DE102017009237A1

DE102017009237A1 - Ladevorrichtung zum autonomen Laden eines Transportmittels, sowie Verfahren zum Betreiben der Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102017009237A1
Application number: DE102017009237.0A
Authority: DE
Inventors: Tibor Guljas; Maximilian Sorm; Andreas Torkler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2018-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladeverfahren und eine Ladevorrichtung (1) zum autonomen Laden eines Transportmittels, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Sensoreinrichtung (8) zum Erkennen eines Ladeanschlusses des zu ladenden Transportmittels und einer Kontaktierungseinrichtung (4) zum Bewegen eines Kontaktelements (5) für eine Kontaktierung des Ladeanschlusses in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung (8). Erfindungsgemäß soll das Laden des Transportmittels besonders platzsparend, kostengünstig und mobil ermöglicht werden. Dies wird mit einer Bewegungseinrichtung (3) erreicht, mit der die Ladevorrichtung (1) autonom zum Transportmittel transportierbar ist. Außerdem umfasst die Ladevorrichtung (1) eine Energiespeichereinrichtung (2) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das autonome Laden.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Ladevorrichtung zum autonomen Laden eines Transportmittels, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Sensoreinrichtung zum Erkennen eines Ladeanschlusses des zu ladenden Transportmittels, sowie einer Kontaktierungseinrichtung zum Bewegen eines Kontaktelements für eine Kontaktierung des Ladeanschlusses in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung. Weiterhin umfasst die Erfindung auch Verfahren zum autonomen Laden eines Transportmittels, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mittels einer Ladevorrichtung durch Erkennen eines Ladeanschlusses des zu ladenden Transportmittels und Erzeugen eines entsprechenden Signals, sowie Bewegen eines Kontaktelements für eine Kontaktierung des Ladeanschlusses in Abhängigkeit von dem Signal.
In Zukunft werden Parkhäuser zu einem hohen Anteil für Elektrofahrzeuge ausgerüstet sein, beispielsweise mit einer Ladesäule an jedem Parkplatz. Hier muss der Fahrer nach dem Einparken den Ladesäulenstecker manuell einstecken. Im Falle von autonom geparkten Fahrzeugen ist dies nicht mehr möglich, da idealerweise der Fahrer vor dem Parkhaus aussteigt und das Fahrzeug selbstständig zur entsprechenden Parkfläche fährt.
Zusätzlich besteht das Problem, dass es bisher noch keine bestehende Ladeinfrastruktur für eine flächendeckende Verbreitung von E-Fahrzeugen vorhanden ist. Im Falle von Parkhäusern kann es hier zu einem hohen Bedarf an Netzanschlüssen kommen, womit gegebenenfalls Netzerweiterungen nötig werden.
Aus dem Stand der Technik ist ein System zur automatischen Kopplung von Ladestecker und Elektrofahrzeugen bekannt. Das System umfasst eine fest installierte Elektrotankstelle und einen Parkplatz, die mittels Kamera die Position des Ladeanschlusses bestimmt und über einen Roboterarm den Ladestecker mit dem Elektrofahrzeug verbindet. Der Nachteil dieses System ist dessen Größe und mangelnde autonome Mobilität. Dies zeigt sich daran, dass die Elektrotankstelle dediziert an einer bestimmten Stelle, z.B. im Parkhaus steht und so eine große Ladeinfrastruktur vonnöten ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung für vorzugsweise elektrische Transportmittel derart weiterzubilden, dass das Laden des Transportmittels besonders platzsparend, kostengünstig und komfortabel ermöglicht wird. Weiterhin soll ein entsprechendes Ladeverfahren bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Ladevorrichtung zum autonomen Laden eines Transportmittels, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Sensoreinrichtung zum Erkennen eines Ladeanschlusses des zu ladenden Transportmittels und einer Kontaktierungseinrichtung zum Bewegen eines Kontaktelements für eine Kontaktierung des Ladeanschlusses in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung, wobei die Ladevorrichtung eine Bewegungseinrichtung mit der die Ladevorrichtung autonom zum Transportmittel transportierbar ist, sowie eine Energiespeichereinrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das autonome Laden aufweist.
