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Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einem bodenseitigen Ladeanschluss und einem fahrzeugseitigen Ladeanschluss, wobei mit dem fahrzeugseitigen Ladestecker ein elektrischer Steckkontakt mit dem bodenseitigen Ladeanschluss herstellbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei mit einem fahrzeugseitigen Ladestecker ein Steckkontakt mit einem bodenseitigen Ladeanschluss einer Ladevorrichtung hergestellt wird.
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Die
DE 10 2011 114 321 A1 offenbart eine Steckereinrichtung, 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 an 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 nicht 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 an einer Ebene verschließbar ist.
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Die
DE 10 2011 082 092 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 derart beschaffen ist, dass die Buchse einen Einführtrichter oder mehrere Einführtrichter aufweist. Der Stecker weist einen Einführstift oder mehrere Einführstifte auf. Jeder Einführstift ist einem bestimmten Einführtrichter zugeordnet und Informationen zwischen der Ladestation und der Ladeelektrik sind bei der hergestellten Ladeverbindung austauschbar. Die Informationen zwischen der Ladestation und einem Fahrzeug sind bei nichthergestellter Ladeverbindungen austauschbar, und der Stecker und ein an den Stecker anschließender Verstärkungsabschnitt des Ladekabels sind durch einen von der Ladestation umfassten Führungsmechanismus in einer vorgegebenen Einrichtung in Form einer Koppelbewegung über eine maximal vorgegebene Koppellänge bewegbar. Der Stecker und ein an den Stecker anschließender Verstärkungsabschnitt des Ladekabels sind durch den von der Ladestation umfassten Führungsmechanismus entgegen der vorgegebenen Raumrichtung in Form einer Entkoppelbewegung über die Koppellänge bewegbar.
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Eine Herausforderung beim automatisierten Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs ist die Herstellung eines Steckkontakts, damit eine Energieübertragung über eine Kabelverbindung stattfinden kann. Hierbei stellen vor allem die Toleranzen der Fahrzeugpositionierung und der Vorgang des Positionierens der beiden Stecker zueinander ein Problem dar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchen bei einem automatisierten Ladevorgang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs große Positionstoleranzen des Fahrzeugs beim Positionieren an einer Ladestation ausgeglichen werden können.
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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 betreibbaren Fahrzeugs. Die Ladevorrichtung weist einen bodenseitigen Ladeanschluss du einen fahrzeugseitigen Ladestecker auf. Mit dem fahrzeugseitigen Ladestecker ist ein elektrischer Steckkontakt mit dem bodenseitigen Ladeanschluss herstellbar. Die Ladevorrichtung weist ein spiralförmiges Führungselement auf, welches um ein Spiralzentrum rotierbar ist und in dem Spiralzentrum weist das spiralförmige Führungselement den bodenseitigen Ladeanschluss auf. Mit einer Eingangsöffnung des Führungselements ist der fahrzeugseitige Ladestecker aufnehmbar und mit einer Antriebseinheit ist eine Rotationsbewegung des spiralförmigen Führungselements durchführbar, um den fahrzeugseitigen Ladestecker in Richtung des bodenseitigen Ladeanschlusses zu bewegen. Durch die vorgeschlagene Ladevorrichtung kann ein automatisierter Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs effizienter und verbessert durchgeführt werden. Durch das Aufnehmen des fahrzeugseitigen Ladesteckers durch das spiralförmig rotierende Führungselement ist keine exakte Positionierung des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs an einer Ladeposition vonnöten. Insbesondere kann dadurch eine erleichterte Positionierung des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs erreicht werden, sodass insbesondere der Nutzer des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs einen angenehmeren und leichteren Ladevorgang durchführen kann. Insbesondere kann dadurch ein automatisierter Ladevorgang des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs einfacher und unkomplizierter durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist, dass große Positionstoleranzen des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs beim Parken an der Ladevorrichtung ausgeglichen werden können und dass auch unterschiedliche Fahrzeugtypen des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs an derselben Ladevorrichtung geladen werden können. Dadurch ergibt sich eine umfänglichere Nutzungsmöglichkeit der vorgeschlagenen Ladevorrichtung.
