DE102019130820A1

DE102019130820A1 - Verfahren und ein System zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102019130820A1
Application number: DE102019130820.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Eck; Frank Tilgner; Stephan Pühler
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2021094618A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs (2), umfassend das Bereitstellen einer im Unterboden (20) des Elektrofahrzeugs (2) angebrachten Fahrzeugeinheit (1) mit einem Ladeanschluss (11), das Bereitstellen einer Bodeneinheit (3) mit einem Kontaktierungsarm (30), an dessen freiem Ende ein Kontaktierungselement (31) angeordnet ist, welches mit dem Ladeanschluss (11) der Fahrzeugeinheit (1) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist, das Bewegen des Kontaktierungsarmes (30) derart, dass das Kontaktierungselement (31) an den Ladeanschluss (11) angenähert wird, wobei das Bewegen des Kontaktierungsarmes (30) mittels Steuerbefehlen, welche auf Sensordaten einer fahrzeugeinheitseiteigen Sensoreinheit (10) zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit (3) relativ zur Fahrzeugeinheit (1) basieren, erfolgt; sowie ein entsprechendes System (4), eine Fahrzeugeinheit (1) und eine Bodeneinheit (3) zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs (2).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, sowie eine entsprechende Fahrzeugeinheit zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs und eine entsprechende Bodeneinheit zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs.
Stand der Technik
Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb werden immer populärer, da sie als umweltfreundliche Alternative zu Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor gelten und gleichzeitig zur Senkung des C02 Ausstoßes der jeweiligen Fahrzeugflotten beitragen.
Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb sind beispielsweise als Fahrzeuge mit reinem Elektroantrieb bekannt, bei welchen die für den Fahrbetrieb benötigte Energie ausschließlich in einer Traktionsbatterie gespeichert ist. Weiterhin sind Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb bekannt, welche sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor zum Antrieb aufweisen. Diese Kraftfahrzeuge werden auch als Hybrid Fahrzeuge bezeichnet. Die zum Antrieb des Elektromotors benötigte Energie wird bei Hybrid Fahrzeugen ebenfalls in einer Traktionsbatterie gespeichert. Lässt sich diese Traktionsbatterie extern laden, beispielsweise durch Anschluss an eine mit dem allgemeinen Stromnetz in Verbindung stehende Ladevorrichtung, so werden diese Kraftfahrzeuge als Plug-In-Hybrid Fahrzeuge bezeichnet.
Zum Laden von Traktionsbatterien bei Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb ist es bekannt, eine Kontaktierung des Kraftfahrzeugs mit einer Ladeeinrichtung, beispielsweise einer Wallbox, herzustellen, indem durch einen Benutzer ein Ladekabel von der Wallbox zum Kraftfahrzeug geführt wird, um dort in eine entsprechende Buchse eingesteckt zu werden. Auf diese Weise kann eine sichere Verbindung zwischen der Wallbox und dem Kraftfahrzeug so hergestellt werden, dass eine Ladung einfach möglich ist.
Das Bereitstellen einer solchen Wallbox in Kombination mit einem Kabel ist hingegen wenig platzsparend, da sich von der Wallbox, die in einem Wandbereich beispielsweise in einer Garage vorgesehen sein kann, das Ladekabel zum Kraftfahrzeug hin erstreckt und auf diese Weise den Durchgang blockieren oder zumindest eine Gefahrenstelle oder Stolperfalle ausbilden kann. Weiterhin wird der manuelle Prozess des Einsteckens des Ladekabels in das Kraftfahrzeug von manchen Benutzern als lästig empfunden. Dies kann dazu führen, dass das Verbinden des Kraftfahrzeuges zum Laden vergessen wird oder es gar vergessen wird, dass das Kraftfahrzeug noch mit dem Ladekabel an der Wallbox hängt, bevor losgefahren wird. Zwar verhindern üblicherweise Losfahrsperren einen mechanischen Schaden, der Benutzer muss jedoch wieder aus dem Kraftfahrzeug aussteigen, um das Ladekabel vom Fahrzeug zu lösen.
Wird vergessen, das Fahrzeug mit der Wallbox zu verbinden, kann dies bedeuten, dass eine Ladung der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs nicht stattfindet und beim nächsten Starten die Traktionsbatterie möglicherweise nicht ausreichend geladen ist. Entsprechend gibt es Bestrebungen, die Kontaktierung zum Laden des Kraftfahrzeuges ausgehend von einer Ladevorrichtung zu automatisieren. Hierzu gibt es unterschiedliche Konzepte, wobei beispielsweise wandgebundene automatische Kontaktierungsvorrichtungen vorgeschlagen wurden, welche ein Ladekabel, welches vormals von einem Benutzer händisch in die Buchse am Kraftfahrzeug eingeführt wurde, nun automatisch/mechanisch eingesteckt werden. Aus der DE 10 2014 226 357 A1 ist es bekannt, eine Wallbox mit einem verfahrbaren Laderoboter über ein Kabel zu verbinden, wobei der Laderoboter durch Verfahren seiner Position einen an dem Laderoboter angebrachten Kontaktkopf in eine Ladebuchse eines parkenden Fahrzeugs bewegen kann.
