Ladestation

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft eine Ladestation für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Ladestation. Die DE 10 201 1 015 980 A1 zeigt eine Ladestation für Kraftfahrzeuge, welche eine Primärspuleneinheit zum induktiven Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs und einen Metalldetektor aufweist. Der Metalldetektor dient dabei dazu, metallische Gegenstände in einem Kopplungsbereich zwischen der Primärspuleneinheit und einer Sekundärspuleneinheit eines Kraftfahrzeugs zu detektieren. Falls mittels des Metalldetektors metallische Gegenstände erfasst werden, kann beispielsweise eine Warnung ausgelöst und/oder das Übertragen von Leistung, insbesondere von Starkstrom, an das Primärspulenelement unterbunden werden. Die DE 10 2009 033 236 A1 zeigt eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zur Detektion eines Gegenstands innerhalb eines Raums, der zumindest während einer Energieübertragung einen zwischen einer Primärinduktivität der Vorrichtung und einer Sekundärinduktivität eines Kraftfahrzeugs liegenden Raum umfasst. Mittels der Vorrichtung ist es möglich, Fremdkörper in einem Feldbereich der Primärinduktivität zu erkennen.

Die US 5 821 731 A zeigt ebenfalls eine Ladestation für Kraftfahrzeuge. Die Ladestation umfasst eine Primärspule zum induktiven Übertragen von Ener- gie an eine Sekundärspule eines Kraftfahrzeugs, um dadurch die Batterie des Kraftfahrzeugs zu laden. Die Ladestation umfasst des Weiteren zumindest einen magnetischen Sensor, mittels welchem die Position der Sekundärspuleneinheit eines in der Ladestation geparkten Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladestation für Kraftfahrzeuge sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation bereitzustellen, mittels welchen ein Belegungszustand der Ladestation auf besonders einfache Weise ermittelbar und bereitstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Ladestation für Kraftfahrzeuge sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Ladestation mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Ladestation für Kraftfahrzeuge umfasst eine Pri- märspuleneinheit zum induktiven Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs und einen Metalldetektor. Die erfindungsgemäße Ladestation zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der Metalldetektor dazu ausgebildet ist, ein oberhalb von einer Ladestationsoberfläche der Ladestation angeordnetes Kraftfahrzeug zu erfassen, wobei die Ladestation eine Sendeeinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein Belegungssignal auszusenden, falls mittels des Metalldetektors erfasst wird, dass ein Kraftfahrzeug oberhalb von der Ladestationsoberfläche angeordnet ist.

