlos übertragen und durch Induktion einer Spannung aufgenommen.

Induktive Ladeeinrichtungen können zum induktiven Laden von Fahrzeugen verwendet werden. Im Prinzip kann eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung für jede Sorte von Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug eingesetzt werden, die über einen elektrischen oder einen Hybridantrieb verfügen. Insbesondere seien hierbei Personenkraftwagen, Busse und Lastkraftwagen genannt.

Ein Fahrzeugladesystem umfasst zumindest eine mobile induktive Ladeeinrichtung und eine weitere, meist stationäre induktive Ladeeinrichtung. Eine mobile induktive Ladeeinrichtung kann beispielsweise an und/oder in einem Fahrzeug montiert sein.

Eine induktive Ladeeinrichtung an und/oder im Fahrzeug ist daher geeignet, das magnetische Feld aufzunehmen und elektrische Energie eines Energiespeichers des Fahrzeuges beispielsweise einer Batterie bzw. eines Akkumulators im Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.

Prinzipiell kann ein Fahrzeugladesystem auch zum bidirektionalen Laden eingesetzt werden. Hierbei kann das Fahrzeug zeitweise auch Energie aus dem Energiespeicher über das Fahrzeugladesystem ins Stromnetz einspeisen.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Eine induktive Ladeeinrichtung weist eine Energieübertragungswicklung auf, die während des Ladevorgangs ein Magnetfeld, von einer weiteren Energieübertragungswicklung in effizienter Weise empfangen kann und/oder ein Magnetfeld aussenden kann. Hierbei können vorzugsweise Leistungen von 3 kW bis 500 kW besonders bevorzugt von 3 kW bis 50 kW übertragen werden.

Ganz allgemein wird eine Spule hier definiert als ein Bauteil zur Erzeugung oder zum Empfang eines magnetischen Feldes. Eine Spule kann aus einer Wicklung und optional weiteren Elementen wie einem Magnetkern und einem Spulenträger bestehen. Eine Wicklung ist hierbei eine gewickelte Anordnung eines Stromleiters. Eine Wicklung kann aus einer oder mehreren Windungen bestehen, wobei eine Windung einen vollen Umlauf eines Leiters bezeichnet. Ganz allgemein kann eine Wicklung aber auch nur aus weniger als einer Windung, also beispielsweise 0,5 Windungen bestehen. Natürlich ist auch eine nichtvollständige Anzahl an Windungen, wie beispielsweise 2,5 Windungen möglich.

Eine Energieübertragungswicklung kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein und beispielsweise aus einer Hochfrequenzlitze mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 10 mm bevorzugt aus Kupfer bestehen.

Ein Flussführungselement ist dazu geeignet, ein Magnetfeld in vorgegebener Art zu führen. Es besitzt eine hohe magnetische Permeabilität mit p_r>1 , bevorzugt p_r>50, besonders bevorzugt p_r>100. Das Flussführungselement stellt einen Magnetkern für die Energieübertragungswicklung dar. Insbesondere wird hierbei das Magnetfeld durch die hohe Permeabilität so beeinflusst, dass ein möglichst großer magnetischer Fluss an die Energieübertragungswicklung übertragen wird. Mit einem Flussführungselement nimmt die Energieübertragungswicklung bei ansonsten gleichen Parametern einen größeren magnetischen Fluss auf als ohne ein Flussführungselement. Ein Flussführungselement kann aus einem ferromagnetischem oder bevorzugt aus einem fernmagnetischen Material, besonders bevorzugt aus einem Ferrit sein. Ein Flussführungselement kann bevorzugt plattenartig - in Form eines Planarkerns - ausgeführt sein und in der induktiven Ladeeinrichtung auf der Seite der Energieübertragungswicklung, welche von der Gegenseite, also der weiteren induktiven Ladeeinrichtung abgewandt ist, angeordnet sein. Eine Positionierungssendeeinrichtung ist eine Einrichtung, die es ermöglicht zumindest ein Positionierungssignal auszusenden. Eine Positionierungssendeeinrichtung kann aus mehreren Elementen bestehen, die auch räumlich voneinander getrennt sein können. Es ist auch möglich, dass eine Positionierungssendeeinrichtung mehrere Positionierungssignale aussenden kann. Eine Positionierungssendeeinrichtung wird zur Erzeugung der Positionierungssignale für ein Positionierungsverfahren verwendet.

Für einen optimalen Positionierungsvorgang ist es wichtig, dass einerseits eine möglichst hohe Reichweite erreicht wird, also eine Positionierung bei möglichst großen Entfernungen zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen möglich ist. Auf der anderen Seite ist es wichtig, dass eine Positionierung auch bei kleinen Entfernungen zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen noch möglich ist, und zwar bis eine ausreichend genaue Positionierung erreicht ist.

Die Entfernungen beziehen sich hier immer auf eine Entfernung zu einer optimalen Positionierung. Bei auf oder im Untergrund angeordneten stationären induktiven Ladeeinrichtung kann eine optimale Positionierung vorhanden sein, wenn die beiden Mittelpunkte der induktiven Ladeeinrichtungen in der Ebene parallel zum Untergrund vertikal übereinander liegen. Die Entfernungen werden in diesem Fall immer in Bezug auf diese Mittelpunkte bestimmt. Mit der Entfernung der beiden induktiven Ladeeinrichtungen ist somit hier die Entfernung der beiden Mittelpunkte der beiden induktiven Ladeeinrichtungen in Bezug auf die Ebene parallel zum Untergrund gemeint. Unterschiedliche Positionierungsverfahren können für unterschiedliche Bereiche von Abständen zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen optimal sein. Beispielsweise kann ein Positionierungsverfahren welches eine möglichst große Reichweite, also eine möglichst große Entfernung zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen erreicht bei kleinen Entfernungen unzureichend sein. Ein Positionierungsverfahren, welches bei kleinen Entfernungen präzise Werte liefert, kann eine zu geringe Reichweite aufweisen. Es ist daher vorteilhaft zwei Positionierungsverfahren, welche für verschiedene Bereiche an Entfernungen zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen ausreichende oder optimale Werte liefern, zu kombinieren. Es kann ferner vorteilhaft sein für die zwei Positionierungsverfahren unterschiedliche Positionierungssendeeinrichtungen zu verwenden.

Die Ausdrücke „Nahpositionierung“ und „Fernpositionierung“ beziehen sich hierbei auf zwei verschiedene Entfernungsbereiche zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen bzw. ihren beiden Mittelpunkten. Die Entfernungsbereiche können überlappend sein. Die Ausdrücke „Nahpositionierung“ und „Fernpositionierung“ beziehen sich explizit nicht auf eine Nah- oder Fernfeldeigenschaft von elektromagnetischen Wellen.

Eine Nahpositionierungssendeeinrichtung ist eine Positionierungssendeeinrichtung die Positionierungssignale aussenden kann, die für eine Positionierung bei verhältnismäßig geringen Abständen zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen ausreichend oder optimal sind. Eine Nahpositionierungssendeeinrichtung ist geeignet während eines Positionierungsvorgangs ein Nah-Positionierungssignal auszusenden. Insbesondere kann eine Nahpositionierungssendeeinrichtung Nah-Positionierungssignale aussenden, die für eine Positionierung bis hin zu einer ausreichend genauen Positionierung geeignet sind.

Eine Nahpositionierung kann einen Bereich bis zu einer Maximalentfernung der Nahpositionierung abdecken. Die Maximalentfernung bezieht sich auf den Abstand der beiden induktiven Ladeeinrichtungen. Die Maximalentfernung bezieht sich auf den Abstand zur optimalen Positionierung. Bei einer auf oder im Untergrund angeordneten stationären induktiven Ladeeinrichtung ist die optimale Positionierung, dass die beiden Mittelpunkte der induktiven Ladeeinrichtungen übereinander liegen. Die Maximalentfernung bezieht sich somit auf den Abstand der beiden Mittelpunkte in der Fahrtebene der beiden induktiven Ladeeinrichtungen. Die Maximalentfernung der Nahpositionierung kann weniger als zwei Meter betragen. Bevorzugt kann die Maximalentfernung einen Meter betragen. Die Nahpositionierung deckt somit bevorzugt einen Bereich von wenigen Zentimetern bis einem Meter Entfernung zwischen den Mittelpunkten der beiden induktiven Ladeeinrichtungen.

Eine Fernpositionierungssendeeinrichtung ist eine Positionierungssendeeinrichtung die ein oder mehrere Positionierungssignale aussenden kann, die für eine Positionierung bei verhältnismäßig großen Abständen zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen ausreichend oder optimal sind. Eine Fernpositionierungssendeeinrichtung ist geeignet während eines Positionierungsvorgangs ein Fern-Positionierungssignal auszusenden. Insbesondere kann eine Fernpositionierungssendeeinrichtung Fern-Positionierungssignale aussenden, die für eine Positionierung bis hin zu einer maximalen Reichweite ausreichend genau sind. Die maximale Reichweite ist hierbei die maximale Entfernung zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtung, die durch die Kombination aus einem Nah- und einem Fernpositionierungsverfahren erreicht werden kann.

Eine Fernpositionierung kann einen Bereich zwischen einer minimalen und einer maximalen Entfernung für die Fernpositionierung abdecken. Die maximale Entfernung für die Fernpositionierung sollte mindestens so groß sein, wie die Entfernung, ab der ein Fahrer die stationäre induktive Ladeeinrichtung nicht mehr durch die Windschutzscheibe sieht, wenn er gerade auf sie zufährt. Die maximale Entfernung für die Fernpositionierung kann mehrere Meter betragen. Bevorzugt kann die maximale Entfernung für die Fernpositionierung zwischen 5 und 15 m besonders bevorzugt 10 m betragen. Die Fernpositionierung kann eine minimale Entfernung aufweisen, unterhalb derer keine Positionierung mit diesem Verfahren mehr möglich ist. Vorteilhafter Weise ist die minimale Entfernung für die Fernpositionierung mindestens so groß wie die maximale Entfernung für die Nahpositionierung. Es ist aber auch möglich, dass die minimale Entfernung für die Fernpositionierung kleiner ist als die maximale Entfernung für die Nahpositionierung. In diesem Fall kommt es zu einem kurzen Übergangsbereich, in dem ohne Positionierungsverfahren positioniert werden musss. Beispielsweise kann hierbei einfach nach dem letzten ausgewerteten Signal der Fernpositionierung weiter in die entsprechende Richtung positioniert werden, bis die Nahpositionierung auswertbare Signale liefert. Alternativ ist es auch möglich, dass die minimale Entfernung für die Fernpositionierung größer ist als die maximale Entfernung für die Nahpositionierung. In diesem Fall kommt es zu einer Überlappung der beiden Positionierungsverfahren.

