WO2012168318A2 - Ladevorrichtung und ladeverfahren mit schwimmender ladeeinheit - Google Patents

Ladevorrichtung und ladeverfahren mit schwimmender ladeeinheit Download PDF

Info

Publication number
WO2012168318A2
WO2012168318A2 PCT/EP2012/060736 EP2012060736W WO2012168318A2 WO 2012168318 A2 WO2012168318 A2 WO 2012168318A2 EP 2012060736 W EP2012060736 W EP 2012060736W WO 2012168318 A2 WO2012168318 A2 WO 2012168318A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
charging
loading
vehicle
unit
charging station
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/060736
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012168318A3 (de
Inventor
Hartmut PRÖBSTLE
Josef Krammer
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to CN201280028429.0A priority Critical patent/CN103608209B/zh
Publication of WO2012168318A2 publication Critical patent/WO2012168318A2/de
Publication of WO2012168318A3 publication Critical patent/WO2012168318A3/de
Priority to US14/100,776 priority patent/US9333866B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/126—Methods for pairing a vehicle and a charging station, e.g. establishing a one-to-one relation between a wireless power transmitter and a wireless power receiver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/38—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles specially adapted for charging by inductive energy transfer
    • B60L53/39—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles specially adapted for charging by inductive energy transfer with position-responsive activation of primary coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/65—Monitoring or controlling charging stations involving identification of vehicles or their battery types
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y02T90/167—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles, i.e. smartgrids as interface for battery charging of electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S30/00—Systems supporting specific end-user applications in the sector of transportation
    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/14—Details associated with the interoperability, e.g. vehicle recognition, authentication, identification or billing

Definitions

  • the invention relates to a charging device and a charging method with floating
  • Charging unit wherein the charging device is a vehicle with a charging module in
  • Vehicle underbody and a stationary charging station with a charging unit includes a
  • plug-in vehicles In the next decade, electric vehicles such as electric and hybrid vehicles will increasingly gain market share in the automotive sector. These vehicles often have an external recharge option, which is usually wired. Therefore, such vehicles are also referred to as plug-in vehicles. Charging a plug-in vehicle needs to be on a robust, sustainable and
  • the aim is to facilitate efficient and convenient charging within the framework of the public infrastructure (roads and highways) and the private infrastructure (parking spaces and garages). It is assumed in the previous development preferably of wired charging stations.
  • the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the charging station is stored near the ground or in the ground. Furthermore, the
  • the charging module has at least one locating magnet and the charging unit has at least one positioning magnet.
  • the charging unit is designed as a primary coil, the charging module as Sekundärspuie. This causes the charging station may be stored stationary.
  • the primary coil-carrying charging unit is in the horizontal direction, i. in X direction
  • the charging station is at least partially filled with a viscous, non-conductive and non-magnetic medium having a first density.
  • the loading unit has floats and / or hollow bodies with a second density that is less than the first density.
  • the floats or the hollow bodies ensure that the loading unit floats substantially on the liquid medium.
  • the necessary buoyancy force of the charging unit is due to partial immersion of the charging unit in the liquid medium.
  • the at least one location magnet, in particular each, and the at least one positioning magnet, in particular each, are formed as a DC field magnet. Due to the arrangement of the at least one location magnet and the at least one positioning magnet, the magnetic field orientation of the at least one location magnet and the magnetic field orientation of the at least one lead
  • Positioning magnets to an attractive positioning force between the at least one location magnet and the at least one positioning magnet.
  • the Positioning force is induced a horizontal movement of the charging unit.
  • the potential energy is the
  • Locating magnets are tightened. With the charging module located in the area of the charging station, the charging unit with the primary coil and the positioning magnets is attracted by the charging module with the secondary coil and the locating magnet. In this case, the loading unit reaches a local minimum of potential energy with respect to its mobility in the x-direction and y-direction in the horizontal movement range, the location of the local minimum being determined by the position of the loading module. If the loading module is not located in the region of the horizontal movement surface, although it may be to a
  • the loading module is thus located in the region of the horizontal movement surface, if the loading module occupies position coordinates in the vehicle-fixed coordinate system with respect to the x-axis and y-axis, which are in the same reference system of the movable charging unit. In other words, is in this
  • Coordinate system then the loading module with respect to the x-axis and y-axis in the horizontal range of movement of the loading unit.
  • the magnets can only be energized if the charging module moves in this horizontal coordinate range.
  • the charging station is integrated in the road body or the parking space underground.
  • the charging device between the charging station and the charging unit a
  • the return spring exerts on the Ladeeinhert a spring force in the direction of the center of the horizontal movement surface. If the charging module in horizontal Movement range of the loading unit is located, the spring force is less than that
  • Charging station is located. This position serves as the starting position of the charging unit if a charging module of a vehicle to be loaded is moved into the area of the charging station.
  • a charging method is feasible, in which the vehicle first occupies a holding position in which the loading module is located in the range of motion. In the holding position, the floating load unit is attracted to the loading module and reaches the loading position. A battery charging process is started when the holding position or the loading position is reached.
  • the primary coil is powered by an external ac network to build up a magnetic alternating field.
  • the inductive energy transfer between the primary coil and the secondary coil is in the
  • This charging method offers the driver the advantage that the vehicle is positioned sufficiently precisely above the charging station for charging the battery when the charging module is located only in the horizontal movement range of the charging unit.
  • the floating load unit is then automatically moved to the loading position and loaded in the
  • the energy transfer between the primary coil u d of the secondary coil is maximum.
  • the loading unit is located in the x-direction and / or y-direction at one of the loading position, that means
  • the charging position thus forms a local maximum of the transferable electrical power.
  • information can be exchanged between the charging station and the charging module.
  • the interchangeable information includes location information of the vehicle, as well as battery status information and battery charge control variables. The information is useful, for example, to the driver when taking a
  • Vehicle and charging station can also be used to identify the vehicle, for example, an automatic billing of the charging process with the holder
  • identifying a particular vehicle key such a billing can also be carried out driver-specific.
  • the charging station is movable relative to the vehicle underbody in the vertical direction.
  • the spatial distance between the two coils in the vertical direction i. in the direction of the vehicle vertical axis, are minimized in order to increase the energy transfer from the primary to the secondary coil.
  • the invention is based on the following considerations:
  • Wired charging stations for electric vehicles or plug-in vehicles are provided.
  • a weather-resistant charging station which contains a hermetically sealed charging unit.
  • a weather-resistant encapsulated housing for example made of PE or PTFE is used, which fully integrates the charging unit.
  • the charging station can be integrated into both the public infrastructure (e.g., pavement) and the private infrastructure (e.g., garage).
  • the weather-resistant, integrated charging station has a "self-optimizing" positioning of the charging unit relative to the vehicle in order to minimize charging losses and to allow any positions of the loading vehicle.
  • FIG. 1 A charging device with floating unit, view in the direction of the vehicle longitudinal axis
  • FIG. 2 A loading device with floating unit, view in the direction of vehicle vertical axis ⁇ from above)
  • Fig. 1 and Fig. 2 show schematically a front or rear (1) of an electric or hybrid vehicle. On the underbody of the vehicle there is a loading module (2).
  • the loading module (2) On the underbody of the vehicle there is a loading module (2).
  • Charging module which in particular comprises a secondary coil for inductively charging the vehicle to an external primary coil, has a certain "vehicle-mounted" mounting position.
  • the charging module also has at least one DC field magnet (7), which as
  • Localization magnet is called. Without loss of generality, two localization magnets are still assumed. These may be permanent or electromagnets.
  • the stationary, inductive charging station (4) is integrated.
  • the stopping place may be, for example, a public charging station in parking lots, resting places, stopping places, etc. or a charging station installed in the private sector, e.g. in the domestic garage.
  • the charging station is fixed to the ground and at a height of the charging station in the z-direction (vehicle vertical axis), the
  • the charging station is essentially formed by a container filled with a liquid medium (5).
  • a liquid medium (5) may be, for example, a viscous, non-magnetic and electrically non-conductive oil in the container and on the liquid medium, the charging unit (6) of the inductive charging station floating, that is movably mounted in the x-direction and y-direction. The freedom of movement is through the container in the x-direction and y-direction
  • the charging station has a length of ideally 30% -80% of the vehicle width. Even smaller charging stations are conceivable, however, the mobility of the charging unit is limited and the vehicle for loading the more accurate to place. In particular, in stations completely submerged in the ground, the width of the station, the vehicle width also
  • the charging unit is equipped with the primary coil for the inductive energy transfer technique known to a person skilled in the art.
  • Floating storage may be accomplished by cavities (9) integrated into the primary coil, or floating and or air bodies housed in the unit, such that the density of the liquid medium exceeds the density of the loading unit.
  • the charging station is powered by alternating current, preferably via
  • the charging unit has at least one constant-field magnet (8), which is designed as a permanent magnet or electromagnet and is referred to as a positioning magnet. Without limiting the generality is still assumed by two positioning magnets 225.
  • the vehicle is in the area of
  • Guide rails are supported in the flooring.
  • the driver can also be directed electronically such as by the navigation system or by acoustic or optical signals, as they are known from parking aids. This can also be a
  • 235 data communication between the vehicle and the charging station are used for determining the position.
  • the driver merely has to move the vehicle to a relatively coarse position with respect to the charging station, which is determined by the horizontal movement area.
  • the preparation of the holding position of Vehicle does not require any maneuvering movements and does not bring any for the driver
  • the (x, y) location coordinates of the load module are in the (x, y) coordinate area, which is the same in the same frame of reference
  • the field strengths of the locating and positioning the magnets and the viscosity of the liquid medium are dimensioned such "that, if the vehicle assumes a holding position as described above, the magnetic fields of the magnets with the localization
  • Alignments of the magnetic fields result in an attractive force.
  • This force results in movement of the loading unit to assume the position with the minimum of potential energy of the positioning magnets against the locating magnets. This position is called the loading position. To take this, it can become one
  • Charging unit come around the z-axis.
  • Loading position is. This distance is determined by the ground clearance of the vehicle, the
  • the distance can be minimized by the highest possible filling height of the
  • the charging station and / or their integration in the ground for example, be designed for a specific vehicle type.
  • Holding station to be tuned with the charging station.
  • the charging station can be raised and lowered relative to the vehicle or the vehicle relative to the charging station in order to minimize the distance between the two coils in the optimum loading position. This can be achieved, for example, with a lifting or lowering platform for the charging station or the vehicle which is likewise integrated in the stopping position.
  • the loading unit During loading, the loading unit remains in the optimal loading position, as this position forms a local energetic minimum as described above.
  • the loading unit After a successful charging and / or after the removal of the vehicle from the holding position, the loading unit assumes a predetermined starting position in the container, for example via integrated, centered on the charging station and charging unit attached return spring (10), see Fig. 1, produced is.
  • the spring force of the restoring force is due to the minimally attractive force of the locating and positioning magnet in one
  • a charging process can only be unlocked when the holding position is reached.
  • Charging the vehicle to the charging station or to the network operator can be used, which can also be combined with a vehicle identification and / or above-described position detection of the vehicle. From this, business models for an automated billing of the charging process with the electricity supplier are derivable, if the vehicle identification also a driver or holder identification, e.g. about the identification of a particular, natural or legal person assigned
  • Vehicle key includes.
  • the charging device described and the charging method described bear considerable advantages in particular for the driver. Due to the self-optimizing magnetic field based concept, which dispenses with externally movable parts, the charging station can be made very simple and robust to the outside. Such, permanently installed on the underground charging station promises in addition to the ease of use and a high

