DE102018201648A1

DE102018201648A1 - Energiebereitstellungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben einer Energiebereitstellungseinrichtung, Kontaktiervorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie elektrisches Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018201648A1
Application number: DE102018201648.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kupfer; Hardo Tumm
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-08
Also published as: CN110126651A; CN110126651B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiebereitstellungseinrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), mit wenigstens einem elektrischen Kontakt (10), der zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung (3) und dem Kraftfahrzeug (1) mit einem Gegenkontakt (14) des Kraftfahrzeugs (1) in elektrische Verbindung bringbar ist, wobei der wenigstens eine elektrische Kontakt (10) an einem Grundkörper (9) der Energiebereitstellungseinrichtung (3) angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass der elektrische Kontakt (10) ringförmig umlaufend an einem zylindrischen Kontaktbereich (12) des Grundkörpers (9) den Grundkörper (9) umgreifend ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Energiebereitstellungseinrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), eine Kontaktiervorrichtung (4) für ein Kraftfahrzeug (1) sowie ein elektrisches Energiebereitstellungssystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiebereitstellungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem elektrischen Kontakt, der zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und dem Kraftfahrzeug mit einem Gegenkontakt des Kraftfahrzeugs in elektrische Verbindung bringbar ist, wobei der wenigstens eine elektrische Kontakt an einem Grundkörper der Energiebereitstellungsanordnung angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Energiebereitstellungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, eine Kontaktiervorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein elektrisches Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift WO 2009/070334 A1 bekannt, welche eine Ladestation zum Aufladen von Kraftfahrzeugbatterien beschreibt. Weiterhin zeigt die Druckschrift WO 2017/054858 A1 eine Ladeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Energiebereitstellungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Energiebereitstellungseinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere einfach zu handhaben ist und zudem zuverlässig einen elektrischen Kontakt zu dem Kraftfahrzeug herstellt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Energiebereitstellungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der elektrische Kontakt ringförmig umlaufend an einem zylindrischen Kontaktbereich des Grundkörpers den Grundkörper umgreifend ausgebildet ist.
Die Energiebereitstellungseinrichtung dient dem Versorgen des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie, beispielsweise zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs. Die Energiebereitstellungseinrichtung verfügt über den wenigstens einen elektrischen Kontakt, vorzugsweise jedoch über mehrere elektrische Kontakte. Insoweit nachfolgend lediglich von dem elektrischen Kontakt gesprochen wird, so sind die Ausführungen stets auf die mehreren Kontakte, insbesondere auf alle der mehreren Kontakte, jeweils optional übertragbar.
Der elektrische Kontrakt kann mit dem elektrischen Gegenkontakt des Kraftfahrzeugs in elektrische Verbindung gebracht werden. Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Gegenkontakt kann nachfolgend elektrische Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und dem Kraftfahrzeug übertragen werden, nämlich von der Energiebereitstellungseinrichtung zu dem Kraftfahrzeug oder umgekehrt. Der elektrische Kontakt ist an dem Grundkörper der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet. Der Grundkörper besteht im Gegensatz zu dem elektrischen Kontakt aus einem nichtleitenden Material, sodass der Grundkörper einen Isolator darstellt, an welchem der elektrische Kontakt vorliegt.
Zur zuverlässigen Kontaktierung beziehungsweise zum zuverlässigen Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Gegenkontakt ist der elektrische Kontakt umlaufend an dem Grundkörper angeordnet, nämlich an dem Kontaktbereich des Grundkörpers. Der Kontaktbereich ist zylindrisch, vorzugsweise kreiszylindrisch. In beiden Fällen liegt vorzugsweise ein gerade beziehungsweise senkrecht zylindrischer Kontaktbereich vor, bei welchem eine Längsmittelachse des Kontaktbereichs eine Stirnseite des Kontaktbereichs senkrecht schneidet. Besonders bevorzugt ist der gesamte Grundkörper zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgestaltet, sodass der Kontaktbereich als Teil des zylindrischen Grundkörpers vorliegt.
Der Kontakt ist umlaufend an dem Kontaktbereich ausgebildet, nämlich derart, dass er den Kontaktbereich beziehungsweise den Grundkörper in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse des Kontaktbereichs vollständig umgreift. Der elektrische Kontakt ist insoweit ringförmig. Die ringförmig umlaufende Ausgestaltung des elektrischen Kontakts hat den Vorteil, dass unabhängig von der Position des Kraftfahrzeugs stets zuverlässig die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Gegenkontakt hergestellt werden kann, weil der elektrische Kontakt aus jeder Richtung erreichbar ist.
Die Energiebereitstellungseinrichtung oder zumindest der Grundkörper ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sie beziehungsweise er von dem Kraftfahrzeug überfahrbar ist. Der Grundkörper weist also eine Höhe auf, welche kleiner ist als ein Abstand eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs von einem Untergrund, auf welchem die Energiebereitstellungseinrichtung beziehungsweise der Grundkörper angeordnet ist. Zum Herstellen der elektrischen Verbindung ragt der Grundkörper von dem Untergrund empor, steht also über diesen derart über, dass der elektrische Kontakt oberhalb des Untergrunds angeordnet ist.
