DE102013219444A1

DE102013219444A1 - Ladeeinrichtung zum induktiven Laden

Info

Publication number: DE102013219444A1
Application number: DE201310219444
Authority: DE
Inventors: Rainer Knorr; Claus Seisenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-03-26
Also published as: CN204391771U

Abstract

Die Ladeeinrichtung zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs umfasst ein Lademodul mit einer Ladespule, wobei das Lademodul selbstfahrend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs.
Elektrofahrzeuge, etwa Hybridfahrzeuge, weisen typischerweise einen elektrischen Energiespeicher auf, der in regelmäßigen Abständen geladen werden muss.
Dazu ist es bekannt, den Energiespeicher, insbesondere eine elektrische Batterie, induktiv zu laden. Dazu ist der Energiespeicher mit einer sekundären Ladespule versehen, die mit einer primären Ladespule einer Ladeeinrichtung, welche die zum Laden erforderlich Energie bereitstellt, induktiv feldgekoppelt werden kann. Dazu wird mit der primären Ladespule ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld bereitgestellt, welches in der sekundären, d.h. fahrzeugseitigen, Ladespule Induktionsspannungen hervorruft, mittels welchen der elektrische Energiespeicher des Fahrzeugs geladen wird.
Beim induktiven Laden ist es allerdings in der Regel notwendig, dass die primäre Ladespule und die sekundäre Ladespule mit ihren jeweils zugeordneten gedachten Achsen, um welche die jeweilige Ladespule gewunden ist, zueinander kollinear orientiert und angeordnet sind. In der Regel ist bei dieser Orientierung und Anordnung nur eine geringe Toleranz zulässig.
Es ist bekannt, eine primäre Ladespule bodenseitig vorzusehen. Zum induktiven Laden muss ein Fahrzeugführer daher das Elektrofahrzeug mit dessen sekundärer geeignet über der bodenseitigen primären Ladespule positionieren und das Fahrzeug entsprechend parken. Der Fahrzeugführer wird dazu meist von einer Parkhilfe unterstützt.
Diese Lösungen erfordern jedoch einen hohen Lenk- und Manövrieraufwand durch den Fahrzeugführer. Ferner benötigen die bekannten Lösungen viel Platz, denn eine primäre Ladespule belegt zusammen mit einem Stromkabel, welches in der Regel die primäre Ladespule mit einem Stromnetz verbindet, eine verhältnismäßig große Fläche, was insbesondere in einer Garage nachteilig ist. Insbesondere das Laden verschiedener Fahrzeugtypen innerhalb einer solchen Garage ist deutlich erschwert.
Vor diesem Hintergrund des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ladeeinrichtung zum induktiven Laden bereitzustellen, mittels welcher das induktive Laden eines Elektrofahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere soll das induktive Laden mit verringertem Platzaufwand und einfacher möglich sein.
Diese Aufgabe wird mit einer Ladeeinrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung umfasst zumindest ein Lademodul mit einer Ladespule zum induktiven Laden. Dieses Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung ist selbstfahrend ausgebildet.
Unter „selbstfahrend“ im Sinne dieser Anmeldung ist ein Lademodul zu verstehen, welches einen eigenen Fahrantrieb, insbesondere einen Elektroantrieb, aufweist. Bevorzugt umfasst das Lademodul, insbesondere drei oder vier, Räder, welche geeigneterweise lenkbar ausgebildet sind.
Die Ladespule des Lademoduls der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung ist eine primäre Ladespule, das heißt die Ladespule des Lademoduls stellt die zum Laden des Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs erforderliche Energie bereit. Zweckmäßigerweise weist die Ladeeinrichtung dazu ein Kabel auf, mittels welchem das Lademodul mit einem Stromnetz, etwa über eine Steckdose, verbindbar ist oder aber das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung ist an ein solches Kabel anbindbar.
Mit der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung muss beim induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs nicht etwa das Elektrofahrzeug mit seiner sekundären Ladespule über die primäre Ladespule des Lademoduls manövriert werden, sondern stattdessen fährt das Lademodul mit der primären Ladespule des Lademoduls an die zum induktiven Laden eines ruhenden Elektrofahrzeugs erforderliche Position. Ein Fahrzeugführer des Elektrofahrzeugs kann damit seine Parkposition des Elektrofahrzeugs zum induktiven Laden des Elektrofahrzeugs relativ frei wählen, was vorteilhaft insbesondere in abgegrenzten Bereichen, etwa innerhalb einer Garage, ist. Vorteilhafterweise entfällt dabei für den Fahrzeugführer des Elektrofahrzeugs ein Manövrieraufwand um die zum induktiven Laden geeignete relative Positionierung von primärer Ladespule und sekundärer Ladespule zueinander zu erreichen. Bevorzugt ist das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung hinreichend flach in einer Richtung senkrecht zu derjenigen Ebene, entlang welcher das Lademodul verfahrbar ist, ausgebildet, so dass das Lademodul unter einem Elektrofahrzeug hin und her gefahren werden kann. Vorteilhafterweise kann so das Lademodul zum induktiven Laden unter das Elektrofahrzeug fahren und nach einer Beendigung des induktiven Ladens unter dem Elektrofahrzeug wieder hervor fahren und an eine Ruheposition zurückkehren. Eine solche Ruheposition kann etwa unterhalb einer Tischplatte oder eines Regalbretts vorgesehen sein, so dass das Lademodul der Ladeeinrichtung kaum vom Elektrofahrzeug befahrbare Fläche belegt. Vorteilhafterweise ist es nicht erforderlich, dass das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung zusammen mit einer Kabelführung störend in einer Garage oder sonstigen begrenzten Bereichen vom Elektrofahrzeug befahrbare Fläche belegt.
