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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation zur induktiven Energieübertragung von einer Sendespule der Ladestation zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule sowie ein Verfahren zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, insbesondere zum Positionieren einer Empfangsspule in Bezug auf eine Sendespule einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Elektrofahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktions-Batterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Diese Verbindung muss von einem Benutzer üblicherweise manuell hergestellt werden. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen.
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Es sind auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge bekannt. Hierzu wird ein Elektrofahrzeug über einer Spule abgestellt. Diese Spule sendet ein magnetisches Wechselfeld aus. Das magnetische Wechselfeld wird von einer Empfangsspule innerhalb des Fahrzeugs aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Mittels dieser elektrischen Energie kann daraufhin eine Traktions-Batterie des Fahrzeugs geladen werden. Die Druckschrift
DE 10 2011 010 049 A1 offenbart ein solches System zum Laden einer Fahrzeugbatterie, bei dem die Energie induktiv übertragen wird.
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Der Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule hängt stark von der relativen Lage der (beweglichen) Empfangsspule im Fahrzeug bezüglich der (ortsfest angebrachten) Sendespule in einer Ladestation ab. Der Wirkungsgrad hängt dabei vom Kopplungsfaktor der Spulen untereinander bzw. von der Größe des magnetischen Streufeldes ab.
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Die Druckschrift
WO 2012/058466 A1 offenbart eine Spulenpositionierung einer fahrzeuggebundenen Energieübertragungsvorrichtung durch eine mechanische Positionierungsvorrichtung im Unterbau des Fahrzeugs. Die Druckschrift
JP 2011 217 452 A offenbart eine Positionierung von Empfängerspulen einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung im Kennzeichenbereich von Fahrzeugen. Die Druckschrift
CN 201 966 671 U offenbart eine Positionierung von Empfängerspulen einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung auf dem Fahrzeugdach. Die Druckschrift
US 2012/0098483 A1 offenbart eine Positionsbestimmung und eine automatische Einparkfunktion mithilfe von im Fahrzeug verbauten Antennen für das Navigieren des Fahrzeugs in eine Ladeposition bezüglich einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung. Die Druckschriften
DE 10 2010 053 058 A1 ,
JP 2012 005 308 ,
DE 10 2009 033 239 A1 und
DE 10 2009 033 237 A1 offenbaren jeweils zusätzliche Positionierungsspulen in Fahrzeugen zur Erhöhung der Positionierungstoleranz gegenüber induktiven Energieübertragungsvorrichtungen.
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Es besteht jedoch ein Bedarf nach Lösungen zur induktiven Energieübertragung, die die Positionierung der Sende- und Empfangsspule relativ zueinander verbessern können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Ladestation zur induktiven Energieübertragung an ein Kraftfahrzeug, mit einer im Bodenbereich der Ladestation angeordneten Sendespule, und einer Leitsignalausgabeeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein erstes optisches Leitsignal in einem ersten Raumwinkel auszugeben und ein zweites optisches Leitsignal in einem von dem ersten Raumwinkel verschiedenen zweiten Raumwinkel auszugeben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, mit den Schritten des Erfassens eines ersten optischen Leitsignals, welches von einer Leitsignalausgabeeinrichtung einer Ladestation mit einer Sendespule zur induktiven Energieübertragung in einem ersten Raumwinkel ausgegeben wird, mit einer ersten Leitsignalempfangseinrichtung, welche an einem Fahrzeug mit einer Empfangsspule zur induktiven Energieübertragung angebracht ist, des Erfassens eines zweiten optischen Leitsignals, welches von einer Leitsignalausgabeeinrichtung der Ladestation in einem zweiten Raumwinkel ausgegeben wird, mit einer zweiten Leitsignalempfangseinrichtung, welche an dem Fahrzeug angebracht ist, des Ansteuerns eines automatischen Parkassistenzsystems des Fahrzeugs auf der Basis einer Differenz der erfassten ersten und zweiten optischen Leitsignale, und des automatischen Parkens des Fahrzeugs mithilfe des automatischen Parkassistenzsystems, so dass die Empfangsspule zur induktiven Energieübertragung relativ zu der Sendespule positioniert wird.
