DE102009001080A1

DE102009001080A1 - Autonome Ladevorrichtung für Plugln-Hybrid-Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102009001080A1
Application number: DE102009001080A
Authority: DE
Inventors: Sven Dabow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2010-08-26
Also published as: WO2010094517A3; WO2010094517A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Herstellen eines stromzuführenden Kontaktes mit einem landgebundenen Kraftfahrzeug, das zumindest einen elektromotorischen Antrieb mit einer batterieähnlichen Stromspeichervorrichtung aufweist, wobei signalinduziert und automatisch über einen Kontaktarm eine elektrische Verbindung zwischen der Stromspeichervorrichtung und der kraftfahrzeugfern angebrachten Ladevorrichtung herstellbar ist, wobei der Kontaktarm an der Ladevorrichtung beweglich angebracht ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Herstellen eines stromzuführenden Kontaktes mit einem landgebundenen Kraftfahrzeug, das zumindest einen elektromotorischen Antrieb mit einer batterieähnlichen Stromspeichervorrichtung aufweist, wobei signalinduziert und automatisch über einen Kontaktarm eine elektrische Verbindung zwischen der Stromspeichervorrichtung und der kraftzeugfern angebrachten Ladevorrichtung herstellbar ist.
Unter Kraftfahrzeugen werden auf dem Boden abrollende Fahrzeuge mit motorischem Antrieb verstanden, wie etwa Pkws oder Lkws.
Unter einer automatischen Betätigung wird das Hervorrufen eines Resultates ohne manuellen Eingriff verstanden.
Es sind aus dem Stand der Technik Elektrofahrzeuge bekannt. Diese Elektrofahrzeuge werden an einer Stromversorgung mit Strom versorgt, um die Batterien des Elektrofahrzeuges aufzuladen. Das ist notwendig, damit die Reichweite des Elektrofahrzeuges möglichst groß ist. Das Aufladen solcher Batterien erfolgt im Wesentlichen manuell. Zum Aufladen zieht der Nutzer des Elektrofahrzeuges ein Stromkabel aus dem Elektrofahrzeug und steckt es in eine Steckdose, die bspw. in der Garage des Nutzers angebracht ist.
Hybrid-Fahrzeuge sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Unter Hybrid-Fahrzeugen werden dabei Fahrzeuge verstanden, die zumindest zwei Energiequellen aufweisen. Im Regelfall weist ein Hybridfahrzeug eine elektrische Energiequelle und eine Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Fahrzeuges auf.
Solche herkömmlichen Hybrid-Fahrzeuge nutzen die Möglichkeit, die in solchen Fahrzeugen enthaltenen Batterien während der Fahrt, etwa beim Bremsen, wieder aufzuladen. Zusätzlich zu dem Elektroantrieb oder alternativ dazu, ist es den Hybrid-Fahrzeugen möglich, auch die Verbrennungskraftmaschine zu nutzen.
Aus dem Stand der Technik, wie der DE 10137526 A1 , sind Hybrid-Fahrzeuge und Ladevorrichtungen hierfür bekannt.
Die DE 10137526 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wiederaufladen eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird ein fahrzeugseitig angebrachter Kontaktstempel auf ein kraftfahrzeugfernes und dort ortsfest positioniertes stromführendes Kontaktfeld verbracht.
Allerdings dauert das Aufladen von Batterien, sei es in Elektrofahrzeugen als auch in herkömmlichen Hybridfahrzeugen, relativ lange. Es ist daher nach Lösungen gesucht worden, die Aufladezeit der Batterie zu verkürzen.
Zu diesem Zweck sind sog. Plugln-Hybrid-Fahrzeuge entwickelt worden. Diese Plugln-Hybrid-Fahrzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass die Batterie als Energiespeicher nicht nur während der Fahrt beim Rekuperieren geladen wird, sondern auch, während das Fahrzeug – etwa in einer Garage – abgestellt ist. Dabei erfolgt das Aufladen der Batterie durch Zuführung von Energie aus einer Steckdose.
Bisher erfolgt das Herstellen der stromführenden Verbindung jedoch ausschließlich manuell, indem der Fahrer des Plugln-Hybrid-Fahrzeuges eine Verbindung zwischen dem stehenden Fahrzeug und der Steckdose herstellt. Abhängig vom Abstellort, kann dies durch folgende Faktoren erschwert werden und somit für den Fahrer unkomfortabel bis komplett unhandlich werden: Dies sind zum einen das Vorhandensein beengter Platzverhältnisse am Abstellort, das Vorhandensein von Schmutz, was zu einer Verunreinigung der Umgebung und/oder Beschmut zung des Fahrers führt. Zum anderen führen oftmals unzureichende Lichtverhältnisse zu einer erschwerten Handhabung, etwa an einem Tiefgaragenstellplatz.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm an der Ladevorrichtung beweglich angebracht ist.
