WO2016005104A1 - Vorrichtung und verfahren zum betreiben eines induktiven ladesystems - Google Patents

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motor vehicle
ultra
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sensors
charging station
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PCT/EP2015/062072
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Martin Pohlmann
Joerg Mecks
Markus Mayer
Gerald Heinrich Oettle
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device for operating an inductive
  • Charging system for a motor vehicle with a fixed primary unit and a secondary unit associated with the motor vehicle, and with means for positioning the vehicle with the secondary unit with respect to the
  • the invention relates to a method for operating an inductive charging system for a motor vehicle, comprising a fixed primary unit and a secondary unit associated with the motor vehicle, wherein the motor vehicle is aligned with the secondary unit to the primary unit.
  • an electric machine as a drive unit. So that the electric machine can be supplied with energy, in particular for the engine operation, a rechargeable battery or a rechargeable energy storage is carried in the motor vehicle. In principle, it is possible to charge the energy storage by a recuperative operation of the electrical machine. However, since this is not always possible at any time, additional charging systems are generally provided which allow the user to charge the electrical storage in the state of the motor vehicle at a charging station or charging station. Today, the user connects the vehicle with a charging cable of the charging station or charging station, for which purpose the vehicle initially on a designated holding surface parked. Alternatively, contactless charging systems are known which charge the energy storage of the motor vehicle by inductive energy transfer.
  • An inductive charging system has for this purpose a primary unit and a secondary unit, wherein the primary unit has a primary coil, a high-frequency inverter and a resonant capacitor, and wherein the secondary unit with a secondary coil, a
  • Resonant capacitor and a rectifier is formed.
  • the primary unit and the secondary unit each form a resonant circuit whose
  • Resonant frequencies are coordinated. If the primary coil is excited by the inverter accordingly, a magnetic field is generated, which penetrates the secondary coil and thereby a current flow in the
  • the inductive charging system is thus based on the principle of a transformer. For optimum charging, it is advantageous if the secondary unit is optimally aligned with the primary unit. Means are already known from the prior art, which serve the motor vehicle with the
  • Position primary unit This can be achieved for example by autonomous parking systems.
  • the device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a positioning of the motor vehicle with respect to the primary unit or the inductive charging station can be carried out by the same means both in the near range and in the far range. These can also be used in the ordinary parking of the motor vehicle on a parking area.
  • the means can also be used to uniquely identify the motor vehicle, thereby authorizing, for example, a charging process.
  • the device according to the invention is characterized in that the means comprise at least one ultra wide band sensor.
  • the ultra wideband sensor is designed to emit electromagnetic pulses or continuous signals that are reflected on an object. The reflected pulses are detected by a receiver of the ultra wideband sensor and the duration of the calculated signals. By measuring the transit time, a distance determination is carried out.
  • Ultrabreitbands can be done both a Nah- or fine positioning and a remote positioning, so that both an introductory
  • Parking operation and a final alignment on the parking area relative to the primary coil can be performed by the same means. This results in a cost advantages and on the other is a
  • Calculation effort compared to devices in which for the remote positioning and the Nahpositionierung different means are used can be reduced.
  • the position of the motor vehicle determined by the device can be used to give the driver instructions on how to move the vehicle for optimum positioning, or automatically to reach the optimum position
  • short pulses in the nanosecond range or below or signals with a high frequency bandwidth of at least 500 MHz, preferably greater than 1 GHz are emitted.
  • a high spatial resolution in the centimeter range is achieved. Preferred here is the
  • the ultra-wideband sensor is preferably designed such that in addition electromagnetic waves are emitted in different polarization directions. This information can be used to build a polarimetric radar system that uses the polarization information to provide additional object discrimination. In this way, in particular, a supplementary determination of the orientation between the vehicle and the charging station becomes possible.
  • the means comprise a plurality of ultra wide band receivers.
  • an ultra-wideband signal is emitted by a transmitter and received by a plurality of receivers in order to be able to determine different transit times and thus the position of the motor vehicle relative to the charging station or primary unit.
  • Ultrabroadband sensor thus preferably comprises at least one Ultrabroad broadcaster and at least one, especially several
  • an ultra wideband sensor or sensors are respectively arranged on the motor vehicle and on the primary unit, wherein the respective ultrabroadband sensor may have one or more transmitters and / or one or more receivers.
  • Ultra-wideband receiver the resolution or the accuracy of the device can be increased.
  • the ultra-wideband sensors are adapted to communicate with each other. Basically, as already described above, by means of a
  • Ultrabreitbandsensors already by sending a signal and receiving its reflection, the position of the motor vehicle or the
  • the secondary unit to the primary unit determined or at least estimated.
  • the ultra-wideband sensors it is also possible for the ultra-wideband sensors to communicate with one another. Namely, it is provided that one of the ultra wide band sensors emits a signal which is detected and evaluated by the other ultra wide band sensor.
  • the emitted signal may be provided with a coding that is detected and read by the other ultra-wideband sensor.
  • the receiving ultra-wideband sensor then sends back a signal, which may also be coded.
  • an identification of the secondary unit and / or the primary unit can be carried out in order to authorize a charging process.
  • a plurality of ultra wide band receivers or sensors are arranged on the motor vehicle and on the primary unit.
  • the ultra-wideband receivers can be used not only for positioning, but also for the identification of the motor vehicle and / or the charging station or primary unit.
  • the means have at least one identification device.
  • Identification device can be designed, for example, as described above in order to be able to read out a suitable identification feature.
  • the means comprise an odometry detection device of the
  • Steering angles are detected, it is possible to refer to the detected or determined by the ultra-wideband sensor or the ultra-wideband sensors / position or plausibility.
  • the ultra-wideband transmitter and / or receiver of the motor vehicle are arranged on the underbody, front or rear side.
  • the transmitters and / or receivers of the sub-floor also arranged secondary unit are assigned to
  • the method according to the invention with the features of claim 8 is characterized in that the current position of the motor vehicle with respect to the charging station is determined for a positioning operation by means of at least one ultra wide band sensor.
  • the position of the motor vehicle is not only the distance of the motor vehicle to the charging station, but also to understand the orientation of the motor vehicle with respect to the charging station, in particular with respect to the primary unit.
  • the identification is preferably carried out by means of one or a plurality of ultra broadband sensors, each of which may have one or more receivers, and / or by means of a separate identification device.
  • individual electromagnetic pulses are emitted by the ultra-wideband sensor, received reflected pulses and their transit time calculated for position determination.
  • duration signals for example a sinusoidal signal, are preferably emitted.
  • the receiver measures at the frequency range amplitude and phase of the received signal over different frequencies. After a Fourier transformation, the data in the time domain will be available again.
  • very short pulses as previously described, are emitted.
