DE102018120622A1

DE102018120622A1 - Stromversorgungssystem für eine elektrofahrzeug-ladestation

Info

Publication number: DE102018120622A1
Application number: DE102018120622.4A
Authority: DE
Inventors: Xiang Zhao; Ningjian Huang; Lei Zhang; Changfu Ye
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN110014995A; CN110014995B; US10828770B2; US20190061542A1

Abstract

Eine Fahrzeug-Ladestation beinhaltet eine Spur, die so konfiguriert ist, dass sie sich über eine Vielzahl von Fahrzeugstellplätzen erstreckt. Die Ladestation beinhaltet weiterhin eine mobile Ladevorrichtung, die von der Spur getragen wird und entlang der Spur zwischen den mehreren Fahrzeugparkplätzen verschiebbar ist. Die Ladestation beinhaltet weiterhin einen ersten Fahrdraht, der sich etwa parallel zur Spur erstreckt. Die Ladestation beinhaltet weiterhin einen ersten Leitermast der konfiguriert ist, um die mobile Ladevorrichtung mit dem ersten Fahrdraht an einer Vielzahl von Stellen entlang einer Breite des ersten Fahrdrahtes zu verbinden. Der erste Leitermast ist zum Bewegen mit der mobilen Ladevorrichtung konfiguriert. Auf diese Weise kann eine Eins-zu-Viele-Ladestation realisiert werden.

Description

EINLEITUNG
Der Gegenstand der Anmeldung bezieht sich auf eine Elektrofahrzeug-Ladestation für eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen.
Verschiedene Arten von Kraftfahrzeugen, wie Elektrofahrzeuge (EVs), Elektrofahrzeuge mit einer großen Reichweite (EREVs) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs), verfügen über ein Energiespeichersystem, welches periodisch aufgeladen werden muss. Dieses Energiespeichersystem kann typischerweise durch das Anschließen an einer Energiequelle, wie eine Wechselstrom-Versorgungsleitung, aufgeladen werden. Obwohl es vorteilhaft sein kann, das Energiespeichersystem des Fahrzeugs vor oder nach jeder Fahrzeugnutzung wieder aufzuladen, ist es manchmal wünschenswert, dass der Fahrzeugbetreiber das Energiespeichersystem des Fahrzeugs an einem öffentlichen Ort auflädt.
Daher ist es wünschenswert, eine Ladelösung vorzusehen, die den Anschluss mehrerer Fahrzeuge an eine einzige Energiequelle ermöglicht.
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet eine Fahrzeugladestation eine Spur, die sich über eine Vielzahl von Fahrzeugparkplätzen erstreckt. Die Ladestation beinhaltet weiterhin eine mobile Ladevorrichtung, die von der Spur getragen wird und entlang der Spur zwischen den mehreren Fahrzeugparkplätzen verschiebbar ist. Die Ladestation beinhaltet weiterhin einen ersten Fahrdraht, der sich etwa parallel zur Spur erstreckt. Die Ladestation beinhaltet weiterhin einen ersten Leitermast der konfiguriert ist, um die mobile Ladevorrichtung mit dem ersten Fahrdraht an einer Vielzahl von Stellen entlang einer Breite des ersten Fahrdrahtes zu verbinden. Der erste Leitermast ist zum Bewegen mit der mobilen Ladevorrichtung konfiguriert. Auf diese Weise kann eine Eins-zu-Viele-Ladestation realisiert werden.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, wobei die Spur am Boden angeordnet ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, wobei die Spur über dem Boden angeordnet ist, sodass sich die mobile Ladevorrichtung im Wesentlichen zwischen dem Boden und der Spur befindet.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen einen zweiten Fahrdraht beinhalten, der sich etwa parallel zur Spur erstreckt.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen einen zweiten Leiterpol beinhalten, der konfiguriert ist, um die mobile Ladevorrichtung mit dem zweiten Fahrdraht an einer Vielzahl von Stellen entlang einer Breite des zweiten Fahrdrahtes zu verbinden, wobei der erste Leiterpol zum Bewegen mit der mobilen Ladevorrichtung konfiguriert ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, wobei der zweite Fahrdraht einen von einem Isolator umwickelten Draht umfasst; und der Isolator eine Vielzahl von Aussparungen umfasst, die jedem der Vielzahl von Fahrzeugparkplätzen entsprechen, sodass der zweite Leiterpol über einen der Vielzahl von Aussparungen mit dem ersten Fahrdraht gekoppelt ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, wobei die bewegliche Ladevorrichtung ein Ladegerät umfasst, das mit einer Antriebseinheit gekoppelt ist, wobei die Antriebseinheit so konfiguriert ist, dass sie die mobile Ladevorrichtung entlang der Spur bewegt.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin die Antriebseinheit einen Motor umfasst, der zum Bewegen der mobilen Ladevorrichtung entlang der Spur konfiguriert ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen eine zweite mobile Ladevorrichtung umfassen, die von der Spur getragen wird und entlang der Spur zwischen den mehreren Fahrzeugparkplätzen verschiebbar ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin der erste Fahrdraht einen von einem Isolator umwickelten Metalldraht umfasst; und der Isolator eine Vielzahl von Aussparungen umfasst, die jedem der Vielzahl von Fahrzeugparkplätzen entsprechen, sodass der zweite Leitermast über einen der Vielzahl von Aussparungen mit dem ersten Fahrdraht gekoppelt ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin der Metalldraht ausgewählt ist aus einem Kupfer- und einem Aluminiumdraht; und der Isolator umfasst Gummi.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin der erste Leitermast ein Paar Anschlusspads umfasst, die mit dem Leitermast gekoppelt sind; und der erste Leitermast so angeordnet ist, dass er mit dem ersten Fahrdraht über das Anschlusspad verbunden und getrennt wird.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin: das Paar der Anschlusspads derart konfiguriert ist, dass sie sich in der verbundenen Position teilweise um den Fahrdraht wickeln.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin das Paar der Anschlusspads zum Bewegen zwischen dem verbundenen und dem getrennten Zustand durch eine vertikale Bewegung des Leitermastes konfiguriert ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin das Paar der Anschlusspads über eine mechanische Kopplung an den Leiterpol bewegbar ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin das Paar der Anschlusspads über eine elektromagnetische Kopplung an den Leitermast bewegbar ist.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale können weitere Ausführungsformen vorgesehen sein, worin der erste Leitermast derart konfiguriert ist, dass er entlang der Breite des Fahrdrahts bewegbar ist, während er sich in einem getrennten Zustand befindet.
Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die Zeichnungen bezieht, in denen gilt:

1 ist eine schematische Planansicht einer Elektrofahrzeug-Ladestation, die eine am Boden angebrachte mobile Ladevorrichtung beinhaltet;
2 ist eine schematische Planansicht einer Elektrofahrzeug-Ladestation, die eine obenliegend angebrachte mobile Ladevorrichtung beinhaltet;
3 ist eine schematische Seitenansicht einer am Boden angebrachten mobile Ladevorrichtung;
4 ist eine schematische Seitenansicht einer obenliegend angebrachten mobile Ladevorrichtung;
5 ist eine Vorderansicht einer exemplarischen obenliegenden Eine-zu-Viele-Ladestation;
6 ist eine orthogonale Ansicht einer exemplarischen obenliegenden Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
7A ist eine Vorderansicht einer exemplarischen obenliegenden Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
7B ist eine Seitenansicht einer exemplarischen obenliegenden Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
7C ist eine Draufsicht einer exemplarischen obenliegenden Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
8A ist eine Seitenansicht, welche die Kopplung einer obenliegenden Ladevorrichtung mit Fahrdrähten veranschaulicht;
8B ist eine Draufansicht, welche die Kopplung einer obenliegenden Ladevorrichtung mit Fahrdrähten veranschaulicht;
9A ist eine Draufsicht einer exemplarischen am Boden angebrachten Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
9B ist eine Vorderansicht einer exemplarischen am Boden angebrachten Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
9C stellt die Frontansicht ausführlicher dar;
10 ist eine Vorderansicht einer exemplarischen obenliegenden Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
11A ist eine Vorderansicht einer exemplarischen obenliegenden Ladestation von einer oder mehreren Ausführungsformen;
11B ist eine detaillierte Vorderansicht eines Ausschnitts eines Fahrdrahtes von einer weiteren Ausführungsform;
11C ist eine detaillierte Seitenansicht eines Ausschnitts eines Fahrdrahtes von einer weiteren Ausführungsform;
12A ist eine Vorderansicht einer Fahrdraht-Anschlussvorrichtung in der verbundenen Position;
12B ist eine Vorderansicht einer Fahrdraht-Anschlussvorrichtung in der getrennten Position; und
12C ist eine Seitenansicht einer Fahrdraht-Anschlussvorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform werden eine oder mehrere Ausführungsformen eines Stromversorgungssystems für eine Eins-zu-Viele-Elektrofahrzeug-Ladestation dargestellt.
Viele bestehende öffentliche Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge schließen die Verwendung eines einzelnen Ladegeräts für jeden Parkplatz für Elektrofahrzeuge ein. Wenn daher eine öffentliche Ladeeinrichtung wünscht, dass drei Kunden ihre Elektrofahrzeuge aufladen können, müssen sie in der Lage sein, drei Ladegeräte zur Verfügung zu stellen. Dies kann aus mehreren Gründen nachteilig sein. Ladegeräte können beispielsweise sehr kostspielig sein. Darüber hinaus können Ladegeräte viel Strom verbrauchen, was möglicherweise ein Upgrade der elektrischen Versorgung einer Anlage erfordert.
Ein System, das diese Probleme löst, ist ein Eins-zu-Viele-System. Bei einem derartigen System kann ein einzelnes Ladegerät mehrere Elektrofahrzeuge aufladen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht 1 schematisch eine Elektrofahrzeug-Ladestation 10 zum Laden oder Wiederaufladen der primären Energiespeichervorrichtung einer Vielzahl von Elektrofahrzeugen 12. Wie hierin verwendet, kann ein Elektrofahrzeug 12 jedes Fahrzeug umfassen, welches über einen Elektromotor als Energiequelle für den Fahrzeugantrieb verfügt. Während ein Automobil als Beispielfahrzeug zum Zweck dieser Beschreibung verwendet wird, können andere Fahrzeuge ähnlich benutzt werden. Einige Beispiele von Elektrofahrzeugen schließen ein, jedoch nicht geschränkt auf, ausschließlich Elektrofahrzeuge (EVs), Plug-In Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs), Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite (EREVs). Diese Fahrzeuge können Personenwagen, Cross-over-Fahrzeuge, SUVs, Freizeitfahrzeuge, LKW, Busse, kommerzielle Fahrzeuge usw. sein.