Vorteilhaft können mittels des Lademoduls der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung verschiedenartige Elektrofahrzeuge, etwa Elektrofahrzeuge unterschiedlichen Fahrzeugtyps, induktiv geladen werden. Regelmäßig unterscheidet sich die Position der sekundären Ladespule eines Elektrofahrzeugs von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp. Bei herkömmlichen Lösungen ist erforderlich, dass dazu entweder mehrere Ladespulen fest am Boden installiert sind oder aber ein zu ladendes Elektrofahrzeug versetzt geparkt werden muss. Während insbesondere in Garagen solche herkömmlichen Lösungen daher hinsichtlich des Platzbedarfs oder der Flexibilität, verschiedene Fahrzeugtypen bedienen zu können, an Grenzen stoßen, bestehen solche Grenzen bei der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung nicht.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist die Ladeeinrichtung, insbesondere das Lademodul, eine Energiequelle auf oder aber das Lademodul der Ladeeinrichtung ist an eine Energiequelle, insbesondere ein Stromnetz, anbindbar. Vorteilhaft weist in der letztgenannten Alternative die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung ein Stromkabel auf, welches einerseits mit dem Lademodul verbindbar oder verbunden ist und andererseits einen Konnektor aufweist, welcher mit einem dazu korrespondierenden Konnektor eines Stromnetzes verbindbar ist. Insbesondere ist der Konnektor zur Verbindung mit einem Netzstecker oder einer Netzbuchse des Stromnetzes ausgebildet, bildet also selbst einen korrespondierenden Stecker oder eine Buchse.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung, insbesondere das Lademodul, eine Positionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Position der Ladespule des Lademoduls relativ zu einer weiteren Ladespule, nämlich einer fahrzeugseitigen, sekundären Ladespule, und/oder zur Ermittlung der Position der sekundären Ladespule relativ zur Ladespule des Lademoduls, auf. Vorzugsweise umfasst die Positionsermittlungseinrichtung Sensoren, mittels welchen die relative Position der sekundären Ladespule ermittelbar ist. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Positionsermittlungseinrichtung eine Kamera, welche die Umgebung optisch erfasst sowie eine Bildverarbeitungseinrichtung, welche vermittels Bilderkennung die sekundäre Ladespule eines Elektrofahrzeugs erkennt und aus den aus dieser Bilderkennung resultierenden Daten eine Position der sekundären Ladespule ermittelt. Alternativ und ebenfalls bevorzugt umfasst die Positionsermittlungseinrichtung einen RFID-Transponder sowie eine Funkeinrichtung, wobei der RFID-Transponder nahe der sekundären Ladespule anbringbar ist und die Funkeinrichtung zur Funkortung des RFID-Transponders (und damit zur Ermittlung der Position der sekundären Ladespule) ausgebildet ist.
Geeigneterweise weist das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung eine Steuerungseinrichtung auf, welche zur Steuerung eines Fahrwegs des Lademoduls ausgebildet ist. Idealerweise ist die Steuerungseinrichtung mit der Positionsermittlungseinrichtung signalverbunden, so dass das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung mittels der Positionsermittlungseinrichtung die Position einer sekundären, fahrzeugseitigen, Ladespule ermitteln kann und anhand der ermittelten Position mittels der Steuerungseinrichtung einen solchen Fahrweg ansteuern kann, dass sich das Lademodul auf die zweite Ladespule zu bewegen kann. Auf diese Weise kann das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung selbsttätig eine zum induktiven Laden geeignete Position anfahren, ohne dass eine externe Steuerung, etwa durch einen Fahrzeugführer des Elektrofahrzeugs, erforderlich ist. Idealerweise weist das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung zudem Sensoren zur Erkennung von Hindernissen auf dem vorgesehenen Fahrweg auf, wobei die Steuerungseinrichtung geeigneterweise zur Korrektur des Fahrwegs aufgrund erkannter Hindernisse ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung ist die Ladespule höhenverstellbar angeordnet. Höhenverstellbar im Sinne dieser Erfindung bedeutet „in einer Richtung senkrecht zu denjenigen Richtungen, entlang welcher das Lademodul verfahrbar ist, verstellbar“. In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lademoduls kann die primäre Ladespule des Lademoduls an die sekundäre Ladespule des Elektrofahrzeugs in ihrer Höhe angepasst werden. Insbesondere ist die Positionsermittlungseinrichtung, wie sie zuvor erläutert worden ist, insbesondere auch zur Ermittlung der Position der Ladespule des Lademoduls relativ zur fahrzeugseitigen zweiten Ladespule in Höhenrichtung, also in Richtung senkrecht zu denjenigen Ebene, entlang welcher das Lademodul verfahrbar ist, und/oder zur Ermittlung der Position der sekundären Ladespule des Elektrofahrzeugs relativ zur Ladespule des Lademoduls in Höhenrichtung ausgebildet. Auf diese Weise kann die Ladespule des Lademoduls insbesondere derart angepasst werden, dass ein Luftspalt zwischen der sekundären Ladespule des Elektrofahrzeugs und der Ladespule des Lademoduls möglichst klein wird. Auf diese Weise lässt sich beim induktiven Laden ein erhöhter Wirkungsgrad, weniger elektromagnetisches Streufeld sowie ein verbesserter Schutz von Personen und Tieren erreichen. Wenn der Luftspalt etwa derart klein realisiert werden kann, dass Personen nicht mehr in den Luftspalt eingreifen können, so sind zusätzliche Maßnahmen für den Personenschutz entbehrlich.
