WO2024038064A1 - System zur induktiven energieübertragung - Google Patents

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WO2024038064A1
WO2024038064A1 PCT/EP2023/072483 EP2023072483W WO2024038064A1 WO 2024038064 A1 WO2024038064 A1 WO 2024038064A1 EP 2023072483 W EP2023072483 W EP 2023072483W WO 2024038064 A1 WO2024038064 A1 WO 2024038064A1
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induction charging
received signal
designed
transmission
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Mike Böttigheimer
Daniel DEISCHL
Rudolf Walter
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Mahle International Gmbh
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    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Definitions

  • the present invention relates to a system for inductive energy transmission, which comprises at least one stationary and at least one mobile induction charging device, wherein a positioning device determines the relative position of the inductive charging devices that interact inductively with one another for inductive energy transmission.
  • the invention also relates to a computer program product for the system.
  • a stationary induction charging device and a mobile induction charging device usually work together inductively in a system.
  • the mobile induction charging device is usually arranged in an associated mobile application, for example in a motor vehicle, in order to enable inductive energy transfer between the mobile application and the stationary induction charging device.
  • the respective induction charging device has an energy coil, the energy coils coupling to one another in a charging operation for inductive energy transmission.
  • the energy coils must be positioned appropriately relative to one another. Increased energy transfer efficiency can be achieved with more precise positioning of the energy coils relative to each other.
  • the present invention is concerned with the task of providing an improved or at least different embodiments for a system of the type mentioned at the outset and for a computer program product for the system.
  • the present invention is therefore based on the basic idea of using signals of different frequencies in a system for inductive energy transmission to determine the relative position of associated energy coils, the superposition of these signals being received and an associated amplitude from the superposition for the respective received signal for the purpose of determining the relative Position of the energy coils relative to each other is determined.
  • the use of at least two signals, each with an associated frequency, allows the relative position to be determined more precisely.
  • the processing of the superimposition of the signals to determine the amplitudes leads to a simple implementation of a receiver of the signals, while still providing a reliable and precise determination of the amplitudes of the signals relevant to determining the relative position.
  • the system has at least one stationary induction charging device and at least one mobile induction charging device.
  • the respective mobile induction charging device is arranged in an associated mobile application, in particular in a motor vehicle.
  • the respective induction charging device has a coil for inductive energy transmission, which is also referred to below as an energy coil.
  • This means that the respective stationary induction charging device has a stationary energy coil and the respective mobile induction charging device has a mobile energy coil.
  • the respective stationary induction charging device interacts in a charging operation with one of the at least one mobile induction charging devices in order to inductively transmit energy by means of the energy coils.
  • a positioning device in the system is used to detect the relative position of the energy coils associated with each other during charging operation.
  • the positioning device has a transmitting device in one of the induction charging devices associated with charging operation and a receiving device in the other induction charging device.
  • the transmitting device has at least two transmitters. During operation, the respective transmitter outputs a signal with an associated, predetermined and therefore known frequency, with the frequencies of the transmitters being different. This means that the transmitters simultaneously output a transmission signal with an associated predetermined frequency during operation.
  • the receiving device has a receiver for receiving the transmission signals.
  • the receiver is designed in such a way that the receiver outputs a superposition of all received transmission signals as a time-dependent signal. This signal is also referred to below as the received signal.
  • the positioning device is also designed in such a way that it determines an associated amplitude from the received signal for the respective received transmission signal.
  • the positioning device is designed in such a way that it generates position information from the determined amplitudes, which represents a relative position of the energy coils to one another.
  • the position information is advantageously made available to an assistance device, in particular a driving assistance device, in order to achieve a relative movement of the mobile induction charging device, in particular the mobile application, to the stationary induction charging device, which leads to an optimization in the inductive energy transfer and thus to an optimal positioning of the energy coils leads to each other.
  • an assistance device in particular a driving assistance device
  • the assistance device can move, in particular drive, the mobile application at least partially autonomously, taking the position information into account.
  • the inductively interacting energy coils are arranged opposite one another and spaced apart from one another in a direction, which is also referred to below as the first direction.
  • the first direction In a motor vehicle as a mobile application, corresponds to the Z direction of the motor vehicle.
  • the system may include a single stationary induction charging device.
  • the system may also include two or more stationary induction charging devices.
  • the system can each have an associated stationary induction charging device for at least two different parking areas of a parking lot, for example in a parking garage.
  • the system may include a single mobile induction charging device.
  • the system may also include two or more mobile induction charging devices.
  • the respective mobile induction charging device is advantageously part of an associated mobile application.
  • the system can have at least two mobile induction charging devices, with the respective mobile induction charging device being part of an associated motor vehicle.
  • the respective stationary induction charging device is able to interact inductively with the respective at least one mobile induction charging device for inductive energy transmission. This means that the respective stationary induction charging device interacts inductively with one of the at least one mobile induction charging devices in a charging operation for inductive energy transmission.
  • one of the energy coils acts as a primary coil and the other energy coil acts as a secondary coil.
  • Bidirectional, inductive energy transfer is also possible.
  • the position information advantageously serves the purpose of achieving an improved and simplified positioning of the energy coils relative to one another transversely to the first direction, in particular by means of the assistance device. This means that with the position information an improved and simplified positioning of the energy coils relative to one another takes place in a second direction running transversely to the first direction and a third direction running transversely to the first direction and transversely to the second direction.
  • the second direction and the third direction correspond to the X direction and the Y direction of the motor vehicle.
  • the received signal corresponds to the superposition of all received transmission signals.
  • the received signal is time-dependent and can therefore change depending on time.
  • the positioning device can determine the amplitudes associated with the received signals from the received signal in any way, that is, in particular by means of any method/method.
  • the positioning device is designed such that it demodulates the received signal using IQ demodulation and thus determines an associated amplitude from the received signal for the respective received transmission signal.
  • At least one so-called l value and at least one so-called Q value are extracted from the received signal for the respective frequency and thus for the respective transmission signal.
  • the positioning device can be designed in such a way that it determines an associated amplitude for the respective received transmission signal from the received signal using Fourier transformation. This is preferably done using fast Fourier transformation, also known under the English name “Fast Fourier Transformation” and the abbreviation “FFT”.
  • the positioning device can alternatively or additionally be designed in such a way that it determines an associated amplitude for the respective received transmission signal from the received signal using a filter with a finite impulse response.
  • the filter with a finite impulse response is also known under the English name “Finite Impulse Response Filter” and the abbreviation “FIR”.
  • sectional correlation and/or convolution is preferably used.
  • the positioning device is designed in such a way that it determines an associated amplitude for the respective received transmission signal from the received signal by means of sectional correlation and/or by means of convolution.
  • a rectangular window is used that corresponds to the frequency spectrum of the frequency range sought, in particular the IQ demodulation.
  • the positioning device is designed accordingly.
  • a cosine Roloff window is preferably used for the filter with a finite impulse response.
  • the positioning device is designed accordingly.
  • the receiving device advantageously samples the received signal with sampling rates adapted to the frequencies of the transmitted signals.
  • the receiving device is advantageously designed in such a way that it successively samples the received signal at sampling rates which correspond to a multiple of the frequency of the respective transmitted signal.
  • the amplitude associated with the respective transmission signal is determined using the sampled values.
  • the received signal is therefore sampled with a multiple of the frequency of one of the transmission signals and the amplitude associated with the transmission signal is determined based on the values thus determined.
  • the received signal is then sampled with a multiple of the frequency of another of the transmitted signals and the amplitude associated with the transmitted signal is determined based on the values thus determined, etc. This results in an accurate determination of the l values and the Q values and consequently an accurate determination of the amplitudes.
  • the receiving device is designed in such a way that it successively samples the received signal at sampling rates which correspond to four times the frequency of the respective transmitted signal.
  • the sampling rate for the respective transmission signal corresponds to four times the frequency of the transmission signal.
  • I values and Q values are determined for the respective sampling rate and thus for the respective transmission signal and these are averaged.
  • the amplitudes are determined using the averages.
  • the positioning device is designed accordingly. This leads to the simple and resource-saving
  • the distance t between I, Q, -I and -Q for a given frequency still corresponds to a multiple, in particular four times, of the frequency.
  • the time interval between two I values or Q values can correspond to a multiple of the period length of the frequency.
  • the receiving device for sampling the received signal and/or for determining the respective amplitude has an analog-digital converter connected downstream of the receiver, also known by the English abbreviation "ADC", and a microcontroller connected to the analog-digital converter for data transmission , in particular a digital signal processor, also known by the English abbreviation “DSP”.
  • the microcontroller in particular the digital signal processor, sets the analog-digital converter one after the other to the sampling rates.
  • the respective sampling rate is the clocking of the analog-digital converter, which is set one after the other by the microcontroller, in particular by the digital signal processor, for the respective transmission signal is set.
  • the analog-to-digital converter transmits the sampled values, i.e.
  • the microcontroller in particular the digital signal processor, whereby the microcontroller, in particular the digital signal processor, successively determines the amplitudes associated with the transmission signals from the sampled values .
  • the receiving device is designed accordingly. This uses the knowledge that the amplitude A for a specific frequency, regardless of phases, is always the square root of the sums of squares of the I value and the Q value, i.e
  • A /(J 2 + Q 2 ') corresponds.
  • this eliminates the need to take phases into account and, in particular, the use of mixers. Accordingly, the amplitudes are determined with less hardware and therefore more cost-effectively with a sufficiently high selectivity. This leads to a precise determination of the amplitudes and thus the position information at reduced costs.
  • the receiving device is designed in such a way that it determines an offset of the received signal from two values offset by 180° at least one of the sampling rates, advantageously the respective sampling rate, and takes it into account when determining the amplitudes are preferred.
  • the offset also known as "offset" must be taken into account in such a way that the received signal is within the operating parameters of the analog-digital converter.
  • the offset is directly determined in a simplified manner in the determination described above, for example by Q and -Q or I and -1.
  • the received signal is conditioned before the received signal is transmitted to the analog-to-digital converter. This can in particular include the above-mentioned consideration of the offset.
  • the conditioning can also include amplification of the received signal.
  • the receiving device can have at least one mixer, wherein the at least one mixer mixes the received signal for the respective frequency offset by 90° in order to deliver corresponding I values and Q values.
  • the receiving device has two mixers connected downstream of the receiver and an analog-digital converter connected downstream of the mixers, as well as a local oscillator connected to the mixers and a microcontroller.
  • the microcontroller is connected to the analog-to-digital converter and to the local oscillator.
  • the received signal is transmitted to the mixers.
  • the received signal can be conditioned beforehand.
  • the microcontroller uses the local oscillator to successively adjust the frequency associated with the respective transmission signal at the mixers in such a way that the mixers mix the received signal offset by 90° to one another and provide it to the analog-digital converter.
  • the analog-to-digital converter provides the converted signal to the microcontroller, whereby the microcontroller successively determines the amplitudes associated with the transmission signals from the converted signal.
  • the receiving device is designed accordingly.
  • a low-pass filter is advantageously arranged between the respective mixer and the analog-digital converter.
  • the receiver can have any design.
  • the receiver advantageously has at least one coil for receiving the transmission signals.
