DE102015200018A1

DE102015200018A1 - Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015200018A1
Application number: DE102015200018.4A
Authority: DE
Inventors: Timur Aminev; Lutz Junge; Sebastian Grysczyk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: CN105751908A; DE102015200018B4; CN105751908B

Abstract

Zum Aufladen eines Energiespeichers (5) eines Fahrzeugs (10) in einer Ladestation (30) wird ein Befehl zum Aufladen des Energiespeichers (5) an der Ladestation (30) innerhalb des Fahrzeugs (10) erfasst. Daraufhin wird eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug (10) und der Ladestation (30) erstellt. Mittels der Kommunikationsverbindung werden erste Informationen des Fahrzeugs (10) an die Ladestation (30) und in Antwort auf die ersten Informationen zweite Informationen der Ladestation (30) an das Fahrzeug (10) gesendet. Die Informationen, welche von der Ladestation (30) an das Fahrzeug (10) gesendet werden, umfassen eine Information über einen freien Ladeplatzes der Ladestation (30), an welchem das Fahrzeug (10) zum Aufladen seines Energiespeichers (5) parkbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Ablauf eines Ladeparkvorgangs eines Fahrzeugs an einer Ladestation.
Die DE 10 2008 055 881 A1 beschreibt ein Verfahren zum automatischen Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen. Dabei kann das Fahrzeug an einem beliebigen Startpunkt starten, so dass das zu ladende Fahrzeug bei autonomer selbstgesteuerter Fahrt den ausgewählten Ladeort erreicht.
Die DE 10 2011 007 771 A1 beschreibt ein Verfahren zum Andocken eines Elektrofahrzeugs an eine Ladevorrichtung. Dabei erfolgt eine Positionierung des Elektrofahrzeugs anhand einer Markierung. Diese Markierung kann durch eine Primärspule einer Dockvorrichtung der Ladevorrichtung gebildet sein, wobei eine Andockposition dann vorliegt, wenn eine durch die Sekundärspule als Sensorelement abgreifbare Leistung maximal ist.
Die DE 10 2012 006 836 A1 offenbart eine Aufladeeinrichtung für ein Elektrofahrzeug. Dabei kann das Fahrzeug auf automatisierte Weise von einer Zuführungseinrichtung in eine Abstellposition bewegt werden. Zwischen einer Aufladeeinheit und dem in der Abstellposition angeordneten Elektrofahrzeug existiert eine induktive oder konduktive Kopplung.
Nach dem Stand der Technik ist kein Konzept bekannt, um das Aufladen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs an einer Ladestation möglichst komfortabel zu gestalten.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, diesen Mangel zu beheben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs an einer Ladestation nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs an einer Ladestation bereitgestellt. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte:

• Erfassen eines Befehls innerhalb des Fahrzeugs zum Aufladen des Energiespeichers an der Ladestation. Beispielsweise kann der Fahrer des Fahrzeugs seinen Ladewunsch durch das Drücken einer Taste an einer entsprechenden Einrichtung des Fahrzeugs äußern.
• Zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation wird automatisch eine Kommunikationsverbindung aufgebaut, sobald der Befehl (z. B. das Drücken der Taste) erfasst wird. Wenn keine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation aufgebaut werden kann, beispielsweise da sich das Fahrzeug nicht in der Funkreichweite der Ladestation befindet, wird dies dem Fahrer beispielsweise über eine Anzeige im Fahrzeug mitgeteilt. In diesem Fall wird das Verfahren zum Aufladen des Energiespeichers beendet.
• Über die Kommunikationsverbindung werden erste Informationen des Fahrzeugs an die Ladestation gesendet. Diese ersten Informationen umfassen beispielsweise eine Kapazität des Energiespeichers und eine Fahrzeugklasse des Fahrzeugs.
• Als Antwort auf diese ersten Informationen werden von der Ladestation über die Kommunikationsverbindung zweite Informationen der Ladestation gesendet. Diese zweiten Informationen umfassen eine Information über einen freien Ladeplatz der Ladestation, an welchem das Fahrzeug zum Aufladen seines Energiespeichers geparkt werden kann. Zusätzlich können diese zweiten Informationen den Strompreis und sonstige Eigenschaften der Ladestation umfassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise ein unkompliziertes Einleiten des Aufladens des Energiespeichers des Fahrzeugs.