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Es ist eine Idee der vorliegenden Erfindung, an einer Ladestation mit einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung Leitsignale auszugeben, die optisch von entsprechenden Empfangseinrichtungen eines Fahrzeugs erfasst werden können. Die Leitsignale haben dabei eine Richtcharakteristik und überstreichen benachbart liegende Raumwinkel, so dass auf der Basis der unterschiedlich erfassten Leitsignale ein Positionierungsalgorithmus im Fahrzeug durchgeführt werden kann. Dazu kann beispielsweise das Parkassistenzsystem des Fahrzeugs genutzt werden, dass über einen Regelmechanismus entlang der beiden Leitsignale ein Positionieren des Fahrzeugs über der Sendespule der induktiven Energieübertragungsvorrichtung ermöglicht, so dass eine Empfangsspule des Fahrzeugs möglichst gut und mit optimalem Kopplungsfaktor für die induktive Energieübertragung über der Sendespule positioniert wird.
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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Positionierung der Sende- und Empfangsspulen zueinander deutlich verbessert werden kann, ohne dass aufwändige Komponenten in dem Fahrzeug vorgesehen werden müssen. Beispielsweise können ohnehin vorhandene Systeme wie beispielsweise Parkassistenzsysteme mit zugehörigen Parkassistenzkameras des Fahrzeugs genutzt werden, um die Spulenpositionierung durchführen zu können. Dies ermöglicht ein sehr kosteneffizientes Implementieren eines Positioniersystems für induktive Energieübertragungsvorrichtungen in Fahrzeugen.
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Darüber hinaus wird der Komfort für den Fahrzeuglenker erhöht, der durch das automatische Positionieren des Fahrzeugs über der Sendespule einerseits Zeit durch den beschleunigten Einparkvorgang und andererseits Kosten durch den verbesserten Ladewirkungsgrad einsparen kann.
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Zusätzliche Sensorsysteme können ebenfalls eingespart werden, was zusätzliche störende Einflüsse auf die elektromagnetische Verträglichkeit der induktiven Energieübertragungsvorrichtung eliminiert. Außerdem sind die Positionier- und Fremdobjektdetektionsverfahren zuverlässig, schnell und effizient.
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Gemäß einer Ausführungsform der Ladestation kann die Ladestation weiterhin eine Spulensteuereinrichtung aufweisen, welche mit einem Stromnetz verbindbar ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Sendespule mit elektrischem Strom zu versorgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation kann die Ladestation weiterhin eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, welche mit der Spulensteuereinrichtung gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, drahtlos ein Positions- und/oder Identifikationsfunksignal auszusenden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation kann das erste optische Leitsignal Licht einer von der Wellenlänge des Lichts des zweiten optischen Leitsignals unterschiedlichen Wellenlänge aufweisen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können das erste und das zweite optische Leitsignal jeweils ein gepulstes Lichtsignal aufweisen, deren Pulsfrequenzen unterschiedlich sind. Dadurch können die beiden Leitsignale in Empfangseinrichtungen des Fahrzeugs voneinander unterschieden werden und je nach empfangenen Erfassungssignalen Regelalgorithmen für eine Richtungssteuerung implementiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Ladestation können der erste Raumwinkel und der zweite Raumwinkel keinen Überlapp aufweisen und aneinander angrenzen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine optimale Richtcharakteristik und eine kompakte Anordnung der Leitsignalempfangseinrichtungen in dem Fahrzeug
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung in der Nähe einer Ladestation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung einer Teilansicht einer Ladestation mit einer Sendespule gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die in den Figuren dargestellten Zeichnungen sind zum Teil perspektivische Darstellungen von Elementen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleichwirkende Komponenten.
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1 zeigt ein Fahrzeug 20, das über einer induktiven Ladestation 100 abgestellt werden kann bzw. soll. Das Fahrzeug 20 kann insbesondere ein elektrisch betreibbares Fahrzeug sein, wie beispielsweise ein Elektroauto, ein Hybridfahrzeug oder ein sonstiges Fahrzeug mit einem elektrischen und wieder aufladbaren Energiespeicher. Das Fahrzeug 20 umfasst eine Empfangsspule 21, welche beispielsweise in einem Unterboden des Fahrzeugs 20 angeordnet ist, so dass die Spulenebene parallel zum Boden bzw. Fahruntergrund verläuft.
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Das Fahrzeug 20 ist für die induktive Energieübertragung über einer Sendespule 10 der Ladestation 100 so abzustellen, dass die Empfangsspule 21 des Fahrzeugs 20 über der Sendespule 10 angeordnet ist. Wenn die Sendespule 10 im Boden der Ladestation 100 angeordnet ist, ist es aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit des Fahrzeugs 20 notwendig, dass zwischen der Sendespule 10 und der Unterseite des Fahrzeugs 20, in dem sich die Empfangsspule 21 befindet, ein Zwischenraum mit einem Luftspalt befindet.