Weiterhin sind Kontaktierungsvorrichtungen bekannt, welche am Boden eines Stellplatzes angeordnet sind. Bei diesen Kontaktierungsvorrichtungen fährt ein Kraftfahrzeug über die jeweilige Ladevorrichtung bzw. Bodeneinheit und dann findet automatisch eine Kontaktierung des Kraftfahrzeugs über eine entsprechende Hubvorrichtung von unten her statt. Dazu sind unterschiedliche Hubvorrichtungen bekannt, mittels welchen ein Stecker von unten in eine Buchse, die im Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, eingeführt werden kann.
In der DE102018205594A1 wird eine automatische Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug offenbart, wobei eine im Unterboden des Fahrzeugs angeordnete Kontaktierungseinheit mittels eines verfahrbaren Arms kontaktierbar ist. Die Kontakte der Kontaktierungseinheit sind dabei mit einer linear verlagerbaren Abdeckung geschützt. Die Kontaktierung erfolgt in einer Ebene senkrecht zum Unterboden des Elektrofahrzeugs. Bei derartigen Ladevorrichtungen ist es zwingend erforderlich, dass die Fahrzeugeinheit mit dem Ladekontakt in Bezug auf die Bodeneinheit korrekt positioniert ist, da ansonsten ein Koppeln des Kontaktierungselements der Bodeneinheit und dem Ladeanschluss der Fahrzeugeinheit nicht möglich ist. Um das vorgenannte zu gewährleisten, sind Verfahren bekannt, mittels welchen ein Elektrofahrzeug in Bezug auf eine im Boden befindliche Ladestation positioniert werden kann. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise der EP 3 552 861 A1 zu entnehmen.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, eine entsprechende Fahrzeugeinheit und Bodeneinheit, sowie ein entsprechendes System bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, umfassend das Bereitstellen einer im Unterboden des Elektrofahrzeugs angebrachten Fahrzeugeinheit mit einem Ladeanschluss, das Bereitstellen einer Bodeneinheit mit einem Kontaktierungsarm, an dessen freiem Ende ein Kontaktierungselement angeordnet ist, welches mit dem Ladeanschluss der Fahrzeugeinheit zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist, und das Bewegen des Kontaktierungsarmes derart, dass das Kontaktierungselement an den Ladeanschluss angenähert wird. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass das Bewegen des Kontaktierungsarmes mittels Steuerbefehlen, welche im Wesentlichen auf Sensordaten einer fahrzeugeinheitseitigen Sensoreinheit zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit relativ zur Fahrzeugeinheit basieren, erfolgt.
Dadurch, dass das Bewegen des Kontaktierungsarmes mittels Steuerbefehlen, welche im Wesentlichen auf Sensordaten einer fahrzeugeinheitseitigen Sensoreinheit zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit relativ zur Fahrzeugeinheit basieren, erfolgt, ist es nicht mehr erforderlich, dass die Fahrzeugeinheit in Bezug auf die Bodeneinheit in einer festen, vorgegebenen Position zu verbringen ist, bevor eine erfolgreiche Verbindung zwischen Ladeanschluss und Kontaktierungselement möglich ist. Die Fahrzeugeinheit kann mittels der Sensoreinheit bzw. der durch diese generierten Sensordaten erkennen, wo sich der Kontaktierungsarm und insbesondere das Kontaktierungselement relativ zum Ladeanschluss befinden. Dementsprechend können die Bewegungen des Kontaktierungsarms bzw. des Kontaktierungselements bezogen auf die Fahrzeugeinheit bzw. den Ladeanschluss als Bezugspunkt gesteuert werden. Dies erlaubt eine genaue Ansteuerung bzw. Annäherung des Kontaktierungselements an den Ladeanschluss, auch ohne dass die Fahrzeugeinheit in einer ansonsten erforderlichen festen, vorgegebenen Position relativ zur Bodeneinheit positioniert ist.
Ferner kann die Bodeneinheit einfacher aufgebaut sein, da diese keine Sensoren zum Erkennen der Fahrzeugeinheit bzw. der Position des Ladeanschlusses benötigt. Eine derartige, andernfalls notwendige Sensorik müsste entsprechend hochauflösend ausgebildet sein, da die Fahrzeugeinheit üblicherweise in den Unterboden des Elektrofahrzeugs integriert ist, sodass eine Erkennung der Fahrzeugeinheit nur mittels komplizierter und hochauflösender Sensorik fehlerfrei möglich ist. Entsprechend ist durch die vorliegende Lösung auch der Aufwand, welcher notwendig ist, um eine Position der Fahrzeugeinheit relativ zur Bodeneinheit und insbesondere relativ zum Kontaktierungselement zu bestimmen, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren reduziert.
Es ist weiterhin durch die vorliegende Lösung nicht erforderlich, die Bodeneinheit im Boden besonders genau zu positionieren und auszurichten, da der Referenzpunkt bzw. Bezugspunkt der Bewegung des Kontaktierungsarmes und insbesondere des Kontaktierungselements nicht auf die Position der Bodeneinheit, sondern auf die Position des Ladeanschlusses bezogen ist.