Das Kraftfahrzeug kann nun mittels einer Kontaktiervorrichtung, welche den Gegenkontakt aufweist, die elektrische Verbindung herstellen, indem der Gegenkontakt mit dem elektrischen Kontakt in Anlageverbindung gebracht wird. Hierdurch wird die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Gegenkontakt hergestellt, sodass nachfolgend elektrische Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und dem Kraftfahrzeug übertragbar ist. Vorzugsweise ist es vor dem Übertragen der elektrischen Energie vorgesehen, den Gegenkontakt des Kraftfahrzeugs an dem Kontakt zu sichern, beispielsweise durch geeignete Haltemittel, welche den Gegenkontakt bezüglich des Grundkörpers und mithin bezüglich des elektrischen Kontakts festsetzen. Beispielsweise sind diese Mittel von dem Grundkörper selbst ausgebildet.
Die beschriebene Energiebereitstellungseinrichtung hat den Vorteil, dass das Kraftfahrzeug lediglich im Bereich der Energiebereitstellungseinrichtung abgestellt werden muss, insbesondere oberhalb des Grundkörpers. Hierbei ist keine genaue Ausrichtung notwendig, weil aufgrund der ringförmig umlaufenden Ausgestaltung des Kontakts eine zuverlässige Herstellung der elektrischen Verbindung mittels der Kontaktiervorrichtung des Kraftfahrzeugs möglich ist. Beispielsweise ist hierzu der Gegenkontakt verschwenkbar bezüglich des Kraftfahrzeugs gelagert, sodass der Gegenkontakt durch Verschwenken beziehungsweise Drehen um eine Drehachse in Anlageverbindung mit dem Kontakt gebracht werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Grundkörper in Richtung seiner Längsmittelachse verlagerbar an und/oder in einem Einrichtungsgehäuse gelagert ist, wobei der Grundkörper in einer ersten Stellung derart in dem Einrichtungsgehäuse angeordnet ist, dass der elektrische Kontakt in dem Einrichtungsgehäuse vorliegt, und in einer zweiten Stellung durch eine Mündungsöffnung aus dem Einrichtungsgehäuse herausragt, sodass der elektrische Kontakt außerhalb des Einrichtungsgehäuses angeordnet ist, und wobei an dem Grundkörper ein Deckel angeordnet ist, der in der ersten Stellung die Mündungsöffnung übergreift.
Die Längsmittelachse des Grundkörpers entspricht vorzugsweise der Längsmittelachse des Kontaktbereichs, welche vorstehend bereits erwähnt wurde. Der Grundkörper ist an beziehungsweise in dem Einrichtungsgehäuse linear verlagerbar gelagert, nämlich in Richtung seiner Längsmittelachse. Die Lagerung ist dabei derart ausgestaltet, dass der Grundkörper wenigstens in der ersten Stellung und der zweiten Stellung anordenbar ist. In der ersten Stellung soll der Grundkörper zumindest so weit in dem Einrichtungsgehäuse vorliegen, dass der elektrische Kontakt in dem Einrichtungsgehäuse angeordnet ist, sodass ein ungewünschtes Kontaktieren des elektrischen Kontakts unterbunden ist. Durch die Anordnung des elektrischen Kontakts in dem Einrichtungsgehäuse ist ein hervorragender Schutz des Kontakts vor äußeren Einflüssen und/oder vor Fehlbedienung sichergestellt. Insbesondere ist das Einrichtungsgehäuse derart ausgestaltet, dass der elektrische Kontakt in der ersten Stellung wettergeschützt ist.
In der zweiten Stellung soll der Grundkörper durch die Mündungsöffnung des Einrichtungsgehäuses aus diesem herausragen. Dabei soll der elektrische Kontakt in der zweiten Stellung außerhalb des Einrichtungsgehäuses vorliegen, nämlich derart, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Gegenkontakt herstellbar ist. Durch das Verlagern des Grundkörpers in die zweite Stellung wird insoweit die Energiebereitstellungseinrichtung zum Übertragen von elektrischer Energie oder zumindest zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und dem Kraftfahrzeugs vorbereitet.
Die Verlagerung des Grundkörpers in Richtung seiner Längsmittelachse erfolgt beispielsweise mithilfe eines entsprechenden Aktuators. Der Aktuator ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass er zum Halten des Grundkörpers in der zweiten Stellung energiebeaufschlagt werden muss, wohingegen der Grundkörper - beispielsweise durch Schwerkrafteinfluss und/oder mittels eines Federelements - in Richtung der ersten Stellung gedrängt wird. Zusammenfassend ist der Aktuator derart ausgestaltet, dass er bei Energiebeaufschlagung den Grundkörper in Richtung der zweiten Stellung verlagert, bis die zweite Stellung erreicht ist. Nachfolgend hält er den Grundkörper in der zweiten Stellung, solange er energiebeaufschlagt ist. Entfällt die Energiebeaufschlagung, so wird der Grundkörper in Richtung seiner ersten Stellung verlagert, bis er diese erreicht hat, insbesondere selbsttätig und ohne Energiebeaufschlagung. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Aktuator den Grundkörper aktiv in Richtung der ersten Stellung verlagern kann, also wiederum unter Energiebeaufschlagung.
