AT516078A1

AT516078A1 - Fahrzeugladestation mit einem Gelenkarm

Info

Publication number: AT516078A1
Application number: ATA50508/2014A
Authority: AT
Inventors: Florian Dr Buehs; Andreas Laske; Peter Enenkel; Andre Dr Rompe; Jürgen Francke; Frank Voss
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-02-15
Also published as: WO2016012173A1; EP3140151A1; US20170217324A1; CA2955876A1; RU2017105756A3; RU2017105756A; CN106536267A

Abstract

Fahrzeugladestation zum Laden des Energiespeichers (17) in einem batteriebetriebenen Fahrzeug (5), insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug (5) während des Ladevorgangs in einer vordefinierten Parkposition (24) parkt, umfassend: a) eine Basis (2), die in der Nähe der vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist; b) einen Gelenkarm (4), der mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk (3) an der Basis (2) gelagert und mittels eines Drehantriebs (31) drehangetrieben ist, und der mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (7) mit einer Speise-Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, so dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) durch eine 20 Schwenkbewegung des Gelenkarms (4) zwischen einer Ruhestellung, in welcher die Speise-Kontaktvorrichtung (8) sich oberhalb des Fahrzeugdaches (10) befindet, und einer Arbeitsstellung, in welcher zum Zweck des Ladens ein elektrischer Kontakt zwischen der Speise-Kontaktvorrichtung (8) und einer auf dem Fahrzeugdach (10) stationär angeordneten Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9) hergestellt ist, verstellbar ist.

Description

Beschreibung

Fahrzeugladestation mit einem Gelenkarm

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet von Elektrofahrzeugen, insbesondere eine Ladestation und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers in einem Elektrofahrzeug.

Stand der Technik

Im öffentlichen Nahverkehr sind seit langem batteriebetriebene Transportsysteme bekannt, beispielsweise aus der DE 24 05 198. Neuerdings werden auch vollelektrische Busse eingesetzt, deren gesamter Energiebedarf über das mitgeführte Batteriesystem gedeckt wird. Im Stadtgebiet Wiens werden heute bereits derartige Vollelektrobusse betrieben, die ihre Antriebsleistung vollständig aus mehreren mitgeführten Lithium-Ferrit-Batterien mit einer Gesamtkapazität von etwa 100 kWh beziehen. Die Batterien sind dabei teilweise am Dach bzw. am Heck des Fahrzeugs untergebracht. Nachgeladen werden diese Batterien innerhalb von etwa 15 Minuten während der Betriebszeit jeweils in einer Endstation der Buslinie und über Nacht, wenn der Vollelektrobus nicht in Betrieb ist. Zum Laden wird per Knopfdruck ein am Fahrzeugdach des Elektrobusses vorgesehener Stromabnehmer ausgefahren und mit einem Fahrleitungsnetz oberhalb des Elektrobusses in Kontakt gebracht. Vor Antritt der Fahrt wird wieder durch eine manuelle Schalthandlung der Kontakt mit dem Fahrleitungsnetz getrennt.

Von Nachteil ist dabei, dass der Stromabnehmer samt der Hebe-bzw. Absenkvorrichtung auf dem Fahrzeugdach mitgeführt wird. Dies erfordert zusätzliche Antriebsenergie und verringert die Nutzlast des Vollelektrobusses. Außerdem besteht die Hebe- bzw. Absenkvorrichtung aus mehreren bewegten Teilen. Sie sind samt Antriebstechnik auf dem Dach der Witterung ausgesetzt und störanfällig. Außerdem beansprucht der Aufbau des ausfahrbaren Stromabnehmers auf dem Fahrzeugdach ein Bauvolumen, welches die Durchfahrtshöhe des Elektrobusses begrenzt. Für den Ladevorgang sind manuelle Schalthandlungen erforderlich. Wünschenswert wäre aber ein automatisch ablaufender Ladevorgang.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und einen Ansatz zu schaffen, mit dem zum Laden des Energiespeichers eines batteriebetriebenen Fahrzeugs möglichst keine fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung mit bewegten Teilen erforderlich ist und wobei der Ladevorgang weitgehend automatisierbar ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7, sowie durch ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.

Vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass beim Laden des Energiespeichers eines stillstehenden, sich in einer vordefinierten Parkposition befindlichen Elektrofahrzeugs, nicht eine fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung an ein Fahrleitungsnetz andockt, sondern die stationsseitige Kontaktvorrichtung beweglich ist.

Die Ladestation gemäß der Erfindung umfasst a) eine Basis, die in der Nähe der vordefinierten Parkposition angeordnet ist; b) einen Schwenkarm, der mit seinem einen Ende an in einem an der Basis angebrachten Drehantriebs um eine Achse drehangetrieben gelagert ist und an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks mit einer stationsseitige in Kontaktvorrichtung verbunden ist, so dass die stationsseitige Kontaktvorrichtung durch eine Schwenkbewegung zwischen einer Ruhestellung (Figur 3), in welcher die stationsseitige

Kontaktvorrichtung sich oberhalb des Fahrzeugdaches befindet, und einer Arbeitsstellung (Figur 1), in welcher eine elektrischer Kontakt zwischen der stationsseitige in Kontaktvorrichtung und einer auf dem Fahrzeugdach fix montierten Kontaktvorrichtung hergestellt ist, verstellbar ist.

Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich daraus, dass fahrzeugseitig kein Stromabnehmer mit beweglichen Teilen mehr erforderlich ist. Entsprechend geringer fällt das Gewicht pro Fahrzeug aus. Die fahrzeugseitige Kontakteinrichtung kann einfach ausgeführt werden, beispielsweise durch streifenförmigen Kontakte Elemente, die im Wesentlichen bündig mit der Fahrzeugsilhouette am Fahrzeugdach angeordnet sind. Die Kontaktvorrichtung am Fahrzeugdach ist daher robust und wenig störanfällig gegenüber Einflüssen der Witterung.

Der Ablauf beim Laden ist automatisierbar.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die auf dem Fahrzeugdach angeordnete Kontaktvorrichtung durch eine Anordnung von zumindest zwei länglichen Kontaktstreifen gebildet. Diese Kontaktstreifen sind aufgrund ihrer Größe so bemessen, dass innerhalb einer vorgegebenen Parkposition-Toleranz zuverlässig eine elektrische Verbindung zwischen den durch die Schwenkbewegung des Schwenkarms an das Fahrzeug herangeführten Ladespannung-führenden Kontakten und den fahrzeugseitigen Kontakten hergestellt werden kann. Die Kontaktstreifen können dabei entweder in Richtung der Längserstreckung des Fahrzeugs oder quer dazu auf dem

Fahrzeugdach angeordnet sein. Dadurch wird die Parkposition-Toleranzgrenze im erstgenannten Fall in Fahrtrichtung, im zweitgenannten Fall quer zur Fahrtrichtung erhöht.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die stationsseitige Kontaktvorrichtung vier in Form eines Kreuzes angeordnete Kontaktstreifen aufweist, die mit korrespondierenden Kontaktstreifen, die auf dem Fahrzeugdach in Form eines Viereckes angeordnet sind, Zusammenwirken. Günstig ist dabei, wenn die Kontaktstreifen des Kreuzes gleiche Länge aufweisen, und die Kontaktstreifen des Vierecks Seitenabschnitte eines Quadrats bilden. Dadurch ergibt sich sowohl in Fahrtrichtung als auch quer zur Fahrtrichtung ein günstiger Toleranzbereich der vordefinierten Parkposition des Fahrzeugs. Es reicht aus, wenn die Fahrzeug-Parkposition innerhalb dieser Grenzen liegt.

In einer anderen bevorzugten Ausführung kann auch umgekehrt vorgesehen sein, dass die stationsseitige Kontaktvorrichtung, also jene Kontaktvorrichtung die durch die Schwenkbewegung auf das Fahrzeugdach abgesenkt wird, aus vier in Form eines Quadrates oder Rechtecks angeordneten Kontaktstreifen besteht, und auf dem Fahrzeugdach Kontaktabschnitte in Form eines Kreuzes angeordnet sind.

