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DE102013206587A1 - System zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs - Google Patents

System zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs Download PDF

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DE102013206587A1
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DE
Germany
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electric
hybrid vehicle
charging process
control device
camera
Prior art date
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DE201310206587
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English (en)
Inventor
Rainer Knorr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to FR1400837A priority patent/FR3004595A1/fr
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Abstract

System (1) zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2) mit Mitteln (3, 4, 5, 7, 8) zum induktiven Laden des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2), mit einer stationären Steuerungsvorrichtung (9) zur Steuerung des Ein- und Abschalten des Ladevorgangs, mit mindestens einer Kamera (10, 17) und/oder mindestens einem Sensormittel (12, 13) zur Überwachung des Umgebungs- und/oder Innenbereichs des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2), wobei die stationäre Steuerungsvorrichtung (9) dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von Überwachungsdaten (11), die mittels der Kamera (10, 17) und/oder des Sensormittels (12, 13) ermittelt werden, den Ladevorgang ein- bzw. abzuschalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs mit Mitteln zum induktiven Laden des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug mit Mitteln zum induktiven Laden des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs.
  • Plug-In Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge sind unter den heutigen Mobilitätsanforderungen, wenig Energieverbrauch und geringe Emissionen, nicht mehr wegzudenken. Eine wesentliche Komponente dieser Fahrzeuge ist dabei der Energiespeicher. Dieser wird üblicherweise als Batteriespeicher ausgeführt. Dabei kommen NiMH und Li-Ionen Akkumulatoren zum Einsatz. Die maximal Größe und damit maximal gespeicherte Energiemenge dieser Speicher hängt stark vom Anwendungsfall ab. Haben Energiespeicher von Plug-In Hybriden eine Größe von bis zu 20–30 kWh, können die der reinen Elektrofahrzeugen eine Größe von 40–50 kWh, in Ausnahmefällen, z.B. Taxis, auch 100 kWh erreichen. Im Allgemeinen beträgt auf Straßen die maximale Reichweite von Plug-In Hybridfahrzeugen dadurch ca. 50 km und die von reinen Elektrofahrzeugen bis zu 100–150 km. Danach müssen die Energiespeicher wieder aufgeladen werden.
  • Das Aufladen der Fahrzeuge erfolgt üblicherweise durch ein Bordladegerät, welches seine Energie für die Ladung unter anderem aus dem öffentlichen Hausnetz bezieht. Dabei wird das Bordladegerät über ein Kabel mit dem Stromnetz verbunden. Der Benutzer muss somit, wenn er das Fahrzeug laden will, eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Komponenten herstellen, welches eine deutliche Gebrauchs- und Komforteinschränkung für den Nutzer darstellt. Insbesondere wenn die Verbindungsstecker sehr schwer und die Kabel sehr lang, schmutzig und nass sind, wird die Hemmschwelle, derartige Fahrzeuge zu betreiben, eher größer.
  • Induktive Ladesysteme hingegen haben keine mechanische Verbindung zwischen dem Bordladegerät und dem Versorgungsnetz. Die Energieübertragung erfolgt über einen Luftspalt eines Spulensystems, dessen Abstand bis zu 20 cm betragen kann. Im Allgemeinen ist dazu eine Spule in den Boden eingelassen. Eine zweite Spule befindet sich an der Unterseite des Fahrzeuges. Beide, üblicherweise gleichgroßen Spulen, haben dabei einen Durchmesser von bis zu 60 cm. Wird die bodenseitige Spule mit einer Wechselspannung beaufschlagt, bildet sich zwischen dem Spulenpaar ein magnetisches Feld aus, über das die Energie vom Versorgungsnetz in das Bordnetz des Fahrzeugs übertragen wird.
  • Diese Topologie der Energieübertragung bietet einen wesentlichen Komfortgewinn und erhöht die Verfügbarkeit von Elektrofahrzeugen wesentlich, da der Ladevorgang des Energiespeichers auch automatisch möglich ist, ohne dass der Fahrer aktiv werden muss.