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Ladevorrichtung, umfassend ein Fahrzeug mit einem Lademodul (2) im Fahrzeugunterboden und eine ortsfeste Ladestation (4) mit einer Ladeeinheit (8), zum induktiven Laden einer Batterie des Fahrzeugs, wobei die Ladestation bodennah oder im Boden gelagert ist, die Ladeeinheit in der Ladestation schwimmend gelagert ist, die Ladeeinheit einen vorgegebenen horizontalen Bewegungsbereich aufweist, das Lademodul zumindest einen Lokalisierungsmagneten (7) aufweist, die Ladeeinheit zumindest einen Positionierungsmagneten (8) aufweist, die Ladeeinheit als Primärspule ausgebildet ist, und das Lademodul als Sekundärspule ausgebildet ist.

Description

Ladevorrichtung und Ladeverfahren mit schwimmender Ladeeinheit
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung und ein Ladeverfahren mit schwimmender
Ladeeinheit, wobei die Ladevorrichtung ein Fahrzeug mit einem Lademodul im
Fahrzeugunterboden und eine ortsfeste Ladestation mit einer Ladeeinheit umfasst, um eine
Batterie des Fahrzeugs induktiv zu laden.
Im nächsten Jahrzehnt werden Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb wie etwa Elektro- und Hybridfahrzeuge vermehrt Marktanteile im Automobilsektor gewinnen. Diese Fahrzeuge verfügen häufig über eine externe Wiederauf lademöglichkeit, die meist kabelgebunden ausgeführt ist. Deshalb werden solche Fahrzeuge auch als Plug-in-Fahrzeuge bezeichnet. Das Laden eines Plug-in-Fahrzeugs muss auf einem robusten, nachhaltigen und
alltagstauglichen Konzept beruhen, um flächendeckende Serienreife erlangen zu können. Ziel ist es dabei, im Rahmen der öffentlichen Infrastruktur (Straßen und Autobahnen) und der privaten Infrastruktur (Stellplätze und Garagen) ein effizientes und komfortables Laden zu ermöglichen. Dabei wird in der bisherigen Entwicklung vorzugsweise von kabelgebundenen Ladestationen ausgegangen.
Zunehmend werden auch kabellose Ladestationen mit berührungsloser Energieübertragung in Betracht gezogen. Diese induktive Ladetechnik ist im Stand der Technik bereits bekannt. Die Schrift DE 42 36 286 AI beschreibt zum Beispiel eine Vorrichtung mit einer fa rzeugseitigen Sekundärladespule und einer Primärladespule der Ladestation, die zum Laden des Fahrzeugs an einem Führarm an das Fahrzeug herangeführt wird. Da der Führarm zur Herstellung einer optimalen Ladeverbindung zwischen den beiden Spulen sensorgesteuert motorisch bewegt wird, handelt es sich um eine komplexe und kostenintensive Ausgestaltung. In der Schrift DE 10 2009 023 409 A1 wird zum Beispiel ein Fah rzeug-Andock-S stem beschrieben, bei dem die Fahrzeugbewegung genutzt wird, um eine Sekundärladespule am Fahrzeug mit einer
Primärladespule an einer Ladestation in Kontakt zu bringen. Dies ist für den Fahrer mit der Notwendigkeit verbunden, das Fahrzeug zielgenau, d.h. unter Umständen mit Rangieraufwand, an eine exakt vorgegebene Zielposition zu bewegen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ladevorrichtung und ein verbessertes
Ladeverfahren anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Ladevorrichtung und Ladeverfahren mit schwimmender Ladeeinheit gemäß Anspruch 1 , Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,
Erfindungsgemäß ist die Ladestation bodennah oder im Boden gelagert. Ferner ist die
Ladeeinheit schwimmend in der Ladestation gelagert und weist einen vorgegebenen horizontalen Bewegungsbereich auf. Außerdem weist das Lademodul zumindest einen Lokalisierungsmagneten und die Ladeeinheit zumindest einen Positionierungsmagneten auf. Die Ladeeinheit ist als Primärspule ausgebildet, das Lademodul als Sekundärspuie. Dadurch wird bewirkt, dass die Ladestation zwar ortsfest gelagert sein kann. Die die
Primärspule tragende Ladeeinheit ist jedoch in horizontaler Richtung, d.h. in x-Richtung
(Längsachse) und y-Richtung (Querachse) eines fahrzeugbezogenen Koordinatensystems, beweglich gelagert und innerhalb des horizontalen Bewegungsbereichs ortsungebunden. Als Boden werden insbesondere diejenige Ebene und der Bereich unterhalb dieser Ebene verstanden, auf welcher die Räder des Fahrzeugs abrollen. Im Rahmen dieses Dokuments bildet der Untergrund dazu einen synonymen Begriff.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ladestation zumindest teilweise mit einem viskosen, nichtleitenden und unmagnetischem Medium mit einer ersten Dichte gefüllt. Die Ladeeinheit weist Schwimmkörper und/oder Hohlkörper mit einer zweiten Dichte auf, die geringer ist als die erste Dichte.
Die Schwimmkörper bzw. die Hohlkörper stellen sicher, dass die Ladeeinheit im Wesentlichen auf dem flüssigen Medium schwimmt. Die hierfür nötige Auftriebskraft der Ladeeinheit geht auf teilweises Eintauchen der Ladeeinheit in das flüssige Medium zurück.
Vorzugsweise sind der zumindest eine Lokalisierungsmagnet, insbesondere jeder, und der zumindest eine Positionierungsmagnete, insbesondere jeder, als Gleichfeldmagnete ausgebildet. Durch die Anordnung des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und des zumindest einen Positionierungsmagneten führen die Magnetfeldorientierung des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und die Magnetfeldorientierung des zumindest einen
Positionierungsmagnete zu einer anziehenden Positionierungskraft zwischen des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und des zumindest einen Positionierungsmagneten. Durch die Positionierungskraft wird eine Horizontalbewegung der Ladeeinheit induziert. In einer als Ladeposition bezeichneten Position der Ladeeinheit ist die potentielle Energie der
Positionierungsmagnete im Magnetfeld der Lokalisierungsmagnete in Bezug zu dem
horizontalen Bewegungsbereich lokal minimal.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Positionierungsmagnete von den