Bevorzugt windet sich bei der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung die Ladespule des Lademoduls um eine Spulenachse, welche um weniger als 90°, vorzugsweise um weniger als 45° und idealerweise um weniger als 5° gegenüber derjenigen Ebene geneigt ist, entlang welcher das Lademodul verfahrbar ist. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann der zum induktive Laden erforderliche Energiefluss schräg, vorzugweise quer und insbesondere nahezu senkrecht oder senkrecht zu derjenigen Ebene, entlang welcher das Lademodul verfahrbar ist, erfolgen.
Vorzugsweise weist das Lademodul der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung zudem eine Bodenreinigungseinrichtung auf. Die Bodenreinigungseinrichtung ist zweckmäßigerweise ausgebildet zur Reinigung des vom Lademodul befahrenen Bodens, dass heißt des Fahrwegs oder des Untergrundes. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann beispielsweise dann, wenn mittels des Lademoduls keine Ladung eines Elektrofahrzeugs erfolgt, ein Boden, insbesondere ein Garagenboden, gereinigt, vorzugsweise gesaugt oder gewischt, werden. Auf diese Weise lässt sich mittels des Lademoduls ein weiterer Mehrwert für den Anwender erreichen und die Akzeptanz der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung deutlich steigern.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung sowie ein mittels der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung zu ladendes Elektrofahrzeug in einem Ruhezustand schematisch im Längsschnitt sowie
2 die Ladeeinrichtung gemäß 1 beim induktiven Laden des Elektrofahrzeugs gemäß 1 schematisch im Längsschnitt.
In der in 1 dargestellten Anordnung befindet sich ein Elektrofahrzeug 5 mit einer sekundären Ladespule 10 auf einem Boden 15 einer Garage 20. Die sekundäre Ladespule 10 befindet sich an einer Unterseite 25 des Elektrofahrzeugs 5 und erstreckt sich als Flachspule parallel zur Oberfläche des Bodens 15. Die Spulenachse der sekundären Ladespule 10 ist entsprechend senkrecht zur Oberfläche des Bodens 15 orientiert.
In der Garage 20 ist ferner eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 27 mit einem Lademodul 30 vorhanden:
Das Lademodul 30 umfasst einen selbstfahrenden Wagen 35. Der selbstfahrende Wagen 35 weist, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier, Räder 40 auf, mittels welchen der Wagen 35 über den Boden 15 der Garage 20 verfahrbar ist. Die Räder 40 sind zur Wahl eines Fahrweges des Wagens 35 lenkbar. Das Lademodul 30 umfasst zudem eine auf der Oberseite 45 des Wagens 35 befestigte Ladespule 50. Diese Ladespule 50 ist eine primäre Ladespule 50 und als Flachspule ausgebildet, die sich parallel zur Oberfläche des Bodens 15 der Garage 20 erstreckt. Die Spulenachse dieser Ladespule 50 des Lademoduls 30 der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung 27 ist folglich senkrecht zur Oberfläche des Bodens 15 orientiert.
Die primäre Ladespule 50 des Lademoduls 30 wird von einem Stromnetz (nicht explizit dargestellt) der Garage 20 gespeist. Dazu weist die Ladeeinrichtung 27 ein Elektrokabel 55 mit einem Netzstecker 60 auf, welcher mit einer Buchse des Stromnetzes verbindbar ist. Das Elektrokabel 55 ist zur Speisung der primären Ladespule 50 des Lademoduls 30 mit dieser elektrisch kontaktiert.
Die selbstfahrende Ausbildung des Wagens 35 soll bedeuten, dass der Wagen 35 einen eigenen Fahrantrieb aufweist. Der Fahrantrieb (nicht explizit dargestellt) umfasst einen Elektromotor zum Antrieb des Wagens 35, welcher ebenfalls mittels des Elektrokabels 55 vom Stromnetz der Garage 20 gespeist wird. Ferner weist der Wagen 35 (ebenfalls nicht explizit dargestellt) eine Positionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Position der sekundären Ladespule 10 des Elektrofahrzeugs 5 auf. Diese Positionsermittlungseinrichtung umfasst dazu beispielsweise eine Kamera, welche Bilder der Umgebung erfasst sowie eine Auswerteinrichtung, die die erfassten Bilder zur Bestimmung der Position der fahrzeugseitigen sekundären Ladespule 10 auswertet. Ferner umfasst der Wagen 35 des Lademoduls 30 eine Steuerungseinrichtung (nicht explizit gezeigt) welche aufgrund der ermittelten Position der sekundären Ladespule 10 einen Fahrweg des Wagens 35 auf die sekundäre Ladespule 10 zu steuert. Zusätzlich und ebenfalls nicht explizit dargestellt weist das Lademodul 30 der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung 27 zudem Sensoren zur Erkennung von Hindernissen auf dem vorgesehenen Fahrweg auf, wobei die Steuerungseinrichtung zur Korrektur des Fahrwegs aufgrund der mittels der Sensoren erkannten Hindernisse ausgebildet ist.
In der in 2 dargestellten Anordnung ist der Wagen 35 mittels der Steuereinrichtung derart unter das Elektrofahrzeug 5 gefahren, dass die primäre Ladespule 50 des Lademoduls 30 mit ihrer Spulenachse kollinear mit der Spulenachse der sekundären Ladespule 10 orientiert ist. In dieser Position des Lademoduls 30 wird eine Elektrobatterie (nicht explizit dargestellt) des Elektrofahrzeugs 5 über die primäre Ladespule 50 und die sekundäre Ladespule 10 geladen.
Das Lademodul 30 weist zudem eine Hubeinrichtung (nicht gezeigt) auf, mittels welcher die primäre Ladespule 50 des Lademoduls 30 in ihrer Höhe an die Höhe der sekundären Ladespule 10 des Elektrofahrzeugs 5 anpassbar ist. Dabei wird mittels der Positionsermittlungseinrichtung des Lademoduls 30 die Position der sekundären Ladespule 10 ermittelt und die Hubeinrichtung derart gesteuert, dass ein beim induktiven Laden des Elektrofahrzeugs 5 sich zwischen primärer Ladespule 50 des Lademoduls 30 und sekundärer Ladespule 10 des Elektrofahrzeugs 5 ausbildender Luftspalt (nicht dargestellt) minimiert wird.

