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Patent Searching and Data


Title:
CHARGING DEVICE AND CHARGING METHOD WITH FLOAT-MOUNTED CHARGING UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/168318
Kind Code:
A2
Abstract:
Charging device comprising a vehicle having a charging module (2) in the underfloor of the vehicle and a positionally fixed charging station (4) having a charging unit (8) for inductively charging a battery of the vehicle, wherein the charging station is mounted near to the ground or in the ground, the charging unit is mounted in a floating fashion in the charging station, the charging unit has a predefined horizontal movement range, the charging module has at least one locating magnet (7), the charging unit has at least one positioning magnet (8), the charging unit is embodied as a primary coil, and the charging module is embodied as a secondary coil.

Inventors:
PROEBSTLE HARTMUT (DE)
KRAMMER JOSEF (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/060736
Publication Date:
December 13, 2012
Filing Date:
June 06, 2012
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
PROEBSTLE HARTMUT (DE)
KRAMMER JOSEF (DE)
International Classes:
B60L11/18
Foreign References:
DE4236286A11994-05-05
DE102009023409A12010-12-09
Attorney, Agent or Firm:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Ladevorrichtung, umfassend ein Fahrzeug mit einem Lademodul (2) im

Fahrzeugunterboden und eine ortsfeste Ladestation (4) mit einer Ladeeinheit (6), induktiven Laden einer Batterie des Fahrzeugs,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Ladestation bodennah oder im Boden gelagert ist,

dass die Ladeeinheit in der Ladestation schwimmend gelagert ist,

dass die Ladeeinheit eine vorgegebene horizontale Bewegungsfläche aufweist, dass das Lademodul zumindest einen Lokalisierungsmagneten (7) aufweist, dass die Ladeeinheit zumindest einen Positionierungsmagneten (8) aufweist, dass die Ladeeinheit als Primärspuie ausgebildet ist,

dass das Lademodul als Sekundärspule ausgebildet ist.

Ladevorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Ladestation mit einer viskosen, nichtleitenden und unmagnetischem Medium mit einer ersten Dichte zumindest teilweise gefüllt ist,

dass die Ladeeinheit Schwimmkörper ynd/oder Hohlkörper mit einer zweiten Dichte aufweist,

- dass die erste Dichte größer ist als die zweite Dichte.

Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

- dass der zumindest eine Lokalisierungsmagnet als G leichf eidmag net ausgebildet ist,

- dass der zumindest eine Positionierungsmagnet als Gleichfeldmagnet ausgebildet ist,

- dass der zumindest eine Lokalisierungsmagnet und der zumindest eine

Positionierungsmagnet derart angeordnet sind, dass die Magnetfeldorientierung des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und die Magnetfeldorientierung des zumindest einen Positionierungsmagneten zu einer anziehenden Positionierungskraft zwischen dem zumindest einen Lokalisierungsmagneten und dem zumindest einen

Positionierungsmagneten führen,

- dass durch die Positionierungskraft eine Horizontalbewegung der Ladeeinheit bewirkbar ist,

- dass in einer Ladeposition der Ladeeinheit die potentielle Energie der

Positionierungsmagnete im Magnetfeld der Lokalisierungsmagnete und in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal minimal ist.

Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die Ladestation in den Straßenkörper oder den Stellplatzuntergrund integriert ist,

Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die Ladevorrichtung eine Rückstellfeder zwischen der Ladestation und der

Ladeeinheit aufweist,

- dass die Rückstellfeder auf die Ladeeinheit eine Federkraft in Richtung des Mittelpunkts der horizontalen Bewegungsfläche ausübt.

- dass bei in dem horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit befindlichem

Lademodul die Federkraft geringer ist als die Positionierungskraft.

6. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

- dass zwischen der Ladestation und dem Lademodul Informationen austauschbar sind,

- dass die Informationen Ortsangaben des Fahrzeugs beinhalten,

- dass die Informationen Zustandsinformationen der Batterie beinhalten,

- dass die Informationen Regelgrößen für einen Batterieladevorgang beinhalten.

Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Ladestation relativ zum Fahrzeugunterboden in vertikaler Richtung bewegbar ist.