Ein Elektrofahrzeug 12 kann durch Zuführung von Elektroenergie aus einer Energiespeichervorrichtung, wie einer Fahrzeugbatterie, um einen Elektromotor während einer Anwendungsperiode anzutreiben, betrieben werden. Nach einer verlängerten Periode der Energieentleerung, kann die Fahrzeugbatterie ein Aufladen erfordern, bevor der Antrieb erneut durchgeführt werden kann. Dieses Neu Laden kann auftreten durch Verbinden der Fahrzeugbatterie mit einer Quelle elektrischen Stromes, entweder direkt oder durch eine oder mehrere Zwischenkomponenten.
Im Allgemeinen kann die Elektrofahrzeug-Ladestation 10 eine stationäre Vorrichtung sein, welche sich auf einem Parkplatz oder einem anderen Fahrzeugabstellbereich befindet und eine Vielzahl an Parkplätzen 14 beinhaltet (z. B. eine Parkgarage, bewachte Parkplätze sowie ein Fahrzeugsammelstelle, usw....). Ein Parkplatz 14 ist ein Bereich, der zur Aufnahme eines Fahrzeugs für einen bestimmten Zeitraum vorgesehen ist. Parkplätze 14 können durch Sichtmelder 16 abgegrenzt sein, die auf dem Boden vorgesehen sind (z. B. auf einem Parkplatz) oder durch physikalische Objekte (wie an einer herkömmlichen Tankstelle, in der eine Vielzahl von Benzinpumpen die jeweiligen Parkplätze abgrenzen, die einen Träger für die Kraftstoffaufnahme empfangen sollen).
Die 1 und 2 veranschaulichen jeweils einen Ladebereich, der acht Parkplätze 14 einschließt, aufgeteilt in zwei Reihen 18, 20 mit je vier Plätzen 14. Jede Ladestation 10 kann eine entsprechende Spur 24, 26 beinhalten, die über einer Vielzahl der Parkplätze 14 (z. B. entlang jeder Reihe 18, 20) verläuft und es einer mobilen Ladevorrichtung 28, 30 erlaubt, jedes der Fahrzeuge 12 zu erreichen und ein selektives Laden der Fahrzeugbatterien zu erleichtern.
Im Allgemeinen kann die Spur 24, 26 zwei allgemeine Konfigurationen aufweisen, nämlich eine ebenerdige Spur 24 (wie in 1 dargestellt) und eine obenliegende Spur 26 (wie in 2 dargestellt). Unabhängig von der spezifischen Konfiguration, kann jede Spur 24, 26 die entsprechenden mobilen Ladevorrichtungen 28, 30 unterstützen und es den Ladevorrichtungen 28, 30 ermöglichen, entlang der Spur 24, 26, um Zugang zu jedem Fahrzeug 12 an der Station 10 zu erhalten, zu verfahren. Wie nachfolgend näher beschrieben wird, kann die Ladevorrichtung 28, 30 mit einem Stromversorgungskreis 32 und einer Ladesteuerung 34 gekoppelt werden, die jeweils von der Ladevorrichtung 28, 30 zum Aufladen einer Batterie eines oder mehrerer der geparkten Elektrofahrzeuge 12 verwendet werden können.
Die 3 und 4 veranschaulichen schematische Beispiele einer am Boden angebrachten Spur 24 und einer obenliegenden Spur 26, die zur Unterstützung der entsprechenden mobilen Ladevorrichtung 28, 30 verwendet werden. Wie in 3 dargestellt, kann die am Boden angebrachte Spur 24 am Boden 40 oder im Wesentlichen am Boden 40 angeordnet werden, sodass die mobile Ladevorrichtung 28 im Allgemeinen oberhalb Spur 24 angeordnet ist. Die mobile Ladeapparatur 28 kann entlang der Spur 24 übertragen werden, zum Beispiel unter Verwendung von einem oder mehreren Rädern 42, um sich darauf fortzubewegen oder innerhalb eines Abschnittes auf Spur 24. Die unten liegende Spur 24 kann es der Ladeapparatur 28 ermöglichen, physisch zwischen den entsprechenden Fahrzeugen 12 übertragen zu werden, obgleich es eine Minimumdistanz zwischen den Reihen 18, 20 benötigt, welche proportional mit der Breite von Spur 24/Ladeapparatur 28 korrespondiert.
Unter Bezugnahme auf 4, kann die obenliegende Spur 26 über eine Distanz 44 über dem Boden 40 angeordnet sein, d. h. zum Beispiel zwischen 1,50 m und 3,65 m. Die Ladevorrichtung 30 kann im Allgemeinen von der Spur 26 in so einer Weise hängen, dass die Ladevorrichtung 30 im Allgemeinen zwischen der Spur 26 und dem Boden 40 positioniert ist. Während die oben liegende Spur 26 aus eine Nutzflächenperspektive vorteilhaft sein kann, indem man die Reihen 18, 20 näher zusammenlegt, benötigt die unten liegende Spur 24 für die Einführung weniger Infrastruktur. In einer Konfiguration kann die obenliegende Spur 26 von einer Vielzahl bestehender Lichtmasten innerhalb des Parkplatzes aufgehängt werden.