  • the identification is preferably carried out as described above by means of ultrabroadband sensors communicating with each other.
  • electromagnetic waves in different polarization directions are emitted, as described above, in order to use the polarization information for additional object discrimination
  • the backscatter properties of objects are not only the frequency used but also the polarization of the incident
  • Linkage of the motor vehicle with the charging station or the authorization of a charging process can be performed.
  • FIG. 1A and 1B an inductive charging system for motor vehicle in
  • Figure 3 shows a first embodiment of an advantageous
  • Figure 7 shows an advantageous development of the device
  • FIGS 8A and 8B illustrate different methods of operating the device in simplified flow diagrams.
  • FIG. 1 shows in a side view (FIG. 1A) and in a plan view (FIG. 1B) an inductive charging system 1 for a motor vehicle 2.
  • the motor vehicle 2 has at least one electric machine as a drive device which is equipped with an electrical energy store (both not shown here). connected is.
  • the charging system 1 is provided, which has a stationary charging station 3 with a primary unit 4 and one attached to the motor vehicle 2 on its underbody 5
  • Secondary unit 6 includes.
  • FIG. 2 shows the basic structure of the charging system 1 in a simplified representation.
  • the primary unit 4 has a rectifier 7, which converts an AC voltage of a power network into a DC voltage. Furthermore, the primary unit 4 has an inverter 8 which is operated at high frequency in order to set a desired AC voltage in a primary coil 9 from the DC voltage.
  • the primary coil 9 forms, in particular together with a resonant capacitor, a primary resonant circuit of the charging system 1.
  • the secondary unit 6 has a secondary oscillation circuit, which is formed by a secondary coil 10 together with a corresponding resonance capacitor.
  • a secondary oscillation circuit which is formed by a secondary coil 10 together with a corresponding resonance capacitor.
  • the Secondary coil 10 is connected to a rectifier 11, which is in communication with the rechargeable energy storage 12 of the motor vehicle.
  • the charging system 1 is thus based on the principle of a transformer, wherein a power via a magnetic alternating field from the primary unit 4 to the
  • Secondary coil 10 are coupled to each other via magnetic resonance.
  • an AC voltage by means of the inverter 8 in the primary coil 9, a magnetic field is generated, which penetrates the secondary coil 10 and causes a corresponding current flow there.
  • Charging requires that the secondary unit 6 is aligned to the primary unit 4 or positioned so that the magnetic field generated by the coil 9, the secondary coil 10 penetrates.
  • the charging station 3 may be marked, for example, with a marking 13 on the road surface 14, as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • a device 15 for operating the charging system 1 is presented below.
  • the device 15 provides that an ultra-wideband system is used for positioning the motor vehicle 2.
  • Figures 3 to 7 show different embodiments of the device 15 in each case in a plan view of the motor vehicle 2 and the charging station 3.
  • Figure 3 shows the formation of the device 1 according to a first
  • Ultra-wideband sensors 16 and 17 are assigned.
  • two of the ultra wide band sensors 16 are provided on opposite longitudinal sides 18 of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate), a further pair of the primary unit 4 (which is designed, for example, as a loading plate),
  • Figure 3 are also shown Working areas of the ultra wide band sensors 17, which are in the direction of the
  • Ultrabreitbensensoren 16, 17 aligned in the direction of the primary unit 4.
  • Ultrabreitbandsensoren 21 provided, the working areas are aligned in the direction of travel of the motor vehicle 2 to the front.
  • Ultrabroadband sensors 16, 17, 21 has at least one transmitter and at least one, possibly several receivers.
  • the ultra wideband sensors 16, 17, 21 preferably emit individual electromagnetic pulses. These are reflected on objects that differ in their electrical properties from the propagation medium (for example, air). The reflected pulses are from the propagation medium (for example, air).
  • the reflected pulses are from the propagation medium (for example, air).
  • Ultra-wideband sensors 16, 17, 21 registered and determines their term.
  • the measurement of the transit time then determines the distance of the respective sensor to the object on which the pulses were reflected.
  • duration signals for example a sinusoidal signal, can also be transmitted.
  • the receiver measures in the frequency domain amplitude and phase of the received signal serially for different frequencies. In particular, after a Fourier transformation, readable data in the time domain are then produced again.
  • the ultra-wideband sensors 21 on the vehicle communicate with the ultra-wideband sensors 16, 17 of the charging station 3.
  • at least one of the ultra wide band sensors 16, 17, 21 sends out a signal, which is provided in particular with a coding for identification.
  • Another of the ultra-wideband sensors 16, 17, 21 detects the signal, reads out the coding, and can decide, for example, whether the detected signal is a permissible signal, ie, for example, the signal of a secondary unit matching the primary unit. If so, the receiving ultra wideband sensor sends out a response signal to confirm the positive identification so that a charge can be authorized.
  • Very short pulses, in particular in the nanosecond or sub-nanosecond range, or signals having a high frequency bandwidth of at least 500 MHz, preferably greater than 1 GHz, are preferably emitted.
  • the frequency range of 2 to 15 GHz, in particular 6 to 8.5 GHz, or 22 to 29 GHz is proposed here.
  • Polarization directions are emitted by one or more of the ultra wide band sensors 16, 17, 21. This information can be used to build a polarimetric radar system using the
  • Polarization information performs an additional object discrimination.
  • the property of objects is exploited so that the reflection of an incident electromagnetic wave is dependent on the polarization.
  • An angular resolution of the device 15 is achieved using the combination of different sensors. If necessary, the signals are charged to each other in such a way that the space to be monitored can preferably be completely scanned or recorded.
  • the device 15 is essentially integrated into the charging station 3.
  • Ultra wide band sensors 16, 17 preferably extends beyond the pallet or the primary unit 4.
  • the mounted on the long sides 18 ultra wide band sensors 16 are used in particular for
  • the ultra-wideband sensors 17 and 21 are used in particular for positioning the motor vehicle 2 with its secondary unit 6 on the primary unit 4, the ultra wide band sensors 17 are also used for Fremd Anlagenerkennung, and the ultra wide band sensors 21 for coupling or authorization of the charging process.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of the device 15, which differs from the preceding exemplary embodiment in that only four ultra-wideband sensors 16, 17 are assigned to the primary unit 4, the ultra-wideband sensors 16, 17 each being assigned to one corner of the rectangular and in particular quadratic primary unit 4 are, so the
  • Device 15 according to the embodiment of Figure 4 corresponds to that of the previous embodiment. Only the number of used ultra wideband sensors 16 has been reduced, which on the one hand costs and
  • Figure 5 shows a third embodiment of the device 15, wherein on the primary unit 4, only one ultra wide band sensor 17 is provided, which lies on the motor vehicle 2 facing end face 19 and the working area of the primary unit 4 away in the direction of the approaching vehicle 2 has.