Unter einer „Bodeneinheit“ wird insbesondere eine ortsfest am Boden fixierte Einheit verstanden. Mit anderen Worten ist die Bodeneinheit in einer festen Position am Boden befestigt bzw. auf diesen aufgesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ermittelt die Sensoreinheit während des Bewegens des Kontaktierungsarmes mittels der Sensordaten die Position, bevorzugt die Position und die Ausrichtung, des Kontaktierungselements relativ zum Ladeanschluss, bevorzugt kontinuierlich oder zyklisch, wobei bevorzugt die Steuerbefehle auf der via der Steuerdaten ermittelten Position und/oder Ausrichtung des Kontaktierungselements relativ zum Ladeanschluss basieren. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Position des Kontaktierungselements und bevorzugt ebenso dessen Ausrichtung stets bekannt ist bzw. genau ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Steuerbefehle in der Fahrzeugeinheit erzeugt und anschließend an die Bodenstation übermittelt. Dadurch kann die Bodeneinheit besonders einfach aufgebaut sein, da diese keine Vorrichtung zum Erzeugen der Steuerbefehle basierend auf den Sensordaten benötigt. Zudem kann dadurch die Gefahr von fehlerhaften Bewegungen des Kontaktierungsarmes, welche auf falsch generierten Steuerbefehlen basiert, vermindert oder gar gänzlich reduziert werden, da sowohl die Generierung der Sensordaten als auch die Erzeugung der Steuerbefehle basierend auf den Sensordaten in der Fahrzeugeinheit erfolgen. Hierdurch kann ausgeschlossen sein, dass die Sensordaten durch ein in Bezug auf die Fahrzeugeinheit externes Umwandlungssystem der Bodeneinheit, welche die Sensordaten in Steuerbefehle umwandelt, falsch interpretiert und/oder übersetzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Sensordaten an die Bodenstation übermittelt und die Steuerbefehle basierend auf den empfangenen Sensordaten in der Bodeneinheit erzeugt. Dies kann Vorteile hinsichtlich der Bewegungssteuerung des Kontaktierungsarmes ermöglichen.
Um die Sensordaten und/oder die Steuerbefehle von der Fahrzeugeinheit zur Bodeneinheit zu übermitteln, kann eine drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen einer Kommunikationseinheit der Fahrzeugeinheit und einer Kommunikationseinheit der Bodeneinheit aufgebaut werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die drahtlose Kommunikationsverbindung aufgebaut wird, wenn die Sensoreinheit ermittelt bzw. nachdem die Sensoreinheit ermittelt hat, dass die Position der Fahrzeugeinheit innerhalb einer Ladezone relativ zur Bodeneinheit angeordnet ist.
Bevorzugt erfolgt das Ausgeben der Steuerbefehle hierbei, wenn die Sensoreinheit ermittelt, dass die Position der Fahrzeugeinheit innerhalb der Ladezone relativ zur Bodeneinheit angeordnet ist.
Aus Versuchen konnte herausgefunden werden, dass die Kommunikationsverbindung bevorzugt auf, WLAN, WiFi , Bluetooth, ZigBee, oder NFC basiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verwendet die Sensoreinheit eine strahlungsbasierte Messmethode, bevorzugt eine auf elektromagnetischer Strahlung beziehungsweise elektromagnetischen Wellen basierende Messmethode wie beispielsweise eine auf Radar oder Lidar basierende Messmethode. Als Messmethode kann auch eine auf Ultraschall oder anderen akustischen Wellen basierende Messmethode verwendet werden.
Die Messmethode kann auch auf einer sich aus dem jeweiligen drahtlosen Kommunikationsstandard ergebenden Abstands- oder Positionsmessung basieren, beispielsweise einer Triangulation oder Multilateration auf Grundlage unterschiedlicher Sende- und/oder Empfangseinheiten, bei welcher über bekannte Ausbreitungsmuster der jeweiligen Wellen des Kommunikationsstandards eine Positionsbestimmung ermöglicht wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinheit eine optische Messmethode verwenden, wobei bevorzugt zumindest ein Positionsmarker an der Bodenstation angeordnet ist, durch welchen eine Ermittlung der Position der Bodenstation erleichtert sein kann. Die optische Messmethode kann beispielsweise auf einer Auswertung eines Kamerasignals basieren oder anderen bildgebenden Verfahren.
Die Sensoreinheit kann zusätzlich oder alternativ auch eine Magnetfeld-basierte Messmethode verwenden, welche bevorzugt auf dem Hall-Effekt und/oder Induktion beruht.