Um einen zuverlässigen Schutz des elektrischen Kontakts vor Umgebungsbedingungen mittels des Einrichtungsgehäuses sicherzustellen, ist an dem Grundkörper der Deckel angeordnet. Der Deckel ist derart ausgestaltet, dass er in der ersten Stellung die Mündungsöffnung übergreift, insbesondere verschließt, vorzugsweise dicht verschließt. Beispielsweise liegt hierzu der Deckel auf dem Einrichtungsgehäuse beziehungsweise einem Rand des Einrichtungsgehäuses auf, nämlich vorzugsweise in Umfangsrichtung durchgehend. Der Deckel ist derart ausgebildet, dass er die Mündungsöffnung in der ersten Stellung des Grundkörpers zumindest übergreift. In radialer Richtung weist der Deckel also Abmessungen auf, welche den Abmessungen der Mündungsöffnung entsprechen, sodass der Deckel in der ersten Stellung des Grundkörpers ebenfalls in dem Einrichtungsgehäuse angeordnet beziehungsweise in dieses eingefahren sein kann.
Vorzugsweise weist der Deckel in radialer Richtung größere Abmessungen als die Mündungsöffnung, sodass er das Einrichtungsgehäuse in radialer Richtung übergreift, insbesondere in der ersten Stellung an dem Rand des Einrichtungsgehäuses anliegt. Besonders bevorzugt weist der Deckel Abmessungen auf, welche größer sind als die Außenabmessungen des Einrichtungsgehäuses in radialer Richtung. Insoweit steht der Deckel in radialer Richtung über das Einrichtungsgehäuse über. Beispielsweise ist es hierbei vorgesehen, dass der Deckel in der ersten Stellung des Grundkörpers an dem Untergrund anliegt beziehungsweise auf dem Untergrund aufliegt, wobei das Einrichtungsgehäuse in dem Untergrund angeordnet ist.
In anderen Worten ist das Einrichtungsgehäuse versenkt angeordnet, sodass in der ersten Stellung des Grundkörpers die Energiebereitstellungseinrichtung nicht oder allenfalls geringfügig über den Untergrund übersteht. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Anordnung der Energiebereitstellungseinrichtung, wobei der Grundkörper lediglich zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Gegenkontakt aus der ersten Stellung heraus in seine zweite Stellung verlagert wird und entsprechend über dem Untergrund übersteht.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Deckel in der ersten Stellung dichtend auf einem die Mündungsöffnung begrenzenden Rand des Einrichtungsgehäuses aufliegt. Besonders bevorzugt liegt der Deckel in Umfangsrichtung durchgehend dichtend auf dem Rand auf. Unter dem Rand ist vorzugsweise eine die Mündungsöffnung einfassende, ringförmige Stirnseite des Einrichtungsgehäuses zu verstehen. Das dichtende Aufliegen des Deckels auf dem Rand ermöglicht eine besonders wetterfeste Ausgestaltung der Energiebereitstellungseinrichtung.
Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Kontakt in einer umlaufenden, durch einen Rücksprung des Grundkörpers gebildeten Gegenkontaktaufnahme vorliegt. Die Gegenkontaktaufnahme dient der zuverlässigen Aufnahme des Gegenkontakts zur Herstellung der elektrischen Verbindung. Die Gegenkontaktaufnahme ist an beziehungsweise in dem Grundkörper beziehungsweise dem Kontaktbereich ausgebildet. Zur Ausbildung der Gegenkontaktaufnahme hat der Grundkörper beziehungsweise der Kontaktbereich beispielsweise die Form eines Rotationskörpers bezüglich der jeweiligen Längsmittelachse.
Durch die Anordnung des elektrischen Kontakts in der Gegenkontaktaufnahme ist dieser vor Umgebungseinflüssen und einer Fehlbedienung der Energiebereitstellungseinrichtung geschützt. Beispielsweise ist die Gegenkontaktaufnahme derart ausgestaltet, dass ein Eingreifen in die Gegenkontaktaufnahme bis zu dem elektrischen Kontakt aufgrund der Abmessungen der Gegenkontaktaufnahme nicht möglich ist. In anderen Worten wird das Einbringen einer Hand, insbesondere einer durchschnittlich großen Hand, in die Gegenkontaktaufnahme bis hin zu dem elektrischen Kontakt durch eine entsprechende Ausgestaltung der Gegenkontaktaufnahme bevorzugt zuverlässig verhindert.
Die Gegenkontaktaufnahme wird - im Längsschnitt bezüglich der Längsmittelachse des Grundkörpers gesehen - durch den Rücksprung gebildet, sodass die Gegenkontaktaufnahme durch eine vorübergehende Verjüngung des Grundkörpers gebildet ist. Aufgrund der Anordnung des elektrischen Kontakts in der Gegenkontaktaufnahme wird der Gegenkontakt in Richtung des Kontakts zum Herstellen der elektrischen Verbindung geführt. Insoweit ermöglicht die beschriebene Ausgestaltung der Energiebereitstellungseinrichtung einerseits ein zuverlässiges Herstellen der elektrischen Verbindung und andererseits einen hervorragenden Schutz des elektrischen Kontakts vor Umgebungseinflüssen und Fehlbedienung.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Gegenkontaktaufnahme im Längsschnitt gesehen zur Ausbildung wenigstens einer Einlaufschräge in radialer Richtung nach innen kleiner werdende Abmessungen in axialer Richtung aufweist. Die Einlaufschräge dient dem einfachen Einbringen des Gegenkontakts in die Gegenkontaktaufnahme. Hierzu ist die Gegenkontaktaufnahme derart ausgestaltet, dass sie in radialer Richtung außen größere Abmessungen in axialer Richtung aufweist als in radialer Richtung innen.
