WO2016066455A1 - Verfahren und bodeneinheit zum induktiven laden von elektro- und hybridfahrzeugen - Google Patents

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WO2016066455A1
WO2016066455A1 PCT/EP2015/074025 EP2015074025W WO2016066455A1 WO 2016066455 A1 WO2016066455 A1 WO 2016066455A1 EP 2015074025 W EP2015074025 W EP 2015074025W WO 2016066455 A1 WO2016066455 A1 WO 2016066455A1
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ground unit
primary coil
sensor
secondary coil
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PCT/EP2015/074025
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Alexander Augst
Peter Varadi
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a device and a corresponding method for inductively charging an at least partially electrically driven vehicle.
  • Electric vehicles typically have a battery in which electrical energy can be stored to operate an electric machine of the vehicle.
  • the battery of the vehicle can be charged with electrical energy from a power grid.
  • the battery is coupled to the power supply network to the electrical energy from the
  • Power supply network to be transferred to the battery of the vehicle.
  • the coupling can be wired (via a charging cable) and / or wireless (based on an inductive coupling between a charging station and the vehicle).
  • One approach to automatically, wirelessly, inductively charging the battery of the vehicle is to transmit electrical energy to the battery from the floor to the underbody of the vehicle via magnetic induction via the underbody clearance 120. This is shown by way of example in FIG.
  • Fig. 1 shows a vehicle 100 having an electrical energy storage 103 (e.g., a rechargeable battery 103).
  • the vehicle 100 includes a so-called secondary coil in the vehicle underbody, wherein the secondary coil is connected to the memory 103 via an impedance matching, not shown, and a rectifier 101.
  • the secondary coil is typically part of a so-called “Wireless Power Transfer” (WPT) vehicle unit 102.
  • WPT Wireless Power Transfer
  • the secondary coil of the WPT vehicle unit 102 may be positioned over a primary coil, with the primary coil mounted, for example, on the floor of a garage.
  • the primary coil is typically part of a so-called WPT ground unit 111.
  • the primary coil is connected to a power supply 110 (also referred to as charging unit 110 in this document).
  • the power supply 110 may include a radio frequency generator that generates an alternating current current in the primary coil of the WPT ground unit 111, thereby inducing a magnetic field. This magnetic field is also referred to in this document as the electromagnetic charging field.
  • the electromagnetic charging field may have a predefined charging field frequency range.
  • the charging field frequency range may be in the LF (Low Frequency) range, e.g. at 80-90kHz (especially at 85kHz).
  • Charging may be controlled in the vehicle 100 by a charging controller 105 (also referred to as WPT controller 105).
  • the load controller 105 may be configured for this purpose, e.g. wirelessly communicating with the loading unit 110 (e.g., a wallbox) or with the WPT ground unit 111.
  • Primary coil and secondary coil for inductively charging a vehicle to allow.
  • a method of positioning a primary coil under a secondary coil of a vehicle includes changing a position of the primary coil to allow electromagnetic coupling between the primary coil and the secondary coil to inductively charge an electrical memory of the vehicle.
  • the following movement components include: displacement in the X direction and / or in the Y direction and / or Z direction in the coordinate system of the vehicle and / or rotation of the primary coil, in particular up to an angle of +/- about 5 ° - 15 ° and / or a pitch and / or tilt of the primary coil are provided.
  • the electromagnetic coupling is preferably increased until a coupling measure is higher than a predefined threshold.
  • the electromagnetic coupling is optimized in such a way that substantially a maximum, preferably the global maximum of a function is achieved, which describes a dependence of the electromagnetic coupling on the relative position of the primary coil to the secondary coil.
  • the primary spool may be moved by a moving means, and changing the position of the primary spool may include causing the spool to move Moving means to move the primary coil to cause an electromagnetic coupling between the primary coil and secondary coil.
  • the method may further comprise determining one or more positioning signals, the one or more positioning signals including information about how the primary coil is relative to the one or more positioning signals
  • the method may include changing the position of the primary coil in response to the one or more positioning signals.
  • these positioning signals may represent a relative position of the primary coil to the secondary coil.
  • a relative position may also include one or more vector quantities that represent the difference between an actual position and a desired position or represent the difference between the spatial positions of the respective coil surfaces.
  • Positioning signals may also represent specific quantitative information on the deviations from an optimal (relative) position and / or a specific motion requirement, e.g. include one or more motion vectors or rules for performing a (relative) movement.
  • Positioning signals may particularly preferably comprise at least two, preferably three mathematically mutually orthogonal geometric parameters. Such parameters may e.g. Positions in X-direction, Y-direction, Z-direction of an orthogonal (Cartesian)
  • Coordinate system or analogous mathematically independent parameters e.g. in a spherical polar coordinate system, or in a special polar coordinate system
  • Coordinate system include.
  • the process of changing the position may comprise an optimized two or three-dimensional alignment of the primary coil and the secondary coil relative to one another.
  • the electromagnetic field may comprise an optimized two or three-dimensional alignment of the primary coil and the secondary coil relative to one another.
  • the primary coil may be arranged in a floor unit.
  • the one or more positioning signals may include sensor data (in particular image data) from a sensor connected to the ground unit.
  • the Connection to the ground unit typically implies at least one predetermined position of the sensor relative to an immovable or movable part of the ground unit.
  • the compound may be a solid (reversible or non-reversible) physical compound.
  • the sensor data may include information about the position of at least a part of the vehicle (eg information regarding the underbody of the vehicle). The sensor can be connected to the primary coil and is therefore more suitable for measuring the relative position. Alternatively, the sensor may be moved depending on the movement of the primary coil.
  • the sensor may thus be connected to the primary coil, or may be designed to be movable or to move, for example by a mechanical or mechatronic device, in dependence on the movement of the primary coil. Such a movement can also take place on a special straight or curved rail or guide.
  • the sensor may preferably be an image sensor and / or a light-emitting or light-detecting sensor, eg an LED sensor or a laser sensor.
  • An image sensor can be designed as a camera that detects the light in the visible or invisible spectral range.
  • the sensor may include a corresponding computing unit, eg an image processing unit for providing or evaluating the sensor data, eg image data, object data, point cloud data, edge data or coordinate data.
  • a detection of the position of the secondary coil with a, in particular connected to the ground unit sensor offers various advantages compared to a conceivable positioning operation (alone) by means of a sensor which is installed on the vehicle.
  • a sensor according to the invention is not exposed to the environmental influences and stresses, such as, for example, a corresponding sensor on the vehicle floor.
  • the method may further comprise evaluating the sensor data to determine a position of the primary coil relative to the secondary coil, in particular by means of image processing and / or object recognition and / or pattern recognition.
  • a position of the primary coil relative to the secondary coil in particular by means of image processing and / or object recognition and / or pattern recognition.
  • the method may also include, in particular per vehicle unique or regular, manual or partially automated training.
  • a positioning operation is carried out with the aid of further means, wherein, as a function of this positioning process, learning data are determined which are used (after a temporary storage) in one or more subsequent implementations of the method.
  • the learning data can be used for a (simplified, more precise, faster) execution of the method. For example, these may be e.g. be used in determining the positioning signals in finding an optimized relative position.
  • Such learning data may represent calibration data and / or specific characteristics of the vehicle or the charging station or the environment and / or the sensor.
  • Positioning signals preferably comprising the relative position of the primary coil and the secondary coil, can be determined in dependence on a known or learned or determined geometric relation of the part of the vehicle to the secondary coil.
  • the method may also include inputting, wireless transmission or determination of the learning data.
  • the learning data determined in connection with one vehicle may be used on another vehicle (of the same or different type), and / or learning data used in the execution of the method may be used with one
  • Ground unit were determined, in one embodiment of the method with a other ground unit can be used.
  • the sensor preferably an image sensor, can be configured to recognize predefined, preferably prominent parts of the vehicle.
  • predetermined parts may be at an increased degree of coincidence or an increased correlation with a predetermined pattern in the
  • the detection or recognition of several parts of the vehicle can be used for a mutual plausibility of individual detections or for the resolution of non-provided positioning situations.
  • the image sensor can therefore be set up to detect at least two or more parts of the vehicle and to determine the position and / or the angle to at least two or more of the recognized parts. Preference may also be given to a, e.g. method based on a (stereometric) triangulation, which is used to determine a relative position and / or of
  • Positioning signals that have three-dimensional data or motion data with two or three spatial components.
  • the method may include generating a (predetermined) light pattern and / or light pulses, in particular a (predetermined) sequence of light pulses, and acquiring sensor data relating to the sequence of light pulses.
  • the light patterns or light pulses can preferably be generated at least partially in the infrared range.
  • the time intervals in which light patterns and / or light pulses or a (predetermined) sequence of light pulses are generated may be synchronized with time intervals of the detection of the sensor data.
  • the sensor data acquired as a function of light patterns, light pulses or of the sequences of light patterns and / or light pulses offer a particular advantage over detection of eg ordinary ones
  • the sensor data are preferably processed by means of a pattern identifier.
  • the process can be extremely robust, or performed trouble-free and precise.
  • the one or more positioning signals may include second sensor data, in particular image data from a second sensor, in particular an image sensor, which is arranged on the vehicle.
  • the second image data may include information regarding the primary coil.
  • the method may include emitting an electromagnetic and / or acoustic signal from an underbody of the vehicle toward the ground, and detecting a reflection of the emitted signal.
  • the one or more positioning signals may depend on the detected reflection of the transmitted signal.
  • the emitted electromagnetic signal may comprise an optical signal, wherein most of its radiant energy may be in the visible or non-visible spectrum.
  • An acoustic signal may preferably be an ultrasonic signal. More preferably, the electromagnetic and / or acoustic signal comprises a particular pattern, e.g. Image pattern, amplitude modulation pattern, and / or phase modulation pattern.
  • the sensor connected to the ground unit may be configured to acquire a machine readable code (e.g., a QR, Quick Response, Code). Such a code may e.g. from an image sensor or from a
  • Laser scanner can be detected.
  • An information that has a technical parameter represents the vehicle, in particular with respect to the secondary coil or the energy storage of the vehicle, depending on the data read from a machine-readable code, eg from the underbody of the vehicle by means of the sensor can be determined.
  • the positioning signals and / or the charging operation of the vehicle may be dependent on the detected
  • the code may be a pattern, e.g. reflect a contrast pattern in the infrared range.
  • a code for reflection of a specific light pattern in the infrared light range may also include redundant information or check numbers such that upon severe contamination of a portion of the pattern, recognition may continue to be based on a detected portion of the pattern. Such a pattern can thus also be recognized if the machine-readable code is dirty.
  • the machine readable code may include one or more of the following data: one or more optimized charge curves (current / time), and / or one or more frequency information about the charge, and / or one
  • Information on the position of the secondary coil within the vehicle underbody, one or more geometric parameters to the arrangement of the secondary coil within the vehicle, in particular to the machine-readable code, etc. for example, by detecting the position of the (easily recognizable for the sensor) machine-readable code and the read out information also the positioning signals with respect.
  • the secondary coil can be determined.
  • Charging curves (current / time), and / or one or more frequency information on the charging process, and / or information on the position of the secondary coil within the vehicle underbody, also by means of wireless communication, e.g. NFC (Near Field Communication), WLAN, Bluetooth, etc., in the
  • an optimized charging operation of the vehicle e.g. also as a function of an available charging time, of a route still to be traveled, e.g. from data of a navigation system.
  • a bidirectional communication between the vehicle and ground unit can be performed.
  • the one or more positioning signals may include a feedback signal from the vehicle.
  • the feedback signal by means of a
  • the corresponding vehicle system and / or the device can be configured to emit a feedback signal and / or to receive at least one positioning signal.
  • the method may further comprise determining a positioning measure and / or a coupling measure based on one or more positioning signals.
  • the positioning quality indicates a quality of the alignment between primary coil and secondary coil.
  • the coupling measure indicates a quality of the electromagnetic coupling between the primary coil and the secondary coil.
  • the changing of the position of the primary coil can be done in such a way that the positioning quality and / or the coupling dimension are improved.
  • the position of the primary coil and / or the execution of a relative movement between the primary coil and the secondary coil and / or the determination of the one or more positioning signals may be dependent on the current charging status of the vehicle. For example, at a first charging status of a high charging requirement (eg>50%,> 70%, or> 80%),
  • Positioning signals are generated and / or implemented with a first low tolerance threshold.
  • a second charging state representing a low charging requirement (e.g., ⁇ 50%, ⁇ 30%, or ⁇ 20%)
  • positioning signals having a second tolerance threshold may be generated and / or translated.
  • An orientation of the movement of the primary coil and / or the secondary coil may possibly also be carried out during the charging process.
  • a renewed optimization of the electromagnetic coupling can take place as a function of the change in the charging current.
  • a change in the geometric relative position may occur as a function of the elapsed time and / or in dependence on an initial charging status of the vehicle.
  • the transferred charge current can be 5 - 50 times greater at the beginning of a charging process than at the end of the charging process.
  • the position of the primary coil it may be advantageous, the position of the primary coil to achieve a new
  • Such a postponement can e.g. after completion of 1/3, 2/3, and / or 3/3 of the charging process.
