WO2018010881A1 - Verfahren zum betrieb einer ladevorrichtung zur induktiven energieübertragung - Google Patents

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Philipp Schumann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a charging device for inductive energy transfer.
  • Electric vehicles and hybrid vehicles usually have an electrical energy storage, such as a traction battery, which provides the electrical energy for propulsion. Is this electric
  • Electric vehicle is connected by a cable connection to the charging station. This connection must usually be made manually by a user. It is also necessary that charging station and
  • Electric vehicle have a mutually corresponding connection system.
  • alternating magnetic field is from a receiving coil (charging coil or
  • Receiving device received within the vehicle and converted into electrical energy.
  • a traction battery of the vehicle can then be charged.
  • Document DE 10 2011 010 049 A1 discloses such a system for charging a vehicle battery, in which the energy is transmitted inductively.
  • the energy storage of the electric vehicle can also be used for feeding back.
  • a cable connection or an inductive energy or power transmission can also be used.
  • the transmitting coil of the transformer either embedded in the street floor or formed as a floor-mounted charging plate (charging pad) and is connected by means of suitable electronics to the mains.
  • the receiving coil of the transformer is typically fixedly mounted in the underbody of the vehicle and in turn by means of suitable electronics with the
  • the transmitting coil or primary coil For energy transmission, the transmitting coil or primary coil generates a high-frequency alternating field, which is the
  • Reception coil or secondary coil penetrates and induces a corresponding current there.
  • the transmitted power is linear with the
  • Control electronics and losses in the transmission path is limited, results in a typical frequency range of 30 - 150 kHz.
  • Air gaps in the size of 3-30 cm are very common, if not by measures such as
  • Fremd Housingerkennung example conveniently consist of conventional metal detectors whose core element one or more
  • Sensor coils are. These methods are based on active excitation of the sensor coil / sensor coils and measurement of the change in the received signal in the presence of a metal object or the measurement of a change in the electrical properties of the sensor coil / sensor coils.
  • MOD metal object detection
  • motion detectors e.g. Passive infrared sensors, Doppler radar,
  • Ultrasonic sensors and object recognition methods such as laser scanners
  • Detection of living objects is not planned.
  • the vehicle with the receiving coil must be positioned optimally above the transmitting coil.
  • both parking aids are known in the art, on the positioning or parking - especially in confined spaces - to be facilitated, as well as autonomous systems described that control the vehicle completely independently.
  • two measuring methods are known, which in
  • the driver's distance is displayed either acoustically or optically and acoustically, depending on the manufacturer and the scope of the measurement.
  • the purely acoustic version of the positioning aid / parking aid signals the distance via fast warning tones that continue to sound continuously.
  • Optical-acoustic systems first show via LED displays or a graphic in the screen visually approaching the desired parking position and warn at a very small distance (about 30 cm or less) additionally acoustically with fast warning tones to permanent warning sound.
  • the inventive method with the characterizing part of claim 1 has the advantages that the positioning of the vehicle as well as the air gap or
  • a method for operating a charging device for inductive energy transmission from a transmitting coil to a receiving coil spaced from the transmitting coil, which is arranged in a vehicle, is provided.
  • the loading device detects the position of the vehicle during the
  • a second step B the loading device transmits the position of the vehicle
  • the control device automatically corrects the position of the vehicle or assists a driver in correcting the position.
  • the charging device finally activates a charging process and monitors during the charging process a gap between the at least one transmitting coil and at least one receiving coil.
  • the sensors detect the position of the vehicle based on components of the vehicle, preferably the wheels.
  • Characteristic features, underbody characteristics or components of the vehicle such as e.g. Wheels provide advantageous information about the position of the vehicle. Will also the
  • Alignment of the wheels (steering angle) detected it can be determined in which direction (right, left, straight ahead) the vehicle will move.