Die Information über den freien Ladeplatz kann dem Fahrer entsprechend ausgegeben werden, indem diese Information beispielsweise auf einer Anzeige des Fahrzeugs dargestellt wird. Der Fahrer kann dann das Fahrzeug zu dem angegebenen Ladeplatz fahren.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird (bei dieser Fahrt zum Ladeplatz) eine Markierung des Ladeplatzes gesucht. Wenn die Markierung erfasst wird, kann das Fahrzeug ausgehend von der Markierung automatisiert in dem Ladeplatz geparkt werden. Dabei wird dem Fahrer eine entsprechende Information ausgegeben, sobald die Markierung erfasst wird. Unter der Markierung wird dabei in der Regel eine Markierung oder ein Marker (oder mehrere Marker) verstanden, anhand welcher eine möglichst exakte Position einer Ladeeinrichtung des Ladeplatzes ermittelt werden kann. Die Markierung wird insbesondere durch optische Erfassungsmittel des Fahrzeugs erfasst.
Der Fahrer fährt sein Fahrzeug beispielsweise so lange in Richtung des zugewiesenen Ladeplatzes, bis dem Fahrer mitgeteilt wird, dass die Markierung des Ladeplatzes erfasst wurde.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Fahrzeug abhängig von der Markierung und abhängig von einer Relativposition, welche die Lage der Ladeeinrichtung des Ladeplatzes relativ zu der Markierung angibt, in eine erste Position gefahren werden, um dadurch eine Ladeeinrichtung des Fahrzeugs möglichst dicht an der Ladeeinrichtung des Ladeplatzes anzuordnen. Dabei wird das automatisierte Fahren des Fahrzeugs nur gestartet, wenn eine Taste einer dem Fahrzeug zugeordneten Einrichtung dauerhaft gedrückt wird. Darüber hinaus wird das Fahrzeug angehalten und gebremst, sobald die Taste nicht mehr gedrückt wird.
Bei der dem Fahrzeug zugeordneten Einrichtung kann es sich entweder um eine innerhalb des Fahrzeugs installierte Einrichtung oder um ein Mobilgerät handeln, welches der Fahrer mit sich tragen kann. Mit anderen Worten existieren erfindungsgemäß zwei Möglichkeiten, um das Fahrzeug automatisch in dem Ladeplatz zu positionieren:

• Bei der ersten Möglichkeit bleibt der Fahrer im Fahrzeug sitzen und startet die automatische Positionierung seines Fahrzeugs, indem er dauerhaft eine Taste der Einrichtung bzw. des Parklenkassistenten des Fahrzeugs drückt.
• Bei der zweiten Möglichkeit steigt der Fahrer aus dem Fahrzeug aus und startet anschließend die automatische Positionierung seines Fahrzeugs, indem er dauerhaft eine Taste eines dem Fahrzeug zugeordneten Funkschlüssels oder indem er dauerhaft einen (virtuellen) Knopf einer entsprechenden Applikation seines mobilen Endgerät (Mobilgeräts) drückt.

Wenn der Fahrer während der automatischen Positionierung seines Fahrzeugs den Knopf bzw. die Taste loslässt, wird das Positionieren sofort beendet bzw. gestoppt. Das Fahrzeug bleibt stehen, und die elektronische Parkbremse wird angezogen, so dass ein Rollen des Fahrzeugs verhindert wird. Wenn der Knopf bzw. die Taste anschließend erneut gedrückt wird, wird das automatische Positionieren entweder fortgeführt oder es wird beendet, wobei dem Fahrer mitgeteilt wird, dass der automatische Positionierungsvorgang neu zu starten ist.
Nach einem Abbruch (oder einer Unterbrechung) des Positionierungsvorgangs (indem beispielsweise der Knopf oder die Taste losgelassen wird) wird insbesondere überprüft, ob von der aktuellen Position des Fahrzeugs die erste Position (Zielposition) durch ein automatisiertes Fahren erreicht werden kann. Wenn dies der Fall ist, kann das automatische Positionieren fortgeführt werden, wenn insbesondere der Knopf bzw. die Taste erneut gedrückt wird. Wenn dagegen erkannt wird, dass die erste Position (Zielposition) nicht durch ein automatisiertes Fahren erreicht werden kann (beispielsweise da die Markierung nicht mehr erfasst wird oder da sich Hindernisse auf dem Weg zur Zielposition befinden) wird eine entsprechende Information an den Fahrer ausgegeben. Diese Information kann entweder auf einer Anzeige des Fahrzeugs (wenn sich der Fahrer im Fahrzeug befindet) oder über das Mobilgerät oder durch eine Ansteuerung von Leuchtmitteln des Fahrzeugs angezeigt werden. Der Fahrer wird durch diese Information aufgefordert, das automatische Positionieren neu, gegebenenfalls von einer anderen Position aus, zu starten.