Um ein besonders exaktes Positionieren des Kontaktierungselements relativ zum Ladeanschluss zu erzielen, kann optional eine Kombination der vorgenannten Messmethoden vorteilhaft sein. So kann zum groben Bewegen des Kontaktierungsarmes und des Kontaktierungselements in die unmittelbare Nähe des Ladeanschlusses beispielsweise eine erste Messmethode, bevorzugt in Form einer auf Strahlung, bevorzugt elektromagnetischer Strahlung bzw. elektromagnetischen Wellen, basierenden Messmethode, besonders bevorzugt Radar, Anwendung finden, und für die präzise Annäherung des Kontaktierungselements an die Fahrzeugeinheit und insbesondere den Ladeanschluss eine zweite Messmethode, beispielsweise basierend auf einem Hall-Sensor, alternativ oder zusätzlich zur ersten Methode verwendet werden. So kann zum einen ein relativ einfaches und schnelles Positionieren des Kontaktierungselements von einer Ruheposition, bei welcher der Kontaktierungsarm in einem nicht ausgefallenen Zustand vorliegt, in eine Näherungsposition in die unmittelbare Nähe der Fahrzeugeinheit bewegt werden, und anschließend ein präzises Annähern des Kontaktierungselements an die Fahrzeugeinheit und insbesondere an den Ladeanschluss erfolgen.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Fahrzeugeinheit zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Entsprechend wird eine Fahrzeugeinheit zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, umfassend einen Ladeanschluss zum Laden der Batterie und eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit einer Kommunikationseinheit einer Ladeenergie bereitstellenden Bodenstation. Die Fahrzeugeinheit kennzeichnet sich dadurch, dass eine Sensoreinheit zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit relativ zur Fahrzeugeinheit vorgesehen ist, und die Fahrzeugeinheit dazu eingerichtet ist, durch die Sensoreinheit ermittelte Sensordaten und/oder Steuerbefehle, welche auf den Sensordaten der Sensoreinheit basieren, mittels der Kommunikationseinheit an die Bodeneinheit zu kommunizieren.
Dadurch, dass die Fahrzeugeinheit dazu eingerichtet ist, durch die Sensoreinheit ermittelte Sensordaten und/oder Steuerbefehle, welche auf den Sensordaten der Sensoreinheit basieren, mittels der Kommunikationseinheit an die Bodeneinheit zu kommunizieren, können die hinsichtlich des Verfahrens beschriebenen Vorteile und Wirkungen in analoger Weise auch durch die Fahrzeugeinheit erzielt werden.
Bevorzugt ist die Fahrzeugeinheit im Unterboden des Elektrofahrzeugs angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoreinheit eingerichtet, eine Position und eine Ausrichtung eines Kontaktierungselements der Bodenstation relativ zum Ladeanschluss zu ermitteln, bevorzugt kontinuierlich oder zyklisch zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Fahrzeugeinheit eine Steuereinheit auf, welche eingerichtet ist, die Steuerbefehle basierend auf den die Position der Bodeneinheit relativ zur Fahrzeugeinheit, bevorzugt der Position und der Ausrichtung des Kontaktierungselements, relativ zum Ladeanschluss entsprechenden Sensordaten zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kommunikationseinheit ausgebildet, eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu einer Kommunikationseinheit der Bodeneinheit auszubilden, wobei die drahtlose Kommunikationsverbindung bevorzugt ausgebildet wird, wenn entsprechend der Sensordaten die Fahrzeugeinheit als innerhalb einer Ladezone relativ zur Bodeneinheit positioniert erkannt ist. Mit anderen Worten kann die Kommunikationseinheit ausgebildet sein, die Kommunikationsverbindung aufzubauen, nachdem beispielsweise durch die Sensoreinheit ermittelt wurde, dass die Position der Fahrzeugeinheit innerhalb einer Ladezone relativ zur Bodeneinheit angeordnet ist. Bevorzugt sendet die Kommunikationseinheit der Fahrzeugeinheit hierzu eine entsprechende Anfrage an die Kommunikationseinheit der Bodeneinheit.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Steuerbefehle zu generieren und/oder auszugeben, wenn entsprechend der Sensordaten die als Fahrzeugeinheit innerhalb einer Ladezone relativ zur Bodeneinheit positioniert erkannt ist.
Die Kommunikationsverbindung basiert bevorzugt auf WLAN, WiFi , Bluetooth, ZigBee, oder NFC.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoreinheit zur Verwendung einer strahlungsbasierten Messmethode ausgebildet bevorzugt eine auf elektromagnetischer Strahlung bzw. elektromagnetischen Wellen basierende Messmethode, bevorzugt basierend auf Radar oder Lidar. Die Sensoreinheit kann auch eine akustische Messmethod, beispielsweise basierend auf Ultraschall oder einer anderen akustischen Welle, verwenden.
Alternativ oder zusätzlich ist die Sensoreinheit zur Verwendung einer optischen Messmethode ausgebildet, wobei bevorzugt zumindest ein an der Bodenstation angeordneter Positionsmarker mittels der optischen Messmethode erkennbar ist.
Die Sensoreinheit kann zusätzlich oder alternativ zur Verwendung einer Magnetfeld-basierten Messmethode ausgebildet sein, bevorzugt basierend auf dem Hall-Effekt und/oder Induktion.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Bodeneinheit zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Entsprechend wird eine Bodeneinheit zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, umfassend ein an einem bewegbaren Kontaktierungsarm angebrachtes Kontaktierungselement und eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit einer Kommunikationseinheit einer Fahrzeugeinheit, wobei das Kontaktierungselement mit einem Ladeanschluss der Fahrzeugeinheit zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist. Die Bodeneinheit kennzeichnet sich dadurch, dass eine Steuervorrichtung zum Bewegen des Kontaktierungsarms vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, den Kontaktierungsarm mittels Steuerbefehlen, welche auf Sensordaten einer fahrzeugeinheitseiteigen Sensoreinheit zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit relativ zur Fahrzeugeinheit basieren, zu steuern.