Lokalisierungsmagneten angezogen werden. Bei im Bereich der Ladestation befindlichem Lademodul wird die Ladeeinheit mit der Primärspule und den Positionierungsmagneten vom Lademodul mit der Sekundärspule und den Lokalisierungsmagneten angezogen. Dabei erreicht die Ladeeinheit bezüglich ihrer Beweglichkeit in x-Richtung und y-Richtung in dem horizontalen Bewegungsbereich ein lokales Minimum potentieller Energie, wobei der Ort des lokalen Minimums durch die Position des Lademoduls bestimmt ist. Falls das Lademodul nicht im Bereich der horizontalen Bewegungsfläche befindlich ist, kann es zwar zu einer
Wechselwirkung der Magnetfelder der Lokalisierungs- und Positionierungsmagnete kommen, ein iokales Minimum potentieller Energie ist in diesem Fall von der Ladeeinheit jedoch nicht einnehmbar. Das Lademodul ist also dann im Bereich der horizontalen Bewegungsfläche befindlich, falls das Lademodul in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem bezüglich der x- Achse und y- Achse Positionskoordinaten einnimmt, die im gleichen Bezugssystem von der beweglichen Ladeeinheit einnehmbar sind. Mit anderen Worten befindet sich in diesem
Koordinatensystem dann das Lademodul bezüglich der x-Achse und y-Achse in dem horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit.
Falls es sich bei den Lokalisierungs- und Positionierungsmagneten um Elektromagneten handelt, können nach einer besondere Ausführungsform die Magnete nur dann bestromt werden, falls sich das Lademodul in diesem horizontalen Koordinatenbereich bewegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation in den Straßenkörper oder den Stellplatzuntergrund integriert.
Dies ermöglicht eine unauffällige und platzsparende Unterbringung der Ladestation
beispielsweise auf öffentlichen Parkplätzen oder in der privaten Garage. Bevorzugt weist die Ladevorrichtung zwischen der Ladestation und der Ladeeinheit eine
Rückstellfeder auf. Die Rückstellfeder übt auf die Ladeeinhert eine Federkraft in Richtung des Mittelpunkts der horizontalen Bewegungsfläche aus. Falls das Lademodul im horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit befindlich ist, ist die Federkraft geringer ist als die
Positionierungskraft.
Dadurch ist gewährleistet, dass die Rückstellfeder die Ladeeinheit im horizontalen Zentrum der Bewegungsfläche positioniert, falls sich kein Fahrzeug mit Lademodul im Bereich der
Ladestation befindet. Diese Position dient als Ausgangsposition der Ladeeinheit, falls ein Lademodul eines zu ladenden Fahrzeugs in den Bereich der Ladestation bewegt wird.
Mit der beschriebenen Ladevorrichtung ist ein Ladeverfahren durchführbar, bei dem das Fahrzeug zunächst eine Halteposition einnimmt, in der das Lademodul im Bewegungsbereich befindlich ist. In der Halteposition wird die schwimmende Ladeeinheit vom Lademodul angezogen und die Ladeposition erreicht. Ein Batterieladevorgang wird bei Erreichen der Halteposition oder der Ladeposition gestartet. Dies bedeutet, dass die Primärspule von einem äußeren Wechselstromnetz gespeist wird, um ein magnetisches Wechselfeld aufzubauen. Der induktive Energieübertrag zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ist in der
Ladeposition in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal maximal. Dieses Ladeverfahren bietet dem Fahrzeugführer den Vorteil, dass das Fahrzeug zum Laden der Batterie ausreichend genau oberhalb der Ladestation positioniert ist, wenn das Lademodul lediglich im horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit befindlich ist. Die schwimmende Ladeeinheit wird dann automatisch in die Ladeposition bewegt und zum Laden in der
Ladeposition gehalten. In der Ladeposition ist der Energietransfer zwischen der Primärspule u d der Sekundärspule maximal. Dies bedeutet in anderen Worten, dass, falls die Ladeeinheit in x-Richtung und/oder y-Richtung an einer von der Ladeposition befindlich ist, der
Energieübertrag zwischen den Spulen geringer ist als in der Ladeposition. Die Ladeposition bildet also ein lokales Maximum der übertragbaren elektrischen Leistung. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwischen der Ladestation und dem Lademodul Informationen austauschbar. Die austauschbaren Informationen beinhalten Ortsangaben des Fahrzeugs, sowie Zustandsinformationen der Batterie und Regelgrößen für einen Batterieladevorgang. Die Informationen sind beispielsweise nutzbar, um den Fahrer bei der Einnahme einer
Halteposition durch Navigationsanweisungen zu unterstützen. Die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation kann auch zur Identifikation des Fahrzeugs verwendet werden, um zum Beispiel eine automatischen Abrechnung des Ladevorgangs mit dem Halter
durchzuführen. Durch die Identifikation eines bestimmten Fahrzeugschlüssels kann eine solche Abrechnung auch fahrerspezifisch durchgeführt werden.
Nach einer bestimmten Weiterbildung ist die Ladestation relativ zum Fahrzeugunterboden in vertikaler Richtung beweglich. Dadurch kann bei erreichter Ladeposition durch die Ladeeinheit der räumliche Abstand zwischen den beiden Spulen in vertikaler Richtung, d.h. in Richtung der Fahrzeughochachse, minimiert werden, um den Energieübertrag von der Primär- zur Sekundärspule zu erhöhen.
Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Kabelgebundene Ladestationen für Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Fahrzeuge sind
unkomfortabel und in der öffentlichen Infrastruktur unzureichend umsetzbar. Kabellose, induktive Ladeverfahren verfügen bisher über unzureichende Konzepte für eine effiziente Energieübertragung und Fahrzeugankopplung. Die beiden Punkte erfordern eine nahe
Anbindung der„Tankstation", d.h. der primären Überträgerseite, zum Fahrzeug aus Gründen des Leitungsverlustes. Zudem muss die Ausführung aufgrund der Einbindung in die öffentliche Infrastruktur wie etwa dem Straßenbelag oder dem Tiefgaragenboden witterungsbeständig sein und gewisse„Unscharfen" bzw. Positionen des zu tankenden Fahrzeugs ausgleichen und damit Ladeverluste minimieren, d.h. einen idealen Kontakt zwischen Ladestation und Fahrzeug „automatisch" herstellen.