  • the driver can be assisted or the vehicle can receive appropriate control or steering instructions. Furthermore, it is advantageous that the position of each wheel is detected by at least two of the four sensors. This allows a unique two-dimensional
  • the sensors are designed as radar or ultrasonic sensors. Radar as well as ultrasound are very good at the
  • the sensors are Vivaldi antennas, broadband patch antennas, isotropic radiators or LCR antennas.
  • Vivaldi antenna are very broadband, can be produced cheaply and have a low
  • a broadband patch antenna eg "stacked patched antenna”
  • point antennas eg “top-loaded monopolies”
  • LCR antennas are broadband, have a small design and suffer only small Deterioration by dielectrics in the near field of the antenna and can
  • the sensors are advantageously designed as an ultrasonic array.
  • the design as an array allows a significantly improved angular resolution of the wheel shapes, resulting in a more accurate determination of the position of the vehicle. Furthermore, the positioning process can be made more effective.
  • the charging process is interrupted in a fifth step E or reduces the transmission power when an object penetrates into the gap / air gap between the transmitting and receiving coil or within the
  • Fig. 1 a schematic representation of a vehicle and a
  • Charging device for inductive energy transfer shows a schematic representation of a positioning process of a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 14 and a charging device for inductive energy transmission 10.
  • the charging device 10 comprises a transmitting coil 11 (primary coil) and a receiving coil 12
  • the transmitting coil 11 is embedded in the ground below the vehicle 14 or is for example as a charging pad on the ground.
  • Receiver coil 12 is installed in the underbody of the vehicle 14. If the vehicle 14 to be charged with the receiver coil 12 is above the transmitter coil 11, an intermediate space 17 is formed, which is also referred to as an air gap.
  • Charging device 10 has a control device 15, which is optionally provided on the side of the transmitting coil 11 or alternatively may be installed in the vehicle 14.
  • the vehicle 14 has components 18, for example, the wheels 19 of the vehicle 14 or alternatively components of the underbody of the
  • Vehicle 14 such as exhaust, engine block, drive axle, etc. include.
  • Sensors 13 are provided on the transmitting coil 11. This is at least one sensor, preferably four sensors. Radar sensors or ultrasonic sensors are preferably used as sensors 13.
  • the sensors 13 are preferably designed as Vivaldi antennas, broadband patch antennas, isotropic radiators or LCR antennas.
  • the charging device 10 detects in a first step A the position of the vehicle 14 during the positioning of the vehicle 14 by means of sensors 13 which are mounted above or on the transmitting coil 11.
  • the sensors 13 are arranged around the transmitting coil 11, preferably around the transmitting coil 11. At least four sensors are used here. However, six, eight, ten or more sensors can also be used.
  • the sensors 13 detect the position of the vehicle in which the underbody of the vehicle or the wheels of the vehicle are scanned.
  • ⁇ sensors 13 track the wheels 19 of the vehicle 14, thereby always assigning them a unique two-dimensional position can be. While the sensors 13 detect the position of the vehicle 14 during the positioning operation, in a second step B the position of the vehicle 14 is transmitted to a control device 15 of the vehicle 14
  • the control device 15 automatically corrects the position of the vehicle 14 in a third step C. This means that the driver 16 does not have to intervene in the driving or steering operation of the vehicle 14, but that the vehicle 14 positions itself optimally. Alternatively, the control device 15 may assist the driver 16 in correcting the position by providing the control device 15 with indications of the control behavior to the driver. In a fourth step D activates the
  • Receiving coil 12 forms. Should 17 objects penetrate this living space (beings, metallic or non-metallic objects, etc.), the charging device 10 interrupts the charging process in a fifth step E or alternatively reduces the transmission power of the transmitting coil 11.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a plan view of the vehicle 14 and the transmitting coil 11.
  • the same elements with respect to Figure 1 are provided with the same reference numerals and are not explained in detail.
  • the starting operation of the vehicle 14 in the direction of the transmitting coil 11 is shown in plan view (from above).