Wenn der Fahrer den Knopf bzw. die Taste ständig gedrückt hält, fährt das Fahrzeug automatisch zu der ersten Position (Zielposition). Sobald das Fahrzeug diese Zielposition erreicht hat, wird von dem Fahrzeug eine entsprechende Information über die Kommunikationsverbindung an die Ladestation gesendet, um der Ladestation dadurch mitzuteilen, dass das Fahrzeug die erste Position erreicht hat.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Fahrzeug im Stillstand ausgehend von einer Anfangsposition (Grobposition), welche bevorzugt der ersten Position entspricht, nur durch ein Betätigen einer Lenkung des Fahrzeugs in einer Querrichtung des Fahrzeugs (d.h. senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeugs und innerhalb der Fahrebene des Fahrzeugs) in eine zweite Position positioniert, um eine induktive oder kapazitive Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs und der Ladeeinrichtung des Ladeplatzes, über welche der Energiespeicher des Fahrzeugs von der Ladestation geladen wird, zu optimieren. Der Stillstand liegt dabei erfindungsgemäß dann vor, wenn sich kein Rad des Fahrzeugs in einer Umfangsrichtung des jeweiligen Rades bewegt.
Indem quasi zur Feinpositionierung des Fahrzeugs in der Querrichtung die Lenkung des Fahrzeugs eingesetzt wird, wird vorteilhafterweise auf eine bereits aus anderen Gründen vorhandene Einrichtung (nämlich die Lenkung des Fahrzeugs) zurückgegriffen. Dadurch wird die Positionierung des Fahrzeugs bezüglich der Ladeeinrichtung des Ladeplatzes kostengünstiger realisiert, als wenn beispielsweise die Ladeeinrichtung des Ladeplatzes beweglich ausgestaltet werden müsste.
Der Stillstand ist dabei derart definiert, dass der Antrieb des Fahrzeugs, mit welchem die Antriebsräder des Fahrzeugs in einer Umfangsrichtung des jeweiligen Antriebsrads bewegt werden, nicht aktiv ist, da er zur Betätigung der Lenkung nicht benötigt wird. Mit anderen Worten reicht es aus, die Lenkung mit Energie zu versorgen, während der Antrieb der Räder des Fahrzeugs deaktiviert sein kann. Die Lenkung lenkt dabei normalerweise die Räder der Vorderachse des Fahrzeugs. Allerdings ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass die Räder der Hinterachse des Fahrzeugs gelenkt werden, wie es beispielsweise bei einer Hinterachslenkung der Fall ist.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform kann eine induktive Kopplung zwischen einer Primärspule der Ladeeinrichtung des Ladeplatzes und einer Sekundärspule des Fahrzeugs optimiert werden. Dabei wird z.B. durch die Ladestation ein in der Primärspule fließender Strom erzeugt, welcher in der Sekundärspule einen Strom induziert. Eine von dem in der Sekundärspule fließenden Strom abhängige Leistung wird bestimmt, wobei die Lenkung des Fahrzeugs derart betätigt wird, dass sich diese Leistung, d.h. die pro Zeiteinheit übertragene Lademenge, erhöht. Dabei kann die über die Sekundärspule übertragene Leistung beispielsweise ermittelt werden, indem zum einen der in der Sekundärspule induzierte Strom und zum anderen die über der Sekundärspule abfallende Spannung gemessen werden.
Um das Fahrzeug möglichst optimal zu positionieren, wobei das Fahrzeug dann optimal positioniert ist, wenn der Lenkwinkel derart eingestellt ist, dass eine maximale Ladeleistung von der Primärspule über die Sekundärspule zu dem Fahrzeug übertragen wird, kann folgendermaßen vorgegangen werden.
Die Lenkung des Fahrzeugs wird vollständig durchfahren während gleichzeitig die von der Primärspule auf die Sekundärspule übertragene Leistung erfasst wird, um einen Verlauf der Leistung abhängig von dem Lenkwinkel der Lenkung zu bestimmen. Anhand dieses Verlaufs kann zum einen die maximale Leistung innerhalb des Verlaufs und zum anderen der zu dieser maximalen Leistung gehörende Lenkwinkel bestimmt werden. Die Lenkung wird dann entsprechend diesem zugehörigen Lenkwinkel eingestellt.