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Nachdem das Fahrzeug 20 so abgestellt wurde, dass die Empfangsspule 21 in dem Fahrzeug 20 sich über der Sendespule 10 befindet, kann das Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs 20, beispielsweise einer Traktionsbatterie, beginnen. Hierzu erzeugt die Sendespule 10 ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld wird von der Empfangsspule 21 aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie steht daraufhin über eine geeignete Schaltung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs 20 zur Verfügung.
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Für eine Rückspeisung elektrischer Energie vom Fahrzeug 20 in ein Energieversorgungsnetz kann auch umgekehrt die Spule 21 im Fahrzeug 20 als Sendespule dienen, die ein magnetisches Feld erzeugt. Die Spule 10 in der Ladestation 100 arbeitet dann als Empfangsspule, die die Energie des magnetischen Felds empfängt und in elektrische Energie umwandelt, welche daraufhin in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann.
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Ist nun das Fahrzeug 20 mit der Empfangsspule 21 an der Ladestation 100 über der Sendespule 10 abgestellt, so kann das Aufladen des elektrischen Energiespeichers begonnen werden. Hierzu wird gegebenenfalls zunächst eine Datenverbindung zwischen dem Fahrzeug 20 und der Ladestation 100 aufgebaut. Eine solche Datenverbindung kann vorzugsweise eine kabellose Verbindung sein. Beispielsweise kann die Verbindung optisch, zum Beispiel auf Basis von infrarotem Licht hergestellt werden, mittels einer Funkverbindung, wie zum Beispiel WLAN, GSM, Bluetooth etc., oder mittels einer induktiven Verbindung zwischen Fahrzeug 20 und Ladestation 100. Durch eine solche Datenverbindung können zunächst eine Autorisierung des Fahrzeugs 20 und/oder des Fahrzeugführers erfolgen. Weiterhin sind auch der Austausch von fahrzeugspezifischen Parametern sowie die Übertragung von Parametern für eine spätere Abrechnung der Kosten möglich.
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Beispielhaft ist in 1 hierzu eine der Ladestation 100 zugehörige Kommunikationseinrichtung 12 gezeigt, welche über eine Funkverbindung mit einer Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 kommunizieren kann und dabei Positions- und/oder Identifikationsfunksignale RF an die Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 übermitteln kann. Die Positions- und/oder Identifikationsfunksignale RF können beispielsweise dazu dienen, ein sich weiter als eine Schwellwertdistanz D, beispielsweise 2 Meter bis 10 Meter, von der Ladestation 100 entfernt befindliches Fahrzeug 20 über die Lage der Ladestation 100 zu informieren, so dass der Fahrzeugführer des Fahrzeugs 20 in der Lage ist, sich durch manuelle Fahrtätigkeit an die Ladestation 100 anzunähern.
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Wenn sich das Fahrzeug 20 näher als die Schwellwertdistanz D an die Ladestation 100 angenähert hat, ist es vorgesehen, dass optische Leitsignalempfangseinrichtungen 22 des Fahrzeugs, beispielsweise Parkassistenzkameras (sogenannte „Near Real Cameras“, NRCs), dazu genutzt werden, um das Fahrzeug 20 mithilfe eines Parkassistenzsystems automatisch einzuparken. Es kann wie in 1 dargestellt, eine optische Leitsignalempfangseinrichtung 22 an der Vorderseite des Fahrzeugs 20 angeordnet sein. Es sollte jedoch klar sein, dass mehr als eine Leitsignalempfangseinrichtung 22 an dem Fahrzeug 20 vorgesehen sein kann und dass die Anzahl und Position der Leitsignalempfangseinrichtungen 22 am Fahrzeug 20 variieren können. Zusätzlich können Erfassungseinrichtungen wie andere Parkassistenzkameras genutzt werden, um für eine grobe Annäherung an die Ladestation beispielsweise Parkmarkierungen 16 der Ladestation 100 nutzen können, zum Beispiel auf dem Boden aufgebrachte farbige bzw. verschieden farbige Linien oder Einfassungen, um das Parkassistenzsystem mit Ansteuersignalen zu versorgen. Dies kann über eine Triangulation über entsprechende Abstands- oder Winkelmessungen verschiedener Erfassungseinrichtungen 22 gegenüber den jeweiligen Parkmarkierungen 16 erfolgen. Das Parkassistenzsystem kann zudem mit Lenkrad und Geschwindigkeitssteuerung des Fahrzeugs 20 verbunden sein, um entsprechende Lenk- und Antriebseingriffe an dem Fahrzeug 20 automatisch vornehmen zu können. Das Parkassistenzsystem kann dabei den Fahrer des Fahrzeugs 20 über eine mögliche automatische Positionierung informieren, die der Fahrer mit einem entsprechenden Steuerbefehl initiieren kann.
