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Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer bodenseitigen Ladeeinheit, welche ein Ladekabel und ein am Ladekabel angeordneten Ladestecker aufweist, und einem fahrzeugseitigen Ladeanschluss, wobei mit dem Ladestecker ein elektrischer Steckkontakt mit dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss realisierbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei mit einem Ladestecker einer bodenseitigen Ladeeinheit ein Steckkontakt mit einem fahrzeugseitigen Ladeanschluss des elektrisch betriebenen Fahrzeugs hergestellt wird.
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Eine Herausforderung bei einem automatisierten Ladevorgang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs ist die Herstellung eines Steckkontaktes, damit eine Energieübertragung über eine Kabelverbindung stattfinden kann. Hierbei stellen vor allem die Toleranzen in der Fahrzeugpositionierung und der Vorgang der Kontaktierung des Steckers mit der Ladedose ein Problem dar.
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Die
DE 10 2011 114 321 A1 offenbart eine Steckereinrichtung, eine Steckeraufnahme und ein System zur elektrischen Kopplung eines Fahrzeugs mit einer Ladestation. Zur elektrischen Kopplung eines Fahrzeugs mit einer Ladestation wird eine ortsfeste Orientierungshilfe automatisch erfasst, welche in einer vorbestimmten räumlichen Beziehung zu einem Koppelelement der Ladestation steht. Das Fahrzeug wird automatisch in eine Position bezüglich der erfassten Orientierungshilfe bewegt, um ein Koppelelement des Fahrzeugs in eine vorgegebene Position relativ zu dem Koppelelement der Ladestation zu bringen. Das Koppelelement des Fahrzeugs wird mit dem Koppelelement der Ladestation elektrisch gekoppelt. Eine Steckereinrichtung zur elektrischen Kopplung eines Fahrzeugs mit einer Ladestation umfasst einen Stecker und eine Ausfahrvorrichtung zum Ausfahren des Steckers. Die Ausfahrvorrichtung ist ausgestaltet, um den Stecker in eine Richtung entlang einer Mittelachse des Steckers mit einer Abweichung von mehr als 5 Grad zu dieser Mittelachse auszufahren. Eine Steckeraufnahme zur Kopplung einer elektrischen Ladestation mit einem Fahrzeug umfasst eine Basis, Federelemente und eine trichterförmige Führung. Dabei ist die Basis mittels der Federelemente mit der Führung verbunden, sodass die Führung in eine Ebene verschiebbar ist.
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Die
DE 10 2011 083 092 A1 offenbart eine Ladevorrichtung zur automatisierten Herstellung und Trennung einer Ladeverbindung bei einem Plug-in-Fahrzeug, wobei die Ladevorrichtung das Plug-in-Fahrzeug, eine Ladeelektrik, eine Ladestation und ein Ladekabel zum Laden eines Energiespeichers des Fahrzeugs über eine kabelgebundene Ladevorrichtung umfasst. Die Ladeelektrik umfasst eine Buchse sowie das Ladekabel einen Stecker und die Ladevorrichtung ist derart beschaffen, dass die Buchse einen Einführtrichter oder mehrere Einführtrichter aufweist. Der Stecker weist einen Einführstift oder mehrere Einführstifte auf, wobei jeder Einführstift einem bestimmten Einführtrichter zugeordnet ist. Informationen zwischen den Ladestationen und der Ladeelektrik sind bei hergestellter Ladeverbindung austauschbar. Informationen zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug bei nicht hergestellter Ladeverbindung sind austauschbar. Der Stecker und ein an den Stecker anschließender Verstärkungsabschnitt des Ladekabels sind durch einen von der Ladestation umfassten Führungsmechanismus in einer vorgegebenen Raumrichtung in Form einer Koppelbewegung gegenüber einer maximal vorgegebenen Koppellänge bewegbar. Der Stecker und ein an den Stecker anschließender Verstärkungsabschnitt des Ladekabels sind durch einen von der Ladestation umfassten Führungsmechanismus entgegen der vorgegebenen Raumrichtung in Form einer Entkoppelbewegung über die Koppellänge bewegbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchen ein automatisierter Ladevorgang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs effizienter durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die Ladevorrichtung weist eine bodenseitige Ladeeinheit auf, welche ein Ladekabel und ein am Ladekabel angeordneten Ladestecker aufweist. Ebenso umfasst die Ladevorrichtung einen fahrzeugseitigen Ladeanschluss, wobei mit dem Ladestecker ein elektrischer Steckkontakt mit dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss realisierbar ist. Die Ladevorrichtung weist ein Führungssystem zum Anbringen an das elektrisch betriebene Fahrzeug und zum Bewegen des Ladesteckers an den fahrzeugseitigen Ladeanschluss auf. Ein Führungselement des Führungssystems ist ausgebildet, um das Bewegen des Ladesteckers durchzuführen. Dadurch kann insbesondere ein effizienter automatisierter Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs durchgeführt werden. Insbesondere kann mit dem Führungssystem ein einfacher und schneller Steckkontakt zwischen dem Ladestecker und dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss hergestellt werden. Insbesondere kann ohne große Positionierungssysteme das elektrisch betriebene Fahrzeug mit Hilfe des Führungssystems den Ladestecker aufnehmen und an den fahrzeugseitigen Ladeanschluss führen. Insbesondere ist mit Hilfe des Führungssystems keine exakte Positionierung des Fahrzeugs für den Ladevorgang notwendig. Das Fahrzeug kann in einem Bereich grob-positioniert werden, sodass auch bei Toleranzen und Abweichungen mit Hilfe des Führungssystems der Ladestecker aufnehmbar ist und zum fahrzeugseitigen Ladeanschluss bewegt werden kann. Insbesondere ist vorteilhaft, dass große Positionstoleranzen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs beim Parken an einer Ladeposition ausgeglichen werden können und kein aufwändiges und teures Positionierungssystem erforderlich ist. Dadurch kann ein automatisierter Ladevorgang des elektrisch betriebenen Fahrzeugs effizienter und insbesondere verbessert durchgeführt werden. Insbesondere kann mit der Ladevorrichtung ein automatisierter konduktiver Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers des elektrisch betriebenen Fahrzeugs autonom beziehungsweise automatisch durchgeführt werden.
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Bei der Ladevorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Ladeinfrastruktur welche für einen konduktiven Ladevorgang ausgebildet ist. Insbesondere kann mit der Ladevorrichtung eine Fahrzeugbatterie oder eine Traktionsbatterie als elektrischer Energiespeicher des elektrisch betriebenen Fahrzeugs geladen werden. Bei der bodenseitigen Ladeeinheit der Ladevorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Ladeeinheit zum Durchführen des konduktiven Ladevorgangs. Beispielsweise kann es sich bei der bodenseitigen Ladeeinheit um eine Aufnahmeeinheit handeln, welche das Ladekabel und den am Ladekabel angeordneten Ladestecker aufweist. Insbesondere ist die bodenseitige Ladeeinheit an einer Parkfläche beziehungsweise an einer Ladeposition an einem Parkplatz positioniert. Das Ladekabel ist insbesondere an der bodenseitigen Ladeeinheit flexibel und ausziehbar angeordnet. Am Ende des Ladekabels ist der Ladestecker angeordnet, welcher insbesondere als korrespondierendes Gegenstück zum fahrzeugseitigen Ladeanschluss ausgebildet ist. Der fahrzeugseitige Ladeanschluss kann insbesondere als Ladedose am elektrisch betriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Beispielsweise kann das Führungssystem an einem Fahrzeugunterboden des elektrisch betriebenen Fahrzeugs angebracht werden. Bei dem Führungssystem handelt es sich insbesondere um ein System welches so angeordnet ist und so bewegt werden kann, dass der Ladestecker der bodenseitigen Ladeeinheit aufnehmbar ist und in Richtung des fahrzeugseitigen Ladeanschluss führbar ist. Insbesondere dient das Führungssystem zum Führen des Ladesteckers. Beispielsweise kann es sich bei dem Führungssystem um ein Auffangsystem oder um ein Greifsystem oder um ein Haltesystem für den Ladestecker handeln. Insbesondere kann das Führungssystem so ausgebildet sein, dass der fahrzeugseitige Ladeanschluss in einem führbaren Bewegungssystem angeordnet