WO2023208367A1 - Messeinheit und ladevorrichtung - Google Patents

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WO2023208367A1
WO2023208367A1 PCT/EP2022/061539 EP2022061539W WO2023208367A1 WO 2023208367 A1 WO2023208367 A1 WO 2023208367A1 EP 2022061539 W EP2022061539 W EP 2022061539W WO 2023208367 A1 WO2023208367 A1 WO 2023208367A1
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WO
WIPO (PCT)
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measuring unit
primary
positioning sensor
primary positioning
charging
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/061539
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin KULLMANN
Claus Seisenberger
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to PCT/EP2022/061539 priority Critical patent/WO2023208367A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/36—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles by positioning the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/38—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles specially adapted for charging by inductive energy transfer

Definitions

  • the invention relates to a measuring unit and a charging device.
  • Electric vehicles can be charged inductively with electrical energy.
  • the electric vehicle includes a secondary coil, which can be inductively coupled to a primary coil of a charging station.
  • the primary coil is usually arranged in the floor of a charging station so that the electric vehicle can be positioned with the secondary coil above the primary coil.
  • the secondary coil is expediently located on the underbody of the electric vehicle, particularly in the area of the front axle.
  • the primary and secondary coils must be positioned one above the other as precisely as possible.
  • the positioning tolerance is a few centimeters in the direction of travel of the electric vehicle and in the direction perpendicular to it and parallel to the ground.
  • a maximum angle of rotation around the vertical axis is only a few degrees. It is correspondingly difficult to position the electric vehicle in a suitable manner for inductive charging.
  • a method for determining an arrangement of the electric vehicle relative to the charging station is helpful in order to support a driver of the electric vehicle in moving to a position suitable for inductive charging of the electric vehicle.
  • determining the arrangement of the electric vehicle relative to the charging station is also relevant to safety, since a charging release, i.e. permission to activate the charging field of the primary coil, can only take place if the secondary coil is within a defined tolerance range above the primary coil.
  • a charging release i.e. permission to activate the charging field of the primary coil
  • the invention relates to a measuring unit with at least a first primary positioning sensor and a connecting means for use for positioning a primary coil of a charging unit and a secondary coil of an electric vehicle, in which the measuring unit is designed such that it is fixed to the charging unit by means of the connecting means can be connected and the at least one first primary positioning sensor is designed to communicate wirelessly with at least one secondary positioning sensor of the electric vehicle during positioning.
  • This measuring unit has the advantage that it is arranged at a distance from the primary coil and thereby enables the primary coil to be positioned relative to the secondary coil in a reliable manner. For example, electromagnetic waves that are used for positioning are not disturbed or are only disturbed to a small extent by the primary coil due to the locally remote arrangement of the at least one first primary positioning sensor.
  • By firmly connecting the measuring unit to the load unit by means of the connecting means it is advantageously achieved that the local position of the at least one first primary positioning sensor relative to the primary coil is not changed even in the event of external influences, such as vandalism or displacement of the loading unit, so that the positioning is extremely reliable and extremely reliable even in the event of external influences can be done exactly.
  • the term “firmly connectable” is understood to mean that the measuring unit and the charging unit can be firmly connected to one another via the connecting means, for example by means of a screw connection, by plugging together and/or by means of gluing.
  • This term f f can also be understood to mean that After establishing a connection between the charging unit and the measuring unit, both units are inseparably connected to one another.
  • this term expresses that the connection determines a local position of the charging unit to the measuring unit or of the primary coil to the at least one primary positioning sensor is defined that even in the event of external influences, such as a displacement of the loading unit, the local position remains almost unchanged.
  • a respective primary positioning sensor can wirelessly send out information as a transmitter, which can be received by a respective secondary positioning sensor and can be used to position the primary coil in relation to the secondary coil can .
  • a respective secondary positioning sensor can also serve as a transmitter and a respective primary positioning sensor can serve as a receiver.
  • the communication can be unidirectional or bi-directional.
  • the information can be encoded and transmitted in the form of electromagnetic waves.
  • the information can also be encoded and transmitted using WLAN (WLAN - Wireless Local Lan) and an IP protocol (IP - Internet Protocol) with a PTP according to IEEE1588 (PTP - Precision Time Protocol).
  • the measuring unit is elongated, with the connecting means being arranged on a first side of the measuring unit and the first primary positioning sensor being arranged on a second side of the measuring unit opposite the first side.
  • the elongated design of the measuring unit ensures that there is a greater distance between the primary coil and the at least one first positioning sensor, whereby interference caused by the coil, for example due to its windings, during positioning is reduced or avoided.
  • the elongated design also has the advantage that the electric vehicle can be prevented from driving over the measuring unit if the elongated shape of the measuring unit is selected in the direction of travel of the electric vehicle.
  • the elongated design of the measuring unit can also advantageously ensure the robustness of the measuring unit in practical use.
  • the measuring unit is at least partially designed as a tube, in particular at least partially with a rectangular or round cross section.
  • Designing the measuring unit as a tube is advantageous because the measuring unit can be manufactured and provided in a simple and cost-effective manner using standard components.
