DE102016212890A1 - Method for operating a charging device - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Die Ladevorrichtung umfasst ein Leitsystem, eine Messvorrichtung und einen Laderoboter, wobei der Laderoboter einen Ladestecker aufweist. In einem ersten Schritt A fährt das Fahrzeug in das Leitsystem ein, wobei mindestens zwei Räder des Fahrzeugs in einem zweiten Schritt B durch das Leitsystem fixiert werden. In einem dritten Schritt C ermittelt die Ladevorrichtung eine erste Position P1 einer Fahrzeugachse und positioniert die Messvorrichtung in einer Achsmitte der Fahrzeugachse. In einem vierten Schritt D ermittelt die Ladevorrichtung eine zweite Position P2 einer Ladebuchse des Fahrzeugs und verfährt den Laderoboter in einem fünften Schritt E auf die zweite Position der Ladebuchse. In einem sechsten Schritt führt der Laderoboter den Ladestecker in die Ladebuchse ein und beginnt schließlich in einem siebten Schritt G den Ladevorgang der Traktionsbatterie.The present invention relates to a method for operating a charging device for charging an energy storage device of a vehicle, preferably an electric or hybrid vehicle. The charging device comprises a control system, a measuring device and a loading robot, wherein the loading robot has a charging plug. In a first step A, the vehicle enters the guidance system, wherein at least two wheels of the vehicle are fixed in a second step B by the guidance system. In a third step C, the loading device determines a first position P1 of a vehicle axle and positions the measuring device in an axial center of the vehicle axle. In a fourth step D, the charging device determines a second position P2 of a charging socket of the vehicle and moves the loading robot in a fifth step E to the second position of the charging socket. In a sixth step, the loading robot inserts the charging plug into the charging socket and finally begins charging the traction battery in a seventh step G.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung zum Aufladen von Traktionsbatterien von Fahrzeugen, bevorzugt Elektro- oder Hybridfahrzeuge. The present invention relates to a method for operating a charging device for charging traction batteries of vehicles, preferably electric or hybrid vehicles.

Stand der TechnikState of the art

Elektrofahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Diese Verbindung muss nachteilig von einem Benutzer üblicherweise manuell hergestellt werden. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen. Nachteilig ist jedoch, dass die flächendeckende Infrastruktur für Ladesäulen weitestgehend nicht vorhanden ist (außer vereinzelte Pilotprojekte) und sich zurzeit im Aufbau befindet. Laut einer DLR-Studie werden Elektro- und Hybridfahrzeuge in Deutschland überwiegend zu Hause geladen, wobei nachteilig in privaten Haushalten üblicherweise nur Ladeleistungen zwischen 3 (1-phasig) und 11 kW (3-phasig) möglich sind. Die konduktiven Systeme können aufgrund der vorhandenen Stecker (angewandte Normung bei den OEM) nachteilig nur begrenzte Ladeleistungen übertragen, obwohl diese mit über 100 kW Leistung noch deutlich höher als beim nachfolgend erwähnten induktiven Laden ausfallen.Electric vehicles usually have an electrical energy storage, such as a traction battery, which provides the electrical energy for the drive. If this electrical energy store is completely or partially discharged, then the electric vehicle has to control a charging station, at which the energy store can be recharged. So far, it is customary for this purpose that the electric vehicle is connected to the charging station by means of a cable connection at such a charging station. This connection must be made disadvantageously by a user usually manually. It is also necessary that charging station and electric vehicle have a mutually corresponding connection system. The disadvantage, however, is that the nationwide infrastructure for charging stations is largely non-existent (except isolated pilot projects) and is currently under construction. According to a DLR study, electric and hybrid vehicles in Germany are predominantly charged at home, whereby disadvantageously in private households usually only charging power between 3 (1-phase) and 11 kW (3-phase) are possible. Due to the existing plugs (applied standardization at the OEM), the conductive systems can disadvantageously only transfer limited charging power, although with more than 100 kW of power they are still significantly higher than in the inductive charging mentioned below.

Ferner sind vereinzelt auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge bekannt. Beim induktiven Laden der Elektrofahrzeuge sind im oder auf dem Boden eine oder mehrere Spulen (Sendespulen) verbaut. Weiterhin sind im Elektrofahrzeug ebenfalls eine oder mehrere Spulen (Empfangsspule) angeordnet. Wird ein Elektrofahrzeug über der Sendespule abgestellt, sendet diese ein magnetisches Wechselfeld aus. Das magnetische Wechselfeld wird von der Empfangsspule innerhalb des Fahrzeugs aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Mittels dieser elektrischen Energie kann daraufhin durch die kontaktlose Energieübertragung eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs geladen werden. Weiterhin kann der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs auch zur Rückspeisung verwendet werden. Hierzu kann gegebenenfalls eine Kabelverbindung oder auch eine induktive Leistungsübertragung verwendet werden. Die induktiven Ladesysteme können zurzeit nur kleine Ladeleistungen (z.B. bei Elektrofahrzeugen im Pkw-Segment) übertragen, da die Abhängigkeiten vom Luftspalt und der Positionierung des Fahrzeugs zur Spule großen Einfluss haben. Die Druckschrift DE 10 2011 010 049 A1 offenbart ein solches System zum Laden einer Fahrzeugbatterie, bei dem die Energie induktiv übertragen wird. Furthermore, occasionally wireless charging systems for electric vehicles are known. When inductive charging of electric vehicles, one or more coils (transmitting coils) are installed in or on the floor. Furthermore, one or more coils (receiving coil) are also arranged in the electric vehicle. If an electric vehicle is parked above the transmitter coil, it sends out an alternating magnetic field. The magnetic alternating field is absorbed by the receiving coil within the vehicle and converted into electrical energy. By means of this electrical energy, a traction battery of the vehicle can then be charged by the contactless energy transfer. Furthermore, the energy storage of the electric vehicle can also be used for feeding back. For this purpose, if necessary, a cable connection or an inductive power transmission can be used. The inductive charging systems can currently transmit only small charging power (eg for electric vehicles in the passenger car segment), since the dependencies on the air gap and the positioning of the vehicle to the coil have great influence. The publication DE 10 2011 010 049 A1 discloses such a system for charging a vehicle battery, in which the energy is transmitted inductively.