Dadurch, dass eine Steuervorrichtung zum Bewegen des Kontaktierungsarms vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, den Kontaktierungsarm mittels Steuerbefehlen, welche auf Sensordaten einer fahrzeugeinheitseiteigen Sensoreinheit zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit relativ zur Fahrzeugeinheit basieren, zu steuern, können die hinsichtlich des Verfahrens und der Fahrzeugeinheit beschriebenen Vorteile und Wirkungen in analoger Weise auch durch die Bodeneinheit erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung eingerichtet, den Kontaktierungsarm und/oder das Kontaktierungselement mittels via der Kommunikationseinheit empfangenen, in der Fahrzeugeinheit erzeugten Steuerbefehlen zu steuern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Steuerbefehle basierend auf via der Kommunikationseinheit von der Fahrzeugeinheit empfangenen Sensordaten zu generieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kommunikationseinheit ausgebildet, eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu einer Kommunikationseinheit der Fahrzeugeinheit auszubilden, wobei die Kommunikationsverbindung bevorzugt auf WLAN, WiFi, Bluetooth, ZigBee, oder NFC basiert.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein System zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Entsprechend wird ein System zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, umfassend eine Bodenstation gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen und eine Fahrzeugeinheit gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen.
Mithin ist das System dazu eingerichtet, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Entsprechend können die hinsichtlich des Verfahrens, der Fahrzeugeinheit und der Bodeneinheit genannten Vorteile und Wirkungen in analoger Weise durch das System erzielt werden.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch ein System zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs;
2 schematisch eine Seitenansicht eines weiteren Systems zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs;
3 schematisch eine weitere Seitenansicht des Systems aus 2; und
4 schematisch eine Draufsicht eines Parkplatzes mit einer Mehrzahl von Stellplätzen mit einer Bodeneinheit, auf welchen jeweils ein eine Fahrzeugeinheit aufweisendes Elektrofahrzeug abgestellt ist.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 ist schematisch ein System 4 zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs gezeigt. Das System 4 umfasst eine Bodenstation 3, welche am Boden eines Stellplatzes fest anzubringen ist, und eine Fahrzeugeinheit 1, welche in einen Unterboden eines Elektrofahrzeugs zu integrieren ist. Die Fahrzeugeinheit 1 umfasst einen hier nicht gezeigten Ladeanschluss zum Laden der Batterie des Elektrofahrzeugs, eine Sensoreinheit 10 zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit 3 relativ zur Fahrzeugeinheit 1, und eine Steuereinheit 13, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf mittels der Sensoreinheit 10 ermittelten bzw. generierten Sensordaten Steuerbefehle zum Steuern der Bewegung eines hier nicht gezeigten Kontaktierungsarmes der Bodeneinheit 3 zu erzeugen. Die Fahrzeugeinheit 1 umfasst ferner eine Kommunikationseinheit 12, welche dazu eingerichtet ist, mit einer Kommunikationseinheit 33 eine drahtlose Kommunikationsverbindung 8 aufzubauen.
Die Bodeneinheit 3 umfasst eine Steuervorrichtung 32 zum Steuern des Kontaktierungsarmes der Bodeneinheit, wobei die Steuervorrichtung 32 eingerichtet ist, basierend auf den mittels der Kommunikationseinheit 33 von der Fahrzeugeinheit 1 erhaltenen Steuerbefehlen den Kontaktierungsarm zu steuern.
Alternativ kann die Fahrzeugeinheit 1 eingerichtet sein, die Sensordaten mittels der Kommunikationseinheit 12 an die Bodeneinheit 3 übermitteln, wobei die Steuervorrichtung 32 der Bodeneinheit 3 dann dazu eingerichtet ist, die Steuerbefehle mittels der via der Kommunikationseinheit 33 von der Fahrzeugeinheit 1 erhaltenen Sensordaten zu generieren und mittels der Steuerbefehle den Kontaktierungsarm zu steuern.
2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Systems 4 zum Laden der Batterie eines Elektrofahrzeugs 2. Hier ist die Fahrzeugeinheit 1 in einem Unterboden 2 eines Elektrofahrzeugs 2 integriert. Das Elektrofahrzeug 2 befindet sich auf einem Stellplatz 5, auf dessen Boden 50 eine Bodeneinheit 3 befestigt ist.
Der Sensor 10 der Fahrzeugeinheit 1 weist einen Messbereich 101 auf, innerhalb dessen es dem Sensor 10 möglich ist, die Bodeneinheit 3 zu detektieren. Vorliegend ist der Sensor 10 als Radarsensor ausgebildet. Alternativ kann der Sensor auch eine andere Messmethode als eine radarbasierende verwenden, beispielsweise Lidar oder Ultraschall, eine optische Messmethode und/oder eine Magnetfeld-basierte Messmethode.
Die Bodeneinheit 3 weist eine Ladezone 34 auf, innerhalb welcher bzw. über welcher die Fahrzeugeinheit 1 bzw. deren Ladeanschluss 11 angeordnet sein muss, damit ein hier nicht gezeigtes Kontaktierungselement der Bodeneinheit 3 mit dem Ladeanschluss 11 zum Übertragen von elektrischen Strom in Eingriff gebracht werden kann.