  • a tube that is hollow inside has the advantage that a power supply cable and/or wires for signal transmission of the at least one first primary positioning sensor are guided in an orderly manner inside the tube are also protected from damage, such as when an electric vehicle drives over them.
  • a rectangular cross section is advantageous because it means that the measuring unit has a smooth side that can lie flat on a surface, and thus the measuring unit can be given additional stability against slipping or shifting relative to the floor.
  • the tube is designed in two parts, with a first part, which is flat, lying at least partially on a floor, in particular can be fixed to the floor by means of fastening means, such as screws, and a second part of the tube is shaped as a round arch and by means of a closure means can be connected to the first part, for example by means of a snap connection with snap hooks.
  • the tube can be hollow or filled inside.
  • the tube can also have fastening means to connect it to a cable of the charging unit, for example the tube has eyelets through which a cable tie is passed and is pulled around the cable.
  • a cable for supplying energy to the primary coil is integrated in the tube.
  • the measuring unit can ensure protection against damage to the cable.
  • the measuring unit ensures a fixed, predetermined local guidance of the cable, which means a Potential damage to the cable caused by being driven over can be reduced.
  • the measuring unit is Y-shaped or T-shaped, has connecting means at one end of the Y/T and a respective first primary positioning sensor is arranged at a respective other end of the Y/T.
  • the charging unit has a cable for power supply or signal exchange, which is led out of a housing of the charging unit, whereby
  • the connecting means is designed such that the at least one first primary positioning sensor can be firmly connected to the cable (EK).
  • EK cable
  • This development shows the advantage that the first primary positioning sensor can be firmly connected to the charging unit via its cable with little effort and/or very cost-effectively. For example, if the charging unit has an output of 22 kW, the diameter of the cable is several centimeters thick and therefore not very flexible. Even when the charging unit including the cable is moved, the local position of the first primary sensor changes only slightly, if at all, so that the positioning can be carried out with a sufficiently high quality after moving. In this further training you can the first primary positioning sensor can be supplied with electrical energy using its own battery, for example.
  • the invention further relates to a charging device for inductive charging of an electric vehicle, with the charging unit and the measuring unit according to one of the preceding embodiments, in which the charging unit, in addition to the primary coil, also has at least a second primary positioning sensor, which together with the at least a first primary positioning sensor and the at least one secondary positioning sensor of the electric vehicle performs the positioning.
  • This preferred further development makes it possible to improve the accuracy of the positioning. This is based, among other things, on the fact that the second primary positioning sensors also have a fixed local position relative to the primary coil, so that a joint measurement evaluation of measurement signals from the first primary positioning sensors and the second primary positioning sensors achieves the accuracy in determining the position of the primary coil relative to the secondary coil .
  • At least one of the second primary positioning sensors is arranged in the charging unit in such a way that a distance between the primary coil and the at least one first primary positioning sensor is smaller than a distance between the second primary positioning sensor and the at least one first primary positioning sensor .
  • the second primary positioning sensors could in principle be attached to any location in or on or on the loading unit be .
  • the distance between the primary sensors should be as large as possible. This development enables a distance of the at least one second primary positioning sensor from the first primary positioning sensor to be greater than the distance between the first primary positioning sensor and the primary coil. This improves the accuracy of positioning by the loading device.
  • the at least one first primary positioning sensor and the two second primary positioning sensors are arranged such that these sensors span an isosceles triangle, with a base formed by a distance between the two second primary positioning sensors.
  • a distance between a coil and/or one or more of the positioning sensors can be considered. This can be understood to mean that the respective distance from/to a center of the respective positioning sensor or from/to a center of the respective coil is determined.
  • Fig. 1 A charging device with a measuring unit and a charging unit
  • FIG. 2 A unit of measurement;
  • Fig. 3 An alternative embodiment of a measuring unit;
  • Fig. 5 An optional embodiment of a measuring unit
  • the charging device LAV also has a measuring unit E2.
  • This is designed in Figure 1 as a cable duct with a square cross-section, in which an electric cable EK is guided to the charging unit El, which supplies the primary coil with electrical energy. This electrical energy is then used via a magnetic flux on a secondary coil SPS of the electric vehicle to charge the battery of the electric vehicle.
  • the primary positioning sensors S i l, S 12, S21, S22 are designed to communicate wirelessly with secondary positioning sensors ES I, ES2 installed in the electric vehicle.
  • the primary positioning sensors are designed as transmitters that emit electromagnetic waves at a frequency of 125 kHz. These electromagnetic waves are received by the secondary positioning sensors and, after evaluating one or more measurement signals, e.g. B.
  • a measurement of field strength and field direction of the electromagnetic signal or field direction of the magnetic waves a position of the secondary coil of the electric vehicle in relation to the primary coil of the charging device is determined.
  • positioning which is based, for example, on a triangulation or a field model of the electromagnetic signal. This can be used to automatically guide or move the electric vehicle in such a way that the primary coil and the secondary coil can be positioned one above the other in such a way that a magnetic flux with low losses is enabled after the positioning has ended.
  • Figure 3 shows an alternative arrangement of the measuring unit E2 in the form of a “T”.
  • the connecting means VEM is arranged at the foot of the “T” and a first primary positioning sensor S i l, S 12 is arranged at both outer locations of the “T”.