  • the receiver preferably has two windings wound offset from one another, hereinafter also referred to as reception coils, which receive the transmission signals and output the reception signal.
  • the receiving coils are wound in particular transversely to one another, i.e. offset from one another by 90°.
  • the receiving device preferably has a single such receiver. This leads to a compact design and cost-effective production of the receiving device.
  • the respective transmitter can generate the associated transmission signal with any, associated and predetermined frequency.
  • the transmitters advantageously generate the associated transmission signal with a frequency in the kilohertz range.
  • the specified frequency of the respective transmitter is preferably between 110 kHz and 148.5 kHz.
  • the frequencies of the transmitters are advantageously at least 0.5 kHz apart.
  • the transmitting device advantageously has at least two transmitters spaced apart from one another transversely to the first direction for determining the relative position of the energy coils to one another in the area close to the stationary energy coil, which are also referred to below as close-range transmitters.
  • the respective local transmitter thus generates an associated transmission signal with an associated, predetermined frequency during operation.
  • the received signal includes the superimposition of the at least two transmission signals.
  • the area close to the stationary energy coil is advantageously the area with a distance transverse to the first direction of up to 0.5 m from the stationary induction charging device.
  • the respective proximity transmitter preferably generates a magnetic field with a main axis along the first direction as a transmission signal.
  • the transmitting device advantageously has a transmitter for determining the relative position of the energy coils to one another in the area further away from the stationary energy coil, which is also referred to below as a remote transmitter.
  • the remote transmitter thus generates an associated transmission signal with an associated, predetermined frequency during operation.
  • the area further away from the stationary energy coil is advantageously the area with a distance transverse to the first direction of above 0.5 m, in particular above 1.5 m, from the stationary induction charging device.
  • the remote transmitter preferably generates a magnetic field with a main angle inclined or transverse to the first direction as a transmission signal.
  • the transmitting device can be arranged in the mobile induction charging device and the receiving device can be arranged in the stationary induction charging device.
  • the respective mobile induction charging device expediently has such a transmitting device and the respective stationary induction charging device has such a receiving device.
  • the transmitting device is arranged in the stationary induction charging device and the receiving device is arranged in the mobile induction charging device. This results in lower latency when determining the position information and in particular in the assistance device.
  • the respective stationary induction charging device expediently has such a transmitting device and the respective mobile induction charging device has such a receiving device.
  • the remote transmitters of neighboring transmitting devices preferably have different, predetermined frequencies.
  • a computer program product is preferably used to determine the amplitudes and generate the position information.
  • the computer program product includes commands which, when the computer program product is executed by the positioning device, cause the positioning device to determine the amplitudes and generate the position information.
  • the computer program product is stored on non-volatile memory.
  • the computer program product is advantageously stored at least in part, preferably entirely, in the positioning device, in particular in the receiving device.
  • FIG. 1 is a highly simplified, circuit diagram-like representation of a system for inductive energy transmission in a charging mode of two induction charging devices
  • FIG. 2 shows a simplified top view of an induction charging device with a transmitting device of a positioning device of the system
  • Fig. 3 diagrams with transmission signals from transmitters of the transmission device
  • 4 shows a top view of a receiver of a receiving device of the positioning device
  • Fig. 7 is a circuit diagram-like representation of the receiver device in another exemplary embodiment.
  • a system 1 shown as an example in FIGS. 1 to 7 is used for inductive energy transmission.
  • the system 1 has at least two induction charging devices 2 for this purpose, namely at least one stationary induction charging device 2, 2a and at least one mobile induction charging device 2, 2b.
  • the respective stationary induction charging device 2, 2a can interact inductively with one of the at least one mobile induction charging devices 2, 2b for inductive energy transmission.
  • the respective stationary induction charging device 2 can thus be a charging point of the system 1.
  • the respective induction charging device 2 as shown in particular in FIG. 1, has a coil 3, which is also referred to below as energy coils 3.
  • the respective stationary induction charging device 2, 2a has a stationary energy coil 3, 3a (see also Figure 2) and the respective mobile induction charging device 2, 2b has a mobile energy coil 3, 3b.
  • one of the energy coils 3 serves as a primary coil, which generates an alternating magnetic field which induces a voltage for energy transmission in the other energy coil 3, which serves as a secondary coil.
  • the induction charging devices 2, which interact for inductive energy transfer are in particular Energy coils 3 of the induction charging devices 2, spaced apart from one another and arranged opposite one another in a direction R1, which is also referred to below as the first direction R1.
  • This induction charging device 2 and its energy coils 3 are also referred to below as “associated”.
  • the respective mobile induction charging device 2, 2b is provided in an associated mobile application 100.
  • the application 100 is a motor vehicle 101.
  • the first direction R1 runs along, in particular parallel, to the Z direction of the motor vehicle 101.
  • the first direction R1 therefore corresponds in particular to a height direction.
  • the associated energy coils 3 are relative to one another transversely to the first direction R1, i.e. in a second direction R2 running transversely to the first R1 and in a transverse to the first direction R1 and
  • the third direction R3, which runs transversely to the second direction R2 is positioned accordingly.
  • the associated energy coils 3 preferably overlap at least partially in the second direction R2 and in the third direction R3.
  • the second direction R2 is the direction of travel of the mobile application 100 or the motor vehicle 101, i.e. the the mobile induction charging device 2, 2b are transmitted to charge a battery 102 of the mobile application 100.
  • a rectifier 26 can be provided between the mobile energy coil 3, 3b and the battery 102, which converts the voltage induced in the mobile energy coil 3, 3b into a rectified voltage.
  • the rectifier 26 is part of the mobile induction charging device 2, 2b, purely as an example.
  • the inductive energy transfer can also take place from the mobile induction charging device 2, 2b to the stationary induction charging device 2, 2a, i.e. in principle also bidirectionally.
  • a positioning device 4 of the system 1 is used to detect the relative position of the energy coils 3 associated with charging operation and thus induction charging devices 2 to one another. This can be used as part of a driving assistance to position the mobile application 100, in particular the motor vehicle 101, corresponding to the stationary induction charging device 2, 2a.
  • the positioning device 4 generates two signals 5 in one of the induction charging devices 2 that interact during charging operation, i.e. in one of the associated induction charging devices 2.
  • the signals 5 are also referred to below as transmission signals 5.
  • the transmission signals 5 are received in the other induction charging device 2.
  • the positioning device 4 has a transmitting device 9 in one of the induction charging devices 2 and a receiving device 10 in the other induction charging device 2.
  • the transmission signals 5 are generated by the transmitting device 9 and received by the receiving device 10.
  • the transmitting device 9 is part of the stationary induction charging device 2, 2a and the receiving device 10 is part of the mobile induction charging device 2, 2b.
  • the respective stationary induction charging device 2, 2a therefore has such a transmitting device 9 and the respective mobile induction charging device 2, 2b has such a receiving device 10.
  • the transmitting device 6 has an associated transmitter 6, i.e. at least two transmitters 6, for generating the respective transmission signal 5.
  • the respective transmitter 6 generates the associated transmission signal 5 with an associated predetermined frequency f and outputs the transmission signal 5, with the transmitters 6 generating and outputting the respective associated transmission signal 5 at the same time.
  • the transmitters 6 each simultaneously output a transmission signal 5 with an associated predetermined frequency f, the frequencies f of the transmitters 6 differing from one another differentiate.
  • a magnetic field is generated as a transmission signal 5 with the respective transmitter 6.
  • the frequency f of the respective transmitter 6 and thus the transmission signal 5 is between 110 kHz and 148.5 kHz.
  • the frequencies f are advantageously between 134.0 kHz and 137.0 kHz and 0.5 kHz apart.
  • the transmitting device 5 in the exemplary embodiments shown has four transmitters 6, i.e. a first transmitter 6, 6a, a second transmitter 6, 6b, a third transmitter 6, 6c and a fourth transmitter 6, 6d, purely as an example .
  • the transmitters 6 are arranged in the top view shown in Figure 2 in the corners of an imaginary square (not shown), the square framing the energy coil 3 of the associated induction charging device 2, in the exemplary embodiments shown, the stationary induction charging device 2, 2a in the top view.
  • Figure 3 shows diagrams with the transmission signals 5 of the transmitters 6, whereby in Figure 3 the time course is plotted along the respective abscissa axis X and the strength is plotted along the respective ordinate axis Y.
  • the first transmitter 6, 6a gives a first transmission signal 5, 5a with a first frequency f, f1
  • the second transmitter 6, 6b gives a second transmission signal 5, 5b of a second frequency f, f2
  • the third Transmitter 6, 6c outputs a third signal 5, 5c with a third frequency f, f3
  • the fourth transmitter 6, 6d outputs a fourth transmission signal 5, 5d with a fourth frequency f, f4.
  • the transmission signals 5 shown are output with the same strength but different frequency f.
  • the first frequency f1 is 111.5 kHz
  • the second frequency f2 is 112.0 kHz
  • the third frequency f3 is 113.0 kHz
  • the fourth frequency f4 is 113.5 kHz.
  • the receiving device 10 has, as can be seen in FIG. 4, for example, a receiver 7 for receiving the transmission signals 5.
  • the receiving device 10 has a single receiver 7. As can be seen from FIG.
  • the receiver 7 in the exemplary embodiments shown has, purely by way of example, two receiving coils 8, which are wound offset by 90° to one another.
  • the signal 11 received by the receiving coil 8 is shown as an example in FIG. 5 and corresponds to a superposition of all received transmission signals 5.
  • the received signal 11 is also referred to below as the received signal 11.
  • the received signal 11 is therefore time-dependent.
  • the received signal 11 can be tapped at the receiver 7, as indicated in FIG. 4 with electrical connections 12.
  • the receiver 7 therefore outputs the received signal 11, the received signal 11 being in the form of an electrical voltage. Accordingly, in FIG. 5 the time course is plotted along the abscissa axis X and the voltage course of the received signal 11 is plotted along the ordinate axis Y.
  • the positioning device 4 is designed in such a way that it determines an associated amplitude A from the received signal 11 for the respective received transmission signal 5.
  • the respective amplitude A represents the strength of the associated transmission signal 5 at the location of the receiver 7, i.e. the local strength of the associated transmission signal 5.
  • the positioning device 4 is designed in such a way that it generates position information from the determined amplitudes A, which shows a relative position of the Energy coils 3 represented to each other.
  • the determination of the amplitudes A from the received signal 11 can be done, for example, by means of Fourier transformation, preferably by means of fast Fourier transformation, also known under the English name “Fast Fourier Transformation” and the abbreviation “FFT”.
  • the amplitudes A can be determined from the received signal 11 using a filter with a finite impulse response, also known under the English name “Finite Impulse Response Filter” and the abbreviation “FIR”. Sectional correlation and/or folding are advantageously used.
  • the positioning device 4 is designed accordingly.
  • the amplitudes A are determined using IQ stimulation. However, it is understood that the following description can be applied in an analogous manner to the methods mentioned above.
  • the positioning device 4 is designed in such a way that it demodulates the received signal 11 by means of IQ demodulation and thus determines an associated amplitude A from the received signal 11 for the respective received transmission signal 5.
