-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs und eine Ladestation mit einer solchen Vorrichtung.
-
Stand der Technik
-
Die Druckschrift
DE 10 2009 001 080 A1 offenbart eine Ladevorrichtung für ein landgebundenes Kraftfahrzeug mit einer batterieähnlichen Stromspeichervorrichtung. Über einen Kontaktarm ist eine elektrische Verbindung zwischen der Stromspeichervorrichtung und einer Ladevorrichtung herstellbar. Der Kontaktarm ist dabei an der Ladevorrichtung beweglich angebracht.
-
Für das Aufladen der Traktionsbatterien bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen sind induktive und konduktive Ladeverfahren bekannt. Die induktiven Ladeverfahren basieren auf einer Kombination einer Sendespule mit einem Empfangsspulensystem. Konduktive Ladeverfahren dagegen erfordern das Einstecken eines Ladekabels zwischen einer Ladestation und dem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Für die Akzeptanz zukünftiger Elektro- oder Hybridfahrzeuge spielt der Komfort für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers eine entscheidende Rolle.
-
Es besteht daher ein Bedarf nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zum automatischen elektrischen Verbinden einer Ladestation mit der Ladebuchse eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, die ein komfortables, zuverlässiges und effizientes Verbinden der Ladestation mit der Ladebuchse des Fahrzeugs ermöglichen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst einen Kontaktkopf, der mit einer Spannungsquelle der Ladestation elektrisch verbunden ist. Ferner umfasst die Vorrichtung zum elektrischen Verbinden der Ladestation mit einer Ladebuchse eine Einführvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf in die Ladebuchse des Fahrzeugs einzuführen. Der Kontaktkopf weist dabei Justiermittel auf, die dazu ausgelegt sind, den Kontaktkopf während des Einführens in die Ladebuchse automatisch auszurichten.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Kontaktkopfs, der mit einer Spannungsquelle der Ladestation elektrisch verbunden ist; des Positionieren des Kontaktkopfs an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs; des Einführens des Kontaktkopfs in die Ladebuchse des Fahrzeugs; und des automatischen Ausrichtens des Kontaktkopfs während des Einführens des Kontaktkopfs in die Ladebuchse mittels Justiermittel an dem Kontaktkopf.
-
Vorteile der Erfindung
-
Konduktive Ladeverfahren ermöglichen eine relativ verlustarme Übertragung großer Energiemengen. Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass es für eine automatische Verbindung zwischen Ladestation und der Ladebuchse eines aufzuladenden Energiespeichers, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, sehr schwierig ist, einen Stecker vollautomatisch in die Ladebuchse einzuführen. Es ist für einen Fahrer eines solchen Fahrzeuges schwierig bis nahezu unmöglich, das Fahrzeug stets so präzise an einer vorgegebenen Position abzustellen, dass sich die Ladebuchse an dem Fahrzeug jeweils exakt an der gleichen räumlichen Lage in Bezug auf die Ladebuchse befindet. Variiert jedoch die Position der Ladebuchse eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges in Bezug auf die Ladestation, so ist es für bestehende, konventionelle Systeme nicht möglich eine zuverlässige Verbindung zwischen Ladestation und Ladebuchse des Fahrzeugs ohne zusätzliche Sensorik automatisch herzustellen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, auch bei Variationen der Position einer Ladebuchse in Bezug auf die Ladestation ein einfaches aber dennoch sicheres und zuverlässiges Kontaktieren der Ladestation mit der Ladebuchse des Fahrzeugs zu ermöglichen. Hierzu wird zunächst mittels einer Positioniervorrichtung eine Grobpositionierung eines Kontaktkopfes, wie beispielsweise einem Stecker eines Ladekabels oder ähnlichem, ausgeführt. Die Positionierungsvorrichtung ist dazu ausgelegt den Kontaktkopf an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs zu positionieren. Dabei ist der Kontaktkopf der Ladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgestaltet, dass während des Einführens des Kontaktkopfes in die Ladebuchse eines Fahrzeugs selbsttätig eine Feinjustierung des Kontaktkopfes erfolgt. Der Kontaktkopf wird somit während des Einführens in die Ladebuchse automatisch so ausgerichtet, dass eine sichere und zuverlässige Kontaktierung der Kontakte der Ladebuchse mit den Kontakten des Kontaktkopfes erfolgt.
-
Aufgrund der besonderen Ausgestaltung des Kontaktkopfes kann sich der Kontaktkopf innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches automatisch selbständig ausrichten. Eine hochpräzise Ausrichtung des Kontaktkopfes bereits während der Positionierung durch die Positionierungsvorrichtung ist daher nicht erforderlich. Somit kann auf eine aufwändige und teure Sensorik zur präzisen Lageermittlung der Ladebuchse an dem Fahrzeug verzichtet werden. Die Einsparung einer solchen Sensorik vereinfacht den Aufbau einer automatischen Ladestation. Daher sinkt die Komplexität der Ladestation. Die Ladestation ist somit weniger fehleranfällig. Darüber hinaus kann eine solche Ladestation auch deutlich kostengünstiger realisiert werden.