  • Figure 4 shows a further alternative arrangement of the measuring unit E2 in the form of a “Y”.
  • the connecting means VEM is arranged at the foot of the “Y” and a first primary positioning sensor S i l, S 12 is arranged at both outer locations of the “Y”.
  • the measuring unit can be used in charging units and/or charging devices that, for example, provide electric vehicles for transporting people or goods.
  • the electric vehicles can be controlled by a person or autonomously.
  • the electric vehicle can be designed as a transport robot in a factory or as a cleaning robot in a hospital.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinheit mit zumindest einem ersten primären Positionierungssensor und einem Verbindungsmittel zur Verwendung für eine Positionierung einer primären Spule einer Ladeeinheit und einer sekundären Spule eines Elektrofahrzeugs, bei der die Messeinheit derart ausgestaltet ist, dass diese mittels des Verbindungsmittels mit der Ladeeinheit fest verbindbar ist und der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor ausgestaltet ist mit zumindest einem sekundären Positionierungssensor des Elektrofahrzeugs während der Positionierung drahtlos zu kommunizieren. Zudem betrifft die Erfindung eine Ladevorrichtung umfassend eine Messeinheit und eine Ladeeinheit.

Description

Beschreibung
Messeinheit und Ladevorrichtung
Die Erfindung betri f ft eine Messeinheit und eine Ladevorrichtung .
Elektrofahrzeuge lassen sich induktiv mit elektrischer Energie laden . Dazu umfasst das Elektrofahrzeug eine Sekundärspule , welche mit einer Primärspule einer Ladestation induktiv koppelbar ist . Regelmäßig ist die Primärspule im Boden einer Ladestation angeordnet , sodass das Elektrofahrzeug mit der Sekundärspule oberhalb der Primärspule positioniert werden kann . Zweckmäßigerweise befindet sich dabei die Sekundärspule am Unterboden des Elektrofahrzeugs , insbesondere im Bereich der Vorderachse . Zum induktiven Laden müssen Primär- und Sekundärspule möglichst genau übereinander positioniert werden . Die Positioniertoleranz beträgt dabei wenige Zentimeter in Fahrtrichtung des Elektrofahrzeugs und in Richtung senkrecht dazu und parallel zum Erdboden . Ein maximaler Verdrehwinkel um die vertikale Achse beträgt lediglich wenige Winkelgrade . Es ist entsprechend schwierig, das Elektrofahrzeug zum induktiven Laden geeignet zu positionieren .
Zum einen ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Anordnung des Elektrofahrzeugs relativ zur Ladestation hil freich, um einen Fahrer des Elektrofahrzeugs beim Anfahren einer zum induktiven Laden des Elektrofahrzeugs geeigneten Position zu unterstützen . Zum anderen ist die Bestimmung der Anordnung des Elektrofahrzeugs relativ zur Ladestation auch sicherheitsrelevant , da nur dann eine Ladefreigabe , also eine Erlaubnis zum Aktivieren des Ladefeldes der Primärspule , erfolgen kann, wenn sich die Sekundärspule innerhalb eines definierten Toleranzbereiches über der Primärspule befindet . Zudem ist ein optimaler Energiefluss nur gewährleistet , wenn die Primär- und Sekundärspulen optimal zueinander ausgerichtet sind . Zur Bestimmung der Anordnung des Elektrofahrzeugs relativ zur Ladestation ist es bekannt , mittels einer am Elektrofahrzeug angeordneten Sendeeinrichtung ein magnetisches Wechsel feld zu senden, das am Ort der Ladestation empfangen wird, und anhand dessen auf die Anordnung geschlossen werden kann, siehe beispielsweise US 2016/ 0089997 Al . Die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Bestimmung der Anordnung sind j edoch noch nicht zufriedenstellend .
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Messeinheit und eine Ladevorrichtung anzugeben, mit der j eweils eine Positionierung einer primären Spule einer Ladeeinheit mit einer sekundären Spule eines Elektrofahrzeugs verbessert werden kann .
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst . Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen .
Die Erfindung betri f ft eine Messeinheit mit zumindest einem ersten primären Positionierungssensor und einem Verbindungsmittel zur Verwendung für eine Positionierung einer primären Spule einer Ladeeinheit und einer sekundären Spule eines Elektrofahrzeugs , bei der die Messeinheit derart ausgestaltet ist , dass diese mittels des Verbindungsmittels mit der Ladeeinheit fest verbindbar ist und der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor ausgestaltet ist mit zumindest einem sekundären Positionierungssensor des Elektrofahrzeugs während der Positionierung drahtlos zu kommuni zieren .
Diese Messeinheit zeigt den Vorteil , dass sie örtlich abgesetzt von der primären Spule angeordnet ist und hierdurch eine Positionierung der primären Spule zu der sekundären Spule in zuverlässiger Art und Weise ermöglicht wird . So werden beispielsweise elektromagnetische Wellen, die zur Positionierung verwendet werden, durch die örtlich abgesetzte Anordnung des zumindest einen ersten primären Positionierungssensors durch die primäre Spule nicht oder nur in geringem Maße gestört . Durch die feste Verbindung der Messeinheit mit der La- deeinheit mittels des Verbindungmittels , wird in vorteilhafter Weise erreicht , dass die örtliche Lage des zumindest einen ersten primären Positionierungssensors gegenüber der primären Spule selbst bei äußeren Einflüssen, wie Vandalismus oder Verschieben der Ladeeinheit nicht verändert wird, sodass die Positionierung selbst bei äußeren Einflüssen äußerst zuverlässig und genau erfolgen kann .