  • the method may further include transmitting information regarding changing the position of the primary coil over a wireless network to a user of the vehicle. So a user can be informed about the positioning process.
  • the method may include determining an overall motion for positioning the primary coil relative to the secondary coil.
  • the total movement can be in a first movement component and in a second
  • Movement component to be split The position of the primary coil can be changed depending on the first component of motion.
  • the Position of the secondary coil may vary depending on the second
  • Movement component to be changed. This is preferably a precalculated movement which is to achieve an optimum
  • Coupling measure or a coupling measure higher than a predetermined threshold leads.
  • the second movement component is also carried out by means of the control of the chassis height of the vehicle, in particular by controlling the actuators of shock absorbers, air suspension, etc.
  • the method may further comprise determining a control signal, wherein the control signal depends on an input at an input unit (e.g., at a so-called human machine interface) of an electronic user equipment.
  • the position of the primary coil may vary depending on the
  • the electronic user device is preferably a mobile device, preferably a mobile phone, smartphone, notebook, Ultrabook, etc. Also, the user device may be part of so-called Smart Clothes. Under Smart-Clothes (English: intelligent / refined clothing, also called I-Wear) are understood to be garments that come with electronic devices or
  • the electronic part and / or the sensory part of the smart-clothes are typically so in the
  • the method may further include causing display information representing a position of the primary coil to be output via an output unit, e.g. Screen of the electronic user device is output.
  • the position shown can preferably be a relative position.
  • the method may include causing the display information to be an action recommendation and / or a
  • Correction requirement for the movement of the vehicle and / or the coil represented by the output unit of the electronic user equipment is output.
  • the display information also includes others
  • Loading information such as a charging status determined or received from the vehicle, and / or specific driving instructions for the driver of the vehicle to achieve the optimum degree of coupling (such as, e.g.
  • the display information also includes controls with which a positioning operation and / or loading operation are controlled or influenced, e.g. can be adjusted.
  • Display information preferably comprises a plurality of graphically displayed information, in particular symbols, status bars or displays for
  • the display information may be, at least in part, "synthetic", that is to say computationally generated, pictorial information which is represented on the basis of determined values for the positioning process and / or loading process
  • Display information a symbolically shown relative position of the primary coil and secondary coil to each other.
  • the display information may also include a portion of real sensor-based images.
  • the display information may include augmentation of information generated in the method (e.g., policy recommendations), e.g. in a symbolic form in a real image, which is generated from sensor data, in particular image data represent.
  • a floor unit for a charging station for inductively charging an electrical storage of a vehicle is described.
  • the ground unit includes a primary coil configured to transmit electrical energy to the secondary coil when there is electromagnetic coupling with a secondary coil of the vehicle.
  • Ground unit moving means which are set to the primary coil move to cause an electromagnetic coupling between primary coil and secondary coil.
  • the charging station may also include a device that serves to at least approximately position the vehicle over the ground unit.
  • the device may include one or more physically configured ones
  • Limitations e.g. Notches or elevations on the ground, include.
  • the floor unit may comprise a, in particular angular or rounded, frame.
  • the moving means may comprise one or more rails connected to the frame.
  • the moving means may comprise actuators arranged to move the primary coil along the one or more rails.
  • the moving means may comprise actuators arranged to move the primary coil along the one or more rails.
  • Movement means comprise rotation means which are adapted to rotate the primary coil about a vertical axis of the primary coil.
  • the movement means may comprise one or more wheels and / or rollers which are adapted to move the primary coil.
  • the ground unit may comprise a sensor, in particular an image sensor.
  • the sensor can be set up to capture sensor data, in particular image data, of a subfloor of the vehicle from below, in particular obliquely from below.
  • the ground unit may include illumination means configured to generate one or more light pulses or a predetermined sequence of light pulses.
  • the sensor in particular image sensor, can be set up to detect a reflection of the light pulse on the underbody of the vehicle.
  • the ground unit may include a controller configured to perform one or more features of the method described in this document.
  • an electronic device for monitoring a positioning operation of a primary coil under a secondary coil of a vehicle includes an output unit configured to output display information regarding a position of the primary coil and a position of the secondary coil of the vehicle.
  • the device comprises an input unit which is set up to detect an input of a user of the electronic device.
  • the device comprises a communication unit which is arranged to send a control signal in response to the detected input in order to effect movement of the primary coil and / or the secondary coil.
  • a floor unit for a charging station for inductively charging an electrical storage of a vehicle is described.
  • the ground unit may include any of the features described in this document.
  • the ground unit includes a primary coil configured to transmit electrical energy to the secondary coil when there is electromagnetic coupling with a secondary coil of the vehicle.
  • the ground unit further comprises an image sensor configured to acquire image data from at least a part of the vehicle (in particular a subfloor of the vehicle).
  • the ground unit includes a control unit configured to provide or use the image data for positioning the secondary coil relative to the primary coil.
  • a method for positioning a primary coil of a ground unit relative to a secondary coil of a vehicle comprises determining sensor data by a sensor of the ground unit, the image data comprising information on the position of at least a part of the vehicle.
  • the method includes changing the position of the primary coil and / or the secondary coil in
  • a method of positioning a secondary coil of a vehicle relative to a primary coil of a ground unit a charging station described.
  • the position of the secondary coil of the vehicle can be changed by driving an actuator of the vehicle.
  • the actuator of the vehicle may in particular be an actuator of the chassis of the vehicle.
  • the actuator may include, for example, a drive motor, a steering motor and / or a vertical dynamic actuator of the chassis of the vehicle, for example, to change the chassis height, the pitch or roll angle of the chassis of the vehicle, etc.
  • the method comprises in particular the determination of positioning signals from sensor data of a sensor (in particular of an image sensor) which is connected to the ground unit.
  • the method further includes transmitting the positioning signals to the vehicle.
  • the transmission of the positioning signals may be direct or indirect, e.g. over a network, or by means of an electronic
  • the method comprises the activation of the actuator of the vehicle as a function of the transmitted
  • a vehicle e.g., a passenger car, a truck, or a motorcycle, or Pedilec
  • a vehicle which includes an electrical storage for storing electrical energy; a secondary coil for receiving electrical energy from a primary coil positioned under an underbody of the vehicle; and a control unit configured to execute one of the methods described in this document.
  • a computer program product is described. The computer program product can be set up to run on one
  • Figure 1 exemplary components of an inductive charging system
  • FIGS. 2a and 2b show the construction of exemplary WPT ground units
  • FIG. 3 shows an exemplary electronic device for controlling the positioning of WPT ground unit and / or vehicle
  • FIG. 4 shows an exemplary system for positioning the coils for an inductive charging process.
  • the present document is concerned with methods and apparatus for positioning the primary coil of a WPT ground unit 111 relative to the secondary coil of a WPT vehicle unit 102 to provide a relatively high (possibly maximum possible) magnetic coupling in accordance with the constraints the primary coil and the secondary coil, and thus to achieve a high efficiency of an inductive charging process.
  • the goal is to allow the driver of a vehicle 100 to park his vehicle 100 near an inductive charging station 110, 111 (i.e.
  • a WPT ground unit 111 especially in the vicinity of a WPT ground unit 111) (eg in a garage or within a public loading area).
  • the occupants of the vehicle 100 may then immediately exit and leave the vehicle 100.
  • An exact positioning of the vehicle 100 to the WPT ground unit 111 by the driver is not required.
  • the driver of the vehicle 100 does not have to wait in the vehicle 100 until the vehicle 100 automatically ranked above the loading unit (ie above the WPT ground unit 111).
  • the charging station 110, 111 is adapted to automatically adapt to the position of the secondary coil. It is not necessary for the driver of the vehicle 100 to wait for the end of the positioning operation. After automatically positioning the WPT ground unit 111 under the WPT vehicle unit 102 (which may take approximately 10-30 seconds), the charging process can be automatically started.
  • a device can be provided by means of which a remote-controlled positioning between vehicle 100 and ground unit 111 can take place.
  • a manual, remote-controlled positioning can take place via a software application on a personal electronic device (for example on a smartphone) of the driver of the vehicle 100.
  • the driver can receive a corresponding message via a wireless network (eg GSM, UMTS, LTE, WLAN) (eg SMS, MMS, e-mail, etc .).
  • a wireless network eg GSM, UMTS, LTE, WLAN
  • SMS, MMS, e-mail, etc . e.g SMS, MMS, e-mail, etc .
  • the driver may then perform remote positioning between the vehicle 100 and ground unit 111 via the apparatus described in this document.
  • Remote control may alternatively or in addition to an automatic
  • FIG. 2 a shows the structure of an exemplary ground unit 111.
  • the ground unit 111 includes a primary spool 211 which is movably disposed within a frame of the ground unit 111.
  • the primary coil 211 in FIG up to two directions (x-direction and y-direction) are moved in the horizontal plane.
  • a rotational movement of the primary coil 211 can be provided.
  • the floor unit 111 comprises two rails 203 which allow movement of the primary reel 211 in a first direction (eg, the y-direction).
  • the primary reel 211 in a first direction (eg, the y-direction).
  • Ground unit 111 a cross rail 201, by which a movement of the primary coil 211 in a second direction (for example, the x-direction) is made possible.
  • the cross rail 201 may be moved over the wheels 202 (e.g., via gears 202) on the rails 203.
  • the primary spool 211 may further be rotatably disposed within the floor unit 111 via a pivot 204.
  • the ground unit 111 may include a control unit 205 configured to control the movement of the primary spool 211.
  • suitable motors may be driven to move the primary spool 211 along the second direction on the cross rail 201 and / or to move the primary spool 211 along the first direction on the rails 203 and / or around the primary spool 211 by means of the rotary joint 204 to turn.
  • the control unit 205 may be configured one or more
  • Positioning signals provide information about how the primary coil 211 is positioned relative to the secondary coil of the vehicle 100.
  • the one or more positioning signals may include: the signal strength of an electromagnetic field between primary coil 211 and secondary coil.
  • the secondary coil may generate an electromagnetic test field during the positioning process.
  • the primary coil 211 may receive this test field via inductive coupling.
  • a signal strength of the received test field can be determined. From the signal strength can on the
  • the ground unit 111 may comprise a camera 206, which is set up to capture image data of the underbody of the vehicle 100.
  • the camera 206 may be disposed on the movable primary coil 211.
  • the camera 206 can be oriented upward to the
  • WPT vehicle unit 102 (and in particular the secondary coil) to be able to detect.
  • the control unit 205 may be configured to move the primary coil 211 in response to the one or more positioning signals.
  • the control unit 205 may be configured to move the primary coil 211 so as to increase (possibly maximize) a degree of coupling between the primary coil 211 and the secondary coil, and / or to align primary coil 211 and secondary coil.
  • the ground unit 111 includes the primary spool 211 fixed on the ground unit 111. Furthermore, the ground unit 111 comprises a plurality of rollers and / or wheels 221, by which a movement of the ground unit 111 is made possible.
  • the rollers and / or wheels 221 may be configured to permit movement of the floor unit 111 in two directions (e.g., in the x and y directions) of the horizontal plane. Furthermore, by the rollers and / or wheels 221, a rotation of the bottom unit 111 can be made possible.
  • the control unit 205 may be configured to drive motors to move the floor unit 111 by means of the rollers and / or wheels 221.
  • one or more positioning signals may be evaluated to allow precise positioning of the ground unit 111 below the WPT vehicle unit 102 of the vehicle 100.
  • the ground unit 111 in FIG. 2b further comprises a lighting unit 207.
  • the lighting unit 207 can be set up to emit light in the visible range, thus indicating the position of the primary coil 211, and for a camera (eg for a camera on the underbody of the vehicle 100). recognizable too do.
  • the primary coil 211 shown in FIG. 2 a may also include such a lighting unit 207.
  • the WPT vehicle unit 102 can also include such a lighting unit 207 in order to make the position of the secondary coil for the camera 206 of the ground unit 111 recognizable.
  • the vehicle 100 can only be positioned relatively roughly by the driver. Precise positioning can then be accomplished (automatically and / or manually) by movement of the primary coil 211.
  • the current-supplying coil 211 such as e.g. shown in Fig. 2a, within a fixed or installed frame by means of a control system 201, 202, 203, 204 is moved.
  • the energizing coil 211 may then be in the x and y directions, e.g. by means of a worm drive 201, 202, 203, are moved.
  • the rotation about the z-axis may be e.g. stored (on ball bearing balls 204) and / or carried out by means of a gear drive.
  • the control and corresponding drives for the movement of the primary coil 211 can thus be provided in a cost effective manner.
  • the primary coil 211 or the bottom unit 111 can move on the garage floor, for example, on 4 wheels 221.
  • Such driven wheels / rollers 221 can provide in a cost effective manner become.
  • restriction marks, indentations and / or a relief or one or more rails may be provided on the floor in order to limit the radius of movement of the primary coil 211 or of the floor unit 111 if necessary.
  • markings may alternatively or additionally be provided for the vehicle 100 to facilitate at least a rough positioning of the vehicle 100 by the driver.