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Die optischen Leitsignalempfangseinrichtungen 22 können dazu ausgelegt sein, Leitsignale F1 und F2 zu erfassen und auszuwerten, die von einer Leitsignalausgabeeinrichtung 11 der Ladestation 100 ausgegeben werden können. Die Leitsignale F1 und F2 können beispielsweise optische Leitsignale sein, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge umfassen. Beispielsweise kann das Leitsignal F1 Licht in einem ersten Wellenlängenbereich umfassen, während das Leitsignal F2 Licht in einem zweiten von dem Wellenlängenbereich des Lichts des ersten Leitsignals F1 unterschiedlichen Wellenlängenbereich aufweist. Zum Beispiel kann das erste Leitsignal F1 Licht einer Wellenlänge von 905 nm aufweisen, das zweite Leitsignal F2 Licht einer Wellenlänge von 830 nm.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann es auch vorgesehen sein, dass das erste und das zweite optische Leitsignal F1 bzw. F2 jeweils gepulste Lichtsignale aufweisen, deren Pulsfrequenzen unterschiedlich sind. So kann beispielsweise das erste optische Leitsignal F1 intermittierend mit dem zweiten Leitsignal F2 mit einer doppelten Pulsfrequenz ausgesandt werden.
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Die Leitsignale F1 und F2 werden dabei jeweils in Raumwinkeln abgegeben, die keinen oder zumindest keinen nennenswerten Überlapp aufweisen und aneinander angrenzen. Beispielsweise können die Leitsignale F1 und F2 kegelförmig oder fächerförmig abgestrahlt werden, wobei die Kegel- bzw. Fächeröffnungen von der Leitsignalausgabeeinrichtung 11 der Ladestation 100 hin zu einem herannahenden Fahrzeug 20 weisen.
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Die optische Leitsignalempfangseinrichtung 22 kann dabei verschiedene Sensorbereiche aufweisen, welche jeweils eines der Leitsignale F1 und F2 erfassen und auswerten können. Die Sensorbereiche können dabei entlang einer Sensorreihe nebeneinander angeordnet sein, so dass das erste Leitsignal F1 von einem ersten Sensorbereich und das zweite Leitsignal F2 von einem zweiten Sensorbereich der optischen Leitsignalempfangseinrichtung 22 erfasst werden kann.
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Eine Detailansicht der induktiven Energieübertragungsvorrichtung mit der im Fahrzeugboden 24 angeordneten Empfangsspule 21 sowie der im Boden der Ladestation angeordneten Sendespule 10 ist in 2 dargestellt. Der Fahrzeugboden 24 kann dabei insbesondere einem wie in 1 illustrierten Fahrzeug 20 und die Sendespule 10 insbesondere einer wie in 1 illustrierten Ladestation 100 zugeordnet sein.
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Die Sendespule 10 wird über eine Steuerschaltung 14 mit einem Energieversorgungsnetz 15a, 15b gekoppelt. Die Steuerschaltung 14 ist für die Kommunikation mit dem Fahrzeug mit der Kommunikationseinrichtung 12 verbunden. Die Kommunikationseinrichtung 12 weist ferner eine Antenne 13 für die drahtlose Kommunikation mit der Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 auf, die ihrerseits eine entsprechende Antenne 24 aufweist.
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Die Empfangsspule 21 ist ihrerseits mit einer Ladeschaltung 25 im Fahrzeug 20 verbunden, die mit der Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 gekoppelt ist. Die Ladeschaltung 25 kann weiterhin über eine geeignete Steuereinrichtung verfügen, die die Ladevorgänge sowie die Energieübertragung zwischen der Sendespule 10 und der Empfangsspule 21 überwacht und steuert.