Unabhängig von der Form der Spur, kann die mobile Ladevorrichtung 28, 30 im Allgemeinen eine Basis 50 beinhalten, die schiebbar mit der Spur verbunden ist und über ein Greiforgan 52 verfügt, welche mechanisch mit der Basis 50 verbunden ist. Das Greiforgan 52 kann auf eine elektrische Verbindung mit einem der Fahrzeuge 12, welches sich an einem angrenzenden Parkplatz 14 befindet, konfiguriert werden. Eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen eines Greiforgans 52 ist unter Bezugnahme auf die 9-15 enthalten.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 3 und 4 kann das Greiforgan 52 in einer Konfiguration über eine Vielzahl von starren Armelementen 54 mechanisch mit der Basis 50 verbunden sein, die in der Lage sein können, sich relativ zueinander zu artikulieren und/oder zu verschieben. In anderen Konfigurationen jedoch, kann das Greiforgan 52 mechanisch durch ein flexibles Elektrokabel mit der Basis 50 verbunden sein.
In einer grundlegenden Implementierung der aktuellen Ladestation 10, kann das Greiforgan 52 in eine elektrische Kommunikation mit einem Fahrzeug 12 durch einen Benutzer manuell positioniert/manipuliert werden. Zum Beispiel, wenn ein/e Benutzer/in sein/ihr Fahrzeug 12 aufladen möchte, kann er/sie die Ladevorrichtung 28, 30 in den Bereich unmittelbar an seinem/ihrem Fahrzeug 12 schieben und das Greiforgan manuell in eine elektrische Verbindung mit einem passenden Ladestecker an seinem/ihrem Fahrzeug bringen, sodass der Ladestecker einer elektrischen Verbindung/einem Stecker am Fahrzeug entspricht und in eine elektrische Verbindung mit einer elektrischen Speichervorrichtung, wie einer Batterie, tritt. In dieser Implementierung können alle möglichen Verbindungen, die zwischen den Armgliedern 54 bereitgestellt werden, lediglich passive sein und können es einem Benutzer ermöglichen, das Greiforgan 52 frei anzuwenden.
In einer anderen Konfiguration kann die Fahrzeugladestation 10 voll automatisch sein und auf Roboterladung eines Benutzerfahrzeuges 12 mit minimaler Interaktion des Benutzers konfiguriert werden. In einer Konfiguration kann die Miteinbeziehung des Benutzers im Ladeprozess auf das Bereitstellen einer Anzeige der gewünschten Aufladung und/oder die Aktivierung der Ladevorrichtung 28, 30, um Zugriff zum Ladestecker zu erhalten, beschränkt sein.
In einer Roboterimplementierung kann die Position und Orientierung des Greiforgans 52 über den Roboter bei 5 oder mehr Freiheitsgrade (zum Beispiel, 3 Umwandlungsgrade und 2 oder mehr Rotationsgrade) durch eine selektive Beschleunigung von einem oder mehreren Beschleunigern, die zwischen einem oder mehreren Armelementen 54 liegen, gesteuert werden. Die gemeinsamen Stellglieder und die resultierende Bewegung des Greiforgans 52 können durch eine Robotersteuerung 56 gesteuert werden, wie schematisch in den 1 und 2 dargestellt. Während sich die folgende Beschreibung auf eine Roboterimplementierung des aktuellen Systems 10 bezieht, können bestimmte Aspekte in einer manuellen Version des Systems 10 (im Besonderen die, die durch die Ladesteuerung 34 implementiert werden) verwendet werden.
Jede der Robotersteuerungen 56 und der Ladesteuerung 34 kann als einer oder mehrfache Digitalrechner oder datenverarbeitende Vorrichtung dargestellt werden und über einen oder mehrere Mikrocontroller oder Zentraleinheiten (CPU), Read Only Memory (ROM), Random Access Memory (RAM), Elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lesespeicher (EEPROM), ein Schnelltaktgeber, ein Analog-Digital (A/D) Schaltkreis, ein Digital-Analog (D/A) Schaltkreis, Eingang/Ausgang (I/O) Schaltkreis und/oder Signalkonditionierung und Pufferungselektronik verfügen. Die Robotersteuerung 56 und die Ladesteuerung 34 können als klare Softwaremodule innerhalb eines einzelnen Computers oder als physikalisch separate Hardwaremodule dargestellt werden.
Die Ladesteuerung 34 kann eine oder mehrere Ladesteuerungsalgorithmen automatisch durchführen, um ein Ladeverfahren durchzuführen, wenn die Steuerung 34 bestimmt, dass ein Fahrzeug eine elektrische Ladung angefragt hat. In einer ähnlichen Weise kann die Robotersteuerung 56 so konfiguriert werden, dass sie eine oder mehrere Bewegungssteuerungsalgorithmen automatisch durchführt, um die resultierende Bewegung des Greiforgans 52 über einen oder mehrere Motoren zu steuern, um den Ladeprozess effektiver zu machen. Jede Steuerungs-/Verarbeitungsroutine kann als Software oder Firmware einbezogen werden und kann lokal auf der entsprechenden Steuerung 56, 34 gespeichert werden oder durch die Steuerung 56, 34 zugriffsbereit sein.