  • the respective amplitude A represents the strength of the associated transmission signal 5 at the location of the receiver 7, i.e. the local strength of the associated transmission signal 5.
  • the positioning device 4 is designed in such a way that it generates position information from the determined amplitudes A, which shows a relative position of the Energy coils 3 represented to each other.
  • the determination of the amplitudes A of the transmission signals 5 from the reception signal 11 is carried out by sampling the reception signal 11.
  • the reception signal 11 is sampled at a sampling rate which a multiple, in the exemplary embodiment shown, corresponds to four times the frequency f of the transmission signal 5.
  • a sampling rate is selected which corresponds to four times the first frequency f, f1.
  • A2 of the second transmission signal 5, 5b a sampling rate is selected which corresponds to four times the second frequency f, f2.
  • a sampling rate is selected which corresponds to four times the third frequency f, f3.
  • a sampling rate is selected which corresponds to four times the fourth frequency f, f4. This results in four sampling times for the respective sampling rate at 0°, 90°, 180° and 270° with respect to the period of the frequency f.
  • the respective sampling time provides a value, with values determined offset by 90° from one another being the I values or Q values correspond to IQ demodulation.
  • the value at sampling time 0° corresponds to I
  • the value at sampling time 90° corresponds to Q
  • the value at sampling time 180° corresponds to -I
  • the value at sampling time 270° corresponds to -Q.
  • the value at the sampling time 360° again corresponds to the value I, etc.
  • the associated amplitude A can be determined in a simple and reliable manner from the received signal 11 for the respective transmission signal 5, with possible phases not needing to be taken into account.
  • an associated amplitude A i.e. a total of four amplitudes A
  • an associated amplitude A is determined for the respective transmission signal 5.
  • several I values and Q values in particular several hundred I values and Q values, can be determined for the respective sampling rate and thus for the respective transmission signal 5 and these can be averaged. It is also conceivable to average the absolute values of I and -I as well as Q and -Q.
  • the receiving device 10 has a receiver? downstream analog-digital converter 13 and a digital signal processor 14 connected to the analog-digital converter 13 for data transmission.
  • the analog-to-digital converter 13 is also known under the English abbreviation “ADC” and the digital signal processor 14 under the English abbreviation “DSP”.
  • the digital signal processor 14 successively adjusts the analog-to-digital converter 13 to the sampling rates. In the exemplary embodiments shown, this is done via a trigger source 16, also known under the English name "trigger source”, which can, for example, include a PWM generator (not shown).
  • the sampling rate set on the analog-digital converter 13 therefore corresponds to the current clocking of the analog-digital converter 13.
  • the analog-digital converter 13 transmits the sampled values to the digital signal processor 14, i.e. the values for I, Q, as described above. -I and -Q.
  • the digital signal processor 14 determines the amplitude A associated with the sampling rate from the sampled values.
  • the received signal 11 can thus be sampled one after the other at the sampling rates of the respective frequency f and the associated amplitude A can thus be determined one after the other from the received signal 11 for the respective transmission signal 5. This means that the amplitudes A associated with the transmission signals 5 are determined one after the other.
  • the analog-digital converter 13 and the digital signal processor 14 can be combined in a microcontroller 15, which is also referred to below as a DSP microcontroller 15.
  • the DSP microcontroller 15 also includes the trigger source 16.
  • conditioning 17 takes place between the receiver 7 and the analog-digital converter 13 of the received signal 11.
  • the conditioning 17 includes taking into account an offset of the received signal 11, which is present as a voltage, also known under the English name “offset”.
  • the offset is determined for at least one of the sampling rates, in particular for the respective sampling rate, from two values offset by 180°. This means that the offset is determined, for example, from the values for I and -I or from the values for Q and -Q.
  • the conditioning 17 can also include an amplification of the received signal 11. The offset can in turn be determined in the digital signal processor 14.
  • the receiving device 10 has two mixers 18 connected downstream of the receiver 7, an analog-digital converter 13 connected downstream of the mixers 18, a local oscillator 19 connected to the mixers 18 and a microcontroller 20.
  • the microcontroller 20 is connected to the analog-digital converter 13 and to the local oscillator 19.
  • the received signal 11 is transmitted to the mixers 18.
  • the received signal 11 is transmitted to the mixers 18 after conditioning 17, for example after signal amplification.
  • the microcontroller 20 sets the frequency f associated with the transmission signal 5 at the mixers 18 using the local oscillator 19, such that the mixers 18 mix the reception signal offset by 90 ° to one another. This is known as the so-called “I&Q procedure”.
  • the mixed signal is provided to the analog-to-digital converter 13.
  • a low-pass filter 21 is arranged between the respective mixer 18 and the analog-digital converter 13.
  • the analog-digital converter 13 has an associated input 22 for the respective mixer 18 and thus for the respective low-pass filter 21. Consequently, the l values required for the IQ demodulation reach the analog-digital converter 13 via one of the inputs 22 and the Q values required for the IQ demodulation reach the analog-digital converter 13 via the other input 22.
  • the Microcontroller 20 determines the amplitude A of the transmission signal 5 with the set frequency f from the data provided by the analog-digital converter 13 in accordance with the above rule.
  • the microcontroller 20 After determining the amplitude A of the transmission signal 5 with the set frequency f, the microcontroller 20 uses the local oscillator 19 to set the frequency f associated with another transmission signal 5, the amplitude A of the transmission signal 5 being determined with the now set frequency f in accordance with the explanation above becomes.
  • the microcontroller 20 thus successively sets the frequency f associated with the respective transmission signal 5 at the mixers 18 by means of the local oscillator 19 and determines the correspondingly associated amplitudes A one after the other.
  • the transmitters 6 in the exemplary embodiments shown are spaced transversely to the first direction R1.
  • the transmitters 6 generate a magnetic field as a transmission signal 5, which has a main axis along the first direction R1.
  • the transmission signals 5 are thus prepared locally in the area of the associated transmitter 6 transversely to the first direction R1.
  • These transmission signals 5 are therefore suitable for determining the relative position of the energy coils 3 to one another in the area close to the transmitters 6 transversely to the first direction R1.
  • the corresponding transmitters 6 are also referred to below as local transmitters 23.
  • the short-range transmitters 23 are each designed as a flat coil 24, which is wound parallel to the first direction R1, so a winding axis (not shown) of the respective short-range transmitter 23 runs parallel to the first direction R1.
  • the transmitting device 9 can have a further transmitter 6, i.e. a fifth transmitter 6, 6e, which generates a magnetic field as a fifth transmission signal 5, 5e, which, as indicated in Figure 2, has a main axis along the second Direction R2 and thus along the X direction.
  • the six broadcast signals 5, 5e from the sixth transmitter are thus prepared 6, 6e transverse to the first direction R1 and can therefore also be received in the further area.
  • the sixth transmitter 6, 6e is also referred to below as remote transmitter 27.
  • the remote transmitter 27 is wound around a winding axis (not shown) running along the second direction R2.
  • the sixth transmission signal 5, 5e of the long-distance transmitter 27 is received by the receiver 7 as described for the transmission signals of the local transmitters 23 and the local amplitude A of the sixth transmission signal 5, 5e of the long-distance transmitter 27 is determined from the received signal 11.
  • the frequency f of the remote transmitter can be between 145.5 kHz and 147.5 kHz. If the system 1 has two or more transmitting devices 9, each with such a remote transmitter 27, the remote transmitters 27 of neighboring remote transmitters 27, preferably neighboring ones in the second direction R2, have different frequencies f.
  • the position information can be provided via an interface 25 (see FIG. 6) of the microcontroller 15, 20 to an assistance device 103 of the mobile application 100, in particular of the motor vehicle 101, which is also indicated in FIG.
  • the assistance device 103 advantageously generates navigation instructions for the mobile application 100, indicated by arrows, based on the received position information in FIG. 1.
  • the navigation instructions can also be generated by means of the positioning device 4 and made available to the assistance device 103 via the interface 24.
  • the navigation instructions may be provided to a guide of the mobile application 100 for guiding the mobile application 100, for example via a human-machine interface (not shown).
  • the navigation instructions can be used for at least partially autonomous driving of the mobile application 100, in particular for at least partially autonomous driving of the motor vehicle 101.
  • the navigation instructions serve this purpose The purpose is to achieve improved positioning of the associated energy coils 3 to optimize energy transmission.
  • the implementation of the determination of the amplitudes and the generation of the position information is preferably carried out using a computer program product.
  • the computer program product is preferably stored at least partially in the receiving device, in particular in the microcontroller 15, 20, on a non-volatile memory (not shown).
  • the computer program product includes commands which, when the computer program product is executed by the positioning device 4, in the exemplary embodiments shown by the receiving device 10, cause the positioning device 4, in the exemplary embodiments shown the receiving device 10, to determine the amplitudes A and to generate the position information.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (1) zur induktiven Energieübertragung, welches zumindest eine stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) und zumindest eine mobile Induktionsladevorrichtung (2, 2b) aufweist, welche in einem Ladebetrieb zur induktiven Energieübertragung zusammenwirken. Eine Positionsvorrichtung (4) erzeugt in einer der Induktionsladevorrichtungen (2, 2a) zumindest zwei Sendesignale (5, 5a, 5b) mit unterschiedlichen Frequenzen, welche an der anderen Induktionsladevorrichtung (2, 2b) als überlagertes Empfangssignal empfangen werden. Die Positioniervorrichtung (4) ermittelt aus dem Empfangssignal für das jeweils empfangene Sendesignal (5, 5a, 5b) eine zugehörige Amplitude. Dies führt zu einer vereinfachten Bestimmung der relativen Position bei reduziertem Hardware-Aufwand und reduzierten Kosten. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogrammprodukt zur Ermittlung der Amplituden.

Description

System zur induktiven Energieübertragung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur induktiven Energieübertragung, das zumindest eine stationäre und zumindest eine mobile Induktionsladevorrichtung umfasst, wobei eine Positioniervorrichtung die relative Position der zur induktiven Energieübertragung induktiv zusammenwirkenden Induktionsladevorrichtungen zueinander ermittelt. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogrammprodukt für das System.