  • Während des Ladens kommt es zum Aufbau sowohl eines elektrischen wie auch eines magnetischen Feldes, insbesondere im Bereich der Arbeitsfrequenz des Ladesystems, welche in der Regel zwischen 20 kHz bis zu 150 kHz liegen kann. Eine Beeinflussung andere Komponenten im Fahrzeug oder in seiner unmittelbaren Umgebung ist daher sehr wahrscheinlich. Passiv Keyless Entry Systems, im Folgenden als PKE-Schließsysteme bezeichnet, sind hiervon besonders betroffen. Deren Arbeitsfrequenzen liegen oft bei 20 kHz, 125 kHz etc. Jeder Automobilhersteller hat zum Teil eine andere bevorzugte Frequenz für derartige PKE-Schließsysteme. Nachteilig bei diesen PKE-Schließsystemen ist, dass der Eingangsbereich der Frequenz sehr breitbandig ist. D.h., dass das PKE-Schließsystem bei z.B. 125 kHz arbeitet aber auch Frequenzen oberhalb als auch unterhalb dieser Frequenz empfangen werden können. Dies geschieht nun insbesondere bei der Energieübertragung während des induktiven Ladens. Versuche haben gezeigt, dass das PKE-Schließsystem, gleichgültig bei welcher Arbeitsfrequenz es arbeitet, durch die Energieübertragung des induktiven Ladesystems so beeinflusst wird, dass dessen Funktion nicht mehr oder nicht mehr zuverlässig gegeben ist. Die Konsequenz ist, dass das Fahrzeug nicht mehr geöffnet werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes und zuverlässiges induktives Laden eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs zu ermöglichen, wobei wichtige Funktionen des Fahrzeugs betriebsfähig bleiben und die Sicherheit für Personen, Tiere und Gegenstände (in der Regel technische Gegenstände) gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Diese Aufgabe wird weiter durch ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit den im Anspruch 4 angegeben Merkmalen sowie wie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bisher ein gleichzeitiges Laden und Öffnen bzw. Schließen des Fahrzeuges oft nicht möglich ist, da die Breitbandigkeit der Frequenz der PKE-Schließsysteme dies nicht zulässt. Weiterhin können während des Ladevorgangs Gegenstände in die unmittelbare Nähe oder sogar unter das Fahrzeug gelangen, so dass Schäden am Fahrzeug oder in der Umgebung des Fahrzeugs entstehen. Ein Beispiel dafür wären Metallkörper, die den Ladevorgang beeinflussen oder elektrische Geräte, die dann beim Ladevorgang beschädigt werden. Auch ist es möglich, dass Personen (beispielsweise erkrankte Personen mit einem Herzschrittmacher oder Kinder) sowie Tiere in direkter Nähe zum induktiven Ladesystem beeinträchtigt werden können.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs mit stationärer Steuerungsvorrichtung,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Systems zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs mit stationärer und mobiler Steuerungsvorrichtung, wobei die Überwachungs- und Steuerungsfunktionalitäten primär von der stationären Steuerungsvorrichtung übernommen werden und
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Systems zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs mit stationärer und mobiler Steuerungsvorrichtung, wobei die Überwachungs- und Steuerungsfunktionalitäten primär von der mobilen Steuerungsvorrichtung übernommen werden.