Die Gegenkontaktaufnahme ist insoweit zum Einfangen des Gegenkontakts und zum nachfolgenden Hinführen zu dem elektrischen Kontakt ausgestaltet. Im Längsschnitt gesehen weist die Gegenkontaktaufnahme die wenigstens eine Einlaufschräge auf. Besonders bevorzugt sind jedoch zwei gegenüberliegende Einlaufschrägen realisiert, die in axialer Richtung voneinander beabstandet vorliegen. Hierdurch wird ein besonders zuverlässiges und einfaches Einbringen des Gegenkontakts in die Gegenkontaktaufnahme umgesetzt.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abmessungen der Gegenkontaktaufnahme in axialer Richtung mittels eine Aktuators verstellbar sind, sodass die Gegenkontaktaufnahme bei einer ersten Einstellung größer ist als ein Klemmbereich des Gegenkontakts und bei einer zweiten Einstellung zum klemmenden Halten des Klemmbereichs ausgestaltet ist. In anderen Worten sind die Gegenkontaktaufnahme und der Aktuator derart ausgestaltet, dass nach dem Einbringen des Gegenkontakts in die Gegenkontaktaufnahme das klemmende Halten des Gegenkontakts umsetzbar ist. Hierzu sind die Abmessungen der Gegenkontaktaufnahme in axialer Richtung mittels des Aktuators veränderbar.
Bei der ersten Einstellung ist ein einfaches Einbringen des Gegenkontakts in die Gegenkontaktaufnahme bis hin zu dem elektrischen Kontakt möglich. In der zweiten Einstellung hingegen wird der Gegenkontakt in der Gegenkontaktaufnahme gehalten, insbesondere an dem elektrischen Kontakt anliegend gehalten, sodass die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Gegenkontakt unlösbar ist, solange die zweite Einstellung vorliegt.
Beispielsweise ist die Gegenkontaktaufnahme derart ausgestaltet, dass der Gegenkontakt bei Anordnung in der Gegenkontaktaufnahme und Verringerung der Abmessungen der Gegenkontaktaufnahme mittels des Aktuators in Richtung des elektrischen Kontakts und schlussendlich an den ersten elektrischen Kontakt zum Herstellen der elektrischen Verbindung gedrängt wird. Mithilfe des Aktuators werden insoweit einerseits ein zuverlässiges Herstellen der elektrischen Verbindung und andererseits ein zuverlässiges Aufrechterhalten der elektrischen Verbindung sichergestellt.
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass an dem Kontaktbereich wenigstens ein weiterer elektrischer Kontakt in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung versetzt zu dem elektrischen Kontakt angeordnet ist. Üblicherweise sind zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und dem Kraftfahrzeug mehrere elektrische Verbindung notwendig, nämlich beispielsweise eine Verbindung für ein erstes elektrisches Potential, eine Verbindung für ein zweites elektrisches Potential und/oder wenigstens eine Verbindung zur Übertragung von Daten. Insoweit sind bevorzugt mehrere elektrische Kontakte an dem Kontaktbereich, insbesondere in der Gegenkontaktaufnahme, angeordnet, nämlich in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung beabstandet voneinander.
Der weitere elektrische Kontakt ist analog zu dem bereits erläuterten elektrischen Kontakt ausgestaltet, sodass die entsprechenden Ausführungen optional ergänzend heranziehbar sind. Beispielsweise sind der elektrische Kontakt und der weitere elektrische Kontakt im Längsschnitt gesehen einander gegenüberliegend in der Gegenkontaktaufnahme angeordnet, also in axialer Richtung beabstandet voneinander. Der elektrische Kontakt und der weitere elektrische Kontakt bilden insoweit ein Kontaktpaar.
Selbstverständlich können mehrere derartiger Kontaktpaare vorgesehen sein, wobei die mehreren Kontaktpaare vorzugsweise in axialer und/oder in radialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Energiebereitstellungseinrichtung können insoweit auf vorteilhafte Art und Weise mehrere elektrische Verbindungen zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und dem Kraftfahrzeug hergestellt werden. Selbstverständlich ist dem weiteren elektrischen Kontakt ein weiterer Gegenkontakt zugeordnet, welcher zum Herstellen der elektrischen Verbindung mit dem weiteren elektrischen Kontakt in elektrische Verbindung gebracht wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Energiebereitstellungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Energiebereitstellungseinrichtung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Energiebereitstellungseinrichtung wenigstens einen elektrischen Kontakt aufweist, der zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und dem Kraftfahrzeug mit einem Gegenkontakt des Kraftfahrzeugs in elektrische Verbindung bringbar ist, wobei der wenigstens eine elektrische Kontakt an einem Grundkörper der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass der elektrische Kontakt ringförmig umlaufend an einem zylindrischen Kontaktbereich des Grundkörpers den Grundkörper umgreifend ausgebildet ist, und dass zum elektrischen Kontaktieren des Gegenkontakts eine den elektrischen Kontakt aufnehmende Gegenkontaktaufnahme des Grundkörpers nach dem Einbringen des Gegenkontakts in die Gegenkontaktaufnahme zum klemmenden Halten des Gegenkontakts verkleinert wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Energiebereitstellungseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Energiebereitstellungseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kontaktiervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gegenkontakt zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Kontakts einer Energiebereitstellungseinrichtung, insbesondere einer Energiebereitstellungseinrichtung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei der Gegenkontakt schwenkbeweglich an oder in einem kraftfahrzeugseitigen Vorrichtungsgehäuse gelagert ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Gegenkontakt an einem Ausleger angeordnet ist, der um eine Drehachse drehbar und in axialer Richtung verlagerbar ist, wobei der Ausleger in einer ersten Axialstellung in dem Vorrichtungsgehäuse aufgenommen ist und in einer zweiten Axialstellung zur Kontaktierung des elektrischen Kontakts durch den Gegenkontakt außerhalb des Vorrichtungsgehäuses vorliegt.