Ladeverfahren für eine Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

dass das Fahrzeug in eine Halteposition verbracht wird, in der das Lademodul im Bewegungsbereich befindlich ist,

dass in der Halteposition die schwimmende Ladeeinheit vom Lademodul angezogen wird und die Ladeposition erreicht,

dass ein Batterieladevorgang bei Erreichen der Halteposition oder der Ladeposition gestartet wird,

dass der induktive Energieübertrag zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in der Ladeposition in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal maximal ist.

Ladeverfahren mit einer Ladevorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

- dass das Fahrzeug in eine Halteposition verbracht wird, in der das Lademodul im

Bewegungsbereich befindlich ist,

- dass in der Halteposition die schwimmende Ladeeinheit vom Lademodul angezogen wird und die Ladeposition erreicht,

- dass ein Batterieladevorgang bei Erreichen der Halteposition oder der Ladeposition gestartet wird,

- dass der induktive Energieübertrag zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in der Ladeposition in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal maximal ist, und

- dass der vertikale Abstand zwischen Primärspule und Sekundärspule zur Erhöhung der übertragenen Leistung durch eine Bewegung der Ladestation in vertikaler Richtung minimiert wird.

Description:
Ladevorrichtung und Ladeverfahren mit schwimmender Ladeeinheit

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung und ein Ladeverfahren mit schwimmender

Ladeeinheit, wobei die Ladevorrichtung ein Fahrzeug mit einem Lademodul im

Fahrzeugunterboden und eine ortsfeste Ladestation mit einer Ladeeinheit umfasst, um eine

Batterie des Fahrzeugs induktiv zu laden.

Im nächsten Jahrzehnt werden Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb wie etwa Elektro- und Hybridfahrzeuge vermehrt Marktanteile im Automobilsektor gewinnen. Diese Fahrzeuge verfügen häufig über eine externe Wiederauf lademöglichkeit, die meist kabelgebunden ausgeführt ist. Deshalb werden solche Fahrzeuge auch als Plug-in-Fahrzeuge bezeichnet. Das Laden eines Plug-in-Fahrzeugs muss auf einem robusten, nachhaltigen und

alltagstauglichen Konzept beruhen, um flächendeckende Serienreife erlangen zu können. Ziel ist es dabei, im Rahmen der öffentlichen Infrastruktur (Straßen und Autobahnen) und der privaten Infrastruktur (Stellplätze und Garagen) ein effizientes und komfortables Laden zu ermöglichen. Dabei wird in der bisherigen Entwicklung vorzugsweise von kabelgebundenen Ladestationen ausgegangen.

Zunehmend werden auch kabellose Ladestationen mit berührungsloser Energieübertragung in Betracht gezogen. Diese induktive Ladetechnik ist im Stand der Technik bereits bekannt. Die Schrift DE 42 36 286 AI beschreibt zum Beispiel eine Vorrichtung mit einer fa rzeugseitigen Sekundärladespule und einer Primärladespule der Ladestation, die zum Laden des Fahrzeugs an einem Führarm an das Fahrzeug herangeführt wird. Da der Führarm zur Herstellung einer optimalen Ladeverbindung zwischen den beiden Spulen sensorgesteuert motorisch bewegt wird, handelt es sich um eine komplexe und kostenintensive Ausgestaltung. In der Schrift DE 10 2009 023 409 A1 wird zum Beispiel ein Fah rzeug-Andock-S stem beschrieben, bei dem die Fahrzeugbewegung genutzt wird, um eine Sekundärladespule am Fahrzeug mit einer

Primärladespule an einer Ladestation in Kontakt zu bringen. Dies ist für den Fahrer mit der Notwendigkeit verbunden, das Fahrzeug zielgenau, d.h. unter Umständen mit Rangieraufwand, an eine exakt vorgegebene Zielposition zu bewegen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ladevorrichtung und ein verbessertes

Ladeverfahren anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Ladevorrichtung und Ladeverfahren mit schwimmender Ladeeinheit gemäß Anspruch 1 , Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,

Erfindungsgemäß ist die Ladestation bodennah oder im Boden gelagert. Ferner ist die

Ladeeinheit schwimmend in der Ladestation gelagert und weist einen vorgegebenen horizontalen Bewegungsbereich auf. Außerdem weist das Lademodul zumindest einen Lokalisierungsmagneten und die Ladeeinheit zumindest einen Positionierungsmagneten auf. Die Ladeeinheit ist als Primärspule ausgebildet, das Lademodul als Sekundärspuie. Dadurch wird bewirkt, dass die Ladestation zwar ortsfest gelagert sein kann. Die die