Als Verbesserungsmaßnahme soll eine witterungsbeständige Ladestation eingeführt werden, die eine hermetisch von der Umwelt abgeschlossene Ladeeinheit beinhaltet. Hierbei kommt ein witterungsbeständiges vergossenes Gehäuse beispielsweise aus PE oder PTFE zum Einsatz, das die Ladeeinheit vollständig integriert. Die Ladestation kann sowohl in die öffentliche Infrastruktur (z.B. Straßenbelag) als auch in die private Infrastruktur (z.B. Garage) integriert werden.
Zusätzlich weist die witterungsbeständige, integrierte Ladestation eine„selbstoptimierende" Positionierung der Ladeeinheit relativ zum Fahrzeug auf, um Ladeverluste zu minimieren und beliebige Positionen des Ladefahrzeugs zuzulassen. Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematisch
Fig. 1 Eine Ladevorrichtung mit schwimmender Einheit, Ansicht Richtung Fahrzeug- Längsachse
Fig. 2 Eine Ladevorrichtung mit schwimmender Einheit, Ansicht Richtung Fahrzeug-Hochachse {von oben)
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen den gleichen technischen Gegenstand.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch einen Vorderwagen oder Hinterwagen (1) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Am Fahrzeugunterboden befindet sich ein Lademodul (2). Das
Lademodul, das insbesondere eine Sekundärspule zum induktiven Laden des Fahrzeugs an einer externen Primärspule umfasst, weist eine bestimmte„fahrzeugfeste" Montageposition auf.
Bei haltendem oder parkendem Fahrzeug seien durch das Lademodul in dem einem Fachmann bekannten fahrzeugbezogenen Koordinatensystem der Nullpunkt der x- Achse (Längsachse) und der Nullpunkt der y-Achse (Querachse) gegeben.
Das Lademodul weist auch mindestens einen Gleichfeldmagnet (7) auf, der als
Lokalisierungsmagnet bezeichnet wird. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird weiterhin von zwei Lokalisierungsmagneten ausgegangen. Dabei kann es sich um Permanent- oder Elektromagnete handeln.
In den Untergrund des Halteplatzes des Fahrzeugs (3) ist die ortsfeste, induktive Ladestation (4) integriert. Bei dem Halteplatz kann es sich beispielsweise um eine öffentliche Ladestation auf Parkplätzen, Rastplätzen, Haltebuchten, etc. oder um eine im Privatbereich installierte Ladestation handeln, z.B. in der häuslichen Garage. Die Ladestation ist am Untergrund fixiert und bei einer Bauhöhe der Ladestation in z-Richtung (Fahrzeughochachse), die die
Bodenfreiheit gängiger Elektro- und Hybridfahrzeuge übersteigt, zumindest teilweise in den Trag- bzw. Deckschichten und/oder im Fundament des Straßenkörpers oder des Halteplatzes versenkt. 205 Die Ladestation wird im Wesentlichen von einem mit einem flüssigen Medium (5) gefüllten Behälter gebildet. Dabei kann es sich beispielsweise um ein viskoses, unmagnetisches und elektrisch nicht-leitendes Öl handeln, in dem Behälter und auf dem flüssigen Medium ist die Ladeeinheit (6) der induktiven Ladestation schwimmend, d.h. in x-Richtung und y-Richtung beweglich gelagert. Die Bewegungsfreiheit ist durch den Behälter in x-Richtung und y-Richtung
210 begrenzt und wird als horizontale Bewegungsfläche (6a) bezeichnet. Bezüglich der Querachse weist die Ladestation eine Länge von idealerweise 30%-80% der Fahrzeugbreite auf. Auch kleinere Ladestationen sind denkbar, jedoch ist dabei die Beweglichkeit der Ladeeinheit eingeschränkt und das Fahrzeug für das Laden umso genauer zu platzieren. Insbesondere bei komplett im Boden versenkten Stationen kann die Breite der Station die Fahrzeugbreite auch
215 überschreiten. Die Ladeeinheit ist mit der primären Spule für die einem Fachmann bekannte induktive Energieübertragungstechnik ausgestattet. Die schwimmende Lagerung kann durch in die Primärspule integrierte Hohlräume (9) oder in der Einheit untergebrachte Schwimm- und oder Luftkörper bewerkstelligt sein, so dass die Dichte des flüssigen Mediums die Dichte der Ladeeinheit übersteigt. Die Ladestation wird mit Wechselstrom gespeist, vorzugsweise über
220 das öffentliche oder häusliche Wechselstromnetz (1 1 ).
Außerdem verfügt die Ladeeinheit über mindestens einen Gleichfeldmagneten (8), der als Permanent- oder Elektromagnet ausgestaltet ist und als Positionierungsmagnet bezeichnet wird. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird weiterhin von zwei Positionierung smagneten 225 ausgegangen.
Um das Elektro- oder Hybridfahrzeug zu laden, wird das Fahrzeug so im Bereich des
Haltplatzes mit der Ladestation platziert, dass der Bereich des Fahrzeugs mit dem Lademodul in z-Richtung oberhalb des Behälters der Ladestation befindlich ist. Eine solche Halteposition ist
230 schematisch in der Draufsicht in Fig. 2 dargestellt. Der Fahrzeugnutzer kann dabei durch
bauliche Positionierungshilfen wie Markierungen, Radanschläge oder seitliche
Führungsschienen im Bodenbelag unterstützt werden. Der Fahrer kann auch elektronisch wie beispielsweise vom Navigationssystem geleitet werden oder von akustischen oder optischen Signalen, wie sie etwa von Einparkhilfen bekannt sind. Hierbei kann auch eine
235 Datenkommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation zur Positionsbestimmung zum Einsatz kommen. In jedem Fall hat der Fahrer, um einen Batterieladevorgang einzuleiten, das Fahrzeug lediglich bezüglich der Ladestation in eine relativ grobe Position zu bringen, die durch die horizontale Bewegungsfläche bestimmt ist. Die Herstellung der Halteposition des Fahrzeugs setzt keinerlei Rangierbewegungen voraus und bringt für den Fahrer keine
240 Komforteinbuße. Bei Einnahme einer Halteposition weicht die Position des Lademoduls