3 zeigt das System 4 aus 2, wobei der Kontaktierungsarm 30 der Bodeneinheit 3 in einem ausgefahrenen Zustand gezeigt ist, in welchem das Kontaktierungselement 31 der Bodeneinheit 3 in unmittelbarer Nähe, jedoch noch beabstandet von dem Ladeanschluss 11 positioniert ist.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Laden der Batterie (nicht gezeigt) des Elektrofahrzeugs 2 gemäß den 2 und 3 beschrieben.
Mittels der Sensoreinheit 10 wird die Position der Bodeneinheit 3 relativ zur Fahrzeugeinheit 1 ermittelt. Die durch die Sensoreinheit 10 generierten Sensordaten werden zur Auswertung an die Steuereinheit 13 (siehe 1) transferiert.
Der Beginn der Positionsermittlung mittels der Sensoreinheit 10 kann automatisch ausgelöst werden, oder aufgrund eines manuellen Eingabebefehls erfolgen. Alternativ kann die Positionsermittlung durch die Sensoreinheit 10 dauerhaft erfolgen.
Beispielsweise kann die Fahrzeugeinheit 1 mit einer Fahrzeugsteuerung des Elektrofahrzeugs 2 verbunden sein und von der Fahrzeugsteuerung mit GPS Daten versorgt werden. Liegt die GPS Position des Elektrofahrzeugs 2 in einem bestimmten, vorgegebenen Bereich, so kann die Steuereinheit 13 die Sensoreinheit 10 aktivieren.
Wird aus den durch die Sensoreinheit 10 generierten Sensordaten ersichtlich, dass sich die Fahrzeugeinheit 1 relativ zur Bodeneinheit 3 in einem vorgegebenen Bereich befindet, welche der Ladezone 34 der Bodeneinheit 3 entspricht, so sendet die Kommunikationseinheit 12 eine Anfrage zum Aufbau einer drahtlosen Kommunikationsverbindung 8 mit der Kommunikationseinheit 33. Vorliegend ist die drahtlose Kommunikationsverbindung eine Bluetooth-Kommunikationsverbindung. Alternativ können auch andere Kommunikationsverbindungen, beispielsweise WiFi, ZigBee, NFC oder eine andere Kommunikationsverbindung, bevorzugt eine sogenannte drahtlose „Low Power“-Kommunikationsverbindung Anwendung finden.
Alternativ kann die die drahtlose Kommunikationsverbindung 8 auch bereits zum Anmelden an eine bestimmte Station, um Betriebszustände zu erkennen, oder auch um Positionen auszutauschen, beispielsweise basierend auf einem Triangulations- oder Mulitlaterationsverfahren, vorzugsweise unter Miteinbeziehen mehrerer WiFi-Transmitter bzw. WiFi-Transceiver.
Der vorgegebene Bereich kann derart ausgelegt sein, dass das Eintreten der Fahrzeugeinheit 1 in den vorgegebenen Bereich indikativ ist für einen Einparkvorgang des Elektrofahrzeugs 2 in den die Bodeneinheit 3 aufweisenden Stellplatz 5. Alternativ kann die drahtlose Kommunikationsverbindung 8 auch bereits vor dem Beginn des Einparkvorgangs beginnen, insbesondere, wenn ein Anmelden an eine Station und/oder ein Positionsaustausch erfolgen soll.
Nachdem die drahtlose Kommunikationsverbindung 8 (siehe 1) aufgebaut ist, sendet die Fahrzeugeinheit 1 einen Initialbefehl zum Ausfahren des Kontaktierungsarmes 30 an die Bodeneinheit 3. Sobald die Sensoreinheit 10 das Kontaktierungselement 31 der Bodeneinheit 3 detektiert, werden die in der Steuereinheit 13 generierten Steuerbefehle basierend auf der Position des Kontaktierungselements 31 relativ zum Ladeanschluss 11 generiert. Basierend auf den Steuerbefehlen steuert die Steuervorrichtung 32 der Bodeneinheit 3 die Bewegungen des Kontaktierungsarms 30, so dass das Kontaktierungselement 31 dem Ladeanschluss 11 angenähert wird, bis der Ladeanschluss 11 und das Kontaktierungselement 31 einen mechanischen Eingriff miteinander eingehen und ein Ladestrom von der Bodeneinheit 3 über das Kontaktierungselement 31 an den Ladeanschluss übertragen werden kann. Da der Ladeanschluss 11 mit der Batterie des Elektrofahrzeugs 2 verbunden ist, kann so ein Laden der Batterie des Elektrofahrzeugs 2 erfolgen.
Alternativ kann das Laden der Batterie auch induktiv erfolgen, in dem das Kontaktierungselement 31 und der Ladeanschluss 11 Induktionsspulen aufweisen, wobei durch das Kontaktierungselement ein Magnetfeld generiert wird, welches in der Induktionsspule des Ladeanschluss 11 einen Stromfluss erzeugt, welcher wiederum zum Laden der Batterie genutzt werden kann.
4 zeigt einen Parkplatz mit einer Mehrzahl von Stellplätzen 5, 5', 5", welche jeweils eine Bodeneinheit 3 aufweisen. Mittels des Bezugszeichens 35 ist ein Verbindungskabel den Bodeneinheiten 3 zu einer hier nicht gezeigten Wallbox angedeutet, welche den Bodeneinheiten 3 jeweils den Ladestrom bereitstellt.