  • Ultrabreitbandsensor 17 serves as a guideline for the motor vehicle 2.
  • the ultra wide band sensors 21 of the motor vehicle 2 are still used for
  • the ultra-wideband sensors 21 are preferably arranged on the underbody 5 of the motor vehicle 2.
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of the device 15, in which the two ultra-wideband sensors 17 are not assigned directly to the primary unit 4, but rather to the charging station 3 or the end of the charging station 3 indicated by the marking 13, and are aligned in such a way that the working areas overlap Primary unit 4 extend and overlap each other, as shown in Figure 6.
  • the ultra wideband sensors 17, 21 are operated as described above to position the motor vehicle 2.
  • the ultra wide band sensors 17 are suitably in by the
  • Marker 13 displayed parking space or holding area of Charging station 3 integrated so that they are the critical area, ie
  • the area of the primary unit 4 capture.
  • FIG. 7 shows an exemplary side view of the device 15 from FIGS. 3 and 4.
  • the secondary unit 6 is arranged together with the ultra-wideband sensors 21 on the vehicle underbody 5 of the motor vehicle 2.
  • the primary unit 4 is arranged as a pallet in the carriageway 14, wherein the
  • Ultrabreitbensensoren 17 preferably goes beyond the primary unit 4 out.
  • the detection range of the ultra wide band sensors 17 is given in dependence on a desired "active area", within which the positioning of the motor vehicle 2 by means of the ultra wide band sensors should be able to occur.
  • Characteristics 22 is provided which allow identification of the motor vehicle 2 and the secondary unit 6 by the charging station 3.
  • an identification device 23 which detects the features 22.
  • the features 22 do not necessarily have to be directed downwards onto the roadway 4 or upwards in the direction of the underbody 5 of the motor vehicle 2. Rather, it is also conceivable to attach the features 22 to the side of the motor vehicle 2 and / or the charging station 3.
  • the identification device 23 must then be designed or aligned accordingly in order to be able to detect the features 22.
  • the device 15 In the integration of the device 15 to the motor vehicle 2 is preferably provided that the device 15 at a loading request by the driver or automatically when encountering a
  • Charging station is activated.
  • the encounter of the charging station for example by comparison with navigation data of a navigation system of the
  • the identification device 23 is formed by the ultra-wideband sensors 16, 17, 21, as described above.
  • the ultra-wideband sensors 16, 17, 21, or at least one of these to emit a signal with a code for identification that is detected by another ultrabroadband sensor 16, 17, 21 and if necessary confirmed or at least evaluated.
  • the positioning method can be carried out differently. Basically, the following steps, whose order may be different, are important:
  • FIGS 8A and 8B show different operations of the method for
  • a first step S1 the charging station 3 is selected and started by means of a navigation system.
  • the remote positioning in particular by means of the device 15, and in a subsequent step S3, the
  • an authorization is carried out in a step S4.
  • the features 22 on the motor vehicle 2 or on the charging station 3 are detected or read in order to identify the motor vehicle
  • a communication is established between the motor vehicle 2 and the charging station 3, which serves, for example, to detect the state of charge of the electrical storage of the motor vehicle 2 and to control the charging station 3 in dependence thereon.
  • the method in Figure 8B differs from the previous one
  • step S5 be performed before the
  • Motor vehicle 2 and the secondary unit 6 to perform the primary unit 4 by means of the device 15 and then perform the positioning of the motor vehicle 2 using odometry data.
  • odometry data can alternatively also be used as referencing for the positioning by means of the device 15.
  • the device 15 can already be used if it has only one ultra-wideband transmitter and a plurality of ultra-wideband receivers which are formed by one or more ultra-wideband sensors 16, 17, 21.
  • the ultra wide band sensors 16, 17, 21 are preferably
  • Ultrabroadband sensors can be integrated in different mounting variants in the charging station 3 or in the motor vehicle 2.
  • the motor vehicle 2 or the secondary unit 6 is preferably the distance to a unique transmitter / receiver on the opposite side
  • an existing environment sensor system of the motor vehicle 2 for example ultrasound sensors, a camera device or a radar device, can be used to exclude collisions with the environment and to signal the driver whether the
  • Target position which is determined as described above, can be approached at the charging station.
  • the determined position can be used, for example, to assist the manual parking by the driver by corresponding acoustic or visual signals, a semi-automatic To facilitate parking by means of active steering interventions and / or accelerations or to carry out a fully automatic parking procedure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (15) zum Betreiben eines induktiven Ladesystems (1) für ein Kraftfahrzeug (2), mit einer ortsfesten Primäreinheit (4) einer Ladestation (3) und mit einer dem Kraftfahrzeugs (2) zugeordneten/zuordenbaren Sekundäreinheit (6), sowie mit Mitteln zum Positionieren des Kraftfahrzeugs (2) mit der Sekundäreinheit (6) zu der Primäreinheit (4). Dabei ist vorgesehen, dass die Mittel wenigstens einen Ultrabreitbandsensor (16, 17, 21) aufweisen.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines induktiven Ladesystems
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines induktiven
Ladesystems für ein Kraftfahrzeug, mit einer ortsfesten Primäreinheit und einer dem Kraftfahrzeug zugeordneten/zuordenbaren Sekundäreinheit, und mit Mitteln zum Positionieren des Fahrzeugs mit der Sekundäreinheit bezüglich der
Primäreinheit.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines induktiven Ladesystems für ein Kraftfahrzeug, mit einer ortsfesten Primäreinheit und einer dem Kraftfahrzeug zugeordneten Sekundäreinheit, wobei das Kraftfahrzeug mit der Sekundäreinheit zu der Primäreinheit ausgerichtet wird.