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Insbesondere handelt es sich bei der Ladevorrichtung um eine Ladeinfrastruktur zum Durchführen eines konduktiven Ladevorgangs des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs. Insbesondere handelt es sich bei dem elektrisch betreibbaren Fahrzeug um ein Hybridfahrzeug oder um ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Das elektrisch betreibbare Fahrzeug weist den elektrischen Energiespeicher auf, welcher als Fahrzeugbatterie oder Traktionsbatterie ausgebildet sein kann. Die Ladevorrichtung kann beispielsweise kreisförmig an einen Boden eines Parkplatzes ausgebildet sein. Die Ladevorrichtung umfasst den bodenseitigen Ladeanschluss, welcher insbesondere als Ladedose beziehungsweise ein zum fahrzeugseitigen Ladestecker korrespondierender Anschluss ist. Der fahrzeugseitige Ladestecker ist insbesondere über ein Ladekabel am elektrisch betreibbaren Fahrzeug angebracht und kann insbesondere herabgelassen werden. Beispielsweise wird der fahrzeugseitige Ladestecker über ein Ladekabelreservoir am Fahrzeugunterboden in Richtung des bodenseitigen Ladeanschlusses herabgelassen.
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Dadurch kann insbesondere der elektrische Steckkontakt zwischen dem fahrzeugseitigen Ladestecker und dem bodenseitigen Ladeanschluss hergestellt werden. Insbesondere kann dadurch ein konduktiver Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs durchgeführt werden.
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Beispielsweise ist an einer kreisförmigen Platte der Ladevorrichtung das spiralförmige Führungselement ausgebildet. Insbesondere ist das spiralförmige Führungselement als spiralförmig angeordnete Führungswände ausgebildet. Im Zentrum des spiralförmigen Führungselements insbesondere im Spiralzentrum ist der bodenseitige Ladeanschluss ausgebildet wodurch durch Führung des herabgelassenen fahrzeugseitigen Ladesteckers durch das spiralförmige Führungselement der fahrzeugseitige Ladestecker zwischen den Führungswänden in Richtung des bodenseitigen Ladeanschlusses bewegt werden kann. Mithilfe der Antriebseinheit, welche beispielsweise als Elektromotor oder als elektromechanische Einheit ausgebildet ist, kann das spiralförmige Führungselement auf der kreisförmigen Platte spiralförmig rotiert werden. Durch die Rotation kann das Führungselement den fahrzeugseitigen Ladestecker, welcher durch die Eingangsöffnung aufgenommen wurde, in Richtung des Zentrums bewegen, wo der Steckkontakt mit dem bodenseitigen Ladeanschluss hergestellt werden kann. Insbesondere wird der aufgenommene fahrzeugseitige Ladestecker durch die spiralförmige Rotation um eine Rotationsrichtung zu dem bodenseitigen Ladeanschluss bewegt. Insbesondere folgt die Bewegung des fahrzeugseitigen Ladesteckers in einer spiralen Richtung beziehungsweise einer Schneckenlinienrichtung. Bei der Eingangsöffnung handelt es sich insbesondere um eine Aufnahmeeinheit, welche so ausgebildet ist, dass der fahrzeugseitige Ladestecker aufnehmbar ist und nicht mehr nach außen gelangen kann. Erst nach Betätigung eines Mechanismus kann beispielsweise nach Beendigung des Ladevorgangs der fahrzeugseitige Ladeanschluss wieder aus dem Führungselement und durch die Eingangsöffnung wieder entfernt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei mit einem fahrzeugseitigen Ladestecker ein Steckkontakt mit einem bodenseitigen Ladeanschluss eine Ladevorrichtung hergestellt wird. Mit einem spiralförmigen Führungselement wird um das Führungselement um ein Spiralzentrum rotiert und der fahrzeugseitige Ladestecker wird mit dem spiralförmigen Führungselement erfasst, wobei der fahrzeugseitige Ladestecker in Richtung des bodenseitigen Ladeanschlusses bewegt wird. Das vorgeschlagene Verfahren wird mit einer Ladevorrichtung nach dem vorherigen Aspekt 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;
- 2 eine beispielhafte Darstellung einen mit einem Führungselement der Ladvorrichtung aus 1 geführten Ladestecker; und
- 3 eine weitere beispielhafte Darstellung des Führungselements aus 2, wobei der Ladestecker im Spiralzentrum des Führungselements an einem Ladeschanschluss anliegt.
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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 betreibbaren Fahrzeugs 3. Mit der Ladevorrichtung 1 kann insbesondere ein automatisierter Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers 2 des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 3 durchgeführt werden. Insbesondere kann ein automatisierter konduktiver Ladevorgang durchgeführt werden. Bei dem elektrischen Energiespeicher 2 handelt es sich beispielsweise um eine Traktionsbatterie oder um eine Fahrzeugbatterie.