Ein Problem, das bei einem derartigen Ladesystem auftreten kann, ist, dass das Stromversorgungssystem flexibel, weitreichend, widerstandsarm und skalierbar sein sollte. Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Seitenansicht eines Ladesystems mit einem obenliegenden Ladegerät (wie in 2 gezeigt) dargestellt. In dieser Ansicht wird die Verkabelung der Fahrzeuge deutlicher dargestellt. Eine Ladesteuerung 634 ist mit einem Ladegerät 602 und einer Antriebseinheit 604 gekoppelt. Die Ladesteuerung 634 steuert den Betrieb des Ladegerätes 602 und/oder der Antriebseinheit 604. In einigen Ausführungsformen interagiert ein Benutzer mit der Ladesteuerung 634, um Kontoinformationen und Zahlungsinformationen bereitzustellen oder um Gebührenoptionen auszuwählen (z. B. die Höhe der angeforderten Gebühr). Die Antriebseinheit 604 ist mechanisch mit dem Ladegerät 602 gekoppelt, wodurch eine seitliche Bewegung der Antriebseinheit 604 zu einer seitlichen Bewegung des Ladegeräts 602 führt. Die Antriebseinheit 604 kann Mechanismen enthalten, die sowohl die Bewegung der Antriebseinheit 604 als auch des Ladegeräts 602 ermöglichen. Die Mechanismen können eine Vielzahl von motorisierten Mechanismen beinhalten, welche die Bewegung der Antriebseinheit 604 und des Ladegeräts 602 seitlich entlang von Führungsschienen (auch bekannt als Spuren) 608, mit denen die Antriebseinheit 604 beweglich gekoppelt ist, unterstützen. Auf diese Weise können das Ladegerät 602 und die Antriebseinheit 604 zwischen den Fahrzeugen (beispielsweise den Fahrzeugen 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670 und 680) bewegt werden.
Ein Kabel 688 kann verwendet werden, um ein Elektrofahrzeug (z. B. das Fahrzeug 610) mit der Antriebseinheit 604 zu verbinden. Ein Kabel 606 ist zur Verbindung des Ladegeräts 602 mit der Ladesteuerung 634 vorgesehen. Das Ladegerät 602 und die Antriebseinheit 604 sind beweglich mit den Führungsschienen 608 gekoppelt, sodass, wenn das Ladegerät 602 und die Antriebseinheit 604 von einem Fahrzeug zum anderen bewegt werden, auch das Kabel 606 bewegt, gebogen oder anderweitig bewegt werden, da ansonsten das Kabel 606 verschlissen wird.
Aufgrund der großen Strommengen, die durch das Kabel 606 fließen, sollte das Kabel 606 ausreichend groß sein, um die Leistung zu übertragen. Ein exemplarisches Ladegerät kann 500 Volt Leistung bei 125 Ampere liefern. Ein Kabel, das für diese Leistung ausreichend ist, weist einen Durchmesser von etwa 29 bis 32 mm auf. Dabei kann das Gewicht eines derartigen Kabels zwischen 1,46 und 1,57 Kilogramm pro Meter liegen. Ein typischer Parkplatz ist ca. 2,6 Meter breit. Auf diese Weise kann ein Kabel, das ausreicht, um acht Parkplätze zu erreichen, fast 21 Meter lang sein, was einem Gewicht von bis zu 33 Kilogramm entspricht. Je dicker die Kabel sind, desto unhandlicher und unflexibler werden sie. Dieses Problem kann bei kaltem Wetter noch verschärft werden.
Eine oder mehrere Ausführungsformen behandeln das vorstehend beschriebene Problem durch die Verwendung eines Energieversorgungssystems, das ein oder mehrere Fahrdrähte beinhaltet, die mit einem Ladegerät durch die Verwendung von Leitermasten verbunden sind. Ein derartiges System kann eine von mehreren verschiedenen Ausführungsformen beinhalten. So können die Fahrdrähte beispielsweise oberirdisch, ebenerdig oder unterirdisch verlegt werden. Darüber hinaus können mehr als ein Ladegerät und/oder Antriebseinheit mit den Fahrdrähten gekoppelt werden. Zum Ankoppeln der Fahrdrähte an die Leitermasten können verschiedene Arten von Kupplungssystemen eingesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine orthogonale Ansicht einer Ausführungsform dargestellt. Wie in 5, ist ein Ladegerät 702 und eine Antriebseinheit 704 vorhanden. An die Antriebseinheit 704 ist ein Kabel 788 angekoppelt, mit dem ein Elektrofahrzeug an die Antriebseinheit 704 angekoppelt wird, um den Ladevorgang zu starten.