Eine weitere Möglichkeit, den Lenkwinkel derart einzustellen, dass eine maximale Ladeleistung übertragen wird, besteht darin, ausgehend von dem aktuellen Lenkwinkel die Lenkung in eine Richtung zu betätigen während gleichzeitig die von der Primärspule auf die Sekundärspule übertragene Leistung erfasst und ausgewertet wird. D.h. die Lenkung wird ausgehend von dem aktuellen Lenkwinkel nach rechts bzw. links gedreht. Wenn die Leistung unmittelbar nach der Betätigung der Lenkung in diese Richtung sofort abnimmt, handelt es sich augenscheinlich um die falsche Richtung (oder der Lenkwinkel befindet sich bereits in seiner bestmöglichen Stellung), so dass die Lenkung in die andere Richtung, d.h. nach links bzw. rechts, gedreht wird. Wenn die Leistung allerdings nicht unmittelbar nach der Betätigung der Lenkung in diese Richtung sofort abnimmt, handelt es sich um die richtige Richtung. Die Lenkung wird so lange in die Richtung (oder in die andere Richtung) betätigt, bis die Leistung (wieder) abnimmt. Bei dieser Variante verbleibt die Lenkung bei einem Lenkwinkel, welcher der maximalen Leistung innerhalb des vorab beschriebenen Verlaufs der Leistung abhängig von dem Lenkwinkel entspricht.
Anstelle der Leistung kann die zweite Position auch anhand des Wirkungsgrads bestimmt werden. Nachdem der Ladestation von dem Fahrzeug übermittelt wurde, dass die erste Position erreicht wurde, startet die Ladestation mit einer Messung des Wirkungsgrads. Um dabei möglichst wenig Ladestromverluste zu erzeugen, wird die Bestimmung des optimalen Wirkungsgrads nur mit einem Bruchteil (z.B. 10%) der normalen Ladeleistung durchgeführt. Der jeweils von der Ladestation mittels der Primärspule bestimmte Wirkungsgrad wird an das Fahrzeug übermittelt, so dass das Fahrzeug im Stand mit Hilfe der Lenkung die zweite Position einstellen kann, bei welcher der Wirkungsgrad am größten ist. Beispielsweise kann anhand einer Gaußkurve durch den Lenkradeinschlag der beste Wirkungsgrad bestimmt werden und das Fahrzeug in der zweiten Position abgestellt werden, in welcher dieser beste Wirkungsgrad erzielt wird.
Es ist allerdings auch möglich, dass die Ladestation über Funk die Lage der Primärspule und der Sekundärspule zueinander berechnet. Dazu ist ein Empfänger in der Primärspule und vier Sender sind in der Sekundärspule verbaut, wobei die Lage der Spulen über Triangulation berechnet wird. Sobald sich die Sekundärspule in der Reichweite der Primärspule befindet, sendet die Ladestation die relative Position der Spulen zueinander dem Fahrzeug. Das Fahrzeug verwendet diese Information, um das Fahrzeug in die zweite Position oder Zielposition zu fahren.
Erfindungsgemäß kann die Relativposition, welche die Lage der Ladeeinrichtung der Ladestation relativ zu der Markierung definiert, abhängig von der vorab bestimmten zweiten Position bzw. Ladeposition korrigiert werden. Dadurch kann das Fahrzeug beim nächsten Ladevorgang an derselben Ladestation abhängig von der Markierung und von der korrigierten Relativposition sofort in eine erste Position gebracht werden, welche in diesem Fall der Ladeposition entspricht, ohne dass das Fahrzeug vorher in eine Position gefahren wird, welche anhand der Markierung und der unkorrigierten Relativposition bestimmt wurde.
Mit anderen Worten wird nach dem Bestimmen der zweiten Position bzw. Ladeposition überprüft, ob die zweite Position ungleich der ersten Position ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Relativposition derart korrigiert, dass die korrigierte Relativposition die Lage der Ladeeinrichtung der Ladestation relativ zu der Markierung entsprechend der zweiten Position bzw. Ladeposition definiert.
Der Schritt des automatisierten Fahrens des Fahrzeugs in die erste Position hängt in der Regel nicht nur von der Markierung und von der Relativposition ab, sondern ist auch von einer weiteren Relativposition abhängig, welche die Position der Ladeeinrichtung des Fahrzeugs bezüglich des Fahrzeugs (oder genauer bezüglich eines markanten Punkts des Fahrzeugs, z.B. die Mitte der Fahrzeuglängsmittelachse) definiert. Wenn für dasselbe Fahrzeug bei verschiedenen Ladestationen die Relativposition in gleicher Weise korrigiert wird, weist dies auf eine fehlerhafte weitere Relativposition hin, so dass die weitere Relativposition entsprechend geändert wird.