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Die Ladevorrichtung 1 weist einen bodenseitigen Ladeanschluss 4 auf. Am elektrisch betreibbaren Fahrzeug 3 ist ein fahrzeugseitiger Ladestecker 5 angeordnet, wobei mit dem fahrzeugseitigen Ladestecker 5 ein elektrischer Steckkontakt mit dem bodenseitigen Ladeanschluss 4 hergestellt werden kann, um einen konduktiven Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers 2 durchzuführen. Beispielsweise kann die Ladevorrichtung 1 eine Ladeeinheit 6 aufweisen, mit welcher der konduktive Ladevorgang überwacht und gesteuert werden kann.
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Die Ladevorrichtung 1 weist insbesondere ein spiralförmiges Führungselement 7 auf, welches spiralförmig an einer kreisförmigen Bodenplatte an einem Boden des Parkbereiches 8 angeordnet ist. Bei dem Parkbereich 8 handelt es sich insbesondere um einen Parkplatz oder um einen Ladebereich. Das spiralförmige Führungselement 7 ist insbesondere eine spiralförmige Führungsstruktur, welche kreisförmig spiralförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist das spiralförmige Führungselement 7 in Form einer Spirale, Schraube oder in Schneckenlinien ausgebildet. Im Zentrum des spiralförmigen Führungselements 7 ist ein Spiralzentrum 9 ausgebildet, in dem insbesondere der bodenseitige Ladeanschluss 4 angeordnet ist. Insbesondere kann mithilfe einer Antriebseinheit 10 das spiralförmige Führungselement 7 um das Spiralzentrum 9 spiralförmig rotiert werden. Insbesondere erfolgt die spiralförmige Bewegung insbesondere in einer Rotationsbewegung 11. Mithilfe der durchgeführten Rotationsbewegung 11 mit der Antriebseinheit 10, welche beispielsweise einen Elektromotor oder eine mechanische Einheit zeigen kann, kann der fahrzeugseitige Ladestecker 5 in Richtung des bodenseitigen Ladeanschlusses 4 bewegt werden. Dabei wird insbesondere der fahrzeugseitige Ladeanschluss 5 durch eine Eingangsöffnung 12 in Richtung des Spiralzentrums 9 durch die Rotationsbewegung 11 befördert. Die Eingangsöffnung 12 befindet sich insbesondere am Anfang des spiralförmigen Führungselements 7 und ist insbesondere so ausgebildet, dass es den fahrzeugseitigen Ladestecker 5 aufnehmen kann und anschließend eng zulaufend ausgebildet ist. Dadurch kann dafür gesorgt werden, dass nach dem Aufnehmen des fahrzeugseitigen Ladesteckers 5 dieser in dem Führungselement 7 festgehalten bleibt und durch die Rotationsbewegung 11 an dem bodenseitigen Ladeanschluss 4 bewegt werden kann. Bei dem bodenseitigen Ladeanschluss 4 handelt es sich insbesondere um einen korrespondierenden Stecker beziehungsweise Stecksystem zum fahrzeugseitigen Ladestecker 5. Insbesondere wird der fahrzeugseitige Ladestecker 5 in Führungswänden des spiralförmigen Führungselements 7 in Richtung des Spiralzentrums 9 bewegt.
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Insbesondere ist das spiralförmige Führungselement 7 als umlaufendes spiralförmiges Führungswände ausgebildet, welche zum Boden des Parkbereichs 8 senkrecht nach oben gerichtet angeordnet sind.
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Insbesondere weist das spiralförmige Führungselement 7 ein spiralförmiges Abschlusselement 13 auf. Mit dem spiralförmigen Abschlusselement 13 ist insbesondere der fahrzeugseitige Ladestecker 5 in dem spiralförmigen Führungselement 7 haltbar. Insbesondere kann das Abschlusselement 13 an den zum Boden senkrecht stehenden Führungswänden des spiralförmigen Führungselements 7 oder als waagerechte Übersprünge ausgebildet sein. Dadurch kann der fahrzeugseitige Ladestecker 5 zuverlässig in Richtung des Spiralzentrums 9 geführt werden. Insbesondere ist das spiralförmige Abschlusselement 13 entlang der Eingangsöffnung 12 bis zum Spiralzentrum 9 ausgebildet, sodass der fahrzeugseitige Ladestecker 5 nicht aus dem spiralförmigen Führungselement 7 herausspringen kann. Beispielsweise kann das Spiralzentrum 9 in einem bestimmten Bereich kein spiralförmiges Abschlusselement 13 aufweisen. Dadurch kann nach Beendigungen des konduktiven Ladevorgangs des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 3 der fahrzeugseitige Ladestecker 5 wieder an den Fahrzeugunterboden des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 3 gezogen werden.