Stand der Technik
Moderne Kraftfahrzeuge weisen mittlerweile häufig zusätzlich zu einem
Verbrennungsmotor oder alternativ zu einem Verbrennungsmotor eine elektrische Maschine als Antriebsaggregat auf. Damit die elektrische Maschine mit Energie insbesondere für den motorischen Betrieb versorgt werden kann, wird in dem Kraftfahrzeug eine aufladbare Batterie beziehungsweise ein wiederaufladbarer Energiespeicher mitgeführt. Grundsätzlich ist es möglich, den Energiespeicher durch einen rekuperativen Betrieb der elektrischen Maschine aufzuladen. Da dies jedoch nicht in jedem Fall zu jeder Zeit möglich ist, sind in der Regel zusätzliche Ladesysteme vorgesehen, die es dem Benutzer erlauben, den elektrischen Speicher im Stand des Kraftfahrzeugs an einer Stromtankstelle beziehungsweise Ladestation aufzuladen. Heutzutage verbindet der Benutzer das Fahrzeug mit einem Ladekabel der Ladestation beziehungsweise Ladesäule, wobei hierzu das Fahrzeug zunächst auf einer dafür vorgesehenen Haltefläche parkt. Alternativ sind kontaktlose Ladesysteme bekannt, die durch induktive Energieübertragung den Energiespeicher des Kraftfahrzeugs aufladen. Ein induktives Ladesystem weist dazu eine Primäreinheit und eine Sekundäreinheit auf, wobei die Primäreinheit eine Primärspule, einen mit hoher Frequenz betreibbaren Wechselrichter sowie einen Resonanzkondensator aufweist, und wobei die Sekundäreinheit mit einer Sekundärspule, einem
Resonanzkondensator und einem Gleichrichter ausgebildet ist. Die Primäreinheit und die Sekundäreinheit bilden jeweils einen Schwingkreis, deren
Resonanzfrequenzen aufeinander abgestimmt sind. Wird die Primärspule durch den Wechselrichter entsprechend angeregt, wird ein magnetisches Feld erzeugt, das die Sekundärspule durchdringt und dadurch einen Stromfluss in der
Sekundärspule erzeugt, der zum Laden der Batterie zur Verfügung steht. Das induktive Ladesystem basiert somit auf dem Prinzip eines Transformators. Für einen optimalen Ladevorgang ist es von Vorteil, wenn die Sekundäreinheit zu der Primäreinheit optimal ausgerichtet ist. Aus dem Stand der Technik sind bereits Mittel bekannt, die dazu dienen das Kraftfahrzeug mit der
Sekundäreinheit über der Primäreinheit beziehungsweise bezüglich der
Primäreinheit zu positionieren. Dies kann beispielsweise durch autonome Parksysteme erreicht werden.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Positionierung des Kraftfahrzeugs bezüglich der Primäreinheit beziehungsweise der induktiven Ladestation sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich durch dieselben Mittel durchgeführt werden kann. Diese sind auch beim gewöhnlichen Parken des Kraftfahrzeugs auf einer Parkfläche nutzbar. Die Mittel können außerdem dazu genutzt werden, das Kraftfahrzeug eindeutig zu identifizieren, um dadurch beispielsweise einen Ladevorgang zu autorisieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel wenigstens einen Ultrabreitbandsensor aufweisen. Der Ultrabreitbandsensor ist dazu ausgebildet, elektromagnetische Impulse oder Dauer-Signale auszusenden, die an einem Objekt reflektiert werden. Die reflektierten Impulse werden durch einen Empfänger des Ultrabreitbandsensors erfasst und die Laufzeit der ausgesendeten Signale berechnet. Über die Messung der Laufzeit wird eine Entfernungsbestimmung durchgeführt. Durch die Verwendung des
Ultrabreitbands kann sowohl eine Nah- beziehungsweise Feinpositionierung als auch eine Fernpositionierung erfolgen, so dass sowohl ein einleitender
Parkvorgang sowie eine Endausrichtung auf der Parkfläche bezüglich der Primärspule durch dieselben Mittel durchgeführt werden kann. Hierdurch ergeben sich zum einen Kostenvorteile und zum anderen wird ein
Berechnungsaufwand im Vergleich zu Vorrichtungen, bei welchen für die Fernpositionierung und die Nahpositionierung unterschiedliche Mittel genutzt werden, verringert werden. Die durch die Vorrichtung ermittelte Position des Kraftfahrzeugs kann dazu genutzt werden, dem Fahrer Anweisungen zu geben, wie er das Fahrzeug für eine optimale Positionierung zu bewegen hat, oder das Fahrzeug automatisch zum Erreichen der optimalen Position zu
steuern/bewegen.
Vorzugsweise werden kurze Impulse im Nanosekundenbereich oder darunter beziehungsweise Signale mit einer hohen Frequenzbandbreite von mindestens 500 MHz, vorzugsweise größer 1 GHz ausgesendet. Hierdurch wird eine hohe Ortsauflösung im Zentimeterbereich erreicht. Bevorzugt wird hier der
Frequenzbereich von 2 bis 15 GHz, insbesondere von 6 bis 8,5 GHz, oder 22 bis 29 GHz vorgeschlagen. Ferner ist der Ultrabreitbandsensor vorzugsweise derart ausgebildet, dass zusätzlich elektromagnetische Wellen in verschiedenen Polarisationsrichtungen ausgestrahlt werden. Diese Informationen können genutzt werden, um ein polarimetrisches Radarsystem aufzubauen, welches mithilfe der Polarisationsinformationen eine zusätzliche Objektdiskriminierung vornimmt. Hierdurch wird insbesondere eine ergänzende Ermittlung der Orientierung zwischen Fahrzeug und der Ladestation möglich.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Mittel mehrere Ultrabreitbandempfänger aufweisen. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass ein Ultrabreitbandsignal von einem Sender ausgestrahlt und von mehreren Empfängern empfangen wird, um unterschiedliche Laufzeiten und damit die Position des Kraftfahrzeugs zu der Ladestation beziehungsweise Primäreinheit bestimmen zu können. Der
Ultrabreitbandsensor umfasst also bevorzugt wenigstens einen Ultrabreitbandsender und mindestens einen, insbesondere mehrere
Ultrabreitbandempfänger.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Kraftfahrzeug und an der Primäreinheit jeweils ein Ultrabreitbandsensor oder -sensoren angeordnet sind, wobei der jeweilige Ultrabreitbandsensor einen oder mehrere Sender und/oder einen oder mehrere Empfänger aufweisen kann. Durch die Anzahl der Ultrabreitbandsensoren, insbesondere der
Ultrabreitbandempfänger kann die Auflösung beziehungsweise die Genauigkeit der Vorrichtung erhöht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ultrabreitbandsensoren dazu ausgebildet sind, miteinander zu kommunizieren. Grundsätzlich kann, wie zuvor bereits beschrieben, mittels eines
Ultrabreitbandsensors bereits durch Aussenden eines Signals und Empfangen dessen Reflektion die Position des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der
