DE102018130865A1

DE102018130865A1 - Positionierungssystem zum Positionieren eines Kopplungselements für einen Ladevorgang an einem elektrisch betriebenen Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018130865A1
Application number: DE102018130865.5A
Authority: DE
Inventors: Steven Meredith
Original assignee: Innogy SE
Current assignee: Innogy SE
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Positionierungssystem (2, 2', 2"), eingerichtet zum Positionieren eines Kopplungselements (12, 12', 12") für einen Ladevorgang an einem elektrisch betriebenen Fahrzeug (34), mit einem ersten Rotationselement (8, 8'), das um eine erste Drehachse (4) drehbar gelagert ist, mit einem zweiten Rotationselement (10, 10'), das um eine zweite Drehachse (6) drehbar gelagert ist, mit dem Kopplungselement (12, 12', 12"), das für einen Ladevorgang durch Induktion oder elektrische Kontaktierung eines Fahrzeugs (34) eingerichtet ist, wobei das zweite Rotationselement (10, 10') derart mit dem ersten Rotationselement (8, 8') gekoppelt ist, dass die Position der zweiten Drehachse (6) bei Drehung des ersten Rotationselements (8, 8') um die erste Drehachse (4) mitdreht und wobei das Kopplungselement (12, 12', 12") über das zweite Rotationselement (10, 10') mit dem ersten Rotationselement (8, 8') verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionierungssystem, eingerichtet zum Positionieren eines Kopplungselements für einen Ladevorgang an einem elektrisch betriebenen Fahrzeug. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zu dessen Steuerung sowie eine Anordnung mit dem Positionierungssystem.
Aus dem Stand der Technik sind Ladestationen für elektrisch betriebene Fahrzeuge bekannt, welche meist in Form von Ladesäulen mit angehängtem oder ausziehbarem Ladekabel oder mit Steckdose zum Einstecken eines Ladekabels an öffentlichen oder nichtöffentlichen Parkplätzen aufgestellt sind. Diese Ladestationen haben den Nachteil, dass die für den Ladevorgang notwendige Verbindung zwischen Ladesäule und Fahrzeug händisch durch Anbringen einer Kabelverbindung hergestellt werden muss. Ebenso ist im Anschluss an den Ladevorgang ein händisches Trennen der Kabelverbindung erforderlich. Diese manuellen Tätigkeiten können technisches Geschick erfordern und sind dazu zeitintensiv und insbesondere bei schlechter Witterung mühselig.
Es wurden induktive Ladevorgänge in Betracht gezogen, die das Herstellen einer Kabelverbindung zwischen Ladestation und Fahrzeug entbehrlich machen. Für eine effiziente induktive Ladung ist jedoch eine genaue Positionierung des zu ladenden Fahrzeugs zu einer induktiven Ladeeinheit erforderlich. Das genaue Positionieren des Fahrzeugs kann herausfordernd sein. Bei zu großen Abständen zwischen induktiver Ladeeinheit und dem zu ladenden Fahrzeug kommt es zu energetischen Verluste und unerwünschten Strahlungsabgaben an die Umgebung.
Vor diesem Hintergrund liegt der folgenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Ladevorgang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs zu vereinfachen und zu automatisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Positionierungssystem, eingerichtet zum Positionieren eines Kopplungselements für einen Ladevorgang an einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, mit einem ersten Rotationselement, das um eine erste Drehachse drehbar gelagert ist, mit einem zweiten Rotationselement, das um eine zweite Drehachse drehbar gelagert ist, und mit dem Kopplungselement, das zur Kopplung an ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere mittels Induktion oder elektrischer Kontaktierung, für die Durchführung eines Ladevorgangs eingerichtet ist, wobei das zweite Rotationselement derart mit dem ersten Rotationselement gekoppelt ist, dass die Position der zweiten Drehachse bei Drehung des ersten Rotationselements um die erste Drehachse mitdreht, und wobei das Kopplungselement über das zweite Rotationselement mit dem ersten Rotationselement verbunden ist.
Durch die Kopplung des ersten und zweiten Rotationselements werden die Freiheitsgrade der beiden Rotationselemente miteinander kombiniert. Indem das Kopplungselement über das zweite Rotationselement mit dem ersten Rotationselement verbunden ist, kann das Kopplungselement entsprechend der Freiheitsgrade der beiden Rotationselemente positioniert werden, so dass eine flexible Positionierung des Kopplungselements ermöglicht wird. Auf diese Weise kann das Kopplungselement mit dem Positionierungssystem flexibler relativ zu einem Fahrzeug positioniert werden, um es für die Durchführung eines Ladevorgangs an dieses zu koppeln.
Das erste Rotationselement ist um die erste Rotationsachse drehbar gelagert. Bei einer ausschließlichen Bewegung um die erste Drehachse beschreiben der zweite Rotationskörper und das Kopplungselements eine kreisförmige Bewegung um die erste Drehachse. Bei einer ausschließlichen Bewegung um die zweite Drehachse beschreibt das Kopplungselement eine kreisförmige Bewegung um die zweite Drehachse. Bei einer Bewegung um die erste und die zweite Drehachse ist es möglich, das Kopplungselement an verschiedenen Positionen auf einer Fläche zu positionieren bzw. auszurichten.
Das Kopplungselement kann für eine Kopplung mittels Induktion ausgebildet sein und zu diesem Zweck beispielsweise eine Induktionsspule aufweisen. Weiterhin kann das Kopplungselement für eine Kopplung mittels elektrischer Kontaktierung ausgebildet sein und zu diesem Zweck insbesondere mindestens einen elektrischen Kontakt, beispielsweise einen Stecker, aufweisen.