  • the vehicle 14 moves in the direction of the arrow 20 (forward) to the transmitting coil 11.
  • the transmitting coil 11 is thus before the
  • the transmitting coil 11 has sensors 13 which observe and locate the front wheels 19.
  • the front wheels 19 finally assisted by the transmitting coil 11 and the charging pad over.
  • Each wheel is detected by multiple sensors 13 at all times. The exact position for loading can thus be determined by means of the wheels 19.
  • the sensors 13 form a spatially resolved image
  • Sensitivities and radiation characteristics may switch the loader from a positioning to a live object detection mode.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung zur induktiven Energieübertragung von einer Sendespule zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule, die in einem Fahrzeug angeordnet ist. Die Sendespule weist Sensoren auf. Ein einem ersten Schritt A erfasst die Ladevorrichtung die Position des Fahrzeugs während der Positionierung des Fahrzeugs über oder an der Sendespule mittels der Sensoren. In einem zweiten Schritt B übermittelt die Ladevorrichtung die Position des Fahrzeugs an eine Steuerungsvorrichtung des Fahrzeugs. In einem dritten Schritt C korrigiert die Steuerungsvorrichtung die Position des Fahrzeugs selbstständig oder assistiert einem Fahrer bei der Korrektur der Position. In einem vierten Schritt aktiviert die Ladevorrichtung einen Ladevorgang und überwacht während des Ladevorgangs einen Zwischenraum zwischen der mindestens einen Sendespule und mindestens einen Empfangsspule.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung zur induktiven Energieübertragung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung zur induktiven Energieübertragung.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische
Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das
Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Diese Verbindung muss von einem Benutzer üblicherweise manuell hergestellt werden. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und
Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen.
Ferner sind vereinzelt auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge bekannt. Hierzu wird ein Elektrofahrzeug über einer Sendespule (Sendevorrichtung) bzw. einem Ladepad oder Ladevorrichtung abgestellt. Diese Spule sendet ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld aus. Das
magnetische Wechselfeld wird von einer Empfangsspule (Ladespule bzw.
Empfangsvorrichtung) innerhalb des Fahrzeugs aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Mittels dieser elektrischen Energie kann daraufhin eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs geladen werden. Die Druckschrift DE 10 2011 010 049 AI offenbart ein solches System zum Laden einer Fahrzeugbatterie, bei dem die Energie induktiv übertragen wird. Weiterhin kann der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs auch zur Rückspeisung verwendet werden. Hierzu kann ebenfalls eine Kabelverbindung oder auch eine induktive Energie- bzw. Leistungsübertragung verwendet werden. Bei dem kabellosen Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeuges ist
typischerweise die Sendespule des Transformators entweder im Straßenboden eingelassen oder als auf dem Boden aufgelegte Ladeplatte (Ladepad) ausgeformt und wird mittels einer geeigneten Elektronik mit dem Stromnetz verbunden. Die Empfangsspule des Transformators ist typischerweise fest im Unterboden des Fahrzeugs montiert und ihrerseits mittels geeigneter Elektronik mit der
Traktionsbatterie des Fahrzeugs verbunden. Zur Energieübertragung erzeugt die Sendespule bzw. Primärspule ein hochfrequentes Wechselfeld, das die
Empfangsspule bzw. Sekundärspule durchdringt und dort einen entsprechenden Strom induziert. Da einerseits die übertragene Leistung linear mit der
Schaltfrequenz skaliert, andererseits die Schaltfrequenz durch die
Ansteuerungselektronik und Verluste im Übertragungspfad begrenzt ist, ergibt sich ein typischer Frequenzbereich von 30 - 150 kHz.