-
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrischen Verbinden der Ladestation mit einer Ladebuchse keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Position einer Ladebuchse an dem Fahrzeug stellt, muss das Fahrzeug für den Ladevorgang auch nicht sehr präzise an einer genau vorgegebenen Position an der Ladestation abgestellt werden. Daher kann das Abstellen des Fahrzeugs für das Aufladen an einer automatischen Ladestation in einem gewöhnlichen Parkvorgang durch einen Benutzer manuell ausgeführt werden. Eine zusätzliche Unterstützung durch weitere technische Hilfsmittel für ein präzises Abstellen des Fahrzeugs an einer genau vorgegebenen Position ist dabei nicht zwingend erforderlich.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Positionierungsvorrichtung dazu ausgelegt, den Kontaktkopf innerhalb eines vorbestimmten räumlichen Toleranzbereiches in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs zu positionieren. Für das automatische Verbinden der Ladestation mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs ist eine Grobpositionierung des Kontaktkopfes in der Nähe der Ladebuchse ausreichend. Der Ladekopf sollte dabei so ausgerichtet sein, dass er in einem nachfolgenden Schritt durch einfaches Bewegen in Richtung der Ladebuchse in die Ladebuchse des Fahrzeugs eingeführt werden kann. Aufgrund der Ausgestaltung des Kontaktkopfes werden an die Genauigkeiten für die Positionierung des Kontaktkopfes keine hohen Anforderungen gestellt. Der Toleranzbereich, in dem der Kontaktkopf an der Ladebuchse des Fahrzeugs positioniert werden muss, kann daher relativ großzügig gewählt werden. Beispielsweise kann der Kontaktkopf in einem Bereich von etwa 5 cm, 10 cm oder 15 cm von der optimalen Positionierung des Kontaktkopfes abweichen. Das heißt, die Grobpositionierung durch die Positionierungsvorrichtung kann den Kontaktkopf so positionieren, dass er von einer Linie, die sich aus der Bewegungsrichtung eines optimal positionierten Ladekopfes während des Einführens in die Ladebuchse ergibt, davon senkrecht um die zuvor beschriebene Größe abweichen kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Kontaktkopf ein Ausgleichselement. Das Ausgleichselement ist dazu ausgelegt, eine Bewegung des Kontaktkopfs während des Einführens in die Ladebuchse anzupassen. Diese Bewegung des Kontaktkopfes während des Einführens in die Ladebuchse ergibt sich dabei beispielsweise durch seitliche Bewegungen des Kontaktkopfes aufgrund der Feinjustierung während des Einführens in die Ladebuchse. Durch ein flexibles Ausgleichselement, das bei einer seitlichen Krafteinwirkung auf den Kontaktkopf nachgeben kann, kann sich der Kontaktkopf automatisch optimal in Bezug auf die Ladebuchse ausrichten.
-
Gemäß einer speziellen Ausführungsform umfasst das Ausgleichselement ein Gelenk, insbesondere ein sich selbständig zurückstellendes Gelenk, ein Federelement und/oder ein Elastomer.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Justiermittel eine Drehvorrichtung. Eine solche Drehvorrichtung kann dazu ausgelegt sein, den Kontaktkopf um eine vorbestimmte Achse zu drehen. Insbesondere kann es sich bei der vorbestimmten Achse um eine Achse handeln, die sich aus der Richtung ergibt, in der der Kontaktkopf während des Einführens in die Ladebuchse bewegt wird. Durch eine derartige Drehvorrichtung kann der Kontaktkopf zumindest annähernd so ausgerichtet werden, dass die Kontakte des Kontaktkopfs entsprechend den Kontakten in der Ladebuchse ausgerichtet sind. Die Drehvorrichtung kann hierzu aktiv einen Drehvorgang mittels eines Antriebs ausführen. Alternativ ist auch eine Drehvorrichtung ohne eigenständigen Antrieb möglich, die eine Drehung des Kontaktkopfs aufgrund äußerer Kräfte ermöglicht.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Justiermittel Vertiefungen, die sich in das Innere des Kontaktkopfes erstrecken und sich dabei in Richtung des Inneren des Kontaktkopfes verjüngen. Durch solche sich nach innen in Durchmesser bzw. Breite verkleinernde Vertiefungen kann eine besonders einfache und effiziente Ausrichtung des Kontaktkopfes während des Einführens in die Ladebuchse erreicht werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Justiermittel ein Kugelrad, eine Rolle, eine Schiene, einen Zapfen, eine Nut und/oder weitere Führungselemente. Durch derartige Führungselemente kann eine besonders einfache Ausrichtung des Kontaktkopfes während des Einführens in die Ladebuchse erreicht werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist der Kontaktkopf eine rotationssymmetrische Außengeometrie auf. Insbesondere kann der Kontaktkopf eine konusförmige Außengeometrie aufweisen. Rotationssymmetrische Formen stellen besonders geringe Anforderungen an die Ausrichtung und sind somit für ein automatisches Einführen in eine Ladebuchse besonders geeignet.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist der Kontaktkopf eine nicht-rotationssymmetrische Anordnung von Kontakten auf. Solche nicht-rotationssymmetrische Anordnungen von Kontakten führen zu einer eindeutigen Zuordnung der Kontakte zwischen Kontaktkopf und Ladebuchse. Insbesondere müssen dabei die einzelnen Kontakte des Ladekopfs nicht vollständig als Kreise ausgebildet werden. Somit kann auch auf einem Kontaktkopf mit relativ kleiner Fläche eine große Anzahl von Kontakten angeordnet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Kommunikationsvorrichtung. Die Kommunikationsvorrichtung ist dazu ausgelegt, Daten von dem Fahrzeug zu empfangen. Darüber hinaus kann die Kommunikationsvorrichtung auch dazu ausgelegt sein, Daten an das Fahrzeug zu senden. Durch eine solche Kommunikationsvorrichtung können Informationen von dem aufzuladenden Fahrzeug bezogen werden, die für den Ladevorgang relevant sind. Beispielsweise kann von dem Fahrzeug die Position der Ladebuchse an dem Fahrzeug übermittelt werden. Darüber hinaus können auch Ladeparameter, wie Spannung, maximal zulässige Stromstärke, Batteriekapazität, zu übertragende Energiemenge, Autorisierungsparameter oder Abrechnungsdaten übertragen werden. Auf diese Weise kann der Ladevorgang für das Elektrofahrzeug optimal vorbereitet und ausgeführt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Positionierungsvorrichtung eine erste Positionierungseinrichtung und eine zweite Positionierungseinrichtung. Die erste Positionierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, den Kontaktkopf in einer vertikalen Raumrichtung zu bewegen. Die zweite Positionierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, den Kontaktkopf in einer zu der Bewegungsrichtung der ersten Positionierungsrichtung orthogonalen Raumrichtung zu bewegen. Durch eine derartige Bewegung des Kontaktkopfs mittels einer zweiachsigen Positionierungsvorrichtung kann der Kontaktkopf in zwei Raumrichtungen zunächst grob auf die Position der Ladebuchse an dem aufzuladenden Fahrzeug eingestellt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren zum elektrischen Verbinden der Ladestation mit einer Ladebuchse des Fahrzeugs einen Schritt zum Ermitteln der vorbestimmten Position für das Positionieren des Kontaktkopfs in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs. Durch das individuelle Ermitteln der Position, an dem der Kontaktkopf zunächst grob positioniert werden soll, kann die Positionierung für unterschiedliche Fahrzeugtypen, oder gegebenenfalls für jedes einzelne Fahrzeug, individuell angepasst werden. Somit ist eine große Flexibilität bei dem Verbinden der Ladestation mit einem aufzuladenden Fahrzeug möglich.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Freigeben der Ladebuchse des Fahrzeugs, bevor der Kontaktkopf in die Ladebuchse eingeführt wird. Das Freigeben der Ladebuchse kann beispielsweise das Aufklappen einer Abdeckung an der Ladebuchse umfassen. Darüber hinaus kann das Freigeben auch das Ausklappen der Ladebuchse aus einer Parkposition umfassen. Somit kann die Ladebuchse vor dem Aufladen vor Verschmutzungen oder weiteren Umwelteinflüssen geschützt werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Ladestation mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum elektrischen Verbinden der Ladestation mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs.