Die minimale Entfernung für die Fernpositionierung kann zwischen 20 cm und 1 m betragen. Bevorzugt kann die minimale Entfernung für die Fernpositionierung ca. 0,5 m betragen.

Der Begriff „fern“ bezieht sich daher bevorzugt auf einen Entfernungsbereich zwischen 0,5 m und 10 m. Der Begriff „nah“ bezieht sich daher bevorzugt auf einen Entfernungsbereich von weniger als 1 m.

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.

Bevorzugt handelt es sich bei der induktiven Ladeeinrichtung um eine mobile induktive Ladeeinrichtung, welche an und/oder in einem Fahrzeug angeordnet ist handelt oder, es handelt sich bei der induktiven Ladeeinrichtung um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung.

Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung ist der nicht mobile Teil eines Fahrzeugladesystems, also der Teil, der sich nicht mit dem Fahrzeug mit fortbewegt.

Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung kann sich bevorzugt auf, an oder in einem Boden befinden. Hierbei kann es sich um eine auf dem Untergrund aufgebrachte induktive Ladeeinrichtung oder um eine in einem Untergrund oder in einem Boden versenkte induktive Ladeeinrichtung handeln. Bei einem Boden kann es sich um eine Fahrbahn, eine Parkplatzoberfläche, einen Garagenboden, einem Boden in einem Parkhaus oder einem sonstigen Gebäude handeln. Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung kann sich aber alternativ auch an Wänden oder dergleichen befinden.

Es ist auch möglich, dass es sich um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung für einen dynamischen induktiven Ladevorgang handelt. Bei einem dynamischen induktiven Ladevorgang kann ein Energiespeicher eines Fahrzeugs geladen werden während sich dieses fortbewegt. Beispielsweise kann in diesem Fall die stationäre induktive Ladeeinrichtung sich entlang der Fahrbahn unter, in oder auf der Fahrbahnoberfläche erstrecken.

Eine mobile induktive Ladeeinrichtung kann an und/oder in einem Fahrzeug angeordnet. Ganz allgemein wird hierunter der Teil eines Fahrzeugladesystems verstanden, der sich mit dem Fahrzeug mit fortbewegt.

Vorteilhaft weist die Nahpositionierungssendeeinrichtung mehrere Nah- Sendewicklungen, bevorzugt mindestens vier Nah-Sendewicklungen, auf, die zueinander beabstandet angeordnet sind und die jeweils geeignet sind ein Nah- Positionierungssignal zu erzeugen.

Eine Nah-Sendewicklung ist eine oder ist Teil einer Sendespule, welche ein Nah- Positionierungssignal erzeugen kann. Das Nah-Positionierungssignal kann hierbei ein magnetisches Wechselfeld sein und eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmtes Frequenzband aufweisen. Die Frequenzen der Nah- Positionierungssignale können im Bereich von 5 kHz bis 150 kHz, bevorzugt im Bereich von 110 kHz bis 148,5 kHz, besonders bevorzugt im Bereich von 120 kHz und 145 kHz liegen. Die verwendeten Frequenzen können beispielsweise mehrere der folgenden Frequenzen sein: 111 ,483 kHz und 111 ,982 kHz und 112,994 kHz und 113,507 kHz und 116,009 kHz. Eine Sendespule kann deutlich kleiner als eine Energieübertragungswicklung ausgeführt sein und kann auch kleiner als eine Sensorwicklung ausgeführt sein. Eine Nah-Sendewicklung kann beispielsweise in Form einer Flachspule ausgeführt sein. Die Nah-Sendewicklungen können beabstandet zur Energieübertragungswicklung und beabstandet zu dem bzw. den Flussführungselementen angeordnet sein. Alternativ kann eine Nah-Sendewicklung auch im Bereich der Energieübertragungswicklung und/oder im Bereich der Flussführungselementen angeordnet sein. Prinzipiell kann eine Nah- Sendewicklungen in jeder Ebene einer induktiven Ladeeinrichtung angeordnet sein. Bei parallel zur Fahrtebene angeordneten induktiven Ladeeinrichtungen entspricht das einer Anordnung in verschiedenen Höhen. Eine Nah-Sendewicklung kann zwischen dem mindestens einen Flussführungselement und der Energieübertragungswicklung angeordnet sein. Alternativ kann eine Nah- Sendewicklung in einer Ebene mit der Energieübertragungswicklung liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine Nah-Sendewicklung näher an der weiteren induktiven Ladeeinrichtung, welche das Gegenstück während eines induktiven Ladevorgangs bildet, liegen als die Energieübertragungswicklung und als die Flussführungselemente. Anders ausgedrückt kann eine Nah-Sendewicklung auf der, der Flussführungselemente abgewandten Seite der Energieübertragungswicklung angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die Nah- Sendewicklungen räumlich zur induktiven Ladeeinrichtung beabstandet angeordnet und dieser nur funktional zugeordnet sind. Durch die Verwendung mehrerer Nah- Sendewicklungen, ist ein einfacheres Verfahren zum Positionieren möglich.

Können die empfangenen Signale den einzelnen Positionierungssignalen der Nah- Sendewicklungen zugeordnet werden, so kann hieraus der relative oder absolute Abstand zu den jeweiligen Nah-Sendewicklungen bestimmt werden und hiermit ein Positionieren erfolgen. Es können beispielsweise die relativen Abstände zu zwei benachbarten Nah-Sendewicklungen miteinander verglichen werden.

Die Verwendung von mindestens vier Nah-Sendewicklungen ist vorteilhaft. Sie können beispielsweise in Form eines Rechtecks um einen Zielbereich herum angeordnet sein. Durch einen einfachen Vergleich der Intensitäten der jeweiligen unterschiedlichen Positionierungssignale kann sowohl in Fahrzeuglängsrichtung als auch senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung positioniert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass so eine Redundanz vorliegt, da in jede Raumrichtung zwei Verhältnisse gebildet werden. Dies ist für das vorgeschlagene System besonders relevant, da sich bei sehr geringen Entfernungen zwischen Nah-Sendewicklung und Sensorwicklung parasitäre Effekte auswirken können, so dass die Signale räumlich verteilt nicht mehr ihr Maximum direkt bei der Position der Nah-Sendewicklung aufweisen, sondern dass dort ein ausgeprägter „Dip“ vorhanden ist. Als „Dip“ wird hier ein lokales Minimum zwischen zwei lokalen Maxima bezeichnet. Das positionsabhängige Signal hat also einen charakteristischen Verlauf mit einem „Doppelhöcker“. Ein solcher Verlauf führt zu einer Verfälschung der erkannten Position. Da der Effekt des ausgeprägten „Dips“ in der räumlichen Verteilung nur bei sehr kurzen Entfernungen auftritt ist die hier vorgeschlagene Redundanz vorteilhaft, da hier stets die Signale der Nah-Sendewicklungen mit größerer Entfernung ausgewertet werden können.

Eine Nah-Sendewicklung, als Teil einer elektrischen Spule, kann durch Anlegen eines elektrischen Wechselstroms ein magnetisches Wechselfeld erzeugen. Dieses magnetische Wechselfeld kann beispielsweise in einer weiteren entfernt angeordneten Wicklung eine elektrische Spannung induzieren. Hierdurch kann dasselbe physikalische Grundprinzip, welches für die Energieübertragung verwendet wird, nämlich Induktion auch zur Übertragung von Positionierungssignalen verwendet werden. Dies bietet mehrere Vorteile. Allen voran können bestimmte Bauteile, wie beispielsweise Elektronikkomponenten und Flussführungselemente sowohl für die Energieübertragung als auch für die Positionierungssignalübertragung verwendet werden. Durch die Nah-Sendewicklung kann hierbei ein elektrischer Wechselstrom mit einem Effektivwert zwischen 500 mA und 1 A fließen. Bevorzugt beträgt der Effektivwert des Wechselstroms 700 mA.

Besonders vorteilhaft sind die Nah-Sendewicklungen mit einer Wicklungsachse senkrecht zum Untergrund ausgeführt.

Eine Nah-Sendewicklung kann aus Kupfer gefertigt sein. Eine Nah-Sendewicklung kann zwischen 10 und 50 Windungen aufweisen. Bevorzugt weist eine Nah- Sendewicklung zwischen 20 und 40 Windungen auf. Besonders bevorzugt weist eine Nah-Sendewicklung 28 Windungen auf. Eine Nah-Sendewicklung kann einen Durchmesser zwischen 50 und 100 mm aufweisen. Beispielsweise weist eine Nah- Sendewicklung einen Durchmesser von 72 mm auf.

Beispielsweise kann eine Nah-Sendewicklung als Flachspule ausgeführt sein. Bei einer Flachspule kann es sich um eine Spiralflachspule, insbesondere um eine Kreisspiralflachspule oder um eine Reckteckspiralflachspule handeln. Eine Spiralflachspule kann in Form einer archimedischen Spirale gewickelt sein. Die Windungsform kann hierbei kreisähnlich (Kreisspiralflachspule) sein, aber auch andere Formen, wie beispielsweise quadratähnlich oder rechteckähnlich oder auch ähnlich einem Rechteck mit abgerundeten Ecken, sind möglich (Rechteckspiralflachspule). Die Spirale kann dabei in einer Ebene liegen. Eine Flachspule ist bei einer Anwendung in einem Fahrzeug besonders geeignet, da hier insbesondere der Bauraum entlang der Höhe eines Fahrzeugs limitiert ist. Eine Flachspule ist vorteilhaft, da sie in diese Richtung eine möglichst geringe Ausdehnung aufweist. Eine Ausdehnung in die beiden Dimensionen parallel zum Untergrund und senkrecht zur Höhe eines Fahrzeugs ist vorteilhaft, da hierdurch der Toleranzbereich für eine Positionierung in welchem die Kopplung zwischen den Energieübertragungswicklungen noch ausreichend für eine Energieübertragung ist maximal groß ist.

Alternativ kann eine Nah-Sendewicklung als Zylinderspule ausgeführt sein. Eine Zylinderspule kann hier recht flach ausgeführt sein. Eine entsprechende Zylinderspule kann um einen Wickelkörper gewickelt angeordnet sein und eine Höhe entlang der Wicklungsachse zwischen 5mm und 15 mm aufweisen.