Primärspule tragende Ladeeinheit ist jedoch in horizontaler Richtung, d.h. in x-Richtung

(Längsachse) und y-Richtung (Querachse) eines fahrzeugbezogenen Koordinatensystems, beweglich gelagert und innerhalb des horizontalen Bewegungsbereichs ortsungebunden. Als Boden werden insbesondere diejenige Ebene und der Bereich unterhalb dieser Ebene verstanden, auf welcher die Räder des Fahrzeugs abrollen. Im Rahmen dieses Dokuments bildet der Untergrund dazu einen synonymen Begriff.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ladestation zumindest teilweise mit einem viskosen, nichtleitenden und unmagnetischem Medium mit einer ersten Dichte gefüllt. Die Ladeeinheit weist Schwimmkörper und/oder Hohlkörper mit einer zweiten Dichte auf, die geringer ist als die erste Dichte.

Die Schwimmkörper bzw. die Hohlkörper stellen sicher, dass die Ladeeinheit im Wesentlichen auf dem flüssigen Medium schwimmt. Die hierfür nötige Auftriebskraft der Ladeeinheit geht auf teilweises Eintauchen der Ladeeinheit in das flüssige Medium zurück.

Vorzugsweise sind der zumindest eine Lokalisierungsmagnet, insbesondere jeder, und der zumindest eine Positionierungsmagnete, insbesondere jeder, als Gleichfeldmagnete ausgebildet. Durch die Anordnung des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und des zumindest einen Positionierungsmagneten führen die Magnetfeldorientierung des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und die Magnetfeldorientierung des zumindest einen

Positionierungsmagnete zu einer anziehenden Positionierungskraft zwischen des zumindest einen Lokalisierungsmagneten und des zumindest einen Positionierungsmagneten. Durch die Positionierungskraft wird eine Horizontalbewegung der Ladeeinheit induziert. In einer als Ladeposition bezeichneten Position der Ladeeinheit ist die potentielle Energie der

Positionierungsmagnete im Magnetfeld der Lokalisierungsmagnete in Bezug zu dem

horizontalen Bewegungsbereich lokal minimal.

Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Positionierungsmagnete von den

Lokalisierungsmagneten angezogen werden. Bei im Bereich der Ladestation befindlichem Lademodul wird die Ladeeinheit mit der Primärspule und den Positionierungsmagneten vom Lademodul mit der Sekundärspule und den Lokalisierungsmagneten angezogen. Dabei erreicht die Ladeeinheit bezüglich ihrer Beweglichkeit in x-Richtung und y-Richtung in dem horizontalen Bewegungsbereich ein lokales Minimum potentieller Energie, wobei der Ort des lokalen Minimums durch die Position des Lademoduls bestimmt ist. Falls das Lademodul nicht im Bereich der horizontalen Bewegungsfläche befindlich ist, kann es zwar zu einer

Wechselwirkung der Magnetfelder der Lokalisierungs- und Positionierungsmagnete kommen, ein iokales Minimum potentieller Energie ist in diesem Fall von der Ladeeinheit jedoch nicht einnehmbar. Das Lademodul ist also dann im Bereich der horizontalen Bewegungsfläche befindlich, falls das Lademodul in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem bezüglich der x- Achse und y- Achse Positionskoordinaten einnimmt, die im gleichen Bezugssystem von der beweglichen Ladeeinheit einnehmbar sind. Mit anderen Worten befindet sich in diesem

Koordinatensystem dann das Lademodul bezüglich der x-Achse und y-Achse in dem horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit.

Falls es sich bei den Lokalisierungs- und Positionierungsmagneten um Elektromagneten handelt, können nach einer besondere Ausführungsform die Magnete nur dann bestromt werden, falls sich das Lademodul in diesem horizontalen Koordinatenbereich bewegt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation in den Straßenkörper oder den Stellplatzuntergrund integriert.

Dies ermöglicht eine unauffällige und platzsparende Unterbringung der Ladestation

beispielsweise auf öffentlichen Parkplätzen oder in der privaten Garage. Bevorzugt weist die Ladevorrichtung zwischen der Ladestation und der Ladeeinheit eine

Rückstellfeder auf. Die Rückstellfeder übt auf die Ladeeinhert eine Federkraft in Richtung des Mittelpunkts der horizontalen Bewegungsfläche aus. Falls das Lademodul im horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit befindlich ist, ist die Federkraft geringer ist als die

Positionierungskraft.