Das Ladegerät 702 und die Antriebseinheit 704 werden über Fahrdrähte 784 gespeist. Das Ladegerät 702 ist mit den Fahrdrähten 784 durch die Verwendung von Leitermasten 782 gekoppelt. Die Leitermasten 782 sind mit dem Ladegerät 702 und der Antriebseinheit 704 so angeordnet, dass die Leitermasten 782 an verschiedenen Stellen entlang einer Breite des Fahrdrahtes, wie beispielsweise in unmittelbarer Nähe eines Fahrzeugparkplatzes, an Fahrdrähte 784 koppeln können. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind zwei Fahrdrähte zur Stromversorgung und Rückführung vorgesehen. Das Ladegerät 702 und die Antriebseinheit 704 sind beweglich mit den Führungsschienen 786 gekoppelt. Obwohl in 7 zwei Führungsschienen 786 veranschaulicht sind, ist zu beachten, dass eine mehr oder weniger hohe Anzahl von Führungsschienen verwendet werden kann. Die Führungsschienen 786 übernehmen eine ähnliche Funktion, wie jene der Spur 26 in 2. Obwohl in 6 ein gerades Layout dargestellt ist, sind andere Layouts möglich, wie beispielsweise Kreis, Oval, U-Form, L-Form, Quadrat, Rechteck oder jede andere Form. Zusätzlich, während in 6 nur ein einzelnes Ladegerät 702 und Antriebseinheit 704 dargestellt sind, können mehrere Sätze von Ladegeräten und Antriebseinheiten vorhanden sein.
Die 7A-7C vermitteln zusätzliche Ansichten der in 6 dargestellten Ausführungsform. 7A ist eine Vorderansicht, 7B ist eine Seitenansicht, 7C ist eine Draufsicht. Wie in 5, ist ein Ladegerät 802 und eine Antriebseinheit 804 vorhanden. An die Antriebseinheit 804 ist ein Kabel 888 angekoppelt, mit dem ein Elektrofahrzeug 810 bis 880 an die Antriebseinheit 804 angekoppelt wird, um den Ladevorgang zu starten.
Das Ladegerät 802 und die Antriebseinheit 804 werden über Fahrdrähte 884 gespeist. Das Ladegerät 802 ist mit den Fahrdrähten 884 durch die Verwendung von Leitermasten 882 gekoppelt. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind zwei Fahrdrähte zur Stromversorgung und Rückführung vorgesehen. Das Ladegerät 802 und die Antriebseinheit 804 sind beweglich mit den Führungsschienen 886 gekoppelt. Obwohl in 7A zwei Führungsschienen 886 veranschaulicht sind, ist zu beachten, dass eine mehr oder weniger hohe Anzahl von Führungsschienen verwendet werden kann. Die Führungsschienen 886 übernehmen eine ähnliche Funktion, wie jene der Spur 26 in 2. Obwohl in den 7A-7C ein gerades Layout dargestellt ist, sind andere Layouts möglich, wie beispielsweise Kreis, Oval, U-Form, L-Form, Quadrat, Rechteck oder jede andere Form. Zusätzlich, während in den 7A-7C nur ein einzelnes Ladegerät 802 und Antriebseinheit 804 dargestellt sind, können mehrere Sätze von Ladegeräten und Antriebseinheiten vorhanden sein.
Weitere Konfigurationen sind für ein Oberleitungssystem möglich. Unter Bezugnahme auf die 8A-8B ist eine derartige Konfiguration dargestellt. 8A ist eine Seitenansicht der Konfiguration.
Das Ladegerät 902 und die Antriebseinheit 904 werden über Fahrdrähte 984 gespeist. Das Ladegerät 902 ist mit den Fahrdrähten 984 durch die Verwendung von Leitermasten 982 gekoppelt. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind zwei Fahrdrähte zur Stromversorgung und Rückführung vorgesehen. In der in den 8A-8B dargestellten Ausführungsform sind die beiden Fahrdrähte 982 im Wesentlichen vertikal zueinander ausgerichtet. Das Ladegerät 902 und die Antriebseinheit 904 sind beweglich mit den Führungsschienen 986 gekoppelt. Obwohl in 8A zwei Führungsschienen 986 veranschaulicht sind, ist zu beachten, dass eine mehr oder weniger hohe Anzahl von Führungsschienen verwendet werden kann. Die Führungsschienen 986 übernehmen eine ähnliche Funktion, wie jene der Spur 26 in 2.
Unter Bezugnahme auf die 9A, 9B und 9C wird ein ebenerdiges Ladesystem vorgestellt. In mancher Hinsicht ähnelt dieses System dem im Hinblick auf 1 dargestellten System. 9A stellt eine Draufsicht und 9B eine Vorderansicht dar. 9C stellt einen Abschnitt von 9B ausführlicher dar.
Das Ladegerät 1002 und die Antriebseinheit 1004 werden über Fahrdrähte 1084 gespeist. Das Ladegerät 1002 ist mit den Fahrdrähten 1084 durch die Verwendung von Leitermasten 1082 gekoppelt. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind zwei Fahrdrähte zur Stromversorgung und Rückführung vorgesehen. Das Ladegerät 1002 und die Antriebseinheit 1004 sind beweglich mit den Führungsschienen 1086 gekoppelt. Es ist zu beachten, dass mehr oder weniger Führungsschienen verwendet werden können. Die Führungsschienen 1086 übernehmen eine ähnliche Funktion, wie jene der Spur 24 in 1. Es ist zu beachten, dass das Ladegerät 1002 und die Antriebseinheit 1004 vor den zu ladenden Fahrzeugen (z. B. den Fahrzeugen 1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060 oder 1070) oder hinter dem zu ladenden Fahrzeug positioniert werden können. Es sollte verstanden werden, dass in einigen Ausführungsformen mehr als ein Ladegerät und eine Antriebseinheit verwendet werden können.