Das Kopplungselement weist vorzugsweise eine Ladestromleitung auf, über die ein von einer Ladeelektronik bereitgestellter Ladestrom an das Kopplungselement geleitet werden kann, so dass der Ladestrom über das Kopplungselement auf ein mit dem Kopplungselement koppelbares Fahrzeug übertragen werden kann. Insbesondere kann das Positionierungssystem als Teil einer Ladestation ausgebildet sein, die neben dem Positionierungssystem Ladeelektronik zur Bereitstellung eines Ladestroms und zur Steuerung des Ladevorgangs aufweist.
Das zweite Rotationselement ist derart mit dem ersten Rotationselement gekoppelt, dass die Position der zweiten Drehachse bei Drehung des ersten Rotationselements um die erste Drehachse mitdreht. Bei einer Drehung des ersten Rotationselements bewegt sich die die zweite Drehachse demnach um die erste Drehachse, beispielsweise auf einer Kreisbahn. Zu diesem Zweck ist das zweite Rotationselement vorzugsweise am ersten Rotationselement gelagert.
Das Kopplungselement ist über das zweite Rotationselement mit dem ersten Rotationselement verbunden. Das Kopplungselement kann unmittelbar, insbesondere starr, mit dem zweiten Rotationselement verbunden sein. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Kopplungselement mittelbar, zum Beispiel über ein drittes Rotationselement, mit dem zweiten Rotationselement verbunden ist.
Die erste und die zweite Drehachse können insbesondere parallel zueinander sein. Auf diese Weise verläuft die Bewegung des Kopplungselements bei Drehung um die erste und zweite Drehachse in einer Ebene, wodurch eine einfachere Positionierung des Kopplungselements und einer flachere Bauweise des Positionierungssystems ermöglicht werden.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch eine Anordnung mit einer Parkplatzfläche und mit dem zuvor beschriebenen Positionierungssystem oder einer Ausführungsform davon, wobei das erste und zweite Rotationselement sowie das Kopplungselement derart im Bereich der Parkplatzfläche angeordnet sind, dass das Kopplungselement des Positionierungssystems für die Durchführung eines Ladevorgangs an ein auf der Parkplatzfläche stehendes Fahrzeug koppelbar ist.
Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin begründet, dass das manuelle Herstellen einer Kabelverbindung zum Laden eines Fahrzeugs und die genaue Positionierung eines Fahrzeugs zu einer Induktionseinheit entfallen kann, indem das Positionierungssystem die flexible Positionierung des Kopplungselement zum Fahrzeug und Kopplung an das Fahrzeug ermöglicht.
Die Anordnung kann insbesondere Ladeelektronik zur Bereitstellung eines Ladestroms umfassen, wobei eine Ladestromleitung vorgesehen ist, über die der Ladestrom von der Ladeelektronik zu dem Kopplungselement am Positionierungssystem geleitet werden kann.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Positionierungssystems und der Anordnung beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils unabhängig voneinander für das Positionierungssystem und für die Anordnung gelten. Darüber hinaus sind die Ausführungsformen untereinander kombinierbar.
Bei einer Ausführungsform weist das Positionierungssystem ein Rotationsantriebssystem auf, das dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Rotationselement, vorzugsweise unabhängig voneinander, um dessen jeweilige Drehachse zu drehen. Dadurch kann das Kopplungselement automatisch positioniert werden. Das unabhängige Drehen des ersten und zweiten Rotationselements erhöht die durch die Drehung erreichbaren Positionen für das Kopplungselement.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Positionierungssystem einen Kopplungsantrieb, eingerichtet zum Ausfahren des Kopplungselements, auf. Auf diese Weise kann das Kopplungselement ausgefahren werden, insbesondere aus der Drehebene der Rotationskörper heraus, um einen Abstand zwischen dem Kopplungselement und einem Fahrzeug zu verringern. Insbesondere kann auf diese Weise ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kopplungselement und einem Fahrzeug hergestellt werden, beispielswiese eine Steckverbindung. Im Falle eines induktiven Ladevorgangs kann der Abstand zwischen dem Kopplungselement und dem Fahrzeug durch das Ausfahren des Kopplungselements verringert werden, wodurch unnötig hohe Magnetfelder vermieden und eine effizientere induktive Kopplung erreicht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Positionierungssystem eine Positionserfassungseinrichtung auf, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, eine Relativposition eines Fahrzeugs zum Positionierungssystem zu erfassen. Weiter weist das Positionierungssystem vorzugsweise eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das Rotationsantriebssystem abhängig von der erfassten Relativposition zu steuern, insbesondere derart, dass das Kopplungselement in eine vorgegebene Position zur erfassten Relativposition bewegt wird. Auf diese Weise kann die Positionierung des Kopplungselements zum Fahrzeug praktisch vollständig automatisch erfolgen.
Die Positionserfassungseinrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere Sensoren auf, um eine Relativposition eines Fahrzeugs zum Positionierungssystem zu erfassen.