Die Nah-Positionierungssignale können magnetische Wechselfelder mit unterschiedlichen Frequenzen oder mit gleicher Frequenz aber unterschiedlicher Pulsweite sein.

Bei einem Nahpositionierungsverfahren können verschiedene ausgesendete und empfangene Nah-Positionierungssignale verglichen und somit eine Abweichung von einer optimalen Position bestimmt werden. Hierfür müssen mehrere Nah- Positionierungssignale erzeugt werden, die voneinander unterscheidbar sind. Diese Nah-Positionierungssignale müssen sich in einem Unterscheidungskriterium voneinander unterscheiden. Ein mögliches Unterscheidungskriterium ist die Frequenz. Die Abstände zwischen zwei Frequenzen können zwischen 0,1 und 1 kHz betragen. Die verwendeten Frequenzen können beispielsweise vier oder mehr der folgenden Frequenzen sein: 111 ,483 kHz und 111 ,982 kHz und 112,994 kHz und 113,507 kHz und 116,009 kHz.

Eine weitere Möglichkeit ist es nur eine Frequenz für alle Nah-Positionierungssignale zu wählen, aber als Unterscheidungskriterium verschiedene Pulsweiten für die verschiedenen Nah-Positionierungssignale zu verwenden.

Bevorzugt weist die Fernpositionierungssendeeinrichtung eine Positionierungssignalwicklung auf, wobei die Positionierungssignalwicklung als Solenoid mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt ist und das Flussführungselement ist geeignet, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung und der Energieübertragungswicklung stattfindet, ein Magnetfeld zu führen und die Positionierungssignalwicklung umschließt mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente und die Positionierungssignalwicklung ist geeignet das Fern-Positionierungssignal zu erzeugen und das Fern-Positionierungssignal ein magnetisches Wechselfeld ist.

Eine Fern-Positionierungssignalwicklung kann während eines Positionierungsvorgangs ein Positionierungssignal aussenden.

Eine Fern-Positionierungssignalwicklung kann mehrere Windungen, bevorzugt zwischen 10 und 15 Windungen, besonders bevorzugt 13 Windungen aufweisen. Beispielsweise kann eine Fern-Positionierungssignalwicklung ein magnetisches Wechselfeld mit einer bestimmten Frequenz aufgrund eines Wechselstroms erzeugen. Der Effektivstrom des Wechselstroms in der Fern- Positionierungssignalwicklung kann zwischen 100 und 500 mA betragen. Der Effektivstrom des Wechselstroms beträgt bevorzugt 260 mA.

Prinzipiell kann auch eine Energieübertragungswicklung ein Positionierungssignal aussenden, es ist jedoch vorteilhaft, wie hier vorgeschlagen, eine separate Fern- Positionierungssignalwicklung zur Erzeugung eines Positionierungssignals zu verwenden. Insbesondere kann die Fern-Positionierungssignalwicklung Magnetfelder erzeugen, welche für die Positionierung geeigneter sind und insbesondere bei gleicher Leistung eine höhere Reichweite ermöglichen. Die Energieübertragungswicklungen sind so ausgelegt, dass sie möglichst gut mit dem entsprechenden Gegenstück koppeln. Sie weisen daher im Allgemeinen keine hohe Reichweite in Bezug auf das Senden oder Empfangen von magnetischen Felder in Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung auf. Dies ist jedoch für einen Positionierungsvorgang ausschlaggebend.

Bei der Positionierung ist die maximal mögliche Leistung bzw. sind die maximal möglichen magnetischen Felder des Positionierungssignal stark beschränkt. Sie sind deutlich geringer, als dies bei einem Energieübertragungsvorgang der Fall ist. Während des Positionierungsvorgangs befindet sich kein Fahrzeug auf der stationären induktiven Ladeeinrichtung. Daher ist es möglich, dass beispielsweise eine Person auf der stationären induktiven Ladeeinrichtung steht. Damit die magnetischen Felder für eine Person ungefährlich bleiben dürfen sie - je nach Frequenzbereich - Flussdichten von 27pT bzw. 6,25 pT nicht überschreiten.

Mit einer vorgeschlagenen Fern-Positionierungssignalwicklung ist es möglich Positionierungssignale zu erzeugen, welche die Grenzwerte bzw. Referenzwerte einhalten und trotzdem eine hohe Reichweite ermöglichen.

Ein Solenoid wird auch Zylinderspule bzw. Solenoid-Spule genannt. Ein Solenoid kann in Form einer Helix, bzw. einer zylindrischen Spirale gewickelt sein. Die Windungsform muss hierbei allerdings nicht kreisähnlich sein, sondern kann auch andere Formen, wie beispielsweise quadratähnlich oder rechteckähnlich oder auch ähnlich einem Rechteck mit abgerundeten Ecken, aufweisen. Der wichtige Unterschied zur Flachspule ist, dass sich die Windungen nicht in einer Ebene befinden, sondern entlang einer Achse erstrecken. Hierbei können aber durchaus auch zwei oder mehr Windungen parallel verlaufen und sich somit in derselben Ebene senkrecht zur Achse befinden.

Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung weist eine Soll-Fahrzeuglängsrichtung auf. Dies ist die Richtung, in der sich die Fahrzeuglängsrichtung nach erfolgreichem Positionierungsvorgang befinden soll.

Befindet sich die Fern-Positionierungssignalwicklung in einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung eines Fahrzeugs so ist die Wicklungsachse der Fern- Positionierungssignalwicklung in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet. Befindet sich die Fern-Positionierungssignalwicklung in einer stationären induktiven Ladeeinrichtung so ist die Wicklungsachse der Fern-Positionierungssignalwicklung in Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet.

Die Fern-Positionierungssignalwicklung kann eine Erstreckung entlang der Wicklungsachse zwischen 10 mm und 60 mm aufweisen. Bevorzugt weist die Fern- Positionierungssignalwicklung eine Erstreckung entlang der Wicklungsachse von 40 mm auf.

Bei der vorgeschlagenen Anordnung übernimmt das Flussführungselement während eines Energieübertragungsvorgang die Führung eines Magnetfelds zur Energieübertragung und während eines Positionierungsvorgangs die Führung eines Magnetfelds zur Positionierung. Somit übernimmt das Flussführungselement hier eine doppelte Funktion, was besonders vorteilhaft ist, da somit Material und Bauraum effizient genutzt werden können.

Besonders bevorzugt kann die Fern-Positionierungssignalwicklung um die komplette Breite der induktiven Ladeeinrichtung angeordnet sein, um so eine möglichst große Fläche abzudecken und damit ein möglichst homogenes magnetisches Feld erzeugen zu können.

In einer Variante ist die Fern-Positionierungssignalwicklung um mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente und um die Energieübertragungswicklung angeordnet. Dies ist vorteilhaft, da hierbei die Fern-Positionierungssignalwicklung um eine ansonsten fertig vormontierte induktive Ladeeinrichtung angeordnet werden kann. Darüber hinaus wird von der Fern-Positionierungssignalwicklung eine größere Fläche aufgespannt, wenn diese um mindestens eins der mindestens einen Flussführungselements und um die Energieübertragungswicklung angeordnet wird, als beispielsweise, wenn diese nur um ein oder mehrere Flussführungselemente angeordnet wird. Somit werden bei gleicher Leistung die lokalen Maximalwerte der Flussdichte weiter reduziert oder anders ausgedrückt, es kann eine höhere Leistung bei Einhaltung der Flussdichtereferenzwerte bzw. Flussdichtegrenzwerte verwendet werden und somit eine höhere Reichweite erreicht werden.

Es ist vorteilhaft, wenn für ein Fernpositionierungsverfahren dasselbe physikalische Grundprinzip verwendet wird wie für die Energieübertragung, da bestimmte Komponenten wie beispielsweis Flussführungselemente oder Elektronikkomponenten gemeinsam genutzt werden können. Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn sowohl das oder die Nah-Positionierungssignale als auch das oder die Fern-Positionierungssignale magnetische Wechselfelder sind. Auch hier können wieder weitere Komponenten gemeinsam genutzt werden. Beispielsweise können beide Signaltypen - Fern-Positionierungssignal und Nah- Positionierungssignal - mit demselben Sensor empfangen werden.

Ein magnetisches Wechselfeld kann beispielsweise mittels einer Spule bzw. einer stromdurchflossenen Wicklung einer Spule erzeugt werden. Das magnetische Wechselfeld kann eine Frequenz zwischen 100 und 150 kHz haben. Bevorzugt kann die Frequenz wischen 110 und 148,5 kHz liegen. Die verwendete Frequenz kann beispielsweise eine der folgenden Frequenzen sein: 145,560 kHz und 145,985 kHz und 146,843 kHz und 147,275 kHz. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeugladesystem mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung und einer stationären induktiven Ladeeinrichtung, wobei die mobile induktive Ladeeinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist und die stationäre induktive Ladeeinrichtung eine Positionierungsempfangseinrichtung aufweist oder die stationäre induktive Ladeeinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist und die mobile induktive Ladeeinrichtung eine Positionierungsempfangseinrichtung aufweist.

Es ist vorteilhaft, wenn das Senden und Empfangen der Positionierungssignale, sowohl der Fern-Positionierungssignale als auch der Nah-Positionierungssignale in der jeweiligen induktiven Ladeeinrichtung stattfindet, da hier die genauesten Informationen über eine präzise Lage- bzw. Positionsabweichung erhalten werden können. Eine der beiden induktiven Ladeeinrichtungen kann hierbei erfindungsgemäß ausgestaltet sein und eine Fern- und eine Nah- Positionierungssendeeinrichtung aufweisen. Die weitere induktive Ladeeinrichtung kann hierbei eine Positionierungsempfangseinrichtung aufweisen. Eine Positionierungsempfangseinrichtung ist geeignet ein Nah- und/oder ein Fern- Positionierungssignal zu empfangen.

Vorteilhaft weist die induktive Ladeeinrichtung mit der Positionierungsempfangseinrichtung mindestens ein Flussführungselement und die Positionierungsempfangseinrichtung weist mindestens einer ersten Sensorwicklung und mindestens einer zweiten Sensorwicklung auf.

Die Positionierungsempfangseinrichtung dient hierbei zum Empfangen der Nah- und/oder Fern-Positionierungssignale und bildet somit das zentrale Element der Positionierungsempfangseinrichtung.