Unabhängig von dem jeweiligen Ladeverfahren – sei es konduktiv (kabelgebunden) oder induktiv (kabellos) – erwartet der Fahrer einen schnellen Ladevorgang (sog. "Schnellladen", um die Wartezeit während des Ladens so kurz wie möglich zu halten. Schnellladen mit hohen Leistungen ist nach dem Stand der Technik nachteilig nur mit Gleichstrom möglich. Die hohen Ladeleistungen erfordern nachteilig einen größeren Kabelquerschnitt und machen dadurch das Ladekabel unhandlich schwer und unflexibel. Dieser Nachteil wird durch automatisiertes Stecken bzw. automatisiertes Laden (bei dem das Stecken des Ladesteckers automatisch erfolgt) behoben. Bei automatisierten Ladesystemen kann im Prinzip an allen Seiten (Front, Heck, Seite, Dach, Unterboden) eine Ladebuchse am Fahrzeug angebracht werden. Unter anderem wurde in 2015 ein automatisiertes System von VW im nahezu serienreifen Zustand per Roboterarm vorgestellt. Der Zugang zum Fahrzeug erfolgt dabei von der Seite (bevorzugt hinten rechts) und arbeitet mit dem Parkassistenten des Fahrzeugs zusammen. Dieses System ist für Gewerbe und im öffentlichen Raum gedacht. Weitere Systeme bzw. Systemansätze existieren als Studie oder Patent mit Ausprägungen wie Unterbodenroboter, Wand-Schienensysteme für Front- oder Hecklader, Bodenschienen- und Oberleitung-Stromabnehmer-Prinzipien.Regardless of the particular charging method - whether conductive (wired) or inductive (wireless) - the driver expects a fast charging process (so-called "fast charging") to keep the waiting time during charging as short as possible The high charging power disadvantageously requires a larger cable cross-section and thereby makes the charging cable bulky and inflexible This disadvantage is eliminated by automated plugging or automated charging (in which the plugging of the charging plug takes place automatically). In automated charging systems, in principle, a charging socket can be attached to the vehicle on all sides (front, rear, side, roof, underbody) Among other things, an automated system from VW in almost factory-ready condition was presented by robotic arm in 2015. Access to the vehicle takes place doing so from the side (preferably in the back right) u nd works with the park assistant of the vehicle. This system is intended for commercial and public use. Other systems or system approaches exist as a study or patent with features such as underbody robots, wall rail systems for front or rear loader, ground rail and overhead line pantograph principles.

Beim automatisierten Laden ist die Herausforderung, das Fahrzeug möglichst genau zur Ladestation zu positionieren. Technisch machbare Toleranzen liegen nachteilig derzeit bei +/– 5cm. Für Steckersysteme ist allerdings eine kleine Toleranz erforderlich, um Steckvorgänge mit hoher Anzahl durchführen zu können, die möglichst verschleißarm sind und eine hohe Lebensdauer des Stecksystems beinhalten.When it comes to automated loading, the challenge is to position the vehicle as exactly as possible to the charging station. Technically feasible tolerances are currently disadvantageous at +/- 5cm. For connector systems, however, a small tolerance is required in order to carry out plugging operations with a high number, which are as low-wear as possible and include a long service life of the plug-in system.

Es besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren, durch das die Positionierung des zu ladenden Fahrzeugs erleichtert und toleranzunempfindlicher wird.There is therefore a need for a method by which the positioning of the vehicle to be loaded is facilitated and less sensitive to tolerances.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat u.a. die Vorteile, dass die Positionierung des zu ladenden Fahrzeugs erleichtert und toleranzunempfindlicher wird. The inventive method with the characterizing part of claim 1 has u.a. the advantages that the positioning of the vehicle to be loaded easier and less tolerable.