Die Kontaktiervorrichtung ist an dem Kraftfahrzeug angeordnet oder bildet einen Bestandteil von diesem. Sie verfügt über den Gegenkontakt, der zum Herstellen der elektrischen Verbindung zu dem elektrischen Kontakt zu der Energiebereitstellungseinrichtung verlagerbar ist, nämlich einerseits schwenkbeweglich um eine Drehachse und andererseits in axialer Richtung linear verlagerbar ist. Hierzu ist der Gegenkontakt an dem Ausleger angeordnet, nämlich vorzugsweise beabstandet zu der Drehachse, um welche der Ausleger bezüglich des Vorrichtungsgehäuses drehbar ist.
Der Ausleger ist vorzugsweise flexibel, sodass ein Verformen des Auslegers während dem Herstellen der elektrischen Verbindung erfolgen kann, sodass ein Toleranzausgleich hinsichtlich einer Relativposition zwischen dem Kraftfahrzeug und der Energiebereitstellungseinrichtung durchgeführt werden kann. Vorzugsweise ist der Ausleger lediglich in Umfangsrichtung flexibel, wohingegen er in axialer Richtung vergleichsweise steif ist, nämlich vorzugsweise derart, dass unter Schwerkrafteinfluss auf den Ausleger keine oder allenfalls eine geringe Verformung des Auslegers in axialer Richtung erfolgt.
Das Drehen des Auslegers um die Drehachse dient dem Herstellen der elektrischen Verbindung. Das Verlagern in axialer Richtung hingegen ist zum Schutz des Gegenkontakts und des Auslagers vor Umgebungseinflüssen vorgesehen. So ist der Ausleger in der ersten Axialstellung in dem Vorrichtungsgehäuse angeordnet, insbesondere vollständig aufgenommen. In der zweiten Axialstellung ist der Ausleger hingegen derart angeordnet, dass der Gegenkontakt außerhalb des Vorrichtungsgehäuses vorliegt, nämlich derart, dass er zur Kontaktierung des elektrischen Kontakts durch Drehen des Auslegers um die Drehachse vorliegt.
Besonders bevorzugt ist an dem Vorrichtungsgehäuse ein Abdeckelement angeordnet, das in der ersten Axialstellung das Vorrichtungsgehäuse verschließt und in der zweiten Axialstellung freigibt. Beispielsweise wird das Abdeckelement gemeinsam mit dem Ausleger in axialer Richtung verlagert. Besonders bevorzugt ist das Abdeckelement jedoch bezüglich der Drehachse drehfest angeordnet.
Beispielsweise ist der Gegenkontakt an einem Fanghaken des Auslegers angeordnet, welcher zur Aufnahme des Kontaktbereichs des Grundkörpers der Energiebereitstellungseinrichtung ausgebildet ist. Der Fanghaken ist vorzugsweise federnd ausgebildet, sodass nach dem Einbringen des Kontaktbereichs in den Fanghaken der Gegenkontakt aufgrund einer von dem elastischen Fanghaken bewirkten Federkraft in Richtung beziehungsweise an den elektrischen Kontakt gedrängt wird.
Schließlich betrifft die Erfindung ein elektrisches Energiebereitstellungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Energiebereitstellungseinrichtung und einer Kontaktiervorrichtung, jeweils gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung. Hinsichtlich der Vorteile einer derartigen Ausgestaltung und möglicher Weiterbildungen wird auf die Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiebereitstellungssystems für ein Kraftfahrzeug, mit einer Energiebereitstellungseinrichtung und einer Kontaktiervorrichtung,
2 eine schematische Darstellung der Energiebereitstellungseinrichtung, wobei ein Grundkörper in einer ersten Stellung angeordnet ist,
3 eine schematische Darstellung der Energiebereitstellungseinrichtung bei Anordnung des Grundkörpers in einer zweiten Stellung,
4 eine schematische Darstellung der Kontaktiervorrichtung für das Kraftfahrzeug,
5 eine schematische Darstellung eines Auslegers der Kontaktiervorrichtung mit einem Fanghaken sowie eines Teils der Energiebereitstellungseinrichtung, sowie
6 eine weitere schematische Darstellung des Auslegers und eines Kontaktbereichs der Energiebereitstellungseinrichtung.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 sowie eines elektrischen Energiebereitstellungssystems 2 für das Kraftfahrzeug 1, mittels welchem das Kraftfahrzeug 1 mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist, insbesondere mit extern bereitgestellter elektrischer Energie. Das Energiebereitstellungssystem 2 umfasst eine Energiebereitstellungseinrichtung 3, sowie eine Kontaktiervorrichtung 4. Die Energiebereitstellungseinrichtung 3 ist an eine externe Energiequelle 5 angeschlossen, beispielsweise über eine Leitung 6.