Auf diese Weise muss während des Kraftfahrzeugbetriebs nicht mehr unnötig viel Masse und dadurch bedingtes Mehrgewicht bewegt werden. Eine Gewichtsreduktion des Kraftfahrzeuges ist die Folge. Auch kann ohne Einwirkung des Fahrers ein Laden der Batterien des Kraftfahrzeuges durchgeführt werden. Dies bietet sich insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen und dort bei Plugln-Hybrid-Fahrzeugen an.
Besondere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachstehend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Ladevorrichtung so bemessen ist, dass sie beschädigungsfrei von dem Kraftfahrzeug überfahrbar ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass bspw. der Kontaktarm aufgrund des Eigengewichtes des Kraftfahrzeuges deformiert oder von der Ladevorrichtung abgerissen wird. Eine robuste Ladevorrichtung ist die Folge, wodurch deren langjährige Nutzung gewährleistet wird.
Um besonders wenig Platz in Anspruch zu nehmen, ist es von Vorteil, wenn die Ladevorrichtung so bemessen ist, dass sie unter dem Kraftfahrzeug positionierbar ist.
Es ist dabei von Vorteil, wenn die Ladevorrichtung so bemessen ist, dass sie zwischen Rädern des Kraftfahrzeuges positionierbar ist, um ein ungewolltes Überrollen durch das Kraftfahrzeug zu vermeiden und somit die Beschädigungsgefahr der Ladevorrichtung weiter zu vermindern.
Um jeglichen manuellen Eingriff des Fahrers zum Herstellen einer Stromzuführung mittels Aufladens der Stromspeichervorrichtung, wie einer Batterie, zu verhindern, ist es von Vorteil, wenn die Ladevorrichtung Mittel zum Steuern und Bewegen des Kontaktarmes aufweist. Solche Mittel können bspw. Mikrochips und Stellelemente, wie Federspeicher, Elektromotoren und/oder hydraulische oder pneumatische Stellvorrichtungen sein.
Wenn der Kontaktarm an seinem kraftfahrzeugnahen Ende Kontaktmittel zum Kontaktieren eines Gegenkontaktes der Stromspeichervorrichtung aufweist, so ist ein sicheres Stromübertragen gewährleistbar. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Kontaktmittel und der Gegenkontakt zum Herstellen eines formschlüssigen Kontaktes geeignet sind.
Um die Unfallgefahr zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn die Ladevorrichtung ein Prüfmittel zum Detektieren eines Fremdkörpers zwischen dem Kontaktmittel und dem Gegenkontakt aufweist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung eine Steuervorrichtung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie abhängig von einer Nicht-Detektion eines Fremdkörpers und bei festgestelltem Kontaktschluss zwischen dem Kontaktmittel und dem Gegenkontakt eine Stromübertragung von der Ladevorrichtung zu der Stromspeichervorrichtung freigibt. Auf diese Weise wird verhindert, dass, obwohl ein Fremdkörper detektiert wurde, ein Stromfluss ermöglicht wird. Somit findet keine Stromübertragung auf diesen Fremdkörper, der im schlimmsten Fall ein Lebewesen ist, statt. Die Unfallgefahr wird weiter reduziert.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie nach Detektion eines ersten Signals, wie einem Fernverriegelungssignal des Kraftfahrzeuges, einen Kontaktschluss des Kontaktmittels mit dem Gegenkontakt hervorruft. Auf diese Weise wird ein automatisches Kontaktieren des fahrzeugseitigen Gegenkontakts durch das fahrzeugferne Kontaktmittel erleichtert, ohne dass ein explizierter Eingriff durch den Fahzeugführer erfolgen muss. Die Bedienerfreundlichkeit der Ladevorrichtung wird erhöht.