Erfindungsgemäß ist dazu ein Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs vorgesehen. Die Ladevorrichtung umfasst ein Leitsystem, eine Messvorrichtung und einen Laderoboter, wobei der Laderoboter einen Ladestecker aufweist. In einem ersten Schritt A fährt das Fahrzeug in das Leitsystem ein, wobei mindestens zwei Räder des Fahrzeugs in einem zweiten Schritt B durch das Leitsystem ausgerichtet und fixiert werden. In einem dritten Schritt C ermittelt die Ladevorrichtung eine erste Position P1 einer Fahrzeugachse und positioniert die Messvorrichtung in einer Achsmitte der Fahrzeugachse. In einem vierten Schritt D ermittelt die Ladevorrichtung eine zweite Position P2 einer Ladebuchse des Fahrzeugs und verfährt den Laderoboter in einem fünften Schritt E auf die zweite Position der Ladebuchse. In einem sechsten Schritt führt der Laderoboter den Ladestecker in die Ladebuchse ein und beginnt schließlich in einem siebten Schritt G den Ladevorgang der Traktionsbatterie. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass die Positionierung des Fahrzeugs gegenüber der Ladestation für den Fahrer bzw. das Fahrzeug deutlich erleichtert und somit toleranzunempfindlicher wird. Die Positioniergenauigkeit der Fahrzeugseite wird verbessert und deutlich kleinere Toleranzen als die derzeit geltenden Toleranzen von +/– 5 cm erreicht. Zudem ist weiterhin vorteilhaft, dass bekannte und genormte Stecker und Steckverbinder, die derzeit in der Automobilbranche verwendet werden, ebenfalls zum Einsatz kommen können. Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch das Verfahren der Winkelfehler zwischen Fahrzeug und Ladevorrichtung klein gehalten wird. Zusätzlich ist das Verfahren unabhängig von der Spurweite des zu ladenden Fahrzeugs und zudem – im Vergleich zu Ladeverfahren aus dem Stand der Technik – sicherer vor Vandalismus. Weiterhin ermöglicht das Verfahren die Verwendung kurzer Aufbau- und Verbindungstechnik; dies betrifft insbesondere Leistungskabel mit großem Querschnitt zwischen Energieeingang (z.B. Ladebuchse) und Batterie. Dies führt zu einer vorteilhaften Reduktion der Verlustleistung, die insbesondere beim Schnellladen Werte im zweistelligen Kilowattbereich annehmen kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich für den Fahrzeugführer bzw. Fahrer hinsichtlich des erhöhten Komforts beim Ladevorgang. Durch das erfindungsgemäße Leitsystem (mechanisch, elektrisch und elektronisch) wird das Einparken und Positionieren an einer Ladestation unterstützt bzw. selbsttätig durchgeführt. Somit entfällt ein im Fahrzeug werksseitig installierter Parkassistent bzw. ist nicht zwingend notwendig. According to the invention for this purpose a method for operating a charging device for charging an energy storage device of a vehicle, preferably one Electric or hybrid vehicle provided. The charging device comprises a control system, a measuring device and a loading robot, wherein the loading robot has a charging plug. In a first step A, the vehicle enters the guidance system, wherein at least two wheels of the vehicle are aligned and fixed in a second step B by the guidance system. In a third step C, the loading device determines a first position P1 of a vehicle axle and positions the measuring device in an axial center of the vehicle axle. In a fourth step D, the charging device determines a second position P2 of a charging socket of the vehicle and moves the loading robot in a fifth step E to the second position of the charging socket. In a sixth step, the loading robot inserts the charging plug into the charging socket and finally begins charging the traction battery in a seventh step G. An advantage of this method is that the positioning of the vehicle relative to the charging station for the driver or the vehicle significantly easier and thus tolerances insensitive. The positioning accuracy of the vehicle side is improved and achieved significantly smaller tolerances than the currently valid tolerances of +/- 5 cm. In addition, it is also advantageous that known and standardized plugs and connectors that are currently used in the automotive industry can also be used. Furthermore, it is advantageous that the angle error between the vehicle and the loading device is kept small by the method. In addition, the method is independent of the gauge of the vehicle to be loaded and also - compared to charging methods of the prior art - safer from vandalism. Furthermore, the method allows the use of short construction and connection technology; This applies in particular to power cables with a large cross section between the power input (eg charging socket) and the battery. This leads to an advantageous reduction in the power loss, which can assume values in the double-digit kilowatt range, in particular during rapid charging. Another advantage results for the driver or driver in terms of increased comfort during charging. By means of the guidance system according to the invention (mechanical, electrical and electronic), the parking and positioning at a charging station is supported or carried out automatically. This eliminates a factory installed in the vehicle parking assistant or is not mandatory.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.The measures mentioned in the dependent claims advantageous refinements of the method specified in the independent claim are possible.

Vorteilhafterweise weist das Leitsystem mindestens zwei Vertiefungen auf, in die die mindestens zwei Räder des Fahrzeugs im ersten Schritt A eingefahren werden. Vergleichbar mit einem herkömmlichen Bremsenprüfstand fährt der Fahrer beispielsweise vorwärts mit den Vorderrädern in zwei Vertiefungen bzw. Mulden ein, wodurch eine vorteilhafte Ausrichtung der Räder erfolgt. Die Vertiefungen sind gerade so tief ausgeführt, dass ein sicheres Fixieren der Vorderräder vorteilhaft gewährleistet ist. Die jeweils einzeln betrachtete Vertiefung für das jeweils eine Vorderrad kann spiegelbildlich auch für das andere Vorderrad vorhanden sein und vorteilhaft für alle Spurweiten und Reifenbreiten zu ladender Fahrzeuge geeignet. Weiterhin können beide Vertiefungen eine feste Verbindung zueinander haben und eine stabile Einheit bilden. Advantageously, the control system has at least two recesses into which the at least two wheels of the vehicle are retracted in the first step A. For example, comparable to a conventional brake test bench, the driver drives forwards with the front wheels into two recesses or depressions, whereby an advantageous orientation of the wheels takes place. The depressions are just made so deep that a secure fixing of the front wheels is advantageously ensured. The individually considered recess for each one front wheel can also be mirror images for the other front wheel and advantageously suitable for all gauges and tire widths to be loaded vehicles. Furthermore, both recesses can have a fixed connection to one another and form a stable unit.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Leitsystem Keile aufweist, durch die das Fahrzeug im zweiten Schritt B fixiert wird. Die Keile fixieren die Räder wodurch das Fahrzeug vorteilhaft zur Achsvermessung vorbereitet ist. Dies eignet sich besonders vorteilhaft für das Laden von Fahrzeugen, deren Ladebuchse am Unterboden befindlich sind und wo die Ladevorrichtung im Boden verbaut ist. Furthermore, it is advantageous that the control system has wedges, by which the vehicle is fixed in the second step B. The wedges fix the wheels whereby the vehicle is advantageously prepared for wheel alignment. This is particularly advantageous for the loading of vehicles, the charging socket are located on the underbody and where the loader is installed in the ground.