Vorzugsweise kann die Ladestation dabei in einen Parkplatz integriert sein, sodass auf diesem Parkplatz geparkte Elektrofahrzeuge geladen werden können. Der Metalldetektor ist vorzugsweise als Spule ausgebildet oder weist eine Sendespule und eine separate Empfangsspule auf. Falls der Metalldetektor als Spule ausgebildet ist, kann beispielsweise die Impedanz der Spule und/oder die Wirkleistung der Spule gemessen werden, um zu ermitteln, ob ein Kraftfahrzeug gerade oberhalb von oder auf der Ladestations- Oberfläche angeordnet ist. Denn Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Vielzahl von metallischen Bauteilen auf, sodass mittels des Metalldetektors auf einfache Weise ermittelt werden kann, ob gerade ein Kraftfahrzeug auf der Ladestationsoberfläche abgestellt ist. Die Sendeeinrichtung kann darüber hinaus auch dazu ausgebildet sein, ein Signal auszusenden, welches kenn- zeichnet, dass die Ladestation gerade nicht von einem Kraftfahrzeug belegt ist, solange mittels des Metalldetektors kein Kraftfahrzeug oberhalb von oder auf der Ladestationsoberfläche erfasst wird. Der Metalldetektor ist insbesondere dazu ausgebildet, beliebige Kraftfahrzeuge zu detektieren bzw. zu erfassen, welche oberhalb von der Ladestationsoberfläche der Ladestation angeordnet bzw. geparkt sind. Mittels der erfindungsgemäßen Ladestation ist es also möglich, weitere Kraftfahrzeuge bzw. deren Fahrer darüber in Kenntnis zu setzen, dass die betreffende Ladestation gerade von einem Kraftfahrzeug belegt ist und nicht für einen Ladevorgang zur Verfügung steht.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Me- talldetektor dazu ausgebildet ist, ein Kraftfahrzeug ohne Sekundärspule zu erfassen. Mit anderen Worten ist der Metalldetektor also dazu ausgebildet, beliebige Kraftfahrzeuge zu erfassen und zu detektieren, welche auf der Ladestationsoberfläche oder oberhalb von der der Ladestationsoberfläche der Ladestation angeordnet bzw. geparkt sind. Der Metalldetektor ist dazu aus- gebildet, im Wesentlichen beliebige metallische Komponenten eines Kraftfahrzeugs zu erfassen, sobald ein Kraftfahrzeug auf der Ladestationsoberfläche oder oberhalb von der Ladestationsoberfläche angeordnet ist. Da die Ladestation vorzugsweise in einen Parkplatz integriert sein kann, ist es von Vorteil, wenn der Metalldetektor auch Kraftfahrzeuge ohne Sekundärspulen erfassen kann. Denn es könnte auch sein, dass herkömmliche Kraftfahrzeuge, also Kraftfahrzeuge ohne Elektroantrieb, ebenfalls auf der Ladestation geparkt sind. In einem derartigen Fall kann der Metalldetektor trotzdem erkennen, dass die Ladestation gerade belegt ist, sodass die Sendeeinrichtung das besagte Belegungssignal aussenden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Primärspuleneinheit den Metalldetektor umfasst. Dadurch kann die gesamte Ladestation besonders kompakt ausgebildet sein, da der Metalldetektor ein Teil der Primärspuleneinheit ist. Vorzugsweise ist der Metalldetektor dabei als Spule ausgebildet und zum Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Metalldetektor selbst also als Primärspule ausgebildet, sodass mittels der Primärspule in einer Sekundärspule eines zu ladenden Kraftfahrzeugs eine Spannung induziert werden kann. Der Metalldetektor weist also eine Doppelfunktionalität auf, nämlich zum einen dient der Metalldetektor dazu, zu erfassen, ob ein Kraftfahrzeug auf der Ladestationsoberfläche angeordnet ist, und zum anderen ist der Metalldetektor zusätzlich noch dazu ausgebildet, eine Spannung in einer Sekundärspule eines Kraftfahrzeugs zum Laden der Batterie des betreffenden Kraftfahrzeugs zu induzieren. Dadurch kann die Ladestation insgesamt mit besonders wenigen Teilen und besonders kompakt ausgebildet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ladestation einen Hebemechanismus aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die Primärspuleneinheit zwischen einer versenkten Verstauposition und einer ausgefahrenen Ladeposition zu bewegen. Denn beim induktiven Laden ist für den Wirkungsgrad des Ladevorgangs insbesondere wichtig, dass ein Abstand zwischen der Primärspuleneinheit und einer Sekundärspuleneinheit eines zu ladenden Kraftfahrzeugs besonders gering ist. Durch den Hebemechanismus ist es möglich, die Primärspuleneinheit besonders nah an eine Sekundärspuleneinheit eines zu ladenden Kraftfahrzeugs heranzuführen, sodass der Ladevorgang besonders effizient, also mit einem hohen Wirkungsgrad, erfolgen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Ladestation oder einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladestation wird mittels des Metalldetektors erfasst, ob ein Kraftfahrzeug oberhalb von der Ladestationsoberfläche angeordnet ist, wobei mittels der Sendeeinrichtung der Ladestation ein Belegungssignal ausgesendet wird, falls mittels des Metalldetektors erfasst wird, dass ein Kraftfahrzeug oberhalb von der Ladestationsoberfläche angeordnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ladestation sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, wobei die Ladestation insbesondere Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte aufweist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mittels des Metalldetektors in vorgegebenen Abständen überprüft wird, ob ein Kraftfahrzeug auf der Ladestationsoberfläche angeordnet ist, solange die Primärspuleneinheit nicht zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs betrieben wird. Mit anderen Worten wird der Metalldetektor also in zyklischen Abständen in einer Art Detektionsmodus betrieben, in welchem der Metalldetektor derart angesteuert wird, dass mittels diesem überprüft werden kann, ob gerade ein Kraftfahrzeug oberhalb von der Ladestationsoberfläche bzw. auf dieser angeordnet ist. Der Metalldetektor kann dabei beispielsweise in zyklischen Abständen von wenigen Sekunden oder auch wenigen Minuten betätigt werden, um zu überprüfen, ob ein Kraftfahrzeug oberhalb von oder auf der Ladestationsoberfläche angeordnet ist. Dadurch kann auf zuverlässige Weise ermittelt werden, ob die Ladestation gerade frei oder belegt ist.

Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass, falls der Metalldetektor als Spule und zum Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, der Metalldetektor zum Überprüfen, ob ein Kraftfahrzeug oberhalb von der Ladestationsoberfläche angeordnet ist, mit einer Leistung gespeist wird, welche kleiner als eine Ladeleistung zum Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass insbesondere an Kraftfahrzeugen, welche nur einen Verbrennungsmotor und keine mittels Induktion zu ladende Batterie aufweisen, keine Schäden an metallischen Bauteilen derartiger Kraftfahrzeuge hervorgerufen werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figu- renbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert, in welcher eine Ladestation zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt ist, wobei oberhalb von der Ladestation der Unterboden eines Kraftfahrzeugs angedeutet ist.

Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Ladestation für Kraftfahrzeuge ist in einer schematischen Seitenansicht in der einzigen Figur gezeigt. Die Ladestation 10 umfasst eine Primärspuleneinheit 12 zum induktiven Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs und einen Metalldetektor 14, welcher unterhalb von einer Ladestationsoberfläche 16 der Ladestation 10 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Ladestation 10 noch einen Hebemechanismus 18 auf, welcher dazu ausgebildet ist, die Primärspuleneinheit 12 zwischen einer hier gezeigten versenkten Verstauposition und einer ausgefahrenen Ladeposition zu bewegen. Mit anderen Worten kann der Hebeme- chanismus 18 die Primärspuleneinheit 12 mitsamt dem Metalldetektor 16 in Hochrichtung z der Ladestation 10 auf- und ab bewegen. Zum Antreiben bzw. Verstellen des Hebemechanismus 18 umfasst die Ladestation 10 noch eine Antriebseinheit 20, bei welcher es sich beispielsweise um einen Elekt- romotor handeln kann. Wie zu erkennen, ist der Hebemechanismus 18 vorliegend in Form eines Scherenhubtisches ausgebildet, wobei auch andere Ausgestaltungen des Hebemechanismus 18 möglich sind. Des Weiteren weist die Ladestation 10 noch eine Aluminiumbodenplatte 22 auf, welche die Ladestation 10 nach unten hin abschirmt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Primärspuleneinheit 12 zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs betrieben wird, da dann Magnetfelder entstehen, die mittels der Aluminiumbodenplatte 22 nach unten hin abgeschirmt werden.

Die Ladestation 10 umfasst des Weiteren eine Sendeeinrichtung 24, welche dazu ausgebildet ist, ein Belegungssignal auszusenden, falls mittels des Metalldetektors 14 erfasst wird, dass ein Kraftfahrzeug auf der Ladestationsoberfläche 16 angeordnet ist. Darüber hinaus weist die Ladestation 10 noch eine Steuereinrichtung 26 auf, welche dazu ausgebildet ist, die Sendeeinrichtung 24 in Abhängigkeit von jeweils von dem Metalldetektor 14 empfangenen Signalen anzusteuern. Mit anderen Worten bildet also die Steuereinrichtung 26 ein Bindeglied zwischen dem Metalldetektor 14 und der Sendeeinrichtung 24.