Zur induktiven Energieübertragung wirken üblicherweise eine stationäre Induktionsladevorrichtung und eine mobile Induktionsladevorrichtung in einem System induktiv zusammen. Die mobile Induktionsladevorrichtung ist üblicherweise in einer zugehörigen mobilen Anwendung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, angeordnet, um eine induktive Energieübertragung zwischen der mobilen Anwendung und der stationären Induktionsladevorrichtung zu ermöglichen. Zur Energieübertragung weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung eine Energiespule auf, wobei die Energiespulen in einem Ladebetrieb zur induktiven Energieübertragung miteinander koppeln. Hierzu ist eine entsprechende Positionierung der Energiespulen zueinander erforderlich. Eine erhöhte Effizienz der Energieübertragung lässt sich mit genauerer Positionierung der Energiespulen zueinander erreichen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein System der eingangs genannten Art sowie für ein Computerprogrammprodukt für das System ein verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung beruht demnach auf dem Grundgedanken, in einem System zur induktiven Energieübertragung zur Ermittlung der relativen Position von zugehörigen Energiespulen Signale unterschiedlicher Frequenz einzusetzen, wobei die Überlagerung dieser Signale empfangen und aus der Überlagerung für das jeweilige empfangene Signal eine zugehörige Amplitude zwecks Ermittlung der relativen Position der Energiespulen zueinander ermittelt wird. Der Einsatz von zumindest zwei Signalen mit einer jeweils zugehörigen Frequenz erlaubt eine genauere Ermittlung der relativen Position. Zugleich führt die Verarbeitung der Überlagerung der Signale zur Ermittlung der Amplituden zu einer einfachen Umsetzung eines Empfängers der Signale, wobei dennoch eine zuverlässige und genaue Ermittlung der zur Bestimmung der relativen Position relevanten Amplituden der Signale gegeben ist.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist das System zumindest eine stationäre Induktionsladevorrichtung und zumindest eine mobile Induktionsladevorrichtung auf. Die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung ist in einer zugehörigen mobilen Anwendung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, angeordnet. Die jeweilige Induktionsladevorrichtung weist zur induktiven Energieübertragung eine Spule auf, welche nachfolgend auch als Energiespule bezeichnet wird. Das heißt, dass die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung eine stationäre Energiespule und die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung eine mobile Energiespule aufweist. Die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung wirkt in einem Ladebetrieb mit einem der zumindest einen mobilen Induktionsladevorrichtungen zusammen, um mittels den Energiespulen induktiv Energie zu übertragen. Eine Positioniervorrichtung des Systems dient der Erkennung der relativen Position der im Ladebetrieb zugehörigen Energiespulen zueinander. Die Positioniervorrichtung weist in einer der im Ladebetrieb zugehörigen Induktionsladevorrichtungen eine Sendeeinrichtung und in der anderen Induktionsladevorrichtung eine Empfangseinrichtung auf. Die Sendeeinrichtung weist zumindest zwei Sender auf. Der jeweilige Sender gibt im Betrieb ein Signal mit einer zugehörigen, vorgegebenen und somit bekannten Frequenz aus, wobei die Frequenzen der Sener unterschiedlich sind. Das heißt, dass die Sender im Betrieb gleichzeitig jeweils ein Sendesignal mit einer zugehörigen vorgegebenen Frequenz ausgeben. Die Empfangseinrichtung weist einen Empfänger zum Empfangen der Sendesignale auf. Der Empfänger ist derart ausgestaltet, dass der Empfänger eine Überlagerung aller empfangen Sendesignale als zeitabhängiges Signal ausgibt. Dieses Signal wird nachfolgend auch als Empfangssignal bezeichnet. Die Positioniervorrichtung ist zudem derart ausgestaltet, dass sie das Empfangssignal aus dem Empfangssignal für das jeweilige empfangene Sendesignal eine zugehörige Amplitude ermittelt. Zudem ist die Positioniervorrichtung derart ausgestaltet, dass sie aus den ermittelten Amplituden eine Positionsinformation erzeugt, welche eine relative Position der Energiespulen zueinander repräsentiert.
Die Positionsinformation wird vorteilhaft einer Assistenzeinrichtung, insbesondere einer Fahrassistenzeinrichtung, zur Verfügung gestellt, um eine relative Bewegung der mobilen Induktionsladevorrichtung, insbesondere der mobilen Anwendung, zur stationären Induktionsladevorrichtung zu erreichen, welche zu einer Optimierung in der induktiven Energieübertragung und somit zu einer optimalen Positionierung der Energiespulen zueinander führt. Dies kann beispielsweise über eine Mensch- Maschine-Schnittstelle, auch unter der englischen Abkürzung "HMI" geläufig, erfolgen, um einem Führer der mobilen Anwendung, insbesondere einem Fahrzeugführer, entsprechende Empfehlungen zu übermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Assistenzeinrichtung die mobile Anwendung auf unter Berücksichtigung der Positionsinformation zumindest teilautonom bewegen, insbesondere fahren.
Im Ladebetrieb sind die induktiv zusammenwirkenden Energiespulen in einer Richtung gegenüberliegend und zueinander beabstandet angeordnet, welche nachfolgend auch als erste Richtung bezeichnet wird. Die erste Richtung entspricht bei einem Kraftfahrzeug als mobile Anwendung der Z-Richtung des Kraftfahrzeugs.
Das System kann eine einzige stationäre Induktionsladevorrichtung aufweisen.
Das System kann auch zwei oder mehr stationäre Induktionsladevorrichtung aufweisen. Beispielsweise kann das System für zumindest zwei unterschiedliche Parkflächen eines Parkplatzes, beispielsweise in einem Parkhaus, jeweils eine zugehörige stationäre Induktionsladevorrichtung aufweisen.
Das System kann eine einzige mobile Induktionsladevorrichtung aufweisen.
Das System kann auch zwei oder mehr mobile Induktionsladevorrichtung aufweisen. In diesem Fall ist die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung vorteilhaft Bestandteil einer zugehörigen mobilen Anwendung. Das heißt beispielsweise, dass das System zumindest zwei mobile Induktionsladevorrichtungen aufweisen kann, wobei die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung Bestandteil eines zugehörigen Kraftfahrzeugs ist.
Die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung ist in der Lage, mit der jeweiligen zumindest einen mobilen Induktionsladevorrichtung zur induktiven Energieübertragung induktiv zusammenzuwirkenden. Das heißt, dass die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung in einem Ladebetrieb zur induktiven Energieübertragung mit einer der zumindest einen mobilen Induktionsladevorrichtungen induktiv zusammenwirkt.
Im Ladebetrieb wirkt eine der Energiespulen als Primärspule und die andere Energiespule als Sekundärspule. Es ist also auch eine bidirektionale, induktive Energieübertragung möglich. Die Positionsinformation dient vorteilhaft dem Zweck, eine verbesserte und vereinfachte Positionierung der Energiespulen zueinander quer zur ersten Richtung, insbesondere mittels der Assistenzeinrichtung, zu erreichen. Das heißt, dass mit der Positionsinformation eine verbesserte und vereinfachte Positionierung der Energiespulen zueinander in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung und einer quer zur ersten Richtung und quer zur zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung erfolgt. Bei einem Kraftfahrzeug als mobile Anwendung entsprechen die zweite Richtung und die dritte Richtung der X-Richtung und der Y-Richtung des Kraftfahrzeugs.
Das Empfangssignal entspricht, wie vorstehend erläutert, der Überlagerung aller empfangenen Sendesignale. Das Empfangssignal ist dabei zeitabhängig, kann sich also zeitabhängig ändern.
Die Positioniervorrichtung kann aus dem Empfangssignal die den empfangenen Signalen zugehörige Amplituden auf beliebige Art, das heißt insbesondere mittels beliebiger Verfahren/Methoden, ermitteln.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Positioniervorrichtung derart ausgestaltet, dass sie das Empfangssignal mittels IQ-Demodulation demoduliert und somit aus dem Empfangssignal für das jeweilige empfangene Sendesignal eine zugehörige Amplitude ermittelt.
Bei der IQ-Demodulation wird aus dem Empfangssignal für die jeweilige Frequenz und somit für das jeweilige Sendesignal zumindest ein sogenannter l-Wert und zumindest ein sogenannter Q-Wert extrahiert. Für die Amplitude A des jeweiligen Sendesignals gilt dabei:
^ = V(/2 + Q2) . Alternativ oder zusätzlich kann die Positioniervorrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie aus dem Empfangssignal mittels Fourier-Transformation für das jeweilige empfangene Sendesignal eine zugehörige Amplitude ermittelt. Bevorzugt erfolgt dies mittels Schnelle-Fourier-Transformation, auch unter der englischen Bezeichnung „Fast-Fourier-Transformation“ und der Abkürzung „FFT“ geläufig.
Die Positioniervorrichtung kann alternativ oder zusätzlich derart ausgestaltet sein, dass sie aus dem Empfangssignal mittels eines Filters mit endlicher Impulsantwort für das jeweilige empfangene Sendesignal eine zugehörige Amplitude ermittelt. Der Filter mit endlicher Impulsantwort ist auch unter der englischen Bezeichnung „Finite Impulse Response Filter“ und der Abkürzung „FIR“ geläufig.
Beim Einsatz des Filters mit endlicher Impulsantwort kommt bevorzugt eine abschnittsweise Korrelation und/oder Faltung zum Einsatz. Das heißt, dass die Positioniervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie aus dem Empfangssignal mittels abschnittsweiser Korrelation und/oder mittels Faltung für das jeweilige empfangene Sendesignal eine zugehörige Amplitude ermittelt.
Vorteilhaft wird beim Filter mit endlicher Impulsantwort ein Rechteckfenster angewendet, das dem Frequenzspektrum des gesuchten Frequenzbereichs, insbesondere der IQ-Demodulation, entspricht. Entsprechend ist die Positioniervorrichtung ausgestaltet.
Bevorzugt wird beim Filter mit endlicher Impulsantwort ein Cosinus-Roloff-Fenster angewendet werden. Entsprechend ist die Positioniervorrichtung ausgestaltet.
Dies hat den Vorteil, dass Nebenkeulen im Frequenzspektrum, insbesondere bei der IQ-Demodulation, abgeschwächt sind und somit eine deutliche Reduzierung der Störempfindlichkeit erreicht ist. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die IQ-Demodulation eingegangen. Es ist aber klar, dass die Erläuterungen und insbesondere die beschriebenen Komponenten entsprechend auf andere Umsetzungen zur Ermittlung der Amplituden anwendbar sind.
Vorteilhaft tastet die Empfangseinrichtung das Empfangssignal mit den Frequenzen der Sendesignale angepassten Abtastraten ab. Das heißt, dass die Empfangseinrichtung vorteilhaft derart ausgestaltet ist, dass sie das Empfangssignal nacheinander mit Abtastraten abtastet, welche einer vielfachen Ganzen der Frequenz des jeweiligen Sendesignals entsprechen. Dabei wird mittels den abgetasteten Werten die dem jeweiligen Sendesignal zugehörige Amplitude ermittelt. Das Empfangssignal wird also mit einer vielfachen Ganzen der Frequenz eines der Sendesignale abgetastet und anhand der somit ermittelten Werte die dem Sendesignal zugehörige Amplitude ermittelt. Anschließend wird das Empfangssignal mit einer vielfachen Ganzen der Frequenz eines anderen der Sendesignale abgetastet und anhand der somit ermittelten Werte die dem Sendesignal zugehörige Amplitude ermittelt usw. Somit kommt es zu einer genauen Ermittlung der l-Werte und der Q-Werte und folglich einer genauen Ermittlung der Amplituden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Empfangseinrichtung derart ausgestaltet, dass sie das Empfangssignal nacheinander mit Abtastraten abtastet, welche der vierfachen der Frequenz des jeweiligen Sendesignals entsprechen. Die Abtastrate für das jeweilige Sendesignal entspricht also dem vierfachen der Frequenz des Sendesignals. Somit werden bei der IQ-Demodulation zwei l-Werte und zwei Q-Werte, beispielsweise I bei 0°, Q bei 90°, -I bei 180° und -Q bei 270°, ermittelt. Insbesondere ist auf diese Weise keine Kenntnis der Phase des Empfangssignals erforderlich. Dies führt zu einer einfachen, und ressourcenschonenden Ermittlung der Amplituden und somit zu einer einfachen und ressourcenschonenden Ermittlung der Positionsinformation.