bezüglich der x-Achse und der y-Achse von der Position der Ladeeinheit bezüglich der x-Achse und der y Achse in dem gleich fahrzeugfesten Koordinatensystem also unter Umständen ab. Jedoch befinden sich in der Halteposition die (x,y)-Ortskoordinaten des Lademoduls in dem (x,y)-Koordinatenbereich, der im gleichen Bezugssystem von der horizontalen
245 Bewegungsfläche der Ladeeinheit gebildet wird, siehe Fig. 2.
Die Feldstärken der Lokalisierungs- und Positionierungsmagnete und die Viskosität des flüssigen Mediums sind derart bemessen» dass, sofern das Fahrzeug eine Halteposition wie oben beschrieben einnimmt, die Magnetfelder der Lokalisierungsmagneten mit den
250 Magnetfelder der Positionierungsmagneten derart in Wechselwirkung treten, dass die
Ausrichtungen der Magnetfelder in einer anziehenden Kraft resultieren. Diese Kraft führt zu einer Bewegung der Ladeeinheit, um die Position mit dem Minimum an potentieller Energie der Positionierungsmagneten gegenüber den Lokalisierungsmagneten einzunehmen. Diese Position wird als Ladeposition bezeichnet. Um diese einzunehmen, kann es zu einer
255 kombinierten Bewegung in x-Richtung und y-Richtung sowie einer Drehbewegung der
Ladeeinheit um die z-Achse kommen.
Ein hoher Energieübertrag mit möglichst kleinem Energieverlust erfolgt bei möglichst hohem die Sekundärspule durchsetzenden magnetischem Fluss der Primärspule. Bezüglich der x-Richtung
260 und der y-Richtung ist dies in der Ladeposition durch die Position der Lokalisierungsmagnete relativ zur Sekundärspule und der Positionierungsmagnete relativ zur Primärspule
gewährleistet. Anzumerken ist, dass die Einnahme der optimalen Ladeposition durch die Ladeeinheit sowohl bei aktivierter Ladung, d.h. bei in Betrieb befindlicher Primärspule mit hochfrequentem Magnetwechselfeld, als auch bei außer Betrieb befindlicher Primärspule
265 möglich ist. Bei aktiviertem Wechselfeld hat dies im zeitlichen Mittel keine Auswirkung auf die Wechselwirkung der Gleichfelder der Lokalisierungsmagneten und der
Positionierungsmagneten. Bezüglich der z-Achse ist der Energieübertrag umso effizienter, je kleiner der Abstand zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in der optimalen
Ladeposition ist. Dieser Abstand ist bestimmt von der Bodenfreiheit des Fahrzeugs, der
270 Verbautiefe der Ladestation im Untergrund und der Füllhöhe des flüssigen Mediums im
Behälter. Der Abstand kann minimiert werden durch eine möglichst hohe Füllhöhe des
Behälters mit dem flüssigen Medium in positiver z-Richtung und durch einen möglichst geringen Abstand vom Fahrzeug untertboden zur Ladestation bei eingenommener Haiteposition. Hierfür können die Ladestation und/oder deren Integration im Untergrund zum Beispiel auf einen speziellen Fahrzeugtyp ausgelegt sein. Alternativ kann auch die Fahrzeugkonstruktion auf den
Halteplatz mit der Ladestation abgestimmt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation relativ zum Fahrzeug oder das Fahrzeug relativ zur Ladestation heb- und senkbar, um in der optimalen Ladeposition den Abstand zwischen den beiden Spulen zu minimieren. Dies kann beispielsweise mit einer ebenfalls im Halteplatz integrierten Hebe- oder Senkbühne für die Ladestation oder das Fahrzeug erreicht werden.
Während des Ladens verbleibt die Ladeeinheit in der optimalen Ladeposition, da diese Position wie oben beschrieben ein lokales energetisches Minimum bildet.
Nach einem erfolgten Ladevorgang und/oder nach der Entfernung des Fahrzeugs von der Halteposition nimmt die Ladeeinheit eine vorgegebene Ausgangsposition in dem Behälter ein, die zum Beispiel über integrierte, zentriert an der Ladestation und Ladeeinheit befestigten Rückstellfeder (10), siehe Fig. 1 , herstellbar ist. Die Federkraft der Rückstellkraft ist auf die minimal anziehende Kraft des Lokalisierungs- und Positionierungsmagnet bei in einer
Halteposition befindlichem Fahrzeug so gering auszulegen, dass die Bewegung der Ladeeinheit nicht unterdrückt wird. Nach einer weiteren Ausgestaltungsform der Ladevorrichtung kann ein Ladevorgang erst bei erreichter Halteposition freigeschaltet werden. Hierfür kann eine Kommunikationsverbindung mit einer Kommunikationseinheit am Fahrzeug und einer Kommunikationseinheit an der
Ladestation vom Fahrzeug zur Ladestation oder auch zum Netzbetreiber eingesetzt werden, die auch mit einer Fahrzeug Identifikation und/oder obig beschriebenen Positionserfassung des Fahrzeugs kombiniert sein kann. Hiervon sind auch betriebswirtschaftliche Modelle für eine automatisierte Abrechnung des Ladevorgangs mit dem Stromversorger ableitbar, sofern die Fahrzeugidentifikation auch eine Fahrer- oder Halteridentifikation, z.B. über die Identifikation eines bestimmten, einer natürlichen oder juristischen Person zugeordneten
Fahrzeugschlüssels, umfasst. Die beschriebene Ladevorrichtung ynd das beschriebene Ladeverfahren bergen insbesondere für den Fahrzeugführer erhebliche Vorteile. Durch das selbstoptimierende, auf Magnetfeldern basierende Konzept unter Verzicht auf äußerlich bewegliche Teile kann die Ladestation nach außen hin sehr einfach und robust gestaltet werden. Eine derartige, fest am Untergrund installierte Ladestation verspricht neben der einfachen Bedienbarkeit auch eine hohe
Langlebigkeit. Für die Anwendung im Freien besticht die Ladevorrichtung durch die
Witterungsbeständigkeit, da alle elektrischen Komponenten der Ladestation im Behälter unterbringbar oder im Untergrund verlegbar sind. Dies betrifft beispielsweise die Anbindung an des externe Wechselstromnetz oder die Kommunikationseinheit.
Bezugszeichenliste
1 Vorder- oder Hinterwagen 2 Lademodul
3 Stellplatzuntergrund
4 Ladestation
5 Flüssiges Medium
6 Ladeeinhert
6a Horizontale Bewegungsfläche
7 Lokalisierungsmagnet
8 Positionierungsmagnet
9 Hohlräume oder Schwimmkörper
10 Rückstellfeder
1 1 Wechselstromnetz
x Längsachse
y Querachse
z Hochachse