Unter dem Begri f f „fest verbindbar" wird verstanden, dass die Messeinheit und die Ladeeinheit über das Verbindungsmittel fest miteinander verbunden werden können, beispielsweise mittels einer Verschraubung, mittels zusammenstecken und/oder mittels einer Verklebung . Dieser Begri f f kann auch dahingehend verstanden werden, dass nach einer Herstellung einer Verbindung zwischen der Ladeeinheit und der Messeinheit beide Einheiten untrennbar miteinander verbunden sind . Zudem wird mit diesem Begri f f ausgedrückt , dass durch die Verbindung eine örtliche Lage der Ladeeinheit zu der Messeinheit bzw . der primären Spule zu dem zumindest einen primären Positionierungssensors fest definiert ist , die selbst bei äußeren Einflüssen, wie beispielsweise ein Verschieben der Ladeeinheit , die örtliche Lage nahezu unverändert bestehen bleibt . Nahezu bedeutet , dass eine Änderung des Abstands zwichen einer Mitte des zumindest einen ersten primären Positionierungssensors und der Mitte der primären Spule sehr klein ist , z . B . eine Veränderung von 0 , 2cm ist klein gegenüber dem Abstand von 100cm vor der Verschiebung und somit ist die örtliche Lage nahezu unverändert . Diese Eigenschaft ist wichtig, damit die Bestimmung der Position der sekundären Spule zu der primären Spule , also die Positionierung, in ausreichender Genauigkeit , zum Beispiel auf wenige Millimeter, erfolgen kann .
Unter einem Begri f f „kommuni zieren" wird im Rahmen der Anmeldung verstanden, dass ein j eweiliger primärer Positionierungssensor als Sender eine Information drahtlos aussenden kann, die von einem j eweiligen sekundären Positionierungssensor empfangen werden kann und zur Positionierung der primären Spule zur sekundären Spule verwendet werden kann . Al- ternativ kann auch ein j eweiliger sekundärer Positionierungssensor als Sender und ein j eweiliger primärer Positionierungssensor als Empfänger dienen . Die Kommunikation kann uni- direktional oder bi-direktional ausgestaltet sein . Die Information kann in Form von elektromagnetischen Wellen kodiert sein und übertragen werden . Auch kann die Information mittels WLAN (WLAN - Wireless Local Lan) und einem IP Protokoll ( IP - Internet Protocol ) mit einem PTP gemäß IEEE1588 ( PTP - Precision Time Protocol ) kodiert und übertragen werden .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung ist die Messeinheit länglich ausgebildet , wobei auf einer ersten Seite der Messeinheit das Verbindungsmittel und an einer, zur ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Messeinheit der erste primäre Positionierungssensor angeordnet sind . Durch die längliche Ausbildung der Messeinheit wird bewirkt , dass ein größerer Abstand zwischen der primären Spule und dem zumindest einen ersten Positionierungssensor vorliegt , wodurch Störungen durch die Spule , beispielsweise durch deren Windungen, bei der Positionierung reduziert oder vermieden werden . Die längliche Ausbildung zeigt weiterhin den Vorteil , dass ein Überfahren der Messeinheit durch das Elektrofahrzeug verhindert werden kann, wenn die längliche Ausprägung der Messeinheit in Fahrtrichtung des Elektrofahrzeugs gewählt wird . Somit kann durch die längliche Ausbildung der Messeinheit auch eine Robustheit der Messeinheit im praktischen Einsatz in vorteilhafter Weise gewährleistet werden .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung ist die Messeinheit zumindest teilweise als Rohr, insbesondere zumindest teilweise mit einem rechteckigen oder runden Querschnitt , ausgebildet . Die Ausbildung der Messeinheit als Rohr ist vorteilhaft , weil damit die Messeinheit mithil fe von Standardkomponenten in einfacher und kostengünstiger Weise gefertigt und bereitgestellt werden kann . Ein im Inneren hohles Rohr hat den Vorteil , dass eine Spannungsversorgungskabel und/oder Drähte zur Signalübertragung des zumindest einen ersten primären Positionierungssensors im Inneren des Rohrs geordnet geführt und ferner vor Beschädigungen, wie beim Überfahren mit dem Elektrofahrzeug, geschützt sind . Ein rechteckiger Querschnitt ist vorteilhaft , weil damit die Messeinheit eine glatte Seite aufweist , die eben auf einem Untergrund liegen kann, und damit der Messeinheit zusätzliche Stabilität gegen Verrutschen oder Verschieben gegenüber dem Boden gegeben werden kann . Ein runder Querschnitt des Rohrs ist auch vorteilhaft , weil dadurch auch bei geringer Materialstärke des Rohrs ein großer Schutz gegen Beschädigung im Falle eines Überfahrens des Rohrs durch das Elektrofahrzeug bereitgestellt wird . In einer alternativen