Dadurch ist gewährleistet, dass die Rückstellfeder die Ladeeinheit im horizontalen Zentrum der Bewegungsfläche positioniert, falls sich kein Fahrzeug mit Lademodul im Bereich der

Ladestation befindet. Diese Position dient als Ausgangsposition der Ladeeinheit, falls ein Lademodul eines zu ladenden Fahrzeugs in den Bereich der Ladestation bewegt wird.

Mit der beschriebenen Ladevorrichtung ist ein Ladeverfahren durchführbar, bei dem das Fahrzeug zunächst eine Halteposition einnimmt, in der das Lademodul im Bewegungsbereich befindlich ist. In der Halteposition wird die schwimmende Ladeeinheit vom Lademodul angezogen und die Ladeposition erreicht. Ein Batterieladevorgang wird bei Erreichen der Halteposition oder der Ladeposition gestartet. Dies bedeutet, dass die Primärspule von einem äußeren Wechselstromnetz gespeist wird, um ein magnetisches Wechselfeld aufzubauen. Der induktive Energieübertrag zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ist in der

Ladeposition in Bezug zum horizontalen Bewegungsbereich lokal maximal. Dieses Ladeverfahren bietet dem Fahrzeugführer den Vorteil, dass das Fahrzeug zum Laden der Batterie ausreichend genau oberhalb der Ladestation positioniert ist, wenn das Lademodul lediglich im horizontalen Bewegungsbereich der Ladeeinheit befindlich ist. Die schwimmende Ladeeinheit wird dann automatisch in die Ladeposition bewegt und zum Laden in der

Ladeposition gehalten. In der Ladeposition ist der Energietransfer zwischen der Primärspule u d der Sekundärspule maximal. Dies bedeutet in anderen Worten, dass, falls die Ladeeinheit in x-Richtung und/oder y-Richtung an einer von der Ladeposition befindlich ist, der

Energieübertrag zwischen den Spulen geringer ist als in der Ladeposition. Die Ladeposition bildet also ein lokales Maximum der übertragbaren elektrischen Leistung. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwischen der Ladestation und dem Lademodul Informationen austauschbar. Die austauschbaren Informationen beinhalten Ortsangaben des Fahrzeugs, sowie Zustandsinformationen der Batterie und Regelgrößen für einen Batterieladevorgang. Die Informationen sind beispielsweise nutzbar, um den Fahrer bei der Einnahme einer

Halteposition durch Navigationsanweisungen zu unterstützen. Die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation kann auch zur Identifikation des Fahrzeugs verwendet werden, um zum Beispiel eine automatischen Abrechnung des Ladevorgangs mit dem Halter

durchzuführen. Durch die Identifikation eines bestimmten Fahrzeugschlüssels kann eine solche Abrechnung auch fahrerspezifisch durchgeführt werden.

Nach einer bestimmten Weiterbildung ist die Ladestation relativ zum Fahrzeugunterboden in vertikaler Richtung beweglich. Dadurch kann bei erreichter Ladeposition durch die Ladeeinheit der räumliche Abstand zwischen den beiden Spulen in vertikaler Richtung, d.h. in Richtung der Fahrzeughochachse, minimiert werden, um den Energieübertrag von der Primär- zur Sekundärspule zu erhöhen.

Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:

Kabelgebundene Ladestationen für Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Fahrzeuge sind

unkomfortabel und in der öffentlichen Infrastruktur unzureichend umsetzbar. Kabellose, induktive Ladeverfahren verfügen bisher über unzureichende Konzepte für eine effiziente Energieübertragung und Fahrzeugankopplung. Die beiden Punkte erfordern eine nahe

Anbindung der„Tankstation", d.h. der primären Überträgerseite, zum Fahrzeug aus Gründen des Leitungsverlustes. Zudem muss die Ausführung aufgrund der Einbindung in die öffentliche Infrastruktur wie etwa dem Straßenbelag oder dem Tiefgaragenboden witterungsbeständig sein und gewisse„Unscharfen" bzw. Positionen des zu tankenden Fahrzeugs ausgleichen und damit Ladeverluste minimieren, d.h. einen idealen Kontakt zwischen Ladestation und Fahrzeug „automatisch" herstellen.