  • the current-generating (lower) coil 211 may alternatively or additionally be configured with a camera 206 which has a positioning signal with respect to the
  • Positioning of the energizing coil 211 with respect to the current-carrying coil generates and / or transmits. Possibly.
  • This may be a wirelessly transmitted video image.
  • the transmission of the image data can in particular be wirelessly via WLAN to the vehicle 100 and / or to a device installed in the vehicle and / or to a mobile phone / smartphone of the driver and / or to a control unit 205 of the ground unit 111.
  • a protective mechanism for the sensor in particular camera, is described.
  • This protective mechanism can be designed as an extendable part of the camera and / or as a protective device of the camera.
  • the protection mechanism is configured to detect a portion of the camera when detecting the approach of a vehicle to be loaded, e.g. extend the front lens or open a flap or panel.
  • the potentially sensitive sensor can be better protected against environmental conditions.
  • the image data from the secondary coil or its mount on the underbody of the vehicle thus taken substantially "bottom-up" allows the driver of the vehicle 100 to monitor the movement of the primary spool 211 under the vehicle 100. This advantage also exists when, alternatively or in addition to a movement of
  • Primary spool 211 moves the vehicle 100 (automatically or manually by the customer). The use of a camera 206 thus facilitates the positioning.
  • the sensor can be set up so that it simultaneously at least temporarily can capture the sensor data from the primary coil and from the secondary coil. In this case, a simplified determination of the positioning data is possible.
  • the sensor may be configured as a wide-angle camera.
  • the camera 206 of the primary coil 211 may be provided in a cost effective manner (eg, a smartphone camera with electronics and app capability and / or WLAN capability).
  • a camera 206 with WLAN can be particularly advantageous and inexpensive.
  • the evaluation of the image data and the following additional graphics can be carried out on a computing unit in the vehicle 100 and / or on an electronic device (eg a smartphone) of the driver and / or in the control unit 205 of the ground unit 111.
  • another sensor in this example a video camera, may be attached to the vehicle underbody, which is directed downwards.
  • a video camera may be attached to the vehicle underbody, which is directed downwards.
  • a camera is disadvantageous because a vehicle camera can pollute relatively quickly.
  • the lower coil 211 and / or the load floor may be provided with illumination 207, in particular with one or more LEDs in the visible and / or infrared spectrum, which may be configured to be automatic in the positioning process
  • the light may e.g. be triggered as a sequence of flashes of light.
  • the times of the flashes of light may be synchronized with times of the recording of a camera 206.
  • a sequence of infrared flashes can make the particular infrared-reflective parts of the vehicle 100 clearly recognizable in the camera image.
  • the data transmitted by the charging device 110, 111 may comprise image data that can be evaluated by means of image processing or object recognition.
  • the image data can be evaluated in order to determine a measure of the coincidence of the positions of the two coils relative to one another.
  • Fig. 3 shows an exemplary electronic device 320, e.g. a smartphone with a touch-sensitive screen.
  • the electronic device 320 comprises an input unit 321 and an output unit 322.
  • interactive input elements for providing an input unit 321 can be displayed on a touch-sensitive screen.
  • the input unit 321 comprises four cursors with which an input with respect to a specific direction of movement can be detected.
  • the output unit 322 may be e.g. include a screen. On the
  • Output unit 322 the positioning of the ground unit 111 and the vehicle 100 can be displayed.
  • an image 311 of the ground unit 111 and an image 300 of the vehicle 100 as well as an image 302 of the WPT vehicle unit 102 can be displayed.
  • the illustrated images 311, 300, 302 may be e.g. based on image data from one or more cameras 206 are created.
  • the electronic device 320 may thus be configured, the
  • Positioning situation between ground unit 111 and vehicle 100 on an output unit 322 represent.
  • the electronic device 320 may be configured to detect inputs of a user via the input unit 321. The inputs may be directed to moving the ground unit 111 and / or the vehicle 100.
  • the electronic device 320 may further be configured to generate a control signal for the ground unit 111 and / or for the vehicle 100 on the basis of a detected input, wherein the control signal is used to generate a control signal the detected input corresponding movement of the ground unit 111 and / or the vehicle 100 is effected.
  • the electronic device 320 may be further configured to send the control signal to the ground unit 111 and / or the vehicle 100.
  • movement of the ground unit 111 and / or the vehicle 100 may be remotely controlled by the electronic device 320.
  • a motion caused by the control signal may be displayed on the output unit 322 (as illustrated by the arrows illustrated in FIG. 3).
  • manual positioning between floor unit 111 and vehicle 100 may be performed by electronic device 320 without requiring a driver of vehicle 100 to return to the parking space of vehicle 100.
  • the positioning operation may thus be influenced / controlled by a user of the vehicle 100 via the graphical user interface of an electronic device 320 (e.g., a smartphone and / or a display in the vehicle 100).
  • the electronic device 320 (or the operating software running on the electronic device 320) may be designed such that the user only has to specify the resulting direction of movement of the ground unit 111 and / or of the vehicle 100, while the trajectory is a composition of individual movements of the ground unit 111 and / or the vehicle 100 is determined automatically.
  • the graphical interface may comprise a real object captured and / or detected with a sensor (e.g., camera 206).
  • recognized objects e.g., ground unit 111 and / or vehicle 100
  • virtual entities / images 311, 300 e.g. by a special embodiment of an augmentation.
  • a user of the electronic device 320 can thus control the movement of the
  • the current-supplying coil 211 or parts of this coil 211 set, the optimum position with respect to
  • the secondary coil Essentially set the secondary coil automatically.
  • the user can see the movement of the spool 211 on a screen 322 and at the same time possibly also influence it, e.g. accelerate, correct, stop, steer, etc.
  • Monitoring or control of the positioning process can preferably take place by means of a graphical representation or by means of a graphical user interface (operating symbols, such as arrows) and / or via the rotation of the electronic device 320, which can be interpreted as a movement request via its own sensor system.
  • Remote control can also be realized with the help of an app that works on the
  • At least part of the operating software can run in a computer unit of the vehicle 100.
  • the vehicle 100 may include a substantially downwardly oriented sensor configured to overgrow the relative position between the primary coil 211 and the secondary coil.
  • the data provided by the sensor may be used as positioning signals in the positioning of the primary coil 211 and / or the vehicle 100
  • the control (i.e., in particular the control unit 205) of the ground unit 111 used to position the current-carrying coil 211 may include a wireless (e.g., via WLAN) transmitted signal from the vehicle 100,
  • a closed loop can be closed to control the positioning process.
  • the transmitted signal can be used as manipulated variable or as input to determine a manipulated variable of
  • Motion actuators of the ground unit 111 are used.
  • the control unit 205 can thus use a control loop to the
  • the control typically regulates the coil position until the predetermined geometric parameters and / or until the predefined deviation from the maximum possible induction quality and / or up to the maximum inductive coupling or the
  • Such an optimum may typically be relatively rough
  • the control unit 205 may be configured to wirelessly transmit a successful and / or failed positioning signal to an electronic device 320 (e.g., a mobile phone) of a user and / or the user's home network. So may the need to monitor the electronic device 320 (e.g., a mobile phone) of a user and / or the user's home network. So may the need to monitor the electronic device 320 (e.g., a mobile phone) of a user and / or the user's home network. So may the need to monitor the electronic device 320 (e.g., a mobile phone) of a user and / or the user's home network. So may the need to monitor the electronic device 320 (e.g., a mobile phone) of a user and / or the user's home network. So may the need to monitor the electronic device 320 (e.g., a mobile phone) of a user and / or the user's home network. So may the need to monitor the electronic device 320 (e.g
  • a movement of the primary coil 211 can also be used in combination with an automatically positionable vehicle.
  • the vehicle 100 may be configured to automatically (relatively roughly) position in the vicinity of the ground unit 111.
  • the movement of the current-generating coil 211 can then be a precise and fast fine positioning done (eg by a rotation of the primary coil 211).
  • movements that are difficult for the vehicle 100 to perform eg, rotations
  • the time required for a driver of the vehicle 100 can be substantially reduced.
  • a movement of the vehicle 100 and a movement of the primary coil 211 can be coordinated. In particular, e.g. through the
  • Control unit 205 a total need for relative movement or deviation from a target position (X, Y, Z, rotation) are determined to a precise
  • This total requirement i. This total movement can then be divided into vehicle movement shares that can be performed by the vehicle 100 and divided into coil movement shares that can be performed by the primary coil 211.
  • the positioning process can be further accelerated.
  • the efficiency of the positioning process can be increased.
  • Fig. 4 shows a system of vehicle 100, charging station 110, 111 and
  • the methods described in this document e.g. can be performed by a dedicated system, e.g. is arranged on the charging station 110, 111.
  • the vehicle 100 may be configured to perform the methods described in this document.
  • an electronic device 320 e.g., a smartphone or a mobile phone
  • the methods described in this document have a variety of
  • Vehicle systems In particular, numerous special equipment and architectural premises for a vehicle are eliminated, resulting in cost advantages. There are no backward compatibility restrictions.
  • a vehicle-external solution typically has an increased flexibility, since the charging device can also be developed independently of the development process of a vehicle. This results in substantial reductions in development time and development costs of vehicles.
  • the solution described in this document is also readily available on public land. This results in particular reliefs of

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)
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Abstract

Es wird eine Bodeneinheit (111) für eine Ladestation (110, 111) zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers (103) eines Fahrzeugs (100) beschrieben. Die Bodeneinheit (111) umfasst, eine Primärspule (211), die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs (100) elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen. Die Bodeneinheit (111) umfasst weiter einen Bildsensor (206), der eingerichtet ist, Bilddaten von zumindest einem Teil des Fahrzeugs (100) zu erfassen. Außerdem umfasst die Bodeneinheit (111) eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Bilddaten für eine Positionierung der Sekundärspule relativ zu der Primärspule (211) bereitzustellen oder zu verwenden.

Description

Verfahren und Bodeneinheit zum induktiven Laden von Elektro- und
Hybridfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum induktiven Laden eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über eine Batterie, in der elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem
Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.
Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit 120 die elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in Figur 1 dargestellt.
Insbesondere zeigt Fig. 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Speicher 103 für elektrische Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine sogenannte Sekundärspule im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule über eine nicht gezeigte Impedanzanpassung und einen Gleichrichter 101 mit dem Speicher 103 verbunden ist. Die Sekundärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten„Wireless Power Transfer" (WPT) Fahrzeugeinheit 102.
Die Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 kann über einer Primärspule positioniert werden, wobei die Primärspule z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT- Bodeneinheit 111. Die Primärspule ist mit einer Stromversorgung 110 (in diesem Dokument auch als Ladeeinheit 110 bezeichnet) verbunden. Die Stromversorgung 110 kann einen Radio-Frequenz-Generator umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule der WPT-Bodeneinheit 111 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld induziert wird. Dieses magnetische Feld wird in diesem Dokument auch als elektromagnetisches Ladefeld bezeichnet. Das
elektromagnetische Ladefeld kann einen vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich aufweisen. Der Ladefeld-Frequenzbereich kann im LF (Low Frequency) - Bereich liegen, z.B. bei 80-90kHz (insbesondere bei 85kHz).
Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule der WPT- Bodeneinheit 111 und Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 über die Unterbodenfreiheit 120 wird durch das magnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 wird durch den Gleichrichter 101 gleichgerichtet und im Speicher 103 (z.B. in der Batterie) gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung 110 zum Energie-Speicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der
Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade- Steuergerät 105 (auch als WPT- Steuergerät 105 bezeichnet) gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät 105 kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos, mit der Ladeeinheit 110 (z.B. mit einer Wallbox) oder mit der WPT-Bodeneinheit 111 zu kommunizieren.
Zur Bereitstellung einer ausreichenden magnetischen Kopplung zwischen der Primärspule in der WPT-Bodeneinheit 111 und in der Sekundärspule in der WPT- Fahrzeugeinheit 102 ist eine präzise Positionierung der Spulen zueinander erforderlich. Dies kann zu zeitintensiven Rangiervorgängen führen, bei denen das Fahrzeug 100 in mehreren Rangierzügen über der WPT-Bodeneinheit 111 ausgerichtet wird. Der Fahrer muss bei diesem Vorgang im Auto bleiben und/oder im Falle einer automatischen Fahrzeugbewegung jederzeit bereit sein, in die automatische Fahrzeugbewegung einzugreifen („Driver in the Loop"- Anforderung). Desweiteren ist für eine automatische Fahrzeugbewegung für einen Rangiervorgang häufig eine aufwändige Entwicklung von Sensorik und einer Fahrerassistenzfunktion mit hoher funktionaler Sicherheit (ASIL- Methodik) erforderlich. Desweiteren müssen typischerweise geeignete Randbedingungen im Fahrzeug (Architektur, etc.) geschaffen werden, um eine derartige automatische Rangierfunktion bereitzustellen. Dies kann zu relativ langen Entwicklungszeiten und relativ hohen Aufwänden für Absicherung, Prüfgeräte im Händlernetz, etc. führen. Desweiteren sind mit solchen automatischen Fahrzeugfunktionen häufig hohe Zulassungsvoraussetzungen zu erfüllen, was zu Einschränkungen der Zulassungsfähigkeit führen kann.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe eine für einen Benutzer vereinfachte und ggf. automatische Positionierung von
Primärspule und Sekundärspule zum induktiven Laden eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Positionierung einer Primärspule unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ändern einer Position der Primärspule um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dabei kann das Verändern der Position z.B. folgende Bewegungskomponenten umfassen: Verschiebung in X-Richtung und/oder in Y-Richtung und/oder Z-Richtung im Koordinatensystem des Fahrzeugs und/oder Verdrehung der Primärspule, insbesondere bis zu einem Winkel von +/- ca. 5° - 15° und/oder ein Nicken und/oder Kippen der Primärspule vorgesehen werden. Bevorzugt wird dabei die elektromagnetische Kopplung erhöht bis ein Kopplungsmaß höher als eine vordefinierte Schwelle ist. Besonders bevorzugt wird die elektromagnetische Kopplung dabei derart optimiert, dass im Wesentlichen ein Maximum, bevorzugt das globale Maximum einer Funktion erreicht wird, die eine Abhängigkeit der elektromagnetischen Kopplung von den relativen Position der Primärspule zur Sekundärspule beschreibt.