Ein zu ladendes Transportmittel, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, könnte beispielsweise ein Elektroauto oder E-Bike sein. Mit Hilfe einer Kamera, als Sensoreinrichtung könnte der Typ des Ladeanschlusses und dessen Position am Fahrzeug festgestellt werden. Der Ladeanschluss könnte unter anderem eine Buchse oder einen Stecker darstellen. Das Kontaktelement der Ladevorrichtung stellt das Gegenstück zum Ladeanschluss dar und könnte entsprechend Stecker oder Buchse sein. Um autonome Mobilität zu gewährleisten umfasst die Ladevorrichtung auch eine Bewegungseinrichtung. Diese könnte konkret als Räder ausgeprägt sein. Eine denkbare Alternative wäre auch eine Bewegungseinrichtung ähnlich einem Luftkissenfahrzeug. So kann sich die Ladevorrichtung autonom zwischen den Fahrzeugen bewegen. Zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das autonome Laden könnte beispielsweise eine Batterie oder eine Brennstoffzelle dienen.
Durch den vorhandenen Energiespeicher und die Bewegungseinrichtung ermöglicht eine solche Ladevorrichtung das autonome und mobile Laden von mehreren Transportmitteln, beispielsweise über Nacht. In einem konkreten Fall könnte sich die Ladevorrichtung also unabhängig und selbstständig zu dem zu ladenden Elektroauto bewegen. Dieses könnte mit Hilfe der Batterie oder Brennstoffzelle vollständig oder teilweise geladen werden. Anschließend könnte sich die Ladevorrichtung autonom zu einen nächsten Elektrofahrzeug, also Elektroauto oder E-Bike, bewegen.
Im Gegensatz zu dem genannten Stand der Technik wird für die Ladevorrichtung mit Energiespeicher im Vergleich weniger Platz benötigt. Anstatt der fest installierten Elektrotankstelle mit einem Parkplatz, wird nur eine Ladestation für die autonome Ladevorrichtung benötigt. Dementsprechend würde eine zusätzliche Stellfläche gewonnen werden. Auch müsste die Infrastruktur vor Ort, also beispielsweise im Parkhaus, im Vergleich weniger stark verändert werden. Zum Laden der Ladevorrichtung würde zum Beispiel eine Ladesäule oder ein Anschluss an der Wand genügen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle Stellflächen im Parkhaus auch weiterhin von elektrischen und kraftstoffbetriebenen Fahrzeugen genutzt werden könnten. Die Ladevorrichtung könnte sich autonom, zum Beispiel mittels GPS oder anderer Lokalisationsmethoden, zu dem jeweiligen Elektrofahrzeug bewegen. Somit wäre kein spezieller Parkplatz nur für Elektrofahrzeuge reserviert.
Schließlich werden durch die beschriebene Ladevorrichtung die Investitionskosten reduziert. Statt einer Elektrotankstelle inklusive Parkplatz wäre nur noch ein geeigneter Ort für die platzsparende Ladestation der Ladevorrichtung vonnöten. Im Vergleich zum genannten Stand der Technik würde dem Parkhaus also eine zusätzliche Parkfläche zur Verfügung stehen.
In vorteilhafter Weise weist die Ladevorrichtung mindestens ein weiteres Kontaktelement auf und die Kontaktierungseinrichtung ist dazu ausgebildet, aus den Kontaktelementen, das zu dem Ladeanschluss des Transportmittels passende auszuwählen. Ein Kontaktelement könnte in diesem Fall ein Ladestecker oder eine Ladebuchse sein. Dieses stellt vorzugsweise das Gegenstück zu dem Ladeanschluss des Elektrofahrzeugs dar.
Eine Ladevorrichtung mit mehreren Kontaktelementen hat den Vorteil, dass verschiedenartige Transportmittel mit jeder freien Ladevorrichtung zu jeder Zeit geladen werden könnten. Das heißt entsprechend der Anschlussart des Elektrofahrzeugs würde die Ladevorrichtung den passenden Ladestecker oder die passenden Ladebuchse aus ihrem Sortiment an Kontaktelementen auswählen. Nach Beendigung eines Ladevorgangs könnte die Ladevorrichtung autonom zum einem anderen Elektrofahrzeug gleichen oder unterschiedlichen Typs fahren. Anstatt einer Ladevorrichtung speziell für einen Transportmitteltyp könnte jede Ladevorrichtung mehrere Fahrzeugtypen laden. Die Investitionskosten im Vergleich zum genannten Stand der Technik würden sinken, da sich die Anzahl der nötigen Ladevorrichtungen verringert.
Bevorzugt ist die Ladevorrichtung autonom mobil und stellt insbesondere einen selbstfahrenden Roboter dar. Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Ladevorrichtung sieht vor, dass die Kontaktierungseinrichtung einen Roboterarm aufweist.