ist. Insbesondere kann das Führungssystem das Führungselement aufweisen, das Führungselement dient insbesondere zur exakten Führung des Ladeanschlusses in Richtung des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei mit einem Ladestecker einer bodenseitigen Ladeeinheit ein Steckkontakt mit einem fahrzeugseitigen Ladeanschluss des elektrisch betriebenen Fahrzeugs hergestellt wird. Mit einem Führungselement wird der Ladestecker aufgenommen und an den fahrzeugseitigen Ladeanschluss geführt. Das Verfahren wird mit einer Ladevorrichtung nach einem der vorher geschilderten Aspekte oder einer Weiterbildung davon durchgeführt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:
- 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
- 2a eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einem Führungselement in einer ersten Position;
- 2b eine schematische Ansicht eines Fahrzeugunterbodens mit dem Führungselement aus 2a in der ersten Position;
- 3a eine weitere schematische Seitenansicht des Fahrzeugs aus 2a mit dem Führungselement aus 2a in einer zweiten Position; und
- 3b eine weitere schematische Ansicht des Fahrzeugunterbodens aus 2b mit dem Führungselement aus 3a in der zweiten Position.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine beispielhafte Ladevorrichtung 1 zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 2 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3. Insbesondere handelt es sich bei der Ladevorrichtung 1 um eine Ladeinfrastruktur zum konduktiven Laden des elektrischen Energiespeichers 2, insbesondere einer Fahrzeugbatterie des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3. Die Ladevorrichtung weist eine bodenseitigen Ladeeinheit 4 auf, welche ein Ladekabel 5 und ein am Ladekabel 5 angeordneten Ladestecker 6 aufweist. Insbesondere ist die bodenseitige Ladeeinheit 4 an einem Parkplatz 7 oder an einer Ladeposition angeordnet. Insbesondere dient die Ladeeinheit 4 zum Aufnehmen und Verstauen des Ladekabels 5 und des Ladesteckers 6. Das Ladekabel 5 ist insbesondere flexibel und kann aus der Ladeeinheit 4 herausgezogen und wieder hineingezogen werden. Bei dem Ladestecker 6 handelt es sich insbesondere um einen Stecker. Das elektrisch betriebene Fahrzeug 3 weist insbesondere einen fahrzeugseitigen Ladeanschluss 8 auf. Insbesondere kann mit dem Ladestecker 6 ein elektrischer Steckkontakt mit dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss 8 realisiert werden. Insbesondere kann eine elektrische Kontaktierung mit dem Ladestecker 6 und dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss 8 hergestellt werden. Dadurch kann ein konduktiver automatisierter Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers 2 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 durchgeführt werden. Bei dem Ladeanschluss 8 handelt es sich beispielsweise um eine Ladedose. Der fahrzeugseitige Ladeanschluss 8 ist insbesondere an einer Unterseite des Fahrzeugunterbodens des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 angeordnet.
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Die Ladevorrichtung 1 weist insbesondere ein Führungssystem 9 auf. Das Führungssystem 9 ist insbesondere dazu ausgebildet, um am Fahrzeugunterboden des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 angebracht werden zu können und insbesondere den Ladestecker 9 aufzunehmen und zu dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss 8 zu bewegen. Mit Hilfe des Führungssystems 9 kann insbesondere der Ladestecker 6 bei einer Positionierung des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 am Parkplatz 7 aufgenommen werden und so geführt werden, dass sich der Ladestecker 6 in Richtung des fahrzeugseitigen Ladeanschluss 8 bewegt. Dadurch kann der automatisierte konduktive Ladevorgang des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 durchgeführt werden. Das Führungssystem 9 weist insbesondere ein Führungselement 10 auf. Mit Hilfe des Führungselements 10 kann insbesondere der Ladestecker 6 aufgenommen und an die Position des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 bewegt werden.