Die Primärspule kann durch ein Bewegungsmittel bewegt werden und das Ändern der Position der Primärspule kann umfassen, das Veranlassen des Bewegungsmittels, die Primärspule zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zu bewirken.
Das Verfahren kann weiter umfassen, das Ermitteln von ein oder mehreren Positionierungssignalen, wobei die ein oder mehreren Positionierungssignale Informationen darüber umfassen, wie die Primärspule relativ zu der
Sekundärspule positioniert ist. Außerdem kann das Verfahren umfassen das Ändern der Position der Primärspule in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Positionierungssignalen. Bevorzugt können diese Positionierungssignale eine relative Position der Primärspule zu der Sekundärspule repräsentieren. Eine relative Position kann auch eine oder mehrere Vektorgrößen umfassen, die den Unterschied zwischen einer Ist-Position und einer Soll-Position repräsentieren oder den Unterschied zwischen den räumlichen Positionen der jeweiligen Spulen- Flächen repräsentieren. Positionierungssignale können auch konkrete quantitative Information zu den Abweichungen von einer optimalen (Relativ- )Position und/oder einen konkreten Bewegungsbedarf repräsentieren, die z.B. einen oder mehrere Bewegungsvektoren oder Vorschriften zur Ausführung einer (Relativ-) Bewegung umfassen. Besonders bevorzugt können Positionierungssignale zumindest zwei, bevorzugt drei mathematisch zueinander orthogonalen geometrischen Parameter umfassen. Solche Parameter können z.B. Positionen in X-Richtung, Y-Richtung, Z-Richtung eines orthogonalen (kartesischen)
Koordinatensystems oder analoge mathematisch unabhängigen Parameter, z.B. in einem sphärischen Polarkoordinatensystem, oder in einem speziellen
Koordinatensystem umfassen. Dabei kann der Vorgang des Änderns der Position eine optimierte zwei oder dreidimensionale Ausrichtung der Primärspule und Sekundärspule zueinander umfassen. Somit kann die elektromagnetische
Kopplung optimiert werden, was bei einer immer größer werdenden
Energiemenge geringere Energieverluste und ggf. geringere elektromagnetische Emission (Abstrahlung) nach außen bewirkt.
Die Primärspule kann in einer Bodeneinheit angeordnet sein. Die ein oder mehreren Positionierungssignale können Sensordaten (insbesondere Bilddaten) von einem Sensor umfassen, der mit der Bodeneinheit verbunden ist. Die Verbindung mit der Bodeneinheit impliziert dabei typischerweise zumindest eine vorausbestimmte Position des Sensors relativ zu einem unbeweglichen oder beweglichen Teil der Bodeneinheit. Die Verbindung kann insbesondere eine feste (reversible oder nicht reversible) physikalische Verbindung sein. Die Sensordaten können Informationen zu der Position zumindest eines Teils des Fahrzeugs (z.B. Informationen bzgl. des Unterbodens des Fahrzeugs) umfassen. Der Sensor kann mit der Primärspule verbunden sein und eignet sich damit typischerweise noch besser zur Messung der Relativposition. Alternativ kann der Sensor abhängig von der Bewegung der Primärspule bewegt werden. Der Sensor kann somit mit der Primärspule verbunden sein, oder kann, z.B. durch eine mechanische oder mechatronische Vorrichtung, in Anhängigkeit von der Bewegung der Primärspule bewegbar gestaltet sein bzw. sich bewegen. Eine solche Bewegung kann auch auf einer speziellen geraden oder gebogenen Schiene bzw. Führung erfolgen. Beim Sensor kann es sich bevorzugt um einen Bildsensor und/oder einen lichtemittierenden bzw. lichterfassenden Sensor, z.B. LED-Sensor oder einem Lasersensor, handeln. Ein Bildsensor kann dabei als eine Kamera, die das Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Spektralbereich erfasst, ausgestaltet sein. Der Sensor kann eine entsprechende Recheneinheit, z.B. eine Bildverarbeitungseinheit zur Bereitstellung oder Auswertung der Sensordaten, z.B. Bilddaten, Objektdaten, Punktwolkendaten, Kantendaten oder Koordinatendaten umfassen. Eine Erfassung der Position der Sekundärspule mit einem, insbesondere mit der Bodeneinheit verbundenen Sensors, bietet diverse Vorteile im Vergleich zu einem denkbaren Positionierungsvorgang (allein) mittels eines Sensors, der am Fahrzeug verbaut ist. Ein erfindungsgemäßer Sensor ist insbesondere nicht den Umwelteinflüssen und Beanspruchungen, wie z.B. ein entsprechender Sensor am Fahrzeugboden, ausgesetzt.
Das Verfahren kann weiter das Auswerten der Sensordaten umfassen, um eine Position der Primärspule relativ zu der Sekundärspule zu ermitteln, insbesondere mittels Bildverarbeitung und/oder Objekterkennung und/oder Mustererkennung. Bei Sensoren die sich anderer Funktionsprinzipen bedienen, kann eine
entsprechende Verarbeitung von Sensordaten, insbesondere basierend auf einer Erkennung bestimmter Muster in den Sensordaten, Filterung der Daten, etc. angewandt werden.
Das Verfahren kann auch ein, insbesondere pro Fahrzeug einmaliges oder regelmäßiges, manuelles oder teilweise automatisiertes Anlernen umfassen.
Beim Anlernen erfolgt ein Positionierungsvorgang mit Zuhilfenahme weiterer Mittel, wobei in Abhängigkeit von diesem Positionierungsvorgang Lerndaten ermittelt werden, die (nach einer Zwischenspeicherung) bei einer oder mehreren nachfolgenden Ausführungen des Verfahrens genutzt werden.
Weitere beim Anlernen hinzugenommene Mittel können dabei Mittel zur teilweise durch eine Person gesteuerten Positionierung sein und/oder ein
Anschließen oder Nutzen einer weiteren Meßvorrichtung oder Recheneinheit oder das Ausführen eines hierfür ausgestalteten Computerprogrammprodukts sein.
Die Lerndaten können für eine (vereinfachte, präzisere, schnellere) Ausführung des Verfahrens genutzt werden. Beispielsweise können diese z.B. beim Ermitteln der Positionierungssignale bei der Findung einer optimierten Relativposition genutzt werden. Solche Lerndaten können Kalibierdaten und/oder spezielle Eigenschaften des Fahrzeugs oder der Ladestation oder der Umgebung und/oder des Sensors repräsentieren.
Positionierungssignale, bevorzugt umfassend die relative Position der Primärspule und der Sekundärspule, können dabei ermittelt werden, in Abhängigkeit von einer bekannten oder angelernten oder ermittelten geometrischen Relation des Teils des Fahrzeugs zu der Sekundärspule.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch das Eingeben, drahtloses Übermitteln oder Ermitteln der Lerndaten umfassen. Z.B. können die Lerndaten die im Zusammenhang mit einem Fahrzeug ermittelt wurden, bei einem anderen Fahrzeug (des selben oder unterschiedlichen Typs) verwendet werden, und/oder es können Lerndaten, die bei der Ausführung des Verfahrens mit einer
Bodeneinheit ermittelt wurden, bei einer Ausführung des Verfahrens mit einer anderen Bodeneinheit genutzt werden.
Der Sensor, bevorzugt ein Bildsensor, kann zur Erkennung vorausbestimmter, bevorzugt markanter, Teile des Fahrzeugs ausgestaltet sein.
Als markant sind dabei Teile anzusehen, die besonders gut mit dem Sensor erfasst und/oder als solche erkannt, bzw. vermessen werden können. Insbesondere können vorausbestimmte Teile an einem erhöhten Übereinstimmungsgrad oder einer erhöhten Korrelation mit einem vorausbestimmten Muster in den
Sensordaten erkannt werden. Bevorzugt können solche Teile sein:
Teil der Sekundärspule, und/oder Teil der Fahrzeugreifen, und/oder Teil der
Fahrzeugachsen.
Dabei kann die Erfassung bzw. Erkennung mehrerer Teile des Fahrzeugs zu einer gegenseitigen Plausibilisierung einzelner Erkennungen oder zur Auflösung nicht vorgesehener Positionierungssituationen genutzt werden. Der Bildsensor kann daher zur Erkennung zumindest zwei oder mehrerer Teile des Fahrzeugs und zum Ermitteln der Position und/oder des Winkel zu zumindest zwei oder mehrerer der erkannten Teile eingerichtet sein. Bevorzugt kann dabei auch ein, z.B. auf einer (stereometrischen) Triangulation basierendes, Verfahren angewandt werden, welches zum Ermitteln einer relativen Position und/oder von
Positionierungssignalen führt, die dreidimensionale Daten oder Bewegungsdaten mit zwei oder drei räumlichen Komponenten aufweisen.
Das Verfahren kann das Generieren eines (vorausbestimmten) Lichtmusters und/oder von Lichtpulsen, insbesondere von einer (vorausbestimmten) Sequenz von Lichtpulsen und das Erfassen von Sensordaten bzgl. der Sequenz von Lichtpulsen umfassen. Die Lichtmuster bzw. Lichtpulse können bevorzugt zumindest teilweise im Infrarotbereich generiert werden. Die Zeitintervalle, in welchen Lichtmuster und/oder Lichtpulse oder eine (vorausbestimmte) Sequenz von Lichtpulsen generiert werden, können mit Zeitintervallen des Erfassens der Sensordaten synchronisiert sein. Die in Abhängigkeit von Lichtmustern, Lichtpulsen oder von den Sequenzen von Lichtmustern und/oder Lichtpulsen erfassten Sensordaten bieten dabei einen besonderen Vorteil gegenüber einer Erfassung von z.B. gewöhnlichen
(fotografischen) Bilddaten bei einem sehr schwachen oder unregelmäßigen Licht unter dem Fahrzeugboden. Besonders bei einem Fahrzeugunterboden handelt es sich typischerweise um eine stark verschmutze Umgebung. Diese kann anhand von Lichtmustern, Lichtpulsen oder von den Sequenzen von Lichtmuster und/oder Lichtpulsen (auch speziell im Infrarotbereich) eine verlässliche
Erfassung der Teile des Fahrzeugs bieten. Bevorzugt werden die Sensordaten dabei mittels einer Musterkennung verarbeitet. Somit kann das Verfahren äußerst robust, bzw. störungsfrei und präzise ausgeführt werden.
Die ein oder mehrere Positionierungssignale können zweite Sensordaten, insbesondere Bilddaten von einem zweiten Sensor, insbesondere Bildsensor, umfassen, der an dem Fahrzeug angeordnet ist. Die zweiten Bilddaten können Informationen bzgl. der Primärspule umfassen.