Eine erfindungsgemäße Sensorwicklung kann in unterschiedlichen Formen ausgeführt sein und hierbei eine halbe, eine oder bevorzugt mehrere Windungen aufweisen. Natürlich ist auch eine nichtvollständige Anzahl an Windungen, wie beispielsweise 2,5 Windungen möglich. Ein Leiter einer solchen Sensorwicklung kann hierbei beispielsweise eine Querschnittsfläche zwischen 0,01 und 2 mm² aufweisen. Ein Leiter kann hier als Litze, als Einzelleiter oder in einer anderen Form beispielsweise in Form einer Platine ausgeführt sein. Bei einer auf einer Platine realisierten Leiterstruktur können die Leiterbahnen Querschnitte von beispielsweise in der Größenordnung von 0,8 mm auf 35 pm aufweisen.

Bevorzugt ist das mindestens eine Flussführungselement geeignet, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung und der stationären induktiven Ladeeinrichtung stattfindet, ein Magnetfeld zu führen und die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung sind um mindestens eines des mindestens einen Flussführungselements angeordnet.

Durch die Anordnung der ersten Sensorwicklung und der zweiten Sensorwicklung um mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente übernimmt das mindestens eine der mindestens einen Flussführungselemente hier eine Doppelfunktion. Es fungiert als Magnetkern sowohl für die erste Sensorwicklung und/oder die zweite Sensorwicklung als auch als Magnetkern bzw.

Flussführungselement für die Energieübertragungswicklung. Somit ist kein separates Flussführungselement für die Sensorwicklung nötig, was zu einer vereinfachten Herstellung führt.

Die Anordnung einer Sensorwicklung um ein Flussführungselement bedeutet hier, dass zumindest ein Teil des Flussführungselements von einer Sensorwicklung umschlossen wird. Die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung können um dasselbe Flussführungselement oder um zwei verschiedene Flussführungselemente angeordnet werden oder auch jeweils um mehrere Flussführungselemente angeordnet werden. Die beiden Sensorwicklung können entweder nur um ein oder mehrere Flussführungselemente herum angeordnet sein oder aber auch noch weitere Elemente, wie beispielsweise um die Energieübertragungswicklung und/oder um eine Kühl- und/oder um eine Abschirmvorrichtung.

Vorteilhaft weist die erste Sensorwicklung eine erste radiale Längsrichtung und die zweite Sensorwicklung eine zweite radiale Längsrichtung auf und die erste radiale Längsrichtung und die zweite radiale Längsrichtung sind zumindest annähernd senkrecht zueinander angeordnet und die erste radiale Längsrichtung und die zweite radiale Längsrichtung sind zumindest annähernd achsensymmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung angeordnet.

Im Allgemeinen erstreckt sich eine Wicklung in zumindest zwei Dimensionen um eine Achse. Die Haupterstreckungsrichtung senkrecht zur Wicklungsachse wird hier als radiale Längsrichtung bezeichnet. Die Hauptstreckungsrichtung verläuft also bei einer Wicklung mit rechteckigem nicht quadratischem Querschnitt entlang bzw. parallel der längeren Seite des Rechtecks. Bei einer Wicklung mit einem elliptischen Querschnitt verläuft die radiale Längsrichtung entlang bzw. parallel zur Hauptachse der Ellipse. Die radiale Längsrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorwicklung kann vorzugsweise in einer Ebene liegen, die sich parallel zum Untergrund erstreckt.

Eine entsprechende Anordnung der Winkel der radialen Längsrichtungen ist vorteilhaft für eine möglichst hohe Empfindlichkeit bei der Detektion und eine möglichst einfache Berechnung der Lageabweichung zwischen Fahrzeug und stationärer induktiver Ladeeinrichtung.

Die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung können entlang der Wicklungsachse eine Erstreckung zwischen 10 mm und 60 mm aufweisen. Bevorzugt weisen die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung entlang der Wicklungsachse eine Erstreckung von 40 mm auf. Die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung können bevorzugt jeweils zwischen 10 und 20 Windungen aufweisen. Besonders bevorzugt weisen die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung jeweils 15 Windungen auf.

Sind die beiden Winkel zwischen der jeweiligen radialen Längsrichtung der Sensorwicklungen und der Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung annähernd gleich groß, so bedeutet dies, dass die Sensorwicklungen zur Fahrtrichtung symmetrisch angeordnet sind.

Dies ist besonders vorteilhaft, da die Funktion der Sensorwicklungen insbesondere auch das Detektieren einer Rechts-Iinks-Lageabweichung zwischen der induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug und der stationären induktiven Ladeeinrichtung ist. Durch die symmetrische Anordnung der Sensorwicklungen in Bezug auf die Fahrtrichtung sind, bei gleich großen Lageabweichungen nach rechts oder links, auch die entsprechend in den Sensorwicklungen induzierten Spannungen symmetrisch und somit ist eine verhältnismäßig einfache Berechnung der Lageabweichungen aus den induzierten Spannungen möglich.

Betragen die beiden Winkel 45° so stehen die beiden Sensorwicklungen im 90°- Winkel zueinander, dies ist für eine optimale Auswertung der Sensorsignale ideal.

Bevorzugt ist, dass die erste Sensorwicklung eine erste radiale Längsrichtung aufweist und die zweite Sensorwicklung eine zweite radiale Längsrichtung aufweist und die erste radiale Längsrichtung und die zweite radiale Längsrichtung jeweils in einem Winkel von 45° +/- 10°, bevorzugt in einem Winkel von 45°, zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind und sich die erste radiale Längsrichtung und die zweite radiale Längsrichtung in einem Winkel von 70°-110°; bevorzugt senkrecht, kreuzen.

Bevorzugt ist, dass die erste Sensorwicklung eine erste radiale Längsrichtung aufweist und die zweite Sensorwicklung eine zweite radiale Längsrichtung aufweist und sich die erste radiale Längsrichtung und die zweite radiale Längsrichtung im Bereich der von der Energieübertragungswicklung aufgespannten Fläche kreuzen.

Die Erfindung beinhaltet ferner ein Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung, wobei ein Fernpositionierungsverfahren angewendet wird, während ein erstes Startkriterium erfüllt ist und ein erstes Endkriterium nicht erfüllt ist und ein Nahpositionierungsverfahren angewendet wird, während ein zweites Startkriterium erfüllt ist und ein zweites Endkriterium nicht erfüllt ist.

Für eine effiziente Energieübertragung muss die mobile induktive Ladeeinrichtung möglichst exakt zu der stationären induktiven Ladeeinrichtung positioniert werden. Die mobile induktive Ladeeinrichtung muss also in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung positioniert werden. Die definierte Position ist eine vorgegebene Position, bei der bevorzugt berücksichtigt wird, dass eine Energieübertragung mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad stattfinden kann. Hierbei kann insbesondere berücksichtigt werden, dass je eine Energieübertragungswicklung in den beiden induktiven Ladeeinrichtung mit möglichst geringem Abstand zueinander und bzgl. eines Luftspalts zwischen ihnen gegenüberliegend positioniert werden. Da beide Energieübertragungswicklungen im Allgemeinen nicht gleich groß sein müssen, ist hierbei auch eine symmetrische Positionierung, bei der die Wicklungsachsen der beiden Energieübertagungswicklungen möglichst übereinanderliegen vorteilhaft. Eine exakte Positionierung ist häufig für den Fahrer ohne zusätzliche Unterstützung in Form eines Fahrerassistenzsystems schwierig bzw. unmöglich.

Für unterschiedliche Entfernungsbereiche können unterschiedliche Positionierungsverfahren vorteilhaft sein. Es können bei einem Positionierungsvorgang verschiedene Positionierungsverfahren verwendet werden. Es kann für größere Entfernungen ein Fernpositionierungsverfahren und für geringere Entfernungen ein Nahpositionierungsverfahren angewendet werden. Ein Fernpositionierungsverfahren kann beispielsweise Entfernungen zwischen 10 m und 0,5 m abdecken.

Ein Fernpositionierungsverfahren kann insbesondere für die Entfernung zwischen Parkplatzkante und 0,5 m vor der Zielposition geeignet sein.

Ein Nahpositionierungsverfahren kann für Entfernungen kleiner als 1 m geeignet sein. Insbesondere kann ein Nahpositionierungsverfahren für Entfernungen zwischen 0,5 m vor der Zielposition und der Zielposition geeignete sein. Ein Nahpositionierungsverfahren kann bei einer ausreichenden Positionierung enden.

Ein Fernpositionierungsverfahren und ein Nahpositionierungsverfahren können von den hierbei verwendeten Bauteilen und der Auswertung ähnlich oder deutlich unterschiedlich realisiert sein. Fernpositionierungsverfahren und Nahpositionierungsverfahren können hierbei nicht identisch sein. Für beide Positionierungsverfahren gibt es ein Startkriterium, ab welchem detektierte Signale für dieses Positionierungsverfahren geeignet und/oder vorteilhaft sind. Für beide Positionierungsverfahren gibt es ein Endkriterium, ab welchem detektierte Signale für dieses Positionierungsverfahren nicht mehr geeignet und/oder nicht mehr vorteilhaft sind. Ein Endkriterium kann erfüllt sein, wenn die detektierten Signale keine verlässliche Positionierung mehr ermöglichen. Ein Endkriterium kann erfüllt sein, wenn ein anderes Positionierungsverfahren verlässlicher ist. Ein Endkriterium kann erfüllt sein, wenn eine ausreichend genaue Position erreicht ist.

Bevorzugt beinhaltet das erste Startkriterium das Überschreiten eines ersten Signalschwellwerts eines Fernpositionierungssignals und das erste Endkriterium das Überschreiten eines zweiten Signalschwellwerts eines Fernpositionierungssignals.

Ein Fernpositionierungssignal kann von einer induktiven Ladeeinrichtung ausgesendet werden und in einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung mit einer bestimmten Intensität detektiert werden. Die Intensität des detektierten Fernpositionierungssignals kann mit abnehmender Entfernung zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen zunehmen, insbesondere monoton zunehmen. Es kann ein erster Signalschwellwert festgelegt werden, ab dem das Fernpositionierungssignal ausreicht, um für ein Fernpositionierungsverfahren zu dienen. Unterhalb dieses ersten Signalschwellwerts ist das empfangene Fernpositionierungssignal zu schwach, um in einem Fernpositionierungsverfahren verlässlich ausgewertet zu werden. Somit kann ein erster Signalschwellwert als ein erstes Startkriterium festgelegt werden, ab dem ein Fernpositionierungsverfahren starten kann.