Unter Bezugnahme auf 10 wird eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Wie in 7, ist ein Ladegerät 1102 und eine Antriebseinheit 1104 vorhanden. An die Antriebseinheit 1104 ist ein Kabel 1188 angekoppelt, mit dem ein Elektrofahrzeug mit dem Ladegerät 1102 verbunden wird, um den Ladevorgang zu starten.
Das Ladegerät 1102 und die Antriebseinheit 1104 werden über Fahrdrähte 1184 gespeist. Das Ladegerät 1102 ist mit den Fahrdrähten 1184 durch die Verwendung von Leitermasten 1182 gekoppelt. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind zwei Fahrdrähte zur Stromversorgung und Rückführung vorgesehen. Das Ladegerät 1102 und die Antriebseinheit 1104 sind beweglich mit den Führungsschienen 1186 gekoppelt. Des Weiteren sind ein zweites Ladegerät 1112 und die Antriebseinheit 1114 mit den Führungsschienen 1186 beweglich gekoppelt. Eine derartige Konfiguration ermöglicht es, zwei Fahrzeuge gleichzeitig zu laden. Obwohl in 10 zwei Führungsschienen 1186 veranschaulicht sind, ist zu beachten, dass eine mehr oder weniger hohe Anzahl von Führungsschienen verwendet werden kann. Die Führungsschienen 1186 übernehmen eine ähnliche Funktion, wie jene der Spur 26 in 2. Obwohl in 11 ein gerades Layout dargestellt ist, sind andere Layouts möglich, wie beispielsweise Kreis, Oval, U-Form, L-Form, Quadrat, Rechteck oder jede andere Form.
Die Konfiguration von Fahrdrähten verschiedener Ausführungsformen kann eine von mehreren Formen annehmen. Unter Bezugnahme auf die 11A, 11B und 11C werden eine oder mehrere Ausführungsformen dargestellt. 11A ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform, die eine Fahrdrahtkonfiguration einer oder mehrerer Ausführungsformen veranschaulicht. 11B ist eine Vorderansicht eines Fahrdrahtes im Detail. 11C ist eine Schnittansicht des Fahrdrahtes.
Das Ladegerät 1202 und die Antriebseinheit 1204 werden über Fahrdrähte 1284 gespeist. Das Ladegerät 1202 ist mit den Fahrdrähten 1284 durch die Verwendung von Leitermasten 1282 gekoppelt. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind zwei Fahrdrähte zur Stromversorgung und Rückführung vorgesehen. Das Ladegerät 1202 und die Antriebseinheit 1204 sind beweglich mit den Führungsschienen 1286 gekoppelt. Obwohl in 11A zwei Führungsschienen 1286 veranschaulicht sind, ist zu beachten, dass eine mehr oder weniger hohe Anzahl von Führungsschienen verwendet werden kann. Die Führungsschienen 1286 übernehmen eine ähnliche Funktion, wie jene der Spur 26 in 2. Obwohl in 11A ein gerades Layout dargestellt ist, sind andere Layouts möglich, wie beispielsweise Kreis, Oval, U-Form, L-Form, Quadrat, Rechteck oder jede andere Form. Die Fahrzeuge 1210, 1220, 1230, 1240, 1250, 1260, 1270 und 1280 können über die Ladegeräte 1202 und 1204 geladen werden.
Wie in den als 11B und 11C ausgeführten Einlagen näher dargestellt, ist der Fahrdraht 1284 von einem Isolator 1274 umgeben. In einigen Ausführungsformen kann der Isolator 1274 aus einem Gummi gebildet sein. Es können auch andere Isoliermaterialien verwendet werden. Teile des Isolators werden entfernt und bilden Ausschnitte 1276. Die Ausschnitte können Positionen sein, die den Parkpositionen der Fahrzeuge 1210, 1220, 1230, 1240, 1250, 1260, 1270 und 1280 entsprechen. Auf diese Weise wird der Fahrdraht 1284 geschützt und trägt auch dazu bei, unbeabsichtigte Stromschläge zu vermeiden. In einigen Ausführungsformen ist Fahrdraht 1284 ein Metall, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium.
Unter Bezugnahme auf die 12A bis 12C ist eine Fahrdraht-Anschlussvorrichtung näher dargestellt. Ein Leitermast (z. B. der Leitermast 1382) kann auf unterschiedliche Weise mit einem Fahrdraht (z. B. dem Fahrdraht 1384) gekoppelt werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird eine Fahrdraht-Anschlussvorrichtung verwendet. 12A stellt eine Vorderansicht des Leitermastes 1382 im verbundenen Zustand dar. Der Fahrdraht 1384 ist dem Fahrdraht 1284 ähnlich und dient der Stromführung für die Verwendung durch ein Ladegerät und eine Antriebseinheit (nicht veranschaulicht) über den Leitermast 1382. Die Kopplung kann in einem Ausschnitt des Fahrdrahtes erfolgen, wie beispielsweise dem Ausschnitt 1276 (aus 11).