Das Verfahren kann das Aussenden von einem elektromagnetischen und/oder akustischen Signal von einem Unterboden des Fahrzeugs in Richtung Boden, sowie das Erfassen von einer Reflektion des ausgesendeten Signals umfassen. Die ein oder mehreren Positionierungssignale können von der erfassten Reflektion des ausgesendeten Signals abhängen. Das ausgesendete elektromagnetische Signal kann ein optisches Signal umfassen, wobei der Großteil seiner Strahlungsenergie im sichtbaren oder nicht sichtbaren Spektrum sein kann. Ein akustisches Signal kann bevorzugt ein Ultraschall- Signal sein. Besonders bevorzugt umfasst das elektromagnetische und/oder das akustische Signal ein bestimmtes Muster, z.B. Bildmuster, Amplitudenmodulations-Muster, und/oder Phasen- Modulationsmuster. Der mit der Bodeneinheit verbundene Sensor kann zur Erfassung eines maschinenlesbaren Codes (z.B. eines QR, Quick Response, Codes) ausgestaltet sein. Ein solcher Code kann z.B. von einem Bildsensor oder von einem
Laserscanner erfasst werden. Eine Information, die einen technischen Parameter des Fahrzeugs repräsentiert, insbesondere bzgl. der Sekundärspule oder des Energiespeichers des Fahrzeugs, kann in Abhängigkeit von den ausgelesenen Daten von einem maschinenlesbaren Code, z.B. vom Unterboden des Fahrzeugs mittels des Sensors, ermittelt werden. Die Positionierungssignale und/oder der Ladebetrieb des Fahrzeugs können in Abhängigkeit von den erfassten
Informationen betrieben werden. Ein solches Verfahren ist vorteilhaft besonders für Ladestationen, die eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeuge bedienen, z.B. öffentliche Ladestationen die in Parkhäusern, Parkplätzen, Einkaufszentren, etc. angebracht werden können. Somit können diese Ladestationen automatisch an eine Vielzahl unterschiedlicher (jeweils optimaler) Ladebetriebe und Standards angepasst werden. Der maschinenlesbarer Code kann ein QR (=Quick Response) Code sein. Dieser kann durch einen Fahrzeughersteller, Service oder durch den Fahrer selbst an einem bestimmten Teil des Fahrzeugs (insbesondere der
Sekundärspule) angebracht werden. Besonders bevorzugt kann der Code ein Muster, z.B. ein Kontrastmuster im Infrarotbereich reflektieren. Vorteilhaft ist ein Code zur Reflektion eines bestimmten Lichtmusters im Infrarotlicht-Bereich. Das Muster kann auch redundante Informationen oder Prüfzahlen umfassen, derart, dass bei einer starken Verschmutzung eines Teils des Musters, weiterhin eine Erkennung anhand von einem erfassten Teil des Musters möglich ist. Ein solches Muster kann somit auch erkannt werden, wenn der maschinenlesbare Code verschmutzt ist.
Der maschinenlesbare Code kann eine oder mehrere der folgenden Daten umfassen: eine oder mehrere optimierte Ladekurven (Strom / Zeit), und/oder eine oder mehrere Frequenzinformation zu dem Ladevorgang, und/oder eine
Information zur Position der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugunterbodens, eine oder mehrere geometrischen Parameter zu der Anordnung der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugs, insbesondere zu dem maschinenlesbaren Code, etc. Dabei können z.B. durch Erfassung der Position des (für den Sensor leicht erkennbaren) maschinenlesbaren Code und der ausgelesenen Information auch die Positionierungssignale bzgl. der Sekundärspule ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Informationen zu den optimierten
Ladekurven (Strom / Zeit), und/oder ein oder mehrere Frequenzinformationen zu dem Ladevorgang, und/oder eine Information zur Position der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugunterbodens, auch mittels einer Drahtloskommunikation, z.B. NFC (Near Field Communication), WLAN, Bluetooth, etc., im
Zusammenhang mit dem Verfahren übertragen werden. Dabei kann ein optimierter Ladebetrieb des Fahrzeugs, z.B. auch in Abhängigkeit von einer zur Verfügung stehenden Ladezeit, einer noch zu fahrenden Fahrstrecke, z.B. aus Daten eines Navigationssystems, ermittelt werden. Dabei kann auch eine bidirektionale Kommunikation zwischen Fahrzeug und Bodeneinheit ausgeführt werden.
Die ein oder mehreren Positionierungssignale können ein Feedbacksignal von dem Fahrzeug umfassen. Dabei kann das Feedback-Signal mittels eines
Fahrzeug Systems und/oder mittels einer zusätzlichen dafür vorgesehenen Vorrichtung erzeugt werden, die mit dem Fahrzeug verbunden ist. Das entsprechende Fahrzeug System und/oder die Vorrichtung können dabei zur Aussendung eines Feedbacksignals und/oder für das Empfangen zumindest eines Positionierungssignals ausgestaltet sein.
Das Verfahren kann weiter das Ermitteln eines Positionierungsmaßes bzw. einer Positionierungsgüte und/oder eines Kopplungsmaßes auf Basis eines oder mehrerer Positionierungssignale umfassen. Dabei zeigt die Positionierungsgüte eine Qualität der Ausrichtung zwischen Primärspule und Sekundärspule an. Das Kopplungsmaß zeigt eine Qualität der elektromagnetischen Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule an. Das Ändern der Position der Primärspule kann derart erfolgen, dass die Positionierungsgüte und/oder das Kopplungsmaß verbessert werden. Die Position der Primärspule und/oder die Ausführung einer Relativbewegung zwischen Primärspule und Sekundärspule und/oder das Ermitteln der ein oder mehreren Positionierungssignale können von dem aktuellen Ladestatus des Fahrzeugs abhängig sein. Beispielsweise können bei einem ersten Ladestatus der einen hohen Ladebedarf (z.B. > 50%, > 70%, oder > 80%) repräsentiert,
Positionierungssignale mit einer ersten niedrigen Toleranzschwelle generiert und/oder umgesetzt werden. Beispielsweise können bei einem zweiten Ladestatus, der einen niedrigen Ladebedarf (z.B. < 50%, < 30%, oder < 20%) repräsentiert, Positionierungssignale mit einer zweiten Toleranz schwelle generiert und/oder umgesetzt werden. Besonders kann die Optimierung einer geometrischen Position und/oder eines Kopplungsmaßes in Abhängigkeit davon erfolgen, wie viel Energie bei dem Ladevorgang voraussichtlich übertragen wird. Eine Ausrichtung der Bewegung der Primärspule und/oder der Sekundärspule kann ggf. auch während des Ladevorgangs ausgeführt werden. Eine erneute Optimierung der elektromagnetischen Kopplung kann in Abhängigkeit von der Veränderung des Ladestroms erfolgen. Eine Veränderung der geometrischen relativen Position kann in Anhängigkeit von der verstrichenen Zeit und/oder in Anhängigkeit von einem ursprünglichen Ladestatus des Fahrzeugs erfolgen. Je nach Ladestrom gibt es typischerweise bestimmte unterschiedliche Optima für eine geometrische Ausrichtung zwischen den Spulen. Der übertragene Ladestrom kann am Anfang eines Ladevorgangs 5 - 50 Mal größer sein, als am Ende des Ladevorgangs. Insbesondere bei der Bewegung der Primärspule kann es vorteilhaft sein, die Position der Primärspule zur Erreichung eines neuen
Optimums anzupassen. Eine solche Nachbewegung kann z.B. nach Abschluss von 1/3, 2/3, und/oder 3/3 des Ladevorgangs vorgenommen werden.
Das Verfahren kann weiter das Senden von Informationen bzgl. des Änderns der Position der Primärspule über ein drahtloses Netzwerk an einen Nutzer des Fahrzeugs umfassen. So kann ein Nutzer über den Positionierungsvorgang informiert werden.
Das Verfahren kann das Ermitteln einer Gesamtbewegung für eine Positionierung der Primärspule relativ zu der Sekundärspule umfassen. Die Gesamtbewegung kann in eine erste Bewegungskomponente und in eine zweite
Bewegungskomponente aufgeteilt werden. Die Position der Primärspule kann in Abhängigkeit von der ersten Bewegungskomponente verändert werden. Die Position der Sekundärspule kann in Abhängigkeit von der zweiten
Bewegungskomponente verändert werden. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine vorausberechnete Bewegung, die zur Erreichung eines optimalen
Kopplungsmaßes oder eines Kopplungsmaßes höher als einer vorausbestimmten Schwelle führt. Besonders bevorzugt wird die zweite Bewegungskomponente auch mittels der Ansteuerung der Fahrwerkhöhe des Fahrzeugs, insbesondere durch Ansteuerung der Aktoren von Stoßdämpfer, Luftfederung, etc. ausgeführt.
Das Verfahren kann weiter umfassen, das Ermitteln von einem Steuersignal, wobei das Steuersignal von einer Eingabe an einer Eingabeeinheit (z.B. an einem sogenannten Human Machine Interface) eines elektronischen Anwendergeräts abhängt. Die Position der Primärspule kann in Abhängigkeit von dem
Steuersignal erfolgen. Das elektronische Anwendergerät ist bevorzugt ein mobiles Gerät, bevorzugt ein Mobiltelefon, Smartphone, Notebook, Ultrabook, etc. Auch kann das Anwendergerät ein Teil von sogenannten Smart Clothes sein. Unter Smart-Clothes (englisch: intelligente/raffinierte Kleidung, auch I-Wear genannt) sind Kleidungsstücke zu verstehen, die mit elektronischen Geräten oder
Funktionen ausgestattet sind. Insbesondere sind der elektronische Teil und/oder der sensorischer Teil des Smart-Clothes dabei typischerweise so in das
Kleidungsstück integriert, dass sie von außen nicht sichtbar sind. Auch können die funktional zur Ausführung des Verfahrens genutzten elektronischen
Komponenten von Smart-Clothes flexibel (biegsam) und an die Körperform oder Körperbewegung oder den körperlichen Zustand anpassbar ausgestaltet sein. Das Verfahren kann weiter umfassen, das Veranlassen, dass Anzeigeinformation, die eine Position der Primärspule repräsentiert, über eine Ausgabeeinheit, z.B. Bildschirm des elektronischen Anwendergeräts ausgegeben wird. Dabei kann die dargestellte Position bevorzugt eine Relativposition sein. Anstelle von einer Position können auch Bewegungsempfehlungen und/oder der Korrekturbedarf zu einer bereits ausgeführten und/oder durch ein automatisches Verfahren geplanten Bewegung ausgegeben werden. Das Verfahren kann umfassen, das Veranlassen, dass Anzeigeinformation die eine Handlungsempfehlung und/oder einen
Korrekturbedarf zu der Bewegung des Fahrzeugs und/oder der Spule repräsentieren, über die Ausgabeeinheit des elektronischen Anwendergeräts ausgegeben wird.
Besonders bevorzugt umfassen die Anzeigeinformationen auch weitere
Informationen zum Ladevorgang: wie z.B. ein aus dem Fahrzeug ermittelter bzw. empfangener Ladestatus, und/oder konkrete Fahranweisungen für den Fahrer des Fahrzeugs zur Erreichung des optimalen Kopplungsmaßes (wie z.B.
Lenkanweisung, Lenkrichtung, Fahrpedal, Bremsen), und/oder empfohlene Zeitpunkte und/oder Reihenfolge von Fahraktionen. Besonders bevorzugt umfassen die Anzeigeinformationen auch Bedienelemente, mit welchen ein Positionierungsvorgang und/oder Ladevorgang gesteuert oder beeinflusst, z.B. angepasst werden kann.
Bevorzugt umfassen Anzeigeinformationen mehrere grafisch dargestellten Informationen, insbesondere Symbole, Statusleisten oder Anzeigen zur
Positionierung und/oder zum Ladevorgang. Die Anzeigeinformation kann zumindest teilweise eine„synthetische", d.h. rechnerisch erzeugte, bildliche Information sein, die anhand ermittelter Werte zum Positionierungsvorgang und/oder Ladevorgang dargestellt wird. Besonders bevorzugt umfasst die
Anzeigeinformation eine symbolisch dargestellte relative Position der Primärspule und Sekundärspule zueinander. Ferner kann die Anzeigeinformation auch einen Teil realer, auf Sensordaten basierender Bilder umfassen. Ganz besonders bevorzugt kann die Anzeigeinformation eine Augmentierung von einer, bei dem Verfahren erzeugten, Information (z.B. Handlungsempfehlungen) z.B. in einer symbolischen Form in einem realen Bild, welches aus Sensordaten, insbesondere Bilddaten erzeugt wird, darstellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Bodeneinheit für eine Ladestation zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers eines Fahrzeugs beschrieben. Die Bodeneinheit umfasst eine Primärspule, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen. Desweiteren umfasst die
Bodeneinheit Bewegungsmittel, die eingerichtet sind, die Primärspule zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zu bewirken.
Die Ladestation kann außerdem eine Vorrichtung umfassen, die zu einer zumindest ungefähren Positionierung des Fahrzeugs über der Bodeneinheit dient. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere physikalisch ausgestaltete
Begrenzungen, z.B. Einkerbungen oder Erhebungen auf dem Boden, umfassen.
Die Bodeneinheit kann einen, insbesondere eckigen oder abgerundeten, Rahmen umfassen. Die Bewegungsmittel können ein oder mehrere Schienen umfassen, die mit dem Rahmen verbunden sind. Desweiteren können die Bewegungsmittel Aktuatoren umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule entlang der ein oder mehreren Schienen zu bewegen. Alternativ oder ergänzend können die
Bewegungsmittel Rotationsmittel umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule um eine vertikale Achse der Primärspule zu drehen. Alternativ oder ergänzend können die Bewegungsmittel ein oder mehrere Räder und/oder Rollen umfassen, die eingerichtet sind, die Primär spule zu bewegen.
Die Bodeneinheit kann einen Sensor, insbesondere Bildsensor, umfassen. Der Sensor kann eingerichtet sein Sensordaten, insbesondere Bilddaten, eines Unterbodens des Fahrzeugs von unten, insbesondere schräg von unten, zu erfassen.