Das Fernpositionierungssignal kann beispielsweise eine Spannung in eine Sensorwicklung induzieren und ein Signalschwellwert kann sich hierbei auf das Überschreiten einer bestimmten induzierten Spannung beziehen.

Es ist möglich, dass ein Fernpositionierungsverfahren ab dem Unterschreiten einer minimalen Entfernung zur Zielposition nicht mehr zuverlässig funktioniert. Es können beispielsweise magnetische Wechselfelder im Fernpositionierungsverfahren verwendet werden und hierbei insbesondere die lokale Richtung der magnetischen Wechselfelder für die Bestimmung einer Richtungsabweichung verwendet werden.

Magnetische Wechselfelder können bei geringen Entfernungen zur Quelle - beispielsweise zu einer stromdurchflossenen Spule - sehr starke lokale Krümmungen aufweisen und es kann daher nicht mehr verlässlich von der Richtung der Magnetfelder auf eine Richtungsabweichung zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen geschlossen werden. Somit kann das Fernpositionierungssignal für ein Fernpositionierungsverfahren unbrauchbar sein, auch wenn die Intensität des Fernpositionierungssignals ausreichend ist. Auch hierfür kann ein zweiter Signalschwellwert festgelegt werden. Bei Überschreiten dieses zweiten Signalschwellwertes ist das Fernpositionierungssignal nicht mehr für das Fernpositionierungsverfahren geeignet. Das Überschreiten dieses zweiten Signalschwellwerts kann somit als erstes Endkriterium für das Fernpositionierungsverfahren verwendet werden. Besonders bevorzugt beinhaltet das zweite Startkriterium das Überschreiten eines dritten Signalschwellwert eines oder mehrerer Nah-Positionierungssignale und das zweite Endkriterium das Auswerten mindestens eines Signalwerte-Verhältnisses von zwei Nah-Positionierungssignalen.

Ein Nahpositionierungssignal kann von einer induktiven Ladeeinrichtung ausgesendet werden und in einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung mit einer bestimmten Intensität detektiert werden. Die Intensität des detektierten Nahpositionierungssignals kann mit abnehmender Entfernung zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen zunehmen, insbesondere monoton zunehmen. Es kann ein dritter Signalschwellwert festgelegt werden, ab dem das Nahpositionierungssignal ausreicht, um für ein Nahpositionierungsverfahren zu dienen. Unterhalb dieses dritten Signalschwellwerts ist das empfangene Nahpositionierungssignal zu schwach, um in einem Nahpositionierungsverfahren verlässlich ausgewertet zu werden. Somit kann ein dritter Signalschwellwert als ein zweites Startkriterium festgelegt werden, ab dem ein Nahpositionierungsverfahren starten kann.

Das Nahpositionierungsverfahren kann bis zu einer ausreichenden Positionierung verwendet werden. Das zweite Endkriterium kann somit erfüllt sein, wenn das Fahrzeug ausreichend genau in Bezug auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung positioniert ist.

Bei dem Nahpositionierungsverfahren können hierfür ein oder mehrere Verhältnisse aus zwei Nahpositionierungssignalen gebildet werden. Die Nahpositionierungssignale können hierbei symmetrisch um die optimale Position für eine Sensoreinrichtung positioniert sein. Eine ausreichende Positionierung kann dann erreicht sein, wenn ein oder mehrere der Verhältnisse aus zwei Nahpositionierungssignalen gleich 1 oder in einem schmalen Toleranzbereich um den Wert 1 liegen. Vorteilhaft ist das erste Endkriterium bei einer ersten Umschalt-Entfernung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung und der stationären induktiven Ladeeinrichtung erfüllt und das zweite Startkriterium bei einer zweiten Umschalt- Entfernung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung und der stationären induktiven Ladeeinrichtung erfüllt.

Das erste Endkriterium und das zweite Startkriterium sind so gewählt, dass sie jeweils bei einer bestimmten Entfernung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung und der stationären induktiven Ladeeinrichtung erfüllt sind.

Ab der Entfernung, bei der das erste Endkriterium erfüllt ist, liefert das Fernpositionierungsverfahren keine ausreichend verlässlichen Signale mehr. Ab der Entfernung, bei der das zweite Startkriterium erfüllt ist, liefert das Nahpositionierungsverfahren ausreichend verlässliche Signale. Es ist möglich, dass die Entfernung, bei der das erste Endkriterium erfüllt ist, größer ist als die Entfernung, bei der das zweite Startkriterium erfüllt ist. In diesem Fall kommt es zu einem „Blindflug“, also einem kurzem Übergangsbereich, in dem weder das Fern- noch das Nahpositionierungsverfahren ausgewertet werden kann. Dieser Fall ist nicht ideal. Er kann aber beispielsweise dadurch überbrückt werden, dass in diesem Übergangsbereich in Richtung der zuletzt vom Fernpositionierungsverfahren vorgegebenen Richtung positioniert wird.

Es ist möglich, dass die Entfernung, bei der das erste Endkriterium erfüllt ist und die Entfernung, bei der das zweite Startkriterium erfüllt ist, zumindest näherungsweise gleich groß sind. In diesem Fall kann das Nahpositionierungsverfahren übernehmen, sobald das Fernpositionierungsverfahren keine ausreichenden Werte mehr liefert.

Es ist möglich, dass die Entfernung, bei der das erste Endkriterium erfüllt ist, kleiner ist als die Entfernung, bei der das zweite Startkriterium erfüllt ist. Hier hat man in einem Übergangsbereich verlässliche Signale sowohl vom Nahpositionierungsverfahren als auch vom Fernpositionierungsverfahren. In diesem Übergangsbereich kann dann entweder das Fernpositionierungsverfahren oder das Nahpositionierungsverfahren verwendet werden oder es können sowohl Nah- als auch Fern-Positionierungssignale ausgewertet werden.

Zwischen der ersten Umschalt-Entfernung und der zweiten Umschalt-Entfernung kann ein Abstand von weniger als 40 cm, bevorzugt weniger als 20 cm und besonders bevorzugt weniger als 10 cm liegen, oder die erste Umschalt-Entfernung kann gleich der zweiten Umschalt-Entfernung sein.

Wie oben beschrieben kann die erste Umschalt-Entfernung oder die zweite Umschalt-Entfernung größer sein. Ist die erste Umschaltentfernung größer, so kommt es wie oben beschrieben zu einem Übergangsbereich, in dem kein Positionierungsverfahren ausgewertet werden kann. Ist die zweite Umschaltentfernung größer, so kommt es zu einem Übergangsbereich, in dem beide Positionierungsverfahren verlässlich ausgewertet werden können.

Bevorzugt wird für das Fernpositionierungsverfahren und für das Nahpositionierungsverfahren dieselbe Positionierungsempfangseinrichtung verwendet.

Sowohl das Fern-Positionierungssignal als auch die Nah-Positionierungssignale können hierbei magnetische Wechselfelder sein, die beispielsweise von unterschiedlichen Spulen erzeugt werden können. Das Nahpositionierungsverfahren und das Fernpositionierungsverfahren können hierbei deutlich unterschiedlich sein. Beispielsweise kann beim Fernpositionierungsverfahren die Richtung der magnetischen Wechselfelder bei einer bestimmten Frequenz oder in einem bestimmten Frequenzbereich ausgewertet werden. Hierdurch kann beispielsweise eine Richtungsabweichung bestimmt werden. Beispielsweise können beim Nahpositionierungsverfahren die Signalstärken bei unterschiedlichen Frequenzen oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen zueinander ins Verhältnis gesetzt werden. Hierdurch kann beispielsweise eine Positionsabweichung bestimmt werden. Es ist vorteilhaft, wenn beide Positionierungsverfahren mit derselben Positionierungsempfangseinrichtung ausgewertet werden können. Hierdurch können weitere Bauteile und somit auch Bauraum eingespart werden.

Vorteilhaft sind die mobile induktiven Ladeeinrichtung und die stationäre induktiven Ladeeinrichtung Teil eines erfindungsgemäßen Fahrzeugladesystems und die Positionierungsempfangseinrichtung ist eine erfindungsgemäße Positionierungsempfangseinrichtung.

Von Vorteil ist es, wenn die Positionierungsempfangseinrichtung während des Fernpositionierungsverfahrens das mindestens eine Fern-Positionierungssignal empfängt und auswertet und während des Nahpositionierungsverfahrens das mindestens ein Nah-Positionierungssignal empfängt und auswertet.

Es ist hierbei durchaus auch möglich, dass die Positionierungsempfangseinrichtung teilweise oder immer auch das weitere Positionierungssignal empfängt, aber - beispielsweise in Abhängigkeit der Start- und Endkriterien - jeweils nur das Nah- Positionierungssignal auswertet oder nur das Fernpositionierungssignal auswertet. Die Auswertung muss hierbei nicht in einer Baueinheit mit der Sensorik der Positionierungsempfangseinrichtung stattfinden, sondern kann auch in einer räumlich hiervon getrennten Recheneinheit ausgewertet werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform induziert während des Fernpositionierungsverfahrens das mindestens eine Fern-Positionierungssignal eine Spannung, in der mindestens einen ersten Sensorwicklung und eine Spannung in der mindestens einen zweiten Sensorwicklung und während des Nahpositionierungsverfahren induzieren mehrere Nah-Positionierungssignale mehrere Spannungen in der mindestens einen ersten Sensorwicklung und in der mindestens einen zweiten Sensorwicklung.

Bevorzugt wird während des Fernpositionierungsverfahren die Intensitäten der in die erste Sensorwicklung induzierten Spannung und der in die zweite Sensorwicklung induzierten Spannung verglichen und ein Richtungsabweichungswert zwischen der Längsrichtung des Fahrzeugs und der Soll-Fahrzeuglängsrichtung wird berechnet.

Vorteilhaft werden während des Nahpositionierungsverfahren die Intensitäten der in die Positionierungsempfangseinrichtung induzierten Spannungen bei den unterschiedlichen Frequenzen oder den unterschiedlichen Pulsweiten verglichen und ein Positionsabweichungswert zwischen der aktuellen Position und der Zielposition wird berechnet.

Bevorzugt wird nach dem Nahpositionierungsverfahren noch eine Positionshalteprüfung durchgeführt, während welcher fortlaufend überprüft wird, ob sich das Fahrzeug noch in einer für eine Energieübertragung geeigneten Position befindet.