Weiterbildung kann das Rohr auch einen Querschnitt dergestalt aufweisen, dass es bis auf eine Stelle an seinem Umfang rund ausgeformt ist und an der besagten Stelle eben ist . Durch diese besondere Weiterbildung kann der runde Teil des Rohrs einen besonders guten Schutz gegen Beschädigung und der ebene Teil des Rohrs bei Aufliegen auf dem Boden guten Schutz gegen Verrutschen oder Verschieben des Rohrs gewährleistet werden . So kann das Rohr auch ein- oder mehrteilig ausgebildet sein . Beispielsweise ist das Rohr zweiteilig ausgebildet , wobei ein erster Teil , der eben geformt ist , zumindest teilweise auf einem Boden liegt , insbesondere auch mittels Befestigungsmittel , wie Schrauben, am Boden fixiert werden kann, und ein zweiter Teil des Rohrs als Rundbogen geformt ist und mittels eines Verschlussmittels mit dem ersten Teil verbunden werden kann, beispielsweise mittels einer Schnappverbindung mit Schnapphacken . Das Rohr kann innen hohl oder gefüllt sein . Ferner kann das Rohr auch Befestigungsmittel aufweisen, um dieses mit einem Kabel der Ladeeinheit zu verbinden, beispielsweise weist das Rohr Ösen auf , durch die ein Kabelbinder geführt wird, der um das Kabel gezogen wird .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung der Messeinheit ist in dem Rohr ein Kabel zur Energieversorgung der primären Spule integriert . Durch diese Weiterbildung kann durch die Messeinheit ein Schutz vor Beschädigung des Kabels gewährleistet werden . Ferner wird durch die Messeinheit eine feste vorgegebene örtliche Führung des Kabels gewährleistet , wodurch eine potenzielle Schädigung des Kabels durch Überfahren reduziert werden kann .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung kann mittels einer elektrischen Verbindung mit dem Kabel (EK) zumindest einer der ersten primären Positionierungssensoren ( S i l ) elektrische Energie für seinen Betrieb (EK) erhalten . . Dies bedingt eine kostengünstige Lösung als bei Nutzung einer dedi zierten Verdrahtung .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung ist die Messeinheit Y- förmig oder T- förmig ausgeführt ist , das Verbindungsmittel an einem Ende des Y / T aufweist und ein j eweiliger erster primärer Positionierungssensor an einem j eweiligen anderen Ende des Y / T angeordnet ist . Diese Weiterbildung ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige Positionierung bei Nutzung von zwei ersten primären Positionierungssensoren . Ferner kann durch die spezi fische geometrische Form des Y / T ein zusätzlicher Schutz gegen Verrutschen oder Verschieben der Messeinheit erreicht werden, falls diese nahezu eben auf dem Boden liegt .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung weist die Ladeeinheit zur Energieversorgung oder zum Signalaustausch ein Kabel auf , das aus einem Gehäuse der Ladeeinheit geführt ist , wobei
- das Verbindungsmittel derart ausgestaltet ist , dass der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor an dem Kabel (EK) fest verbindbar ist . Diese Weiterbildung zeigt den Vorteil , dass mit geringem Aufwand und/oder sehr kostengünstig der erste primäre Positionierungssensor mit der Ladeeinheit über dessen Kabel fest verbunden werden kann . Bei einer Leistung der Ladeeinheit von beispielsweise 22 kW ist ein Durchmesser des Kabels mehrere Zentimeter dick und somit nicht sehr flexibel . Selbst bei einem Verschieben der Ladeeinheit samt Kabel ändert sich - wenn überhaupt - eine örtliche Lage des ersten primären Sensors nur gering, sodass die Positionierung auf nach dem Verschieben in ausreichend hoher Qualität durchgeführt werden kann . In dieser Weiterbildung kann der erste primäre Positionierungssensor beispielsweise mittels einer eigenen Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden . Die Verbindung kann durch Klemmen, Schrauben, Stecken oder Kleben des zumindest einen ersten primären Positionierungssensors bewerkstelligt werden . Das Verbindungsmittel kann beispielsweise durch eine Klammer, eine Schraube , einen Sti ft , eine Schelle , ein Klettband, Klebeband oder Klebstof f realisiert werden .
Die Erfindung betri f ft ferner eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs , mit der Ladeeinheit und der Messeinheit gemäß einer der vorangegangenen Aus führungen, bei der die Ladeeinheit neben der primären Spule ferner zumindest einen zweiten primären Positionierungssensor aufweist , der zusammen mit dem zumindest einen ersten primären Positionierungssensor und dem zumindest einen sekundären Positionierungssensor des Elektrofahrzeugs die Positionierung durchführt .