Claims

Patentansprüche
Ladevorrichtung, umfassend ein Fahrzeug mit einem Lademodul (2) im
Fahrzeugunterboden und eine ortsfeste Ladestation (4) mit einer Ladeeinheit (6), induktiven Laden einer Batterie des Fahrzeugs,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ladestation bodennah oder im Boden gelagert ist,
dass die Ladeeinheit in der Ladestation schwimmend gelagert ist,
dass die Ladeeinheit eine vorgegebene horizontale Bewegungsfläche aufweist, dass das Lademodul zumindest einen Lokalisierungsmagneten (7) aufweist, dass die Ladeeinheit zumindest einen Positionierungsmagneten (8) aufweist, dass die Ladeeinheit als Primärspuie ausgebildet ist,
dass das Lademodul als Sekundärspule ausgebildet ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ladestation mit einer viskosen, nichtleitenden und unmagnetischem Medium mit einer ersten Dichte zumindest teilweise gefüllt ist,
dass die Ladeeinheit Schwimmkörper ynd/oder Hohlkörper mit einer zweiten Dichte aufweist,
- dass die erste Dichte größer ist als die zweite Dichte.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der zumindest eine Lokalisierungsmagnet als G leichf eidmag net ausgebildet ist,
- dass der zumindest eine Positionierungsmagnet als Gleichfeldmagnet ausgebildet ist,
- dass der zumindest eine Lokalisierungsmagnet und der zumindest eine
Positionierungsmagnet derart angeordnet sind, dass die Magnetfeldorientierung des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und die Magnetfeldorientierung des zumindest einen Positionierungsmagneten zu einer anziehenden Positionierungskraft zwischen dem zumindest einen Lokalisierungsmagneten und dem zumindest einen
Positionierungsmagneten führen,
- dass durch die Positionierungskraft eine Horizontalbewegung der Ladeeinheit bewirkbar ist,
- dass in einer Ladeposition der Ladeeinheit die potentielle Energie der
Positionierungsmagnete im Magnetfeld der Lokalisierungsmagnete und in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal minimal ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Ladestation in den Straßenkörper oder den Stellplatzuntergrund integriert ist,
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Ladevorrichtung eine Rückstellfeder zwischen der Ladestation und der
Ladeeinheit aufweist,
- dass die Rückstellfeder auf die Ladeeinheit eine Federkraft in Richtung des Mittelpunkts der horizontalen Bewegungsfläche ausübt.
- dass bei in dem horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit befindlichem
Lademodul die Federkraft geringer ist als die Positionierungskraft.
6. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zwischen der Ladestation und dem Lademodul Informationen austauschbar sind,
- dass die Informationen Ortsangaben des Fahrzeugs beinhalten,
- dass die Informationen Zustandsinformationen der Batterie beinhalten,
- dass die Informationen Regelgrößen für einen Batterieladevorgang beinhalten.
Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ladestation relativ zum Fahrzeugunterboden in vertikaler Richtung bewegbar ist.
Ladeverfahren für eine Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das Fahrzeug in eine Halteposition verbracht wird, in der das Lademodul im Bewegungsbereich befindlich ist,
dass in der Halteposition die schwimmende Ladeeinheit vom Lademodul angezogen wird und die Ladeposition erreicht,
dass ein Batterieladevorgang bei Erreichen der Halteposition oder der Ladeposition gestartet wird,
dass der induktive Energieübertrag zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in der Ladeposition in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal maximal ist.
Ladeverfahren mit einer Ladevorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
- dass das Fahrzeug in eine Halteposition verbracht wird, in der das Lademodul im
Bewegungsbereich befindlich ist,
- dass in der Halteposition die schwimmende Ladeeinheit vom Lademodul angezogen wird und die Ladeposition erreicht,
- dass ein Batterieladevorgang bei Erreichen der Halteposition oder der Ladeposition gestartet wird,
- dass der induktive Energieübertrag zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in der Ladeposition in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal maximal ist, und
- dass der vertikale Abstand zwischen Primärspule und Sekundärspule zur Erhöhung der übertragenen Leistung durch eine Bewegung der Ladestation in vertikaler Richtung minimiert wird.
PCT/EP2012/060736 2011-06-10 2012-06-06 Ladevorrichtung und ladeverfahren mit schwimmender ladeeinheit Ceased WO2012168318A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201280028429.0A CN103608209B (zh) 2011-06-10 2012-06-06 具有浮动的充电单元的充电设备和充电方法
US14/100,776 US9333866B2 (en) 2011-06-10 2013-12-09 Charging device and charging method with float-mounted charging unit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011077427.0A DE102011077427B4 (de) 2011-06-10 2011-06-10 Ladevorrichtung und Ladeverfahren mit schwimmender Ladeeinheit
DE102011077427.0 2011-06-10