Hinsichtlich einer guten Kontaktierung kann es günstig sein wenn der Drehantrieb ein elektrischer Positionsantrieb ist und das zweite Drehgelenk mit diesem Drehantrieb derart wirkgekoppelt ist, dass in der Arbeitsstellung (Ladestellung) Kontaktelemente der Speise-Kontaktvorrichtung im Wesentlichen parallel zur Ebene des Fahrzeugdachs ausgerichtet sind und mit Federkraft an korrespondierenden Kontaktelementen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung anliegen.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Laden des Energiespeichers in einem batteriebetriebenen Fahrzeug gelöst, wobei das Fahrzeug in eine vordefinierte

Parkposition gebracht wird und wobei eine Ladestation verwendet wird die folgendes aufweist: i. eine Basis, die in der Nähe der vordefinierten Parkposition angeordnet ist; ii. einen Schwenkarm, der mit seinem einen Ende an in einem an der Basis angebrachten Drehantriebs um eine Achse drehangetrieben gelagert ist und an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks mit einer Kontaktvorrichtung verbunden ist;

Wobei das Verfahren folgenden Verfahrensschritt aufweist: iii. die Kontaktvorrichtung wird durch eine

Schwenkbewegung zwischen einer Ruhestellung (Figur 3), in welcher die Kontaktvorrichtung sich oberhalb des Fahrzeugdaches befindet, in eine Arbeitsstellung (Figur 1), in welcher eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktvorrichtung und einer auf dem Fahrzeugdach angeordneten Kontaktvorrichtung hergestellt ist, geschwenkt. Günstig ist dabei, wenn die Schwenkbewegung zwischen der Ruhestellung und der Arbeitsstellung in einer Schwenkebene erfolgt, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Richtung der Längserstreckung des in der Parkposition parkenden Fahrzeugs angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass der Gelenkarm, sowohl auf ein Fahrzeug das auf der einen Seite der Basis parkt, wechselweise als auch auf ein Fahrzeug, das auf der gegenüberliegenden Seite der Basis parkt, schwenkt und den Kontakt zum Laden herstellt.

Wenn der Drehantrieb von einer elektrischen Steuereinrichtung gesteuert wird, welcher das Signal einer Parkposition-Erkennungseinrichtung zugeleitet ist, ist es möglich, dass der Ladevorgang vollständig automatisch abläuft.

Die Erfindung betrifft auch ein batteriebetriebenes Fahrzeug, bei dem auf dem Fahrzeugdach oder auf einer Seitenwand eine Aufnahme-Kontaktvorrichtung fix angebracht ist, welche längliche Kontaktstreifen aufweist, die entweder in Form eines Kreuzes oder in Form eines Quadrates/Rechteckes angeordnet sind. Wie bereits gesagt, kann die Position des Fahrzeugs in der Parkposition dann innerhalb der durch die Kreuz- bzw. Quadrat-Form vorgegebenen Grenzen variieren und braucht weniger genau zu sein.

Hierbei ist vorteilhaft, wenn die einzelnen Kontaktstreifen bzw. Kontaktleisten aus einem elektrischen gut leitenden Material, z.B. Kupfer ausgeführt sind und in einer Kontaktplatte aus einem elektrischen Isolator zumindest teilweise eingebettet sind.

Mit Vorteil ist die Kontaktplatte ein Pyramidenstumpf, der mit seiner Basisfläche auf dem Fahrzeugdach fest montiert ist. Die Kontaktleisten sind auf der von der Basisfläche abgewandten Deckfläche des Pyramidenstumpfes angeordnet und können von dieser Deckfläche abstehen. Durch die schrägen Seitenflächen des Pyramidenstumpfs wird auftreffendes Regenwasser gut abgeleitet.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels zu entnehmen sind.

Es zeigen:

Figur 1 eine Fahrzeugladestation mit einem Gelenkarm gemäß der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht;

Figur 2 eine Draufsicht gemäß Figur 1;

Figur 3 Ruhestellungen des Gelenksarms;

Figur 4 auf einem Fahrzeugdach angeordnete Kontaktleisten;

Figur 5 eine bevorzugte Variante der Erfindung mit einer Kontaktvorrichtung bestehend aus vier Kontaktleisten.

Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt in einer Frontansicht eine Fahrzeugladestation 1. Die Fahrzeugladestation 1 besteht im Wesentlichen aus einer ortsfesten Basis oder Gestell 2 und einem darin gelagerten Gelenkarm 4. Ein parkendes Fahrzeug 5, befinde sich auf einer Fahrbahn 6 in einer vordefinierten Parkposition 24 (Figur 2). Das Fahrzeug 5 ist batteriebetrieben, nicht schienengebunden, zum Beispiel ein eingangs genannter Vollelektrobus. Neben dem Fahrzeug 5 ist in einem Abstand 13 am Fahrbahnrand die säulenförmige Basis 2 angeordnet. An einem oberen Ende der säulenförmigen Basis 2, ist in einer Höhe 23 von der Fahrbahn 6 ein Drehgelenk 3 angeordnet. In diesem Drehgelenk 3 ist der Gelenkarm 4 mit seinem einen Ende gelagert. Mittels eines Drehantriebs 31 ist der Gelenkarm 4 um eine Achse 25 (Figur 2) schwenkbar. In Figur 1 ist diese Schwenkbewegung durch den Doppel-Pfeil 26 angedeutet. Der Gelenkarm 4 fungiert mit seinem anderen Ende als Träger einer stationsseitigen Kontaktvorrichtung, indem er mit seinem von der Basis 2 abgewandten Ende eine Speise-Kontaktvorrichtung 8 trägt. Diese Speise-Kontaktvorrichtung 8 ist elektrisch mit einem in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Energieversorgungsnetz (Fahrspannungsnetz) verbunden. Diesem Energieversorgungsnetz wird die für den Ladevorgang des fahrzeugseitigen Energiespeichers 17 erforderliche elektrische Energie entnommen. Die mechanische Verbindung zwischen dem Gelenkarm 4 und der Kontaktvorrichtung 8 stellt ein weiteres Drehgelenk 7 her.

Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, ist das Drehgelenk 7 mit dem Drehantrieb 31 wirkverbunden.

Die Figur 1 zeigt den Gelenk- oder Schwenkarm 4 in einer so genannten Arbeitsstellung. Diese Arbeitsstellung entspricht einer Batterie-Ladestellung, d.h. es wird der Energiespeicher 17 des Fahrzeugs 5 geladen. Hierfür wurde zuvor der Gelenkarm 4 aus einer Ruhestellung, in welcher die Speise-Kontaktvorrichtung 8 sich oberhalb des Fahrzeugdaches 10 befand (siehe Figur 3a, 3b, 3c) in die Arbeitsstellung durch eine Schwenkbewegung abgesenkt. In der Arbeitsstellung ist ein elektrischer Kontakt zwischen den korrespondierenden Kontaktelementen der Speise-Kontaktvorrichtung 8 und der auf dem Fahrzeugdach 10 befindlichen Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9 hergestellt. In der Darstellung der Figur 1 erfolgt diese Schwenkbewegung in Richtung des Uhrzeigersinns. Wie der Doppel-Pfeil 26 in Figur 1 aber bereits andeutet, ist es selbstverständlich auch möglich, nicht nur dieses in Figur 1 dargestellte Fahrzeug 5, sondern auch ein auf der anderen Seite der Basis 1 befindliches Fahrzeug 5 wechselweise zu laden, indem der Gelenkarm 4 in Figur 1 nicht im Uhrzeigersinn sondern entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird.

Zum Laden des Energiespeichers 17 des batteriebetriebenen Fahrzeugs 5 wird also zunächst das Fahrzeug 5 in eine vorgegebene Parkposition 24 gebracht und dort abgestellt. Anschließend wird durch eine Schwenkbewegung die Speise-Kontaktvorrichtung 8 des Gelenkarms 4 auf das Fahrzeugdach 10 abgesenkt, so dass eine elektrische Verbindung zwischen Kontakten der Speise-Kontaktvorrichtung 8 mit korrespondierenden Kontakten der Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9 hergestellt werden kann. Dieses Absenken erfolgt wie gesagt durch eine Drehbewegung des Gelenksarms 4, der im Drehgelenk 3 der Basis 2 gelagert ist und von einem nicht näher dargestellten Drehantrieb 31 angetrieben ist.