Bevorzugt werden für die jeweilige Abtastrate und somit für das jeweilige Sendesignal mehrere l-Werte und Q-Werte, insbesondere mehrere hundert I- Werte und Q-Werte, ermittelt und diese gemittelt. Mittels den Mittlungen werden dabei die Amplituden ermittelt. Entsprechend ist die Positioniervorrichtung ausgestaltet. Dies führt neben der einfachen und ressourcenschonenden
Ermittlung der Amplituden zu einer Erhöhung der Trennschärfe und somit zu einer zuverlässigen Ermittlung der Positionsinformation.
Vorstellbar ist es auch, das Empfangssignal mit einer sogenannten „Undersampling“ abzutasten. Dabei entspricht der Abstandabstand t von I, Q, -I und -Q für eine gegebene Frequenz weiterhin dem vielfachen, insbesondere vierfachen, der Frequenz. Der zeitliche Abstand zwischen zwei I-Werten bzw. Q- Werten kann aber einem vielfachen der Periodendauer der Frequenz entsprechen. Ebenso können I, Q, -I und -Q versetzt abgetastet werden. Beispielsweise kann für den Abstand t zwischen den Abtastzeitpunkten für I und Q gelten: t_Q_n = t_l_n + 360° + 90°.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die Empfangseinrichtung zum Abtasten des Empfangssignals und/oder zur Ermittlung der jeweiligen Amplitude einen dem Empfänger nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler, auch unter der englischen Abkürzung "ADC" geläufig, und einen mit dem Analog-Digital-Wandler datenübertragend verbundenen Mikrokontroller, insbesondere einen digitalen Signalprozessor, auch unter der englischen Abkürzung "DSP" geläufig, auf. Dabei stellt der Mikrokontroller, insbesondere der digitale Signalprozessor, den Analog- Digital-Wandler nacheinander auf die Abtastraten ein. Die jeweilige Abtastrate ist also die Taktung des Analog-Digital-Wandlers, welche vom Mikrokontroller, insbesondere vom digitalen Signalprozessor, nacheinander für das jeweilige Sendesignal eingestellt wird. Der Analog-Digital-Wandler übermittelt die abgetasteten Werte, also die l-Werte und die Q-Werte, dem Mikrokontroller, insbesondere dem digitalen Signalprozessor, wobei der Mikrokontroller, insbesondere der digitale Signalprozessor, aus den abgetasteten Werten nacheinander die den Sendesignalen zugehörigen Amplituden ermittelt. Entsprechend ist die Empfangseinrichtung ausgestaltet. Dabei wird die Kenntnis genutzt, dass die Amplitude A für eine bestimmte Frequenz unabhängig von Phasen stets der Quadratwurzel der Quadratsummen des I-Werts und des Q- Werts, also
A = /(J2 + Q2') entspricht. Somit entfällt, wie vorstehend erläutert, eine Berücksichtigung von Phasen und somit insbesondere auch der Einsatz von Mischern. Demnach werden die Amplituden mit geringerem Hardware-Einsatz und somit auch kostengünstiger bei ausreichend hoher Trennschärfe ermittelt. Dies führt zu einer präzisen Ermittlung der Amplituden und somit der Positionsinformation bei reduzierten Kosten.
Als bevorzugt gelten Ausführungsformen, bei denen die Empfangseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie aus zwei um 180° versetzten Werten zumindest einer der Abtastraten, vorteilhaft der jeweiligen Abtastrate, einen Versatz des Empfangssignals ermittelt und bei der Ermittlung der Amplituden berücksichtigt. Der Versatz, auch unter der englischen Bezeichnung "Offset" geläufig, ist dabei derart zu berücksichtigen, dass das Empfangssignal innerhalb der Betriebsparameter des Analog-Digitalwandlers liegt. Der Versatz wird bei der vorstehenden beschriebenen Ermittlung, beispielsweise von Q und -Q oder I und - 1, in vereinfachter Weise direkt mitbestimmt. Vorteilhaft erfolgt vor der Übermittlung des Empfangssignals an den Analog- Digitalwandler eine Konditionierung des Empfangssignals. Dies kann insbesondere vorstehend erwähnte Berücksichtigung des Versatzes umfassen. Ebenso kann die Konditionierung eine Verstärkung des Empfangssignals umfassen.
Alternativ oder zusätzlich, vorteilhaft alternativ, kann die Empfangseinrichtung zumindest einen Mischer aufweisen, wobei der zumindest eine Mischer das Empfangssignal für die jeweilige Frequenz um 90° versetzt mischt, um entsprechende I-Werte und Q-Werte zu liefern.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die Empfangseinrichtung zwei dem Empfänger nachgeschaltete Mischer und einen den Mischern nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler sowie einen mit den Mischern verbundenen Lokaloszillator und einen Mikrokontroller auf. Der Mikrokontroller ist mit dem Analog-Digital- Wandler und mit dem Lokaloszillator verbunden. Dabei wird das Empfangssignal den Mischern übermittelt. Zuvor kann eine Konditionierung des Empfangssignals erfolgen. Der Mikrokontroller stellt mittels des Lokaloszillators nacheinander die dem jeweiligen Sendesignal zugehörige Frequenz an den Mischern ein, derart, dass die Mischer das Empfangssignal um 90° zueinander versetzt mischen und dem Analog-Digital-Wandler bereitstellen. Der Analog-Digital-Wandler stellt das umgewandelte Signal dem Mikrokontroller bereit, wobei der Mikrokontroller aus dem umgewandelten Signal nacheinander die den Sendesignalen zugehörigen Amplituden ermittelt. Entsprechend ist die Empfangseinrichtung ausgestaltet.
Vorteilhaft ist zwischen dem jeweiligen Mischer und dem Analog-Digital-Wandler ein Tiefpassfilter angeordnet. Alternativ ist es denkbar, für jede Frequenz eine eigene Schaltgruppe aus Mischern und Analog-Digital-Wandler, gegebenenfalls mit Tiefpassfiltern, einzusetzen. Somit können die Amplituden gleichzeitig ermittelt werden.
Der Empfänger kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein.
Der Empfänger weist vorteilhaft zumindest eine Spule zum Empfangen der Sendesignale auf.
Bevorzugt weist der Empfänger zwei zueinander versetzt gewickelte Wicklungen, nachfolgend auch als Empfangsspulen bezeichnet, auf, welche die Sendesignale empfangen und das Empfangssignal ausgeben. Die Empfangsspulen sind insbesondere quer zueinander, also um 90° zueinander versetzt, gewickelt.
Die Empfangseinrichtung weist bevorzugt einen einzigen solchen Empfänger auf. Dies führt zu einer kompakten Ausbildung und kostengünstigen Herstellung der Empfangseinrichtung.
Der jeweilige Sender kann prinzipiell das zugehörige Sendesignal mit einer beliebigen, zugehörigen und vorgegebenen Frequenz erzeugen.
Vorteilhaft erzeugen die Sender das jeweils zugehörige Sendesignal mit einer Frequenz in Kilohertz-Bereich.
Bevorzugt liegt die vorgegebene Frequenz des jeweiligen Senders zwischen 110 kHz und 148,5 kHz.
Vorteilhaft liegen die Frequenzen der Sender um zumindest 0,5 kHz auseinander. Die Sendeeinrichtung weist vorteilhaft zumindest zwei zueinander quer zur ersten Richtung beabstandete Sender zur Ermittlung der relativen Position der Energiespulen zueinander im der stationären Energiespule nahen Bereich auf, welche nachfolgend auch als Nah-Sender bezeichnet werden. Der jeweilige Nah- Sender erzeugt somit im Betrieb ein zugehöriges Sendesignal mit einer zugehörigen, vorgegebenen Frequenz. Das Empfangssignal umfasst hierbei bei entsprechender Positionierung relativ zu den Nah-Sendern die Überlagerung der zumindest beiden Sendesignale.
Der der stationären Energiespule nahe Bereich ist vorteilhaft derjenige Bereich mit einem quer zur ersten Richtung verlaufenden Abstand bis zu 0,5 m zur stationären Induktionsladevorrichtung.
Bevorzugt erzeugt der jeweilige Nah-Sender ein magnetisches Feld mit einer Hauptachse entlang der ersten Richtung als Sendesignal.
Die Sendeeinrichtung weist vorteilhaft einen Sender zur Ermittlung der relativen Position der Energiespulen zueinander im der stationären Energiespule ferneren Bereich auf, welcher nachfolgend auch als Fern-Sender bezeichnet wird. Der Fern-Sender erzeugt somit im Betrieb ein zugehöriges Sendesignal mit einer zugehörigen, vorgegebenen Frequenz.
Der der stationären Energiespule fernere Bereich ist vorteilhaft derjenige Bereich mit einem quer zur ersten Richtung verlaufenden Abstand oberhalb von 0,5 m, insbesondere oberhalb von 1 ,5 m zur stationären Induktionsladevorrichtung.
Bevorzugt erzeugt der Fern-Sender im Betrieb ein magnetisches Feld mit einer Hauptsache geneigt oder quer zur ersten Richtung als Sendesignal. Prinzipiell kann die Sendeeinrichtung in der mobilen Induktionsladevorrichtung und die Empfangseinrichtung in der stationären Induktionsladevorrichtung angeordnet sein. Zweckmäßig weist dabei die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung eine solche Sendeeinrichtung und die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung eine solche Empfangseinrichtung auf.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Sendeeinrichtung in der stationären Induktionsladevorrichtung und die Empfangseinrichtung in der mobilen Induktionsladevorrichtung angeordnet. Somit kommt es zu einer geringeren Latenz bei der Ermittlung der Positionsinformation und insbesondere in der Assistenzeinrichtung.
Zweckmäßig weist dabei die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung eine solche Sendeeinrichtung und die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung eine solche Empfangseinrichtung auf.
Weist das System zwei oder mehr Sendeeinrichtungen, insbesondere zwei oder mehr stationäre Induktionsladevorrichtungen mit jeweils einer Sendeeinrichtung auf, weisen die Fern-Sender benachbarter Sendeeinrichtungen vorzugsweise unterschiedliche, vorgegebenen Frequenzen auf.
Zur Ermittlung der Amplituden und Erzeugung der Positionsinformationen kommt bevorzugt ein Computerprogrammprodukt zum Einsatz.
Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch die Positioniervorrichtung die Positioniervorrichtung veranlassen, die Amplituden zu ermitteln und die Positionsinformationen zu erzeugen. Das Computerprogrammprodukt ist auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert. Vorteilhaft ist das Computerprogrammprodukt zumindest in Teilen, vorzugsweise gänzlich, in der Positioniervorrichtung, insbesondere in der Empfangseinrichtung, hinterlegt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Systems zur induktiven Energieübertragung in einem Ladebetrieb von zwei Induktionsladevorrichtungen,
Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht auf eine Induktionsladevorrichtung mit einer Sendeeinrichtung einer Positioniervorrichtung des Systems,
Fig. 3 Diagramme mit Sendesignalen von Sendern der Sendeeinrichtung, Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Empfänger einer Empfangseinrichtung der Positioniervorrichtung,
Fig. 5 ein Empfangssignal des Empfängers,
Fig. 6 eine schaltplanartige Darstellung der Empfängervorrichtung,
Fig. 7 eine schaltplanartige Darstellung der Empfängervorrichtung bei einem anderen Ausführungsbeispiel.
Ein in den Figuren 1 bis 7 beispielhaft gezeigtes System 1 dient der induktiven Energieübertragung. Entsprechend Figur 1 weist das System 1 zu diesem Zweck zumindest zwei Induktionsladevorrichtungen 2, nämlich zumindest eine stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a und zumindest eine mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b, auf. In einem in Figur 1 angedeuteten Ladebetrieb kann die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a zur induktiven Energieübertragung mit einer der zumindest einen mobilen Induktionsladevorrichtungen 2, 2b induktiv Zusammenwirken. Im Ladebetrieb kann die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung 2 somit ein Ladepunkt des Systems 1 sein. Zur induktiven Energieübertragung weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 2, wie insbesondere in Figur 1 gezeigt ist, eine Spule 3 auf, welche nachfolgend auch als Energiespulen 3 bezeichnet wird. Somit weist die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a eine stationäre Energiespule 3, 3a (siehe auch Figur 2) und die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b eine mobile Energiespule 3, 3b auf. Eine der Energiespulen 3 dient im Ladebetrieb als Primärspule, welche ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in der anderen, als Sekundärspule dienenden Energiespule 3 eine Spannung zur Energieübertragung induziert. Wie Figur 1 angedeutet, sind im Ladebetrieb die zur induktiven Energieübertragung zusammenwirkenden Induktionsladevorrichtungen 2, insbesondere die Energiespulen 3 der Induktionsladevorrichtungen 2, in einer Richtung R1 zueinander beabstandet und gegenüberliegend angeordnet, welche nachfolgend auch als erste Richtung R1 bezeichnet wird. Diese Induktionsladevorrichtung 2 sowie deren Energiespulen 3 werden nachfolgend auch als "zugehörig" bezeichnet. Die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b ist in einer zugehörigen mobilen Anwendung 100 vorgesehen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Anwendung 100 um ein Kraftfahrzeug 101. Dabei verläuft die erste Richtung R1 entlang, insbesondere parallel, zur Z-Richtung des Kraftfahrzeugs 101. Die erste Richtung R1 entspricht also insbesondere einer Höhenrichtung. Zudem sind im Ladebetrieb, um den Ladebetrieb zu ermöglichen und im Ladebetrieb hohe Wirkungsgrade zu erzielen, die zugehörigen Energiespulen 3 relativ zueinander quer zur ersten Richtung R1 , also in einer quer zur ersten R1 verlaufenden zweiten Richtung R2 und in einer quer zur ersten Richtung R1 und quer zur zweiten Richtung R2 verlaufenden dritten Richtung R3, entsprechend positioniert. Bei dieser Positionierung überdecken sich die zugehörigen Energiespulen 3 vorzugsweise in zweiter Richtung R2 und in dritter Richtung R3 zumindest teilweise. Bei der zweiten Richtung R2 handelt es sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen um die Fahrtrichtung der mobilen Anwendung 100 bzw. des Kraftfahrzeugs 101 , also um die X-Richtung des Kraftfahrzeugs 101. Bei der Energieübertragung kann, wie in Figur 1 gezeigt, insbesondere induktiv Energie auf die mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b übertragen werden, um eine Batterie 102 der mobilen Anwendung 100 zu laden. Zu diesem Zweck kann zwischen der mobilen Energiespule 3, 3b und der Batterie 102 ein Gleichrichter 26 vorgesehen sein, welcher die in der mobilen Energiespule 3, 3b induzierte Spannung in eine gleichgerichtete Spannung umwandelt. Der Gleichrichter 26 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft Bestandteil der mobilen Induktionsladevorrichtung 2, 2b. Die induktive Energieübertragung kann auch von der mobilen Induktionsladevorrichtung 2, 2b auf die stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a, also prinzipiell auch bidirektional, erfolgen. Eine Positioniervorrichtung 4 des Systems 1 dient der Erkennung der relativen Position der im Ladebetrieb zugehörigen Energiespulen 3 und somit Induktionsladevorrichtungen 2 zueinander. Dies kann im Rahmen einer Fahrassistenz eingesetzt werden, um die mobile Anwendung 100, insbesondere das Kraftfahrzeug 101 , entsprechend zur stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2a zu positionieren. Zu diesem Zweck erzeugt die Positioniervorrichtung 4 in einer der im Ladebetrieb zusammenwirkenden Induktionsladevorrichtungen 2, also in einer der zugehörigen Induktionsladevorrichtungen 2, zwei Signale 5. Die Signale 5 werden nachfolgend auch als Sendesignale 5 bezeichnet. Die Sendesignale 5 werden in der anderen Induktionsladevorrichtung 2 empfangen. Zu diesem Zweck weist die Positioniervorrichtung 4 in einer der Induktionsladevorrichtungen 2 eine Sendeeinrichtung 9 und in der anderen Induktionsladevorrichtung 2 eine Empfangseinrichtung 10 auf. Mittels der Sendeeinrichtung 9 werden die Sendesignale 5 erzeugt und mittels der Empfangseinrichtung 10 empfangen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Sendeeinrichtung 9 Bestandteil der stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2a und die Empfangseinrichtung 10 Bestandteil der mobilen Induktionsladevorrichtung 2, 2b. Die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung 2, 2a weist also eine solche Sendeeinrichtung 9 und die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung 2, 2b eine solche Empfangseinrichtung 10 auf.
Wie den Figuren 1 und 2 entnommen werden kann, weist die Sendeeinrichtung 6 zur Erzeugung des jeweiligen Sendesignals 5 einen zugehörigen Sender 6, also zumindest zwei Sender 6, auf. Der jeweilige Sender 6 erzeugt im Betrieb das zugehörige Sendesignal 5 mit einer zugehörigen vorgegebenen Frequenz f und gibt das Sendesignal 5 aus, wobei die Sender 6 das jeweils zugehörige Sendesignal 5 gleichzeitig erzeugen und ausgeben. Die Sender 6 geben also im Betrieb gleichzeitig jeweils ein Sendesignal 5 mit einer zugehörigen vorgegebenen Frequenz f aus, wobei sich die Frequenzen f der Sender 6 voneinander unterscheiden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird mit dem jeweiligen Sender 6 ein magnetisches Feld als Sendesignal 5 erzeugt. Die Frequenz f des jeweiligen Senders 6 und somit Sendesignals 5 beträgt dabei zwischen 110 kHz und 148,5 kHz. Die Frequenzen f liegen vorteilhaft zwischen 134,0 kHz und 137,0 kHz und 0,5 kHz auseinander.
Wie Figur 2 entnommen werden kann, weist die Sendeeinrichtung 5 in den gezeigten Ausführungsbeispielen rein bespielhaft vier Sender 6, also einen ersten Sender 6, 6a, einen zweiten Sender 6, 6b, einen dritten Sender 6, 6c und einen vierten Sender 6, 6d auf. Die Sender 6 sind in der in Figur 2 gezeigten Draufsicht in den Ecken eines gedachten Vierecks (nicht gezeigt) angeordnet, wobei das Viereck die Energiespule 3 der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 2, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also der stationären Induktionsladevorrichtung 2, 2a in der Draufsicht umrahmt.
Figur 3 zeigt Diagramme mit den Sendesignalen 5 der Sender 6, wobei in Figur 3 entlang der jeweiligen Abzissenachse X der zeitliche Verlauf und entlang der jeweiligen Ordinatenachse Y die Stärke aufgetragen ist. Wie Figur 3 entnommen werden kann, gibt also der erste Sender 6, 6a ein erstes Sendesignal 5, 5a mit einer ersten Frequenz f, f1 , der zweite Sender 6, 6b ein zweites Sendesignal 5, 5b einer zweiten Frequenz f, f2, der dritte Sender 6, 6c ein drittes Signal 5, 5c mit einer dritten Frequenz f, f3 und der vierte Sender 6, 6d ein viertes Sendesignal 5, 5d mit einer vierten Frequenz f, f4 aus. Zumindest zwei der Sender 6, vorzugsweise sämtliche Sender 6, geben die zugehörigen Sendesignale 5 dabei gleichzeitig aus. Wie Figur 3 ferner entnommen werden kann, werden die gezeigten Sendesignale 5 mit einer gleichen Stärke, jedoch unterschiedlichen Frequenz f ausgegeben. Beispielsweise beträgt die erste Frequenz f1 111 ,5 kHz, die zweite Frequenz f2 112,0 kHz, die dritte Frequenz f3 113,0 kHz und die vierte Frequenz f4 113,5 kHz. Die Empfangseinrichtung 10 weist, wie beispielsweise Figur 4 entnommen werden kann, zum Empfangen der Sendesignale 5 einen Empfänger 7 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Empfangseinrichtung 10 einen einzigen Empfänger 7 auf. Wie Figur 4 zu entnehmen ist, weist der Empfänger 7 in den gezeigten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft zwei Empfangsspulen 8 auf, welche zueinander um 90° versetzt gewickelt sind. Das von der Empfangsspule 8 empfangene Signal 11 ist in Figur 5 beispielhaft dargestellt und entspricht einer Überlagerung aller empfangen Sendesignale 5. Das empfangene Signal 11 wird nachfolgend auch als Empfangssignal 11 bezeichnet. Das Empfangssignal 11 ist somit zeitabhängig. Das Empfangssignal 11 kann am Empfänger 7, wie in Figur 4 mit elektrischen Verbindungen 12 angedeutet, abgegriffen werden. Der Empfänger 7 gibt das Empfangssignal 11 also aus, wobei das Empfangssignal 11 in Form einer elektrischen Spannung vorliegt. Dem entsprechend ist in Figur 5 entlang der Abzissenachse X der zeitliche Verlauf und entlang der Ordinatenachse Y der Spannungsverlauf des Empfangssignals 11 aufgetragen.
Wie nachfolgend und insbesondere anhand der Figuren 6 und 7 erläutert wird, ist die Positioniervorrichtung 4 derart ausgestaltet, dass sie aus dem Empfangssignal 11 für das jeweilige empfangene Sendesignal 5 eine zugehörige Amplitude A ermittelt. Die jeweilige Amplitude A repräsentiert die Stärke des zugehörigen Sendesignals 5 am Ort des Empfängers 7, also die lokale Stärke des zugehörigen Sendesignals 5. Zudem ist die Positioniervorrichtung 4 derart ausgestaltet, dass sie aus den ermittelten Amplituden A eine Positionsinformation erzeugt, welche eine relative Position der Energiespulen 3 zueinander repräsentiert.