Zwischen der Sendespule der Ladestation und der Empfangsspule in dem
Fahrzeug befindet sich ein Luftspalt. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen beträgt dieser Luftspalt einige Zentimeter. Luftspalte in der Größe von 3-30 cm sind dabei sehr verbreitet, wenn nicht durch Maßnahmen wie
Absenken der fahrzeugfesten Spule, des gesamten Fahrzeugs oder Anheben der ortsfesten Spule oder einer Kombination dieser Maßnahmen ein ideal kleiner Luftspalt erreicht wird. Die im Luftspalt während der Übertragung entstehenden magnetischen Wechselfelder sind dazu geeignet, in beliebigen metallischen oder elektrisch leitfähigen Objekten, die sich im Luftspalt befinden, elektrische
Wirbelströme zu induzieren. Durch Ohmsche Verluste erhitzen sich diese sogenannten Fremdobjekte. Diese Erhitzung stellt nicht nur für die
Personensicherheit, sondern auch für die Betriebssicherheit des Fahrzeugs eine erhebliche Gefahr dar. Daher ist es notwendig, die Erhitzung eines induktiven Ladesystems entweder durch Limitierung des Magnetfeldes zu begrenzen oder etwaige im Luftspalt befindliche Objekte durch geeignete Mittel zu detektieren und daraufhin die Energieübertragung zu deaktivieren, bis diese entfernt sind, oder keine Gefahr mehr von Ihnen ausgeht. Bekannte Methoden der
Fremdobjekterkennung bestehen beispielsweise zweckmäßigerweise aus herkömmlichen Metalldetektoren, deren Kernelement eine oder mehrere
Sensorspulen sind. Diese Verfahren beruhen auf einer aktiven Anregung der Sensorspule/Sensorspulen und Messung der Änderung des Empfangssignals bei Vorhandensein eines Metallobjektes oder der Messung einer Änderung der elektrischen Eigenschaften der Sensorspule/Sensorspulen. Beim induktiven Laden/bei induktiver Energieübertragung ist die Anwendung herkömmlicher Metalldetektlonsverfahren aufgrund des starken magnetischen Hauptfeldes jedoch nicht trivial, weshalb bekannte Metallobjektdetektionsverfahren (MOD) entweder eine kurzzeitige Abschaltung der Energieübertragung (und damit des
magnetischen Hauptfeldes) oder spezielle Sensorspulendesigns (zum Beispiel mäanderförmige Sensorspulen) vorschlagen, um eine Metalldetektion durchführen zu können. Beides ist mit signifikanten Nachteilen verbunden.
Des Weiteren müssen auch biologische Objekte wie Tiere, Körperteile von Menschen, lebende Objekte generell erkannt werden, um diese nicht den hohen Magnetfeldern auszusetzen. Daher ist eine Erkennung von lebenden Objekten notwendiger Bestandteil eines induktiven Ladesystems.
Zur Erkennung von Objekten eignen sich prinzipiell verschiedene Arten von Bewegungsmeldem, z.B. Passive Infrarot Sensoren, Doppler Radar,
Ultraschallsensoren und Objekterkennungsverfahren wie Laserscanner,
Videokameras, Stereokameras oder Wärmebildkameras. Besondere
Herausforderungen bei vielen Verfahren sind die Eingrenzung des
Erkennungsbereichs auf den Bereich hoher Magnetfelder und die Unterscheidung kritischer (lebender) von anderen Objekten.
Aus der DE102009033236 AI ist eine Vorrichtung zur Überwachung eines Gefahrenbereiches zwischen Sende- und Empfangsspule bekannt. Eine
Erkennung lebender Objekte ist nicht vorgesehen. Bevor der induktive Ladevorgang beginnen kann, muss das Fahrzeug mit der Empfangsspule optimal über der Sendespule positioniert werden. Zu diesem Zweck sind im Stand der Technik sowohl Einparkhilfen bekannt, über die das Positionieren bzw. Einparken - besonders auf engem Raum - erleichtert werden soll, als auch autonome Systeme beschrieben, die das Fahrzeug komplett selbstständig steuern. Derzeit sind zwei Messverfahren bekannt, die in
Fahrzeugen eingesetzt werden. Unabhängig vom Messverfahren wird dem Fahrer die Distanz je nach Hersteller und Umfang entweder rein akustisch oder optisch und akustisch angezeigt. Die rein akustische Version der Positionierungshilfe / Einparkhilfe signalisiert über schneller bis zum Dauerton werdende Warntöne die Distanz. Optisch-akustische-Systeme zeigen zunächst über LED-Anzeigen oder eine Grafik im Bildschirm optisch die Annäherung an die gewünschte Parkposition an und warnen bei sehr geringem Abstand (ca. 30 cm oder weniger) zusätzlich akustisch mit schnellen Warntönen bis zum Dauerwarnton.