Sekundäreinheit zu der Primäreinheit bestimmt oder zumindest abgeschätzt werden. Sind jedoch sowohl an dem Kraftfahrzeug als auch an der Ladestation jeweils zumindest ein Ultrabreitbandsensor vorgesehen, so ist es darüberhinaus möglich, dass die Ultrabreitbandsensoren miteinander kommunizieren. Und zwar ist dabei vorgesehen, dass einer der Ultrabreitbandsensoren ein Signal aussendet, das von dem anderen Ultrabreitbandsensor erfasst und ausgewertet wird. Dazu kann beispielsweise das ausgesendete Signal mit einer Codierung versehen sein, die von dem anderen Ultrabreitbandsensor erfasst und ausgelesen wird. In Abhängigkeit von der Codierung sendet dann der empfangende Ultrabreitbandsensor ein Signal zurück, das gegebenenfalls ebenfalls mit einer Codierung versehen ist. Hierdurch lässt sich beispielsweise auf einfache und schnelle Art und Weise eine Identifizierung der Sekundäreinheit und/oder der Primäreinheit durchführen, um einen Ladevorgang zu autorisieren. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass an dem Kraftfahrzeug und an der Primäreinheit jeweils mehrere Ultrabreitbandempfänger oder -sensoren angeordnet sind. Dabei können die Ultrabreitbandempfänger nicht nur zu Positionierung, sondern auch zur Identifizierung des Kraftfahrzeugs und/oder der Ladestation beziehungsweise Primäreinheit genutzt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel wenigstens eine Identifizierungseinrichtung aufweisen. Die
Identifizierungseinrichtung kann beispielsweise wie zuvor beschrieben ausgebildet sein, um ein geeignetes Identifizierungsmerkmal auslesen zu können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem
vorgesehen, dass die Mittel eine Odometrieerfassungseinrichtung des
Kraftfahrzeugs aufweisen. Durch die Odemetrieerfassungseinrichtung, mittels welcher beispielsweise eine Radbewegung des Kraftfahrzeugs und/oder ein
Lenkwinkel erfasst werden, ist es möglich, die durch den Ultrabreitbandsensor oder die Ultrabreitbandsensoren erfasste/ermittelte Position zu referenzieren beziehungsweise zu plausibilisieren.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ultrabreitbandsender und/oder Empfänger des Kraftfahrzeugs an dessen Unterboden, Frontseite oder Heckseite angeordnet sind. Insbesondere sind die Sender und/oder Empfänger der an dem Unterboden ebenfalls angeordneten Sekundäreinheit zugeordnet, um
insbesondere eine optimale Positionierung der Sekundäreinheit zu der
Primäreinheit zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich dadurch aus, dass für einen Positioniervorgang mittels mindestens eines Ultrabreitbandsensors die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladestation bestimmt wird. Unter der Position des Kraftfahrzeugs ist dabei nicht nur die Entfernung des Kraftfahrzeugs zu der Ladestation, sondern auch die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladestation, insbesondere bezüglich der Primäreinheit zu verstehen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich ebenfalls aus dem zuvor bereits Beschriebenen sowie aus den Unteransprüchen.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass vor der Durchführung eines
Ladevorgangs, insbesondere vor oder nach der Durchführung des
Positioniervorgangs, das Kraftfahrzeug und/oder die Ladestation identifiziert werden. Die Identifizierung erfolgt dabei vorzugsweise mittels des einen oder mehreren Ultrabreitbandsensoren, die jeweils einen oder mehrere Empfänger aufweisen können, und/oder mittels einer separaten Identifizierungseinrichtung. Vorzugsweise werden zur Positionierung beziehungsweise zur Bestimmung der Position des Kraftfahrzeugs zu der Ladestation einzelne elektromagnetische Impulse durch den Ultrabreitbandsensor ausgesendet, reflektierte Pulse empfangen und deren Laufzeit zur Positionsbestimmung berechnet. Alternativ zu den Pulsen werden bevorzugt Dauer-Signale, beispielsweise ein Sinussignal, ausgesendet. Der Empfänger misst an dem Frequenzbereich Amplitude und Phase des Empfangssignals über verschiedene Frequenzen. Nach einer Fourier- Transformation ergeben sich dann wieder die Daten im Zeitbereich. Bevorzugt werden sehr kurze Pulse, wie zuvor bereits beschrieben, ausgesendet. Alternativ erfolgt die Identifizierung bevorzugt, wie zuvor beschrieben, mittels miteinander kommunizierender Ultrabreitbandsensoren.
Besonders bevorzugt werden elektromagnetische Wellen in verschiedenen Polarisationsrichtungen ausgesendet, wie zuvor bereits beschrieben, um mithilfe der Polarisationsinformationen eine zusätzliche Objektdiskriminierung
durchzuführen. Die Rückstreueigenschaften von Objekten sind neben der verwendeten Frequenz auch von der Polarisation der einfallenden
elektromagnetischen Wellen abhängig. Dies wird durch die bevorzugte
Ausgestaltung des Verfahrens ausgenutzt, um beispielsweise das Kraftfahrzeug und/oder die Ladestation zu identifizieren, so dass ein Pairing, also eine
Verknüpfung des Kraftfahrzeugs mit der Ladestation beziehungsweise die Autorisierung eines Ladevorgangs durchgeführt werden kann.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Figuren 1A und 1B ein induktives Ladesystem für Kraftfahrzeug in
unterschiedlichen Ansichten,
Figur 2 das Ladesystem in einer schematischen Detailansicht,
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften
Vorrichtung zum Betreiben des Ladesystems, Figur 4 zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtu
Figur 5 drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtu
Figur 6 viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtu
Figur 7 eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung, und
Figuren 8A und 8B unterschiedliche Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung in vereinfachten Flussdiagrammen.
Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht (Figur 1A) und in einer Draufsicht (Figur 1B) ein induktives Ladesystem 1 für ein Kraftfahrzeug 2. Das Kraftfahrzeug 2 weist wenigstens eine elektrische Maschine als Antriebsvorrichtung aus, die mit einem elektrischen Energiespeicher (beides hier nicht dargestellt) verbunden ist. Um den Energiespeicher unabhängig von einem Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine mit Energie versorgen zu können, ist das Ladesystem 1 vorgesehen, das eine ortsfeste Ladestation 3 mit einer Primäreinheit 4 sowie eine an dem Kraftfahrzeug 2 an dessen Unterboden 5 angebrachte
Sekundäreinheit 6 umfasst.
Figur 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des Ladesystems 1 in einer vereinfachten Darstellung. Die Primäreinheit 4 weist einen Gleichrichter 7 auf, der eine Wechselspannung eines Stromnetzes in eine Gleichspannung wandelt. Weiterhin weist die Primäreinheit 4 einen Wechselrichter 8 auf, der hochfrequent betrieben wird, um aus der Gleichspannung eine gewünschte Wechselspannung in einer Primärspule 9 einzustellen. Die Primärspule 9 bildet insbesondere zusammen mit einem Resonanzkondensator einen primären Schwingkreis des Ladesystems 1.