Die Bodeneinheit kann Beleuchtungsmittel umfassen, die eingerichtet sind, ein oder mehrere Lichtpulse oder eine vorausbestimmte Sequenz von Lichtpulsen zu generieren. Der Sensor, insbesondere Bildsensor, kann eingerichtet sein, eine Reflektion des Lichtpulses an dem Unterboden des Fahrzeugs zu erfassen.
Die Bodeneinheit kann eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Merkmale des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein elektronisches Gerät zur Überwachung eines Positionierungsvorgangs einer Primärspule unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs beschrieben. Das elektronische Gerät umfasst eine Ausgabeeinheit, die eingerichtet ist, Anzeigeinformationen bzgl. einer Position der Primärspule und bzgl. einer Position der Sekundärspule des Fahrzeugs auszugeben. Desweiteren umfasst das Gerät eine Eingabeeinheit, die eingerichtet ist, eine Eingabe eines Nutzers des elektronischen Geräts zu erfassen. Außerdem umfasst das Gerät eine Kommunikationseinheit, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der erfassten Eingabe ein Steuersignal zu senden, um eine Bewegung der Primärspule und/oder der Sekundärspule zu bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Bodeneinheit für eine Ladestation zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers eines Fahrzeugs beschrieben. Die Bodeneinheit kann beliebige der in diesem Dokument beschriebenen Merkmale umfassen. Die Bodeneinheit umfasst eine Primärspule, die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen. Die
Bodeneinheit umfasst weiter einen Bildsensor, der eingerichtet ist, Bilddaten von zumindest einem Teil des Fahrzeugs (insbesondere eines Unterbodens des Fahrzeugs) zu erfassen. Außerdem umfasst die Bodeneinheit eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Bilddaten für eine Positionierung der Sekundärspule relativ zu der Primärspule bereitzustellen oder zu verwenden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Positionierung einer Primärspule einer Bodeneinheit relativ zu einer Sekundärspule eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Sensordaten durch einen Sensor der Bodeneinheit, wobei die Bilddaten Informationen zu der Position zumindest eines Teils des Fahrzeugs umfassen. Außerdem umfasst das Verfahren das Ändern der Position der Primärspule und/oder der Sekundärspule in
Abhängigkeit von den Sensordaten.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Positionierung einer Sekundärspule eines Fahrzeugs relativ zu einer Primärspule einer Bodeneinheit einer Ladestation beschrieben. Die Position der Sekundärspule des Fahrzeugs kann durch eine Ansteuerung eines Aktors des Fahrzeugs verändert werden. Bei dem Aktor des Fahrzeugs kann es sich insbesondere um einen Aktor des Fahrwerks des Fahrzeugs handeln. Der Aktor kann z.B. einen Antriebsmotor, einen Lenkungsmotor und/oder einen vertikaldynamischen Aktor des Fahrwerks des Fahrzeugs umfassen, z.B. zur Veränderung der Fahrwerkshöhe, des Nickoder Wankwinkels des Fahrwerks des Fahrzeugs, etc.
Die in diesem Dokument beschriebenen Merkmale können auch in Kombination mit diesem Verfahren verwendet werden. Das Verfahren umfasst insbesondere das Ermitteln von Positionierungssignalen aus Sensordaten eines Sensors (insbesondere eines Bildsensors), der mit der Bodeneinheit verbunden ist. Das Verfahren umfasst weiter das Übermitteln der Positionierungssignale an das Fahrzeug. Das Übermitteln der Positionierungssignale kann dabei unmittelbar oder mittelbar, z.B. über ein Netzwerk, oder mittels eines elektronischen
Anwendergeräts erfolgen. Außerdem umfasst das Verfahren das Ansteuern des Aktors des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den übermittelten
Positionierungssignalen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen
Speichers des Fahrzeugs zu bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad oder Pedilec) beschrieben, welches umfasst, einen elektrischen Speicher zur Speicherung von elektrischer Energie; eine Sekundärspule zur Aufnahme von elektrischer Energie von einer unter einem Unterboden des Fahrzeugs positionierten Primärspule; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt beschrieben. Das Computerprogrammprodukt kann eingerichtet werden, um auf einem
Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät) ausgeführt zu werden, und um dadurch eines der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen. Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems;
Figuren 2a und 2b den Aufbau von beispielhaften WPT-Bodeneinheiten;
Figur 3 ein beispielhaftes elektronisches Gerät zur Steuerung der Positionierung von WPT-Bodeneinheit und/oder Fahrzeug; und
Figur 4 ein beispielhaftes System zur Positionierung der Spulen für einen induktiven Ladevorgang.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit Verfahren und Vorrichtungen zur Positionierung der Primärspule einer WPT-Bodeneinheit 111 relativ zu der Sekundärspule einer WPT-Fahrzeugeinheit 102, um eine relativ hohe, entsprechend den Randbedingungen optimierte (ggf. maximal mögliche) magnetische Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule, und so einen hohen Wirkungsgrad eines induktiven Ladevorgangs zu erzielen.
Ziel ist es dabei, es dem Fahrer eines Fahrzeugs 100 zu ermöglichen, sein Fahrzeug 100 in der Nähe einer induktiven Ladestation 110, 111 (d.h.
insbesondere in der Nähe einer WPT-Bodeneinheit 111) abzustellen (z.B. in einer Garage oder innerhalb von einem öffentlichen Ladeplatz). Die Insassen des Fahrzeugs 100 können dann sofort aussteigen und das Fahrzeug 100 verlassen. Eine exakte Positionierung des Fahrzeugs 100 zu der WPT-Bodeneinheit 111 durch den Fahrer ist nicht erforderlich. Insbesondere muss der Fahrer des Fahrzeugs 100 nicht im Fahrzeug 100 warten, bis sich das Fahrzeug 100 automatisch über der Ladeeinheit (d.h. über der WPT-Bodeneinheit 111) rangiert hat.
Andererseits ist die Ladestation 110, 111 eingerichtet, sich automatisch der Position der Sekundärspule anzupassen. Dabei ist es nicht erforderlich, dass der Fahrer des Fahrzeugs 100 das Ende des Positionierungsvorgangs abwartet. Nach automatischer Positionierung der WPT-Bodeneinheit 111 unter der WPT- Fahrzeugeinheit 102 (was ca. 10-30 Sekunden Zeit in Anspruch nehmen kann) kann der Ladevorgang automatisch gestartet werden.
Desweiteren kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, durch die eine ferngesteuerte Positionierung zwischen Fahrzeug 100 und Bodeneinheit 111 erfolgen kann. Insbesondere kann über eine Software-Applikation auf einem persönlichen elektronischen Gerät (z.B. auf einem Smartphone) des Fahrers des Fahrzeugs 100 eine manuelle, ferngesteuerte Positionierung erfolgen.
Beispielsweise kann der Fahrer bei Auftreten von Positionierungsschwierigkeiten (z.B. wenn das Fahrzeug schräg in Bezug auf die Bodeneinheit 111 positioniert ist) über ein drahtloses Netzwerk (z.B. GSM, UMTS, LTE, WLAN) eine entsprechende Meldung erhalten (z.B. SMS, MMS, Email, etc.). So kann der Fahrer darauf hingewiesen werden, dass eine manuelle Positionierung erforderlich ist. Der Fahrer kann dann über die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung eine ferngesteuerte Positionierung zwischen Fahrzeug 100 und Bodeneinheit 111 durchführen.
Die Positionierung zwischen Fahrzeug 100 und Bodeneinheit 111 durch
Bewegung der Bodeneinheit 111 und/oder durch Verwendung einer
Fernsteuerung kann alternativ oder ergänzend zu einer automatischen
Positionierung des Fahrzeugs 100 über der induktiven Ladespule (d.h. über der Primär spule der Bodeneinheit 111) erfolgen.
Fig. 2a zeigt den Aufbau einer beispielhaften Bodeneinheit 111. Die Bodeneinheit 111 umfasst eine Primärspule 211, welche beweglich innerhalb eines Rahmens der Bodeneinheit 111 angeordnet ist. Insbesondere kann die Primärspule 211 in bis zu zwei Richtungen (x-Richtung und y-Richtung) in der horizontalen Ebene bewegt werden. Desweiteren kann eine Drehbewegung der Primärspule 211 bereitgestellt werden. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Bodeneinheit 111 zwei Laufschienen 203, welche eine Bewegung der Primärspule 211 in einer erste Richtung (z.B. die y-Richtung) ermöglichen. Desweiteren umfasst die
Bodeneinheit 111 eine Querschiene 201, durch welche eine Bewegung der Primärspule 211 in eine zweite Richtung (z.B. die x-Richtung) ermöglicht wird. Die Querschiene 201 kann über Räder 202 (z.B. über Zahnräder 202) auf den Laufschienen 203 bewegt werden. Die Primärspule 211 kann desweiteren über ein Drehgelenk 204 drehbar innerhalb der Bodeneinheit 111 angeordnet sein.
Die Bodeneinheit 111 kann eine Steuereinheit 205 umfassen, die eingerichtet ist, die Bewegung der Primärspule 211 zu steuern. Insbesondere können geeignete Motoren angesteuert werden, um die Primärspule 211 entlang der zweiten Richtung auf der Quer schiene 201 zu bewegen und/oder um die Primär spule 211 entlang der ersten Richtung auf den Laufschienen 203 zu bewegen und/oder um die Primärspule 211 mittels des Drehgelenks 204 zu drehen.
Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, ein oder mehrere
Positionierungssignale zu ermitteln, wobei die ein oder mehreren
Positionierungssignale Informationen darüber bereitstellen, wie die Primärspule 211 relativ zu der Sekundärspule des Fahrzeugs 100 positioniert ist.
Beispielsweise können die ein oder mehreren Positionierungssignale umfassen: • die Signalstärke eines elektromagnetischen Felds zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule. Beispielsweise kann die Sekundärspule während des Positionierungsvorgangs ein elektromagnetisches Testfeld erzeugen. Die Primärspule 211 kann dieses Testfeld über induktive Kopplung empfangen. Desweiteren kann eine Signalstärke des empfangenen Testfelds ermittelt werden. Aus der Signalstärke kann auf den
Kopplungsgrad zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule und damit auf eine relative Positionierung von Primärspule 211 und Sekundärspule geschlossen werden. • Bilddaten einer Kamera 206. Die Bodeneinheit 111 kann, wie in Fig. 2a dargestellt, eine Kamera 206 umfassen, die eingerichtet ist, Bilddaten des Unterbodens des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Insbesondere kann die Kamera 206 an der beweglichen Primärspule 211 angeordnet sein.
Desweiteren kann die Kamera 206 nach oben ausgerichtet sein, um die
WPT-Fahrzeugeinheit 102 (und insbesondere die Sekundärspule) erfassen zu können.
Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, die Primärspule 211 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Positionierungssignalen zu bewegen. Insbesondere kann die Steuereinheit 205 eingerichtet sein, die Primärspule 211 derart zu bewegen, dass ein Kopplungsgrad zwischen Primärspule 211 und Sekundärspule erhöht (ggf. maximiert) wird und/oder dass eine Ausrichtung von Primärspule 211 und Sekundärspule aufeinander abgestimmt wird.
Fig. 2b zeigt einen weiteren beispielhaften Aufbau einer Bodeneinheit 111. Die Bodeneinheit 111 umfasst die Primärspule 211, die auf der Bodeneinheit 111 fixiert ist. Desweiteren umfasst die Bodeneinheit 111 eine Vielzahl von Rollen und/oder Rädern 221, durch die eine Bewegung der Bodeneinheit 111 ermöglicht wird. Insbesondere können die Rollen und/oder Räder 221 eingerichtet sein, eine Bewegung der Bodeneinheit 111 in zwei Richtungen (z.B. in x-Richtung und in y- Richtung) der horizontalen Ebene zu ermöglichen. Desweiteren kann durch die Rollen und/oder Räder 221 eine Drehung der Bodeneinheit 111 ermöglicht werden. Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, Motoren anzusteuern, um die Bodeneinheit 111 mittels der Rollen und/oder Räder 221 zu bewegen.
Insbesondere können zu diesem Zweck ein oder mehreren Positionierungssignale ausgewertet werden, um eine präzise Positionierung der Bodeneinheit 111 unterhalb der WPT-Fahrzeugeinheit 102 des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen. Die Bodeneinheit 111 in Fig. 2b umfasst weiter eine Beleuchtungseinheit 207. Der Beleuchtungseinheit 207 kann eingerichtet sein, Licht im sichtbaren Bereich auszusenden, und so die Position der Primärspule 211 anzuzeigen, und für eine Kamera (z.B. für eine Kamera am Unterboden des Fahrzeugs 100) erkennbar zu machen. Auch die in Fig. 2a dargestellte Primärspule 211 kann eine derartige Beleuchtungseinheit 207 umfassen. Alternativ oder ergänzend kann auch die WPT-Fahrzeugeinheit 102 eine solche Beleuchtungseinheit 207 umfassen, um die Position der Sekundärspule für die Kamera 206 der Bodeneinheit 111 erkennbar zu machen.