Darüber hinaus gibt es Systeme, welche alle nötigen Lenkmanöver selbstständig ausführen. Basis hierfür sind eine aktive Einparkhilfe und zusätzlich eine von einem Elektromotor angetriebene elektro-mechanische Servolenkung sowie eine quer zur Fahrtrichtung ausgerichtete Messsensorik. Manche Systeme benötigen außerdem eine Rückfahrkamera, um die Parklücke vor dem Parkmanöver vom Fahrer auf dem im Bildschirm dargestellten Kamerabild auswählen zu lassen.
An Positionierungssystemen der genannten Art ist nachteilig, dass diese nicht geeignet sind, Luftspalt- bzw. Zwischenraumüberwachung während eines induktiven Ladevorganges zu betreiben, wohingegen bei induktiven Ladesystemen nachteilig ist, dass deren Sensoren zur Luftspaltüberwachung nicht geeignet sind, bei der Positionierung des Fahrzeugs zu unterstützen.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem effektiveren und kostengünstigeren Verfahren bzgl. Luftspaltüberwachung bzw. Zwischenraumüberwachung und Fahrzeugpositionierung, die zudem kostengünstiger realisierbar ist. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat die Vorteile, dass die Positionierung des Fahrzeugs als auch die Luftspalt- bzw.
Zwischenraumüberwachung deutlich vereinfacht und zusätzlich preiswerter dargestellt werden können.
Erfindungsgemäß ist dazu ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung zur induktiven Energieübertragung von einer Sendespule zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule, die in einem Fahrzeug angeordnet ist,
vorgesehen, bei dem die Sendespule Sensoren aufweist. In einem ersten Schritt A erfasst die Ladevorrichtung die Position des Fahrzeugs während der
Positionierung des Fahrzeugs über oder an der Sendespule mittels der Sensoren. In einem zweiten Schritt B übermittelt die Ladevorrichtung die Position des
Fahrzeugs an eine Steuerungsvorrichtung des Fahrzeugs. In einem dritten Schritt C korrigiert die Steuerungsvorrichtung die Position des Fahrzeugs selbstständig oder assistiert einem Fahrer bei der Korrektur der Position. In einem vierten Schritt aktiviert die Ladevorrichtung schließlich einen Ladevorgang und überwacht während des Ladevorgangs einen Zwischenraum zwischen der mindestens einen Sendespule und mindestens einen Empfangsspule. Vorteilhaft an dem Verfahren ist die Kombination von Positionierung und Luftspaltüberwachung in einem einzigen Verfahren. Zur Positionierung kommen im Stand der Technik Sensoren zum Einsatz kommen, die im Fahrzeug verbaut werden und beispielsweise in der Stoßstange angeordnet sind. Für die Luftspalt- bzw. Zwischenraumüberwachung zwischen Sende- und Empfangsspule werden hingegen im Stand der Technik wiederum andere Sensoren, als die zur Positionierung eingesetzten Sensoren eingesetzt. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden stattdessen ein- und dieselben Sensoren sowohl zur Positionierung als auch zur Luftspalt- /Zwischenraumüberwachung verwendet, was eine kostengünstige Methode zur Positionierung und Luftspaltüberwachung darstellt. Somit ist das Verfahren der
Positionierung und Überwachung deutlich vereinfacht und kommt zudem günstiger Weise mit einem Satz Sensoren aus, die lediglich im Fahrzeug oder in oder an der Sendespule / Primärspule verbaut / angeordnet sind. Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Vorteilhafterweise erfassen die Sensoren die Position des Fahrzeugs anhand von Bauteilen des Fahrzeugs, vorzugsweise der Räder. Charakteristische Merkmale, Unterbodenmerkmale bzw. Bauteile des Fahrzeugs wie z.B. Räder geben vorteilhaft Aufschluss über die Position des Fahrzeugs. Wird zudem die
Ausrichtung der Räder (Einschlagwinkel) erfasst, kann ermittelt werden, in welche Richtung (rechts, links, geradeaus) das Fahrzeug sich bewegen wird.