Als Verbesserungsmaßnahme soll eine witterungsbeständige Ladestation eingeführt werden, die eine hermetisch von der Umwelt abgeschlossene Ladeeinheit beinhaltet. Hierbei kommt ein witterungsbeständiges vergossenes Gehäuse beispielsweise aus PE oder PTFE zum Einsatz, das die Ladeeinheit vollständig integriert. Die Ladestation kann sowohl in die öffentliche Infrastruktur (z.B. Straßenbelag) als auch in die private Infrastruktur (z.B. Garage) integriert werden.

Zusätzlich weist die witterungsbeständige, integrierte Ladestation eine„selbstoptimierende" Positionierung der Ladeeinheit relativ zum Fahrzeug auf, um Ladeverluste zu minimieren und beliebige Positionen des Ladefahrzeugs zuzulassen. Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte

Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematisch

Fig. 1 Eine Ladevorrichtung mit schwimmender Einheit, Ansicht Richtung Fahrzeug- Längsachse

Fig. 2 Eine Ladevorrichtung mit schwimmender Einheit, Ansicht Richtung Fahrzeug-Hochachse {von oben)

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen den gleichen technischen Gegenstand.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch einen Vorderwagen oder Hinterwagen (1) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Am Fahrzeugunterboden befindet sich ein Lademodul (2). Das

Lademodul, das insbesondere eine Sekundärspule zum induktiven Laden des Fahrzeugs an einer externen Primärspule umfasst, weist eine bestimmte„fahrzeugfeste" Montageposition auf.

Bei haltendem oder parkendem Fahrzeug seien durch das Lademodul in dem einem Fachmann bekannten fahrzeugbezogenen Koordinatensystem der Nullpunkt der x- Achse (Längsachse) und der Nullpunkt der y-Achse (Querachse) gegeben.

Das Lademodul weist auch mindestens einen Gleichfeldmagnet (7) auf, der als

Lokalisierungsmagnet bezeichnet wird. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird weiterhin von zwei Lokalisierungsmagneten ausgegangen. Dabei kann es sich um Permanent- oder Elektromagnete handeln.

In den Untergrund des Halteplatzes des Fahrzeugs (3) ist die ortsfeste, induktive Ladestation (4) integriert. Bei dem Halteplatz kann es sich beispielsweise um eine öffentliche Ladestation auf Parkplätzen, Rastplätzen, Haltebuchten, etc. oder um eine im Privatbereich installierte Ladestation handeln, z.B. in der häuslichen Garage. Die Ladestation ist am Untergrund fixiert und bei einer Bauhöhe der Ladestation in z-Richtung (Fahrzeughochachse), die die

Bodenfreiheit gängiger Elektro- und Hybridfahrzeuge übersteigt, zumindest teilweise in den Trag- bzw. Deckschichten und/oder im Fundament des Straßenkörpers oder des Halteplatzes versenkt. 205 Die Ladestation wird im Wesentlichen von einem mit einem flüssigen Medium (5) gefüllten Behälter gebildet. Dabei kann es sich beispielsweise um ein viskoses, unmagnetisches und elektrisch nicht-leitendes Öl handeln, in dem Behälter und auf dem flüssigen Medium ist die Ladeeinheit (6) der induktiven Ladestation schwimmend, d.h. in x-Richtung und y-Richtung beweglich gelagert. Die Bewegungsfreiheit ist durch den Behälter in x-Richtung und y-Richtung

210 begrenzt und wird als horizontale Bewegungsfläche (6a) bezeichnet. Bezüglich der Querachse weist die Ladestation eine Länge von idealerweise 30%-80% der Fahrzeugbreite auf. Auch kleinere Ladestationen sind denkbar, jedoch ist dabei die Beweglichkeit der Ladeeinheit eingeschränkt und das Fahrzeug für das Laden umso genauer zu platzieren. Insbesondere bei komplett im Boden versenkten Stationen kann die Breite der Station die Fahrzeugbreite auch

215 überschreiten. Die Ladeeinheit ist mit der primären Spule für die einem Fachmann bekannte induktive Energieübertragungstechnik ausgestattet. Die schwimmende Lagerung kann durch in die Primärspule integrierte Hohlräume (9) oder in der Einheit untergebrachte Schwimm- und oder Luftkörper bewerkstelligt sein, so dass die Dichte des flüssigen Mediums die Dichte der Ladeeinheit übersteigt. Die Ladestation wird mit Wechselstrom gespeist, vorzugsweise über

220 das öffentliche oder häusliche Wechselstromnetz (1 1 ).