Die Ermittlung der Amplituden A aus dem aus dem Empfangssignal 11 kann beispielsweise mittels Fourier-Transformation, bevorzugt mittels Schnelle-Fourier- Transformation, auch unter der englischen Bezeichnung „Fast-Fourier- Transformation“ und der Abkürzung „FFT“ geläufig, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ermittlung der Amplituden A aus dem Empfangssignal 11 mittels eines Filters mit endlicher Impulsantwort, auch unter der englischen Bezeichnung „Finite Impulse Response Filter“ und der Abkürzung „FIR“ geläufig, erfolgen. Vorteilhaft kommen dabei eine abschnittsweise Korrelation und/oder Faltung zum Einsatz. Entsprechend ist die Positioniervorrichtung 4 ausgestaltet.
In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Ermittlung der Amplituden A mittels IQ-Stimulation. Es versteht sich aber, dass die nachfolgende Beschreibung in analoger Weise auf die vorstehend erwähnten Methoden anwendbar ist.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Positioniervorrichtung 4 also derart ausgestaltet, dass sie das Empfangssignal 11 mittels IQ-Demodulation demoduliert und somit aus dem Empfangssignal 11 für das jeweilige empfangene Sendesignal 5 eine zugehörige Amplitude A ermittelt. Die jeweilige Amplitude A repräsentiert die Stärke des zugehörigen Sendesignals 5 am Ort des Empfängers 7, also die lokale Stärke des zugehörigen Sendesignals 5. Zudem ist die Positioniervorrichtung 4 derart ausgestaltet, dass sie aus den ermittelten Amplituden A eine Positionsinformation erzeugt, welche eine relative Position der Energiespulen 3 zueinander repräsentiert.
Beim in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ermittlung der Amplituden A der Sendesignale 5 aus dem Empfangssignal 11 durch das Abtasten des Empfangssignals 11. Dabei wird zur Ermittlung der Amplitude A des jeweiligen Sendesignals 5 aus dem Empfangssignal 11 das Empfangssignal 11 mit einer Abtastrate abgetastet, welche einem Vielfachen Ganzen, im gezeigten Ausführungsbeispiel, dem vierfachen, der Frequenz f des Sendesignals 5 entspricht. Zur Ermittlung der Amplitude A, A1 des ersten Sendesignals 5, 5a wird also eine Abtastrate gewählt, welche dem vierfachen der ersten Frequenz f, f1 entspricht. Zur Ermittlung der Amplitude A, A2 des zweiten Sendesignals 5, 5b wird also eine Abtastrate gewählt, welche dem vierfachen der zweiten Frequenz f, f2 entspricht. Zur Ermittlung der Amplitude A, A3 des dritten Sendesignals 5, 5c wird also eine Abtastrate gewählt, welche dem vierfachen der dritten Frequenz f, f3 entspricht. Zur Ermittlung der Amplitude A, A4 des vierten Sendesignals 5, 5d wird also eine Abtastrate gewählt, welche dem vierfachen der vierten Frequenz f, f4 entspricht. Somit ergeben sich für die jeweilige Abtastrate vier Abtastzeitpunkte bei 0°, 90°, 180° und 270° bezüglich der Periode der der Frequenz f. Der jeweilige Abtastzeitpunkt liefert einen Wert, wobei um 90° zueinander versetzt ermittelte Werte im Betrag die I-Werte oder Q-Werte der IQ-Demodulation entsprechen. Mit anderen Worten, der Wert zum Abtastzeitpunkt 0° entspricht I, der Wert zum Abtastzeitpunkt 90° entspricht Q, der Wert zum Abtastzeitpunkt 180° entspricht -I und der Wert zum Abtastzeitpunkt 270° entspricht -Q. Der Wert zum Abtastzeitpunkt 360° entspricht wieder dem Wert somit I, usw. Mit der Kenntnis, dass die Amplitude A eines Sendesignals 5 vorgegebener Frequenz f stets der Quadratwurzel aus den Quadraten der Summen von I und Q dieser Frequenz f, also
7t = Va2 + <?2) entspricht, kann somit auf einfache und zuverlässige Weise aus dem Empfangssignal 11 für das jeweilige Sendesignal 5 die zugehörige Amplitude A ermittelt werden, wobei mögliche Phasen keiner Berücksichtigung bedürfen.
Im besprochenen Beispiel wird somit also für das jeweilige Sendesignal 5 eine zugehörige Amplitude A, also insgesamt vier Amplituden A ermittelt. Zur Verbesserung Erhöhung der Trennschärfe können für die jeweilige Abtastrate und somit für das jeweilige Sendesignal 5 mehrere I-Werte und Q-Werte, insbesondere mehrere hundert I-Werte und Q-Werte, ermittelt und diese gemittelt werden. Auch ist es vorstellbar, eine Mittelung der Betragswerte von I und -I sowie Q und -Q durchzuführen. Beim in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Empfangseinrichtung 10 einen dem Empfänger ? nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 13 und einen mit dem Analog-Digital-Wandler 13 datenübertragend verbundenen digitalen Signalprozessor 14 auf. Der Analog-Digitalwandler 13 ist auch unter der englischen Abkürzung "ADC" und der digitale Signalprozessor 14 unter der englischen Abkürzung "DSP" geläufig. Im Betrieb stellt der digitale Signalprozessor 14 den Analog-Digital-Wandler 13 nacheinander auf die Abtastraten ein. Dies erfolgt in den gezeigten Ausführungsbeispielen über eine Triggerquelle 16, auch unter der englischen Bezeichnung "Trigger Source" geläufig, welche beispielsweise einen nicht gezeigten PWM-Generator umfassen kann. Die am Analog-Digital-Wandler 13 eingestellte Abtastrate entspricht also der aktuellen Taktung des Analog-Digital-Wandlers 13. Der Analog-Digital-Wandler 13 übermittelt dem digitalen Signalprozessor 14 die abgetasteten Werte, also wie vorstehend beschrieben die Werte für I, Q, -I und -Q. Der digitale Signalprozessor 14 ermittelt aus den abgetasteten Werten die der Abtastrate zugehörige Amplitude A. Somit kann das Empfangssignal 11 nacheinander mit den Abtastraten der jeweiligen Frequenz f abgetastet und somit aus dem Empfangssignal 11 nacheinander für das jeweilige Sendesignal 5 die zugehörige Amplitude A ermittelt werden. Das heißt, dass nacheinander die den Sendesignalen 5 zugehörigen Amplituden A ermittelt werden.
Wie in Figur 6 dargestellt, können der Analog-Digital-Wandler 13 und der digitale Signalprozessor 14 in einem Mikrocontroller 15 zusammengefasst sein, welcher nachfolgend auch als DSP-Mikrokontroller 15 bezeichnet wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der DSP-Mikrokontroller 15 zudem die Triggerquelle 16.
Wie Figur 6 zu entnehmen ist, erfolgt zwischen dem Empfänger 7 und dem Analog-Digital-Wandler 13 eine mit einem Kasten angedeutete Konditionierung 17 des Empfangssignals 11. Die Konditionierung 17 umfasst die Berücksichtigung eines Versatzes des als Spannung vorliegenden Empfangssignals 11 , auch unter der englischen Bezeichnung "Offset" geläufig. Zu diesem Zweck werden für zumindest eine der Abtastraten, insbesondere für die jeweilige Abtastrate, aus zwei um 180° versetzten Werten der Versatz ermittelt. Das heißt, dass der Versatz beispielsweise aus den Werten für I und -I die oder aus den Werten für Q und -Q ermittelt wird. Die Konditionierung 17 kann ebenso eine Verstärkung des Empfangssignals 11 umfassen. Die Ermittlung des Versatzes kann wiederum im digitalen Signalprozessor 14 erfolgen.
Beim in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Empfangseinrichtung 10 zwei dem Empfänger 7 nachgeschaltete Mischer 18, einen den Mischern 18 nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 13, einen mit den Mischern 18 verbundenen Lokaloszillator 19 und einen Mikrokontroller 20 auf. Der Mikrokontroller 20 ist mit dem Analog-Digital-Wandler 13 und mit dem Lokaloszillator 19 verbunden. Dabei wird das Empfangssignal 11 den Mischern 18 übermittelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Empfangssignal 11 den Mischern 18 nach einer Konditionierung 17, beispielsweise nach einer Signalverstärkung, übermittelt. Zur Ermittlung der Amplitude A eines Sendesignals 5 stellt der Mikrokontroller 20 mittels des Lokaloszillators 19 die dem Sendesignal 5 zugehörige Frequenz f an den Mischern 18 ein, derart, dass die Mischer 18 das Empfangssignal um 90° zueinander versetzt mischen. Dies ist als sogenanntes "I&Q-Verfahren" geläufig. Das gemischte Signal wird dem Analog-Digital-Wandler 13 bereitgestellt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist zwischen dem jeweiligen Mischer 18 und dem Analog-Digital-Wandler 13 ein Tiefpassfilter 21 angeordnet. Zudem weist der Analog-Digital-Wandler 13 für den jeweiligen Mischer 18 und somit für den jeweiligen Tiefpassfilter 21 einen zugehörigen Eingang 22 auf. Folglich gelangen über einen der Eingänge 22 die für die IQ- Demodulation benötigten l-Werte und über den anderen Eingang 22 die für die IQ- Demodulation benötigten Q-Werte zum Analog-Digital-Wandler 13. Somit kann der Mikrokontroller 20 aus den vom Analog-Digital-Wandler 13 bereitgestellten Daten gemäß der vorstehenden Regel die Amplitude A des Sendesignals 5 mit der eingestellten Frequenz f ermitteln. Nach der Ermittlung der Amplitude A des Sendesignals 5 mit der eingestellten Frequenz f stellt der Mikrokontroller 20 mittels des Lokaloszillators 19 die einem anderen Sendesignal 5 zugehörige Frequenz f ein, wobei die Amplitude A des Sendesignals 5 mit der nun eingestellten Frequenz f entsprechend der vorstehenden Erläuterung ermittelt wird. Der Mikrokontroller 20 stellt somit mittels des Lokaloszillators 19 nacheinander die dem jeweiligen Sendesignal 5 zugehörige Frequenz f an den Mischern 18 ein und ermittelt die entsprechend zugehörigen Amplituden A nacheinander.
Wie in den Figuren 1 und 2 angedeutet, sind die Sender 6 in den gezeigten Ausführungsbeispielen quer zur ersten Richtung R1 beabstandet. Die Sender 6 erzeugen, wie in Figur 1 angedeutet, ein magnetisches Feld als Sendesignal 5, das eine Hauptachse entlang der ersten Richtung R1 besitzt. Somit bereitet sich die Sendesignale 5 quer zur ersten Richtung R1 lokal im Bereich des jeweils zugehörigen Senders 6 aus. Diese Sendesignale 5 sind somit für die Ermittlung der relativen Position der Energiespulen 3 zueinander in dem den Sendern 6 quer zur ersten Richtung R1 nahen Bereich geeignet. Die entsprechenden Sender 6 werden nachfolgend auch als Nah-Sender 23 bezeichnet. Die Nah-Sender 23 sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils als eine Flachspule 24 ausgebildet, welche parallel zur ersten Richtung R1 gewickelt ist, eine Wickelachse (nicht gezeigt) des jeweiligen Nah-Senders 23 verläuft also parallel zur ersten Richtung R1 .