In der vorliegenden Darstellung ist ein Fahrzeugunterboden 28 eines nicht näher bezeichneten Kraftfahrzeugs gezeigt, wobei der Fahrzeugunterboden 28 oberhalb von der Ladestationsoberfläche 16 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug also so geparkt, dass der Fahrzeugunterboden 28 in Hochrichtung z leicht beabstandet von der Ladestationsoberfläche 16 angeordnet ist. Der Metalldetektor 16 ist dabei dazu ausgebildet, jegliche Kraftfahrzeuge - solange sie metallische Bauteile aufweisen - zu erfassen. Mit anderen Worten ist der Metalldetektor 16 auch dazu ausgebildet, Kraftfahrzeuge ohne Sekundärspule zu erfassen und zu detektieren. Die Ladestation 10 ist vorzugsweise in einen nicht näher gezeigten Parkplatz eingelassen bzw. integriert. Sowohl rein mittels eines Verbrennungsmotors angetrie- bene Kraftfahrzeuge als auch Elektrofahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge können somit auf dem Parkplatz und somit oberhalb von der Ladestation 10 abgestellt werden. Mittels des Metalldetektors 16 wird in vorgegebenen Abständen überprüft, ob ein Kraftfahrzeug auf der Ladestationsoberfläche 16 angeordnet ist, vorzugsweise zumindest solange die Primärspuleneinheit 12 nicht zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs betrieben wird. Dazu steuert die Steuer- einrichtung 26 den Metalldetektor 14 zyklisch derart an, dass mittels des Metalldetektors 14 überprüft wird, ob gerade ein Kraftfahrzeug oberhalb von der Ladestationsoberfläche 16 angeordnet ist oder nicht. Sobald mittels des Metalldetektors 16 dabei erfasst wird, dass ein Kraftfahrzeug auf bzw. oberhalb von der Ladestationsoberfläche 16 angeordnet ist, steuert die Steuereinrich- tung 26 die Sendeeinrichtung 24 derart an, dass mittels der Sendeeinrichtung 24 ein Belegungssignal ausgesendet bzw. ausgestrahlt wird.

Dieses Belegungssignal können weitere Kraftfahrzeuge empfangen, sodass insbesondere jeweiligen Fahrern der Kraftfahrzeuge klar ist, dass die La- destation 10 gerade belegt ist. Das Belegungssignal wird dabei drahtlos ausgesendet, beispielsweise über Radiofrequenzen, über ein WLAN-Netz oder dergleichen. Somit können umliegende Kraftfahrzeuge auf einfache Weise detektieren, ob die Ladestation 10 gerade belegt ist oder nicht. Insbesondere für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge ist dies eine wichtige Information, da ein Fahrer eines derartigen Kraftfahrzeugs auf einfache Weise entscheiden kann, ob er die Ladestation 10 zum Laden der Batterie seines Kraftfahrzeugs anfahren sollte oder nicht.

Entgegen der hier gezeigten Darstellung kann die Primärspuleneinheit 12 auch den Metalldetektor 14 umfassen, wobei der Metalldetektor 14 in diesem Fall als Spule ausgebildet und zum Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann es also vorgesehen sein, dass der Metalldetektor 14 als Primärspule ausgebildet ist, mittels welcher eine Spannung in einer jeweiligen Sekundärspule eines Kraft- fahrzeugs zum Laden der betreffenden Batterie des Kraftfahrzeugs induzierbar ist.

Dem Metalldetektor 14 kommt in diesem Fall also eine Doppelfunktionalität zu. Zum einen kann mittels des Metalldetektors 14 erfasst werden, ob die Ladestation 10 als solche überhaupt belegt ist, indem mittels des Metalldetektors 14 überprüft wird, ob gerade ein Kraftfahrzeug oberhalb von der Ladestation 10 angeordnet ist. Darüber hinaus kann der Metalldetektor 14 dazu verwendet werden, eine Spannung in einer Sekundärspule eines zu ladenden Kraftfahrzeugs zu induzieren. Durch die Funktionsintegration kann eine besonders kompakte Primärspuleneinheit 12 mitsamt dem Metalldetektor 14 bereitgestellt werden, da der Metalldetektor 14 die besagte Doppelfunktionalität aufweist. Falls der Metalldetektor 14 als Spule und zum Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, wird der Metalldetektor 14 zum Überprüfen, ob ein Kraftfahrzeug auf oder oberhalb von der Ladestationsoberfläche 16 angeordnet ist, mit einer Leistung gespeist, welche kleiner als eine Ladeleistung zum Übertragen von Energie an eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ist. Insbesondere wenn es sich bei dem oberhalb von der Ladestation 10 angeordneten Kraftfahrzeug um ein Kraftfahrzeug ohne Sekundärspule handelt, kann dadurch vermieden werden, dass metallische Bauteile des Kraftfahrzeugs beschädigt werden. Mittels der beschriebenen Ladestation 10 und dem beschriebenen Verfahren zum Betreiben der Ladestation 10 kann also auf einfache und zuverlässige Weise Kraftfahrzeugen im Umfeld der Ladestation 10 mitgeteilt werden, ob die Ladestation 10 gerade belegt ist, und zwar unabhängig davon, ob die Ladestation 10 gerade von einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder einem ausschließlich mittels eines Verbrennungsmotors angetriebenen Kraftfahrzeug belegt ist.