Der Drehantrieb 31 ist ein positionsgeregelter elektrischer Antrieb, der in einer Wirkverbindung mit dem Drehgelenk 7 gekoppelt ist. Diese Kopplung kann mechanisch ausgeführt sein (Gestänge), oder indem das Gelenk 7 ebenfalls durch einen nicht näher dargestellten Antrieb angetrieben ist. Auf diese Weise kann eine definierte Lage der Kontaktvorrichtung 8 bezüglich der Fahrbahn 6 bzw. Fahrzeugdach 10 eingestellt werden, beispielsweise parallel zur Straßenoberfläche 6. Dadurch ist es möglich, dass innerhalb von Grenzen Höhenunterschiede zwischen fahrzeugseitiger Kontaktvorrichtung 9 und Fahrbahn 6 ausgeglichen werden können. Diese Höhenunterschiede können beispielsweise durch unterschiedliche Beladung, ungleich verteilte Ladung, sich ändernden Reifendruck bzw. Fahrzeugtypen herrühren. Der Drehantrieb 31 muss nicht elektrisch sein, sondern kann auch ein gesteuerter pneumatischer oder hydraulischer Antrieb sein. Die einzelnen Kontakteelemente der Speise-Kontaktvorrichtung 8 können unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise Metallbürsten, die mit einer Feder vor gespannt sind.

Die Zeichnung der Figur 1 zeigt die Anordnung des Gelenks 3 bzw. Drehantriebs 31 in einer Höhe 23 zur Fahrbahn 6. Um Fahrzeuge 5 mit einer unterschiedlichen Höhe (z-Richtung) zwischen Fahrzeugdach 10 und Fahrbahn 6 laden zu können, ist in der Basis 2 eine lineare Antriebsvorrichtung vorgesehen, mit der die Höhe 23 innerhalb von Grenzen eingestellt werden kann.

Die Zeichnung der Figur 2 zeigt die Arbeitsstellung in einer Draufsicht. Auf dem Fahrzeugdach 10 befindet sich eine fahrzeugseitige Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9, die aus drei in Richtung der Längserstreckung des Fahrzeugs 5 gerichteten Kontaktstreifen oder Kontaktleisten besteht. Die Drehachse 25 des Drehgelenks 3 verläuft etwa parallel zur Fahrbahn 6 bzw. zur Längserstreckung des parkenden Fahrzeugs 5 (x-Richtung).

Die Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9 ist stationär auf dem Fahrzeugdach 10 angeordnet, und weist keine beweglichen Teile auf. Sie besteht aus Kontaktleisten bzw. Kontaktstreifen, die in einer Ebene parallel zur Ebene des Fahrzeugdachs 10 in einer Isolator-Kontaktplatte eingebettet sind.

Die elektrische Energie zum Laden der Fahrzeugbatterie 17 wird dabei einem nicht näher dargestellten

Energieversorgungsnetz entnommen. Der Ladevorgang wird dabei von einer in der Basis 2 angeordneten Steuereinrichtung 18, gesteuert. Die Steuereinrichtung 18 steuert auch den Drehantrieb 31, so dass die Herstellung des elektrischen Kontakts und der Ladevorgang automatisch eingeleitet wird, sobald sich das Fahrzeug 5 innerhalb von vorgegebenen Grenzen einer vordefinierten Parkposition 24 befindet und zur Ladung freigegeben ist.

Dabei überwacht eine Position-Erkennungseinrichtung 15 die korrekte Parkposition 24 des Fahrzeugs 5. Diese Position-Erkennungseinrichtung 15 kann beispielsweise eine Einrichtung zur Messung des Abstandes 13 (y-Richtung) zwischen der säulenförmigen Basis 2 und der Seitenwand 16 des Fahrzeugs 5, sowie eine Positionserfassung in Fahrtrichtung (x-Richtung) beinhalten. Befindet sich das Fahrzeug 5 außerhalb einer vordefinierten Parkposition 24, so wird ein automatischer Ladevorgang nicht ausgeführt und diese Fehlposition des Fahrzeugs 5 durch ein akustisches und/oder optisches Signal zur Anzeige gebracht.