Vorteilhaft erfolgt die Ermittlung der ersten Position P1 der Fahrzeugachse durch Messung der Spurweite an den Rädern oder durch Mehrfachabtastung oder Konturerfassung des Fahrzeugs. Dadurch kann die Messvorrichtung genau in der Achsmitte der fixierten Fahrzeugachse positioniert werden und ist somit für die Längsposition exakt kalibriert. Mit diesen Informationen kann der Laderoboter auf die Mitte der Fahrzeug-Längsachse verschoben und kalibriert werden. The determination of the first position P1 of the vehicle axle advantageously takes place by measuring the track width at the wheels or by multiple scanning or contour detection of the vehicle. As a result, the measuring device can be positioned exactly in the center of the axle of the fixed vehicle axle and is therefore calibrated exactly for the longitudinal position. With this information, the loader robot can be moved to the center of the vehicle's longitudinal axis and calibrated.

Der Laderoboter verläuft vorteilhaft entlang einer Fahrzeuglängsachse auf Schienen. Diese Art der Fortbewegung ermöglicht eine hochpräzise Positionierung des Laderoboters mit der gewünschten geringen Positionstoleranz.The loading robot advantageously runs along a vehicle longitudinal axis on rails. This type of locomotion allows a high-precision positioning of the loader robot with the desired low position tolerance.

Vorteilhafterweise weist der Laderoboter mindestens ein Ladekabel oder ein stromübertragendes Schienensystem auf. Das flexible Ladekabel ermöglicht eine vorteilhafte Steuerung des Laderoboters. Die Ausführung mittels stromübertragender Schienensysteme zeichnet sich durch erhöhte Robustheit und geringen Verschleiß aus. Zudem muss bei einem stromübertragenden Schienensystem das Ladekabel nicht durch den Laderoboter mitgeschleppt werden. Advantageously, the loading robot has at least one charging cable or a current-transmitting rail system. The flexible charging cable enables advantageous control of the charging robot. The design by means of current-transmitting rail systems is characterized by increased robustness and low wear. In addition, in a current-transmitting rail system, the charging cable must not be dragged by the loading robot.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass die zweite Position P2 der Ladebuchse ermittelt wird, indem ein fahrzeugspezifischer RFID ausgelesen wird oder entsprechende Positionsdaten über WLAN oder Bluetooth übertragen werden. Da die Position der Ladebuchse von Fahrzeug zu Fahrzeug variiert, wird somit das Auffinden der Ladebuchse für die Ladevorrichtung vorteilhaft erleichtert. Eine aufwändigere Vermessung jedes einzelnen Fahrzeugs zur Auffindung der Ladebuchse entfällt somit. Furthermore, it is advantageous that the second position P2 of the charging socket is determined by reading out a vehicle-specific RFID or transferring corresponding position data via WLAN or Bluetooth. Since the position of the charging socket varies from vehicle to vehicle, the locating of the charging socket for the charging device is thus advantageously facilitated. A more elaborate Measurement of each vehicle to find the charging socket is thus eliminated.

Vorteilhafterweise können die Positionsdaten der zweiten Position P2 der Ladebuchse auch an einem Terminal oder per App-Steuerung eingegeben werden. Dies ist insofern für den Fall vorteilhaft, wenn eine Übertragung der Position über RFID, WLAN oder Bluetooth versagt. Advantageously, the position data of the second position P2 of the charging socket can also be entered at a terminal or via app control. This is advantageous in the case in which a transmission of the position via RFID, WLAN or Bluetooth fails.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass eine Schutzvorrichtung der Ladebuchse durch Kommunikation der Ladevorrichtung mit dem Fahrzeug geöffnet wird. Bei der Schutzvorrichtung kann es sich um eine Ladeklappe, einen Verschluss oder ähnliche Schutzvorrichtungen (z.B. Schiebemechanismen) zum Schutz der Ladebuchse handeln. Sofern die Schutzvorrichtung fahrzeugseitig vorgesehen ist, ist vorteilhaft, wenn die Schutzvorrichtung nur vom Fahrzeug geöffnet bzw. geschlossen wird. Soll der Laderoboter die Funktion des Öffnens und Schließens der Schutzvorrichtung vornehmen, ist am Laderoboter vorteilhafterweise eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen der Schutzvorrichtung vorgesehen. Furthermore, it is advantageous that a protective device of the charging socket is opened by communication of the charging device with the vehicle. The protection device may be a loading flap, a closure or similar protection devices (e.g., sliding mechanisms) to protect the charging socket. If the protective device is provided on the vehicle side, it is advantageous if the protective device is only opened or closed by the vehicle. If the loading robot is to perform the function of opening and closing the protective device, a device for opening and closing the protective device is advantageously provided on the loading robot.