Die Sekundäreinheit 6 weist einen sekundären Schwingkreis auf, der von einer Sekundärspule 10 zusammen mit einem entsprechenden Resonanzkondensator gebildet wird. Zweckmäßigerweise sind die Schwingkreise von der
Sekundäreinheit und der Primäreinheit aufeinander abgestimmt. Die Sekundärspule 10 ist mit einem Gleichrichter 11 verbunden, der mit dem wiederaufladbaren Energiespeicher 12 des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht.
Das Ladesystem 1 basiert somit auf dem Prinzip eines Transformators, wobei eine Leistung über ein magnetisches Wechselfeld von der Primäreinheit 4 zu der
Sekundäreinheit 6 übertragen wird, wobei die Primärspule 9 und die
Sekundärspule 10 über magnetische Resonanz miteinander gekoppelt sind. Durch das Einstellen einer Wechselspannung mittels des Wechselrichters 8 in der Primärspule 9 wird ein Magnetfeld erzeugt, das die Sekundärspule 10 durchdringt und dort einen entsprechenden Stromfluss bewirkt. Der Gleichrichter
11 wandelt die Wechselspannung beziehungsweise den Wechselstrom in eine Gleichspannung beziehungsweise Gleichstrom zum Laden des Energiespeichers
12 um. Wie aus Figuren 1A und 1B ersichtlich, ist für das Durchführen eines
Ladevorgangs erforderlich, dass die Sekundäreinheit 6 zu der Primäreinheit 4 ausgerichtet beziehungsweise derart positioniert wird, dass das von der Spule 9 erzeugte Magnetfeld die Sekundärspule 10 durchdringt. Um das Ausrichten zu erleichtern, kann die Ladestation 3 beispielsweise mit einer Markierung 13 auf dem Fahrbahnuntergrund 14 gekennzeichnet sein, wie in den Figuren 1A und 1B gezeigt. Um das Positionieren zu vereinfachen und insbesondere auch automatisch erfolgen zu lassen, wird im Folgenden eine Vorrichtung 15 zum Betreiben des Ladesystems 1 vorgestellt. Die Vorrichtung 15 sieht vor, dass ein Ultrabreitbandsystem zur Positionierung des Kraftfahrzeugs 2 genutzt wird. Die Figuren 3 bis 7 stellen unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 15 jeweils in einer Draufsicht auf das Kraftfahrzeug 2 und die Ladestation 3 dar. Figur 3 zeigt die Ausbildung der Vorrichtung 1 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel, bei welchem der Primäreinheit 4 mehrere
Ultrabreitbandsensoren 16 und 17 zugeordnet sind. Dabei sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei der Ultrabreitbandsensoren 16 an gegenüberliegenden Längsseiten 18 der Primäreinheit 4 (die beispielsweise als Ladeplatte ausgebildet ist) vorgesehen, ein weiteres Paar von
Ultrabreitbandsensoren 16 an der dem Kraftfahrzeug 2 zugewandten Stirnseite 19 und die beiden Ultrabreitbandsensoren 17 an der von dem Kraftfahrzeug 2 abgewandten Stirnseite 20. In Figur 3 dargestellt sind außerdem die Arbeitsbereiche der Ultrabreitbandsensoren 17, die in Richtung des
Kraftfahrzeugs 2 ausgerichtet sind. Insgesamt sind alle der
Ultrabreitbandsensoren 16, 17 in Richtung der Primäreinheit 4 ausgerichtet.
An dem Kraftfahrzeug 2 sind ebenfalls am Frontende zwei
Ultrabreitbandsensoren 21 vorgesehen, deren Arbeitsbereiche in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 2 nach vorne ausgerichtet sind. Jeder der
Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 weist mindestens einen Sender und mindestens einen, gegebenenfalls mehrere, Empfänger auf.
Die Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 senden vorzugsweise einzelne elektromagnetische Pulse aus. Diese werden an Objekten, die sich in ihren elektrischen Eigenschaften vom Ausbreitungsmedium (zum Beispiel Luft) unterscheiden, reflektiert. Die reflektierten Impulse werden von den
Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 registrierl erfasst und ihre Laufzeit bestimmt. Über die Messung der Laufzeit wird dann die Entfernung des jeweiligen Sensors zu dem Objekt, an welchem die Impulse reflektiert wurden, bestimmt. Statt der Pulse können auch Dauer-Signale, zum Beispiel ein Sinussignal, ausgesendet werden. Der Empfänger misst dann im Frequenzbereich Amplitude und Phase des Empfangssignals seriell für verschiedene Frequenzen. Insbesondere nach einer Fourier-Transformation ergeben sich dann wieder lesbare Daten im Zeitbereich.
Alternativ ist vorgesehen, dass die Ultrabreitbandsensoren 21 an dem Fahrzeug mit den Ultrabreitbandsensoren 16, 17 der Ladestation 3 kommunizieren. Dazu sendet zumindest einer der Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 ein Signal aus, das insbesondere mit einer Codierung zur Identifizierung versehen ist. Ein anderer der Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 erfasst das Signal, liest die Codierung aus, und kann beispielsweise entscheiden, ob es sich bei dem erfassten Signal um ein zulässiges Signal, also beispielsweise das Signal einer zu der Primäreinheit passenden Sekundäreinheit handelt. Ist dies der Fall, so sendet der empfangende Ultrabreitbandsensor ein Antwortsignal aus, um die positive Identifizierung zu bestätigen, so dass ein Ladevorgang autorisiert werden kann. Bevorzugt werden sehr kurze Pulse, insbesondere im Nanosekunden- beziehungsweise im Sub-Nanosekundenbereich, beziehungsweise Signale mit einer hohen Frequenzbandbreite von mindestens 500 MHz, vorzugsweise größer 1 GHz, ausgesendet. Hierdurch wird eine hohe Ortsauflösung im
Zentimeterbereich erreicht. Bevorzugt wird hier der Frequenzbereich von 2 bis 15 GHz, insbesondere 6 bis 8,5 GHz, oder 22 bis 29 GHz vorgeschlagen.
Zusätzlich können elektromagnetische Wellen in verschiedenen
Polarisationsrichtungen durch einen oder mehrere der Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 ausgesendet werden. Diese Informationen können genutzt werden, um ein polarimetrisches Radarsystem aufzubauen, welches mithilfe der
Polarisationsinformationen eine zusätzliche Objektdiskriminierung vornimmt. Dabei wird die Eigenschaft von Objekten ausgenutzt, dass die Reflektion einer einfallenden elektromagnetischen Welle abhängig von der Polarisation erfolgt. Eine Winkelauflösung der Vorrichtung 15 wird mithilfe der Kombination aus verschiedenen Sensoren erreicht. Die Signale werden bei Bedarf so geschickt miteinander verrechnet, dass der zu überwachende Raum bevorzugt vollständig abgescannt beziehungsweise erfasst werden kann.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung 15 im Wesentlichen in die Ladestation 3 integriert ist. Der
Arbeitsbereich der Ultrabreitbandsensoren 16, 17 reicht vorzugsweise über die Ladeplatte beziehungsweise die Primäreinheit 4 hinaus. Die an den Längsseiten 18 angebrachten Ultrabreitbandsensoren 16 dienen insbesondere zur
Fremdobjekterkennung auf der Primäreinheit 4. Die Ultrabreitbandsensoren 17 und 21 dienen insbesondere zur Positionierung des Kraftfahrzeugs 2 mit seiner Sekundäreinheit 6 über der Primäreinheit 4, wobei die Ultrabreitbandsensoren 17 auch zur Fremdobjekterkennung genutzt werden, und die Ultrabreitbandsensoren 21 zur Kopplung beziehungsweise Autorisierung des Ladevorgangs.