Beide Varianten verstärken die oben genannten Vorteile, der autonomen Mobilität und Kostenersparnis.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Ladeverfahren zum autonomen Laden eines Transportmittels, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mittels einer Ladevorrichtung durch Erkennen eines Ladeanschlusses des zu ladenden Transportmittels und Erzeugen eines entsprechenden Signals, sowie Bewegen eines Kontaktelements für eine Kontaktierung des Ladeanschlusses in Abhängigkeit von dem Signal, sowie Transportieren der gesamten Ladevorrichtung autonom zu dem Transportmittel und Bereitstellen von elektrischer Energie, durch eine Energiespeichereinrichtung der Ladevorrichtung, für das autonome Laden.
Die für die erfindungsgemäße Ladevorrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten analog auch für das erfindungsgemäße Ladeverfahren und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung für ein elektrisches Transportmittel.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
In der einzigen Figur ist eine Ausführungsform einer Ladevorrichtung 1 gezeigt. Die Ladevorrichtung 1 kann beispielsweise für ein Elektrofahrzeug, zum Bespiel Elektroauto oder E-Bike (in Der einzigen Figur nicht gezeigt) als autonom agierender Roboter realisiert sein. Im Gehäuse der Ladevorrichtung 1 ist ein Energiespeicher 2 integriert, welcher in einer bevorzugten Ausführung eine Batterie darstellt. Die Batterie ist also im Roboter integriert. Als Alternative ist auch eine Brennstoffzelle denkbar. Um Mobilität zu gewährleisten weist die Ladevorrichtung 1 eine Bewegungseinrichtung 3 auf. In Der einzigen Figur sind diese als Räder ausgeführt. Allerdings wäre auch eine Fortbewegung mittel Luftkissen vorstellbar.
Zu der Ladevorrichtung 1 gehört auch eine Kontaktierungseinrichtung 4, hier als Roboterarm dargestellt. Die Kontaktierungseinrichtung 4 weist ein Greif- und/oder Halteelement 5 auf. Dieses Greif- und/oder Halteelement 5 soll ein Kontaktelement 6 greifen und/oder halten können. Das Kontaktelement 6 ist bevorzugt ein Ladekabel mit Ladestecker oder -buchse und stellt vorzugsweise das Gegenstück zum Ladeanschluss des zu ladenden Transportmittels dar. In einer weiteren Ausführung könnte das Kontaktelement 6 fester Bestandteil des Roboterarms 4 sein.
Mit Hilfe der Kontaktierungseinrichtung 4 und des Greif- und/oder Halteelements 5 ist die Ladevorrichtung 1 in der Lage Kontaktelement 6 und Ladeanschluss des Transportmittels (in der einzigen Figur nicht gezeigt) elektrisch zu koppeln. Das heißt die Ladevorrichtung 1 greift das Ladekabel und verbindet dieses mit dem Ladeanschluss elektrisch.
In einem konkreten Bespiel kann also ein möglicher Roboterarm ein entsprechendes integriertes Ladekabel nehmen und ein Elektrofahrzeug kontaktieren. Das Ladekabel könnte auch fester Bestandteil des Roboterarmes sein oder es gibt mehrere Kabel abhängig vom benötigten Stecker.
Bei der Erfindung könnte es sich also um einen kleinen autonom fahrenden Roboter mit einer Batterie und ggf. einem Roboterarm handeln, der in der Lage ist ein Ladekabel mit einem Fahrzeug zu verbinden (Ladeanschluss), um das Elektrofahrzeug zu laden.
Der Roboter wäre in der Lage die Position des Fahrzeuganschlusses und die Position des Ladekabels zu erkennen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform beinhaltet die Ladevorrichtung 1 zusätzlich noch eine Aufbewahrungseinheit 7 für weitere Kontaktelemente 6 ggf. unterschiedlichen Typs, um Transportmittel verschiedener Hersteller laden zu können. Dazu befindet sich beispielsweise im Greif- und/oder Halteelements 5 eine Sensoreinrichtung 8, um die Position und den Typ des Ladeanschlusses festzustellen. Anhand dessen kann das passende Kontaktelement 6 aus der Aufbewahrungseinheit 7 gewählt werden. Mit Hilfe der Sensoreinrichtung 8 sollte der Steckvorgang beschädigungsfrei erfolgen.