Durch diese vorzugsweise Weiterbildung wird eine Verbesserung einer Genauigkeit der Positionierung ermöglicht . Dies beruht unter anderem darauf , dass auch die zweiten primären Positionierungssensoren eine feste örtliche Lage gegenüber der primären Spule aufweisen, sodass eine gemeinsame Messauswertung von Messesignalen der ersten primären Positionierungssensoren und der zweiten primären Positionierungssensoren die Genauigkeit in der Positionsbestimmung der primären Spule gegenüber der sekundären Spule erzielt .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung der Ladevorrichtung ist zumindest einer der zweiten primären Positionierungssensoren derart in der Ladeeinheit angeordnet , dass ein Abstand zwischen der primären Spule und dem zumindest einen ersten primären Positionierungssensor kleiner ist als ein Abstand zwischen dem zweiten primären Positionierungssensor und dem zumindest einen ersten primären Positionierungssensor . Der zweite primäre Positionierungssensoren könnte prinzipiell an j eder Stelle in oder auf oder an der Ladeeinheit angebracht sein . Zur Verbesserung der Positionierung soll ein Abstand zwischen den primären Sensoren möglichst groß sein . Diese Weiterbildung ermöglicht , dass ein Abstand des zumindest einen zweiten primären Positionierungssensors von dem ersten primären Positionierungssensoren größer ist als der Abstand zwischen dem ersten primären Positionierungssensoren und der primären Spule . Hierdurch wird die Genauigkeit der Positionierung durch die Ladevorrichtung verbessert .
In einer vorzugsweisen Weiterbildung der Ladevorrichtung sind der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor und die zwei zweiten primären Positionierungssensoren derart angeordnet , dass diese Sensoren ein gleichschenkliges Dreieck, mit einer Basis gebildet durch einen Abstand zwischen den zwei zweiten primären Positionierungssensoren, aufspannen .
Durch diese Weiterbildung wird die Positionierung weiter verbessert , da die gewählte geometrische Anordnung der Sensoren bewirkt , dass ein Abstand des ersten primären Sensors von einem j eweiligen zweiten primären Sensor gleich ist , insbesondere in einer konkreten Konfiguration der Messeinheit und der Ladeeinheit maximal ist .
Zudem sind die für die Messeinheit genannten Vorteile auch für die Ladevorrichtung gegeben . Im Rahmen der Anmeldung kann ein Abstand zwischen einer Spule und/oder einem oder mehreren der Positionierungssensoren betrachtet werden . Dies kann so verstanden werden, dass der j eweilige Abstand von/ zu einer Mitte des j eweiligen Positionierungssensors bzw . von/ zu einer Mitte der j eweiligen Spule ermittelt wird .
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand von Zeichnungen näher erläutert . Im Einzelnen zeigen :
Fig . 1 Eine Ladevorrichtung mit einer Messeinheit und einer Ladeeinheit ;
Fig . 2 Eine Messeinheit ; Fig . 3 Eine alternative Aus führungs form einer Messeinheit ;
Fig . 4 Eine weitere alternative Aus führungs form einer Messeinheit ;
Fig . 5 Eine optionale Aus führungs form einer Messeinheit
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkung sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen .
Figur 1 zeigt eine Ladevorrichtung LAV gemäß einem Aus führungsbeispiel der Erfindung, auf die ein Elektrofahrzeug EV zufährt , siehe Pfeil , um eine Batterie des Elektrofahrzeugs induktiv laden zu können . Diese Ladevorrichtung verfügt über eine Ladeeinheit El , die eine primäre Spule PSP zum Übertragen von Energie an eine sekundäre Spule SSP eines Elektrofahrzeugs EV aufweist . Die primäre Spule kann mehrere Wicklungen / Lagen aufweisen . Die erste Einheit kann eine Fläche von 50cm x 50cm auf einem Boden bedecken und eine Höhe von 10cm aufweisen .
Die Ladevorrichtung LAV weist ferner eine Messeinheit E2 auf . Diese ist in Figur 1 als Kabelkanal mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet , in dem ein Elektrokabel EK zur Ladeeinheit El geführt ist , welches die primäre Spule mit elektrischer Energie versorgt . Diese elektrische Energie wird dann über einen magnetischen Fluss auf eine sekundäre Spule SPS des Elektrofahrzeugs zum Laden der Batterie des Elektrofahrzeugs eingesetzt .
Die Messeinheit verfügt über ein Verbindungsmittel VEM, das geeignet ist die Messeinheit E2 mit der Ladeeinheit El fest zu verbinden, beispielsweise ausgeführt als Schraub- oder als Schnappverbindung . Ferner weist die Messeinheit nahe einem, dem Verbindungsmittel gegenüberliegenden, Ende des Kabelkanals einen ersten primären Positionierungssensor S i l auf . In der Praxis kann der erste primäre Positionierungssensor 0 bis 10 cm von dem Ende der Messeinheit angeordnet sein . Neben dem ersten primären Positionierungssensor S i l zeigt die Ladeeinheit zweite primäre Positionierungssensoren S21 , S22 . Die primären Positionierungssensoren können so angeordnet sein, dass diese ein gleichschenkliges Dreieck D mit den primäre Positionierungssensoren an den Dreieckskanten bilden, wobei ein Abstand zwischen den zwei zweiten primären Positionierungssensoren S21 , S22 die Basis des Dreiecks bilden . Das Dreieck D ist in Figur 1 gestrichelt gezeichnet .