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Insbesondere kann das Führungselement 10 des Führungssystems 9 in einer ersten Position vollständig in einer Verstauposition verstaut werden und in einer zweiten Position zumindest teilweise aus der Verstauposition herausragen, wobei in der zweiten Position des Führungselements 10 der Ladestecker 6 durch das Führungselement 10 aufgenommen werden kann.
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Insbesondere weist die Ladevorrichtung 1 eine Distanzhülse 11 an der bodenseitigen Ladeeinheit 4 auf. Mit der Distanzhülse 11 der bodenseitigen Ladeeinheit 4 kann der Ladestecker 6 an einer vorgegeben Vertikalposition positioniert werden, wobei eine ausgefahrene Länge der Distanzhülse 11 in Abhängigkeit von einer Bodenfreiheit des elektrisch betriebenen Fahrzeug 3 eingestellt werden kann. Insbesondere wird mit Hilfe der Distanzhülse 11 der Ladestecker 6 so an der vorgegeben Vertikalposition positioniert, dass das Führungselement 10 des Führungssystems 9 beim Vorbeifahren den Ladestecker 6 aufnehmen und in Richtung des fahrzeugseitigen Ladesteckers 6 bewegen kann. Insbesondere ist es wichtig, dass die Distanzhülse 11 an die Bodenfreiheit des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 angepasst wird. Insbesondere wird die Distanzhülse 11 soweit herausgefahren aus der bodenseitigen Ladeeinheit 4, dass die ausgefahrene Länge der Distanzhülse 11 den Abstand der Ladeeinheit 4 zu einer Unterkante des Fahrzeugunterbodens aufweist. Insbesondere muss die Distanzhülse 11 den Ladestecker 6 so positionieren, dass das Führungselement 10 den Ladestecker 6 aufnehmen kann. Insbesondere kann die Distanzhülse 6 so verändert werden, dass dies immer an den Fahrzeugtyp des geradezu ladenden elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 angepasst werden kann.
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Beispielsweise kann mit einem elektromagnetischen System 12 der Ladevorrichtung 1 der Ladestecker 6 an dem fahrzeugseitigen Ladeanschluss 8 gekoppelt werden. Insbesondere kann mit dem Führungselement 10 der Ladestecker 6 aufgenommen werden und in Richtung des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 bewegt werden. Sobald der Ladestecker 6 an der Position des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 ist, kann mit Hilfe des elektromagnetischen Systems 12 eine wieder lösbare feste Verbindung des Ladesteckers 6 und des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 hergestellt werden. Nach Beendigung insbesondere des konduktiven Ladevorgangs wird mit Hilfe des elektromagnetischen Systems 12 die Verbindung des Ladesteckers 6 und des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 wieder gelöst.
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Beispielsweise kann mit einer Befestigungseinheit 13 das Führungssystem 9 insbesondere an dem Fahrzeugunterboden des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 befestigt werden.
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Beispielsweise kann das Führungselement 10 des Führungssystems 9 v-förmig ausgebildet sein, wobei sich der fahrzeugseitige Ladeanschluss 8 in der zweiten Position des Führungselements 10 in einem Scheitelpunkt des v-förmigen Führungselements 10 befindet. Insbesondere ist das Führungselement 10 so ausgebildet, dass es den Ladestecker 6 aufnehmen und insbesondere unabhängig von der Lage des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 an dem Führungselement 10 in Richtung des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 bewegen kann. Beispielsweise kann das Führungselement 10 als v-förmige Frontlippe am Fahrzeugunterboden ausfahrbar angeordnet werden. Insbesondere befindet sich zentral in dem Scheitelpunkt des Führungselements 10 nach unten gerichtet der fahrzeugseitige Ladeanschluss 8, sodass der Steckkontakt mit dem Ladestecker 6 hergestellt werden kann. Insbesondere kann das Führungselement 10 jede beliebige geometrische Form annehmen. Insbesondere kann das Führungselement 10 als Blech oder als Aluminiumelement ausgebildet sein.