-
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Dabei zeigen:
-
1: eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse gemäß einer Ausführungsform;
-
2: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform;
-
3: schematische Darstellungen für das Zusammenspiel eines Kontaktkopfs mit einer Ladebuchse gemäß einer Ausführungsform;
-
4a, 4b: schematische Darstellungen für das Zusammenspiel eines Kontaktkopfs mit einer Ladebuchse gemäß weiteren Ausführungsformen;
-
5a–d: schematische Darstellungen eines Kontaktkopfs einer Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse gemäß weiteren Ausführungsformen;
-
6: eine schematische Darstellung für das Zusammenspiel eines Ladekopfs mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und
-
7: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform zugrunde liegt.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation 1 mit einer Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit einer Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5. Bei dem Fahrzeug 5 kann es sich beispielsweise um ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein vollständig oder teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel einen Personenkraftwagen (PKW)
oder einen Lastkraftwagen (LKW) handeln. Die Ladestation umfasst eine Positionierungsvorrichtung 10 und eine Einführvorrichtung 20 mit einem Kontaktkopf 21. Mittels der Positionierungsvorrichtung 10 kann die Einführvorrichtung 20 und somit auch der an der Einführvorrichtung 20 angeordnete Kontaktkopf 21 entlang vorbestimmter Richtungen bewegt werden. Somit kann der Kontaktkopf 21 an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 50 positioniert werden. Beispielsweise kann die Positionierungsvorrichtung 10 eine erste Positionierungseinrichtung 11 und eine zweite Positionierungseinrichtung 12 aufweisen. Die erste Positionierungseinrichtung 11 kann dabei beispielsweise eine horizontale Bewegung ausführen und somit die Einführvorrichtung 20 mit dem Kontaktkopf 21 horizontal, also parallel oder zumindest annähernd parallel zu einer Abstellfläche für das Fahrzeug 5 bewegen. Die zweite Positionierungseinrichtung 12 kann mit der ersten Positionierungseinrichtung 11 mechanisch verbunden sein und eine Bewegung in einer vertikalen Raumrichtung ausführen. Die Bewegungsrichtung der zweiten Positionierungseinrichtung 12 ist somit senkrecht zu der Bewegungsrichtung der ersten Positionierungseinrichtung 11. Auf diese Weise kann die Einführvorrichtung 20 mit dem Kontaktkopf 21 durch die ersten Positionierungseinrichtung 11 beispielsweise seitlich bewegt werden. Hierdurch können mehrere nebeneinander abgestellte Fahrzeuge 5 angesteuert werden. Beispielweise können auf den drei Abstellflächen I, II und III nebeneinander drei Fahrzeuge 5 abgestellt werden, die bezüglich des Freiheitsgrads der Positionierungsvorrichtung durch seitliches Bewegen der Einführvorrichtung 20 mit dem Kontaktkopf 21 mittels der ersten Positionierungseinrichtung 11 der Positionierungsvorrichtung 10 angesteuert werden können. Darüber hinaus kann der Kontaktkopf 21 der Einführvorrichtung 20 dabei auch an eine Position gebracht werden, die mit der Position der Ladebuchse 51 des entsprechenden Fahrzeugs 5 übereinstimmt. Dabei wird bei dieser Positionierung zunächst die Höhe der Ladebuchse 51, sowie die Höhe des Kontaktkopfs 21 außer Acht gelassen. Die Positionierung des Kontaktkopfs 21 auf der gleichen, oder zumindest annähernd der gleichen Höhe wie die Höhe der Ladebuchse 51 des entsprechenden Fahrzeugs 5 erfolgt separat mittels der zweiten Positionierungseinrichtung 12.