Die Energiebereitstellungseinrichtung 3 ist in einem Untergrund 7, auf welchem sich das Kraftfahrzeug 1 befindet, zumindest teilweise versenkt angeordnet. Die Kontaktiervorrichtung 4 ist hingegen dem Kraftfahrzeug 1 zugeordnet und insoweit gemeinsam mit dem Kraftfahrzeug 1 bezüglich der Energiebereitstellungseinrichtung 3 verlagerbar. Zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das Kraftfahrzeug 1 wird dieses in der Umgebung der Energiebereitstellungseinrichtung 3 abgestellt und die Energiebereitstellungseinrichtung 3 aktiviert.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Energiebereitstellungseinrichtung 3 bei teilweise in dem Untergrund 7 versenkter Anordnung. Selbstverständlich ist alternativ auch eine vollständig oberirdische Anordnung der Energiebereitstellungseinrichtung 3 oder zumindest eines Einrichtungsgehäuses 8 der Energiebereitstellungseinrichtung 3 möglich. Das Einrichtungsgehäuse 8 dient der Aufnahme eines Grundkörpers 9, an welchem wenigstens ein elektrischer Kontakt 10 angeordnet beziehungsweise ausgebildet ist. Vorzugsweise liegt zusätzlich zu dem elektrischen Kontakt 10 wenigstens ein weiterer elektrischer Kontakt 11 vor. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu dem elektrischen Kontakt 10 vier derartige weitere elektrische Kontakte 11 an dem Grundkörper 9 ausgebildet. Nachfolgend wird lediglich auf den elektrischen Kontakt 10 im Detail eingegangen. Die Ausführungen sind jedoch stets auf die elektrischen Kontakte 11 und/oder weitere elektrische Kontakte 10, soweit vorgesehen, übertragbar.
Der elektrische Kontakt 10 ist ringförmig umlaufend an einem Kontaktbereich 12 des Grundkörpers 9 ausgebildet. Hierbei umgreift der elektrische Kontakt 10 den Grundkörper 9 in Umfangsrichtung vollständig. Insoweit ist der elektrische Kontakt in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet und liegt insoweit als Ring vor. Der elektrische Kontakt 10 liegt in einer Gegenkontaktaufnahme 13 vor, welche zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Gegenkontakts 14 der Kontaktiervorrichtung 4 vorgesehen und ausgebildet ist. Die Gegenkontaktaufnahme wird im Längsschnitt gesehen in axialer Richtung beidseitig von Einlaufschrägen 15 und 16 begrenzt, welche derart ausgestaltet sind, dass ein Einbringen des Gegenkontakts 14 in die Gegenkontaktaufnahme 13 begünstigt ist. Hierzu weist die Gegenkontaktaufnahme 13 im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung nach innen kleiner werdende Abmessungen in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse 17 des Grundkörpers 9 beziehungsweise des Kontaktbereichs 12 auf.
Es ist erkennbar, dass an dem Grundkörper 9 ein Deckel 18 angeordnet ist, der in einer hier dargestellten ersten Stellung des Grundkörpers 9 eine Mündungsöffnung 19 des Einrichtungsgehäuses 8 übergreift. Vorzugsweise ist der Deckel 18 - wie hier dargestellt - derart ausgestaltet, dass er in radialer Richtung über das Einrichtungsgehäuse 8 übersteht, sodass er außerhalb des Einrichtungsgehäuses 8 an dem Untergrund 7 in der dargestellten ersten Stellung anliegt.
Der Grundkörper 9 ist in Richtung seiner Längsmittelachse 17 verlagerbar an beziehungsweise in dem Einrichtungsgehäuse 8 gelagert. In der ersten Stellung liegt der Grundkörper 9 derart in dem Einrichtungsgehäuse 8 vor, dass der elektrische Kontakt 10 in dem Einrichtungsgehäuse 8 angeordnet ist. In einer zweiten Stellung ragt der Grundkörper 9 hingegen durch die Mündungsöffnung 19 aus dem Einrichtungsgehäuse 8 heraus, nämlich so weit, dass der elektrische Kontakt 10 außerhalb des Einrichtungsgehäuses 8 angeordnet ist.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Energiebereitstellungseinrichtung 3, wobei der Grundkörper in seiner zweiten Stellung dargestellt ist. Es ist erkennbar, dass der elektrische Kontakt 10 zur Kontaktierung durch den wiederum nicht dargestellten Gegenkontakt 14 freigegeben ist. Zugleich ist durch die spezielle Ausgestaltung der Gegenkontaktaufnahme 13, die durch die Einlaufschrägen 15 und 16 begrenzt ist, eine Fehlbedienung der Energiebereitstellungseinrichtung 3 zuverlässig verhindert.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung der Kontaktiervorrichtung 4. Diese weist ein Vorrichtungsgehäuse 20 auf, in beziehungsweise an welchem ein Ausleger 21 verlagerbar angeordnet ist. An dem Ausleger 21 ist der Gegenkontakt 14 ausgebildet. Der Ausleger 21 ist bezüglich einer Drehachse 22 drehbar, wie durch den Pfeil 23 angedeutet. Zusätzlich ist er in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 22 verlagerbar. Dies ist durch den Pfeil 24 angedeutet. In axialer Richtung ist der Ausleger 21 in einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung anordenbar. In der ersten Stellung ist er vollständig in dem Vorrichtungsgehäuse 20 angeordnet und aufgenommen. In der hier dargestellten zweiten Stellung hingegen liegt er außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 20 vor. Bevorzugt ist dem Ausleger 21, wie hier dargestellt, ein Abdeckelement 25 zugeordnet, das bei Vorliegen der ersten Stellung das Vorrichtungsgehäuse 20 verschließt.