Vorteilhaft ermittelt die Ladevorrichtung eine Raumkoordinate RK der Ladebuchse. Somit kann der Abstand der Ladebuchse zum Ladestecker unabhängig von der Bodenfreiheit des Fahrzeugs präzise ermittelt werden, wodurch der Laderoboter den Ladestecker zielgenau mit der Ladebuchse mit geringer Toleranz verbinden kann. Im Falle der Anordnung der Ladebuchse im Unterboden des Fahrzeugs ermittelt die Ladevorrichtung die Höhenkoordinate der Ladebuchse. Entsprechend der ermittelten Raumkoordinate RK wird nun der Ladestecker vom Laderoboter passgenau in die Ladebuchse eingeführt. Ist die Ladebuchse am Unterboden des Fahrzeugs wird der Ladestecker lagegerecht senkrecht nach oben in die Ladebuchse eingeführt. Advantageously, the charging device determines a spatial coordinate RK of the charging socket. Thus, the distance of the charging socket to the charging connector can be determined precisely regardless of the ground clearance of the vehicle, whereby the charging robot can accurately connect the charging plug with the charging socket with low tolerance. In the case of the arrangement of the charging socket in the underbody of the vehicle, the charging device determines the height coordinate of the charging socket. According to the determined spatial coordinate RK, the charging plug is now inserted by the loading robot accurately into the charging socket. If the charging socket on the underbody of the vehicle, the charging plug is inserted in the correct position vertically upwards in the charging socket.

Vorteilhafterweise ermittelt die Ladevorrichtung die Raumkoordinate RK mittels Lasermessung, wobei die Lasermessung (z.B. mittels LIDAR) eine hohe Präzision gewährleistet. Advantageously, the loading device determines the spatial coordinate RK by means of laser measurement, whereby the laser measurement (for example by means of LIDAR) ensures high precision.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which are not to be construed as limiting the invention with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1: ein schematisches Diagramm der unterschiedlichen Schritte bezüglich des Verfahrens zum Betrieb einer Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 FIG. 3 is a schematic diagram of the different steps relating to the method of operating a charging device according to an embodiment of the invention; FIG.

2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 2 a schematic representation of a cross section through a charging device according to an embodiment of the invention;

3: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 3 a schematic representation of a cross section through a charging device according to an embodiment of the invention;