-
Die horizontale und vertikale Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 muss dabei während der Positionierung durch die Positionierungsvorrichtung 10 nicht exakt mit der Position der Ladebuchse 51 des entsprechenden Fahrzeugs 5 übereinstimmen. Vielmehr ist es ausreichend, den Kontaktkopf 21 innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs in Bezug auf die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 zu positionieren. Die genaue Ausrichtung des Ladekopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 erfolgt dabei während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 und wird im Nachfolgenden noch näher beschrieben.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf eine Ladestation 1 mit einer Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit einer Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 2 kann dabei eine Kommunikationsvorrichtung 40 umfassen, die Daten von dem Fahrzeug empfängt. Die Datenübertragung kann dabei unidirektional von dem Fahrzeug 5 in Richtung der Kommunikationsvorrichtung 40 erfolgen. Alternativ ist auch eine bidirektionale Datenübertragung zwischen Fahrzeug 5 und Kommunikationsvorrichtung 40 möglich. Die Kommunikationsvorrichtung 40 kann zum Beispiel eine Funkschnittstelle 41 umfassen. Mittels dieser Funkschnittstelle 41 ist eine kabellose Datenübertragung zwischen Kommunikationsvorrichtung 40 und Fahrzeug 5 möglich. Beispielsweise kann die Funkschnittstelle 41 eine WLAN-Verbindung mit dem Fahrzeug 5 aufbauen. Alternativ ist auch eine Verbindung über ein Mobilfunknetz möglich, zum Beispiel GSM, UMTS oder LTE. Ferner kann auch ein kabelloser Datenaustausch mittels Nahfeldkommunikation (NFC/RFID) erfolgen. Weitere kabellose Kommunikationsverfahren sind darüber hinaus ebenso möglich. Zusätzlich oder alternativ kann die Kommunikationsvorrichtung 40 auch einen optischen Sensor 42 oder eine optische Schnittstelle umfassen. Beispielsweise kann es sich bei dem optischen Sensor 42 um eine Kamera, einen Barcodescanner oder einen QR-Code-Scanner handeln. Weitere Vorrichtungen zum Empfangen von Daten von dem Fahrzeug 5 bzw. zum Datenaustausch zwischen Fahrzeug 5 und Vorrichtung 2 zum automatischen Verbinden sind darüber hinaus ebenso möglich.
-
Die Kommunikationsvorrichtung 40 kann von dem Fahrzeug 5 fahrzeugspezifische Daten empfangen, insbesondere Daten, die für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 relevant sind. Diese Daten können beispielsweise Autorisierungsdaten, Abrechnungsparameter, Ladespannung, Ladestrom, Batteriekapazität und weitere Ladeparameter umfassen. Darüber hinaus können in den übertragenen Daten auch Informationen über die Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 enthalten sein. Ferner kann die Kommunikationsvorrichtung 40 auch Daten über die abgestellte Position des Fahrzeugs 5 in Bezug auf die Ladestation 1 empfangen. Beispielsweise können von dem Fahrzeug 5 die GPS-Koordinaten oder ähnliches an die Kommunikationsvorrichtung 40 übertragen werden. Ebenso ist es möglich, dass die Kommunikationsvorrichtung 40 die Position des Fahrzeugs 5 in Bezug auf die Ladestation 1 mittels geeigneter Sensoren ermittelt. Beispielsweise kann die Position des Fahrzeugs 5 mittels einer Kamera 42, eines Ultraschallsensors, Radarsensors oder eines weiteren Sensors erfolgen.
-
Der Kontaktkopf 21 an der Einführvorrichtung 20 der Vorrichtung 2 zum automatischen Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 kann eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten umfassen. Diese elektrischen Kontakte sind mit einer Spannungsquelle 30 elektrisch verbunden. Beispielsweise kann es sich bei der Spannungsquelle 30 um einen Spannungsumformer bzw. Laderegler handeln, der die von einem Energieversorgungsnetz 3 oder einer anderen externen Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 anpasst. Alternativ ist es auch möglich, dass die Kontakte des Kontaktkopfs 21 auch direkt mit einem Energieversorgungsnetz 3 oder einer anderen Spannungsquelle verbunden sind. In diesem Fall ist es nur erforderlich, dass mittels geeigneter Schaltelemente die elektrische Verbindung zwischen Energieversorgungsnetz 3 oder der weiteren Spannungsquelle auf der einen Seite und den Kontakten des Kontaktkopfs 21 auf der anderen Seite geschlossen bzw. geöffnet. werden kann, um den Ladevorgang zu starten oder zu beenden. In diesem Fall erfolgt die Anpassung von Strom und Spannung für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 durch einen Laderegler in dem Fahrzeug 5.
-
Um den Energiespeicher 50 eines Fahrzeugs 5 aufzuladen, muss der Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs eingeführt werden. Dabei werden die Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 elektrisch verbunden. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle 30 und dem Fahrzeug 5 hergestellt. Anschließend kann der Energiespeicher 50 des Fahrzeugs 5 aufgeladen werden. Nach Abschluss des Ladevorgangs wird die Spannungsversorgung zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 5 unterbrochen und der Kontaktkopf 21 wieder aus der Ladebuchse 51 herausgezogen.
-
Für einen automatischen Ladevorgang muss somit auch das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs automatisch erfolgen. Hierzu positioniert die Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 zunächst die Einführvorrichtung 20 mit dem Ladekopf 21 vor der Ladebuchse 51. Die Vorrichtung 2 ermittelt hierzu die horizontale und vertikale Position der Ladebuchse 51. Anschließend wird durch die Positionierungsvorrichtung 10 die Einführvorrichtung 20 mit dem Ladekopf 21 vor der Ladebuchse 51 positioniert. Das Fahrzeug 5 sollte dabei so an der Ladestation 1 abgestellt sein, dass die Ladebuchse 51 in Richtung der Vorrichtung 2 zum Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 ausgerichtet ist. Dabei werden an die Genauigkeit der Positionierung der Einführvorrichtung 20 mit den Kontaktkopf 21 keine hohen Ansprüche gestellt. Vielmehr reicht es aus, dass der Ladekopf 21 sich in einem vorgegebenen Toleranzbereich vor der Ladebuchse 51 befindet. Beispielsweise kann sich der Ladekopf 21 dabei in einem Bereich mit Abweichungen von 5, 10, 15 cm oder mehr abweichend von der optimalen Position befinden. Diese optimale Position wird dabei als Position angesehen, bei der der Kontaktkopf 21 geradlinig in die Ladebuchse 51 eingeführt werden kann.