Zur Kontaktierung des elektrischen Kontakts 10 ist der Ausleger 21 um die Drehachse 22 drehbar, vorzugsweise um mindestens 180°, mindestens 225°, mindestens 270°, mindestens 315° oder mindestens 360°. Insbesondere in letzterem Fall wird ein zuverlässiges Kontaktieren des elektrischen Kontakts 10 durch den Gegenkontakt 14 sichergestellt. Lediglich der Vollständigkeit halber soll erwähnt werden, dass die Kontaktiervorrichtung 4 selbstverständlich ebenso viele Gegenkontakte 14 aufweist wie die Energiebereitstellungseinrichtung 3 über elektrische Kontakte 10 und 11 verfügt. Insoweit ist jedem der elektrischen Kontakte 10 und 11 ein entsprechender Gegenkontakt 14 zugeordnet.
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung des Auslegers 21 und der Energiebereitstellungseinrichtung 3 während dem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt 10 und dem Gegenkontakt 14. Es ist erkennbar, dass der Ausleger 21 in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 22 flexibel ist, sodass unabhängig oder zumindest weitgehend unabhängig von einer Anordnung des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich der Energiebereitstellungseinrichtung 3 eine zuverlässige Kontaktierung des elektrischen Kontakts 10 durch den Gegenkontakt 14 möglich ist.
Insbesondere trifft der Ausleger 21 während einer Drehbewegung um die Drehachse 22 abseits des Gegenkontakts 14 auf den Kontaktbereich 12. Der Ausleger 21 wird nun weiterhin um die Drehachse 22 gedreht, wodurch eine Biegung des Auslegers 21 in Umfangsrichtung auftritt. Hierdurch wird der Gegenkontakt 14 dem Kontakt 10 angenähert. Bei ausreichend weiter Drehbewegung gelangt der Gegenkontakt in Anlageverbindung zu dem elektrischen Kontakt 10.
Die 6 zeigt erneut eine schematische Darstellung des Auslegers 21 sowie des Kontaktbereichs 12, wobei der Kontaktbereich 12 nun in einem Fanghaken 26 des Auslegers 21 derart aufgenommen ist, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 10 und dem Gegenkontakt 14 hergestellt ist. Der Fanghaken 26 ist derart ausgestaltet, dass er eine elastische formschlüssige Verbindung zu dem Kontaktbereich 12 herstellt, sodass ein unbeabsichtigtes Lösen der elektrischen Verbindung unterbunden wird.
Vorzugsweise ist ein Sensor vorgesehen, um eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 10 und dem Gegenkontakt 14 festzustellen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der elektrische Kontakt 10 und der Gegenkontakt 14 Bestandteil dieses Sensors sind, sodass bei Vorliegen der elektrischen Verbindung auf eine ordnungsgemäße Anordnung des Auslegers 21 an dem Kontaktbereich 12 erkannt wird. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass auch die weiteren elektrischen Kontakte 11 in elektrischer Verbindung zu dem jeweiligen Gegenkontakt 14 stehen. Beispielsweise sind der elektrische Kontakt 10 und der Gegenkontakt 14 in diesem Fall derart angeordnet, dass sie erst miteinander in elektrische Verbindung treten, wenn die weiteren elektrischen Kontakte 11 bereits in elektrischer Verbindung zu ihren jeweiligen Gegenkontakten vorliegen.
Um ein zuverlässiges Aufrechterhalten der elektrischen Verbindung sicherzustellen, kann es vorgesehen sein, dass die Gegenkontaktaufnahme 13 in axialer Richtung verkleinerbar ist, um ein klemmendes Halten des Gegenkontakts 14 in der Gegenkontaktaufnahme 13 zu realisieren. Beispielsweise wird hierbei ein nicht näher dargestellter Klemmbereich des Gegenkontakts 14 beziehungsweise des Auslegers 21 in der Gegenkontaktaufnahme 13 eingeklemmt.
Vorzugsweise ist der Aktuator derart ausgestaltet, dass das klemmende Halten nur durch Energiebeaufschlagung des Aktuators aufrechterhalten wird. Entfällt die Energiebeaufschlagung, so öffnet sich die Gegenkontaktaufnahme beziehungsweise gibt den Gegenkontakt 14 beziehungsweise den Klemmbereich frei. Hierdurch wird sichergestellt, dass in jedem Fall ein Lösen der elektrischen Verbindung möglich ist, auch bei Entfall einer Energieversorgung der Energiebereitstellungseinrichtung 3.
Bevorzugt ist es vorgesehen, nach dem ordnungsgemäßen Herstellen der elektrischen Verbindung zunächst einen Handshake zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung und der Kontaktiervorrichtung 4 beziehungsweise dem Kraftfahrzeug 1 vorzunehmen. Erst anschließend wird die Energiebereitstellungseinrichtung 3 zum Bereitstellen von elektrischer Energie eingestellt, sodass ohne Vorliegen der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt 10 und dem Gegenkontakt 14 die offenliegenden elektrischen Kontakte 10 nicht spannungsführend sind.