Wenn mit anderen Worten bei verschiedenen Ladestationen die zweite Position bzw. Ladeposition in gleicher Weise gegenüber der ersten Position verschoben ist, weist dies auf eine von der weiteren Relativposition abweichenden Einbauposition der Ladeeinrichtung (z.B. der Sekundärspule) des Fahrzeugs hin. Daher wird die weitere Relativposition entsprechend geändert, so dass beim nächsten Anfahren einer dieser Ladestationen die erste Position der zweiten Position entspricht, so dass die Ladeposition bzw. optimale Position also bereits der ersten Position entspricht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird von dem Fahrzeug eine Nachricht an die Ladestation übertragen, sobald das Fahrzeug in der zweiten Position (Zielposition) abgestellt worden ist. Anschließend wird auf der Fahrzeugseite beispielsweise geprüft, ob der Ladevorgang gestartet werden kann. Wenn der Ladevorgang gestartet werden kann, wird von dem Fahrzeug eine weitere Nachricht an die Ladestation übertragen, um mit einem Laden des Energiespeichers des Fahrzeugs von der Ladestation zu beginnen. Wenn fahrzeugseitig erkannt wird, dass der Ladevorgang nicht gestartet werden kann, wird dies dem Fahrer beispielsweise auf einer Anzeige des Fahrzeugs oder durch ein optisches oder akustisches Signal angezeigt.
Während des Ladevorgangs wird das Umfeld des Fahrzeugs mit einem oder mit mehreren Sensoren des Fahrzeugs (z.B. mit Ultraschallsensoren) überwacht, um das Fahrzeug oder den Ladevorgang gefährdende Objekte in unmittelbarer Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Unterschreitet ein Objekt einen vorbestimmten Abstand zum Fahrzeug, wird der Ladevorgang unterbrochen oder gegebenenfalls beendet. Als Sensoren können dabei beispielsweise ein Bewegungsmelder, eine Wärmebildkamera oder ein Sensor zum Erfassen einer Änderung der magnetischen Flussdichte eingesetzt werden. Wenn kein Objekt in unmittelbarer Umgebung des Fahrzeugs erfasst wird, wird das Fahrzeug so lange geladen, bis der Energiespeicher vollständig geladen ist, bis der Fahrer das Laden beendet oder bis beim Laden ein Fehler auftritt. Auf diese drei Situationen wird wie folgt reagiert.
Wenn der Energiespeicher vollständig geladen ist, sendet die Ladestation dem Fahrzeug eine entsprechende Information, welche zum einen besagt, dass der Energiespeicher vollständig geladen ist, und zum anderen mitteilt, dass der Ladevorgang beendet ist.
Der Fahrer kann das Laden unterbrechen, indem er die dem Fahrzeug zugeordnete Einrichtung (einen Funkschlüssel, ein Mobilgerät oder eine Einrichtung des Fahrzeugs) entsprechend betätigt oder indem er das Laden durch eine Betätigung der Ladestation beendet. Wenn der Fahrer das Laden an der Ladestation beendet, beendet die Ladestation das Laden und sendet eine Information, dass der Ladevorgang beendet ist, an das Fahrzeug. Wenn der Fahrer das Laden mittels der dem Fahrzeug zugeordneten Einrichtung beendet, sendet das Fahrtzeug eine Information, dass der Ladevorgang beendet werden soll, an die Ladestation. Die Ladestation beendet daraufhin den Ladevorgang und sendet die Information, dass der Ladevorgang beendet ist, an das Fahrzeug.
Wenn während des Ladens ein das Laden betreffender Fehler im Fahrzeug auftritt und von dem Fahrzeug erfasst wird, sendet das Fahrzeug eine Information, dass ein Ladefehler aufgetreten ist, an die Ladestation. Die Ladestation beendet daraufhin den Ladevorgang und sendet die Information, dass der Ladevorgang beendet ist, an das Fahrzeug. Darüber hinaus wird eine Information, dass ein Ladefehler aufgetreten ist und der Ladevorgang dadurch beendet wurde, an den Fahrer ausgegeben. Dies kann über eine Anzeige des Fahrzeugs, über ein dem Fahrzeug zugeordneten Mobilendgerät oder über ein Signal des Fahrzeugs erfolgen.