Wie in Figur 2 gezeichnet, ist die Fahrzeug-Parkposition 24 durch Markierungen festgelegt. Die Schwenkbewegung des Gelenkarms 4 erfolgt um die Drehachse 25, die etwa parallel zur Fahrtrichtung (x-richtung) des Fahrzeugs 5 verläuft. Wie bereits gesagt, wird die Position des Fahrzeugs 5 vor dem Ladevorgang erfasst bzw. kontrolliert, d.h. es wird der seitliche Abstand 13 zwischen Basis 2 und Seitenwand 16 des Fahrzeugs 5 (Abstand in y-Richtung) und der Abstand 14 in Fahrtrichtung (x-Richtung) gemessen. Nur dann, wenn sich das

Fahrzeug 5 in einem vorgegebenen Toleranzfeld der Parkposition 24 befindet, wird ein automatischer Ladevorgang ausgelöst.

Die Ruheposition des Gelenkarms 4 kann je nach Gegebenheit des Einsatzortes unterschiedlich sein. In der Darstellung der Figur 3a ist eine Ruheposition dargestellt, bei der die Höhe eingeschränkt ist. In der Figur 3b und Figur 3c ist am Aufstellungsort der Basis 2 die Bauhöhe nicht eingeschränkt, der Gelenkarm 4 ist durchgestreckt. In der Ruheposition der Figur 3b zeigen die Kontaktleisten der Speise-Kontaktvorrichtung 8 nach unten (z-Richtung). Sie sind dadurch von Witterungseinflüssen weitgehend geschützt. Die in Figur 3c gezeigte Ruhestellung des Gelenkarms 4 zeigt eine Ruheposition, in welcher das Lichtraumprofil von auf der Fahrbahn 6 vorbeifahrender Fahrzeuge großer Bauhöhe nicht beeinträchtigt ist.

Die Figur 4 zeigt in einer Draufsicht auf das Fahrzeugdach 10 zwei mögliche Anordnungen der fahrzeugseitigen Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9. In Figur 4a besteht die Kontaktvorrichtung 9 aus drei parallel zueinander angeordneten Kontaktstreifen, die in Längserstreckung des Fahrzeuges (Figur 4a) und quer zur Längserstreckung des Fahrzeuges (Figur 4b) ausgerichtet sind. Beim Andocken mit der stationsseitigen Kontaktvorrichtung 8 ist im ersten Fall die Toleranz in Fahrtrichtung (x-Richtung), im zweiten Fall, quer zur Fahrtrichtung (d.h. in y-Richtung) weniger stark eingeschränkt.

Eine besonders günstige Ausführung der Erfindung ist in Figur 5a schematischer dargestellt. Sie ermöglicht eine größere Toleranz sowohl in x- als auch in y-Richtung. Dabei besteht die stationsseitige Speise-Kontaktvorrichtung 8 entweder aus vier miteinander nicht verbundenen Kontaktleisten, die entweder in Form eines Quadrates oder Rechteckes 11 bzw. in Form eines Kreuzes 12 angeordnet sind. Wenn die fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung 9 Kontaktleisten in Form eines Quadrates aufweist, sind die Kontaktleisten der stationsseitigen Kontaktvorrichtung 8 in Form eines Kreuzes angeordnet, und umgekehrt. Dadurch vereinfacht sich das Andocken der Kontaktvorrichtungen 8, 9 erheblich. Die

Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit des Fahrzeugs 5 in der Parkposition 24 sind dadurch weniger stringent (je nach Ausbildung von Rechteckform und korrespondierende Kreuzform). Sowohl in Fahrtrichtung als auch quer zur Fahrtrichtung sind unterschiedliche und vergleichsweise größere Abweichungen zulässig. Die Sensorik zum Erfassen Parkposition des Fahrzeugs kann dadurch einfacher aufgebaut sein.

Die einzelnen Kontaktstreifen bzw. Kontaktleisten sind aus Kupfer und jeweils in Kontaktplatten 19,22 aus einem elektrischen Isolator eingebettet.