Mittels des Bezugszeichens 34 ist für jeden der Stellplätze 5, 5', 5" die jeweilige Ladezone angedeutet. Das auf dem Stellplatz 5 befindliche Elektrofahrzeug 2 entspricht vom Typ her dem Elektrofahrzeug 2', welches auf dem Stellplatz 5' abgestellt ist. Das Elektrofahrzeug 2" ist ein vom Typ des Elektrofahrzeugs 2 und 2' unterschiedlicher Fahrzeugtyp.
Zu erkennen ist, dass das Fahrzeug 2' in Bezug auf eine Längsrichtung des Stellplatzes 5' bzw. der Bodeneinheit 3 mit einem Winkel 21 bezogen auf die Gravitationsrichtung als Drehachse abgestellt ist. Entsprechend ist auch die Fahrzeugeinheit 1 des Fahrzeugs 2' mit dem Winkel 21 Bezug auf die Bodeneinheit 3 ausgerichtet. Durch das vorgeschriebene System 4 ist die genaue Ausrichtung des Fahrzeugs 2, 2', 2" und somit die genaue Ausrichtung der Fahrzeugeinheit 1 in Bezug auf die Bodeneinheit 3 nicht kritisch, da die Annäherung des Kontaktierungselements 31 (siehe 3) an die Fahrzeugeinheit 1 und insbesondere deren Ladeanschluss 11 basierend auf den Sensordaten der Sensoreinheit 10 erfolgen. Mithin ist der Bezugspunkt des Referenzsystems, welches der Steuerung der Bewegung des Kontaktierungsarmes 30 und mithin des Kontaktierungselements 31 fahrzeugeinheitsseitig. Entsprechend ist die Fahrzeugeinheit 1 lediglich in der bzw. auf der Ladezone 34 zu positionieren, um eine Kontaktierung des Ladeanschlusses 11 durch das Kontaktierungselement 31 zu ermöglichen, ungeachtet der Ausrichtung der Fahrzeugeinheit und des Fahrzeugtyps.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugeinheit
10: Sensoreinheit
101: Messfeld
11: Ladeanschluss
12: Kommunikationseinheit
13: Steuereinheit
2, 2', 2": Fahrzeug
20: Unterboden
21: Winkel
3: Bodeneinheit
30: Kontaktierungsarm
31: Kontaktierungselement
32: Steuervorrichtung
33: Kommunikationseinheit
34: Ladezone
35: Verbindungskabel
4: System
5, 5', 5": Stellplatz
50: Boden
8: Kommunikationsverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014226357 A1 [0006]
DE 102018205594 A1 [0008]
EP 3552861 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs (2), umfassend - Bereitstellen einer im Unterboden (20) des Elektrofahrzeugs (2) angebrachten Fahrzeugeinheit (1) mit einem Ladeanschluss (11), - Bereitstellen einer Bodeneinheit (3) mit einem Kontaktierungsarm (30), an dessen freiem Ende ein Kontaktierungselement (31) angeordnet ist, welches mit dem Ladeanschluss (11) der Fahrzeugeinheit (1) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist, - Bewegen des Kontaktierungsarmes (30) derart, dass das Kontaktierungselement (31) an den Ladeanschluss (11) angenähert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen des Kontaktierungsarmes (30) mittels Steuerbefehlen, welche auf Sensordaten einer fahrzeugeinheitseitigen Sensoreinheit (10) zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit (3) relativ zur Fahrzeugeinheit (1) basieren, erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) während des Bewegens des Kontaktierungsarmes (30) mittels der Sensordaten die Position, bevorzugt die Position und die Ausrichtung des Kontaktierungselements (31) relativ zum Ladeanschluss (11) ermittelt, bevorzugt kontinuierlich oder zyklisch ermittelt, wobei bevorzugt die Steuerbefehle auf der via der Sensordaten ermittelten Position und/oder der Ausrichtung des Kontaktierungselements (31) relativ zum Ladeanschluss (11) basieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbefehle in der Fahrzeugeinheit (1) erzeugt werden und anschließend an die Bodenstation (3) übermittelt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten an die Bodenstation (3) übermittelt werden und die Steuerbefehle in der Bodeneinheit (3) erzeugt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine drahtlose Kommunikationsverbindung (8) zwischen einer Kommunikationseinheit (12) der Fahrzeugeinheit (1) und einer Kommunikationseinheit (33) der Bodeneinheit (3) aufgebaut wird, bevorzugt wenn die Sensoreinheit (10) ermittelt, dass die Position der Fahrzeugeinheit (1) innerhalb einer Ladezone (34) relativ zur Bodeneinheit (3) angeordnet ist, wobei bevorzugt das Ausgeben der Steuerbefehle erfolgt, wenn die Sensoreinheit (10) ermittelt, dass die Position der Fahrzeugeinheit (1) innerhalb der Ladezone (34) relativ zur Bodeneinheit (3) angeordnet ist, wobei die Kommunikationsverbindung (8) bevorzugt auf, WLAN, WiFi , Bluetooth, ZigBee, oder NFC basiert.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) eine strahlungsbasierte Messmethode verwendet, bevorzugt basierend auf Radar, Lidar, oder Ultraschall, und/oder die Sensoreinheit (10) eine optische Messmethode verwendet, wobei bevorzugt zumindest ein Positionsmarker an der Bodenstation (3) angeordnet ist, und/oder die Sensoreinheit (10) eine Magnetfeld-basierte Messmethode verwendet, bevorzugt basierend auf dem Hall-Effekt und/oder Induktion.