Das Nahpositionierungsverfahren wird beendet, wenn sich das Fahrzeug in einer für eine Energieübertragung geeigneten Position befindet.

Es kann jedoch notwendig sein, während des gesamten Energieübertragungsvorgangs fortlaufend zu überprüfen, ob sich das Fahrzeug weiterhin in einer für eine Energieübertragung geeigneten Position befindet. Beispielsweise muss verhindert werden, dass das Fahrzeug während des Energieübertragungsvorgangs wegrollt und die Energieübertragung weiterläuft. Dies kann im Rahmen einer Positionshalteprüfung überprüft werden. Hierbei kann fortlaufend überprüft werden, ob das zweite Endkriterium noch erfüllt ist. Ist das zweite Endkriterium während der Positionshalteprüfung zu irgendeinem Zeitpunkt nicht mehr erfüllt, so kann ein Alarm ausgelöst werden. Die Positionshalteprüfung kann regulär enden, wenn die Energieübertragung beendet ist.

Es ist möglich, dass eine für eine Energieübertragung ausreichend genaue Positionierung, wie sie von dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden kann, nur eines von mehreren Kriterien ist, welche für eine Energieübertragung Voraussetzung sind. Es ist möglich, dass neben der ausreichend genauen Positionierung auch eine Kommunikationsüberprüfung stattfindet, bei der sichergestellt wird, dass eine mobile induktive Ladeeinrichtung mit der stationären induktiven Ladeeinrichtung kommunizierend verbunden ist, über welcher sie ausreichend genau positioniert ist.

Eine solche Kommunikationsüberprüfung kann prinzipiell zu jedem Zeitpunkt während des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch bevor eine Energieübertragung startet, stattfinden.

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 zeigt, jeweils schematisch

Fig. 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs mit einer induktiven Ladeeinrichtung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer induktiven Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung mit einer Nahpositionierungssendeeinrichtung und einer Fernpositionierungssendeeinrichtung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine alternative erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung mit einer Nahpositionierungssendeeinrichtung und einer Fernpositionierungssendeeinrichtung,

Fig. 5 eine Flachspule als Nahpositionierungssender für eine Nahpositionierungssendeeinrichtung, Fig. 6 eine induktive Ladeeinrichtung mit einer Positionierungsempfangseinrichtung für ein erfindungsgemäßes Fahrzeugladesystem,

Fig. 7 eine induktive Ladeeinrichtung mit einer Positionierungsempfangseinrichtung für ein erfindungsgemäßes Fahrzeugladesystem,

Fig. 8 ein Fahrzeug während eines Positionierungsvorgangs mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeugladesystem,

Fig. 9 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Positionierungsverfahrens,

Fig. 10 ein Flussdiagramm eines alternativen erfindungsgemäßen Positionierungsverfahrens,

Fig. 11 ein Flussdiagramm einer möglichen Positionshalteprüfung nach dem Nahpositionierungsverfahren.

Fig. 1 zeigt eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1a , die an einem Fahrzeug 2 mit einem Energiespeicher 3 angeordnet ist und über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b positioniert ist. Im Betrieb kann von der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b Energie an die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a übertragen werden und der Energiespeicher des Fahrzeuges 3 hierdurch geladen werden.

Die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a und die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b bilden zusammen bzw. sind Teil eines Fahrzeugladesystems 8. Prinzipiell ist es auch möglich, das Fahrzeugladesystem 8 bidirektional zu betreiben. Dabei kann zeitweise Energie von der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a an die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b übertragen werden. Die in Fig. 1 auf dem Untergrund 35angeordnete stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b kann alternativ auch in der Fahrbahn versenkt angeordnet sein (hier nicht gezeigt). Bei einer versenkten Anordnung kann die induktive Ladeeinrichtung 1 b von bestimmten Schichten der Fahrbahn überdeckt werden oder aber bündig mit der Fahrbahnoberfläche abschließen.

Fig. 2 zeigt einen seitlichen Schnitt durch eine induktive Ladeeinrichtung 1 ,1a die mehrere Flussführungselemente 5 sowie eine Energieübertragungswicklung 4,10 beinhaltet und an einem Fahrzeug 2 montiert ist.

Eine entsprechende Anordnung besteht für eine stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b, nur dass diese statt an einem Fahrzeug 2 auf einem Untergrund angeordnet ist (nicht gezeigt).

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung mit einer Nahpositionierungssendeeinrichtung NAH-POS und einer Fernpositionierungssendeeinrichtung FERN-POS. Die Nahpositionierungssendeeinrichtung NAH-POS ist hier in Form von vier Nah- Sendewicklungen 13 realisiert. Die Fernpositionierungssendeeinrichtung FERN-POS ist hier als Solenoid 42 realisiert. Die Fernpositionierungssendeeinrichtung FERNPOS sendet während eines Positioniervorgangs ein Fern-Positionierungssignal FERN-SIG in Form eines magnetischen Wechselfelds aus. Die Nahpositionierungssendeeinrichtung NAH-POS sendet während eines Positioniervorgangs mehrere Nah-Positionierungssignale NAH-SIG in Form von magnetischen Wechselfeldern aus, die sich beispielsweise durch die Frequenz unterscheiden.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine alternative erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung mit einer Nahpositionierungssendeeinrichtung NAH-POS und einer Fernpositionierungssendeeinrichtung FERN-POS. Auch hier ist die Nahpositionierungssendeeinrichtung NAH-POS als vier Nah-Sendewicklungen 13 realisiert und die Fernpositionierungssendeeinrichtung FERN-POS als Solenoid 42. Diese Ausführungsform zeigt eine alternative Anordnung der Flussführungselemente 5, ferner verläuft die Fern-Positionierungssignalwicklung 41 nicht zentral durch die Mitte der induktiven Ladeeinrichtung 1 , sondern ist hin zu einer Kante verschoben.

Fig. 5 zeigt eine Nah-Sendewicklung 13 die als Flachspule 10 ausgeführt ist.

Figur 6 zeigt eine weitere induktive Ladeeinrichtung 1 die eine Positionierungsempfangseinrichtung 17 mit zwei Sensorwicklungen 9a und 9b, die Teil einer Sensoreinrichtung sind, aufweist. Es kann sich hierbei um eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1a oder eine stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b handeln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind acht Flussführungselemente 5 gezeigt, die radial um das Zentrum 7 der Energieübertragungswicklung 4 in der Ebene angeordnet sind. Zwischen den Flussführungselementen 5 sind schmale Spalte 32. Die Spalte verlaufen ebenfalls radial um das Zentrum 7, somit verlaufen die Spalte annäherungsweise in Hauptrichtung der Magnetfeldlinien (hier drei Magnetfeldlinien 14 symbolisch angedeutet), die sich bei einer Energieübertragung in den Flussführungselementen 5 einstellt. Die Energieübertragungswicklung 4, welche in der Draufsicht durch die Flussführungselemente 5 verdeckt wird, ist gestrichelt angedeutet. Die Energieübertragungswicklung 4 ist hier eine Flachspule 10.

Die Sensorwicklungen sind hier als Solenoid auch Zylinderspule genannt ausgebildet.

Die erste Sensorwicklung 9a verläuft hier um zwei Flussführungselemente 5 die sich bzgl. des Zentrum 7 der Energieübertragungsspule 4 diagonal gegenüber liegen. Die zweite Sensorwicklung 9b ist entsprechend um zwei weitere Flussführungselemente 5, die sich ebenfalls bzgl. des Zentrums 7 diagonal gegenüberliegen, gewickelt. Die erste Sensorwicklung 9a ist achsensymmetrisch zur zweiten Sensorwicklung 9b bzgl. der Fahrzeuglängsrichtung 6 angeordnet. Die erste Sensorwicklung 9a und die zweite Sensorwicklung 9b kreuzen sich zumindest annähernd im Zentrum 7 der Energieübertragungsspule 4. Die erste Sensorwicklung 9a besitzt eine erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite Sensorwicklung 9b besitzt eine zweite radiale Längsrichtung 11 b. Der Winkel 15 zwischen der ersten radialen Längsrichtung 11a und der Fahrzeuglängsrichtung 6 ist zumindest annähernd gleich groß wie der Winkel 16 zwischen der zweiten radialen Längsrichtung 11 b und der Fahrzeuglängsrichtung 6 .

Beim Ladevorgang ist das Fahrzeug 2 über der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b positioniert und Energie wird an die induktive Ladeeinrichtung 1a übertragen. Die Flussführungselemente 5 übernehmen dabei die Funktion der Flussführung. In ihnen verlaufen im Ladezustand die Feldlinien des magnetischen Feldes annäherungsweise in radialer Richtung. Da die erste radiale Längsrichtung 11 a und die zweite radiale Längsrichtung 11 b hier ebenfalls radial und somit zumindest annähernd parallel zu den Magnetfeldlinien ausgerichtet sind wird hier nur verhältnismäßig wenig bis gar keine Spannung in die ersten Sensorwicklung 9a und in die zweite Sensorwicklung 9b induziert. Dies ist wichtig, da es bei den hohen Leistungen der Energieübertragung und somit hohen Flussdichten sonst leicht zu einer Zerstörung der Sensorwicklungen kommen könnte. Ein Zusatzaufwand zur Verhinderung der Zerstörung der Anordnung ist damit auch nicht notwendig.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinrichtung 1. Hier sind vier Sensorwicklungen 9a, 9b, 9c, 9d mit vier radialen Längsrichtungen 11a, 11 b, 11c, 11d vorhanden. Jede Sensorwicklung ist um ein anderes Flussführungselement 5 angeordnet. Jeweils zwei der Flussführungselemente liegen sich bezüglich des Zentrums 7 der Energieübertragungsspule 4 diagonal gegenüber. Zusammen bilden die vier Sensorwicklungen 9a, 9b, 9c, 9d auch wieder eine kreuzförmige Anordnung. Ein Vorteil gegenüber der Anordnung aus Fig. 6 ist, dass hierbei der Bereich um das Zentrum 7 der Energieübertragungsspule 4 ohne Sensorwicklung 9 ausgeführt ist. So können hier weiterhin mechanisch notwendige Stützelemente (nicht gezeigt) angeordnet werden. Die erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung aus Fig. 3 und Fig. 4 und die weitere induktive Ladeeinrichtung aus Fig. 6 und Fig. 7 können Teil eines erfindungsgemäßen Fahrzeugladesystems 8 sein. Hierbei kann die eine Positionierungsempfangseinrichtung 17 sowohl Signale von der Nahpositionierungssendeeinrichtung NAH-POS als auch Signale von der Fernpositionierungssendeeinrichtung FERN-POS empfangen. Dies ist vorteilhaft, da mit einer Positionierungsempfangseinrichtung 17 zwei verschiedene Positionierungsverfahren, die bei zwei unterschiedlichen Entfernungsbereichen optimal funktionieren bedient werden können.