Bei den ein oder mehreren Sensoren kann es sich beispielsweise um elektromagnetische, akustische, optische und/oder Infrarot-Sensoren handeln. Die Relativposition eines Fahrzeugs zum Positionierungssystem umfasst insbesondere Informationen zur Position des Fahrzeugs in Bezug zum Positionierungssystem, beispielsweise in Form von Koordinaten- oder Abstands-Werten. Zusätzlich kann die Relativposition auch Informationen über die Ausrichtung des Fahrzeugs in Bezug zum Positionierungssystem, beispielsweise in Form von Winkel-Werten, umfassen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet den Kopplungsantrieb abhängig von der erfassten Relativposition zu steuern. Auf diese Weise wird die Kopplung des Kopplungselements mit einem Fahrzeug weiter automatisiert. Vorzugsweise wird der Kopplungsantrieb derart gesteuert, dass das Kopplungselement ausgefahren wird, wenn sich das Kopplungselement in einer vorgegebenen Position zur erfassten Relativposition befindet. Dadurch wird erreicht, dass das Kopplungselement erst dann ausgefahren wird, wenn die vorgegebenen Position zum Fahrzeug erreicht wurde. Dadurch wird vermieden, dass das Kopplungselement vorzeitig ausgefahren wird und dadurch mit eventuell hervorstehenden Teilen des Fahrzeugs kollidiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Positionierungssystem eine das Kopplungselement umgebende Schutzmanschette auf. Auf diese Weise kann das Kopplungselement vor dem Schmutz oder sonstigen äußeren Einflüssen (z.B. Tieren, Feuchtigkeit, Laub) geschützt werden, die den Ladevorgang stören oder verhindern können. Die Schutzmanschette ist vorzugsweise mitausfahrbar gestaltet, so dass der Schutz auch beim Ausfahren des Kopplungselements erhalten bleibt. Auf diese Weise erfüllt die Schutzmanschette sowohl eine Schutzfunktion für das Kopplungselement, als auch eine Schutzfunktion der Umgebung gegenüber dem Einfluss eventueller hoher elektrischer Ladeströme.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das erste Rotationselement scheibenförmig ausgebildet und die erste Drehachse verläuft durch einen Mittelpunkt des ersten Rotationselements. Weiter ist vorzugsweise das zweite Rotationselement scheibenförmig ausgebildet und die zweite Drehachse verläuft durch einen Mittelpunkt des zweiten Rotationselements. Weiter ist vorzugsweise das zweite Rotationselement exzentrisch zum ersten Rotationselement angeordnet. Auf diese Weise wird eine besonders einfache und flache Bauweise des Positionierungssystems erreicht.
Vorzugsweise sind das erste Rotationselement und/oder das zweite Rotationselement kreisscheibenförmig ausgebildet. Die kreisscheibenförmige Form der Rotationselemente ermöglicht es zum Beispiel, die Rotationselemente drehbar in kreisförmigen Ausnehmungen anzuordnen. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende und flache Ausgestaltung des Positionierungssystems. Verläuft die erste Drehachse mittig durch das erste Rotationselement und die zweite Drehachse mittig durch das zweite Rotationselement, so verhindert die kreisscheibenförmige Form der Rotationselemente zudem, dass es Bereiche im Drehbereich eines jeweiligen Rotationselements gibt, die nicht zu jeder Zeit von dem jeweiligen Rotationselement abgedeckt werden und erst im Laufe einer Drehung des jeweiligen Rotationselements von diesem überdeckt werden. Auf diese Weise werden die Klemmgefahr oder das Blockieren der Drehbewegung durch äußere Einflüsse verringert.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Rotationselement in einer exzentrischen Ausnehmung des ersten Rotationselements angeordnet. Dadurch wird eine sehr flache Bauweise erreicht. Vorzugsweise sind die Dicken des ersten und des zweiten Rotationselements so aneinander angepasst, dass das erste und das zweite Rotationselement eine im Wesentlichen ebene Oberfläche bilden. Auf diese Weise wird eine mögliche Stolpergefahr bei einer Anordnung des Positionierungssystems im oder am Boden vermieden. Weiter ist auf diese Weise eine geringere Gesamthöhe des Positionierungssystems möglich, wodurch das Laden von Fahrzeugen mit geringer Bodenfreiheit oder die Installation des Positionierungssystems bei geringem verfügbaren Installationsraum ermöglicht wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Positionierungssystem ein drittes Rotationselement auf, das um eine dritte Drehachse drehbar gelagert ist. Weiter ist das dritte Rotationselement vorzugsweise derart mit dem zweiten Rotationselement gekoppelt, dass die Position der dritten Drehachse bei Drehung des zweiten Rotationselements um die zweite Drehachse mitdreht und das Kopplungselement über das dritte Rotationselement mit dem zweiten Rotationselement verbunden ist. Diese Ausführungsform erhöht die Freiheitsgrade zur Positionierung des Kopplungselements mit einem Fahrzeug. Die dritte Drehachse verläuft vorzugsweise parallel zur zweiten Achse, insbesondere parallel zur erste und zweiten Achse.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Kopplungselement ein asymmetrisches Steckverbindungselement, insbesondere einen asymmetrischen Stecker bzw. eine asymmetrische Buchse. In diesem Fall ermöglicht eine Drehung des jeweils innersten Rotationselements, d.h. des zweiten Rotationselements bei zwei Rotationselementen bzw. des dritten Rotationselements bei drei Rotationselementen etc., eine Ausrichtung des asymmetrischen Steckverbindungselements zu dem korrespondierenden Steckverbindungselement, insbesondere Buchse bzw. Stecker, am Fahrzeug. Das asymmetrische Steckverbindungselement ist vorzugsweise so angeordnet, dass eine Mittelachse des Steckverbindungselements auf der Drehachse des innersten Rotationselements liegt. Auf diese Weise kann durch Drehung des innersten Rotationselements die Orientierung des Steckverbindungselements eingestellt werden, ohne dass sich die Position des Steckverbindungselements verändert.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung des zuvor beschriebenen Positionierungssystems oder einer Ausführungsform davon, bei dem eine Relativposition eines Fahrzeugs zum Positionierungssystem erfasst wird und bei dem das Rotationsantriebssystem abhängig von der erfassten Relativposition gesteuert wird, insbesondere derart, dass das Kopplungselement in eine vorgegebene Position zur erfassten Relativposition bewegt wird. Auf diese Weise kann die Positionierung des Kopplungselements automatisch bewirkt werden.