Claims

Ladeeinrichtung mit einem Lademodul (30) mit einer Ladespule (50) zum induktiven Laden, bei welcher das Lademodul (30) selbstfahrend ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Ladespule (30) eine primäre Ladespule (50) ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Energiequelle aufweist oder an eine Energiequelle, insbesondere ein Stromnetz, anbindbar ist, wobei die Ladeeinrichtung vorzugsweise ein Stromkabel (55) mit einem Konnektor aufweist, welches an dem Lademodul (30) angeordnet und insbesondere elektrisch kontaktiert ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Ladeeinrichtung, insbesondere das Lademodul (30), eine Positionsermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Position der Ladespule (50) des Lademoduls (30) relativ zu einer fahrzeugseitigen und/oder sekundären Ladespule (10) und/oder zur Ermittlung der Position der fahrzeugseitigen und/oder sekundären Ladespule (10) relativ zur Ladespule (50) des Lademoduls (30) aufweist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Ladeeinrichtung, insbesondere das Lademodul (30), eine Steuerungseinrichtung aufweist, die zur Steuerung eines Fahrwegs des Lademoduls (30) ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Ladespule (50) höhenverstellbar angeordnet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem sich die Ladespule (50) um eine gedachte Spulenachse windet, welche um weniger als 90°, vorzugsweise um weniger als 45°, insbesondere um weniger als 5° und idealerweise um 0° gegenüber derjenigen Ebene, entlang welcher das Lademodul (30) verfahrbar ist, geneigt ist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Lademodul (30) eine Bodenreinigungseinrichtung, insbesondere ausgebildet zur Reinigung eines Fahruntergrundes des Lademoduls (30), aufweist.