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Eine optimale Positionierung der Empfangsspule 21 über der Sendespule 10 erfordert eine relativ genaue Positionierung in einem Positionierungsbereich R, in welchem die elektrischen Spulenparameter wie Induktivität, Güte, Widerstand, Resonanzfrequenz für einen möglichst hohen Kopplungsfaktor zwischen den Spulen sorgen. Um den Positionierungsbereich R möglichst zielgenau erreichen zu können, dienen die Leitsignale F1 und F2 als Führungsparameter für die automatische Steuerung des Fahrzeugs 20 in eine Ladeposition, in der die Empfangsspule 21 möglichst gut über der Sendespule 10 positioniert ist. Die Sendespule 10 selbst kann ein oder mehrere Spulenwicklungen aufweisen, welche in einer Spulenebene angeordnet sind.
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Die optische Leitsignalempfangseinrichtung 22 ist in 2 ebenfalls im Unterboden 24 des Fahrzeugs 20 angeordnet und auf einer bezüglich der Leitsignalausgabeeinrichtung 11 der Ladestation 100 gegenüberliegenden Seite der induktiven Energieübertragungsvorrichtung aus Sendespule 10 und Empfangsspule 21 angebracht. Dadurch kann die Leitsignalausgabeeinrichtung 11 die Leitsignale F1, F2 in einem Winkel zum Boden nach oben abstrahlen, so dass die Leitsignale F1, F2 durch die Leitsignalempfangseinrichtung 22 erfasst und ausgewertet werden können.
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Die Leitsignalempfangseinrichtung 22 erfasst die Leitsignale F1 und F2 und können in der Leitsignalempfangseinrichtung 22 beispielsweise über eine Komparatorschaltung ausgewertet werden. Dazu wird ermittelt, in welchem Maße bzw. in welchem Sensorbereich der Leitsignalempfangseinrichtung 22 die verschiedenen Leitsignale F1 und F2 empfangen werden. Wenn die Leitsignalempfangseinrichtung 22 beispielsweise nur ein Leitsignal F1 empfängt, nicht aber das Leitsignal F2, deutet das darauf hin, dass das Fahrzeug 20 nicht direkt auf die Sendespule 10 zu fährt. In diesem Fall kann das Parkassistenzsystem eine Richtungskorrektur vornehmen, bis wieder beide Leitsignale F1, F2 in gleichem Maße empfangen werden. Je weiter sich das Fahrzeug 20 von der Ladestation 100 weg befindet, desto größer ist der Raumbereich, den die Leitsignale F1, F2 aufgrund des kegel- oder fächerförmigen Raumwinkels überstreichen. Mit anderen Worten, die Regeltoleranz bzw. Regelgenauigkeit auf der Basis der erfassten Leitsignale F1, F2 verbessert sich, je weiter sich das Fahrzeug 20 der Sendespule 10 und damit der Leitsignalausgabeeinrichtung 11 nähert. Der Ausgabewinkel der Leitsignale F1, F2 kann derart dimensioniert sein, dass die Sendespule 10 sich genau unter der Empfangsspule 21 befindet, falls von der Leitsignalempfangseinrichtung 22 gerade kein Leitsignal F1, F2 mehr empfangbar ist. In diesem Fall kann das Parkassistenzsystem zum Beenden des Positioniervorgangs angesteuert werden, wenn kein Leitsignal F1, F2 mehr empfangen wird.
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3 zeigt eine beispielhafte Detailillustration einer Sendespule 10 mit zugeordneter Leitsignalausgabeeinrichtung 11 und einer die Leitsignale F1, F2 empfangenden Leitsignalempfangseinrichtung 22. Die Leitsignalausgabeeinrichtung 11 weist zwei Leitsignalquellen 11a, 11b auf, die in der Leitsignalausgabeeinrichtung 11 benachbart zueinander angeordnet sind. Die Leitsignalempfangseinrichtung 22 kann beispielsweise vier Sensorbereiche 22a, 22b, 22c, 22d aufweisen, welche entlang einer Linie im Wesentlichen senkrecht zur Leitsignaleinfallsrichtung angeordnet sind. Die Sensorbereiche 22b und 22c dienen dabei der Erfassung jeweils eines der Leitsignale F1 bzw. F2. Das Fahrzeug wird als sich von rechts an die Sendespule 10 annährend angenommen.