Fahrzeugeinheit (1) zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs (2), umfassend einen Ladeanschluss (11) zum Laden der Batterie und eine Kommunikationseinheit (12) zum Kommunizieren mit einer Kommunikationseinheit (33) einer Ladeenergie bereitstellenden Bodenstation (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinheit (10) zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit (3) relativ zur Fahrzeugeinheit (1) vorgesehen ist, und die Fahrzeugeinheit (1) dazu eingerichtet ist, durch die Sensoreinheit (10) ermittelte Sensordaten und/oder Steuerbefehle, welche auf den Sensordaten der Sensoreinheit (10) basieren, mittels der Kommunikationseinheit (12) an die Bodeneinheit (3) zu kommunizieren.
Fahrzeugeinheit (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) eingerichtet ist, eine Position und eine Ausrichtung eines Kontaktierungselements (31) der Bodenstation (3) relativ zum Ladeanschluss (11) zu ermitteln, bevorzugt kontinuierlich oder zyklisch zu ermitteln.
Fahrzeugeinheit (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (13) vorgesehen ist, welche eingerichtet ist, die Steuerbefehle basierend auf den die Position der Bodeneinheit (3) relativ zur Fahrzeugeinheit (1), bevorzugt der Position und der Ausrichtung des Kontaktierungselements (31), relativ zum Ladeanschluss (1) entsprechenden Sensordaten zu erzeugen.
Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (12) ausgebildet ist, eine drahtlose Kommunikationsverbindung (8) zu einer Kommunikationseinheit (33) der Bodeneinheit (3) auszubilden, bevorzugt wenn entsprechend der Sensordaten die Fahrzeugeinheit (1) als innerhalb einer Ladezone (34) relativ zur Bodeneinheit (3) positioniert erkannt ist, wobei bevorzugt das Generieren und/oder Ausgeben der Steuerbefehle erfolgt, wenn entsprechend der Sensordaten die Fahrzeugeinheit (1) als innerhalb der Ladezone (34) relativ zur Bodeneinheit (3) positioniert erkannt ist, wobei die Kommunikationsverbindung (8) bevorzugt auf WLAN, WiFi , Bluetooth, ZigBee, oder NFC basiert.
Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zur Verwendung einer strahlungsbasierten Messmethode ausgebildet ist, bevorzugt eine auf elektromagnetischer Strahlung basierende Messmethode oder eine auf akustischen Wellen basierende Messmethode, bevorzugt basierend auf Radar, Lidar, oder Ultraschall, und/oder die Sensoreinheit (10) zur Verwendung einer optischen Messmethode ausgebildet ist, wobei bevorzugt zumindest ein an der Bodenstation (3) angeordneter Positionsmarker mittels der optischen Messmethode erkennbar ist, und/oder die Sensoreinheit (10) zur Verwendung einer Magnetfeld-basierten Messmethode ausgebildet ist, bevorzugt basierend auf dem Hall-Effekt und/oder Induktion.
Bodeneinheit (3) zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs (2), umfassend ein an einem bewegbaren Kontaktierungsarm (30) angebrachtes Kontaktierungselement (31), und eine Kommunikationseinheit (33) zum Kommunizieren mit einer Kommunikationseinheit (12) einer Fahrzeugeinheit (1), wobei das Kontaktierungselement (31) mit einem Ladeanschluss (11) der Fahrzeugeinheit (1) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (32) zum Bewegen des Kontaktierungsarms (30) vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung (32) eingerichtet ist, den Kontaktierungsarm (30) mittels Steuerbefehlen, welche auf Sensordaten einer fahrzeugeinheitseitigen Sensoreinheit (10) zum Bestimmen der Position der Bodeneinheit (3) relativ zur Fahrzeugeinheit (1) basieren, zu steuern.
Bodeneinheit (3) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (32) eingerichtet ist, den Kontaktierungsarm (30) und/oder das Kontaktierungselement (31) mittels via der Kommunikationseinheit (33) empfangenen, in der Fahrzeugeinheit (1) erzeugten Steuerbefehlen zu steuern.
Bodeneinheit (3) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (32) eingerichtet ist, die Steuerbefehle basierend auf via der Kommunikationseinheit (33) von der Fahrzeugeinheit (1) empfangenen Sensordaten zu generieren.
Bodeneinheit (3) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (33) ausgebildet ist, eine drahtlose Kommunikationsverbindung (8) zu einer Kommunikationseinheit (12) der Fahrzeugeinheit (1) auszubilden, wobei die Kommunikationsverbindung (8) bevorzugt auf WLAN, WiFi, Bluetooth, ZigBee, oder NFC basiert.
System (4) zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs (2), umfassend eine Bodenstation (3) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15 und eine Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11.