Außerdem verfügt die Ladeeinheit über mindestens einen Gleichfeldmagneten (8), der als Permanent- oder Elektromagnet ausgestaltet ist und als Positionierungsmagnet bezeichnet wird. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird weiterhin von zwei Positionierung smagneten 225 ausgegangen.

Um das Elektro- oder Hybridfahrzeug zu laden, wird das Fahrzeug so im Bereich des

Haltplatzes mit der Ladestation platziert, dass der Bereich des Fahrzeugs mit dem Lademodul in z-Richtung oberhalb des Behälters der Ladestation befindlich ist. Eine solche Halteposition ist

230 schematisch in der Draufsicht in Fig. 2 dargestellt. Der Fahrzeugnutzer kann dabei durch

bauliche Positionierungshilfen wie Markierungen, Radanschläge oder seitliche

Führungsschienen im Bodenbelag unterstützt werden. Der Fahrer kann auch elektronisch wie beispielsweise vom Navigationssystem geleitet werden oder von akustischen oder optischen Signalen, wie sie etwa von Einparkhilfen bekannt sind. Hierbei kann auch eine

235 Datenkommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation zur Positionsbestimmung zum Einsatz kommen. In jedem Fall hat der Fahrer, um einen Batterieladevorgang einzuleiten, das Fahrzeug lediglich bezüglich der Ladestation in eine relativ grobe Position zu bringen, die durch die horizontale Bewegungsfläche bestimmt ist. Die Herstellung der Halteposition des Fahrzeugs setzt keinerlei Rangierbewegungen voraus und bringt für den Fahrer keine

240 Komforteinbuße. Bei Einnahme einer Halteposition weicht die Position des Lademoduls

bezüglich der x-Achse und der y-Achse von der Position der Ladeeinheit bezüglich der x-Achse und der y Achse in dem gleich fahrzeugfesten Koordinatensystem also unter Umständen ab. Jedoch befinden sich in der Halteposition die (x,y)-Ortskoordinaten des Lademoduls in dem (x,y)-Koordinatenbereich, der im gleichen Bezugssystem von der horizontalen

245 Bewegungsfläche der Ladeeinheit gebildet wird, siehe Fig. 2.

Die Feldstärken der Lokalisierungs- und Positionierungsmagnete und die Viskosität des flüssigen Mediums sind derart bemessen » dass, sofern das Fahrzeug eine Halteposition wie oben beschrieben einnimmt, die Magnetfelder der Lokalisierungsmagneten mit den

250 Magnetfelder der Positionierungsmagneten derart in Wechselwirkung treten, dass die

Ausrichtungen der Magnetfelder in einer anziehenden Kraft resultieren. Diese Kraft führt zu einer Bewegung der Ladeeinheit, um die Position mit dem Minimum an potentieller Energie der Positionierungsmagneten gegenüber den Lokalisierungsmagneten einzunehmen. Diese Position wird als Ladeposition bezeichnet. Um diese einzunehmen, kann es zu einer

255 kombinierten Bewegung in x-Richtung und y-Richtung sowie einer Drehbewegung der

Ladeeinheit um die z-Achse kommen.

Ein hoher Energieübertrag mit möglichst kleinem Energieverlust erfolgt bei möglichst hohem die Sekundärspule durchsetzenden magnetischem Fluss der Primärspule. Bezüglich der x-Richtung

260 und der y-Richtung ist dies in der Ladeposition durch die Position der Lokalisierungsmagnete relativ zur Sekundärspule und der Positionierungsmagnete relativ zur Primärspule

gewährleistet. Anzumerken ist, dass die Einnahme der optimalen Ladeposition durch die Ladeeinheit sowohl bei aktivierter Ladung, d.h. bei in Betrieb befindlicher Primärspule mit hochfrequentem Magnetwechselfeld, als auch bei außer Betrieb befindlicher Primärspule

265 möglich ist. Bei aktiviertem Wechselfeld hat dies im zeitlichen Mittel keine Auswirkung auf die Wechselwirkung der Gleichfelder der Lokalisierungsmagneten und der

Positionierungsmagneten. Bezüglich der z-Achse ist der Energieübertrag umso effizienter, je kleiner der Abstand zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in der optimalen