-
Nachdem der Ladekopf 21 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches vor der Ladebuchse 51 positioniert worden ist, wird anschließend der Kontaktkopf 21 mittels der Einführvorrichtung 20 in die Ladebuchse 51 eingeführt. Hierzu wird der Kontaktkopf 21 mittels der Einführvorrichtung 20 in Richtung der Ladebuchse 51 bewegt. Ladekopf 21 und Ladebuchse 51 sind dabei derart ausgestaltet, dass während des Einführens des Ladekopfes 21 in die Ladebuchse 51 eine selbstständige Ausrichtung des Kontaktkopfes 21 erfolgt. Hierzu kann der Kontaktkopf 21 Justiermittel aufweisen, die den Kontaktkopf 21 während des Einführens in die Ladebuchse 51 automatisch ausrichten. Für diese automatische Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 kann der Kontaktkopf 21 dabei gedreht, geneigt, gekippt oder in einer weiteren Weise variiert werden, so dass die Kontakte des Kontaktkopfs 21 korrespondierend zu den Kontakten der Ladebuchse 51 ausgerichtet werden.
-
Für das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 kann die Einführvorrichtung 20 dabei Mittel aufweisen, die den Kontaktkopf 21 in Richtung der Ladebuchse 51 bewegen. Beispielsweise kann die Einführvorrichtung 20 dabei einen Scherenmechanismus aufweisen. Alternativ sind auch weitere mechanische Vorrichtungen möglich, die mittels elektrischem Antrieb, Hydraulik oder Pneumatik den Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 bewegen.
-
Die Einführvorrichtung 20 kann darüber hinaus eine Drehvorrichtung 23 aufweisen. Durch diese Drehvorrichtung 23 kann der Kontaktkopf 21 um eine vorgegebene Rotationsachse gedreht werden. Diese Rotationsachse kann dabei beispielsweise parallel zu einer Richtung verlaufen, in der sich der Kontaktkopf 21 während des Einführens in die Ladebuchse 51 bewegt. Die Drehvorrichtung 23 kann dabei unmittelbar an dem Kontaktkopf 21 angeordnet sein. Durch Drehen des Kontaktkopfs 21 mittels der Drehvorrichtung 23 können die Kontakte des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Kontakte der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 ausgerichtet werden. Die Drehung des Kontaktkopfs 21 durch die Drehvorrichtung 23 kann dabei beispielsweise basierend auf vorgegebenen Parametern eingestellt werden, die sich aus den Daten ergeben, die von dem Fahrzeug 5 an die Kommunikationsvorrichtung 40 übertragen worden sind. Alternativ kann auch eine Sensorik (hier nicht dargestellt) an dem Kontaktkopf 21, der Einführvorrichtung 20 oder einer anderen Stelle der Vorrichtung zum Verbinden der Ladestation mit der Ladebuchse angeordnet sein, um die Ausrichtung der Kontakte der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 zu ermitteln. Daraufhin kann der Kontaktkopf 21 entsprechend der Ausrichtung der Kontakte an der Ladebuchse 51 ausgerichtet werden. Ebenso kann auch das Drehen des Kontaktkopfs 21, sowie das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 basierend auf vorgegebenen Parametern bestimmt werden, die sich aus den von der Kommunikationsvorrichtung 40 empfangenen Daten ergeben. Der Kontaktkopf 21 kann dabei mittels eines Antriebs in der Drehvorrichtung 23 aktiv in die gewünschte Position gedreht werden. Alternativ ist es auch möglich, dass es sich bei der Drehvorrichtung 23 um ein Drehgelenk handelt, das durch Einwirken externer Kräfte eine Drehbewegung ermöglicht.
-
Die Einführvorrichtung 20 kann darüber hinaus ein Ausgleichselement 24 umfassen. Dieses Ausgleichselement 24 ermöglicht eine seitliche Bewegung des Kontaktkopfs 21 während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51. Insbesondere ermöglicht es ein solches Ausgleichselement 24, dass der Kontaktkopf 21 beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 eine Bewegung ausführen kann, die senkrecht, oder zumindest annähernd senkrecht ist in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Kontaktkopfs 21 während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51. Beispielsweise kann es sich bei diesem Ausgleichselement 24 um ein Federelement, ein Gelenk mit einer vorgegebenen Rückstellkraft, ein Teilstück aus einem Elastomer oder ähnliches handeln. Beispielsweise kann das Ausgleichselement eine Bewegung des Kontaktkopfes 21 ermöglichen, wenn die auf den Kontaktkopf 21 ausgeübte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Wird auf das Ausgleichselement 24 eine Kraft unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts ausgeübt, so bleibt das Ausgleichselement 24 zumindest annähernd steif. Überschreitet die ausgeübte Kraft dagegen einen vorgegebenen Grenzwert, so gibt das Ausgleichselement 24 nach und ermöglicht somit eine Abweichung der durch die Einführvorrichtung 20 ausgeübten Bewegungsrichtung während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Kontaktkopf 21 und eine korrespondierende Ladebuchse 51. Der Kontaktkopf 21 weist dabei Justiermittel 201 auf. Bei diesem Justiermittel 201 kann es sich beispielsweise um eine Rolle, ein Kugelrad, einen Zapfen oder eine andere Erhöhung handeln. Ferner ist auch eine Vertiefung, beispielsweise eine Nut oder ähnliches, als Justiermittel 201 möglich. An der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 ist dabei eine zu dem Justiermittel 201 des Kontaktkopfs 21 korrespondierende Führung 501 eingearbeitet. Somit kann beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 der Kontaktkopf 21 durch das Zusammenspiel des Justiermittels 201 mit der korrespondierenden Führung 501 in der Ladebuchse 51 der Kontaktkopf 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 ausgerichtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Kontakte des Kontaktkopfs 21 so auszurichten, dass sie passend mit den Kontakten der Ladebuchse 51 verbunden werden. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 kann darüber hinaus die Oberfläche des Kontaktkopfs 21 und/oder die Oberfläche der Ladebuchse 51 mit einem gleitfähigen Material beschichtet sein. Beispielsweise eignet sich hierzu eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ähnlichem.