Entsprechend kann dem Fahrer assistiert werden bzw. das Fahrzeug geeignete Steuerungs- bzw. Lenkanweisungen erhalten. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Position von jedem Rad von mindestens zwei der vier Sensoren erfasst wird. Dies erlaubt eine eindeutige zweidimensionale
Zuordnung der Position.
Vorteilhafterweise sind die Sensoren als Radar- oder Ultraschallsensoren ausgeführt. Radar- als auch Ultraschall eignen sich sehr gut bei der
berührungslosen Detektion von Hindernissen bzw. dem berührungslosen Abtasten von Gegenständen.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Sensoren Vivaldi Antennen, breitbandige Patch- Antennen, isotrope Strahler oder LCR-Antennen sind. Vivaldi-Antenne sind sehr breitbandig, können günstig hergestellt werden und weisen eine geringe
Abstrahlung auf. Es kann auch vorteilhaft eine breitbandige Patch-Antenne (z.B. "stacked patched Antenna") zum Einsatz kommen, die günstig hergestellt werden kann, eines kleinen Bauraumes bedarf und gerichtet abstrahlt. Weiterhin kommen beispielsweise Punkt- Antennen (z.B. "Top-Ioaded Monopole") zum Einsatz, die eine Rundumsicht gestatten und eine kleine Bauform aufweisen. LCR-Antennen sind breitbandig, weisen eine kleine Bauform auf und erleiden nur geringe Verstimmungen durch Dielektrika im Nahfeld der Antenne und können
dementsprechend ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden.
Die Sensoren sind vorteilhaft als Ultraschall-Array ausgeführt. Die Ausführung als Array erlaubt eine deutliche verbesserte Winkelauflösung der Radformen, woraus sich eine genauere Ermittlung der Position des Fahrzeugs ergibt. Des Weiteren lässt sich der Positionierungsvorgang effektiver gestalten.
Vorteilhafterweise wird der Ladevorgang in einem fünften Schritt E unterbrochen oder die Sendeleistung reduziert, wenn ein Objekt in den Zwischenraum / Luftspalt zwischen Sende- und Empfangsspule eindringt oder innerhalb des
Zwischenraumes vorhanden ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges und einer
Ladevorrichtung zur induktiven Energieübertragung; Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Positionierungsvorgangs eines
Fahrzeuges.
