DE102016008982A1

DE102016008982A1 - Ladeanordnung und Verfahren zum automatischen konduktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016008982A1
Application number: DE102016008982.2A
Authority: DE
Inventors: Ottmar Schmid; Axel Willikens
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-07-23
Filing date: 2016-07-23
Publication date: 2017-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeanordnung (14) zum automatischen konduktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Ladeanordnung (14) eine erste Ladeeinrichtung (16) mit einem ersten Kontaktelement und eine zweite Ladeeinrichtung (18) mit einem zweiten Kontaktelement aufweist, wobei die erste Ladeeinrichtung (16) am Kraftfahrzeug (10) anordenbar ist und die zweite Ladeeinrichtung (18) an einem Untergrund (12) anordenbar ist. Dabei sind das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement zum konduktiven Laden des Energiespeichers automatisch in Kontakt bringbar. Des Weiteren ist das zweite Kontaktelement in einem am Untergrund (12) angeordneten Zustand der zweiten Ladeeinrichtung (18) erhöhbar gegenüber dem Untergrund (12), um den Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeanordnung und ein Verfahren zum automatischen konduktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Zum konduktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs ist es üblich, eine elektrische Verbindung zwischen Ladestation und der Ladedose des Fahrzeugs zu verwenden, die ein Benutzer analog zu einer Zapfsäule für Benzin oder Diesel aktiv betätigt. Nachteilig dabei ist die umständliche Handhabung mit dem Ladeanschluss, insbesondere bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen und Umgebungsbedingungen, sowie der entsprechende Aufwand eines Benutzers für den Ladevorgang des Fahrzeugs.
Weiterhin sind auch Verfahren und Vorrichtungen zur automatisierten Herstellung und Trennung von Ladeverbindungen aus dem Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise in der DE 10 2011 082 092 A1 und in der DE 10 2012 007 713 B4 beschrieben. In der DE 10 2011 082 092 A1 ist beispielsweise eine trichterförmige Ladebuchse offenbart, um ein automatisches Einführen des korrespondierenden Ladesteckers zu erleichtern. Die Ladebuchse ist dabei seitlich am Kraftfahrzeug angeordnet. Um eine Verbindung zwischen den Kontaktelementen des Steckers und der Buchse herzustellen, wird der Stecker entsprechend in horizontaler Richtung ausgefahren und in die Buchse eingesteckt. Weiterhin beschreibt die DE 10 2012 007 713 B4 einen unterseitig am Kraftfahrzeug angeordneten Ladekontakt, der mit einer korrespondierenden Ladekontakt einer am Untergrund angeordneten Ladestation verbindbar ist. Die Ladestation ist dazu beweglich am Untergrund angeordnet und kann quer zur Fahrtrichtung durch ein Rad oder einen Reifen des Kraftfahrzeugs als Ausrichtungselement in die richtige Position gebracht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladeanordnung und ein Verfahren zum automatischen konduktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche weitere Verbesserungen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladeanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Ladeanordnung zum automatischen konduktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs weist eine erste Ladeeinrichtung mit einem ersten Kontaktelement und eine zweite Ladeeinrichtung mit einem zweiten Kontaktelement auf, wobei die erste Ladeeinrichtung am Kraftfahrzeug anordenbar ist und die zweite Ladeeinrichtung an einem Untergrund anordenbar ist. Weiterhin sind dabei das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement zum konduktiven Laden des Energiespeichers automatisch in Kontakt bringbar. Darüber hinaus ist das zweite Kontaktelement in einem am Untergrund angeordneten Zustand der zweiten Ladeeinrichtung erhöhbar gegenüber dem Untergrund, um den Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktelement herzustellen.
Zum einen wird durch die Erfindung eine hohe Nutzerfreundlichkeit bereitgestellt, da der Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen automatisch geschlossen werden kann, wodurch ein automatisiertes Laden ermöglicht wird. Darüber hinaus wird durch die Erfindung eine besonders bauraumeffiziente Ausgestaltung, insbesondere der zweiten Ladeeinrichtung, ermöglicht, da durch die erhöhbare Ausgestaltung des zweiten Kontaktelements ebenso die Möglichkeit bereitgestellt ist, dieses bei Nichtgebrauch vollständig oder zumindest teilweise im Untergrund zu versenken. Bei Gebrauch lässt sich das zweite Kontaktelement somit auf einfache Weise ausfahren und bei Nichtgebrauch oder Beendigung des Ladevorgangs wieder einfahren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Ladeeinrichtung in einem Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet. Auch diese Anordnung der ersten Ladeeinrichtung ist besonders vorteilhaft, da sie im Unterbodenbereich optisch nicht wahrnehmbar ist. Zudem lässt sich auf diese Weise die Kopplung mit dem zweiten Kontaktelement auf besonders einfache Weise herstellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Ladeeinrichtung und/oder die zweite Ladeeinrichtung beweglich angeordnet, insbesondere im Wesentlichen parallel zum Untergrund. Diese bewegliche beziehungsweise mobile Anordnung ist besonders vorteilhaft zur genauen Positionierung der ersten Ladeeinrichtung in Bezug auf die zweite Ladeeinrichtung, um den Kopplungsvorgang, das heißt das Inkontaktbringen des ersten und des zweiten Kontaktelements, auf besonders einfache Weise zu ermöglichen.