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Kopplungsantrieb als Funktion der erfassten Relativposition derart gesteuert, dass das Kopplungselement an ein Fahrzeug gekoppelt wird, insbesondere indem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kopplungselement und einem Kontaktelement am Fahrzeug hergestellt wird oder indem das Kopplungselement gegenüber einem Induktionselement am Fahrzeug positioniert wird. Dadurch kann die Kontaktierung des Fahrzeugs automatisch erfolgen. Ein manuelles Anbringen einer Kabelverbindung zu Ladezwecken entfällt, stattdessen wird durch das Kopplungselement automatisch eine Verbindung hergestellt. Im Falle des induktiven Ladens wird auf diese Weise der Abstand zwischen Kopplungselement und dem zu ladenden Fahrzeug verkleinert, wodurch beim Laden eine schlechte Ladeeffizienz und unnötig hohe Magnetfelder vermieden werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird durch mehrfaches Erfassen der Relativposition eines Fahrzeugs zum Positionierungssystem bestimmt, ob das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, bevor das Kopplungselement relativ zum Fahrzeug positioniert wird. Das Fahrzeug kann zum Beispiel als zum Stillstand gekommen angesehen werden, wenn sich die erfasste Relativposition des Fahrzeugs zum unbewegten Positionierungssystem in einem vorbestimmten Zeitraum nicht ändert. Durch das Sicherstellen des Stillstands des Fahrzeugs wird erreicht, dass die Positionierung des Kopplungselements nicht bereits gestartet wird, während sich das zu ladende Fahrzeug noch in Bewegung befindet. Mögliche Schäden an Fahrzeug und/oder Positionierungssystem durch die vorzeitige Positionierung des Kopplungselements bei gleichzeitiger Bewegung des Fahrzeugs werden auf diese Weise vermieden. Des Weiteren kann die Bestimmung des Stillstands des zu ladenden Fahrzeugs als Signal zur Initiierung der Positionierung des Kopplungselements und zum Start des Ladevorgangs genutzt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Positionierung des Kopplungselements erst nach Empfang einer Nutzereingabe über eine Nutzerschnittstelle erfolgt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Positionierungssystems ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das Positionierungssystem entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren oder einer Ausführungsform davon zu steuern. Dadurch wird erreicht, dass die beschriebene Steuerung des Positionierungssystems automatisch erfolgen kann.
Bei einer Ausführungsform der Anordnung sind das erste und zweite Rotationselement sowie das Kopplungselement auf der Parkplatzfläche angeordnet oder zumindest teilweise in diese eingelassen. Dies ermöglicht eine ebenerdige Ausführungsform, was insbesondere im öffentlichen Raum zu einer geringeren Stolpergefahr führt. Weiter ist auf diese Weise eine geringere Gesamthöhe des Positionierungssystems möglich, wodurch das Laden von Fahrzeugen mit geringer Bodenfreiheit oder die Installation bei geringem verfügbarem Installationsraum ermöglicht wird. Des Weiteren können im Boden der Parkplatzfläche weitere Komponenten, insbesondere Ladeelektronik, wie zum Beispiel Regelelektronik oder Gleichrichter, untergebracht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile des Positionierungssystem, der Anordnung und des Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigen

1a-d ein Ausführungsbeispiel des Positionierungssystems in schematischer Ansicht mit verschiedenen Drehpositionen des ersten und zweiten Rotationselements und den dadurch resultierenden Positionen des Kopplungselements,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Positionierungssystems in perspektivischer Darstellung,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Positionierungssystems in perspektivischer Darstellung,
4a-d ein Ausführungsbespiel der Anordnung mit dem Positionierungssystem aus 3 bei verschiedenen Positionen des Kopplungselements in Draufsicht,
5 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung mit dem Positionierungssystem aus 2 im Querschnitt und
6 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Steuerung eines Positio ni erungssystems.

Die 1a-d zeigen ein Ausführungsbeispiel des Positionierungssystems 2 in stark schematisierter Ansicht. Das Positionierungssystem 2 ist dazu eingerichtet, ein Kopplungselement 12 für einen Ladevorgang an einem Fahrzeug zu positionieren.
Zu diesem Zweck weist das Positionierungssystem 2 ein erstes Rotationselement 8 auf, das um eine erste Drehachse 4 drehbar gelagert ist, sowie ein zweites Rotationselement 10, das um eine zweite Drehachse 6 drehbar gelagert ist.
Das erste und das zweite Rotationselement 8, 10 sind in 1a-d in Form von Stäben 8, 10 dargestellt, die um die jeweils erste bzw. zweite Drehachse 4, 6 drehbar gelagert sind. Diese Darstellung ist lediglich schematisch, um die Funktionsweise des Positionierungssystems 2 zu illustrieren. Die Rotationselemente 8, 10 können beispielsweise als jeweilige Scheibe ausgebildet sein, die um die jeweilige Drehachse 4, 6 drehbar gelagert ist.
Weiterhin ist die drehbare Lagerung der Rotationselemente 8, 10 in 1a-d durch eine jeweilige drehbare Lagerung des Rotationselemente 8 bzw. 10 in der ersten bzw. zweiten Drehachse 4, 6 dargestellt. Die drehbare Lagerung um die erste bzw. zweite Drehachse 4, 6 kann aber auch auf andere Weise erreicht werden. Beispielsweise kann ein als Kreisscheibe ausgebildetes Rotationselement randseitig derart drehbar gelagert werden, dass es um eine Drehachse durch einen Mittelpunkt der Kreisscheibe drehbar ist.
Das zweite Rotationselement 10 ist derart mit dem ersten Rotationselement 8 gekoppelt, dass die Position der zweiten Drehachse 6 bei Drehung des ersten Rotationselements 8 um die erste Drehachse 4 mitdreht. Im vorliegenden Beispiel ist das zweite Rotationselement 10 unmittelbar mit dem ersten Rotationselement 8 verbunden, wobei der Verbindungspunkt in der zweite Drehachse 6 liegt.
