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DE102011108689A1 - Elektrisches Ladesystem - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrisches Ladesystem (1) zum insbesondere induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie mit einer Ladestation (2) und einem die Fahrzeugbatterie tragenden Fahrzeug (3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass – an der Ladestation (2) eine Energieabgabestelle (4) und in definiertem Abstand dazu ein Positionsmuster (5) angeordnet/ausgerichtet sind, – das Fahrzeug (3) eine zur Energieabgabestelle (4) komplementär ausgebildete Energieempfangsstelle (6), eine Bilderfassungseinrichtung (7) und eine Auswerte-/Steuereinrichtung (8) aufweist, wobei die Bilderfassungseinrichtung (7) zum Erfassen des ladestationsseitigen Positionsmusters (5) ausgebildet ist, – die Auswerte-/Steuereinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie anhand des von der Bilderfassungseinrichtung (7) erfassten Positionsmusters (5), Positionsabweichungen der fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle (6) zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle (4) ermittelt und entsprechende Steuerbefehle an einen Antrieb (9), eine Lenkung (10) und/oder eine Bremse (11) des Fahrzeugs (3) übermittelt, so dass dieses selbsttätig mit seiner Energieempfangsstelle (6) zur Energieabgabestelle (4) ausgerichtet wird. Hierdurch ist ein automatisches Ausrichten bzw. Verfahren des Fahrzeugs (3) möglich.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Ladesystem zum insbesondere induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum automatischen Kontaktieren einer Energieempfangsstelle eines Fahrzeugs mit einer Energieabgabestelle einer Ladestation.
  • Beim induktiven Aufladen eines Elektrofahrzeugs oder eines sog. Plug-in-Hybridfahrzeugs über einen vorderen Nummernschildbereich ist ein vergleichsweise exaktes Positionieren des Fahrzeugs erforderlich, was bisher üblicherweise manuell durch den Fahrer erfolgt.
  • Aus der DE 10 2008 046 215 A1 ist ein gattungsgemäßes elektrisches Ladesystem zum induktiven Aufladen einer Fahrzeugbatterie mit einer Ladestation und einem die Fahrzeugbatterie tragenden Fahrzeug bekannt. Das Fahrzeug wird dabei mittels eines Fahrzeugassistenzsystems an die Ladestation angekoppelt, wobei das Fahrzeugassistenzsystem zumindest eine Kamera zur Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs, eine Bildverarbeitungseinrichtung und eine Anzeigevorrichtung umfasst. Die Kamera ist dabei bspw. im Frontbereich oder im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet. Fährt der Fahrer das Fahrzeug derart an eine Ladestation heran, dass die Kamera die Ankopplungsvorrichtung an der Ladestation erfasst, kann der Fahrer diese auf der Anzeigeeinrichtung wie bspw. einem Monitor, welcher die Aufnahme der Kamera abbildet, markieren. Daraufhin werden in dem Monitor als Zielführung zur Ankopplungsvorrichtung das Kamerabild überlagernde Rangier-Hilfslinien eingeblendet, wobei zusätzlich Informationen über notwendige Lenkbewegungen bzw. einen Abstand des Fahrzeugs zur Ladestation bspw. auch über Lautsprecher ausgegeben werden bzw. als Pfeildarstellung in das Monitorbild eingeblendet werden können. Auf diese Weise kann der Fahrer das Fahrzeug einfach und sicher an die Ankopplungsvorrichtung der Ladestation heranfahren und es an die Ladestation ankoppeln.
  • Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ladesystemen ist jedoch, dass das Ankoppeln des Fahrzeugs an die Ladestation stets vom Fahrer bewerkstelligt, zumindest aber unterstützt werden muss.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein gattungsgemäßes elektrisches Ladesystem eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine autarke Arbeitsweise auszeichnet.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein elektrisches Ladesystem zu schaffen, welches ein automatisches Anfahren eines Fahrzeugs an eine Ladestation und damit ein zielgenaues Ausrichten einer fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle zu einer ladestationsseitigen Energieabgabestelle ermöglicht. Das erfindungsgemäße elektrische Ladesystem ist dabei insbesondere zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie ausgebildet, welche in dem damit ausgestatteten Fahrzeug, bspw. einem Elektro- oder einem Hybridfahrzeug, angeordnet ist. An der Ladestation selbst sind die vorher erwähnte Energieabgabestelle und in definiertem Abstand dazu ein Positionsmuster angeordnet. Das Fahrzeug weist eine zur Energieabgabestelle komplementär ausgebildete Energieempfangsstelle, eine Bilderfassungseinrichtung und eine Auswerte-/Steuereinrichtung auf, wobei die Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen des ladestationsseitigen Positionsmusters ausgebildet ist. Die Auswerte-/Steuereinrichtung ist darüber hinaus derart ausgebildet, dass sie anhand des von der Bilderfassungseinrichtung erfassten Positionsmuster, Positionsabweichungen der fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle ermittelt und entsprechende Steuer- bzw. Antriebsbefehle an einen Antrieb, eine Lenkung und/oder eine Bremse des Fahrzeugs übermittelt, woraufhin dieses derart selbständig und automatisch verfahren bzw. rangiert wird, dass es seine Energieempfangsstelle mit der ladestationsseitigen Energieabgabestelle zur Deckung gelangt und ein Laden der Fahrzeugbatterie problemlos möglich ist. Das erfindungsgemäße elektrische Ladesystem benötigt somit im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Ladesystemen den Fahrer des Fahrzeugs nicht mehr, sondern es ist in der Lage, das Fahrzeug automatisch derart genau an der Ladestation zu positionieren, dass das Laden der Fahrzeugbatterie, bspw. mittels Induktion, erfolgen kann.
  • Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ladesystemen ist somit das erfindungsgemäße Ladesystem unabhängig von den Fähigkeiten des Fahrers, wodurch insbesondere die komplexe und häufig fehleranfällige Ankopplung im Frontbereich dem Fahrer abgenommen wird. Hierdurch kann eine Steigerung des Komforts und der Sicherheit erzielt werden. Die Auswerte-/Steuereinrichtung berechnet dabei aus dem Standpunkt des Fahrzeugs und dem anhand der Bilderfassungseinrichtung erfassten Positionsmuster entsprechende Längen, Breiten und Winkelabweichungen, sowie daraus resultierende Steuerbefehle, mittels welchen das Fahrzeug autonom an die ladestationsseitige Energieabgabestelle herangefahren werden kann. In einem Fangbereich der Energieabgabestelle wird dann die induktive Ladung entsprechend der dort geltenden Kommunikations- und Verhaltensprotokolle gesteuert.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Energieabgabestelle eine Primärspule und die Energieempfangsstelle eine Sekundärspule auf, wodurch ein induktives Laden der Fahrzeugbatterie ermöglicht wird. Ein induktives Laden der Fahrzeugbatterie besitzt dabei den großen Vorteil, dass keine direkten Steckerverbindungen geschlossen bzw. gelöst werden müssen, wodurch sowohl an der Ladestation als auch am Fahrzeug auf derartige Steckersysteme verzichtet werden kann. Ein weiterer großer Vorteil liegt darin, dass keine Adapter vorgehalten werden müssen, um bspw. unterschiedliche fahrzeugseitige Steckersysteme mit ladestationsseitigen Steckersystemen koppeln zu können.
  • Zweckmäßig weist das Positionsmuster an der Ladestation ein Hologramm auf. Ein Hologramm stellt die dreidimensionale Wiedergabe eines Motivs dar, wobei eine Fotografie bspw. mittels eines Lasers derart bearbeitet und ausgeleuchtet wird, dass dabei ein dreidimensionales Bild entsteht. Selbstverständlich sind in diesem Bereich auch computergenerierte Hologramme denkbar, die insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, wie bspw. der erfindungsgemäß vorgesehenen Bilderfassungseinrichtung zuverlässig erfasst und dabei eine Menge an Daten übertragen können.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • 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.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige 1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrisches Ladesystem.
  • Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßes Ladesystem 1 zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie eine Ladestation 2 sowie ein die Fahrzeugbatterie tragendes Fahrzeug 3 auf. An der Ladestation 2 sind dabei eine Energieabgabestelle 4 sowie in definiertem Abstand dazu ein Positionsmuster 5, bspw. ein Hologramm, angeordnet. Das Fahrzeug 3 weist eine zur Energieabgabestelle 4 komplementär ausgebildete Energieempfangsstelle 6, eine Bilderfassungseinrichtung 7, bspw. eine Kamera und eine Auswerte-/Steuereinrichtung 8 auf. Die Auswerte-/Steuereinrichtung 8 ist dabei erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie anhand des von der Bilderfassungseinrichtung 7 erfassten Positionsmusters 5, Positionsabweichungen der fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle 6 zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle 4 ermittelt und entsprechende Steuerbefehle an einen Antrieb 9, eine Lenkung 10 und eine Bremse 11 des Fahrzeugs 3 übermittelt, sodass dieses selbsttätig mit seiner Energieempfangsstelle 6 zur Energieabgabestelle 4 ausgerichtet wird. Die Auswerte-/Steuereinrichtung 8 berechnet somit mittels digitaler Bildverarbeitungsprogramme Abweichungen hinsichtlich eines Winkels bzw. eines Abstandes und gibt entsprechende Steuerbefehle, woraufhin das Fahrzeug 3 autark, insbesondere ohne dass ein Fahrer eingreifen müsste, optimal zur Energieabgabestelle 4 ausgerichtet wird. Die Bilderfassungseinrichtung 7 kann bspw. als Mono- oder Stereokamera ausgebildet sein.