Die primären Positionierungssensoren S i l , S 12 , S21 , S22 sind dazu ausgelegt mit im Elektrofahrzeug verbauten sekundären Positionierungssensoren ES I , ES2 drahtlos zu kommuni zieren . Beispielhaft sind die primären Positionierungssensoren als Sender ausgebildet , die auf einer Frequenz von 125kHz elektromagnetische Wellen aussenden . Diese elektromagnetischen Wellen werden von den sekundären Positionierungssensoren empfangen und nach Auswertung eines oder mehrerer Messsignale , z . B . mittels Lauf zeitmessungen, einer Messung von Feldstärke und Feldrichtung des elektromagnetischen Signals oder Feldrichtung der magnetischen Wellen, eine Lage der sekundären Spule des Elektrofahrzeugs zu der primären Spule der Ladevorrichtung ermittelt . Dies wird als Positionierung bezeichnet , welche beispielsweise auf einer Triangulation oder einem Feldmodel des elektromagnetischen Signals beruht . Dies kann genutzt werden, um das Elektrofahrzeug automatisch derart zu leiten oder bewegen, dass die primäre Spule und die sekundäre Spule derart übereinander positioniert werden können, dass nach Beendigung der Positionierung ein magnetischer Fluss mit geringen Verlusten ermöglicht wird .
Besonders gut kann die Positionsbestimmung erfolgen, wenn der zweite primäre Positionierungssensor in der zweiten Einheit derart angeordnet ist , dass dieser zumindest bis zur Beendigung der Positionierung der primären Spule und der sekundären Spule nicht unterhalb des Elektrofahrzeugs liegt . Beispielsweise ist eine Mitte der sekundären Spule 80cm von der Außenseite der Karosserie des Elektrofahrzeugs , beispielsweise der Stoßstange , angeordnet . So kann bei einem Abstand von größer 80 cm zwischen dem erste primären Positionierungssensors und der Mitte der primären Spule SPS erreicht werden, dass das elektromagnetische Signal des ersten primären Positionierungssensors kaum oder nicht durch das Fahrzeug gestört wird .
Durch die feste , d . h . feste mechanische , Verbindung der Messeinheit El mit der Ladeeinheit E2 und einer definierten örtlichen Lage der primären Sensoren kann die Positionierung sehr genau erfolgen, da die selbst äußere Einflüsse auf die Messeinheit und/oder Ladeeinheit die örtliche Lade der Messeinheit zu der örtlichen Lage der Ladeinheit nicht verändert , da eben zwischen der Messeinheit und der Ladeeinheit eine feste Verbindung besteht .
In dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 sind die primären Positionierungssensoren als Sender und die sekundären Positionierungssensoren als Empfänger ausgebildet . Alternativ hierzu können die primären Positionierungssensoren als Empfänger und die sekundären Positionierungssensoren als Sender oder in einer Mischung hierzu ausgebildet sein . Die Kommunikation der Sensoren kann durch elektromagnetische Signale , wie beispielsweise UWB (UWB - ultra wideband) , oder im LE Frequenzbereich ( LF-low frequency) , ausgebildet sein .
Neben einem einzigen ersten primären Positionierungssensoren kann die Messeinheit zwei oder mehr erste primäre Positionierungssensoren aufweisen . Der j eweilige erste primäre Positionierungssensoren kann in dem Körper der Messeinheit zum Schutz vor Verschmutzung oder Beschädigung integriert sein und / oder an eine Außenseite des Körpers der Messeinheit aufgebracht sein . Da die Ladevorrichtung auf einem Untergrund liegen kann, ist der oder die ersten primären Positionierungssensoren vorzugsweise nicht auf einer zum Untergrund zeigenden Seite der Messeinheit , sondern auf einer zum Untergrund gegenüberliegenden Seite der Messeinheit angeordnet . Figur 2 zeigt die Messeinheit E2 mit dem Verbindungsmittel VEM als Steckvorrichtung ausgebildet und einem ersten primären Positionierungssensor S i l . In diesem Beispiel ist ein Körper der Messeinheit in Form eines Rohres , mit einem Außendurchmesser von etwa 5cm und einem Innendurchmesser von etwa 3cm aus Hartplastik ausgebildet . Der erste primäre Sensor S i l ist über ein Kabel ( in Figur 2 im inneren der Messeinheit angeordnet und daher grafisch nicht gezeichnet ) mit der Ladeeinheit El zur Energieversorgung verbindbar .
Figur 3 zeigt eine alternative Anordnung der Messeinheit E2 in Form eines „T" . Am Fuß des „T" ist das Verbindungsmittel VEM angeordnet und an beiden Außenstellen des „T" j eweils ein erster primärer Positionierungssensor S i l , S 12 .
Figur 4 zeigt eine weitere alternative Anordnung der Messeinheit E2 in Form eines „Y" . Am Fuß des „Y" ist das Verbindungsmittel VEM angeordnet und an beiden Außenstellen des „Y" j eweils ein erster primärer Positionierungssensor S i l , S 12 .