  • Die in 1 aufgezeigte Topologie eines Systems 1 an einem Versorgungsnetz 6 zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 beschreibt Mittel 3, 4, 5, 7, 8, die aus elektrotechnischer Sicht, also aus Sicht der elektrischen Energieübertragung und Energieumwandlung, für ein induktives Laden von Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen 2 eingesetzt werden, eine stationären Steuerungsvorrichtung 9 zur Steuerung des Ein- bzw. Abschalten des Ladevorgangs sowie eine Kamera 10 und ein Sensormittel 12 zur Überwachung des Umgebungs- und/oder Innenbereichs des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2. Neben der dargestellten Kamera 10 bzw. dem Sensormittel 12 können bedarfsweise auch weitere Kameras und/oder Sensormittel vorgesehen sein. Die Mittel 3, 4, 5, 7, 8 des Systems 1 zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 umfassen eine stationäre Ladevorrichtung 8, eine Primärspule 3, eine Sekundärspule 4, eine mobile Ladevorrichtung 5 und eine Fahrzeugbatterie 7. Mit dieser Topologie wird das System 1 dahingehend überwacht, ob sich ein Objekt, also eine Person, ein Tier oder ein störender oder ein gefährdeter Gegenstand, in der Umgebung des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen 2 befindet und somit der Start des Ladevorgangs nicht freigegeben werden kann bzw. die sofortige Unterbrechung des Ladevorgangs notwendig wird. Der Umgebungs- und/oder Innenbereich des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 wird, wie in 1 zu sehen, von der stationären Kamera 10 und alternativ oder zur Sicherheit von dem stationären Sensormittel 12 überwacht. Die Überwachungsdaten 11 werden an die stationäre Steuerungsvorrichtung 9 übertragen, was auch kabellos, z.B. via Funkübertragung, realisierbar ist. Die stationäre Steuerungsvorrichtung 9 wertet die Überwachungsdaten 11 aus bzw. koordiniert diese und gibt an die stationäre Ladevorrichtung 8 je nach Ergebnis der Überwachung die gültigen Steuerungsdaten 16 für das Ein- bzw. Abschalten des Ladevorgangs. Im Detail wird also der induktive Ladevorgang im Falle des nicht Vorhandenseins von störenden bzw. gefährdeten Objekten gestartet oder weitergeführt jedoch im Falle des Vorhandenseins von störenden bzw. gefährdeten Objekten nicht gestartet oder unterbrochen.
  • 2 zeigt in Ergänzung zu 1 eine besonders vorteilhafte Anordnung einer stationären Kamera 10 und alternativ oder zur Sicherheit von einem stationären Sensormittel 12, welche mittels einer sogenannten Top View eine äußere Überwachung der Umgebung eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugen 2 gewährleistet. Zusätzlich wird in diesem Ausführungsbeispiel von 2 der Innenraum des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 mit einer mobilen Kamera 17 und alternativ oder zur Sicherheit von einem mobilen Sensormittel 13, hier auch mit der vorteilhaften Top View, überwacht. Neben der dargestellten stationären und der mobilen Kamera 10, 17 bzw. dem stationären und mobilen Sensormittel 12, 13 können bedarfsweise auch weitere Kameras und/oder Sensormittel vorgesehen sein. Die Überwachungsdaten 11 werden in einer mobilen Steuerungsvorrichtung 14 im Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 ausgewertet bzw. koordiniert. Zwischen einer stationären und der mobilen Steuerungsvorrichtung 9, 14 findet ein Austausch von Steuerungsdaten 15 statt, wobei im Ausführungsbeispiel in 2 die stationäre Steuerungsvorrichtung 9 einer stationären Ladevorrichtung 8 je nach Ergebnis der Überwachung die gültigen Steuerungsdaten 16 für das Ein- bzw. Abschalten des Ladevorgangs übermittelt. Sowohl die Überwachungsdaten 11 wie auch die Steuerungsdaten 15 zwischen den stationären und mobilen Steuerungseinrichtungen 9, 14 und die Steuerungsdaten 16 zum An- bzw. Abschalten des Ladevorgangs sind auch kabellos übermittelbar. Das Ein- bzw. Abschalten des Ladevorganges erfolgt vergleichbar den Ausführungen zu 1.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei nun im Gegensatz zu den Erläuterungen bzgl. 1 die Überwachung des Umgebungs- und/oder Innenbereich des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 durch eine mobile Kamera 17 und alternativ oder zur Sicherheit von mehreren stationären Sensormittel 13 am bzw. im Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 überwacht wird. Die Überwachung mittels einer stationären Kamera 10 und alternativ oder zur Sicherheit eines stationären Sensormittels 12 ist im Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen, so dass sie im Gegensatz zu den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen entfällt. Die Überwachungsdaten 11, wie zu 2 beschrieben, werden in einer mobilen Steuerungsvorrichtung 14 im Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs 2 ausgewertet bzw. koordiniert. Zwischen einer stationären und der mobilen Steuerungsvorrichtung 9, 14 findet ein Austausch von Steuerungsdaten 15 statt, wobei die stationäre Steuerungsvorrichtung 9 einer stationären Ladevorrichtung 8 je nach Ergebnis der Überwachung die gültigen Steuerungsdaten 16 für das Ein- bzw. Abschalten des Ladevorgangs übermittelt. Sowohl die Überwachungsdaten 11 wie auch die Steuerungsdaten 15 zwischen den Steuerungseinrichtungen und die Steuerungsdaten 16 zum An- bzw. Abschalten des Ladevorgangs sind auch kabellos übermittelbar. Das Ein- bzw. Abschalten des Ladevorganges erfolgt vergleichbar den Ausführungen zu 1.
  • Ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug muss zum Zwecke des induktiven Ladens eine bestimmte Position x, y innerhalb eines abgegrenzten Bereiches (z.B. in einer Garage) anfahren. Diese Position, festgelegt durch ein am Boden befindliches Lademodul, ist als statisch und dessen Lage als bekannt vorausgesetzt. Um die Position mit einer entsprechenden Genauigkeit anzufahren, muss der Fahrer über Soll- und Ist-Position informiert werden.
  • Dabei wird die Position des Fahrzeugs durch ein sensorgestütztes Navigationssystem ermittelt und es werden die entsprechenden Fahrbefehle gegeben. Dies ist auch vollautomatisiert möglich. Ein Kamerasystem, das sich in, an oder in der Nähe der Ladestation befindet, hat sich als Sensor für die Positionserkennung bewährt.
  • So werden Kamerasysteme auch zur Objekterkennung und/ oder zur Personenerkennung eingesetzt. Nachdem das Kamerasystem den Fahrer über die Primärspule des induktiven Ladesystems geleitet hat, bleibt diese weiterhin eingeschaltet, um weiterhin zu beobachten, ob der Fahrer das Fahrzeug verlassen hat, sich vom Fahrzeug entfernt hat oder wieder zum Fahrzeug zurückgekommen ist. Es wird also feststellt, ob sich Personen, Tiere oder gegebenenfalls auch Gegenstände, zusammengefasst also bewegte und/oder statische Objekte, in der Nähe des Fahrzeuges befinden, welche sich im Falle eines induktiven Ladevorganges nicht in diesem Umfeld befinden sollen. Ist dies der Fall wird der induktive Ladevorgang nicht gestartet oder unterbrochen. Das PKE-Schließsystem bleibt somit in einem funktionsfähigen Zustand oder wird umgehen in diesen versetzt. Falls die Person die Zugangskarte bei sich trägt, kann sich nun das Fahrzeug öffnen. Ohne Hardwareänderungen für das Fahrzeug ist somit auch beim induktiven Laden die volle Funktionalität des PKE-Schließsystems gegeben. Ebenso werden Personen, Tiere und Gegenstände vorsorglich erkannt, die eventuell durch den induktiven Ladevorgang geschädigt werden könnten. Vergleichbares gilt für die Beeinträchtigung des Fahrzeuges beim induktiven Ladevorgang, falls ungewollt Gegenstände (beispielsweise metallische Gegenstände) im Umfeld des Fahrzeugs sind oder in dieses kommen.
  • Vorteilhaft dabei ist auch der Einsatz eines Kamerasystems im und/oder oberhalb des Fahrzeugs. An dieser Stelle wird ein sogenanntes TopView-Kamerasystem bevorzugt eingesetzt, welches einen 360° Überblick ermöglicht.
  • Anstelle von Kamerasystemen sind auch andere Sensormittel verschiedenster Technologien bzw. technischer Ausprägung denkbar, welche an ein oder mehreren Stellen um das Fahrzeug herum und/oder innerhalb des Fahrzeugs angebracht sind, um bewegte und/oder statische Objekte zu detektieren bzw. zu überwachen.
  • Besonderer Überwachung bedarf es beispielsweise für Kinder, die während des Ladevorganges unter das Fahrzeug kriechen könnten. Gleiches gilt auch für Tiere oder sich bewegende Gegenstände. Sobald derartige Objekte erkannt worden sind, schaltet der Ladevorgang ab und unterbindet damit eine mögliche Beeinträchtigung oder Gefahr für diese Objekte.