  • Die Energieabgabestelle 4 kann bspw. eine Primärspule 12 aufweisen, wogegen die Energieempfangsstelle 6 eine Sekundärspule 13 besitzt, durch ein induktives Aufladen der Fahrzeugbatterie ermöglicht wird. Das Fahrzeug 3 kann bspw. als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
  • Mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Ladesystem 1 ist ein automatisches Positionieren des Fahrzeugs 3 möglich, wodurch einerseits eine optimale Ausrichtung der fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle 6 zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle 4 und damit ein optimaler elektrischer Energieübertrag ermöglicht wird. Insbesondere kann die komplexe und fehleranfällige Ankopplung im Frontbereich dem Fahrer abgenommen werden, wodurch eine Steigerung hinsichtlich Komfort und Sicherheit erzielt wird.
  • Das Ankoppeln des Fahrzeugs 3 an die Ladestation 2 erfolgt dabei wie folgt: Zunächst erfasst die fahrzeugseitige Bilderfassungseinrichtung 7 das ladestationsseitige Positionsmuster 5, bspw. ein Hologramm, das in definiertem Abstand zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle 4 angeordnet ist. Statt eines Hologramms können auch Linienraster oder ein anderer optischer Aufbau mit dem Zweck einer winkelabhängigen Phasenveränderung der Reflexion eingesetzt werden. Anschließend ermittelt die fahrzeugseitige Auswerte-/Steuereinrichtung 8 anhand des von der Bilderfassungseinrichtung 7 erfassten Positionsmusters 5 Positionsabweichungen der fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle 6 zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle 4 und übermittelt entsprechende Steuerbefehle an den Antrieb 9, die Lenkung 10 und die Bremse 11 des Fahrzeugs 3, wodurch dieses selbsttätig verfahren und hinsichtlich seiner Energieempfangsstelle 6 zur Energieabgabestelle 4 ausgerichtet, d. h. verfahren wird. Anschließend kann das Aufladen der Fahrzeugbatterie erfolgen. Ein Eingreifen des Fahrers und insbesondere ein manuelles Verfahren des Fahrzeugs 3 durch den Fahrer können hierdurch entfallen.
  • 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 102008046215 A1 [0003]

Claims (6)

  1. Elektrisches Ladesystem (1) zum insbesondere induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie mit einer Ladestation (2) und einem die Fahrzeugbatterie tragenden Fahrzeug (3), dadurch gekennzeichnet, dass – an der Ladestation (2) eine Energieabgabestelle (4) und in definiertem Abstand dazu ein Positionsmuster (5) angeordnet/ausgerichtet sind, – das Fahrzeug (3) eine zur Energieabgabestelle (4) komplementär ausgebildete Energieempfangsstelle (6), eine Bilderfassungseinrichtung (7) und eine Auswerte-/Steuereinrichtung (8) aufweist, wobei die Bilderfassungseinrichtung (7) zum Erfassen des ladestationsseitigen Positionsmusters (5) ausgebildet ist, – die Auswerte-/Steuereinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie anhand des von der Bilderfassungseinrichtung (7) erfassten Positionsmusters (5), Positionsabweichungen der fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle (6) zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle (4) ermittelt und entsprechende Steuerbefehle an einen Antrieb (9), eine Lenkung (10) und/oder eine Bremse (11) des Fahrzeugs (3) übermittelt, so dass dieses selbsttätig mit seiner Energieempfangsstelle (6) zur Energieabgabestelle (4) ausgerichtet wird.
  2. Elektrisches Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabgabestelle (4) eine Primärspule (12) und die Energieempfangsstelle (6) eine Sekundärspule (13) aufweist, wodurch ein induktives Laden der Fahrzeugbatterie möglich ist.
  3. Elektrisches Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmuster (5) ein Hologramm oder ein Linienraster oder einen anderen optischen Aufbau mit dem Zweck einer winkelabhängigen Phasenveränderung der Reflexion aufweist.
  4. Elektrisches Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung (7) eine Mono- oder eine Stereokamera aufweist.
  5. Elektrisches Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (3) ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug ist.
  6. Verfahren zum automatischen Kontaktieren einer Energieempfangsstelle (6) eines Fahrzeugs (3) mit einer Energieabgabestelle (4) einer Ladestation (2), bei dem – eine fahrzeugseitige Bilderfassungseinrichtung (7) ein ladestationsseitiges Positionsmuster (5) erfasst, welches in definiertem Abstand zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle (4) angeordnet/ausgereichtet ist, – eine fahrzeugseitige Auswerte-/Steuereinrichtung (8) anhand des von der Bilderfassungseinrichtung (7) erfassten Positionsmusters (5), Positionsabweichungen der fahrzeugseitigen Energieempfangsstelle (6) zur ladestationsseitigen Energieabgabestelle (4) ermittelt und entsprechende Steuerbefehle an einen Antrieb (9), eine Lenkung (10) und/oder eine Bremse (11) des Fahrzeugs (3) übermittelt, wodurch dieses selbsttätig hinsichtlich der Energieempfangsstelle (6) zur Energieabgabestelle (4) ausgerichtet wird.
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