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/100,776 Continuation US9333866B2 (en) 2011-06-10 2013-12-09 Charging device and charging method with float-mounted charging unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012168318A2 true WO2012168318A2 (de) 2012-12-13
WO2012168318A3 WO2012168318A3 (de) 2013-03-28

Family

ID=46208587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/060736 Ceased WO2012168318A2 (de) 2011-06-10 2012-06-06 Ladevorrichtung und ladeverfahren mit schwimmender ladeeinheit

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9333866B2 (de)
CN (1) CN103608209B (de)
DE (1) DE102011077427B4 (de)
WO (1) WO2012168318A2 (de)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9327608B2 (en) * 2011-08-04 2016-05-03 Schneider Electric USA, Inc. Extendable and deformable carrier for a primary coil of a charging system
CN104956568B (zh) * 2013-02-08 2017-06-23 株式会社 Ihi 传热装置、供电装置和非接触供电系统
DE102013011197A1 (de) * 2013-07-04 2015-01-08 Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg Energieübertragungssystem
US9893557B2 (en) 2013-07-12 2018-02-13 Schneider Electric USA, Inc. Method and device for foreign object detection in induction electric charger
US9409490B2 (en) * 2013-09-27 2016-08-09 Qualcomm Incorporated Device alignment in inductive power transfer systems
US20150336464A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Ford Global Technologies, Llc Ultrasonic location for electric vehicle charging system
WO2015196296A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-30 Elix Wireless Charging Systems Inc. Methods and apparatus for automatic alignment of wireless power transfer systems
CN104064921B (zh) * 2014-07-08 2017-04-05 南京普斯迪尔电子科技有限公司 一种充电连接器
US9829599B2 (en) 2015-03-23 2017-11-28 Schneider Electric USA, Inc. Sensor and method for foreign object detection in induction electric charger
US10625612B2 (en) 2015-04-15 2020-04-21 Ford Global Technologies, Llc Deployable vehicle inductive charging assembly
US10005368B2 (en) * 2015-05-28 2018-06-26 Jabil Inc. System, apparatus and method for optimizing wireless charging alignment
TWI536147B (zh) * 2015-07-06 2016-06-01 緯創資通股份有限公司 無線充電裝置
US10124690B2 (en) 2015-11-13 2018-11-13 Nio Usa, Inc. Electric vehicle charging device positioning and method of use
US10336194B2 (en) * 2015-11-13 2019-07-02 Nio Usa, Inc. Electric vehicle charging device alignment and method of use
US10059213B2 (en) 2015-11-13 2018-08-28 Nio Usa, Inc. Charging devices within wheel portions
US10093195B2 (en) 2015-11-13 2018-10-09 Nio Usa, Inc. Integrated vehicle charging panel system and method of use
AT518327B1 (de) * 2016-03-25 2017-12-15 Ing Hermann Stockinger Dipl Kontaktierungssystem zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem primären Gerät und einem sekundären Gerät
DE102016205352A1 (de) 2016-03-31 2017-10-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Primärspuleneinheit
CN105922886A (zh) * 2016-05-31 2016-09-07 邓俊生 一种浮岛式无线充电装置
FR3052602B1 (fr) * 2016-06-13 2020-09-18 Gulplug Systeme de connexion electrique
CN106564400A (zh) * 2016-11-21 2017-04-19 爱泊车机器人张家口有限公司 一种用于智能车库的电动汽车插入式电缆线对接充电装置
DE102017218226A1 (de) 2017-03-20 2018-09-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Unterflur-Kontaktsystem
CN107089161A (zh) * 2017-04-12 2017-08-25 张智敏 无线充电线圈对准机构
WO2019010375A1 (en) * 2017-07-06 2019-01-10 Kauffmann Alan APPARATUS THAT AUTOMATED THE CONNECTION PROCESS BETWEEN A PRIMARY CONNECTOR AND A SECONDARY CONNECTOR FOR CHARGING AN ELECTRIC VEHICLE
JP7063002B2 (ja) 2018-02-23 2022-05-09 株式会社Ihi コイル装置
CN112272912A (zh) * 2018-04-12 2021-01-26 Oppo广东移动通信有限公司 无线充电装置及方法
DE102018112494B4 (de) * 2018-05-24 2023-03-16 Schunk Transit Systems Gmbh Kontaktvorrichtung und Schnellladesystem
WO2019227213A1 (en) * 2018-05-29 2019-12-05 The Governing Council Of The University Of Toronto Apparatus, methods, and systems for wireless power transfer
CN108790900B (zh) * 2018-06-24 2020-11-13 六安永贞匠道机电科技有限公司 基于车联网系统的浮动限位式新能源汽车自动充电设备
US11498437B2 (en) * 2018-11-05 2022-11-15 Mahle International Gmbh Inductive charging system with modular underground protection
GB202001108D0 (en) * 2020-01-27 2020-03-11 Ocado Innovation Ltd Apparatus and method for charging a load handling device
DE102020215327A1 (de) * 2020-12-03 2022-06-09 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Ladestation mit mindestens einem induktiven Ladebereich
CN113665389B (zh) * 2021-09-16 2022-05-17 国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司 一种交直流混联充电站
US12552280B2 (en) * 2022-11-16 2026-02-17 Ford Global Technologies, Llc Translatable induction charging system
DE102022213347A1 (de) 2022-12-09 2024-06-20 Mahle International Gmbh Induktionsladevorrichtung
DE102023135879B3 (de) * 2023-12-19 2025-01-30 Deutsche Post Ag Station für Fördereinheiten und System mit Station