Fig. 8 a) zeigt ein Fahrzeug 2 mit einer Fahrzeuglängsrichtung 6 und mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a während eines Positionierungsvorgangs über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b mit einer Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. Das Fahrzeug 2 fährt direkt auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b zu und die Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a ist somit gleich der Fahrzeuglängsrichtung 6. In der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a befindet sich neben der Energieübertragungswicklung (nicht gezeigt) auch eine Fern- Positionierungssignalwicklung 41 und vier Nah-Sendewicklungen 13. Die Fern- Positionierungssignalwicklung 41 weist eine Wicklungsachse 34 und eine radiale Längsrichtung 11 auf. Die vier Nah-Sendewicklungen 13 weisen Wicklungsachsen senkrecht zum Untergrund auf. Die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b weist neben der Energieübertragungswicklung (nicht gezeigt) zwei Sensorwicklungen 9a und 9b auf. Beide Sensorwicklungen 9a und 9b weisen je eine radiale Längsrichtung 11 a und 11 b auf. Beide Sensorwicklungen 9a und 9b sind symmetrisch zur Sol I- Fahrzeuglängsrichtung 6a angeordnet. Diese Anordnung der Wicklungen für die Positionierung ist besonders vorteilhaft. Die Fern-Positionierungssignalwicklung 41 erzeugt ein recht homogenes Magnetfeld. In den Sensorwicklungen 9a und 9b wird durch das Magnetfeld der Fern-Positionierungssignalwicklung 41 eine Spannung induziert. Fährt das Fahrzeug, wie in der linken Skizze gezeigt genau senkrecht auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b zu, so wird während des Fernpositionierungsverfahrens FERN_V in beide Sensorwicklungen 9a und 9b eine gleich große Spannung induziert. Ab einem bestimmten Abstand wird das Nahpositionierungsverfahren NAH_V verwendet und die von den Nah- Sendewicklungen 13 ausgesendeten Nah-Positionierungssignale NAH-SIG werden ausgewertet.

Fig. 8 b) zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Fern- Positionierungssignalwicklung 41 sowie die vier Nah-Sendewicklungen 13 in der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b angeordnet ist und die Sensorwicklungen 9a und 9b in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a angeordnet sind. Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiel ist ansonsten genau gleich. Hier gezeigt ist ein Fall in dem das Fahrzeug 2 nicht senkrecht auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b zufährt, sondern in einem Winkel von ca. 45° davon abweicht. Die Fahrzeuglängsrichtung 6 und die Verbindungslinie zwischen der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b und der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a stehen somit in einem Richtungsabweichungswinkel von 45° aufeinander. In diesem Fall erzeugt die Fern-Positionierungssignalwicklung 41 ein Magnetfeld welches senkrecht zur ersten Sensorwicklung 9a steht. Hier wird während des Fernpositionierungsverfahrens FERN_V eine maximale Spannung in die erste Sensorwicklung 9a induziert. Das von der Fern-Positionierungssignalwicklung 41 erzeugte Magnetfeld steht außerdem annähernd parallel zur zweiten Sensorwicklung 9b. Hier wird während des Fernpositionierungsverfahrens FERN_V eine minimale bzw. keine Spannung induziert. Auch hier kann das Nahpositionierungsverfahren NAH_V ab einem bestimmten Abstand übernehmen.

Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Positionierungsverfahrens, welches ein Fernpositionierungsverfahren FERN_V und ein Nahpositionierungsverfahren NAH_V beinhaltet. Zunächst wird fortlaufend überprüft, ob ein erstes Startkriterium SK_1 erfüllt ist. Dies kann beispielsweise das Überschreiten eines Signalschwellwerts einer in eine oder mehrere Sensorwicklungen induzierten Spannung sein. Solange dieser Signalschwellwert nicht erreicht ist, ist das detektierte Signal für das Fernpositionierungsverfahren FERN_V nicht ausreichend und das Verfahren befindet sich in einem Wartezustand WARTE. Eine Positionierung ist nicht möglich. Sobald das erste Startkriterium SK_1 erfüllt ist startet das Fernpositionierungsverfahren FERN_V und es wird fortlaufend überprüft, ob ein erstes Endkriterium EK_1 erfüllt ist.

Das erste Endkriterium EK_1 kann das Überschreiten eines Signalschwellwerts einer in eine oder mehrere Sensorwicklungen induzierten Spannung sein. Hintergrund hierfür ist, dass unterhalb eines Mindestabstandes das Fernpositionierungsverfahren FERN_V aufgrund von zu starken Krümmungen der Magnetfeldlinien nicht mehr zuverlässig funktioniert.

Das Fernpositionierungsverfahren FERN_V wird beendet, wenn das erste Endkriterium EK_1 erfüllt ist. Hierbei gibt es zwei Möglichkeiten. Die erste Möglichkeit ist, dass zu diesem Zeitpunkt ein zweites Startkriterium für das Nahpositionierungsverfahren noch nicht erfüllt ist.

Das zweite Startkriterium SK_2 kann das Überschreiten eines Signalschwellwerts einer, in eine oder mehrere Sensorwicklungen induzierten Spannung sein.

Solange das zweite Startkriterium SK_2 noch nicht erfüllt ist, kann hier das Fernpositionierungsverfahren FERN_V nicht mehr und das Nahpositionierungsverfahren NAH_V noch nicht angewendet werden. Das Verfahren befindet sich also erneut in einem Wartezustand WARTE. Hier kommt es zu einem kurzen „Blindflug“ zwischen den beiden Positionierungsverfahren. Es kann hierbei beispielsweise angewiesen weiter in die letzte, von dem

Fernpositionierungsverfahren FERN_V vorgegebene Richtung zu positionieren, bis das Nahpositionierungsverfahren NAH_V möglich ist. Während dieses Wartezustandes WARTE wird fortlaufend überprüft, ob das zweite Startkriterium SK_2 erfüllt ist.

Sobald das zweite Startkriterium SK_2 erfüllt ist, kann das Nahpositionierungsverfahren NAH_V gestartet werden. Die zweite Möglichkeit ist, dass direkt, wenn das Endkriterium EK_1 erfüllt ist bereits das zweite Startkriterium SK_2 erfüllt ist. In diesem Fall kann direkt im Anschluss an das Fernpositionierungsverfahren FERN_V mit dem Nahpositionierungsverfahren NAH_V gestartet werden.

Während des Nahpositionierungsverfahrens wird fortlaufend überprüft, ob das zweite Endkriterium EK_2 erfüllt ist. Das zweite Endkriterium EK_2 kann erfüllt sein, wenn das Fahrzeug ausreichend genau positioniert ist. Dies kann beispielsweise beinhalten das jeweils zwei in Sensorwicklungen induzierte Spannungen zueinander ins Verhältnis gesetzt werden und dieser Wert gleich 1 ist oder in einem schmalen Toleranzbereich um den Wert 1 liegt.

Sobald das zweite Endkriterium EK_2 erfüllt ist, endet das Nahpositionierungsverfahren NAH_V und das Fahrzeug ist ausreichend positioniert.

Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm eines alternativen erfindungsgemäßen Positionierungsverfahrens. Prinzipiell läuft dieses Positionierungsverfahren gleich ab wie das bei Figur 9 beschriebene Positionierungsverfahren. Der Unterschied ist hierbei, dass während des Fernpositionierungsverfahrens FERN_V fortlaufend überprüft wird, ob das erste Endkriterium EK_1 erfüllt ist und ob das zweite Startkriterium SK_2 erfüllt ist. Das Fernpositionierungsverfahren FERN_V wird in dieser Variante beendet, sobald eines der beiden Kriterien erfüllt ist. Ist das zweite Startkriterium SK_2 erfüllt, so wird direkt mit dem Nahpositionierungsverfahren NAV_V gestartet, unabhängig davon, ob das erste Endkriterium EK_1 erfüllt ist oder nicht. Wird zuerst das erste Endkriterium EK_1 erfüllt und das zweite Startkriterium SK_2 ist noch nicht erfüllt, so kommt es ebenfalls wie im Ausführungsbeispiel in Fig. 9 zu einem Wartezustand WARTE. Sobald das zweite Startkriterium SK_2 erfüllt ist startet das Nahpositionierungsverfahren NAH_V.

Fig. 11 zeigt einen möglichen Zwischenschritt zwischen dem Beenden des Nahpositionierungsverfahren NAH_V und dem Beenden des kompletten Positionierungsverfahrens FERTIG. Dieser Zwischenschritt kann optional in der Variante aus Fig. 9 oder der Variante aus Fig. 10 genutzt werden. Das Nahpositionierungsverfahren NAH_V endet, wenn das Fahrzeug ausreichend positioniert ist und somit das zweite Endkriterium EK_2 erfüllt ist. Es kann jedoch wichtig sein, auch während des kompletten Ladevorgangs zu überprüfen, ob das zweite Endkriterium EK_2 erfüllt bleibt. Beispielsweise könnte das Fahrzeug während eines Ladevorgangs wegrollen. Hier muss sichergestellt werden, dass dies erkannt wird und ein entsprechender Alarmzustand ALARM ausgelöst wird, damit der Ladevorgang sofort beendet werden kann. Dies kann durch einer Positionshalteprüfung H_PRÜF erfolgen. Hierbei wird fortlaufend überprüft, ob das zweite Endkriterium EK_2 noch erfüllt ist und ein drittes Endkriterium EK_3 noch nicht erfüllt ist. Ist das zweite Endkriterium EK_2 während der Positionshalteprüfung H_PRÜF nicht mehr erfüllt, so befindet sich das Fahrzeug nicht mehr in einer für die Energieübertragung geeigneten Position und es wird ein Alarmzustand ALARM ausgelöst, damit die Energieübertragung beendet wird. Ist die Energieübertragung regulär beendet, so ist das dritte Endkriterium EK_3 erfüllt. Das Positionierungsverfahren ist somit beendet.