Die Bedienerfreundlichkeit der Ladevorrichtung wird weiter erhöht, wenn die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie nach Detektion eines zweiten Signals, wie einem Fernentriegelungssignal des Kraftfahrzeugs, den Kontaktschluss zwischen dem Kontaktmittel und dem Gegenkontakt löst. Auf diese Weise wird ein Wegfahren des Fahrzeugführers, ohne dass er zusätzliche Maßnahmen ergreifen muss, möglich. Ein Anfahren des Fahrzeuges wird dabei vorteilhafterweise mit geeigneten Mitteln verhindert, solange der Kontaktarm, der auch als Ladearm bezeichnet werden kann, ausgefahren ist.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht auf ein Kraftfahrzeug während ein Kontaktschluss zwischen der Ladevorrichtung und einer Stromspeichervorrichtung des Kraftfahrzeuges hergestellt ist und
2 eine schematische Draufsicht auf das Kraftfahrzeug mit strichliert dargestellter Ladevorrichtung unterhalb des Kraftfahrzeuges.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Für die gleichen Elemente sind dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
In 1 ist eine Ladevorrichtung 1 zum Herstellen eines stromzuführenden Kontaktes mit einem Plugln-Hybrid-Fahrzeug 2 dargestellt. Das Plugln-Hybrid-Fahrzeug 2 weist zwei Antriebsvorrichtungen 3 und 4 auf. Die Antriebsvorrichtung 3 ist eine Verbrennungskraftmaschine und die Antriebsvorrichtung 4 ist ein Elektromotor. Die Anordnung der Antriebsvorrichtungen 3 und 4 sowie der Stromspeichervorrichtung 5 kann anders sein und ist an die Einbausituation im Fahrzeug 2 anzupassen. Dasselbe gilt für die Verkabelung der Elemente.
Von beiden Antriebsvorrichtungen 3 und 4 gespeist und mit diesen verbunden ist eine Stromspeichervorrichtung 5 vorgesehen. Diese Stromspeichervorrichtung 5 umfasst eine Batterie, Kontaktvorrichtungen zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes und Stromwandeleinrichtungen.
Die Ladevorrichtung 1 weist einen Hauptkörper 6 auf. An dem Hauptkörper 6 ist beweglich, vorzugsweise um eine Rotationsachse 7 drehbar (2), ein Kontaktarm 8 angebracht. Der Kontaktarm 8 ist in einer ersten unausgeklappten Position strichliert dargestellt und in einer zweiten ausgefahrenen Position durchgezogen dargestellt. Der Kontaktarm wird entlang des Pfeiles A aus einer Horizontallage in eine geneigte Lage verbracht. Dazu werden nicht dargestellte Mittel zum Steuern und Bewegen des Kontaktarmes genutzt. Als Mittel zum Steuern haben sich entsprechende Schaltkreise und Chips bewährt. Als Mittel zum Bewegen haben sich Elektromotoren, hydraulische/pneumatische Stellvorrichtungen oder elastische Mittel, wie Federn, bewährt.
Der Kontaktarm 8 kann auch ein oder mehere Kugelgelenke aufweisen und/oder teleskopisch ausfahrbei sein. Dadurch, oder durch geeignete andere Maßnahmen, ist er in der Lage sämtliche Punkte unterhalb des Fahrzeuges 2 anzufahren und zu berühren.
Die Ladevorrichtung 1 weist ferner ein Stromführungskabel 9 auf. Das Stromführungskabel 9 weist an seinem ladevorrichtungsfernen Ende einen Stecker 10 auf. Der Stecker 10 ist im Regelfall, insbesondere um ein Laden der Stromspeichervorrichtung 5 zu ermöglichen, in eine Steckdose, die nicht dargestellt ist, eingesteckt. Über die Steckdose, den Stecker 10, das Stromführungskabel 9, den Hauptkörper 6 und den Kontaktarm 8 wird Strom zu einem Kontaktmittel 11 geleitet. Das Kontaktmittel 11 ist mit einem Gegenkontakt 12 in Kontakt bringbar. Dadurch wird Strom von der Steckdose an die Stromspeichervorrichtung 5 weitergegeben, wodurch die Stromspeichervorrichtung 5 und die darin enthaltene Batterie aufgeladen wird. Es ist auch möglich, dass auf den Stecker 10 verzichtet wird und das Kabel 9 fest mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden ist.
Wie der 2 zu entnehmen ist, ist der Kontaktarm 8 mittig unter dem Plugln-Hybrid-Fahrzeug 2 angeordnet. Auch die Ladevorrichtung 1 selber ist mittig unter dem Plugln-Hybrid-Fahrzeug 2 angeordnet. Jede andere Position ist jedoch ebenfalls praktikabel, solange der Kontaktarm 8 in der Lage ist jegliche Stelle unter dem Fahrzeug 2 zu erreichen. Der Kontaktamr 8 kann in einer besonderen Ausführungsfom flexibel jeglechen Einbauort des Gegenkontaktes 12 erreichen.
Der Gegenkontakt 12 seinerseits ist ebenfalls mittig an dem Fahrzeugboden montiert und über in Kontaktbringung mit dem Kontaktmittel 11 elektrifizierbar.
Der Kontaktarm 8 liegt im passiven Zustand auf dem Boden und zeichnet sich durch für das Kraftfahrzeug überwindbare Abmaße sowie einer Beständigkeit gegen Überfahrenwerden von dem Kraftfahrzeug aus. Die Ladevorrichtung 1 ist gegenenfalls auch im Boden versenkt angeordnet.