Es wird somit in diesem Dokument ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum induktiven Laden eines Fahrzeug 110 beschrieben, bei dem die induktive stromgebende Spule 211 oder ein Teil dieser Spule 211 unter dem Fahrzeug 100 mittels eines regelungstechnischen Vorgangs bewegt wird, sodass eine Ausrichtung der stromgebenden Spule 211 (d.h. der Primärspule) zu der stromnehmenden Spule (d.h. zu der Sekundärspule) erreicht wird. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug 100 bei Bedarf nicht mehr präzise (in manueller oder automatischer Weise) über der Bodeneinheit 111 positioniert werden muss.
Stattdessen kann das Fahrzeug 100 durch den Fahrer nur noch relativ grob positioniert werden. Eine präzise Positionierung kann dann (automatisch und/oder manuell) durch eine Bewegung der Primärspule 211 erfolgen.
Dabei kann die stromgebende Spule 211, wie z.B. in Fig. 2a dargestellt, innerhalb von einem fest stehenden oder installierten Rahmen mittels einer Stellregelung 201, 202, 203, 204 bewegt wird. Die stromgebende Spule 211 kann dann in x- und y-Richtung, z.B. mittels eines Schneckenantriebs 201, 202, 203, bewegt werden. Die Drehung um die z-Achse kann z.B. gelagert (auf Kugellagerkugeln 204) und/oder mittels eines Zahnradantriebs erfolgen. Die Stellregelungen und entsprechende Antriebe für die Bewegung der Primärspule 211 können somit in kostengünstiger Weise bereitgestellt werden.
Alternativ oder ergänzend kann die stromgebende Spule 211 bzw. die
Bodeneinheit 111 mit Rädchen und/oder Rollen 221 und eigenem elektrischen Antrieb versehen sein, die zur Fortbewegung der Spule 211 (z.B. direkt auf dem Boden der Garage) ausgestaltet sind. Die Primärspule 211 bzw. die Bodeneinheit 111 kann sich am Garagenboden z.B. auf 4 Rädchen 221 bewegen. Derartige angetriebene Räder/Rollen 221 können in kostengünstiger Weise bereitstellt werden. Auf dem Boden können ggf. Beschränkungsmarkierungen, Einkerbungen und/oder ein Relief oder ein oder mehrere Schienen angebracht werden, um den Bewegungsradius der Primärspule 211 bzw. der Bodeneinheit 111 bei Bedarf zu begrenzen. Derartige Markierungen können alternativ oder ergänzend für das Fahrzeug 100 bereitgestellt werden, um zumindest eine grobe Positionierung des Fahrzeugs 100 durch den Fahrer zu erleichtern.
Die stromgebende (untere) Spule 211 kann alternativ oder zusätzlich mit einer Kamera 206 ausgestaltet sein, welche ein Positionierungssignal bzgl. der
Positionierung der stromgebenden Spule 211 gegenüber der stromnehmenden Spule (d.h. der Sekundärspule) erzeugt und/oder überträgt. Ggf. kann dies ein drahtlos übertragenes Videobild sein. Die Übertragung der Bilddaten kann insbesondere drahtlos per WLAN an das Fahrzeug 100 und/oder an eine im Fahrzeug verbaute Vorrichtung und/oder an ein Mobiltelefon/Smartphone des Fahrers und/oder an eine Steuereinheit 205 der Bodeneinheit 111 erfolgen.
Desweiteren wird ein Schutzmechanismus für den Sensor, insbesondere Kamera, beschrieben. Dieser Schutzmechanismus kann als ein ausfahrbarer Teil der Kamera und/oder als eine Schutzvorrichtung der Kamera ausgebildet sein. Der Schutzmechanismus ist dazu ausgestaltet, beim Erkennen der Annäherung eines zu ladenden Fahrzeugs einen Teil der Kamera, z.B. die Frontlinse auszufahren oder eine Klappe oder Blende zu öffnen. Somit kann der möglicherweise empfindliche Sensor besser gegen Umweltbedingungen geschützt werden. Die von der Kamera auf diese Weise im Wesentlichen von„unten nach oben" aufgenommenen Bilddaten von der Sekundärspule oder deren Halterung auf dem Fahrzeugunterboden erlauben es dem Fahrer des Fahrzeugs 100 die Bewegung der Primärspule 211 unter dem Fahrzeug 100 zu überwachen. Dieser Vorteil besteht auch dann, wenn sich alternativ oder zusätzlich zu einer Bewegung der
Primärspule 211 das Fahrzeug 100 (automatisch oder manuell durch den Kunden) bewegt. Durch die Verwendung einer Kamera 206 wird somit die Positionierung erleichtert.
Der Sensor kann derart eingerichtet sein, dass er zumindest zeitweise gleichzeitig die Sensordaten von der Primärspule und von der Sekundärspule erfassen kann. Dabei ist ein vereinfachtes Ermitteln der Positionierungsdaten möglich. In diesem Beispiel kann der Sensor als eine weitwinklige Kamera ausgestaltet sein. Die Kamera 206 der Primärspule 211 kann in kostengünstiger Weise bereitgestellt werden (z.B. eine Smartphone-Kamera mit Elektronik und App-Fähigkeit und/oder WLAN-Fähigkeit). Besonders vorteilhaft und kostengünstig kann eine Kamera 206 mit WLAN sein. Die Auswertung der Bilddaten und folgender Zusatzgrafiken kann auf einer Recheneinheit im Fahrzeug 100 und/oder an einem elektronischen Gerät (z.B. einem Smartphone) des Fahrers und/oder in der Steuereinheit 205 der Bodeneinheit 111 erfolgen.
Alternativ oder ergänzend kann ein weiterer Sensor, in diesem Beispiel eine Videokamera, am Fahrzeugunterboden angebracht sein, welche nach unten gerichtet ist. Eine derartige Kamera ist jedoch nachteilig, da eine Fahrzeugkamera relativ schnell verschmutzen kann. Die hier vorgeschlagene Kamera 206 an der „unteren", stromgebenden Spule 211 ist dahingegen weniger den
Umwelteinflüssen ausgesetzt und muss darüber hinaus auch keine automotiven Anforderungen und Zertifizierungen erfüllen.
Die untere Spule 211 und/oder der Ladeplatzboden (z.B. die Bodeneinheit 111) kann mit einer Beleuchtung 207, insbesondere mit ein oder mehreren LEDs, im sichtbaren Spektrum und/oder Infrarotspektrum versehen sein, die dazu ausgestaltet sein kann, sich beim Positionierungsvorgang automatisch
einzuschalten. Das Licht kann z.B. als Sequenz von Lichtblitzen ausgelöst werden. Die Zeitpunkte der Lichtblitze können mit Zeitpunkten der Aufnahme einer Kamera 206 synchronisiert sein. Beispielsweise kann eine Sequenz von Infrarot-Blitzen die insbesondere Infrarot-reflektierenden Teile des Fahrzeugs 100 gut im Kamerabild erkenntlich machen.
Die von der Ladevorrichtung 110, 111 (d.h. von der unteren stromgebenden Spule 211 mit Steuereinheit 205) übertragenen Daten können Bilddaten umfassen, die mittels Bildverarbeitung bzw. Objekterkennung ausgewertet werden können. Insbesondere können die Bilddaten ausgewertet werden, um ein Maß für die Übereinstimmung der Positionen beider Spulen zueinander zu ermitteln.
Alternativ oder ergänzend können ein oder mehrere Parameter der Relativposition ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können Anweisungen oder Befehle ermittelt werden, die zur Berichtigung oder Optimierung der relativen Position verwendet werden können. Es können z.B. mittels Software im Fahrzeug 100, in einer Kamera 206 und/oder in einem elektronischen Gerät (z.B. Smartphone) derartige Hilfsdaten für die Positionierung generiert werden. Fig. 3 zeigt ein beispielhaftes elektronisches Gerät 320, z.B. ein Smartphone mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm. Das elektronische Gerät 320 umfasst eine Eingabeeinheit 321 und eine Ausgabeeinheit 322. Beispielsweise können auf einem berührungsempfindlichen Bildschirm interaktive Eingabeelement zur Bereitstellung einer Eingabeeinheit 321 dargestellt werden. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Eingabeeinheit 321 vier Cursor, mit denen eine Eingabe bzgl. einer bestimmten Bewegungsrichtung erfasst werden kann.
Die Ausgabeeinheit 322 kann z.B. einen Bildschirm umfassen. Auf der
Ausgabeeinheit 322 kann die Positionierung der Bodeneinheit 111 und des Fahrzeugs 100 bildlich dargestellt werden. Insbesondere kann ein Bild 311 der Bodeneinheit 111 und ein Bild 300 des Fahrzeugs 100 sowie ein Bild 302 der WPT-Fahrzeugeinheit 102 dargestellt werden. Die dargestellten Bilder 311, 300, 302 können z.B. anhand von Bilddaten von ein oder mehreren Kameras 206 erstellt werden.
Das elektronische Gerät 320 kann somit eingerichtet sein, die
Positionierungssituation zwischen Bodeneinheit 111 und Fahrzeug 100 auf einer Ausgabeeinheit 322 darzustellen. Desweiteren kann das elektronische Gerät 320 eingerichtet sein, Eingaben eines Nutzers über die Eingabeeinheit 321 zu erfassen. Die Eingaben können darauf ausgerichtet sein, die Bodeneinheit 111 und/oder das Fahrzeug 100 zu bewegen. Das elektronische Gerät 320 kann weiter eingerichtet sein, auf Basis einer erfassten Eingabe, ein Steuersignal für die Bodeneinheit 111 und/oder für das Fahrzeug 100 zu generieren, wobei durch das Steuersignal eine der erfassten Eingabe entsprechende Bewegung der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 bewirkt wird. Das elektronische Gerät 320 kann weiter eingerichtet sein, das Steuersignal an die Bodeneinheit 111 und/oder das Fahrzeug 100 zu senden. Somit kann durch das elektronische Gerät 320 eine Bewegung der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 ferngesteuert werden. Eine durch das Steuersignal bewirkte Bewegung kann auf der Ausgabeeinheit 322 dargestellt werden (wie durch die in Fig. 3 dargestellten Pfeile veranschaulicht). Somit kann durch das elektronische Gerät 320 bei Bedarf eine manuelle Positionierung zwischen Bodeneinheit 111 und Fahrzeug 100 durchgeführt werden, ohne das ein Fahrer des Fahrzeugs 100 zum Stellplatz des Fahrzeugs 100 zurückkehren muss.
Der Positionierungsvorgang kann somit durch einen Nutzer des Fahrzeugs 100 über die grafische Benutzeroberfläche eines elektronischen Geräts 320 (z.B. eines Smartphones und/oder eines Displays im Fahrzeug 100) beeinflusst / gesteuert werden. Das elektronische Gerät 320 (bzw. die auf dem elektronischen Gerät 320 ablaufende Bediensoftware) kann derart ausgelegt sein, dass der Nutzer nur die resultierende Bewegungsrichtung der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 vorgeben muss, während die Trajektorie als Zusammensetzung einzelner Bewegungen der Bodeneinheit 111 und/oder des Fahrzeugs 100 automatisch ermittelt wird. Zu diesem Zweck kann die grafische Oberfläche ein reales mit einem Sensor (z.B. mit einer Kamera 206) aufgenommenes und/oder erkanntes Objekt umfassen. Dabei können erkannte Objekte (z.B. die Bodeneinheit 111 und/oder das Fahrzeug 100) durch virtuelle Gebilde/Bilder 311, 300 repräsentiert werden, z.B. durch eine spezielle Ausgestaltung einer Augmentierung.
Ein Nutzer des elektronischen Geräts 320 kann so die Bewegung der
stromgebenden Spule 211 bzw. der Bodeneinheit 111 unter seinem Fahrzeug 100 (real oder zumindest teilweise symbolisch dargestellt) sehen und kann diese Bewegung innerhalb der gleichen Ausgabeeinheit 322 (d.h. innerhalb des gleichen Bildschirm) und/oder über eine Eingabeeinheit 321 (z.B. über einen Drehknopf) beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante sind die stromgebende Spule 211 oder Teile dieser Spule 211 eingerichtet, die optimale Position bzgl. der
Sekundärspule im Wesentlichen automatisch einzustellen. Der Nutzer kann die Bewegung der Spule 211 an einem Bildschirm 322 sehen und zugleich ggf. auch beeinflussen, z.B. beschleunigen, korrigieren, anhalten, lenken, etc. Die
Überwachung oder Steuerung des Positionierungsvorgangs kann bevorzugt mittels einer grafischen Darstellung bzw. mittels einer grafischen Oberfläche (Bediensymbole, wie z.B. Pfeile) und/oder über die Drehung des elektronischen Geräts 320, die über eine eigene Sensorik als Bewegungswunsch interpretiert werden kann, erfolgen.
Die Bereitstellung der oben beschriebenen Fernüberwachung und/oder
Fernsteuerung kann auch mit Hilfe einer App realisiert werden, die am
Bordcomputer des Fahrzeugs 100 und/oder an einem Smartphone läuft.
Insbesondere kann zumindest ein Teil der Bediensoftware in einer Rechnereinheit des Fahrzeugs 100 ablaufen.