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Die 2a zeigt eine beispielhafte Seitenansicht des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 mit dem Führungselement 10 in der ersten Position. Dabei befindet sich das Führungselement 10 beispielsweise unterhalb der Frontschürze des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3. Das Führungselement 10 ist insbesondere so am Führungssystem 9 angeordnet, dass es sich parallel zum Fahrzeugunterboden des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 ausfahren lässt. Insbesondere ist das Führungselement 10 so ausgebildet, dass es hin und her bewegt werden kann. Insbesondere kann das Führungselement 10 in Richtung einer Bewegungsrichtung BR ausgefahren werden. Die Bewegungsrichtung BR ist gleichgerichtet mit einer Fahrtrichtung des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3.
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Die 2b zeigt eine schematische Draufsicht des Fahrzeugunterbodens des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3. Hier ist das Führungselement 10 in der ersten Position vollständig in einer Verstauposition verstaut. Dabei befindet sich das Führungselement 10 vollständig verdeckt unterhalb des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3. Insbesondere ist hier die v-förmige Form des Führungselements 10 dargestellt. Das Führungselement 10 weist den Scheitelpunkt auf. In diesem Beispiel ist dieser beispielhaft der Mittelpunkt in dem gebogenen v-förmigen Führungselement 10.
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In der 3a ist eine weitere beispielhafte Seitenansicht des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 dargestellt. In diesem Fall befindet sich das Führungselement 10 in der zweiten Position. In der zweiten Position ragt das Führungselement 10 insbesondere teilweise oder vollständig aus der Verstauposition heraus. Insbesondere ragt das Führungselement 10 soweit heraus, dass es vor der Fahrzeugfront des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 herausragt. Insbesondere muss beziehungsweise soll das Führungselement 10 soweit herausragen, dass der Ladestecker 6 aufgenommen werden kann und an den fahrzeugseitigen Ladeanschluss 8 gelegt werden kann.
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Die 3b zeigt eine beispielhafte Ansicht des Fahrzeugunterbodens des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3. Hier ist ebenfalls das Führungselement 10 an der zweiten Position dargestellt. Hierbei ist die v-förmige Gestaltung des Führungselements 10 in der zweiten Position zu sehen. Dabei befindet sich der fahrzeugseitige Ladeanschluss 8 im Scheitelpunkt des v-förmigen Führungselements 10. In diesem Beispiel befindet sich der fahrzeugseitige Ladeanschluss 8 in der Mitte beziehungsweise im Zentrum des Führungselements 10. Dadurch kann durch Bewegung des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 3 und des ausgefahrenen Führungselements 10 der Ladestecker 6 in Richtung des fahrzeugseitigen Ladeanschlusses 8 bewegt werden. Insbesondere ragen jeweils die Enden des Führungselements 10 aus der Verstauposition heraus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladevorrichtung
- 2
- elektrischer Energiespeicher
- 3
- elektrische betriebenes Fahrzeug
- 4
- bodenseitige Ladeeinheit
- 5
- Ladekabel
- 6
- Ladestecker
- 7
- Parkplatz
- 8
- fahrzeugseitiger Ladeanschluss
- 9
- Führungssystem
- 10
- Führungselement
- 11
- Distanzhülse
- 12
- elektromagnetisches System
- 13
- Befestigungseinheit
- BR
- Bewegungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011114321 A1 [0003]
- DE 102011083092 A1 [0004]