Weiterhin umfasst das Positionierungssystem 2 das Kopplungselement 12. Das Kopplungssystem 12 ist für einen Ladevorgang durch Induktion oder elektrische Kontaktierung eines Fahrzeugs eingerichtet. Zu diesem Zweck kann das Kopplungssystem beispielsweise elektrische Kontaktelemente, beispielsweise ein oder mehrere Stecker- oder Buchsenelemente, aufweisen, um mit entsprechenden Kontaktelementen an einem Fahrzeug, beispielsweise korrespondierenden Buchsen- oder Steckerelementen, eine elektrische Verbindung für einen Ladevorgang herzustellen, insbesondere um Ladestrom auf ein Fahrzeug zu übertragen. Alternativ kann das Kopplungselement 12 auch für eine induktive Ladestrom-Übertragung eingerichtet sein und zu diesem Zweck zum Beispiel ein oder mehrere Induktionsspulen aufweisen.
Das Kopplungselement 12 ist über das zweite Rotationselement 10 mit dem ersten Rotationselement 8 verbunden. In 1a-d ist das Kopplungselement 12 direkt mit dem zweiten Rotationselement 10 verbunden. Alternativ wäre es auch denkbar, dass das Kopplungselement 12 mit einem dritten Rotationselement 10 verbunden ist, das seinerseits mit dem zweiten Rotationselement 10 verbunden und um eine dritte Drehachse drehbar gelagert ist.
Weiter weist das Positionierungssystem 2 ein Rotationsantriebssystem 14 (in 1a-d dargestellt durch zwei Doppelpfeile 14a, 14b an der ersten und zweiten Drehachse 8, 10) auf. Das Rotationsantriebssystem 14 ist dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Rotationselement 8, 10, vorzugsweise unabhängig voneinander, um dessen jeweilige Drehachse 4, 6 zu drehen. Beispielsweise kann das Rotationsantriebssystem 14 für jede Drehachse 4, 6 einen ansteuerbaren Motor aufweisen, mit dem sich das erste bzw. zweite Rotationselement 8, 10 unabhängig voneinander um die jeweilige Drehachse 4, 6 drehen lässt.
Die 1a-d zeigen verschiedene Drehpositionen des ersten und zweiten Rotationelements 8, 10 und die jeweils daraus resultierende Position des Kopplungselements 12. Durch die Kopplung des zweiten Rotationselements 10 mit dem ersten Rotationselement 8 führt eine Drehung des ersten Rotationselements 8 um die erste Drehachse 4 dazu, dass die Position der zweiten Drehachse 6 mitdreht. Die Drehachse 6 lässt sich also durch die Drehung des ersten Rotationselements 8 verlagern.
Aus den Figuren wird ersichtlich, dass das Kopplungselement 12 auf diese Weise an vielen verschiedenen Positionen positioniert werden kann. Im vorliegenden Beispiel kann das Kopplungselement 12 auf vielen, vorzugsweise sämtlichen Positionen innerhalb einer Kreisfläche 3 positioniert werde. Damit lässt sich das Kopplungselement 12 mit dem Positionierungssystem 2 flexibel in einem vorgegebenen Bereich positionieren und dadurch relativ zu einem zu ladenden Fahrzeug ausrichten.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Positionierungssystems in perspektivischer Darstellung. Das Positionierungssystem 2' weist ebenfalls ein erstes und zweites Rotationselement 8', 10' sowie ein Kopplungselement 12' auf. Das erste Rotationselement 8' ist scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, ausgebildet und die erste Drehachse 4 verläuft durch einen Mittelpunkt des ersten Rotationselements 8'. Weiter ist das zweite Rotationselement 10' scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, ausgebildet und die zweite Drehachse 6 verläuft durch einen Mittelpunkt des zweiten Rotationselements 10'.
Das zweite Rotationselement 10' ist exzentrisch zum ersten Rotationselement 8' angeordnet. Insbesondere kann das zweite Rotationselement 10' wie in 2 dargestellt in einer exzentrischen Ausnehmung 24 des ersten Rotationselements 8' angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine im Wesentlichen plane Oberfläche von erstem und zweitem Rotationselement 8', 10' erreicht werden, die sich insbesondere für eine Anordnung des Positionierungssystems auf oder in einer Parkplatzfläche eignet. Durch die Anordnung des zweiten Rotationselements 10' in der Ausnehmung 24 dreht sich das zweite Rotationselement 10' und die Position der zweiten Drehachse 6 bei einer Drehung des ersten Rotationselements 8' um die erste Drehachse 4 mit.
Anstelle der Ausnehmung 24 kann das scheibenförmige zweite Rotationselement 10' auch auf dem scheibenförmigen ersten Rotationselement angeordnet und zum Beispiel über eine drehbare Kopplung in der Drehachse 6 mit diesem gekoppelt sein.
Zur Drehung des ersten und zweiten Rotationselements 8', 10' um die jeweilige Drehachse, ist ein Rotationsantriebssystem 14 mit einem ersten Elektromotor (Doppelpfeil 14a) und mit einem zweiten Elektromotor (Doppelpfeil 14b) vorgesehen, so dass unabhängig voneinander eine Drehung um die erste und zweite Drehachse 4, 6 möglich ist.
Das Kopplungselement 12' ist am zweiten Rotationselement 10' angeordnet und kann beispielsweise ein oder mehrere Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung eines Fahrzeugs aufweisen. Weiterhin ist an dem zweiten Rotationselement 10' ein Kopplungsantrieb 16 (in 2 dargestellt durch einen Doppelpfeil) vorgesehen, mit dem das Kopplungselement 12' ausgefahren werden kann, insbesondere um einen Kontakt zu einem Fahrzeug herzustellen.