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der
Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges 14 und einer Ladevorrichtung zur induktiven Energieübertragung 10. Die Ladevorrichtung 10 umfasst eine Sendespule 11 (Primärspule) und eine Empfangsspule 12
(Sekundärspule). Die Sendespule 11 ist in den Boden unterhalb des Fahrzeugs 14 eingelassen oder liegt beispielsweise als Ladepad auf dem Boden auf. Die
Empfangsspule 12 ist im Unterboden des Fahrzeugs 14 verbaut. Steht das zu ladende Fahrzeug 14 mit der Empfangsspule 12 über der Sendespule 11 bildet sich ein Zwischenraum 17 aus, der auch als Luftspalt bezeichnet wird. Die
Ladevorrichtung 10 weist eine Steuerungsvorrichtung 15 auf, die wahlweise auf der Seite der Sendespule 11 vorgesehen ist oder alternativ im Fahrzeug 14 verbaut sein kann. Das Fahrzeug 14 weist Bauteile 18 auf, die beispielsweise die Räder 19 des Fahrzeugs 14 oder alternativ Bauteile des Unterbodens des
Fahrzeugs 14 wie Auspuff, Motorblock, Antriebsachse, etc. umfassen. Die
Sensoren 13 sind an der Sendespule 11 vorgesehen. Hierbei handelt es sich um mindestens einen Sensor, bevorzug um vier Sensoren. Als Sensoren 13 werden vorzugsweise Radarsensoren oder Ultraschallsensoren eingesetzt. Die Sensoren 13 sind vorzugsweise als Vivaldi Antennen, breitbandige Patch-Antennen, isotrope Strahler oder LCR-Antennen ausgeführt. Vorzugsweise sind die Sensoren 13, für den Fall dass es sich um Ultraschallsensoren handelt, als Ultraschallarray ausgebildet.
Nähert sich das Fahrzeug 14 der Sendespule 11, muss das Fahrzeug 14 zunächst bezüglich eines effizienten Ladevorgangs optimal positioniert werden, damit die Energieübertragung zwischen Sendespule 11 und Empfangsspule 12 optimal erfolgt. Zu diesem Zweck erfasst die Ladevorrichtung 10 in einem ersten Schritt A die Position des Fahrzeugs 14 während der Positionierung des Fahrzeugs 14 mittels Sensoren 13 die über oder an der Sendespule 11 angebracht sind. Zu diesem Zweck sind die Sensoren 13 um die Sendespule 11 vorzugsweise rund herum um die Sendespule 11 angeordnet. Minimal kommen hier vier Sensoren zum Einsatz. Es können aber auch sechs, acht, zehn oder mehr Sensoren verwendet werden. Die Sensoren 13 erfassen die Position des Fahrzeugs in dem der Unterboden des Fahrzeugs oder die Räder des Fahrzeugs abgetastet werden. Beispielsweise verfolgen mehrere Sensoren 13 die Räder 19 des Fahrzeugs 14, wodurch diesen stets eine eindeutige zweidimensionale Position zugeordnet werden kann. Während die Sensoren 13 die Position des Fahrzeugs 14 während des Positionierungsvorgangs erfasst, wird in einem zweiten Schritt B die Position des Fahrzeugs 14 an eine Steuerungsvorrichtung 15 des Fahrzeugs 14
übermittelt. Diese Übermittlung der Position des Fahrzeugs 14 findet kontinuierlich bzw. wiederholt statt. Die Steuerungsvorrichtung 15 korrigiert in einem 3. Schritt C die Position des Fahrzeugs 14 selbstständig. Das bedeutet, dass der Fahrer 16 nicht in den Fahrvorgang bzw. Lenkvorgang des Fahrzeugs 14 eingreifen muss, sondern dass das Fahrzeug 14 sich eigenständig optimal positioniert. Alternativ kann die Steuerungsvorrichtung 15 dem Fahrer 16 bei der Korrektur der Position assistieren, indem die Steuerungsvorrichtung 15 dem Fahrer Hinweise bezüglich des Steuerungsverhaltens gibt. In einem vierten Schritt D aktiviert die
Ladevorrichtung den Ladevorgang und überwacht einen Zwischenraum 17, der sich zwischen der mindestens einen Sendespule 11 und mindestens einen