Wie in 12A dargestellt, schließen sich die Anschlusspads 1352 um den Fahrdraht 1384, wenn sich der Leitermast nach oben bewegt (in Pfeilrichtung 1354) und dienen dazu, den Leitermast 1382 mit dem Fahrdraht 1384 zu verbinden. Die Anschlusspads können sich teilweise um den Fahrdraht 1384 wickeln. Wie in 12B dargestellt, wenn sich der Leitermast nach unten bewegt (in der durch den Pfeil 1356 angegebenen Richtung), öffnen sich die Anschlusspads 1352 um den Fahrdraht 1384 herum und lösen den Fahrdraht 1384, um den Leitermast 1382 vom Fahrdraht 1384 abzukoppeln. Eine Seitenansicht einer Ausführungsform ist in 12C dargestellt. Die Einrück- und Ausrückbewegung kann elektromagnetisch, mechanisch oder über ein anderes System erfolgen.
Ergänzend zu den vorstehend identifizierten Konzepten kann die gegenwärtig beschriebene Elektrofahrzeug-Ladestation Verfahren und Systeme einsetzen, die in der U.S. Patentanmeldung Seriennummer 13/484,345 (U.S. Patent Publikation 2013/0076902, mit dem Titel „Robotergesteuerte Fahrzeug-Ladestation“) und der U.S. Patentanmeldung Seriennummer 14/275,954 (U.S. Patent Publikation 2014/0354229, mit dem Titel „Elektrofahrzeug-Ladestation“) offenbart sind. Der Inhalt beider Dokumente wird hiermit vollständig durch Verweis aufgenommen.
Obwohl das Vorstehende mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente für Elemente davon ersetzt werden können, ohne vom Umfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie alle Ausführungsformen in den Umfang der Anmeldung fallen.

Claims

Fahrzeug-Ladestation, umfassend: eine Spur, die so konfiguriert ist, dass sie sich über eine Vielzahl von Fahrzeugparkplätzen erstreckt; eine mobile Ladevorrichtung, die von der Spur getragen wird und entlang der Spur zwischen der Vielzahl von Fahrzeugparkplätzen verschiebbar ist; einen ersten Fahrdraht, der sich ungefähr parallel zur Spur erstreckt; und einen ersten Leitermast, der konfiguriert ist, um die mobile Ladevorrichtung mit dem ersten Fahrdraht an einer Vielzahl von Stellen entlang einer Breite des ersten Fahrdrahtes zu koppeln, worin der erste Leitermast konfiguriert ist, um sich mit der mobilen Ladevorrichtung zu bewegen.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 1, worin die Spur entweder auf dem Boden oder über dem Boden angeordnet ist, sodass sich die mobile Ladevorrichtung im Wesentlichen zwischen dem Boden und der Spur befindet.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Fahrdraht, der sich ungefähr parallel zur Spur erstreckt.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 3, ferner umfassend einen zweiten Leitermast, der konfiguriert ist, um die mobile Ladevorrichtung mit dem zweiten Fahrdraht an einer Vielzahl von Stellen entlang einer Breite des zweiten Fahrdrahtes zu koppeln, worin der erste Leitermast konfiguriert ist, um sich mit der mobilen Ladevorrichtung zu bewegen.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 4, worin: der zweite Fahrdraht einen von einem Isolator umwickelten Draht umfasst; und der Isolator eine Vielzahl von Ausschnitten umfasst, die jedem der Vielzahl von Fahrzeugparkplätzen entsprechen, sodass der zweite Leitermast über eine der Vielzahl von Ausschnitten mit dem ersten Fahrdraht gekoppelt ist.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 1, worin die mobile Ladevorrichtung ein Ladegerät umfasst, das mit einer Antriebseinheit gekoppelt ist, worin die Antriebseinheit so konfiguriert ist, dass sie die bewegliche Ladevorrichtung entlang der Spur bewegt.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 6, worin die Antriebseinheit einen Motor umfasst, der zum Bewegen der beweglichen Ladevorrichtung entlang der Spur konfiguriert ist.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite mobile Ladevorrichtung, die von der Spur getragen wird und entlang der Spur zwischen den mehreren Fahrzeugparkplätzen verschiebbar ist.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 1, worin: der erste Fahrdraht einen Metalldraht umfasst, der von einem Isolator umwickelt ist; und der Isolator eine Vielzahl von Ausschnitten aufweist, die jedem der Vielzahl von Fahrzeugparkplätzen entsprechen, sodass der erste Leitermast über einen der Vielzahl von Ausschnitten mit dem ersten Fahrdraht gekoppelt ist.
Fahrzeug-Ladestation nach Anspruch 9, worin: der erste Leitermast ein Paar Anschlusspads umfasst, die mit dem Leitermast gekoppelt sind; und der erste Leitermast so angeordnet ist, dass er über das Anschlusspad mit dem ersten Fahrdraht verbunden und getrennt wird; das Paar der Anschlusspads so konfiguriert ist, dass sie sich in der verbundenen Position teilweise um den Fahrdraht wickeln; das Paar der Anschlusspads so konfiguriert ist, dass sie sich durch eine vertikale Bewegung des Leitermastes zwischen dem verbundenen und dem getrennten Zustand bewegen; und die beiden Anschlusspads entweder über eine mechanische Kopplung an den Leitermast oder über eine elektromagnetische Kopplung an den Leitermast beweglich sind.