-
Die 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen für das Einführen eines Kontaktkopfs 21 in eine Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5. Um den Einführvorgang des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 zu erleichtern, ist in der in 4a dargestellten Ausführungsform ein Führungselement 52 vor der Ladebuchse 51 angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei dem Führungselement 52 um eine Platte, eine Schiene, einen Stab, oder eine Anordnung aus mehreren Stäben oder ähnlichem handeln. Insbesondere ist es auch möglich, dass es sich bei der Führungsvorrichtung 52 um eine Abdeckung vor der Ladebuchse 51 handelt, die vor dem Einführen des Ladekopfs 21 nach außen aufgeklappt wird. Nähert sich der Kontaktkopf 21 während des Einführvorgangs in die Ladebuchse 51 der Ladebuchse 51 und trifft dabei auf die Führung 52, so kann der Kontaktkopf 21 an der Führung 52 entlang in Richtung der Ladebuchse 51 geführt werden. Somit können eventuell vorhandene horizontale oder vertikale Abweichungen der Positionierung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 automatisch korrigiert werden. Insbesondere ist es möglich, dass ein an dem Kontaktkopf 21 angeordnetes Justiermittel 201 durch die Führung 52 so geführt wird, dass sich der Kontaktkopf 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 richtig ausrichtet. Dabei ist es auch möglich, dass der Kontaktkopf 21 eine Drehbewegung ausführt. Somit können die Kontakte des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Kontakte der Ladebuchse 51 korrekt ausgerichtet werden.
-
4b zeigt eine alternative Ausführungsform für eine Ladebuchse 51 mit einer Führung 52. In dieser Ausführungsform ist die Führung 52 unterhalb der Ladebuchse 51 angeordnet. Beispielsweise kann es sich auch hierbei um eine Abdeckung der Ladebuchse 51 handeln, die vor dem Einführen des Kontaktkopfs 21 nach unten geklappt wird. Aber auch weitere Ausgestaltungsformen für eine Führung 52 sind möglich. Analog zu 4a kann auch hierbei der Kontaktkopf 21 entlang der Führung 52 während des Einführens in die Ladebuchse 51 geführt werden und dabei ein automatisches Ausrichten des Kontaktkopfs 21 erfolgen. Auch hierbei können Justiermittel 201 an dem Ladekopf 21 mit der Führung 52 an der Ladebuchse 51 zusammenspielen, um eine Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 zu ermöglichen.
-
Die 5a bis 5d zeigen jeweils beispielhaft eine Draufsicht auf einen Kontaktkopf 21. In 5a umfasst der Kontaktkopf 21 eine Mehrzahl von trichterförmigen Vertiefungen 21-1. In diesen trichterförmigen Vertiefungen 21-1 kann jeweils ein elektrischer Kontakt des Kontaktkopfs 21 angeordnet sein. Grundsätzlich sind auch Vertiefungen ohne elektrische Kontakte möglich. Solche Vertiefungen können einer besseren Führung während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 dienen. Durch die trichterförmige Ausgestaltung, bei der sich der Durchmesser der Vertiefung in Richtung des Inneren des Kontaktkopfs 21 kontinuierlich verringert, kann auch bei geringen Abweichungen bei der Positionierung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf eine Ladebuchse 51 eines aufzuladenden Fahrzeugs 5 der Stecker noch zuverlässig in die Ladebuchse 51 eingeführt werden und eine elektrische Kontaktierung der Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 erfolgen. Die trichterförmige Ausgestaltung der Vertiefungen erlaubt in diesem Fall eine selbstständige Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51.
-
5b zeigt eine weitere Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kontaktkopfs 21. In diesem Fall weist der Kontaktkopf 21 eine Mehrzahl von schlitzförmigen Vertiefungen 21-2 auf. Die schlitzförmigen Vertiefungen 21 können dabei eine V-förmige Form aufweisen. Dabei verringert sich in Richtung des Inneren des Kontaktkopfs 21 gesehen die Breite der Spalte 21-2. Auch auf diese Weise ist es möglich, dass sich der Kontaktkopf 21 beim Einführen in eine Ladebuchse 51 eines aufzuladenden Fahrzeugs 5 selbständig innerhalb vorgegebener Toleranzen ausrichtet. Die spaltförmigen Vertiefungen 21-2 können sich dabei entweder vollständig entlang einer Richtung auf der Oberfläche des Kontaktkopfes 21 erstrecken. Alternativ können sich die Spalte 21-2, wie in der Mitte des Kontaktkopfes 21 in 5b dargestellt, auch nur über einen Teil erstrecken, so dass mehrere Spalte entlang einer Richtung auf der Oberfläche des Kontaktkopfes 21 entstehen. Im Inneren der Spalte 21-2 kann dabei jeweils ein elektrischer Kontakt angeordnet sein. Auch bei dieser und den folgenden Ausführungsformen sind Vertiefungen ohne elektrische Kontakte möglich.
-
Die 5c und 5d zeigen kreisförmige Kontaktköpfe 21. In 5c weist der Kontaktkopf 21 dabei kreisförmige Vertiefungen 21-3 auf, in denen jeweils ein elektrischer Kontakt angeordnet sein kann. Durch derartige rotationssymmetrische Kontaktköpfe 21 kann ein besonders einfaches Einführen des Kontaktkopfs 21 in eine Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 erfolgen. In diesem Fall muss keine Drehung des Kontaktkopfs 21 zur Ausrichtung der Kontakte erfolgen.