Empfangsspule 12 bildet. Sollten in diesem Zwischenraum 17 Objekte eindringen (Lebewesen, metallische oder nicht metallische Gegenstände, etc.) unterbricht die Ladevorrichtung 10 in einem fünften Schritt E den Ladevorgang oder reduziert alternativ die Sendeleistung der Sendespule 11.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf das Fahrzeug 14 und die Sendespule 11. Gleiche Elemente in Bezug auf Figur 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. In dieser Figur 2 wird der Anfahrvorgang des Fahrzeuges 14 in Richtung Sendespule 11 in der Aufsicht gezeigt (von oben). Das Fahrzeug 14 bewegt sich in Richtung des Pfeiles 20 (vorwärts) auf die Sendespule 11 zu. Die Sendespule 11 ist somit vor den
Vorderrädern 19 des Fahrzeuges 14. Die Sendespule 11 weist Sensoren 13 auf, die die Vorderräder 19 beobachten und lokalisieren. Die Vorderräder 19 fahren schließlich assistiert an der Sendespule 11 bzw. dem Ladepad vorbei. Jedes Rad wird zu jeder Zeit von mehreren Sensoren 13 erfasst. Die genaue Position zum Laden kann somit anhand der Räder 19 bestimmt werden. Die Ladevorrichtung 10 kann, mit der Steuerungsvorrichtung 15 kommunizierend, die entsprechende
Positionierung (durch Lenkeingriffe oder Rückmeldung an den Fahrer) vornehmen. Während des Ladevorgangs bilden die Sensoren 13 eine ortsaufgelöste
Eindringerkennung ab, da ein Objekt immer von mehreren Sensoren verfolgt werden kann und damit der Eindring- und Überwachungsbereich beliebig geformt werden kann. Als Alternative können Ultraschall- Arrays verwendet werden, um die Winkelauflösung der Räder 19 (Radformen) zu verbessern. Weiterhin ist eine Kombination des Verfahrens mit einem Metallobjekterkennungsverfahren möglich, wobei letzteres nur dann ausgelöst wird, wenn die Sensoren 13 ein Objekt im Zwischenraum 17 detektieren. Durch veränderte Integrationszeiten,
Empfindlichkeiten und Abstrahlcharakteristiken kann die Ladevorrichtung von einem Positionierungs- in einen Lebendobjekterkennungs-Modus umschalten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) zur induktiven
Energieübertragung von mindestens einer Sendespule (11) zu einer von der mindestens einen Sendespule (11) beabstandeten mindestens einen Empfangsspule (12), die in einem Fahrzeug (14) angeordnet ist, wobei die Sendespule (11) Sensoren (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ladevorrichtung (10) in einem ersten Schritt (A) die Position des Fahrzeugs (14) während der Positionierung des Fahrzeugs (14) über oder an der Sendespule (11) mittels der Sensoren (13) erfasst;
- die Ladevorrichtung (10) in einem zweiten Schritt (B) die Position des Fahrzeugs (14) an eine Steuerungsvorrichtung (15) des
Fahrzeugs (14) übermittelt;
- die Steuerungsvorrichtung (15) in einem dritten Schritt (C) die Position des Fahrzeugs (14) selbstständig korrigiert oder einem Fahrer (16) bei der Korrektur der Position assistiert;
- die Ladevorrichtung (10) in einem vierten Schritt (D) einen Ladevorgang aktiviert und während des Ladevorgangs einen
Zwischenraum (17) zwischen der mindestens einen Sendespule (11) und mindestens einen Empfangsspule (12) überwacht.
2. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13) die Position des
Fahrzeugs (14) anhand von Bauteilen (18) des Fahrzeugs, vorzugsweise der Räder (19) erfassen.
3. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position von jedem Rad (19) von mindestens zwei Sensoren (13) erfasst wird.
4. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13) Radar- oder Ultraschallsensoren sind.
5. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13) Vivaldi Antennen, breitbandige Patch-Antennen, isotrope Strahler oder LCR-Antennen sind.
6. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13) als Ultraschal larray ausgebildet sind.
7. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Ladevorgang in einem fünften Schritt (E) unterbrochen wird oder die Sendeleistung der Sendespule (11) reduziert wird, wenn ein Objekt in den Zwischenraum (17) eindringt oder innerhalb des Zwischenraumes (17) vorhanden ist.
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