Daher ist es auch eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass die Ladeanordnung dazu ausgelegt ist, die erste Ladeeinrichtung und/oder die zweite Ladeeinrichtung in eine Ladeposition zu bewegen, in welcher das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement durch Erhöhen des zweiten Kontaktelements in Kontakt bringbar sind. Zur genauen Positionierung sind damit vielzählige Möglichkeiten gegeben. Beispielsweise kann nur die Position der ersten Ladeeinrichtung angepasst werden auf die Position der zweiten Ladeeinrichtung, umgekehrt kann auch nur die Position der zweiten Ladeeinrichtung auf die Position der ersten Ladeeinrichtung angepasst werden, oder es können auch beide, das heißt die erste und die zweite Ladeeinrichtung bewegt werden, um ihre Positionen aufeinander anzupassen.
Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Ladeanordnung zum bidirektionalen Laden ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Stromfluss sowohl von der zweiten Ladestation zur ersten Ladestation zum Laden des Energiespeichers fließen kann, sowie auch umgekehrt vom Fahrzeug zur zweiten Ladeeinrichtung.
Des Weiteren kann die Ladeanordnung auch dazu ausgebildet sein, zum Laden des Energiespeichers einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom oder einen Gleichstrom mit Wechselstromüberlagerung bereitzustellen. Auch hierdurch sind vielzählige Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche Situationen bereitstellbar.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen konduktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, wobei zum konduktiven Laden des Energiespeichers ein erstes Kontaktelement einer am Kraftfahrzeug angeordneten ersten Ladeeinrichtung mit einem zweiten Kontaktelement einer zweiten an einem Untergrund angeordneten Ladeeinrichtung automatisch in Kontakt gebracht wird. Darüber hinaus wird das zweite Kontaktelement gegenüber dem Untergrund erhöht, um den Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement herzustellen.
Die für die erfindungsgemäße Ladeanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ladeanordnung und ihren Ausführungsformen genannten gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere Verfahrensschritte.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs auf einem Untergrund mit einer Ladeanordnung mit eingefahrenem Kontaktelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs auf dem Untergrund mit der Ladeanordnung aus 1, bei welcher sich das Kontaktelement im ausgefahrenen Zustand befindet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 und 2 zeigen beide schematisch ein Kraftfahrzeug 10 auf einem Untergrund 12 mit einer Ladeanordnung 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Ladeanordnung 14 umfasst dabei eine als Ladeaufnahme 16 beziehungsweise Ladedose oder Ladebuchse ausgebildete erste Ladeeinrichtung, welche am Kraftfahrzeug 10, insbesondere an der Unterseite des Kraftfahrzeugs 10, angeordnet ist, sowie eine als Ladestation 18 ausgebildete zweite Ladeeinrichtung, welche vertieft am Untergrund 12 angeordnet ist. Die Ladestation 18 weist weiterhin einen ein- und ausfahrbaren Ladearm 18a auf. In 1 ist dieser Ladearm 18a in einem eingefahrenen Zustand dargestellt, während in 2 dieser Ladearm 18a in einem ausgefahrenen Zustand dargestellt ist. Weiterhin umfasst die Ladeaufnahme 16 zumindest ein nicht dargestelltes erstes Kontaktelement und der Ladearm 18a zumindest ein nicht dargestelltes zweites Kontaktelement, wobei das erste und das zweite Kontaktelement durch Ausfahren des Ladearms 18a in Kontakt bringbar sind, wie in 2 dargestellt, während, wenn der Ladearm 18a wieder eingefahren wird, wie in 1 dargestellt, auch der Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement wieder getrennt wird.
Durch diese Ausbildung der Ladeanordnung 14 wird auf besonders benutzerfreundliche Weise ein automatisches Laden des Kraftfahrzeugs beziehungsweise dessen elektrischer Energiespeicher (nicht dargestellt) ermöglicht. Zudem lässt sich die Ladeanordnung beziehungsweise die Ladestation 18 besonders bauraumeffizient unterbringen, da es durch den ein- und ausfahrbaren Ladearm 18a ermöglicht wird, diesen und damit auch die gesamte Ladestation 18 teilweise oder vollständig im Untergrund 12 zu versenken.