Nachdem die Ladestation dem Fahrzeug die Information gesendet hat, dass der Ladevorgang beendet worden ist, geht das Fahrzeug in einen Zustand über, in welchem das Fahrzeug vom Fahrer ganz normal bedient werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Aufladen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs an einer Ladestation bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur bidirektionalen Kommunikation mit der Ladestation, eine Ladeeinrichtung des Fahrzeugs zum Laden des Energiespeichers und Steuermittel. Die Vorrichtung ist ausgestaltet, um einen Befehl zum Aufladen des Energiespeichers an der Ladestation zu erfassen. Die Vorrichtung ist darüber hinaus ausgestaltet, um mit Hilfe der Kommunikationseinrichtung und der Steuermittel abhängig von dem Befehl zum Aufladen eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation herzustellen, um über diese Kommunikationsverbindung erste Informationen an die Ladestation zu senden und um über diese Kommunikationsverbindung zweite Informationen von der Ladestation zu empfangen, welche als Antwort auf die ersten Informationen von der Ladestation gesendet werden. Dabei umfassen die zweiten Informationen, welche von der Kommunikationseinrichtung empfangen werden, eine Information über einen freien Ladeplatz der Ladestation, an welchen das Fahrzeug zum Aufladen seines Energiespeichers geparkt werden kann. Schließlich ist die Vorrichtung zum Ausgeben der Information über den freien Ladeplatz oder zum automatisierten Fahren des Fahrzeugs ausgestaltet.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung ausgestaltet sein, um jede vorab beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Durch die vorliegende Erfindung wird das kontaktlose Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs durch eine externe Ladestation insbesondere hinsichtlich des Bedienungskomforts verbessert.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch für Schiffe, Flugzeuge sowie gleisgebundene oder spurgeführte Fahrzeuge einsetzbar ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Figuren anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen im Detail erläutert.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
2 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Vorgehens zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs.
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 und eine Ladestation 30. Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 umfasst das Fahrzeug 10 einen Energiespeicher 5. Die schematisch dargestellte Ladestation 30 umfasst neben einer Primärspule 31 eine Kommunikationseinrichtung 32 zur drahtlosen Kommunikation mit dem Fahrzeug 10 und eine Steuerung 33. Die Vorrichtung 20 umfasst Steuermittel 1, eine Kamera 2, eine Kommunikationseinrichtung 3 zur drahtlosen Kommunikation mit der Kommunikationseinrichtung 32 der Ladestation, eine Sekundärspule 11, die Lenkung 6 des Fahrzeugs 10 und eine Taste 4.
Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines beispielhaften Ladevorgangs beschrieben werden.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug 10 nähert sich der Ladestation 30, um den Energiespeicher 5 induktiv aufzuladen. Der Fahrer des Fahrzeugs 10 betätigt die Taste 4 der Vorrichtung 20, um den Ladewunsch zu signalisieren. Daraufhin wird eine Kommunikationsverbindung zwischen der Kommunikationseinrichtung 3 der Vorrichtung 20 und der Kommunikationseinrichtung 32 der Ladestation 30 hergestellt. Über diese Kommunikationsverbindung wird dem Fahrzeug 10 ein freier Ladeplatz zugewiesen. Der Fahrer fährt das Fahrzeug 10 in Richtung dieses freien Ladeplatzes, bis die Kamera 2 eine Markierung des Ladeplatzes erfasst. Sobald die Markierung des Ladeplatzes erfasst wird, kann das Fahrzeug 10 vorteilhafterweise automatisiert in eine erste Position in dem Ladeplatz navigiert werden.
Durch ein induktives Probe-Laden (mit Z. B. kurzen Ladeimpulsen von beispielsweise 10 % der Ladeleistung) wird der Wirkungsgrad für die erste Position bestimmt. Anschließend wird das Fahrzeug, beispielsweise durch geeignete Lenkradbewegungen in der Querrichtung bewegt, wobei an verschiedenen Positionen ein weiteres induktives Probe-Laden zur Ermittlung des Wirkungsgrads für die jeweilige Position durchgeführt wird. Die optimale Position, zweite Position oder Ladeposition ist dabei diejenige Position, an welcher der höchste Wirkungsgrad erzielt wurde. Zum Laden des Energiespeichers 5 verbleibt das Fahrzeug 10 in dieser Ladeposition.
Im Folgenden wird mit Bezug zu 2 der erfindungsgemäße Gesamtablauf zum Laden des Energiespeichers 5 des Fahrzeugs 10 beschrieben.
Die Ladeinfrastruktur oder Ladestation 30 soll in diesem Fall aus einem Parkplatz bestehen, welcher mehrere Ladeplätze mit einem induktiven Ladesystem umfasst. Jeder Ladeplatz weist eine Primärspule 31 auf dem Boden und sichtbare Marker zur Lokalisierung auf. Anhand der Marker (Markierung) kann das Fahrzeug 10 automatisiert zu dem jeweiligen Ladeplatzes navigiert werden.
Beispielsweise durch das Drücken der Taste 4 äußert der Fahrer des Fahrzeugs 10 im Schritt S1 den Wunsch, den Energiespeicher 5 des Fahrzeugs 10 zu laden. Über eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug 10 und der Ladestation 30 werden automatisch wichtige Informationen ausgetauscht und dem Fahrzeug 10 zum Laden seines Energiespeichers 5 ein freier Ladeplatz zugewiesen.