Aus den vorhergehenden Figuren bereits bekannte Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen nur noch auf die
Unterschiede eingegangen werden. Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 15, das sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass der Primäreinheit 4 nur vier Ultrabreitbandsensoren 16, 17 zugeordnet sind, wobei die Ultrabreitbandsensoren 16, 17 jeweils an einer Ecke der rechteckförmigen und insbesondere quadratischen Primäreinheit 4 zugeordnet sind, sodass der
Arbeitsbereich beziehungsweise die jeweilige Hauptachse durch den Mittelpunkt der Primäreinheit 4 zumindest projiziert verläuft. Die Funktionsweise der
Vorrichtung 15 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 entspricht der des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Lediglich die Anzahl der genutzten Ultrabreitbandsensoren 16 wurde verringert, wodurch einerseits Kosten und
Rechenaufwand verringert werden, andererseits jedoch auch die Auflösung der Positionserfassung. Alternativ wäre es auch denkbar, die Ultrabreitbandsensoren 16 an der Stirnseite 19 in Richtung des sich nähernden Kraftfahrzeugs 2 auszurichten und/oder die Unterbreitbandsensoren 17 aufeinander zu weisend auszurichten.
Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 15, wobei an der Primäreinheit 4 nur ein Ultrabreitbandsensor 17 vorgesehen ist, der auf der dem Kraftfahrzeug 2 zugewandten Stirnseite 19 liegt und dessen Arbeitsbereich von der Primäreinheit 4 weg in Richtung auf das sich nähernde Fahrzeug 2 weist. Der
Ultrabreitbandsensor 17 dient dabei als eine Leitlinie für das Kraftfahrzeug 2. Die Ultrabreitbandsensoren 21 des Kraftfahrzeugs 2 dienen weiterhin zur
Positionierung und Kopplung beziehungsweise Autorisierung des Kraftfahrzeugs 2. Vorzugsweise sind die Ultrabreitbandsensoren 21 dazu am Unterboden 5 des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet.
Figur 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 15, bei welchem die zwei Ultrabreitbandsensoren 17 nicht direkt der Primäreinheit 4, sondern vielmehr der Ladestation 3 beziehungsweise dem durch die Markierung 13 angezeigten Ende der Ladestation 3 zugeordnet und derart ausgerichtet sind, dass die Arbeitsbereiche sich über die Primäreinheit 4 erstrecken und einander überlappen, wie in Figur 6 gezeigt. Auch hier werden die Ultrabreitbandsensoren 17, 21 wie zuvor beschrieben betrieben, um das Kraftfahrzeug 2 zu positionieren. Die Ultrabreitbandsensoren 17 sind zweckmäßigerweise in den durch die
Markierung 13 angezeigten Parkplatz beziehungsweise Haltebereich der Ladestation 3 derart integriert, dass sie den kritischen Bereich, also
insbesondere den Bereich der Primäreinheit 4, erfassen.
Figur 7 zeigt eine beispielhafte Seitenansicht der Vorrichtung 15 aus Figuren 3 und 4. Die Sekundäreinheit 6 ist zusammen mit den Ultrabreitbandsensoren 21 am Fahrzeugunterboden 5 des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet. Die Primäreinheit 4 ist als Ladeplatte in die Fahrbahn 14 integriert angeordnet, wobei der
Primäreinheit 4 die Ultrabreitbandsensoren 17 sowohl an der dem Kraftfahrzeug 2 zugewandten Stirnseite 19 als auch an der von dem Kraftfahrzeug
abgewandten Stirnseite 20 angeordnet sind. Der Arbeitsbereich der
Ultrabreitbandsensoren 17 geht dabei vorzugsweise über die Primäreinheit 4 hinaus. Die Erfassungs weite der Ultrabreitbandsensoren 17 wird in Abhängigkeit von einem gewünschten„aktiven Bereich" vorgegeben, innerhalb dessen die Positionierung des Kraftfahrzeugs 2 mittels der Ultrabreitbandsensoren erfolgen können soll.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 7 ist außerdem vorgesehen, dass die Sekundäreinheit 6 mit Kennzeichnungen beziehungsweise eindeutigen
Merkmalen 22 versehen ist, die eine Identifizierung des Kraftfahrzeugs 2 beziehungsweise der Sekundäreinheit 6 durch die Ladestation 3 ermöglichen.
Dazu ist eine Identifizierungseinrichtung 23 vorgesehen, die die Merkmale 22 erfasst.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Merkmale 22 nicht an dem
Kraftfahrzeug 2, sondern an der Ladestation 3 beziehungsweise der Fahrbahn 14 alternativ oder zusätzlich vorzusehen. Die Merkmale 22 müssen dabei nicht unbedingt nach unten auf die Fahrbahn 4 beziehungsweise nach oben in Richtung des Unterbodens 5 des Kraftfahrzeugs 2 weisend ausgerichtet sein. Es ist vielmehr auch denkbar, die Merkmale 22 seitlich an dem Kraftfahrzeug 2 und/oder der Ladestation 3 anzubringen. Die Identifizierungseinrichtung 23 muss dann entsprechend ausgebildet beziehungsweise ausgerichtet sein, um die Merkmale 22 erfassen zu können. Bei der Integration der Vorrichtung 15 an dem Kraftfahrzeug 2 ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorrichtung 15 bei einem Ladewunsch durch den Fahrer oder automatisch beim Antreffen einer
Ladestation aktiviert wird. Das Antreffen der Ladestation kann beispielsweise durch ein Abgleich mit Navigationsdaten eines Navigationssystems des
Kraftfahrzeugs 2 ermittelt werden. Auf der Seite der Ladestation 3 ist es denkbar, dass die Vorrichtung 15 beziehungsweise die dort vorgesehenen
Ultrabreitbandsensoren 16 und/oder 17 in bestimmten, vorzugsweise
regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich Signale aussenden.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Identifizierungseinrichtung 23 durch die Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21, wie zuvor beschrieben, mitgebildet wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21, oder zumindest einer dieser, ein Signal mit einer Codierung zur Identifizierung aussendet, das von einem anderen Ultrabreitbandsensor 16, 17, 21 erfasst und gegebenenfalls bestätigt oder zumindest ausgewertet wird.