Wie Figur 2 zu entnehmen ist, kann die Sendeeinrichtung 9 einen weiteren Sender 6, also einen fünften Sender 6, 6e aufweisen, welcher ein magnetisches Feld als fünftes Sendesignal 5, 5e erzeugt, das, wie in Figur 2 angedeutet, eine Hauptachse entlang der zweiten Richtung R2 und somit entlang der X-Richtung besitzt. Somit bereiten sich das sechse Sendesignale 5, 5e des sechsten Senders 6, 6e quer zur ersten Richtung R1 aus und sind folglich auch im ferneren Bereich empfangbar. Der sechste Sender 6, 6e wird nachfolgend auch als Fern-Sender 27 bezeichnet. Der Fern-Sender 27 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel um eine entlang der zweiten Richtung R2 verlaufenden Wickelachse (nicht gezeigt) gewickelt. Das sechse Sendesignal 5, 5e des Fern-Senders 27 wird dabei wir für die Sendesignale der Nah-Sender 23 beschrieben vom Empfänger 7 empfangen und aus dem Empfangssignal 11 die lokale Amplitude A des sechsten Sendesignals 5, 5e des Fern-Senders 27 ermittelt. Die Frequenz f des Fern- Senders kann zwischen 145,5 kHz und 147,5 kHz betragen. Weist das System 1 zwei oder mehr Sendeeinrichtungen 9 mit jeweils einem solchen Fern-Sender 27 auf, weisen die Fern-Sender 27 von benachbarten, vorzugsweise von in zweiter Richtung R2 benachbarten, Fern-Sendern 27, unterschiedliche Frequenzen f auf.
Mit den lokal ermittelten Amplituden A des jeweiligen Senders 6 ist es möglich, durch einen Vergleich der Amplituden A die relative Position der Energiespulen 3 zueinander und somit eine solche Positionsinformation zu ermitteln. Die Positionsinformation kann über eine Schnittstelle 25 (siege Figur 6) des Mikrokontrollers 15, 20 einer Assistenzeinrichtung 103 der mobilen Anwendung 100, insbesondere des Kraftfahrzeugs 101 , bereitgestellt werden, die auch in Figur 1 angedeutet ist. Die Assistenzeinrichtung 103 erzeugt dabei vorteilhaft basierend auf den empfangenen Positionsinformationen in Figur 1 mit Pfeilen angedeutete Navigationsanweisungen für die mobile Anwendung 100. Auch können die Navigationsanweisungen mittels der Positioniervorrichtung 4 erzeugt und über die Schnittstelle 24 der Assistenzeirichtung 103 zur Verfügung gestellt werden. Die Navigationsanweisungen können einem Führer der mobilen Anwendung 100 zum Führen der mobilen Anwendung 100, beispielsweise über eine Mensch-Maschine- Schnittstelle (nicht gezeigt), bereitgestellt werden. Ebenso können die Navigationsanweisungen zum zumindest teilautonomen Führen der mobilen Anwendung 100, insbesondere zum zumindest teilautonomen Fahren des Kraftfahrzeugs 101 , eingesetzt werden. Die Navigationsanweisungen dienen dem Zweck, eine verbesserte Positionierung der zugehörigen Energiespulen 3 zur Optimierung der Energieübertragung zu erreichen.
Die Umsetzung der Ermittlung der Amplituden sowie der Erzeugung der Positionsinformationen erfolgt vorzugsweise mittels eines Computerprogrammprodukts. Das Computerprogrammprodukt ist dabei bevorzugt zumindest teilweise in der Empfangseinrichtung, insbesondere im Mikrokontroller 15, 20, auf einem nichtflüchtigen Speicher (nicht gezeigt) hinterlegt. Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch die Positioniervorrichtung 4, in den gezeigten Ausführungsbeispielen durch die Empfangseinrichtung 10, die Positioniervorrichtung 4, in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Empfangseinrichtung 10, veranlassen, die Amplituden A zu ermitteln und die Positionsinformationen zu erzeugen.
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Claims

Ansprüche System (1 ) zur induktiven Energieübertragung mit zumindest einer stationären Induktionsladevorrichtung (2, 2a) und zumindest einer mobilen Induktionsladevorrichtung (2, 2b), insbesondere zumindest eines Kraftfahrzeugs (101 ),
- wobei die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) eine stationäre Energiespule (3, 3a) und die jeweilige mobile Induktionsladevorrichtung (2, 2b) eine mobile Energiespule (3, 3b) aufweist,
- wobei die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) in einem Ladebetrieb mit einem der zumindest einen mobilen Induktionsladevorrichtungen (2, 2b) zusammenwirkt, um mittels den Energiespulen (3) induktiv Energie zu übertragen,
- mit einer Positioniervorrichtung (4) zur Erkennung der relativen Position der im Ladebetrieb zugehörigen Energiespulen (3) zueinander,
- wobei die Positioniervorrichtung (4) in einer der im Ladebetrieb zugehörigen Induktionsladevorrichtungen (2) eine Sendeeinrichtung (9) und in der anderen Induktionsladevorrichtung (2) eine Empfangseinrichtung (10) aufweist,
- wobei die Sendeeinrichtung (9) zumindest zwei Sender (6) aufweist und die Sender (6) im Betrieb gleichzeitig jeweils ein Sendesignal (5) mit einer zugehörigen vorgegebenen Frequenz ausgeben und die Frequenzen der Sender (6) unterschiedlich sind,
- wobei die Empfangseinrichtung (10) einen Empfänger (7) aufweist, welcher derart ausgestaltet ist, dass der Empfänger (7) eine Überlagerung aller empfangen Sendesignale (5) als zeitabhängiges Empfangssignal (11 ) ausgibt, - wobei die Positioniervorrichtung (4) derart ausgestaltet ist, dass sie aus dem Empfangssignal (11 ) für das jeweilige empfangene Sendesignal (5) eine zugehörige Amplitude ermittelt,
- wobei die Positioniervorrichtung (4) derart ausgestaltet ist, dass sie aus den ermittelten Amplituden eine Positionsinformation erzeugt, welche eine relative Position der Energiespulen (3) zueinander repräsentiert. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (4) derart ausgestaltet ist, dass sie das Empfangssignal (11) mittels IQ-Demodulation demoduliert und somit aus dem Empfangssignal (11 ) für das jeweilige empfangene Sendesignal (5) zumindest einen zugehörigen I-Wert und zumindest einen zugehörigen Q- Wert und aus den Werten eine zugehörige Amplitude ermittelt. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (4) derart ausgestaltet ist, dass sie aus dem Empfangssignal (11 ) mittels Fourier-Transformation, insbesondere mittels Schnelle-Fourier-Transformation, für das jeweilige empfangene Sendesignal (5) eine zugehörige Amplitude ermittelt. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (4) derart ausgestaltet ist, dass sie aus dem Empfangssignal (11) mittels eines Filters mit endlicher Impulsantwort, insbesondere mittels abschnittsweiser Korrelation und/oder mittels Faltung, für das jeweilige empfangene Sendesignal (5) eine zugehörige Amplitude ermittelt. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass sie das Empfangssignal (11) nacheinander mit Abtastraten abtastet, welche einer vielfachen Ganzen der Frequenz des jeweiligen Sendesignals (5) entsprechen, und mittels den abgetasteten Werten die dem jeweiligen Sendesignal (5) zugehörige Amplitude ermittelt. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass sie das Empfangssignal (11) nacheinander mit Abtastraten abtastet, welche der vierfachen der Frequenz des jeweiligen Sendesignals (5) entsprechen. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (10) zum Abtasten des Empfangssignals (11 ) und zur Ermittlung der jeweiligen Amplitude einen dem Empfänger (7) nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler (13) und einen mit dem Analog- Digital-Wandler (13) datenübertragend verbundenen digitalen Signalprozessor (14) aufweist, wobei die Empfangseinrichtung (10) derart ausgestaltet ist,
- dass der digitale Signalprozessor (14) den Analog-Digital-Wandler (13) nacheinander auf die Abtastraten einstellt und der Analog-Digital-Wandler (13) die abgetasteten Werte dem digitalen Signalprozessor (14) übermittelt,
- dass der digitale Signalprozessor (14) aus den abgetasteten Werten nacheinander die den Sendesignalen (5) zugehörigen Amplituden ermittelt. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass sie aus zwei um 180° versetzten Werten zumindest einer der Abtastraten einen Versatz des Empfangssignals (11) ermittelt und bei der Ermittlung der Amplituden (A) berücksichtigt. System nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (10) zwei dem Empfänger (7) nachgeschaltete Mischer (18) und einen den Mischern (18) nachgeschalteten Analog-Digital- Wandler (13) sowie einen mit den Mischern (18) verbundenen Lokaloszillator (19) und einen Mikrokontroller (20) aufweist, welcher mit dem Analog-Digital- Wandler (13) und mit dem Lokaloszillator (19) verbunden ist, wobei die Empfangseinrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass
- das Empfangssignal (11 ) den Mischern (18) übermittelt wird,
- der Mikrokontroller (20) mittels des Lokaloszillators (19) nacheinander die dem jeweiligen Sendesignal (5) zugehörige Frequenz an den Mischern (18) einstellt, derart, dass die Mischer (18) das Empfangssignal (11 ) um 90° zueinander versetzt mischen und dem Analog-Digital-Wandler (13) bereitstellen,
- der Analog-Digital-Wandler (13) das umgewandelte Signal dem Mikrokontroller (20) bereitstellt und der Mikrokontroller (20) aus dem umgewandelten Signal nacheinander die den Sendesignalen (5) zugehörigen Amplituden ermittelt. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem jeweiligen Mischer (18) und dem Analog-Digital-Wandler (13) ein Tiefpassfilter (21 ) angeordnet ist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (7) zwei zueinander versetzt gewickelte Empfangsspulen (8) aufweist, welche die Sendesignale (5) empfangen und das Empfangssignal (11 ) ausgeben. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (10) einen einzigen Empfänger (7) aufweist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Frequenz des jeweiligen Senders (6) zwischen 110 kHz und 148,5 kHz liegt. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
- dass im Ladebetrieb die Energiespulen (3) in einer ersten Richtung (R1 ) zueinander beabstandet und gegenüberliegend angeordnet sind,
- dass die Sendeeinrichtung (9) zumindest zwei zueinander quer zur ersten Richtung (R1) beabstandete Nah-Sender (5, 23) aufweist, welche im Betrieb ein magnetisches Feld mit einer Hauptachse entlang der ersten Richtung (R1) als Sendesignal (5) erzeugen. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2a) eine solche Sendeeinrichtung (9) und jeweilige stationäre Induktionsladevorrichtung (2, 2b) eine solche Empfangseinrichtung (10) aufweist. Computerprogrammprodukt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch eine Positioniervorrichtung (4) eines Systems (1 ) nach einem der vorgehenden Ansprüche die Positioniervorrichtung (4) veranlassen, die Amplituden zu ermitteln und die Positionsinformation zu erzeugen.
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