Das Kopplungselement 12' ist zudem von einer Schutzmanschette 22 umgeben, die das Kopplungselement 12' vor Verunreinigung schützt. Die Schutzmanschette 22 ist in Form eines Wellbalgs ausgebildet und dehnt sich beim Ausfahren des Kopplungselemente 12' mit dem Kopplungsantrieb 16, so dass das Kopplungselement 12' auch in ausgefahrenem Zustand geschützt wird.
Weiter verfügt das Positionierungssystem 2' über eine Positionserfassungseinrichtung 18, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, eine Relativposition eines Fahrzeugs zum Positionierungssystem 2' zu erfassen. Die Positionserfassungseinrichtung 18 weist einen oder mehrere Sensoren auf, um eine Relativposition eines Fahrzeugs zum Positionierungssystem 2' zu erfassen. Beispielsweise kann die Positionserfassungseinrichtung 18 einen Bildsensor 19, z.B. eine Kamera, aufweisen, so dass die Relativposition eines Fahrzeugs durch bildverarbeitungstechnische Methoden bestimmt werden kann. Ist der Sensor 19 beispielsweise auf oder in einer Parkplatzfläche angeordnet, so kann durch Analyse von erfassten Bildsignale der Unterseite eines auf der Parkplatzfläche positionierten Fahrzeugs die Position und Ausrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf das Positionierungssystem 2' bestimmt werden. Die Auswertung der von einem Sensor 19 der Positionserfassungseinrichtung 18 erfassten Signale kann beispielsweise auf einer Steuereinrichtung 20 des Positionierungssystems 2' erfolgen. Die Positionserfassungseinrichtung 18 wird in diesem Fall durch den einen oder die mehreren Sensoren, insbesondere Kamera 19, und die Steuereinrichtung 20 gebildet.
Die Steuereinrichtung 20 ist in 2 schematisch dargestellt, wobei Signalleitungen, zum Beispiel zum Sensor 19, zum Drehantriebssystem 14 und/oder zum Kopplungsantrieb 16 der Übersicht halber nicht dargestellt sind.
Der Sensor 19 ist in 2 auf dem zweiten Rotationselement 10' angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können Sensoren der Positionserfassungseinrichtung 18 auch an anderen Stellen angeordnet sein oder angeordnet werden, beispielsweise an einem unbeweglichen Rahmenteil des Positionierungssystems 2' oder auch an einer Position um oder über einem Ort an dem das Positionierungssystem 2' installiert werden soll oder installiert ist.
Die Steuereinrichtung 20 ist dazu eingerichtet, das Rotationsantriebssystem 14 abhängig von der über die Positionserfassungseinrichtung 18 erfassten Relativposition zu steuern, insbesondere derart, dass das Kopplungselement 12' in eine vorgegebene Position zur erfassten Relativposition bewegt wird. Auf diese Weise kann das Kopplungselement 10' in einer vorgegebenen Position zu einem Fahrzeug positioniert werden. Insbesondere kann ein Kontaktelement des Kopplungselements 12' gegenüber einem korrespondierenden Kontaktelement des Fahrzeugs positioniert werden.
Die Steuereinrichtung 20 ist weiterhin dazu eingerichtet den Kopplungsantrieb 16 abhängig von der erfassten Relativposition zu steuern, insbesondere derart, dass das Kopplungselement 12' ausgefahren wird, wenn sich das Kopplungselement 12' in einer vorgegebenen Position zur erfassten Relativposition bzw. zu einem Fahrzeug befindet. Dadurch kann das Kopplungselement 12' insbesondere ausgefahren werden, wenn ein Kontaktelement des Kopplungselement 12' gegenüber einem korrespondierenden Kontaktelement des Fahrzeugs positioniert ist.
Auf diese Weise ermöglicht das Positionierungssystem 2' eine automatische Kontaktierung eines Fahrzeugs mit dem Kopplungselement 12' für die Durchführung eines Ladevorgangs.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Positionierungssystems. Das Positionierungssystem 2" weist im Prinzip einen gleichartigen Aufbau auf wie das Positionierungssystems 2' aus 2. Gleiche Komponenten sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Positionierungssystem 2" unterscheidet sich dadurch vom Positionierungssystem 2', dass das Kopplungssystem 12" mehrere Kontaktelemente 13a,b aufweist, die derart zur zweiten Drehachse 6 angeordnet sind, dass sich deren Orientierung durch Drehung des zweiten Rotationselements 10' um die zweite Drehachse 6 verändern lässt. Auf diese Weise lässt sich das Kopplungselement 12" durch Drehung des ersten Rotationselements 8' positionieren, insbesondere gegenüber einem korrespondierenden Kopplungselement eines Fahrzeugs, und durch Drehung des zweiten Rotationselements 10' lässt sich die Orientierung des Kopplungselements 12" einstellen, insbesondere an die Orientierung des korrespondierenden Kopplungselement eines Fahrzeugs.
Die 4a-d zeigen ein Ausführungsbeispiel der Anordnung mit dem Positionierungssystem 2" aus 3 in Draufsicht. Die Anordnung 30 weist eine Parkplatzfläche 32 und das Positionierungssystem 2" auf, das auf der Parkplatzfläche angeordnet oder in diese eingelassen ist. Die 4a-d zeigen jeweils verschiedene mögliche Positionen eines auf der Parkplatzfläche 32 stehenden Fahrzeugs 34. Nach dem Parken des Fahrzeugs 34 erfasst die Positionserfassungseinrichtung 18 die jeweilige Relativposition des Fahrzeugs 34 zum Positionierungssystem 2". Durch entsprechende Ansteuerung des Rotationsantriebssystems 14 wird das Kopplungselement 12" in einer vorgegebenen Position und Orientierung zum Fahrzeug 34 ausgerichtet, so dass eine Kontaktierung des Fahrzeugs 34 für die Durchführung eines Ladevorgangs möglich ist. Wie aus 4a-d ersichtlich sind bei den verschiedenen Positionen und Ausrichtungen des Fahrzeugs 34 unterschiedliche Stellungen der Rotationselemente 8', 10' erforderlich, um eine optimale Ausrichtung des Kopplungselements 12" zu erreichen.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung. Die Anordnung 30' weist eine Parkplatzfläche 32 und das Positionierungssystem 2' aus 2 auf, das teilweise in die Parkplatzfläche 32 eingelassen ist. Auf diese Weise kann trotz des Positionierungssystem 2' eine möglichst ebene Parkplatzfläche 32 erreicht werden.