Die in den Figuren dargestellten Zeichnungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleichwirkende Komponenten.The drawings shown in the figures are not necessarily drawn to scale for the sake of clarity. Like reference numerals generally designate like or equivalent components.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Betrieb einer Ladevorrichtung 10 zum Laden eines Energiespeichers 11 eines Fahrzeugs 12. Der Energiespeicher 11 ist vorzugsweise eine Batterie bzw. Traktionsbatterie und bei dem Fahrzeug 12 handelt es sich vorzugsweise um ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Die Ladevorrichtung 10 umfasst des Weiteren ein Leitsystem 13 und eine Messvorrichtung 15 und einen Laderoboter 16. Messvorrichtung 15 und Laderoboter 16 bilden vorzugsweise eine einzelne Lademesseinheit 23. Die Messeinrichtung 15 wie auch der Laderoboter 16 oder die Lademesseinheit 23 ist auf Schienen 25 verfahrbar angeordnet. Der Laderoboter 16 verfügt über einen Ladestecker 20 und führt dem Ladestecker 20 Strom über ein Kabel oder alternativ über ein stromübertragendes Schienensystem zu, das zum Laderoboter elektrisch entkoppelt ist. Zu Beginn des Verfahrens fährt das Fahrzeug 12 in einem ersten Schritt A in das Leitsystem 13 ein. Das Leitsystem 13 hat mindestens zwei Vertiefungen 21 bzw. Mulden, in die beispielsweise die Vorderräder 14 oder Hinterräder (Räder) 14 des Fahrzeugs 12 einfahren. Durch das Einfahren in die Vertiefungen 21 werden die Fahrzeugräder 14 (vergleichbar mit einem Bremsenprüfstand) ausgerichtet und zumindest teilweise fixiert. Die Vertiefungen 21 sind dabei gerade so tief ausgeführt, dass ein sicheres Fixieren der Räder 14 (Vorder- oder Hinterräder) gewährleistet ist. Dabei haben die Vertiefungen 21 zueinander eine feste Verbindung und können eine stabile Einheit bilden. Zwischen den Vertiefungen 21, in denen die Räder 14 fixiert sind, läuft eine Messvorrichtung 15 und der Laderoboter 16. In einer alternativen Ausführung bilden die Messvorrichtung 15 und der Laderoboter 16 eine gemeinsame Einheit bzw. Lademesseinheit 23. Steht das Fahrzeug 12 still, werden mindestens zwei Räder 14 des Fahrzeugs 12 durch das Leitsystem 13 fixiert. Zu diesem Zweck werden zusätzliche Keile 22 (oder alternativ Rollen) aufgerichtet, die die Räder 14 fixieren bzw. einklemmen. Diese Fixierung kann entweder an den Vorderrädern 14 oder Hinterrädern 14 des Fahrzeugs 12 oder zeitgleich an Vorder- und Hinterrädern ausgeführt werden. Nach erfolgter Fixierung ist das Fahrzeug 12 bzw. seine Fahrzeugachse 17 (Längs- und/oder Querachse) zur Vermessung vorbereitet. In einem dritten Schritt C des Verfahrens ermittelt die Ladevorrichtung 10 eine erste Position P1 einer Fahrzeugachse 17 (Längs- und/oder Querachse). Dabei wird die Position der Querachse des Fahrzeugs 12 beispielsweise durch Messung der Spurweite an den Rädern ermittelt. Zu diesem Zweck wird ein Messkopf 27 der Messvorrichtung 15 etwas nach oben gestellt, um die Position der Räder 14 etwa in der Mitte der Reifenhöhe (zwischen Radaufstand und Felge) zu messen. Alternativ kann eine Mehrfachabtastung bzw. Konturerfassung zur Anwendung kommen, um einen eindeutigen Abstand ermitteln zu können (z.B. im Fall ungleichen Reifen-Luftdrucks). Die Vermessung der Positionen kann durch abscannen der Reifen zwischen Vorder- und Hinterachse nach dem gleichen Schema wie bei der Spurweitenmessung erfolgen und dabei der Mittelpunkt des Fahrzeugs 12 festgestellt werden. Die Messvorrichtung 15 wird in der Achsmitte 18 der fixierten Fahrzeuglängsachse positioniert und ist somit für die Längsposition genau kalibriert. Mit den erhaltenen Informationen kann der Laderoboter 16 auf die Mitte der Querachse verschoben und entsprechend kalibriert werden. Der Laderoboter 16 läuft entlang der Fahrzeuglängsachse 17 auf Schienen 25. Alternativ können die Schienen 25 auch entlang der Fahrzeugquerachse ausgerichtet sein und beliebig lang ausgeführt werden, so dass mehrere Fahrzeuge nebeneinander geladen werden können. Mit einer oder mehreren Ladevorrichtungen 10 können somit auch mehrere Fahrzeuge gleichzeitig (oder zeitversetzt nacheinander) teil- oder vollgeladen werden. Beim Positionieren und Fahren des Laderoboters 16 schleppt dieser das Ladekabel beispielsweise in der Mitte der Schienen 25 mit. Alternativ zum Ladekabel kann der Laderoboter auch über ein stromübertragendes Schienensystem verfügen, das zum Laderoboter 16 elektrisch entkoppelt ist. In einem vierten Verfahrensschritt vermittelt die Ladevorrichtung 10 eine zweite Position P2 der Ladebuchse 19 des Fahrzeugs 12. Dazu ist die Übermittlung der Koordinaten der Ladebuchse 19 fahrzeugseitig notwendig. Zu diesem Zweck kommunizieren Fahrzeug 12 und Ladevorrichtung 10 und es wird anhand des Auslesens eines fahrzeugspezifischen RFID oder der Übermittlung der Daten z.B. per WLAN oder Bluetooth die Position der Ladebuchse 19 an die Ladevorrichtung 10 weitergegeben. Alternativ zur Übermittlung der Positionskoordinaten der Ladebuchse 19 können die Positionsdaten/-koordinaten an einem Terminal oder per App-Steuerung z.B. mittels Smartphone eingegeben werden. Nach Erhalt der genauen Koordinaten der Ladebuchse 19 verfährt die Ladevorrichtung 10 den Laderoboter 16 im fünften Schritt E in Richtung der Ladebuchse 19. Per Kommunikation zwischen Ladevorrichtung 10 und Fahrzeug 12 wird das Öffnen der Schutzvorrichtung 26 (Ladeklappe, Verschluss, Schiebemechanismus, etc.) der Ladebuchse 19 initiiert. Die Ladebuchse 19 kann am Fahrzeugunterboden 28 oder alternativ an der Vorder- oder Rückseite oder seitlich am Fahrzeug 12 vorgesehen sein. Idealerweise wird die Öffnung der Schutzvorrichtung 26 vom Fahrzeug 12 selbst initiiert. Alternativ kann der Laderoboter 16 die Öffnung der Schutzvorrichtung 26 vornehmen. Um den Abstand der Ladebuchse 19 zum Ladestecker 20 des Laderoboters 16 zu ermitteln, ist eine Messung der Raumkoordinate RK notwendig. Ist die Ladebuchse am Unterboden 28 des Fahrzeugs 12 vorgesehen, ist entsprechend die Messung der Höhenkoordinate notwendig. Zur Messung werden eine Lasermessung oder alternative Verfahren zur Distanzmessung vorgenommen. Nach Ermittlung wird der Ladestecker 20 in die Ladebuchse 19 im sechsten Verfahrensschritt F eingeführt. Im Ausführungsbeispiel einer am Unterboden 28 angebrachten Ladebuchse 19 wird der Ladestecker 20 senkrecht nach oben in die Ladebuchse 19 eingeführt. Vorteil des senkrechten Steckens ist die günstige Kompensation der Steckkräfte zu nennen. Fahrzeugmasse und Abstützung des Laderoboters 16 auf dem Untergrund lassen beim Stecken keine Ausweichbewegungen zu. Unter Winkel eingeführte Ladestecker 20 führen zu Reaktionskräften, die abgestützt werden müssen. Über die Ablaufsteuerung erfolgt das Verriegeln der Steckverbindung, die Zustandserfassung der Batterie und Energieübertragungswege. Schließlich wird in einem siebten Schritt G der Ladevorgang der Traktionsbatterie 11 begonnen. Nach Beendigung oder Abbruch des Ladevorgangs wird die Steckverbindung in den Laderoboter 16 zurückgeführt. Bevor der Laderoboter 16 in seine Ausgangsposition zurückfährt, muss die Schutzvorrichtung 26 geschlossen und gesichert werden. Die Statusmeldung "Ladevorgang abgeschlossen" führt zur Entriegelung des Fahrzeugs 12, indem die Keile 22 von den Rädern 14 gelöst werden, wodurch das Fahrzeug 12 wegfahren kann. Je nach Ausführungsform der jeweiligen Ladestation, die die Ladevorrichtung 10 beinhaltet (als Durchfahrlösung oder Ein- und Ausparklösung), kann das Fahrzeug von der Ladestation abfahren. 