Figur 5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine optimale Aus führung der Messeinheit E2 . Hierbei ist mit der Ladeeinheit EDI ein Stromversorgungskabel EK fest verbunden . Der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor ist mit einem Kabelbinder fest verbunden . Der Kabelbinder realisiert das Verbindungsmittel derart , dass der Kabelbinder um das Kabel EK geführt wird und dann mittels des dem Kabelbinder zugehörigen Verschlusselements fest an das Kabel angepresst wird . Vorzugsweise wird in diesem Aus führungsbeispiel die zweite Messeinheit beispielweise 50cm bis 100cm von der Ladeeinheit entfernt angebracht . Vorteilhaft ist , dass die konkrete örtliche Lage des ersten primären Positionierungssensor S i l an das Elektrofahrzeug angepasst werden kann . Diese erste primäre Positionierungssensor kann so platziert werden, dass bei einer Überdeckung der primären Spule und der sekundären Spule der erste primäre Positionierungssensor nicht unter dem Elektrofahrzeug zu erliegen kommt . Die Messeinheit kann bei Ladeeinheiten und/oder Ladevorrichtungen eingesetzt werden, die beispielsweise Elektrofahrzeuge zum Befördern von Personen oder Gütern vorsehen . Die Elektrofahrzeuge können sowohl durch eine Person als auch autonom gesteuert sein . Das Elektrofahrzeug kann als Transportroboter in einer Fabrik oder als Putzroboter in einem Krankenhaus ausgestaltet sein .

Claims

Patentansprüche
1. Messeinheit (E2) mit zumindest einem ersten primären Positionierungssensor (Sil) und einem Verbindungsmittel (VEM) zur Verwendung für eine Positionierung einer primären Spule (PSP) einer Ladeeinheit (El) und einer sekundären Spule (SSP) eines Elektrofahrzeugs (EV) , bei der die Messeinheit (E2) derart ausgestaltet ist, dass diese mittels des Verbindungsmittels (VEM) mit der Ladeeinheit (El) fest verbindbar ist und der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor (Sil) ausgestaltet ist mit zumindest einem sekundären Positionierungssensor (ESI) des Elektrofahrzeugs (EV) während der Positionierung drahtlos zu kommunizieren.
2. Messeinheit (E2) nach Anspruch 1, bei der die Messeinheit (E2) länglich ausgebildet ist, auf einer ersten Seite der
Messeinheit (E2) das Verbindungsmittel (VEM) und an einer, zur ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite der Messeinheit (E2) der erste primäre Positionierungssensor (Sil) angeordnet sind.
3. Messeinheit (E2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Messeinheit (E2) zumindest teilweise als Rohr, insbesondere zumindest teilweise mit einem rechteckigen oder runden Querschnitt, ausgebildet ist.
4. Messeinheit (E2) nach Anspruch 3, bei der in dem Rohr ein Kabel (EK) zur Energieversorgung der primären Spule (PSP) integriert ist.
5. Messeinheit (E2) nach Anspruch 4, bei der mittels einer elektrischen Verbindung mit dem Kabel (EK) zumindest einer der ersten primären Positionierungssensoren (Sil) elektrische Energie für seinen Betrieb (EK) erhält.
6. Messeinheit (E2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Messeinheit (E2) Y-förmig oder T-förmig ausgeführt ist, das Verbindungsmittel (VEM) an einem Ende des Y / T aufweist und ein jeweiliger erster primärer Positionierungssensor (Sil, S12) an einem jeweiligen anderen Ende des Y / T angeordnet ist.
7. Messeinheit (E2) nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei der
- die Ladeeinheit (E2) ein Kabel (EK) zur Energieversorgung oder zum Signalaustausch aufweist, das aus einem Gehäuse der Ladeeinheit (E2) geführt ist,
- das Verbindungsmittel (VEM) derart ausgestaltet ist, dass der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor (Sil) an dem Kabel (EK) fest verbindbar ist, insbesondere durch Klemmen, Schrauben, Stecken oder Kleben.
8. Ladevorrichtung (LAV) zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs (EV) , mit der Ladeeinheit (El) und der Messeinheit (E2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Ladeeinheit (El) ferner zumindest einen zweiten primären Positionierungssensor (S21, S22) aufweist, der zusammen mit dem zumindest einen ersten primären Positionierungssensor (Sil) und dem zumindest einen sekundären Positionierungssensor (ESI) des Elektrofahrzeugs (EV) die Positionierung durchführt .
9. Ladevorrichtung (LAV) gemäß Anspruch 8, bei der zumindest einer der zweiten primären Positionierungssensoren (S21) derart in der Ladeeinheit angeordnet ist, dass ein Abstand zwischen der primären Spule (PSP) und dem zumindest einen ersten primären Positionierungssensor (Sil) kleiner ist als ein Abstand zwischen dem zweiten primären Positionierungssensor (S21) und dem zumindest einen ersten primären Positionierungssensor (Sil) .
10. Ladevorrichtung (LAV) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der der zumindest eine erste primäre Positionierungssensor (Sil) und die zwei zweiten primären Positionierungssensoren (S21, S22) derart angeordnet sind, dass diese Sensoren ein gleichschenkliges Dreieck, mit einer Basis gebildet durch einen Abstand zwischen den zwei zweiten primären Positionierungssensoren (S21, S22) , aufspannen.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015107812A1 (de) * 2014-05-23 2015-11-26 Ford Global Technologies, Llc Ultraschallortung für ein Elektrofahrzeugaufladesystem
US20160089997A1 (en) 2014-09-30 2016-03-31 Martin Glänzer Method for determining an arrangement of an electric vehicle and arrangement determination unit
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