Komponenten des Positionierungssystems 2' wie zum Beispiel die Elektromotoren 14a,b oder die Steuereinrichtung 20 und/oder weitere Komponenten zur Durchführung eines Ladevorgangs, insbesondere ein Kabel zur Bereitstellung des Ladestroms oder auch Ladeelektronik wie Gleichrichter etc. können zum Beispiel unterhalb der Parkplatzfläche 32 angeordnet werden. Alternativ können teilweise
Das Positionierungssystem 2' ist derart im Bereich der Parkplatzfläche 32 angeordnet, dass das Kopplungselement 12' des Positionierungssystems 2' für einen Ladevorgang an einem auf der Parkplatzfläche 32 stehenden Fahrzeug 34 positioniert werden kann. Dazu wird das Rotationsantriebssystem 14, umfassend die Motoren 14a, 14b, derart angesteuert, dass das Kopplungselement 12' in eine vorgegebene, relative Position zum Fahrzeug 34 positioniert wird. Zusätzlich wird der Kopplungsantrieb 16 als Funktion der erfassten Relativposition derart gesteuert, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kopplungselement 12' und einem korrespondierenden Kontaktelement 36 bzw. Induktionselement 36' am Fahrzeug 34 hergestellt wird.
Die Anordnung 30' weist weiterhin eine Säule 38 mit einer Benutzerschnittstelle 40 auf, welche mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist und über die der Positionier- und/oder Ladevorgang durch eine entsprechende Benutzereingabe gestartet werden kann. Alternativ kann der Positioniervorgang auch bereits beginnen, nachdem die Positionserfassungseinrichtung 18 festgestellt hat, dass das Fahrzeug 34 zum Stillstand gekommen ist.
Der Durchmesser des ersten Rotationselements 8' beträgt vorzugsweise mindestens 50 cm, vorzugsweise mindestens 80 cm, um eine Ausreichende Flexibilität bei der Positionierung des Kopplungselements bei typischen Fahrzeugpositionen auf der Parkplatzfläche 32 zu ermöglichen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Steuerung eines Positionierungssystems, beispielsweise des Positionierungssystems 2, 2' oder 2", insbesondere als Bestandteil der Anordnung 30 oder 30'.
Im ersten Schritt 50 wird mittels der Positionserfassungseinrichtung 18 erfasst, insbesondere über den Sensor 19 erfasst, ob ein Fahrzeug 34 auf der Parkplatzfläche 32 vorhanden ist.
Sobald das Vorhandensein eines Fahrzeugs 34 auf der Parkplatzfläche 32 erfasst wird, wird in Schritt 52 durch mehrfaches Erfassen der Relativposition des Fahrzeugs 34 zum Positionierungssystem 2, 2' bzw. 2" bestimmt, ob das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist.
Wenn festgestellt worden ist, dass das Fahrzeug 34 zum Stillstand gekommen ist, wird das Rotationsantriebssystem 14 im Schritt 54 abhängig von der der zuletzt bestimmten Position des Fahrzeugs 34 zum Positionierungssystem 2, 2' bzw. 2" derart angesteuert, dass das Kopplungselement 12,12' bzw. 12" in eine vorgegebene Position zum Fahrzeug 34 bewegt wird.
Während des Ansteuerns des Rotationsantriebsystems 54 wird im Schritt 56, vorzugsweise kontinuierlich, überwacht, ob die vorgegebene Position bereits erreicht wurde, insbesondere über einen Sensor der Positionserfassungseinrichtung 18, beispielsweise Sensor 19. Die vorgegebene Position ist vorzugsweise dann erreicht, wenn das Kopplungselement 12, 12' bzw. 12" des Positionierungssystems 2, 2' bzw. 2" zu einem Kontakt- oder Induktionselement des zu ladenden Fahrzeugs 34 ausgerichtet ist.
Wenn die vorgegebene Position erreicht ist, wird in Schritt 58 der Kopplungsantrieb 16 angesteuert und das Kopplungselement 12, 12' bzw. 12" wird in Richtung Fahrzeug 34 ausgefahren.
Während des Ausfahrens des Kopplungselements 12, 12' bzw. 12" wird im Schritt 60, vorzugsweise kontinuierlich, überwacht, ob eine Kopplung (induktiv oder durch elektrischen Kontakt) mit dem Fahrzeug 34 erreicht wurde 60.
Nachdem die Kopplung des Kopplungselements 12, 12' bzw. 12" mit dem Fahrzeug 34 erreicht wurde, kann im nächsten Schritt 62 der Ladevorgang beginnen. Der Ladevorgang kann beispielsweise automatisch beginnen oder nach einer entsprechenden Nutzereingabe über eine Benutzerschnittstelle 40.
Während des Ladevorgangs wird von der Ladeelektronik ein Ladestrom über das mit dem Fahrzeug 34 gekoppelte Kopplungselement 12, 12' bzw. 12" auf das Fahrzeug 34 übertragen.