Im Schritt S2 fährt der Fahrer das Fahrzeug 10 manuell zum vorgegebenen Ladeplatz. Dabei sucht das Fahrzeug nach der Markierung des jeweiligen Ladeplatzes.
Sobald das Fahrzeug 10 die Markierung des Ladeplatzes erfasst hat, kann das Fahrzeug 10 im Schritt S3 automatisiert zu dem zugewiesenen Ladeplatz navigiert werden. Während der automatischen Navigation des Fahrzeugs 10 wird mit Hilfe von Sensoren (z.B. Ultraschallsensoren) des Fahrzeugs 10 die Umgebung des Fahrzeugs 10 nach Hindernissen abgesucht. Sobald ein Hindernis den Anfahrtsweg des Fahrzeugs 10 zu dem ihm zugewiesenen Ladeplatz versperrt, unterbricht das Fahrzeug 10 die automatische Navigation, wobei der Fahrer darüber beispielsweise über eine entsprechende Ausgabe im Fahrzeug oder über eine Ausgabe auf seinem Mobilgerät informiert wird. Erst wenn das Hindernis die automatisierte Fahrt des Fahrzeugs 10 zum zugewiesenen Ladeplatz nicht mehr blockiert, kann die automatisierte Navigation nach einer erneuten Bestätigung des Fahrers weiter fortgeführt werden. Wenn erfasst wird, dass das Hindernis die automatisierte Fahrt des Fahrzeugs 10 zum zugewiesenen Ladeplatz längerfristig blockiert oder wenn ein anderer Fehler (z.B. Markierung wird nicht mehr erkannt, Kommunikation zur Ladestation ist unterbrochen) erkannt wird, wird die automatisierte Navigation des Fahrzeugs 10 abgebrochen. Wiederum wird der Fahrer über eine entsprechende Ausgabe im Fahrzeug 10 oder über eine Ausgabe auf seinem Mobilgerät darüber informiert. In diesem Fall kann das Fahrzeug 10 manuell im zugewiesenen Ladeplatzes positioniert werden oder aber das Verfahren wird von dem Fahrer nochmals mit dem Schritt S2 fortgesetzt, indem das Fahrzeug 10 erneut manuell vorpositioniert wird, um von einem anderen Ort aus nochmals die automatische Navigation des Fahrzeugs 10 durchzuführen.
Wenn das Fahrzeug 10 erfolgreich im zugewiesenen Ladeplatz automatisch grob positioniert ist, erfolgt im Schritt S4 die automatische Feinpositionierung. Dazu wird das Fahrzeug automatisch so positioniert, dass der Wirkungsgrad bei der Übertragung von Energie von der Primärspule 31 der Ladestation 30 zu der Sekundärspule 11 des Fahrzeugs 10 möglichst hoch ist.
Nach der Feinpositionierung im Schritt S4 erfolgt im Schritt S5 der eigentliche Ladevorgang, in welchem der Energiespeicher 5 des Fahrzeugs 10 geladen wird. Wenn der Energiespeicher 5 vollständig geladen worden ist, beendet die Ladestation 30 den Ladevorgang und sendet eine entsprechende Information an das Fahrzeug 10, um das Fahrzeug 10 in einen normalen Fahrzustand zu versetzen. In diesem normalen Fahrzustand kann der Fahrer das Fahrzeug 10 normal fahren.
Bezugszeichenliste

1: Steuermittel
2: Kamera
3: Kommunikationseinrichtung
4: Taste
5: Energiespeicher
6: Lenkung
10: Fahrzeug
11: Sekundärspule
20: Vorrichtung
30: Ladestation
31: Primärspule
32: Kommunikationseinrichtung
33: Steuerung
S1–S5: Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008055881 A1 [0002]
DE 102011007771 A1 [0003]
DE 102012006836 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers (5) eines Fahrzeugs (10) an einer Ladestation (30), Erfassen eines Befehls zum Aufladen des Energiespeichers (5) an der Ladestation (30) innerhalb des Fahrzeugs (10), Erstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug (10) und der Ladestation (30), Senden von ersten Informationen des Fahrzeugs (10) an die Ladestation (30) mittels der Kommunikationsverbindung, und Senden von zweiten Informationen der Ladestation (30) an das Fahrzeug (10) mittels der Kommunikationsverbindung in Antwort auf die ersten Informationen, wobei die Informationen, welche von der Ladestation (30) an das Fahrzeug (10) gesendet werden, eine Information über einen freien Ladeplatz der Ladestation (30) umfassen, an welchem das Fahrzeug (10) zum Aufladen seines Energiespeichers (5) parkbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich folgende Schritte umfasst: Erfassen einer Markierung des Ladeplatzes, um ausgehend von der Markierung das Fahrzeug (10) automatisiert in dem Ladeplatz zu parken, und Ausgeben einer Information, sobald die Markierung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich folgende Schritte umfasst: automatisiertes Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von einer Markierung und von einer Relativposition, welche eine Lage einer