Je nachdem, wo die Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 angeordnet sind, kann das Positionierverfahren unterschiedlich durchgeführt werden. Grundsätzlich sind folgende Schritte, deren Reihenfolge auch anders sein kann, wichtig:
Autorisierung, Positionierung und Kommunikationsaufbau. Um den Ladevorgang so einfach wie möglich zu gestalten ist eine eindeutige Zuordnung zwischen Ladestation 3 und Kraftfahrzeug 2 vorteilhaft und vor dem
Kommunikationsaufbau gegebenenfalls zwingend erforderlich.
Figuren 8A und 8B zeigen unterschiedliche Abläufe des Verfahrens zum
Betreiben des Ladesystems 1. Gemäß Figur 8A wird in einem ersten Schritt Sl die Ladestation 3 mithilfe eines Navigationssystems ausgewählt und angefahren. In einem darauffolgenden Schritt S2 erfolgt die Fernpositionierung, insbesondere mittels der Vorrichtung 15, und in einem darauffolgenden Schritt S3 die
Feinjustierung der Sekundäreinheit 6 zu der Primäreinheit 4, ebenfalls mittels der Vorrichtung 15. Sobald das Kraftfahrzeug 2 entsprechend zu der Ladestation 3 ausgerichtet ist, erfolgt eine Autorisierung in einem Schritt S4. Dazu werden insbesondere die Merkmale 22 an dem Kraftfahrzeug 2 oder an der Ladestation 3 erfasst beziehungsweise ausgelesen, um eine Identifizierung von Kraftfahrzeug
2 und/oder Ladestation 3 durchzuführen. Sobald die Autorisierung erfolgt ist, wird in einem Schritt S5 eine Kommunikation zwischen dem Kraftfahrzeug 2 und der Ladestation 3 aufgebaut, die beispielsweise dazu dient, den Ladezustand des elektrischen Speichers des Kraftfahrzeugs 2 zu erfassen und in Abhängigkeit davon die Ladestation 3 anzusteuern. Das Verfahren in Figur 8B unterscheidet sich von dem vorhergehenden
Verfahren dadurch, dass die Autorisierung, also der Schritt S4 und der
Kommunikationsaufbau, also Schritt S5, durchgeführt werden, bevor die
Fernpositionierung gemäß Schritt S2 erfolgt.
Weiterhin ist es denkbar, zunächst nur eine Positionsbestimmung des
Kraftfahrzeugs 2 beziehungsweise der Sekundäreinheit 6 zu der Primäreinheit 4 mittels der Vorrichtung 15 durchzuführen und anschließend die Positionierung des Kraftfahrzeugs 2 mithilfe von Odometriedaten durchzuführen. Die
Odometriedaten können jedoch alternativ auch als Referenzierung für die Positionierung mittels der Vorrichtung 15 genutzt werden.
Grundsätzlich kann die Vorrichtung 15 bereits dann genutzt werden, wenn sie nur einen Ultrabreitbandsender und mehrere Ultrabreitbandempfänger aufweist, die durch einen oder mehrere Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 gebildet werden. Die Ultrabreitbandsensoren 16, 17, 21 werden vorzugsweise
kontinuierlich betrieben, um eine hohe Auflösung zu gewährleisten. Die
Ultrabreitbandsensoren, beziehungsweise der Sender und/oder Empfänger, können in unterschiedlichen Anbringungsvarianten in die Ladestation 3 beziehungsweise in das Kraftfahrzeug 2 integriert werden. Zu Positionierung des Kraftfahrzeugs 2 beziehungsweise der Sekundäreinheit 6 wird vorzugsweise die Distanz zu einem eindeutigen Sender/Empfänger auf der Gegenseite
kontinuierlich erfasst. Vorteilhaft wäre eine standardisierte Anordnung der Ultrabreitbandsensoren an der Ladestation 3.
Während des Parkvorgangs oder Positionierungsvorgangs kann eine bestehende Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs 2, beispielsweise Ultraschallsensoren, eine Kameraeinrichtung oder eine Radareinrichtung, genutzt werden, um Kollisionen mit dem Umfeld auszuschließen und dem Fahrer zu signalisieren, ob die
Zielposition, die wie zuvor beschrieben ermittelt wird, an der Ladestation angefahren werden kann. Die ermittelte Position kann beispielsweise dazu benutzt werden, das manuelle Einparken durch den Fahrer durch entsprechende akustische oder visuelle Signale zu unterstützen, ein semi-automatisches Einparken mithilfe von aktiven Lenkeingriffen und/oder Beschleunigungen zu erleichtern oder einen vollautomatischen Einparkvorgang durchzuführen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (15) zum Betreiben eines induktiven Ladesystems (1) für ein Kraftfahrzeug (2), mit einer ortsfesten Primäreinheit (4) einer Ladestation (3) und mit einer dem Kraftfahrzeugs (2) zugeordneten/zuordenbaren Sekundäreinheit (6), sowie mit Mitteln zum Positionieren des Kraftfahrzeugs (2) mit der
Sekundäreinheit (6) zu der Primäreinheit (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens einen Ultrabreitbandsensor (16,17,21) aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mehrere Ultrabreitbandempfänger (16,17,21) aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kraftfahrzeug und an der Primäreinheit (4) jeweils mindestens ein Ultrabreitbandsensor (16,17,21) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrabreitbandsensoren (16, 17, 21) dazu ausgebildet sind, miteinander zu kommunizieren.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kraftfahrzeug (2) und an der Primäreinheit (4) jeweils mehrere Ultrabreitbandsensoren (16,17,21) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens eine Identifizierungseinrichtung (23) aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Odometrieerfassungseinrichtung aufweisen.
8. Verfahren zum Betreiben eines induktiven Ladesystems für ein
Kraftfahrzeug, mit einer ortsfesten Primäreinheit (4) einer Ladestation (3) und einer dem Kraftfahrzeug (2) zugeordneten Sekundäreinheit (6), wobei das Kraftfahrzeug (2) mit der Sekundäreinheit (6) bezüglich der Primäreinheit (4) positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs (2) mittels mindestens eines Ultrabreitbandsensors (16,17,21) bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung eines Ladevorgangs die Identität des Kraftfahrzeugs 2 und/oder der Ladestation (3) geprüft werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ultrabreitbandsensor (16,17,21) dazu angesteuert wird, einzelne elektromagnetische Pulse oder ein Dauer-Signal auszusenden.
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