-
5d zeigt ebenfalls einen kreisförmigen Kontaktkopf 21, bei dem jedoch die Vertiefungen 21-4 in dem Kontaktkopf 21 als Kreissegmente ausgeführt sind. Auf diese Weise können innerhalb eines Kreisumfangs mehrere Kontakte angeordnet werden. Somit kann auf geringerem Raum eine größere Anzahl von Kontakten erreicht werden. Um bei einem kreisförmigen Kontaktkopf 21, wie er beispielsweise in 5d dargestellt ist, eine eindeutige Ausrichtung zu erzwingen, können die einzelnen Kreissektoren dabei unterschiedlich groß ausgeführt werden. Dabei kann sowohl die Breite der Vertiefungen 21-4 als auch die Größe des Kreissegments variieren. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch ein kreisförmiger Kontaktkopf 21 nur in einer vorbestimmten Ausrichtung in die Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 eingeführt werden kann.
-
Die im Zusammenhang mit den 5a bis 5d dargestellten Anzahl von Vertiefungen und Kontakten dient dabei lediglich dem besseren Verständnis und stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Eine von der dargestellten Anzahl abweichende Anzahl von Kontakten ist ebenso möglich. Auch sind die in den 5a und 5b dargestellten rechteckförmigen Kontaktköpfe nur beispielhaft zu verstehen. Davon abweichende Geometrien, wie beispielsweise quadratische Formen, Polygone, etc. sind ebenso möglich.
-
Vorzugsweise weisen die Kontaktköpfe 21 eine konusförmige oder kegel- bzw. kegelstumpfförmige Außengeometrie auf. Dabei besitzt die Grundfläche, auf der die Kontakte bzw. die Vertiefungen für die Kontakte angeordnet sind, eine im Vergleich zu der Einführvorrichtung 20 weisende Seite geringere Grundfläche. Mit anderen Worten, der Kontaktkopf 21 verjüngt sich in Richtung der Fläche, auf der die Kontakte bzw. die Vertiefungen für die Kontakte angeordnet sind. Auf diese Weise ist innerhalb vorgegebener Toleranzen eine selbständige Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 beim Einführen in die Ladebuchse 51 möglich.
-
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Kontaktkopf 21 und eine korrespondierende Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5. Zum Kontaktieren des Kontaktkopfs 21 mit der Ladebuchse 51 wird der Kontaktkopf 21 dabei in Pfeilrichtung in Richtung der Ladebuchse 51 eingeführt. Die Ladebuchse 51 weist in diesem Beispiel drei Kontakte 51-a, 51-b und 51-c auf. Der Kontaktkopf 21 weist entsprechend drei Vertiefungen mit den Kontakten 21-a, 21-b und 21-c auf. Während in diesem Beispiel die drei Kontakte 51-a, 51-b und 51-c der Ladebuchse 51 gleich lang ausgeführt sind, sind die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des Kontaktkopfs 21 innerhalb des Kontaktkopfs 21 unterschiedlich weit von der in Richtung der Ladebuchse 51 weisenden Außenseite entfernt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des Kontaktkopfs 21 zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit den korrespondierenden Kontakten 51-a, 51-b und 51-c der Ladebuchse 51 elektrisch kontaktiert werden. Somit kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass zunächst eine elektrische Kontaktierung eines Bezugspotentials erfolgt. Erst nachdem das Bezugspotential des Kontaktkopfs 21 über den entsprechenden Kontakt mit der Ladebuchse und somit dem aufzuladenden Fahrzeug verbunden worden ist, erfolgt beim weiteren Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 anschließend die Kontaktierung der Phasenanschlüsse, über die die Energieeinspeisung während des Aufladens des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 erfolgen soll. Nachdem auch diese Kontakte miteinander elektrisch verbunden worden sind, kann zum Abschluss auch die Kontaktierung einer für die Kommunikation während des Ladens erforderlichen Datenverbindung erfolgen, über die der Ladevorgang dann erst freigegeben wird. Auf diese Weise kann die Sicherheit während des Kontaktierens erhöht werden und evtl. bestehende Sicherheitsanforderungen können erfüllt werden.
-
Neben dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Kontakte 51-a, 51-b und 51-c der Ladebuchse 51 gleich lang sind und die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des Kontaktkopfs 21 an unterschiedlichen Positionen bezüglich des Abstands zu der in Richtung der Ladebuchse 51 weisenden Außenseite des Kontaktkopfs 21 angeordnet sind, ist es alternativ auch möglich, eine Ladebuchse 51 mit unterschiedlich langen Kontakte 51-a, 51-b und 51-c in dem Fahrzeug anzuordnen und dabei die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des Kontaktkopfs 21 gleichweit von der in Richtung der Ladebuchse 51 weisenden Außenseite beabstandet anzuordnen.