In einem konkreten Fall könnte im Rumpf des Laderoboters neben der Batterie auch eine Aufbewahrungseinheit integriert sein. Darin befinden sich unterschiedliche Ladestecker oder Ladebuchsen die zu den Ladeanschlüssen verschiedener Elektrofahrzeuge passen, zum Beispiel eines zum Laden von E-Bikes und mehrere zum Laden von Elektroautos verschiedener Hersteller. Mittels einer Kamera im Greifarm des Roboters könnte zuerst die Position und der Typ des Ladeanschlusses festgestellt werden. Anschließend könnte der Greifarm das passende Ladekabel in seiner Aufbewahrungseinheit auswählen. Abschließend könnte der Greifarm das gewünschte Ladekabel aufnehmen und mit dem Ladeanschluss des Elektrofahrzeugs kontaktieren. Demnach könnte der Laderoboter, wenn es verschiedene Typen gibt, das richtige Kabel auswählen und beschädigungsfrei den Steckvorgang vornehmen.
Nach erfolgreicher elektrischer Kopplung des Kontaktelements 6 der Ladevorrichtung 1 und dem Ladeanschluss kann das Transportmittel teilweise oder vollständig geladen werden. Die Ladevorrichtung 1 erkennt den Abschluss des Ladevorgangs und die Kontaktierungseinrichtung 4 mit dem Greif- und/oder Halteelements 5 trennt die Verbindung zwischen dem Kontaktelement 6 und dem Ladeanschluss.
In einer Ausführungsform sollte der Laderoboter demnach in der Lage sein eine elektrische Verbindung zwischen Ladekabel und Ladebuchse herzustellen und auch zu trennen. Der Steckvorgang bezieht sich also auf ein Anstecken und/oder Abstecken.
Abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers 2 bewegt sich die Ladevorrichtung 1 nach dem Trennen der Verbindung zum Transportmittel autonom zu ihrer eigenen Ladestation, oder zum nächsten zu ladenden Transportmittel.
Zum Bespiel könnte der Roboter nach Abschluss des Ladevorgangs zum nächsten Fahrzeug fahren oder zurück an seine Ladestation, um den mobilen Energiespeicher zu laden. Das angegebene Beispiel bezieht sich insbesondere auf die Zeit der autonom fahrenden Fahrzeuge und entsprechender Parkhäuser. Die Erfindung könnte aber bereits vorher in regulären Parkhäusern zum Einsatz kommen. So könnte auch die Anzahl der benötigten Ladeinfrastruktur verringert werden, da mit einer Ladesäule über einen längeren Zeitraum (z.B. nachts) mehrere Fahrzeuge vollgeladen werden können (z.B. Fahrzeug 1 lädt von 18-22 Uhr, Fahrzeug 2 von 22-24 Uhr, Fahrzeug 3 von 00:03 Uhr, etc.).
Bezugszeichenliste

1: Ladevorrichtung
2: Energiespeicher
3: Bewegungseinrichtung
4: Kontaktierungseinrichtung
5: Greif- und/oder Halteelement
6: Kontaktelement
7: Aufbewahrungseinheit
8: Sensoreinrichtung

Claims

Ladevorrichtung (1) zum autonomen Laden eines Transportmittels, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit - einer Sensoreinrichtung (8) zum Erkennen eines Ladeanschlusses des zu ladenden Transportmittels, - einer Kontaktierungseinrichtung (4) zum Bewegen eines Kontaktelements (6) für eine Kontaktierung des Ladeanschlusses in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung (8), gekennzeichnet durch - eine Bewegungseinrichtung (3) mit der die Ladevorrichtung (1) autonom zum Transportmittel transportierbar ist und - eine Energiespeichereinrichtung (2) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das autonome Laden.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - mindestens ein weiteres Kontaktelement (6), wobei - die Kontaktierungseinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, aus den Kontaktelementen (6), das zu dem Ladeanschluss des Transportmittels passende auszuwählen.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Ladevorrichtung (1) autonom mobil ist und insbesondere einen selbstfahrenden Roboter darstellt.
Ladevorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kontaktierungseinrichtung (4) einen Roboterarm aufweist.
Ladeverfahren zum autonomen Laden eines Transportmittels, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mittels einer Ladevorrichtung (1) durch - Erkennen eines Ladeanschlusses des zu ladenden Transportmittels und Erzeugen eines entsprechenden Signals, - Bewegen eines Kontaktelements (6) für eine Kontaktierung des Ladeanschlusses in Abhängigkeit von dem Signal, gekennzeichnet durch - Transportieren der gesamten Ladevorrichtung (1) autonom zu dem Transportmittel und - Bereitstellen von elektrischer Energie, durch eine Energiespeichereinrichtung (2) der Ladevorrichtung (1), für das autonome Laden.