Ladeposition ist. Dieser Abstand ist bestimmt von der Bodenfreiheit des Fahrzeugs, der

270 Verbautiefe der Ladestation im Untergrund und der Füllhöhe des flüssigen Mediums im

Behälter. Der Abstand kann minimiert werden durch eine möglichst hohe Füllhöhe des

Behälters mit dem flüssigen Medium in positiver z-Richtung und durch einen möglichst geringen Abstand vom Fahrzeug untertboden zur Ladestation bei eingenommener Haiteposition. Hierfür können die Ladestation und/oder deren Integration im Untergrund zum Beispiel auf einen speziellen Fahrzeugtyp ausgelegt sein. Alternativ kann auch die Fahrzeugkonstruktion auf den

Halteplatz mit der Ladestation abgestimmt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ladestation relativ zum Fahrzeug oder das Fahrzeug relativ zur Ladestation heb- und senkbar, um in der optimalen Ladeposition den Abstand zwischen den beiden Spulen zu minimieren. Dies kann beispielsweise mit einer ebenfalls im Halteplatz integrierten Hebe- oder Senkbühne für die Ladestation oder das Fahrzeug erreicht werden.

Während des Ladens verbleibt die Ladeeinheit in der optimalen Ladeposition, da diese Position wie oben beschrieben ein lokales energetisches Minimum bildet.

Nach einem erfolgten Ladevorgang und/oder nach der Entfernung des Fahrzeugs von der Halteposition nimmt die Ladeeinheit eine vorgegebene Ausgangsposition in dem Behälter ein, die zum Beispiel über integrierte, zentriert an der Ladestation und Ladeeinheit befestigten Rückstellfeder (10), siehe Fig. 1 , herstellbar ist. Die Federkraft der Rückstellkraft ist auf die minimal anziehende Kraft des Lokalisierungs- und Positionierungsmagnet bei in einer

Halteposition befindlichem Fahrzeug so gering auszulegen, dass die Bewegung der Ladeeinheit nicht unterdrückt wird. Nach einer weiteren Ausgestaltungsform der Ladevorrichtung kann ein Ladevorgang erst bei erreichter Halteposition freigeschaltet werden. Hierfür kann eine Kommunikationsverbindung mit einer Kommunikationseinheit am Fahrzeug und einer Kommunikationseinheit an der

Ladestation vom Fahrzeug zur Ladestation oder auch zum Netzbetreiber eingesetzt werden, die auch mit einer Fahrzeug Identifikation und/oder obig beschriebenen Positionserfassung des Fahrzeugs kombiniert sein kann. Hiervon sind auch betriebswirtschaftliche Modelle für eine automatisierte Abrechnung des Ladevorgangs mit dem Stromversorger ableitbar, sofern die Fahrzeugidentifikation auch eine Fahrer- oder Halteridentifikation, z.B. über die Identifikation eines bestimmten, einer natürlichen oder juristischen Person zugeordneten

Fahrzeugschlüssels, umfasst. Die beschriebene Ladevorrichtung ynd das beschriebene Ladeverfahren bergen insbesondere für den Fahrzeugführer erhebliche Vorteile. Durch das selbstoptimierende, auf Magnetfeldern basierende Konzept unter Verzicht auf äußerlich bewegliche Teile kann die Ladestation nach außen hin sehr einfach und robust gestaltet werden. Eine derartige, fest am Untergrund installierte Ladestation verspricht neben der einfachen Bedienbarkeit auch eine hohe

Langlebigkeit. Für die Anwendung im Freien besticht die Ladevorrichtung durch die

Witterungsbeständigkeit, da alle elektrischen Komponenten der Ladestation im Behälter unterbringbar oder im Untergrund verlegbar sind. Dies betrifft beispielsweise die Anbindung an des externe Wechselstromnetz oder die Kommunikationseinheit.

Bezugszeichenliste

1 Vorder- oder Hinterwagen 2 Lademodul

3 Stellplatzuntergrund

4 Ladestation

5 Flüssiges Medium

6 Ladeeinhert

6a Horizontale Bewegungsfläche

7 Lokalisierungsmagnet

8 Positionierungsmagnet

9 Hohlräume oder Schwimmkörper

10 Rückstellfeder

1 1 Wechselstromnetz

x Längsachse

y Querachse

z Hochachse