Der Kontaktarm 8 wird automatisch beim Verlassen des Fahrzeuges, z. B. beim Verriegeln per Funk-Fernbedienung, von einer Steuerung aktiviert und findet autonom den Gegenkontakt 12. Der Bewegungsradius des Kontaktarmes 8 ist in einem zum Erreichen des Kontaktschlusses notwendigen Bereich variabel, in dem sich der Gegenkontakt 12 je nach Abstellposition und/oder Montageort des Fahrzeuges befinden kann.
Die spannungsführenden Kontakte, also das Kontaktmittel 11 und der Gegenkontakt 12, werden erst nach einer Prüfung auf Fremdkörper im dazwischen befindlichen Kontaktbereich mechanisch freigegeben oder mit Strom beaufschlagt, wonach daran anschließend der Kontakt hergestellt wird. Auch sind Mittel vorhanden, um zu erkennen wann die Batterie voll geladen ist. Daraufhin wird der Aufladevorgang abgebrochen.
Der Kontaktarm 8 entfernt sich wieder von dem Fahrzeug, fährt also in seine Ursprungsposition zurück, sobald der Fahrer das Fahrzeug betritt. Dieser Zustand wird bspw. durch Wahrnehmen einer Entriegelung per Funk-Fernbedienung des Kraftfahrzeuges sensiert. Zum Sensieren der Funk-Verriegelung und Funk-Entriegelung sind entsprechende Sensoren und Schaltungen in der Ladevorrichtung 1 vorhanden.
Der Kontaktarm 8 ist nach Art eines Roboterarmes ausbildbar, sogar insofern, als er dann in der Lage ist, am Fahrzeug verbaute Kontaktdosen, selbst nach Betätigung evtl. Schutzklappen und -kappen, zu kontaktieren.
In 2 ist auch eine Parklücke 13, in der das Plugln-Hybrid-Fahrzeug 2 zum Aufladen der Stromspeichervorrichtung 5 geparkt ist, gut erkennbar.
Die Ladevorrichtung 1 kann auch vor oder neben dem Kraftfahrzeug 2 angebracht sein, wobei lediglich der Kontaktarm 8 zu dem Gegenkontakt 12 hin ragt. Auch ein Positionieren der Ladevorrichtung 1 hinter dem Fahrzeug ist denkbar.
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung kann auch einfach an geeigneten Stellen nachgerüstet werden. Es kann somit ein Fahrzeug 2 und/oder ein Stellplatz für das Fahrzeug 2 einfach nachgerüstet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10137526 A1 [0007, 0008]

Claims

Ladevorrichtung (1) zum Herstellen eines stromzuführenden Kontaktes mit einem landgebundenen Kraftfahrzeug (2), das zumindest einen elektromotorischen Antrieb (4) mit einer batterieähnlichen Stromspeichervorrichtung (5) aufweist, wobei signalinduziert und automatisch über einen Kontaktarm (8) eine elektrische Verbindung zwischen der Stromspeichervorrichtung (5) und der kraftfahrzeugfern angebrachten Ladevorrichtung (1) herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (8) an der Ladevorrichtung (1) beweglich angebracht ist.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung so bemessen ist, dass sie beschädigungsfrei von dem Kraftfahrzeug (2) überfahrbar ist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) so bemessen ist, dass sie unter dem Kraftfahrzeug (2) positionierbar ist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) so bemessen ist, dass sie zwischen Rädern des Kraftfahrzeuges (2) positionierbar ist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) Mittel zum Steuern und Bewegen des Kontaktarmes (8) aufweist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (8) an seinem kraftfahrzeugnahen Ende ein Kontaktmittel (11) zum Kontaktieren eines Gegenkontaktes (12) der Stromspeichervorrichtung (5) aufweist.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) ein Prüfmittel zum Detektieren eines Fremdkörpers zwischen dem Kontaktmittel (11) und dem Gegenkontakt (12) aufweist.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) eine Steuervorrichtung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie abhängig von einer Nicht-Detektion eines Fremdkörpers und bei festgestelltem Kontaktschluss zwischen dem Kontaktmittel (11) und dem Gegenkontakt (12) eine Stromübertragung von der Ladevorrichtung (1) zu der Stromspeichervorrichtung (5) freigibt.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie nach Detektion eines ersten Signals, wie einem Fernverriegelungssignal des Kraftfahrzeuges (2), einen Kontaktschluss des Kontaktmittels (11) mit dem Gegenkontakt (12) hervorruft.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie nach Detektion eines zweiten Signals, wie einem Fernentriegelungssignal des Kraftfahrzeuges (2) den Kontaktschluss zwischen dem Kontaktmittel (11) und dem Gegenkontakt (12) löst.