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4236286A1 (de) 1992-10-28 1994-05-05 Daimler Benz Ag Verfahren und Anordnung zum automatischen berührungslosen Laden
DE102009023409A1 (de) 2009-05-29 2010-12-09 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg System zur elektischen Energieübertragung

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06189479A (ja) * 1992-12-15 1994-07-08 Toyota Autom Loom Works Ltd 電磁給電装置
US5617003A (en) * 1995-03-24 1997-04-01 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Method and apparatus for charging a battery of an electric vehicle
JPH09102429A (ja) * 1995-07-31 1997-04-15 Sumitomo Wiring Syst Ltd 電気自動車用充電装置
EP0788212B1 (de) * 1996-01-30 2002-04-17 Sumitomo Wiring Systems, Ltd. Verbindungssystem und -verfahren für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug
EP0977215A3 (de) * 1996-08-09 2000-12-06 SUMITOMO WIRING SYSTEMS, Ltd. Verbinderanordnung zum Laden eines elektrischen Fahrzeugs
GB2340318A (en) * 1998-08-04 2000-02-16 Brian Ellis Battery recharging station for electrically powered boats
KR101118710B1 (ko) * 2005-07-12 2012-03-13 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 무선 비-방사성 에너지 전달
JP4691000B2 (ja) * 2006-11-15 2011-06-01 三菱重工業株式会社 移動体の非接触給電装置
DE102007036228B4 (de) * 2007-08-02 2013-10-10 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Verfahren und System zur Sicherstellung einer Verbindung zwischen einem mobilen Gerät und einem stationären Gerät, insbesondere zwischen einem akkumulatorbetriebenen Staubsammelroboter und einer Akkumulator-Ladestation
US8996183B2 (en) * 2007-08-28 2015-03-31 Consert Inc. System and method for estimating and providing dispatchable operating reserve energy capacity through use of active load management
KR100971748B1 (ko) * 2007-11-30 2010-07-22 정춘길 근거리 무선 전력전송 시스템
US9601261B2 (en) * 2008-09-27 2017-03-21 Witricity Corporation Wireless energy transfer using repeater resonators
US9873347B2 (en) * 2009-03-12 2018-01-23 Wendell Brown Method and apparatus for automatic charging of an electrically powered vehicle
JP2010288394A (ja) * 2009-06-12 2010-12-24 Toyota Industries Corp 車両充電システム及び車両
JP5362453B2 (ja) * 2009-06-16 2013-12-11 三洋電機株式会社 充電台
GB2471879A (en) * 2009-07-16 2011-01-19 Damien Smith Electric Vehicle Charging System
CN104015627B (zh) * 2009-10-14 2017-04-12 松下知识产权经营株式会社 电动机器和具有电池组的电源系统
DE102009059976A1 (de) * 2009-12-22 2011-06-30 HS Genion GmbH, 82205 System zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeuges
CN102947124B (zh) * 2010-05-19 2017-02-08 高通股份有限公司 自适应无线能量传送系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4236286A1 (de) 1992-10-28 1994-05-05 Daimler Benz Ag Verfahren und Anordnung zum automatischen berührungslosen Laden
DE102009023409A1 (de) 2009-05-29 2010-12-09 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg System zur elektischen Energieübertragung

Also Published As

Publication number Publication date
US20140091757A1 (en) 2014-04-03
WO2012168318A3 (de) 2013-03-28
CN103608209A (zh) 2014-02-26
DE102011077427B4 (de) 2026-01-15
DE102011077427A1 (de) 2012-12-13
CN103608209B (zh) 2016-03-16
US9333866B2 (en) 2016-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012168318A2 (de) Ladevorrichtung und ladeverfahren mit schwimmender ladeeinheit
EP2692573B1 (de) Verfahren zum Positionieren eines Kraftwagens, System mit einem solchen Kraftwagen sowie Kraftwagen
DE102016221829B4 (de) Energieversorgungsfahrzeug zum Versorgen eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie
DE102010027670B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Anschließen eines elektrischen Energiespeichers an eine Ladestation
DE69714879T2 (de) Verbindungssystem mit zugehörigem Verfahren
DE102009023409A1 (de) System zur elektischen Energieübertragung
DE102011112610B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum drahtlosen Übertragen elektrischer Energie auf Fahrzeuge in der Art "mobiler Zapfsäulen" sowie Computerprogramm und maschinenlesbarer Träger
DE102011114321A1 (de) Steckereinrichtung, Steckeraufnahme und System zur elektrischen Kopplung eines Fahrzeugs mit einer Ladestation sowie entsprechendes Verfahren
DE102015208936A1 (de) Interoperables kabelloses Ladesystem für Elektrofahrzeuge
DE102020128546A1 (de) System für freihändiges laden eines elektrifizierten fahrzeugs
DE102010028126A1 (de) Einrichtung und Verfahren zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen
DE102014217056A1 (de) Verfahren zur Hilfe beim induktiven Aufladen einer Kraftfahrzeugbatterie
DE102018204820A1 (de) Laderoboter und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102011108386A1 (de) Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie, Vorrichtung zum Übertragen von Energie an ein Elektrofahrzeug und Kraftwagen
DE102016221732A1 (de) Verfahren zum Leiten eines Kraftfahrzeugs in eine Ladeposition an einer induktiven Ladestation sowie Steuervorrichtung und Kraftfahrzeug
DE102011005386A1 (de) Lademodul und Verfahren zum Betrieb desselben
DE102013207907B4 (de) Fahrzeugpositionierung für induktives Laden mit Hilfe einer Fahrzeugkamera
DE102016212890A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung
DE102008056610B4 (de) Automatischer Elektroanschluss für Kraftfahrzeuge
EP4496729A1 (de) Bordstein-, pflasterstein- oder randstein-ladevorrichtung zum laden eines energiespeichers eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs
DE102013218471A1 (de) Ladevorrichtung, Empfangsvorrichtung, System und Verfahren zum induktiven Laden eines Akkumulators
DE102011115250A1 (de) Induktionsladevorrichtung zum kabellosen Horizontalladen und/oder -entladen eines elektrischen Kraftfahrzeugakkumulators
DE112023001139T5 (de) Fahrbahnladesystem für elektrisch betriebene Fahrzeuge und Verfahren zur Verwendung
DE102016015255A1 (de) Ladevorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
DE102014220163B4 (de) Anordnung zum leitungslosen Empfangen von Energie

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201280028429.0

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12725821

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12725821

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2