  • Es ergeben sich eine Anzahl von Vorteile, wie zum Beispiel:
    • • die Verwendung der für die Positionierung von Fahrzeugen zum induktiven Laden vorgesehenen Sensoren, also Kamerasysteme bzw. generell Sensorik zum Detektieren von Personen, um die Freigabe des induktiven Ladevorganges zu initialisieren,
    • • das Stoppen des Ladevorganges bei Annäherung von Objekten (Personen, Tieren, Gegenständen)
    • • das weitere Betreiben von eingeführten PKE-Schließsystemen im Zusammenhang mit dem induktiven Laden(es ist keine Änderungen der handelsüblichen PKE-Schließsysteme notwendig) und
    • • eine Reduzierung des Gefahrenpotenziales beim induktiven Laden, wobei Objekte jeglicher Art geschützt werden können (Personen mit gesundheitlichen Problem, Kinder, Tiere, gefährdete Gegenstände etc.), da der induktive Ladevorgang nicht aktiv ist, falls sich derartige Objekte sich in der unmittelbaren Nähe des Fahrzeugs befindet.

Claims (6)

  1. System (1) am Versorgungsnetz (6) zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2) – mit Mitteln (3, 4, 5, 7, 8) zum induktiven Laden des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2), – mit einer stationären Steuerungsvorrichtung (9) zur Steuerung des Ein- bzw. Abschalten des Ladevorgangs, – mit mindestens einer Kamera (10, 17) und/oder mindestens einem Sensormittel (12, 13) zur Überwachung des Umgebungs- und/oder Innenbereichs des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2), wobei die stationäre Steuerungsvorrichtung (9) dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von Überwachungsdaten (11), die mittels der Kamera (10, 17) und/oder des Sensormittels (12, 13) ermittelt werden, den Ladevorgang ein- bzw. abzuschalten.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Kamera (10, 17) und/oder das Sensormittel (12, 13) zur Detektierung der für den Ladevorgang störenden oder gefährdeten Objekte in Form von Personen, Tieren oder Gegenständen im Umgebungs- und/oder Innenbereich des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2) vorgesehen sind.
  3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die stationäre Steuerungsvorrichtung (9) mit einer mobilen Steuerungsvorrichtung (14) des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2) in der Weise koppelbar ist, dass Steuerungsdaten (15) bipolar zwischen der stationären Steuerungsvorrichtung (9) und der mobilen Steuerungsvorrichtung (14) austauschbar sind.
  4. Elektro- und/oder Hybridfahrzeug (2) – mit Mitteln (4, 5, 7) zum induktiven Laden des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2), – mit der mobilen Steuerungsvorrichtung (14), – mit einer Kamera (17) und/oder mindestens einem Sensormittel (13) zur Überwachung eines Umgebungsbereichs und/oder eines Innenbereichs des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2), wobei die mobile Steuerungsvorrichtung (14) dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von Überwachungsdaten (11), die mittels der Kamera (17) und/oder des Sensormittels (13) ermittelt werden, den Ladevorgang ein- bzw. abzuschalten.
  5. Elektro- und/oder Hybridfahrzeug (2) nach Anspruch 4, wobei die mobile Steuerungsvorrichtung (14) mit einer stationären Steuerungsvorrichtung (9) zur Steuerung des Ein- und Abschalten des Ladevorgangs in der Weise koppelbar ist, dass Steuerungsdaten zwischen der stationären Steuerungsvorrichtung (9) und der mobilen Steuerungsvorrichtung (14) austauschbar sind.
  6. Verfahren zur Steuerung des Ladevorgangs eines Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2), wobei mit Mitteln (3, 4, 5, 7, 8) zum induktiven Laden des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2) und in Abhängigkeit von Überwachungsdaten (11) mindestens einer Kamera (10, 17) und/oder mindestens einem Sensormittels (12, 13) sowie mittels einer stationären Steuerungsvorrichtung (9) und/oder einer mobilen Steuerungsvorrichtung (14) zur Steuerung des Ein- und Abschalten des Ladevorgangs – detektiert wird, ob sich ein für den induktiven Ladevorgang störendes bzw. gefährdetes Objekt in der Umgebung des Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2) und/oder im Elektro- und/oder Hybridfahrzeugs (2) befindet, – der induktive Ladevorgang im Falle des nicht Vorhandenseins des störenden bzw. gefährdeten Objekts gestartet oder weitergeführt wird oder – der induktive Ladevorgang im Falle des Vorhandenseins des störenden bzw. gefährdeten Objekts nicht gestartet oder unterbrochen wird.
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