Des Weiteren kann es auch vorgesehen sein, dass die Ladestation 18 oder Teile davon, wie beispielsweise auch nur der Ladearm 18a, beweglich, das heißt mobil, angeordnet ist, sodass sich dieser parallel zum Untergrund 12 für eine genaue Positionierung des ersten und zweiten Kontaktelements zueinander verschieben lässt. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Ladestation 18 samt ihrer Komponenten fest angeordnet ist und stattdessen für eine genaue Positionierung die Ladeaufnahme 16 am Kraftfahrzeug 10 beweglich beziehungsweise mobil angeordnet ist. Auch kann es vorgesehen sein, dass sowohl die Ladeaufnahme 16 sowie die Ladestation 18 oder Teile davon beweglich angeordnet sind, um eine genaue Positionierung zu ermöglichen.
Gemäß weiterer vorteilhafter und optionaler Ausgestaltungen der Ladeanordnung 14 kann diese beispielsweise zum bidirektionalen Laden ausgebildet sein und damit einen Stromfluss von der Ladestation 18 zur Ladeaufnahme 16 sowie von der Ladeaufnahme 16 zur Ladeeinrichtung 18 ermöglichen, das heißt der Stromfluss kann sowohl von der Ladestation 18 zum Fahrzeug 10 als auch vom Fahrzeug 10 zur Ladestation 18 erfolgen. Weiterhin kann das konduktive Laden mit Gleichstrom oder Wechselstrom oder Gleichstrom mit Wechselstromüberlagerung erfolgen.
Insgesamt wird somit eine Ladeanordnung und ein Verfahren zum konduktiven Laden bereitgestellt, welche durch die Möglichkeit des automatisierten Ladens eine besonders hohe Nutzerfreundlichkeit bereitstellen sowie durch das erhöhbare und erniedrigbare zweite Kontaktelement und die optional mobilen Anordnungen von Ladestation und/oder Ladeaufnahme besonders viel Flexibilität und Bauraumeffizienz bei der Unterbringung der Ladeanordnung und der Kopplung der Kontaktelemente ermöglichen.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Untergrund
14: Ladeanordnung
16: Ladeaufnahme
18: Ladestation
18a: Ladearm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011082092 A1 [0003, 0003]
DE 102012007713 B4 [0003, 0003]

Claims

Ladeanordnung (14) zum automatischen konduktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Ladeanordnung (14) eine erste Ladeeinrichtung (16) mit einem ersten Kontaktelement und eine zweite Ladeeinrichtung (18) mit einem zweiten Kontaktelement aufweist, wobei die erste Ladeeinrichtung (16) am Kraftfahrzeug (10) anordenbar ist und die zweite Ladeeinrichtung (18) an einem Untergrund (12) anordenbar ist, wobei das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement zum konduktiven Laden des Energiespeichers automatisch in Kontakt bring bar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontaktelement in einem am Untergrund (12) angeordneten Zustand der zweiten Ladeeinrichtung (18) erhöhbar gegenüber dem Untergrund (12) ist, um den Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement herzustellen.
Ladeanordnung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladeeinrichtung (16) in einem Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs (10) angeordnet ist.
Ladeanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladeeinrichtung (16) und/oder zweite Ladeeinrichtung (18) beweglich angeordnet sind, insbesondere im Wesentlichen parallel zum Untergrund (12).
Ladeanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanordnung (14) dazu ausgelegt ist, die erste Ladeeinrichtung (16) und/oder die zweite Ladeeinrichtung (18) in eine Ladeposition zu bewegen, in welcher das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement durch Erhöhen des zweiten Kontaktelements in Kontakt bringbar sind.
Ladeanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanordnung (14) zum bidirektionalen Laden ausgebildet ist.
Ladeanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanordnung (14) dazu ausgebildet ist, zum Laden des Energiespeichers einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom oder einen Gleichstrom mit Wechselstromüberlagerung bereitzustellen.
Verfahren zum automatischen konduktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs (10) wobei zum konduktiven Laden des Energiespeichers ein erstes Kontaktelement einer am Kraftfahrzeug (10) angeordneten ersten Ladeeinrichtung (16) mit einem zweiten Kontaktelement einer zweiten an einem Untergrund (12) angeordneten Ladeeinrichtung (18) automatisch in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontaktelement gegenüber dem Untergrund (12) erhöht wird, um den Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelement herzustellen.