Das beschriebene Energiebereitstellungssystem 2, bestehend aus der Energiebereitstellungseinrichtung 3 und der Kontaktiervorrichtung 4, ist äußerst zuverlässig und zudem platzsparend anordenbar, weil es in dem Untergrund 7 versenkbar angeordnet werden kann. Zudem werden Verluste bei dem Übertragen von elektrischer Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung 3 und dem Kraftfahrzeug 1 vermieden, weil eine konduktive Verbindung hergestellt wird. Weiterhin ist die Energiebereitstellungseinrichtung 3 äußerst robust und wetterbeständig, insbesondere aufgrund des Deckels 18.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/070334 A1 [0002]
WO 2017/054858 A1 [0002]

Claims

Energiebereitstellungseinrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), mit wenigstens einem elektrischen Kontakt (10), der zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung (3) und dem Kraftfahrzeug (1) mit einem Gegenkontakt (14) des Kraftfahrzeugs (1) in elektrische Verbindung bringbar ist, wobei der wenigstens eine elektrische Kontakt (10) an einem Grundkörper (9) der Energiebereitstellungseinrichtung (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (10) ringförmig umlaufend an einem zylindrischen Kontaktbereich (12) des Grundkörpers (9) den Grundkörper (9) umgreifend ausgebildet ist.
Energiebereitstellungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (9) in Richtung seiner Längsmittelachse (17) verlagerbar an und/oder in einem Einrichtungsgehäuse (8) gelagert ist, wobei der Grundkörper (9) in einer ersten Stellung derart in dem Einrichtungsgehäuse (8) angeordnet ist, dass der elektrische Kontakt (10) in dem Einrichtungsgehäuse (8) vorliegt, und in einer zweiten Stellung durch eine Mündungsöffnung (19) aus dem Einrichtungsgehäuse (8) herausragt, sodass der elektrische Kontakt (10) außerhalb des Einrichtungsgehäuses (8) angeordnet ist, und wobei an dem Grundkörper (9) ein Deckel (18) angeordnet ist, der in der ersten Stellung die Mündungsöffnung (19) übergreift.
Energiebereitstellungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (18) in der ersten Stellung dichtend auf einem die Mündungsöffnung (19) begrenzenden Rand des Einrichtungsgehäuses (8) aufliegt.
Energiebereitstellungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (10) in einer umlaufenden, durch einen Rücksprung des Grundkörpers (9) gebildeten Gegenkontaktaufnahme (13) vorliegt.
Energiebereitstellungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkontaktaufnahme (13) im Längsschnitt gesehen zur Ausbildung wenigstens einer Einlaufschräge (15,16) in radialer Richtung nach innen kleiner werdende Abmessungen in axialer Richtung aufweist.
Energiebereitstellungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Gegenkontaktaufnahme (13) in axialer Richtung mittels eines Aktuators verstellbar sind, sodass die Gegenkontaktaufnahme (13) bei einer ersten Einstellung größer ist als ein Klemmbereich des Gegenkontakts (14) und bei einer zweiten Einstellung zum klemmenden Halten des Klemmbereichs ausgestaltet ist.
Energiebereitstellungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kontaktbereich (12) wenigstens ein weiterer elektrischer Kontakt (11) in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung versetzt zu dem elektrischen Kontakt (10) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Energiebereitstellungseinrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), insbesondere einer Energiebereitstellungseinrichtung (3) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiebereitstellungseinrichtung (3) wenigstens einen elektrischen Kontakt (10) aufweist, der zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiebereitstellungseinrichtung (3) und dem Kraftfahrzeug (1) mit einem Gegenkontakt (14) des Kraftfahrzeugs (1) in elektrische Verbindung bringbar ist, wobei der wenigstens eine elektrische Kontakt (10) an einem Grundkörper (9) der Energiebereitstellungseinrichtung (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (10) ringförmig umlaufend an einem zylindrischen Kontaktbereich (12) des Grundkörpers (9) den Grundkörper (9) umgreifend ausgebildet ist, und dass zum elektrischen Kontaktieren des Gegenkontakts (14) eine den elektrischen Kontakt (10) aufnehmende Gegenkontaktaufnahme (13) des Grundkörpers (9) nach dem Eindringen des Gegenkontakts (14) in die Gegenkontaktaufnahme (13) zum klemmenden Halten des Gegenkontakts (14) verkleinert wird.
Kontaktiervorrichtung (4) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Gegenkontakt (14) zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Kontakts (10) einer Energiebereitstellungseinrichtung (3), insbesondere einer Energiebereitstellungseinrichtung (3) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gegenkontakt (14) schwenkbeweglich an und/oder in einem kraftfahrzeugseitigen Vorrichtungsgehäuse (20) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkontakt (14) an einem Ausleger (21) angeordnet ist, der um eine Drehachse (22) drehbar und in axialer Richtung verlagerbar ist, wobei der Ausleger (21) in einer ersten Axialstellung in dem Vorrichtungsgehäuse (20) aufgenommen ist und in einer zweiten Axialstellung zur Kontaktierung des elektrischen Kontakts (10) durch den Gegenkontakt (14) außerhalb des Vorrichtungsgehäuses (20) vorliegt.
Elektrisches Energiebereitstellungssystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einer Energiebereitstellungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer Kontaktiervorrichtung (4) nach Anspruch 9.