-
Die zuvor beschriebene Vorrichtung 2 einer Ladestation 1 zum automatischen elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 ermöglicht eine große Flexibilität bei der Verbindung zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 5. Insbesondere können bereits durch die Positioniervorrichtung 10 Variationen der Position einer Ladebuchse 51 an unterschiedlichen Fahrzeugen 5 berücksichtigt werden, und dabei jeweils eine passende Position für das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 angesteuert werden. Die automatische Feinjustierung des Kontaktkopfs 21 während des Einführens in die Ladebuchse 51 ermöglicht es dabei, nur geringe Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierungsvorrichtung 10 zu stellen. Darüber hinaus können, wie bereits auch in 1 dargestellt, durch einen großen Aktionsradius der Positionierungsvorrichtung 10 mehrere nebeneinander abgestellte Fahrzeuge 5 nacheinander durch ein und dieselbe Ladestation 1 bedient werden. Hierzu kann nacheinander jeweils der Kontaktkopf 21 in eine der Ladebuchsen 51 von mehreren nebeneinander abgestellten Fahrzeugen 5 eingeführt werden und der entsprechende Energiespeicher 50 des jeweiligen Fahrzeugs 5 aufgeladen werden. Nachdem der Energiespeicher 50 vollständig aufgeladen worden ist, oder beliebige andere Abbruchkriterien erfüllt worden sind, kann der Kontaktkopf 21 wieder aus der jeweiligen Ladebuchse 51 herausgezogen werden und anschließend in die Ladebuchse 51 des nächsten Fahrzeugs eingeführt werden. Anschließend kann der Energiespeicher 50 des nächsten Fahrzeugs 5 aufgeladen werden. Auf diese Weise sind flexible Ladekonzepte für das Aufladen mehrerer Fahrzeuge mittels einer Ladestation möglich. Insbesondere können dabei bei der Erstellung der Ladekonzepte auch von dem Fahrzeug 5 an die Kommunikationsvorrichtung 40 übertragene Daten mit berücksichtigt werden. Somit können für mehrere Fahrzeuge an einer Ladestation 5 jeweils optimale Ladekonzepte berechnet und ausgeführt werden. Beispielsweise können auch die Energiespeicher 50 mehrere Fahrzeuge 5 jeweils zunächst erst teilweise aufgeladen werden. Nachdem alle Energiespeicher 50 jeweils vorgegebene Mindestladestände aufweisen, können anschließend die Energiespeicher 50 der Fahrzeuge 5 nacheinander weiter aufgeladen werden. Somit kann sichergestellt werden, dass zunächst alle Fahrzeuge fahrbereit sind, und anschließend kann durch weiteres Aufladen die Reichweite der Fahrzeuge erhöht werden. Weitere flexible Ladekonzepte sind darüber hinaus ebenso möglich. Durch das automatische Kontaktieren und Dekontaktieren der Fahrzeuge 5 ist für das Aufladen mehrerer Elektrofahrzeuge durch eine einzige Ladestation 1 kein manueller Benutzereingriff nötig. Somit kann der Komfort und auch die Sicherheit während des Aufladens erhöht werden.
-
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation 1 mit einer Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 zugrunde liegt. In Schritt 110 ist zunächst ein Kontaktkopf 21 bereitgestellt. Dieser Kontaktkopf 21 und insbesondere die Kontakte dieses Kontaktkopfs 21 können mit einer Spannungsquelle 30 der Ladestation 1 elektrisch verbunden sein. Insbesondere kann der Kontaktkopf 21 an einer Einführvorrichtung 20 angeordnet sein, wie sie zuvor bereits beschrieben worden ist. Anschließend werden in Schritt 120 der Kontaktkopf 21 an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 positioniert. Bei dieser vorbestimmten Position handelt es sich um eine Position vor der Ladebuchse 51, aus der heraus ein Einführen des Ladekopfs 21 in die Ladebuchse 51 möglich ist. Bei dieser vorbestimmten Position kann es sich insbesondere um einen vorgegebenen räumlichen Bereich handeln. Die Abmessungen dieses Bereichs können einige Zentimeter, bis hin zu 10 oder gar 20 cm umfassen. Je nach Ausgestaltung des Kontaktkopfs 21 und der Ladebuchse 51 sind darüber hinaus auch größere räumliche Bereiche möglich.
-
Daraufhin wird in Schritt 130 der Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 eingeführt. Während dieses Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 erfolgt in Schritt 150 ein automatisches Ausrichten des Kontaktkopfs 21. Für dieses automatische Ausrichten des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 kann der Kontaktkopf 21 Justiermittel 201 umfassen, wie sie zuvor bereits beschrieben worden sind.
-
Für ein flexibles Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 kann das Verfahren darüber hinaus einen Schritt zum Ermitteln der vorbestimmten Position für das Positionieren des Kontaktkopfs in Bezug auf die Ladebuchse aufweisen. Für einen solchen Schritt können insbesondere Daten von dem Fahrzeug 5 empfangen und ausgewertet werden. Diese Daten können entweder direkt die Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 spezifizieren, oder sie können fahrzeugspezifische Daten umfassen, aus denen heraus die Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 bestimmt werden kann. Beispielsweise kann hierzu basierend auf den empfangenen fahrzeugspezifischen Daten aus einer Datenbank die Position der Ladebuchse 51 an dem jeweiligen Fahrzeug 5 ausgelesen werden.
-
Ist die Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 durch eine Abdeckung geschützt, oder ist die Ladebuchse 51 gegebenenfalls zunächst in das Fahrzeuginnere geklappt, so kann darüber hinaus in einem weiteren Schritt eine solche Ladebuchse 51 zunächst freigegeben werden, indem eine Abdeckung aufgeklappt wird, oder die Ladebuchse herausgeklappt wird. Hierzu können gegebenenfalls an der Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 weitere Mittel angeordnet sein. Beispielsweise kann das Freigeben der Ladebuchse 51 mechanisch ausgeführt werden. Alternativ kann auch mittels einer Funkschnittstelle oder ähnlichem dem Fahrzeug 5 ein bevorstehender Kontaktvorgang signalisiert werden, worauf das Fahrzeug 5 selbständig die Ladebuchse 51 freigibt.
-
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs. Hierzu wird ein mit einer Spannungsquelle verbundener Kontaktkopf vor einer Ladebuchse eines Fahrzeugs positioniert und anschließend in die Ladebuchse eingeführt. Für ein sicheres und zuverlässiges Ausrichten des Kontaktkopfs während des Einführens in die Ladebuchse weist der Kontaktkopf dabei Justiermittel auf, die den Kontaktkopf während des Einführens in die Ladebuchse automatisch ausrichten. Auf diese Weise können die Anforderungen für die Positionierung des Kontaktkopfs vor dem Einführen gesenkt werden und die Sicherheit des Kontaktierens der Ladestation mit dem aufzuladenden Fahrzeug kann gesteigert 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 102009001080 A1 [0002]