Claims

Positionierungssystem (2, 2', 2"), eingerichtet zum Positionieren eines Kopplungselements (12, 12', 12") für einen Ladevorgang an einem elektrisch betriebenen Fahrzeug (34), - mit einem ersten Rotationselement (8, 8'), das um eine erste Drehachse (4) drehbar gelagert ist, - mit einem zweiten Rotationselement (10, 10'), das um eine zweite Drehachse (6) drehbar gelagert ist, und - mit dem Kopplungselement (12, 12', 12"), das zur Kopplung an ein elektrisch betriebenes Fahrzeug (34), insbesondere mittels Induktion oder elektrischer Kontaktierung, für die Durchführung eines Ladevorgangs eingerichtet ist, - wobei das zweite Rotationselement (10, 10') derart mit dem ersten Rotationselement (8, 8') gekoppelt ist, dass die Position der zweiten Drehachse (6) bei Drehung des ersten Rotationselements (8, 8') um die erste Drehachse (4) mitdreht, und - wobei das Kopplungselement (12, 12', 12") über das zweite Rotationselement (10, 10') mit dem ersten Rotationselement (8, 8') verbunden ist.
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach Anspruch 1, weiter aufweisend ein Rotationsantriebssystem (14), das dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Rotationselement (8, 8', 10, 10'), vorzugsweise unabhängig voneinander, um dessen jeweilige Drehachse (4, 6) zu drehen.
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend einen Kopplungsantrieb (16), eingerichtet zum Ausfahren des Kopplungselements (12, 12', 12").
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, - dass das Positionierungssystem (2, 2', 2") eine Positionserfassungseinrichtung (18) aufweist, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, eine Relativposition eines Fahrzeugs (34) zum Positionierungssystem (2, 2', 2") zu erfassen, und - dass das Positionierungssystem (2, 2', 2") eine Steuereinrichtung (20) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das Rotationsantriebssystem (14) abhängig von der erfassten Relativposition zu steuern, insbesondere derart, dass das Kopplungselement (12, 12', 12") in eine vorgegebene Position zur erfassten Relativposition bewegt wird.
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, den Kopplungsantrieb (16) abhängig von der erfassten Relativposition zu steuern, insbesondere derart, dass das Kopplungselement (12, 12', 12") ausgefahren wird, wenn sich das Kopplungselement (12, 12', 12") in einer vorgegebenen Position zur erfassten Relativposition befindet.
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter aufweisend eine das Kopplungselement (12, 12', 12") umgebende Schutzmanschette (22).
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass das erste Rotationselement (8') scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, ausgebildet ist und die erste Drehachse (4) durch einen Mittelpunkt des ersten Rotationselements (8') verläuft, - dass das zweite Rotationselement (10') scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, ausgebildet ist und die zweite Drehachse (6) durch einen Mittelpunkt des zweiten Rotationselements (10') verläuft und - dass das zweite Rotationselement (10') exzentrisch zum ersten Rotationselement (8') angeordnet ist.
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rotationselement (10') in einer exzentrischen Ausnehmung (24) des ersten Rotationselements (8') angeordnet ist.
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, - dass das Positionierungssystem (2, 2', 2") ein drittes Rotationselement aufweist, das um eine dritte Drehachse drehbar gelagert ist, - dass das dritte Rotationselement derart mit dem zweiten Rotationselement (10, 10') gekoppelt ist, dass die Position der dritten Drehachse bei Drehung des zweiten Rotationselements (10, 10') um die zweite Drehachse (6) mitdreht, und - dass das Kopplungselement (12, 12', 12") über das dritte Rotationselement mit dem zweiten Rotationselement (10, 10') verbunden ist.
Positionierungssystem (2, 2', 2") nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, das Positionierungssystem (2, 2', 2") entsprechend einem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zu steuern.
Anordnung (30, 30') - mit einer Parkplatzfläche (32) und - mit einem Positionierungssystem (2, 2', 2") nach einem der Ansprüche 1 bis 10, - wobei das erste und zweite Rotationselement (8, 8', 10, 10') sowie das Kopplungselement (12, 12', 12") derart im Bereich der Parkplatzfläche (32) angeordnet sind, dass das Kopplungselement (12, 12', 12") des Positionierungssystems (2, 2', 2") für die Durchführung eines Ladevorgangs an ein auf der Parkplatzfläche (32) stehendes Fahrzeug (34) koppelbar ist.
Anordnung (30, 30') nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Rotationselement (8, 8', 10, 10') sowie das Kopplungselement (12, 12', 12") auf der Parkplatzfläche (32) angeordnet oder zumindest teilweise in diese eingelassen sind.
Verfahren zur Steuerung eines Positionierungssystems (2, 2', 2") nach einem der Ansprüche 4 bis 10, - bei dem eine Relativposition eines Fahrzeugs (34) zum Positionierungssystem (2, 2', 2") erfasst wird und - bei dem das Rotationsantriebssystem (14) abhängig von der erfassten Relativposition gesteuert wird, insbesondere derart, dass das Kopplungselement (12, 12', 12") in eine vorgegebene Position zur erfassten Relativposition bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet - dass der Kopplungsantrieb (16) als Funktion der erfassten Relativposition derart gesteuert wird, dass das Kopplungselement (12, 12', 12") an ein Fahrzeug (34) gekoppelt wird, insbesondere indem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kopplungselement (12, 12', 12") und einem Kontaktelement (36) am Fahrzeug (34) hergestellt wird oder indem das Kopplungselement (12, 12', 12") gegenüber einem Induktionselement (36') am Fahrzeug (34) positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, - dass durch mehrfaches Erfassen der Relativposition eines Fahrzeugs (34) zum Positionierungssystem (2, 2', 2") bestimmt wird, ob das Fahrzeug (34) zum Stillstand gekommen ist, bevor das Kopplungselement (12, 12', 12") relativ zum Fahrzeug (34) positioniert wird.