In Figur 5b ist eine mögliche Ausführungsform dargestellt, in welcher die auf Seitenlängen eines Quadrates angeordneten Kontaktstreifen 4 in einer als Pyramidenstumpf ausgebildeten Kontaktplatte 19 eingebettet sind. Der Pyramidenstumpf weist eine Höhe 20 auf. Die Kontaktleisten 11 sind auf der von der Grundfläche abgewandten Fläche des Pyramidenstumpfes angeordnet und stehen von dieser Fläche ab. Wenn diese Kontaktplatte 19 mit der Basisfläche auf einem Fahrzeugdach 10 auf liegend angeordnet ist, wird auftreffendes Regenwasser von den Kontakten 11 gut abgeleitet.

In Figur 5c ist das zu Figur 5b gehörige Gegenstück mit einer kreuzförmigen Kontaktanordnung 12 dargestellt, die ebenfalls in einer Kontaktplatte 22 aus einem Isolator entsprechend eingebettet sind. Die stationsseitige Kontaktvorrichtung 8 kann grundsätzlich entweder gemäß Figur 5b oder gemäß Figur 5c ausgebildet sein. Es kommt lediglich auf das korrespondierende Gegenstück an (entweder Rechteck/Quadrat mit Kreuz, oder Kreuz mit Rechteck/Quadrat).

Die Anordnung der fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung 9 kann auf einer Hälfte des Fahrzeugdaches 10 oder an beiden angeordnet sein. Im letztgenannten Fall ist für das Fahrzeug 5 ein Ladevorgang in beiden Einfahrtrichtungen in die Parkposition 24 möglich.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können von Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Es ist beispielsweise denkbar, dass der Gelenkarm aus einzelnen drehangetriebenen Teil-Gelenkarmen ausgebildet ist, wobei jede dieser Arme mit einzelnen Kontakten, beispielsweise ein Arm pro Pol ausgebildet ist. Die Teil-Arme können einzeln oder gemeinsam im Gelenk 3 gelagert sein.

In den Zeichnungen sind die Kontaktleisten als Rechteck dargestellt; selbst verständlich sind auch andere Formen denkbar.

Die Anordnung der Kontaktleisten in einem Rechteck oder in einem unterbrochenen Kreuz ist selbst verständlich nicht nur auf die in der Zeichnung dargestellten und beschriebenen Formen begrenzt, sondern kann auch andere Formen mit jeweils mehr als vier stationsseitigen bzw. fahrzeugseitigen Kontaktstreifen umfassen.

Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Fahrzeugladestation 2 Basis, ortsfestes Grundgestell 3 Drehgelenk 4 Gelenkarm 5 Fahrzeug 6 Fahrbahn 7 zweites Drehgelenk, 8 Speise-Kontaktvorrichtung 9 Aufnahme-Kontaktvorrichtung 10 Fahrzeugdach 11 Kontaktleisten, in einem Viereck angeordnet 12 Kontaktleisten, in einem Kreuz angeordnet 13 Abstand zwischen 2 und 5 14 Abstand in Fahrzeugrichtung 15 Parkposition-Erkennungseinrichtung 16 Seitenwand 17 Energiespeicher, fahrzeugseitig 18 Steuereinrichtung 19 Kontaktplatte, fahrzeugseitig 20 Plattendicke 21 Schräge 22 Kontaktplatte 23 Abstand zwischen 3 und 6 24 Parkposition 25 Drehachse 26 Pfeil 31 Drehantrieb