Das Fahrzeug 100 kann einen im Wesentlichen nach unten ausgerichteten Sensor umfassen, der dazu ausgestaltet ist, die Relativposition zwischen der Primärspule 211 und der Sekundärspule zu überwachsen. Insbesondere kann dabei eine Visualisierung in Form eines künstlich, mit Mitteln der Bild- oder
Signalverarbeitung aufbereiteter Daten des Sensors erstelltes,„synthetisches Bild" an einem Display des Fahrzeugs 100 und/oder an einem Rechner und/oder an einem Smartphone 320 des Nutzers dargestellt werden. Bevorzugt kann es sich um einen Infrarot-LED-Sensor handeln. Der Sensor kann wie eine
positionserfassende Einheit ähnlich wie in einer Computermaus ausgestaltet sein. Die von dem Sensor bereitgestellten Daten können als Positionierungssignale bei der Positionierung der Primärspule 211 und/oder des Fahrzeugs 100
berücksichtigt werden. Die Stellregelung (d.h. insbesondere die Steuereinheit 205) der Bodeneinheit 111, die zur Positionierung der stromgebenden Spule 211 verwendet wird, kann ein drahtlos (z.B. per WLAN) übertragenes Signal vom Fahrzeug 100, mit
Informationen über die bereits erreichte Positionierungsqualität oder über Positionierungsparameter empfangen. Somit kann ein Regelkreis geschlossen werden, um den Positionierungsvorgang zu regeln. Das übertragene Signal kann als Stellgröße oder als Input zur Ermittlung einer Stellgröße der
Bewegungsaktuatoren der Bodeneinheit 111 genutzt werden.
Die Steuereinheit 205 kann somit eine Regelschleife verwenden, um die
Primärspule 211 zu positionieren. Die Regelung regelt die Spulenposition dabei typischerweise solange, bis die vorausbestimmten geometrischen Parameter und/oder bis die vorausbestimmte Abweichung von der maximal möglichen Induktionsgüte und/oder bis die maximale induktive Kopplung bzw. die
Anpassung des optimalen Energieübertragungs-Wirkungsgrades erreicht wird.
Durch die Verwendung eines Regelkreises, der ggf. auch Rückmeldungen aus dem Fahrzeug 100 berücksichtigt, wird es möglich, direkt den zu erzielenden Kopplungsgrad zu überwachen und ggf. zu maximieren. So kann die
Energieeffizienz der Fahrzeugaufladung entscheidend verbessert werden. Ein solches Optimum kann typischerweise durch eine nur relativ grobe
Fahrzeugpositionierung über der Primärspule 211 nicht erreicht werden. Die Steuereinheit 205 kann eingerichtet sein, ein Signal über eine erfolgreiche und/oder misslungene Positionierung drahtlos an ein elektronisches Gerät 320 (z.B. an ein Mobiltelefon) eines Benutzers und/oder an das Hausnetzwerk des Benutzers zu senden. So kann die Notwendigkeit zur Überwachung des
Positionierungsvorgangs unterbunden werden.
Wie bereits oben dargelegt, kann eine Bewegung der Primär spule 211 auch in Kombination mit einem automatisch positionierbaren Fahrzeug angewandt werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 eingerichtet sein, sich automatisch (relativ grob) in der Nähe der Bodeneinheit 111 zu positionieren. Durch die Bewegung der stromgebenden Spule 211 kann dann eine präzise und schnelle Feinpositionierung erfolgen (z.B. durch eine Drehung der Primärspule 211). So können Bewegungen, welche für das Fahrzeug 100 nur schwer durchführbar sind (z.B. Drehungen) in einfacher und schneller Weise von der Primärspule 211 durchgeführt werden. So kann der Zeitaufwand für einen Fahrer des Fahrzeugs 100 substantiell reduziert werden.
Eine Bewegung des Fahrzeugs 100 und eine Bewegung der Primärspule 211 können aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere kann z.B. durch die
Steuereinheit 205 ein Gesamtbedarf an Relativbewegung oder Abweichung von einer Zielposition (X, Y, Z, Drehung) ermittelt werden, um eine präzise
Positionierung zu erreichen. Dieser Gesamtbedarf, d.h. diese Gesamtbewegung, kann dann in Fahrzeug-Bewegungsanteile aufgeteilt werden, die durch das Fahrzeug 100 durchgeführt werden können, und in Spulen-Bewegungsanteile aufgeteilt werden, die durch die Primärspule 211 durchgeführt werden können. So kann der Positionierungsvorgang weiter beschleunigt werden. Außerdem kann die Effizienz des Positionierungsvorgangs erhöht werden.
Fig. 4 zeigt ein System aus Fahrzeug 100, Ladestation 110, 111 und
elektronischem Gerät 320, die über ein Netzwerk 400 miteinander kommunizieren können, um Daten bzgl. der Positionierung der Primärspule 211 und der
Sekundärspule auszutauschen. Die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren können durch das Fahrzeug 100, die Ladestation 110, 111 und/oder das elektronische Gerät 320 in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden.
Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren z.B. durch ein dediziertes System ausgeführt werden können, welches z.B. an der Ladestation 110, 111 angeordnet ist. Desweiteren kann das Fahrzeug 100 eingerichtet sein, die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen. Außerdem kann ein elektronisches Gerät 320 (z.B. ein Smartphone oder ein Mobiltelefon) eingerichtet sein, die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren auszuführen. Die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren weisen eine Vielzahl von
Vorteilen auf: Gefahren und Schäden für einen Fahrer eines Fahrzeugs (z.B. Sach- und Personenschäden), die bei einem automatisch bewegten Fahrzeug entstehen könnten, werden vermieden. Es werden ggf. hohe Anforderungen an Fahrzeug- basierte Lösungen (ASIL-Entwicklung mit zu erfüllender funktionaler Sicherheit) vermieden. Es entfallen komplexe technische Abhängigkeiten von
Fahrzeug Systemen. Insbesondere entfallen zahlreiche Sonderausstattungs- und Architekturprämissen für ein Fahrzeug, wodurch sich Kostenvorteile ergeben. Es bestehen keine Rückwärtskompatibilitätseinschränkungen. Insbesondere weist eine Fahrzeug-externe Lösung typischerweise eine erhöhte Flexibilität auf, da die Ladevorrichtung auch unabhängig vom Entwicklungsprozess eines Fahrzeugs weiterentwickelt werden kann. Es ergeben sich somit substantielle Verkürzungen der Entwicklungszeit und Entwicklungskosten von Fahrzeugen. Die in diesem Dokument beschriebene Lösung ist auch auf öffentlichen Flächen ohne weiteres zulassungsfähig. Es ergeben sich insbesondere Erleichterungen der
Zulassungsfähigkeit, da das System unabhängig von der Wiener Konvention, von Homologationsverfahren, etc. ist. Durch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren kann der Zeitaufwand für die Positionierung der Spulen reduziert werden. Die Vorbereitung auf den Ladevorgang kann schneller verlaufen.
Desweiteren sind keine aufwändigen Rangiervorgänge durch einen Fahrer erforderlich. Außerdem wird die Verwendung von kleineren Parkplätzen / Garagen ermöglicht, da die Primärspule flexibler bewegt werden kann als ein Fahrzeug. Desweiteren kann durch die beschriebene Benutzeroberfläche eine erhöhte Nutzerfreundlichkeit bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Bodeneinheit (111) für eine Ladestation (110, 111) zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers (103) eines Fahrzeugs (100); wobei die
Bodeneinheit (111) umfasst,
- eine Primärspule (211), die eingerichtet ist, bei Vorliegen einer
elektromagnetischen Kopplung mit einer Sekundärspule des Fahrzeugs (100) elektrische Energie an die Sekundärspule zu übertragen;
- einen Sensor (206), der eingerichtet ist, Sensordaten von zumindest einem Teil des Fahrzeugs (100) zu erfassen; und
- eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Sensordaten für eine
Positionierung der Sekundärspule relativ zu der Primärspule (211) bereitzustellen oder zu verwenden.
2) Bodeneinheit (111) gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor (206) zur Erfassung eines maschinenlesbaren Codes, insbesondere eines QR Codes, ausgestaltet ist. 3) Bodeneinheit (111) gemäß Anspruch 2, wobei der maschinenlesbarer Code eine oder mehrere folgender Daten umfasst:
- eine oder mehrere optimierte Ladekurven, und/oder
- eine oder mehrere Frequenzinformation zu dem Ladevorgang,
und/oder
- eine Information, die die Position der Sekundärspule innerhalb des
Fahrzeugunterbodens repräsentiert, und/oder
- ein oder mehrere geometrische Parameter, welche die Anordnung der Sekundärspule innerhalb des Fahrzeugs, insbesondere relativ zum maschinenlesbaren Code, repräsentieren.
4) Bodeneinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (206) eingerichtet ist, Sensordaten, insbesondere Bilddaten, bzgl. eines Unterbodens des Fahrzeugs (100) zu erfassen.
5) Bodeneinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Sensor (206) mit der Primärspule (211) verbunden ist; und/oder - der Sensor (206) abhängig von der Bewegung der Primärspule (211) bewegt wird.
6) Bodeneinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bodeneinheit (111) eingerichtet ist, die Sensordaten, insbesondere Bilddaten einer Bildfolge oder einer Bildsequenz, auszuwerten, um eine Position der
Primärspule (211) relativ zu der Sekundärspule zu ermitteln, insbesondere mittels Bildverarbeitung und/oder Objekterkennung.
7) Bodeneinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (206) zur Erkennung eines vorausbestimmten Teils des Fahrzeugs ausgestaltet ist, insbesondere Teil der Sekundärspule, und/oder Teil der Fahrzeugreifen, und/oder Teil der Fahrzeugachsen.
8) Bodeneinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (206) zur Erkennung zumindest zwei oder mehrerer Teile des
Fahrzeugs und zum Ermitteln der Position und/oder des Winkels zu zumindest zwei oder mehrerer der erkannten Teile ausgestaltet ist.
9) Bodeneinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bodeneinheit (111) eingerichtet ist, auf Basis der Sensordaten, insbesondere der Bilddaten, Information bzgl. eines technischen Parameters des Fahrzeugs, insbesondere bzgl. der Sekundärspule oder eines Energiespeichers des Fahrzeugs, zu ermitteln. 10) Bodeneinheit (111) gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, weiter
umfassend,
- Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221), die eingerichtet sind, die
Primärspule (211) zu bewegen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule zu bewirken.
11) Bodeneinheit (111) gemäß Anspruch 10, wobei
- die Bodeneinheit (111) einen Rahmen umfasst;
- die Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221), ein oder mehrere Schienen
(201, 203) umfassen, die mit dem Rahmen verbunden sind; und
- die Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221) Aktuatoren umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule (211) entlang der ein oder mehreren Schienen zu bewegen.
12) Bodeneinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die
Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221) Rotationsmittel (204) umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule (204) um eine vertikale Achse der
Primär spule (204) zu drehen.
13) Bodeneinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die
Bewegungsmittel (201, 202, 204, 221) ein oder mehrere Räder und/oder Rollen (221) umfassen, die eingerichtet sind, die Primärspule (211) zu bewegen.
14) Bodeneinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei
- die Bodeneinheit (111) Beleuchtungsmittel (207) umfasst, die
eingerichtet sind, ein Lichtmuster und/oder ein oder mehrere Lichtpulse zu generieren; und
- der Sensor (206) eingerichtet ist, eine Reflektion des Lichtmusters und/oder der ein oder mehreren Lichtpulse an dem Unterboden des Fahrzeugs (100) zu erfassen.
15) Verfahren zur Positionierung einer Primärspule (211) einer Bodeneinheit (111) unter einer Sekundärspule eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren umfasst , - Ermitteln von Sensordaten durch einen Sensor (206), der
Bodeneinheit (111), wobei die Sensordaten Informationen zu der Position zumindest eines Teils des Fahrzeugs (100) umfassen; und
- Ändern der Position der Primärspule (211) und/oder der Sekundärspule in Abhängigkeit von den Sensordaten.
16) Verfahren zur Positionierung einer Sekundärspule eines Fahrzeugs (100) relativ zu einer Primär spule (211) einer Bodeneinheit (111), wobei die Position der Sekundärspule des Fahrzeugs (100) durch eine Ansteuerung eines Aktors des Fahrzeugs (100) verändert werden kann, wobei das Verfahren umfasst:
- Ermitteln von Positionierungssignalen aus Sensordaten eines Sensors (206), der mit der Bodeneinheit (111) verbunden ist;
- Übermitteln der Positionierungssignale an das Fahrzeug (100); und
- Ansteuern des Aktors des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von den übermittelten Positionierungssignalen, um eine elektromagnetische Kopplung zwischen Primärspule (211) und Sekundärspule zum induktiven Laden eines elektrischen Speichers (103) des Fahrzeugs (100) zu bewirken.
17) Computerprogrammprodukt, das eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 16 auszuführen.
PCT/EP2015/074025 2014-10-29 2015-10-16 Verfahren und bodeneinheit zum induktiven laden von elektro- und hybridfahrzeugen WO2016066455A1 (de)

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