Ladeeinrichtung (31) des Ladeplatzes relativ zu der Markierung angibt, in eine erste Position, um eine Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) bei der Ladeeinrichtung (31) des Ladeplatzes anzuordnen, wobei das automatisierte Fahren nur startet, wenn eine Taste (4) einer dem Fahrzeug (10) zugeordneten Einrichtung dauerhaft gedrückt wird, wobei das Fahrzeug (10) angehalten und dauerhaft gebremst wird, sobald die Taste (4) nicht mehr gedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) im Stillstand ausgehend von einer Anfangsposition durch ein Betätigen einer Lenkung (6) des Fahrzeugs (10) in einer Querrichtung des Fahrzeugs (10) in eine Endposition positioniert wird, um eine induktive oder kapazitive Kopplung zwischen der Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) und der Ladeeinrichtung (31) des Ladeplatzes, über welche der Energiespeicher (5) des Fahrzeugs (10) von der Ladestation (30) geladen wird, zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (30) eine Primärspule (31) und das Fahrzeug (10) eine Sekundärspule (11) umfasst, dass ein in der Primärspule (31) fließender Strom erzeugt wird, welcher in der Sekundärspule (11) einen Strom induziert, dass eine von dem in der Sekundärspule (11) fließenden Strom abhängige Leistung bestimmt wird, und dass die Lenkung (6) des Fahrzeugs (10) betätigt wird, um die Leistung bei konstantem in der Primärspule (31) fließendem Strom zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativposition abhängig von der Endposition korrigiert wird, so dass beim nächsten automatisierten Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von der Markierung und von der Relativposition in die erste Position diese erste Position der Endposition entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das automatisierte Fahren des Fahrzeugs (10) abhängig von der Markierung und abhängig von der Relativposition zusätzlich abhängig von einer weiteren Relativposition erfolgt, welche die Position einer Ladeeinrichtung (11) des Fahrzeugs (10) bezüglich des Fahrzeugs (10) angibt, und dass die weitere Relativposition geändert wird, wenn für das Fahrzeug (10) bei verschiedenen Ladestationen (30) die Relativposition in gleicher Weise korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Fahrzeug (10) an die Ladestation (30) eine Nachricht übertragen wird, sobald das Positionieren in der Querrichtung abgeschlossen ist, und dass von dem Fahrzeug (10) an die Ladestation (30) anschließend eine weitere Nachricht übertragen wird, um mit einem Laden des Energiespeichers (5) des Fahrzeugs (10) von der Ladestation (30) zu beginnen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Ladens des Energiespeichers des Fahrzeugs (10) von der Ladestation (30) ein Umgebungsbereich des Fahrzeugs (10) mit mindestens einem Sensor (2) des Fahrzeugs (10) überwacht wird, und dass das Laden des Energiespeichers (5) des Fahrzeugs (10) abgebrochen wird, sobald erfasst wird, dass sich ein dem Fahrzeug (10) nährendes Objekt einen vorbestimmten Abstand zu dem Fahrzeug (10) unterschreitet.
Vorrichtung zum Aufladen eines Energiespeichers (5) eines Fahrzeugs (10) an einer Ladestation (30), wobei die Vorrichtung (20) eine Kommunikationseinrichtung (3) zur bidirektionalen Kommunikation mit der Ladestation (30), eine Ladeeinrichtung (11) zum Laden des Energiespeichers (5) und Steuermittel (1) umfasst, wobei die Vorrichtung (20) ausgestaltet ist, um einen Befehl zum Aufladen des Energiespeichers (5) an der Ladestation (30) zu erfassen, wobei die Vorrichtung (20) ausgestaltet ist, um mittels der Kommunikationseinrichtung (3) und der Steuermittel (1) abhängig von dem Befehl zum Aufladen eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug (10) und der Ladestation (30) zu erstellen, um über die Kommunikationsverbindung erste Informationen an die Ladestation (30) zu senden und um über die Kommunikationsverbindung als Antwort auf die ersten Informationen zweite Informationen von der Ladestation (30) zu empfangen, wobei die zweiten Informationen eine Information über einen freien Ladeplatz der Ladestation (30) umfassen, an welchem das Fahrzeug (10) zum Aufladen seines Energiespeichers (5) parkbar ist, und wobei die Vorrichtung (20) zur Ausgabe der Information über den freien Ladeplatz oder zum automatisierten Fahren des Fahrzeugs (10) ausgestaltet ist.