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Wenn in dem Sensorbereich 22b kein Leitsignal F1 mehr empfangen wird, bedeutet das, dass sich das Fahrzeug 20 bei unveränderter Bewegungsrichtung links an der Sendespule 10 vorbei bewegen würde. In diesem Fall würde durch das Parkassistenzsystem eine Richtungskorrektur nach rechts vorgenommen werden, bis in dem Sensorbereich 22b wieder das Leitsignal F1 empfangen werden kann. Umgekehrt bedeutet ein fehlender Empfang eines Leitsignals F2 in dem Sensorbereich 22c, dass sich das Fahrzeug 20 bei unveränderter Bewegungsrichtung rechts an der Sendespule 10 vorbei bewegen würde. In diesem Fall würde durch das Parkassistenzsystem eine Richtungskorrektur nach links vorgenommen werden, bis in dem Sensorbereich 22c wieder das Leitsignal F2 empfangen werden kann. Auf diese Weise kann das Fahrzeug mithilfe des Parkassistenzsystems und dem Erfassungsverhältnis der Leitsignale F1, F2 optimal über der Sendespule 10 positioniert werden.
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Zusätzlich zu den Sensorbereichen 22b und 22c können zwei weitere, außen gelegene Sensorbereiche 22a und 22d als redundante Sensorbereiche vorgesehen sein, die zur Verbesserung der Statusentscheidung über die Positionierung dienen können. Beispielsweise kann der Abstrahlwinkel der Leitsignale F1 und F2 derart gewählt werden, dass die Sendespule 10 genau im optimalen Bereich unter der Empfangsspule 21 positioniert ist, wenn von den redundanten Sensorbereichen 22a und 22d keines der Leitsignale F1, F2 mehr empfangen werden kann. Die Anzahl, Größe und Platzierung der zusätzlichen und/oder redundanten Sensorbereiche kann je nach Anwendung und gewünschter Positionierungsgenauigkeit frei gewählt werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 30 zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung, wie beispielsweise im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert. Das Verfahren 30 umfasst als ersten Schritt ein Erfassen eines ersten optischen Leitsignals F1, welches von einer Leitsignalausgabeeinrichtung 11 einer Ladestation 100 mit einer Sendespule 10 zur induktiven Energieübertragung in einem ersten Raumwinkel ausgegeben wird, mit einer ersten Leitsignalempfangseinrichtung 22b, welche an einem Fahrzeug 20 mit einer Empfangsspule 21 zur induktiven Energieübertragung angebracht ist. In einem zweiten Schritt 32 erfolgt ein Erfassen eines zweiten optischen Leitsignals F2, welches von einer Leitsignalausgabeeinrichtung 11 der Ladestation 100 in einem zweiten Raumwinkel ausgegeben wird, mit einer zweiten Leitsignalempfangseinrichtung 22c, welche an dem Fahrzeug 20 angebracht ist. Mit diesen Information kann in einem dritten Schritt 33 ein automatisches Parkassistenzsystem des Fahrzeugs 20 auf der Basis einer Differenz der erfassten ersten und zweiten optischen Leitsignale F1, F2 angesteuert werden, so dass in einem vierten Schritt 34 ein automatisches Parken des Fahrzeugs mithilfe des automatischen Parkassistenzsystems erfolgt, so dass die Empfangsspule 21 zur induktiven Energieübertragung relativ zu der Sendespule 10 positioniert wird.
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Optional kann in Schritt 31a das erste optische Leitsignal F1 mit einer dritten Leitsignalempfangseinrichtung 22a erfasst werden, welche benachbart zu der ersten Leitsignalempfangseinrichtung 22b an dem Fahrzeug 20 angebracht ist. Analog dazu kann in einem Schritt 32a das zweite optische Leitsignal F1 mit einer dritten Leitsignalempfangseinrichtung 22d erfasst werden, welche benachbart zu der zweiten Leitsignalempfangseinrichtung 22c an dem Fahrzeug 20 angebracht ist. Damit kann das Ansteuern 33a des automatischen Parkassistenzsystems des Fahrzeugs 20 auf der Basis einer Differenz der Erfassungssignale der ersten und dritten Leitsignalempfangseinrichtungen 22a; 22b sowie einer Differenz der Erfassungssignale der zweiten und vierten Leitsignalempfangseinrichtungen 22c; 22d erfolgen.