1 shows a schematic representation of the method for operating a charging device 10 for charging an energy store 11 of a vehicle 12 , The energy storage 11 is preferably a battery or traction battery and in the vehicle 12 it is preferably a hybrid or electric vehicle. The loading device 10 further includes a guidance system 13 and a measuring device 15 and a loading robot 16 , measuring device 15 and loading robots 16 preferably form a single load measuring unit 23 , The measuring device 15 as well as the loading robot 16 or the load measuring unit 23 is on rails 25 movably arranged. The loading robot 16 has a charging plug 20 and leads the charging plug 20 Power via a cable or alternatively via a current-transmitting rail system, which is electrically decoupled to the loading robot. At the beginning of the procedure the vehicle drives 12 in a first step A in the control system 13 one. The control system 13 has at least two wells 21 or hollows, in the example, the front wheels 14 or rear wheels (wheels) 14 of the vehicle 12 retract. By entering the depressions 21 become the vehicle wheels 14 aligned (comparable to a brake tester) and at least partially fixed. The wells 21 are running just so deep that a secure fixing of the wheels 14 (Front or rear wheels) is guaranteed. The wells have 21 to each other a firm connection and can form a stable unit. Between the wells 21 in which the wheels 14 fixed, runs a measuring device 15 and the loading robot 16 , In an alternative embodiment, the measuring device form 15 and the loading robot 16 a common unit or load measuring unit 23 , Stands the vehicle 12 quiet, at least two wheels 14 of the vehicle 12 through the control system 13 fixed. For this purpose, additional wedges 22 (or alternatively rollers) erected the wheels 14 fix or pinch. This fixation can be either on the front wheels 14 or rear wheels 14 of the vehicle 12 or at the same time Front and rear wheels are running. After fixation is the vehicle 12 or its vehicle axle 17 (Longitudinal and / or transverse axis) prepared for surveying. In a third step C of the method determines the charging device 10 a first position P1 of a vehicle axle 17 (Longitudinal and / or transverse axis). In this case, the position of the transverse axis of the vehicle 12 determined, for example, by measuring the track width at the wheels. For this purpose, a measuring head 27 the measuring device 15 put something up to the position of the wheels 14 to measure approximately in the middle of the tire height (between wheel tread and rim). Alternatively, a multiple scan or contour detection can be used in order to be able to determine a clear distance (eg in the case of unequal tire air pressure). The measurement of the positions can be carried out by scanning the tires between the front and rear axle according to the same pattern as in the gauging measurement and thereby the center of the vehicle 12 be determined. The measuring device 15 gets in the axle center 18 positioned the fixed vehicle longitudinal axis and is thus accurately calibrated for the longitudinal position. With the obtained information can the loading robot 16 be moved to the middle of the transverse axis and calibrated accordingly. The loading robot 16 runs along the vehicle's longitudinal axis 17 on tracks 25 , Alternatively, the rails 25 be aligned along the vehicle transverse axis and run as long as desired, so that several vehicles can be loaded side by side. With one or more charging devices 10 Thus, several vehicles can be partially or fully loaded simultaneously (or delayed in succession). When positioning and driving the loader robot 16 This carries the charging cable, for example, in the middle of the rails 25 With. As an alternative to the charging cable, the loader robot can also have a current-transmitting rail system, the loader robot 16 is electrically decoupled. In a fourth method step, the loading device mediates 10 a second position P2 of the charging socket 19 of the vehicle 12 , This is the transmission of the coordinates of the charging socket 19 necessary on the vehicle side. For this purpose communicate vehicle 12 and loader 10 and it is based on the reading of a vehicle-specific RFID or the transmission of data, eg via WLAN or Bluetooth, the position of the charging socket 19 to the loader 10 passed. Alternatively to the transmission of the position coordinates of the charging socket 19 For example, the position data / coordinates can be entered at a terminal or via app control, eg via smartphone. After receiving the exact coordinates of the charging socket 19 moves the charger 10 the loading robot 16 in the fifth step E in the direction of the charging socket 19 , By communication between loader 10 and vehicle 12 will open the guard 26 (Loading flap, shutter, sliding mechanism, etc.) of the charging socket 19 initiated. The charging socket 19 can on the vehicle underbody 28 or alternatively at the front or back or laterally on the vehicle 12 be provided. Ideally, the opening of the protection device 26 from the vehicle 12 self-initiated. Alternatively, the loader robot 16 the opening of the protection device 26 make. To the distance of the charging socket 19 to the charging plug 20 of the loader robot 16 To determine, a measurement of the spatial coordinate RK is necessary. Is the charging socket on the underbody 28 of the vehicle 12 provided, the measurement of the altitude coordinate is necessary accordingly. To measure a laser measurement or alternative methods for distance measurement are made. After detection, the charging plug 20 in the charging socket 19 introduced in the sixth method step F. In the embodiment of an underbody 28 attached charging socket 19 becomes the charging plug 20 vertically upwards into the charging socket 19 introduced. The advantage of vertical insertion is the favorable compensation of the insertion forces. Vehicle mass and support of the loader robot 16 on the ground do not allow evasive movements when plugging. Inserted under angle charging plug 20 lead to reaction forces that need to be supported. About the sequence control is the locking of the connector, the state detection of the battery and energy transmission paths. Finally, in a seventh step G, the charging process of the traction battery 11 began. After completion or termination of the charging process, the connector is in the loading robot 16 recycled. Before the loading robot 16 returns to its original position, the protection device must 26 closed and secured. The status message "Charging completed" unlocks the vehicle 12 by removing the wedges 22 from the wheels 14 be solved, causing the vehicle 12 can drive away. Depending on the embodiment of the respective charging station, the charging device 10 includes (as drive-through solution or parking and parking solution), the vehicle can leave the charging station.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Ladevorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Elemente in Bezug auf 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. 2 shows a schematic representation of a cross section through a loading device 10 according to an embodiment of the invention. Same elements in terms of 1 are provided with the same reference numerals and are not explained in detail.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Ladevorrichtung 10 von vorn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Elemente in Bezug auf die 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. 2 shows a schematic representation of a cross section through a loading device 10 from the front according to an embodiment of the invention. Same elements in relation to the 1 and 2 are provided with the same reference numerals and are not explained in detail.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (11)

Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) zum Laden eines Energiespeichers (11) eines Fahrzeugs (12), vorzugsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit einem Leitsystem (13), mit einer Messvorrichtung (15) und einem Laderoboter (16), wobei der Laderoboter (16) einen Ladestecker (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Fahrzeug (12) in einem ersten Schritt (A) in das Leitsystem (13) einfährt; – in einem zweiten Schritt (B) mindestens ein Rad (14) des Fahrzeugs (12) durch das Leitsystem (13) fixiert wird; – in einem dritten Schritt (C) die Ladevorrichtung (10) eine erste Position (P1) einer Fahrzeugachse (17) ermittelt und die Messvorrichtung (15) in einer Achsmitte (18) der Fahrzeugachse (17) positioniert wird; – in einem vierten Schritt (D) die Ladevorrichtung (10) einer zweiten Position (P2) einer Ladebuchse (19) des Fahrzeugs (12) ermittelt; – in einem fünften Schritt (E) der Laderoboter (16) auf die zweite Position (P2) der Ladebuchse (19) verfahren wird; – in einem sechsten Schritt (F) der Laderoboter (16) den Ladestecker (20) in die Ladebuchse (19) einführt; – in einem siebten Schritt (G) der Ladevorgang der Traktionsbatterie (11) begonnen wird.Method for operating a charging device ( 10 ) for charging an energy store ( 11 ) of a vehicle ( 12 ), preferably an electric or hybrid vehicle, with a guidance system ( 13 ), with a measuring device ( 15 ) and a loading robot ( 16 ), whereby the loading robot ( 16 ) a charging plug ( 20 ), characterized in that - the vehicle ( 12 ) in a first step (A) in the control system ( 13 ) enters; In a second step (B) at least one wheel ( 14 ) of the vehicle ( 12 ) by the control system ( 13 ) is fixed; In a third step (C) the loading device ( 10 ) a first position (P1) of a vehicle axle ( 17 ) and the measuring device ( 15 ) in one axle center ( 18 ) of the vehicle axle ( 17 ) is positioned; In a fourth step (D) the loading device ( 10 ) a second position (P2) of a charging socket ( 19 ) of the vehicle ( 12 ) determined; In a fifth step (E) of the loading robots ( 16 ) to the second position (P2) of the charging socket ( 19 ); In a sixth step (F) the loading robot ( 16 ) the charging plug ( 20 ) into the charging socket ( 19 ) introduces; In a seventh step (G) the charging process of the traction battery ( 11 ) is started. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitsystem (13) mindestens zwei Vertiefungen (21) aufweist, in die die mindestens zwei Räder (14) des Fahrzeugs (12) im ersten Schritt (A) eingefahren werden. Method for operating a charging device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the control system ( 13 ) at least two depressions ( 21 ) into which the at least two wheels ( 14 ) of the vehicle ( 12 ) are retracted in the first step (A). Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitsystem (13) Keile (21) aufweist, durch die das Fahrzeug (12) im zweiten Schritt (B) fixiert wird. Method for operating a charging device ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the control system ( 13 ) Wedges ( 21 ) through which the vehicle ( 12 ) is fixed in the second step (B). Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Position (P1) der Fahrzeugachse (17) durch Messung der Spurweite an den Rädern (14) ermittelt wird oder durch Mehrfachabtastung oder Konturerfassung des Fahrzeugs (12) erfolgt. Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first position (P1) of the vehicle axle ( 17 ) by measuring the track width at the wheels ( 14 ) or by multiple scanning or contouring of the vehicle ( 12 ) he follows. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (16) entlang einer Fahrzeuglängsachse (24) auf Schienen (25) verläuft.Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the loading robot ( 16 ) along a vehicle longitudinal axis ( 24 ) on tracks ( 25 ) runs. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (16) mindestens ein Ladekabel oder ein stromübertragendes Schienensystem aufweist. Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the loading robot ( 16 ) has at least one charging cable or a current-transmitting rail system. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Position (P2) ermittelt wird, indem ein fahrzeugspezifischer RFID ausgelesen wird oder entsprechende Positionsdaten über WLAN oder Bluetooth übertragen werden. Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second position (P2) is determined by a vehicle-specific RFID is read or corresponding position data is transmitted via WLAN or Bluetooth. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten der zweiten Position (P2) an einem Terminal oder per App-Steuerung eingegeben werden. Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the position data of the second position (P2) are input to a terminal or via app control. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzvorrichtung (26) der Ladebuchse (19) durch Kommunikation der Ladevorrichtung (10) mit dem Fahrzeug (12) geöffnet wird. Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a protective device ( 26 ) of the charging socket ( 19 ) by communication of the charging device ( 10 ) with the vehicle ( 12 ) is opened. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (10) eine Raumkoordinate (RK) der Ladebuchse (19) ermittelt. Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the loading device ( 10 ) a spatial coordinate (RK) of the charging socket ( 19 ). Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (10) die Raumkoordinate (RK) mittels Lasermessung ermittelt. Method for operating a charging device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the loading device ( 10 ) determines the spatial coordinate (RK) by means of laser measurement.
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