Referenzliste induktive Ladeeinrichtung a mobile induktive Ladeeinrichtung b stationäre induktive Ladeeinrichtung Fahrzeug

Energiespeicher des Fahrzeuges Energieübertragungswicklung Flussführungselement Fahrzeuglängsrichtung a Soll-Fahrzeuglängsrichtung

Zentrum der Energieübertragungswicklung Fahrzeugladesystem

Sensorwicklung a erste Sensorwicklung b zweite Sensorwicklung c dritte Sensorwicklung d vierte Sensorwicklung 0 Flachspule 1 radiale Längsrichtung 1a erste radiale Längsrichtung 1b zweite radiale Längsrichtung 1 c dritte radiale Längsrichtung 1d vierte radiale Längsrichtung 2 Positionierungssignal 2a erstes Positionierungssignal 2b zweites Positionierungssignal 2c drittes Positionierungssignal 2d viertes Positionierungssignal 3 Nah-Sendewicklung 3a erste Nah-Sendewicklung 3b zweite Nah-Sendewicklung 3c dritte Nah-Sendewicklung 13d vierte Nah-Sendewicklung

14 Hauptrichtung der Magnetfeldlinien

15 erster Winkel

16 zweiter Winkel

17 Positionierungssignalempfangseinrichtung

32 Spalt zwischen Flussführungselementen

33 Referenzpunkt

34 Wicklungsachse

35 Untergrund

41 Fern-Positionierungssignalwicklung

42 Solenoid

NAH-POS Nahpositionierungssendeeinrichtung

FERN-POS Fernpositionierungssendeeinrichtung

NAH_V Nahpositionierungsverfahren

FERN_V Fernpositionierungsverfahren

NAH-SIG Nah-Positionierungssignal

FERN-SIG Fern-Positionierungssignal

WARTE Wartezustand

H_PRÜF Positionshalteprüfung

Claims

Ansprüche Induktive Ladeeinrichtung (1) für ein Fahrzeugladesystem (8) mit einer Energieübertragungswicklung (4) und mindestens einem Flussführungselement (5) mit: einer Nahpositionierungssendeeinrichtung (NAH-POS), die geeignet ist mindestens ein Nah-Positionierungssignal (NAH-SIG) zu erzeugen und einer Fernpositionierungssendeeinrichtung (FERN-POS), die geeignet ist mindestens ein Fern-Positionierungssignal (FERN-SIG) zu erzeugen. Induktive Ladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine mobile induktive Ladeeinrichtung (1a), welche an und/oder in einem Fahrzeug (2) angeordnet ist handelt oder, dass es sich bei der induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung (1 b) handelt. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahpositionierungssendeeinrichtung (NAH-POS) mehrere Nah- Sendewicklungen (13a, 13b, 13c, 13d), bevorzugt mindestens vier Nah- Sendewicklungen (13a,13b,13c,13d) aufweist, die zueinander beabstandet angeordnet sind und die Nah-Sendewicklungen (13a, 13b, 13c, 13d) geeignet sind jeweils ein Nah-Positionierungssignal (NAH-SIG_a, NAH-SIG_b, NAH-SIG_c, NAH- SIG_d) erzeugen. Induktive Ladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nah-Sendewicklungen (13a,13b,13c,13d) mit einer Wicklungsachse (34) senkrecht zum Untergrund (35) ausgeführt sind. Induktive Ladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nah-Positionierungssignale (NAH-SIG_a, NAH-SIG_b, NAH-SIG_c, NAH-SIG_d) magnetische Wechselfelder mit unterschiedlichen Frequenzen (f_a,f_b,f_c,f_d) oder mit gleicher Frequenz aber unterschiedlicher Pulsweite sind. Induktive Ladeeinrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fernpositionierungssendeeinrichtung (FERN-POS) eine Fern-Positionierungssignalwicklung (41 ) aufweist, wobei die Fern-Positionierungssignalwicklung (41 ) als Solenoid (42) mit einer Wicklungsachse (34) in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt ist und das Flussführungselement (5) geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1 ) und der Energieübertragungswicklung (4) stattfindet, ein Magnetfeld zu führen und die Fern-Positionierungssignalwicklung (41 ) mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente (5) umschließt und die Fern-Positionierungssignalwicklung (41 ) geeignet ist das Fern- Positionierungssignal (FERN-SIG) zu erzeugen und das Fern-Positionierungssignal (FERN-SIG) ein magnetisches Wechselfeld ist. Fahrzeugladesystem (8) mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1a) und einer stationären induktiven Ladeeinrichtung (1 b), wobei die mobile induktive Ladeeinrichtung (1 a) eine induktive Ladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -6 ist und die stationäre induktive Ladeeinrichtung (1 b) eine Positionierungsempfangseinrichtung (17) aufweist oder die stationäre induktive Ladeeinrichtung (1 b) eine induktive Ladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -6 ist und die mobile induktive Ladeeinrichtung (1a) eine Positionierungsempfangseinrichtung (17) aufweist. Fahrzeugladesystem (8) nach Anspruch 7, wobei die induktive Ladeeinrichtung mit der Positionierungsempfangseinrichtung (17) mindestens ein Flussführungselement (5) und die Positionierungsempfangseinrichtung (17) mindestens eine erste Sensorwicklung (9a) und mindestens eine zweite Sensorwicklung (9b) aufweist. Fahrzeugladesystem (8) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Flussführungselement (5) geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen der mobile induktive Ladeeinrichtung (1a) und der stationäre induktive Ladeeinrichtung (1 b) stattfindet, ein Magnetfeld zu führen und die erste Sensorwicklung (9a) und die zweite Sensorwicklung (9b) um mindestens eines des mindestens einen Flussführungselements (5) angeordnet sind. Fahrzeugladesystem (8) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensorwicklung (9a) eine erste radiale Längsrichtung (11a) aufweist und die zweite Sensorwicklung (9b) eine zweite radiale Längsrichtung (11 b) aufweist und die erste radiale Längsrichtung (11a) und die zweite radiale Längsrichtung (11 b) zumindest annähernd senkrecht zueinander angeordnet sind und/oder die erste radiale Längsrichtung (11a) und die zweite radiale Längsrichtung (11 b) zumindest annähernd achsensymmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung (6) oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) angeordnet sind. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1a) in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung (1 b), wobei ein Fernpositionierungsverfahren (FERN_V) angewendet wird, während ein erstes Startkriterium (SK_1 ) erfüllt ist und ein erstes Endkriterium (EK_1 ) nicht erfüllt ist ein Nahpositionierungsverfahren (NAH_V) angewendet wird, während ein zweites Startkriterium (SK_2) erfüllt ist und ein zweites Endkriterium (EK_2) nicht erfüllt ist. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Startkriterium (SK_1 ) das Überschreiten eines ersten Signalschwellwerts eines Fernpositionierungssignals (FERN-SIG) beinhaltet und das erste Endkriterium (EK_2) das Überschreiten eines zweiten Signalschwellwerts eines Fernpositionierungssignals (FERN-SIG) beinhaltet. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Startkriterium (SK_1 ) das Überschreiten eines dritten Signalschwellwerts eines oder mehrerer Nah-Positionierungssignalen (NAH-SIG) beinhaltet und das zweite Endkriterium (EK_2) das Auswerten mindestens eines Signalwerte-Verhältnisses von zwei Nah-Positionierungssignalen (NAH- SIG) beinhaltet. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Endkriterium (EK_1 ) bei einer ersten Umschalt-Entfernung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1 a) und der stationären induktiven Ladeeinrichtung (1 b) erfüllt ist und das zweite Startkriterium (SK_2) bei einer zweiten Umschalt-Entfernung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1 a) und der stationären induktiven Ladeeinrichtung (1 b) erfüllt ist. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Umschalt-Entfernung und der zweiten Umschalt- Entfernung ein Abstand von weniger als 40 cm, bevorzugt weniger als 20 cm und besonders bevorzugt weniger als 10 cm liegt, oder die erste Umschalt-Entfernung gleich der zweiten Umschalt-Entfernung ist. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach einem der Ansprüche 11-15, dadurch gekennzeichnet, dass für das Fernpositionierungsverfahren und für das Nahpositionierungsverfahren dieselbe Positionierungsempfangseinrichtung (17) verwendet wird. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile induktiven Ladeeinrichtung (1 a) und die stationäre induktiven Ladeeinrichtung (1 b) Teil eines Fahrzeugladesystems nach einem der Ansprüche 7-10 sind und die Positionierungsempfangseinrichtung (17) eine Positionierungsempfangseinrichtung (17) nach Anspruch 7 ist. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsempfangseinrichtung (17) während des Fernpositionierungsverfahren das mindestens eine Fern- Positionierungssignal (FERN-SIG) empfängt und auswertet und während des Nahpositionierungsverfahren das mindestens ein Nah- Positionierungssignal (NAH-SIG) empfängt und auswertet. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fernpositionierungsverfahrens das mindestens eine Fern- Positionierungssignal (FERN-SIG) eine Spannung in der mindestens einen ersten Sensorwicklung (9a) induziert und eine Spannung in der mindestens einen zweiten Sensorwicklung (9b) induziert und während des Nahpositionierungsverfahren mehrere Nah - Positionierungssignale (NAH-SIG_a, NAH-SIG_b, NAH-SIG_c, NAH- SIG_d) mehrere Spannungen in der mindestens einen ersten Sensorwicklung (9a) und in der mindestens einen zweiten Sensorwicklung (9b) induzieren. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fernpositionierungsverfahren die Intensitäten der in die erste Sensorwicklung (9a) induzierten Spannung und der in die zweite Sensorwicklung (9b) induzierten Spannung verglichen werden und ein Richtungsabweichungswert zwischen der Fahrzeuglängsrichtung (6) und der Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) berechnet wird. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass während des Nahpositionierungsverfahren die Intensitäten der in die Sensorwicklungen (9a, 9b) induzierten Spannungen bei den unterschiedlichen Frequenzen (f_a,f_b,f_c,f_d) oder den unterschiedlichen Pulsweiten verglichen werden und ein Positionsabweichungswert zwischen der aktuellen Position und der Zielposition berechnet wird. Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) nach einem der Ansprüche 11-21 , wobei nach dem Nahpositionierungsverfahren (NAH_V) noch eine Positionshalteprüfung (H_PRÜF) durchgeführt wird, während welcher fortlaufend überprüft wird, ob sich das Fahrzeug (2) noch in einer für eine Energieübertragung geeigneten Position befindet.