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Für die optimale Positionierung kann es darüber hinaus vorgesehen sein, zusätzliche elektrische Spulenparameter wie Induktivität, Güte, Widerstand oder Resonanzfrequenz während des Parkvorgangs zu messen bzw. auszuwerten und in die Justierung des Parkassistenzsystems einfließen zu lassen. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Ladestation 100 bei der Annäherung des Fahrzeugs 20 über ein entsprechendes Annäherungssignal, welches über die Fahrzeugkommunikationseinrichtung 23 an die Kommunikationseinrichtung 14 der Ladestation 100 übertragen werden kann, in einen Bereitschaftsbetrieb versetzt wird, in dem durch die Sendespule 10 beispielsweise ein Magnetfeld geringerer Stärke erzeugt wird. Durch die Messung dieses Magnetfelds und die entsprechende Auswertung der Spulenparameter der Empfangsspule 21 im Fahrzeug 20 kann die Positionierung über die erfassten optischen Kontrastmuster 11a, 11b, 11c unterstützt werden.
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Im vorliegenden Fall einer induktiven Energieübertragung von einer Ladestation 100 zu einem Elektrofahrzeug 20 sind dabei die Elemente der Leitsignalempfangseinrichtung 22 sehr stark Umwelteinflüssen ausgesetzt. Daher kann es beispielsweise durch Staub oder aufgewirbelten Schmutz zu Verunreinigungen der Leitsignalempfangseinrichtung 22 kommen. In diesem Falle wäre eine zuverlässige Überwachung des Zwischenraums zwischen Sendespule 10 und Empfangsspule 21 nicht mehr möglich. Daher kann weiterhin eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen werden, die die Elemente der Leitsignalempfangseinrichtung 22 reinigt und somit von Verunreinigungen befreit. Beispielsweise kann eine solche Reinigungsvorrichtung die Elemente der Leitsignalempfangseinrichtung 22 mittels eines Wasserstrahls reinigen. Hierzu kann die Reinigungsvorrichtung eine oder mehrere Düsen aufweisen, aus denen Wasser mit einem geeigneten Druck herausgestrahlt wird. Eine solche Reinigungsvorrichtung kann beispielsweise einen Tank für eine Reinigungsflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, eine Pumpe sowie eine oder mehrere Düsen aufweisen. Weitere Möglichkeiten zur Reinigung der Leitsignalempfangseinrichtung 22 wie beispielweise mechanische Wischerblätter, Luftdüsen oder andere geeignete Mittel sind ebenso möglich.
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Zur Reinigung der Leitsignalempfangseinrichtung 22 ist es dabei beispielsweise möglich, dass die Leitsignalempfangseinrichtung 22 am Fahrzeug 20 bereits während der Fahrt gereinigt wird. Somit steht die Leitsignalempfangseinrichtung 22 beim Abstellen des Fahrzeugs 20 unmittelbar zur Verfügung und kann sofort genutzt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Leitsignalempfangseinrichtung 22 erst beim Abstellen des Fahrzeuges 20, oder erst beim Initiieren des Ladevorgangs zu reinigen.
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Zusammenfassend wird eine Ladestation zur induktiven Energieübertragung an ein Kraftfahrzeug offenbart, mit einer im Bodenbereich der Ladestation angeordneten Sendespule, und einer Leitsignalausgabeeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein erstes optisches Leitsignal in einem ersten Raumwinkel auszugeben und ein zweites optisches Leitsignal in einem von dem ersten Raumwinkel verschiedenen zweiten Raumwinkel auszugeben. Mit dieser Ladestation kann ein Verfahren zum Positionieren einer induktiven Energieübertragungsvorrichtung implementiert werden, bei dem erste und zweite optische Leitsignale von der Leitsignalausgabeeinrichtung in jeweils erste und zweite Raumwinkel ausgegeben werden, die von ersten bzw. zweiten Leitsignalempfangseinrichtungen, welche an einem Fahrzeug mit einer Empfangsspule zur induktiven Energieübertragung angebracht sind, erfasst werden, um ein automatisches Parkassistenzsystem des Fahrzeugs auf der Basis einer Differenz der erfassten ersten und zweiten optischen Leitsignale zum automatischen Parken des Fahrzeugs anzusteuern, so dass die Empfangsspule zur induktiven Energieübertragung relativ zu der Sendespule positioniert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011010049 A1 [0003]
- WO 2012/058466 A1 [0005]
- JP 2011217452 A [0005]
- CN 201966671 U [0005]
- US 2012/0098483 A1 [0005]
- DE 102010053058 A1 [0005]
- JP 2012005308 [0005]
- DE 102009033239 A1 [0005]
- DE 102009033237 A1 [0005]