Claims

Patentansprüche 1. Fahrzeugladestation zum Laden des Energiespeichers (17) in einem batteriebetriebenen Fahrzeug (5), insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug (5) während des Ladevorgangs in einer vordefinierten Parkposition (24) parkt, umfassend: a) eine Basis (2), die in der Nähe der vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist; b) einen Gelenkarm (4), der mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk (3) an der Basis (2) gelagert und mittels eines Drehantriebs (31) drehangetrieben ist, und der mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (7) mit einer Speise-Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, so dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) durch eine Schwenkbewegung des Gelenkarms (4) zwischen einer Ruhestellung, in welcher die Speise-Kontaktvorrichtung (8) sich oberhalb des Fahrzeugdaches (10) befindet, und einer Arbeitsstellung, in welcher zum Zweck des Ladens ein elektrischer Kontakt zwischen der Speise-Kontaktvorrichtung (8) und einer auf dem Fahrzeugdach (10) stationär angeordneten Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9) hergestellt ist, verstellbar ist.
2. Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) dazu eingerichtet ist, mit Kontaktstreifen einer Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die im wesentlichen in einer Ebene des Fahrzeugdachs (10) oder in einer hierzu parallelen Ebene angeordnet sind, einen elektrischen Kontakt herzustellen.
3. Fahrzeugladestation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Kontakt mit zumindest zwei länglichen Kontaktstreifen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die in ihrer Längserstreckung entweder in Richtung oder quer zur Richtung der Längserstreckung des Fahrzeugs (5) angeordnet sind, herzustellen.
4 . Fahrzeugladestation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) aus vier Kontaktstreifen besteht, die in Form eines Kreuzes angeordnet sind, um mit korrespondierenden Kontaktstreifen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die in Form eines Quadrates auf dem Fahrzeugdach (10) angeordnet sind, einen elektrischen Kontakt herzustellen.
5. Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 2 -4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (31) ein elektrischer Positionsantrieb ist und das zweite Drehgelenk (7) mit diesem Drehantrieb (31) derart wirkgekoppelt ist, dass in der Arbeitsstellung Kontaktelemente der Speise-Kontaktvorrichtung (8) im Wesentlichen parallel zur Ebene des Fahrzeugdachs (10) ausgerichtet sind und mit Federkraft an korrespondierenden Kontaktelementen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9) anliegen.
6. Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (31) an der Basis (2) in einer Höhe (23) angeordnet ist, wobei die Höhe (23) mittels eines Antriebs verstellbar ist.
7. Verfahren zum Laden des Energiespeichers (17) in einem batteriebetriebenen Fahrzeug (5), insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug (5) zum Zweck des Ladens in eine vordefinierte Parkposition (24) gebracht wird, mit einer Ladestation (1), umfassend: i. eine Basis (2), die in der Nähe der vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist; ii. einen Gelenkarm (4), der mit seinem einen Ende in einem an der Basis (2) angebrachten Drehgelenk (3) gelagert und mittels Drehantriebs (31) um eine Achse (25) drehangetrieben ist, und an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (7) mit einer Speise-Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: iii. die Speise-Kontaktvorrichtung (8) wird zum Laden des Energiespeichers mittels des Drehantriebs (31) von einer Ruhestellung, in welcher die Speise-Kontaktvorrichtung (8) sich in einer Position oberhalb des Fahrzeugdaches (10) befindet, in eine Arbeitsstellung, in welcher eine elektrische Verbindung zwischen korrespondierenden Kontakten der Speise-Kontaktvorrichtung (8) und einer auf dem Fahrzeugdach (10) angeordneten Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9) hergestellt ist, geschwenkt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung zwischen der Ruhestellung und der Arbeitsstellung in einer Schwenkebene erfolgt, die im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung der Längserstreckung des in der Parkposition (24) parkenden Fahrzeugs (10) angeordnet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (31) von einer Steuereinrichtung (18) gesteuert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (18) ein Fahrzeug- Positionssignal einer Parkposition-Erkennungseinrichtung (15) zugeleitet ist, wodurch die Schwenkbewegung und der Ladevorgang automatisch ausgelöst wird.
11. Batteriebetriebenes, nicht schienengebundenes Fahrzeug (5) mit einer Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die auf dem Fahrzeugdach (10) fest angebracht ist und längliche Kontaktstreifen aufweist, die entweder in Form eines Kreuzes oder in Form eines Quadrates oder Rechteckes angeordnet sind.
12. Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass die Kontaktleisten (11) zumindest teilweise in einer aus einem elektrischen Isolator gebildeten Kontaktplatte (16) eingebettet sind.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (16) die Form eines Pyramidenstumpfes aufweist und die Kontaktleisten (11) im Bereich der Kanten der Deckfläche des Pyramidenstumpfes angeordnet sind.