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Beispielsweise kann eine Breite 14 des spiralförmigen Führungselements 7 kleiner als eine vorgegebene Spurbreite 15 des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 3 sein, sodass das elektrisch betreibbare Fahrzeug 3 oberhalb des spiralförmigen Führungselements 7 positioniert werden kann. Insbesondere wird für den konduktiven Ladevorgang das elektrisch betreibbare Fahrzeug 3 auf dem Parkbereich 8 in einer Parkrichtung 16 an das spiralförmige Führungselement 7 gefahren bis der fahrzeugseitige Ladestecker 5 durch das spiralförmige Führungselement 7 eingefangen und in Richtung des bodenseitigen Ladeanschlusses 4 bewegt werden kann.
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Beispielsweise kann mit einem elektromagnetischen System der Ladevorrichtung 1 der fahrzeugseitige Ladestecker 5 an den bodenseitigen Ladeanschluss 4 gekoppelt werden. Insbesondere wird mithilfe einer elektromagnetischen Kraft der Steckkontakt zwischen dem fahrzeugseitigen Ladestecker und dem bodenseitigen Ladeanschluss 4 hergestellt. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird das elektromagnetische System wieder deaktiviert, sodass der fahrzeugseitige Ladestecker 5 wieder in Richtung des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 3 bewegt beziehungsweise gezogen werden kann.
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Beispielsweise kann die Rotationsbewegung 11 des spiralförmigen Führungselements 7 über eine Berührungserkennung des fahrzeugseitigen Ladesteckers 5 oder über ein Kommunikationssignal aktiviert werden. Das Kommunikationssignal kann beispielsweise von dem elektrisch betreibbaren Fahrzeug 3 an den bodenseitige Ladeanschluss 4 oder an die Antriebseinheit übersendet werden.
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In der 2 ist schematisch der Vorgang gezeigt, in dem der fahrzeugseitige Ladestecker 5 durch die spiralförmige Führungselemente 7 eingefangen und mithilfe der Rotationsbewegung 11 in Richtung des bodenseitigen Ladeanschlusses 4 bewegt wird. Durch die spiralförmige Rotation beziehungsweise die kreisförmige Spiralbewegung des spiralförmigen Führungselements 7 wird der fahrzeugseitige Ladestecker 5 durch die einzelnen Spiralbereiche beziehungsweise Spiralkreise hindurchbewegt.
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In der 3 ist der Vorgang gezeigt, in welchem der fahrzeugseitige Ladestecker 5 mithilfe der Rotationsbewegung 11 des spiralförmigen Führungselements 7 in das Spiralzentrum 9 bewegt wurde, um an den bodenseitigen Ladeanschluss 5 anliegt. Mithilfe des elektromagnetischen Systems wird nun der fahrzeugseitige Ladestecker 5 mit dem bodenseitigen Ladeanschluss 4 gekoppelt, sodass der konduktive automatisierte Ladevorgang des Energiespeichers 2 des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 3 durchgeführt werden kann. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird das elektromagnetische System deaktiviert und der fahrzeugseitige Ladestecker 5 kann mithilfe des an dem fahrzeugseitigen Ladestecker 5 angebrachten Ladekabel wieder an eine Verstaueinheit im Fahrzeugboden eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 3 gezogen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladevorrichtung
- 2
- elektrischer Energiespeicher
- 3
- elektrisch betreibbares Fahrzeug
- 4
- bodenseitiger Ladeanschluss
- 5
- fahrzeugseitiger Ladestecker
- 6
- Ladeeinheit
- 7
- spiralförmiges Führungselement
- 8
- Parkbereich
- 9
- Spiralzentrum
- 10
- Antriebseinheit
- 11
- Rotationsbewegung
- 12
- Eingangsöffnung
- 13
- Abschlusselement
- 14
- Breite
- 15
- Spurbreite
- 16
- Parkrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011114321 A1 [0002]
- DE 102011082092 A1 [0003]
