DE102019203955A1

DE102019203955A1 - Vorrichtung zum automatischen Laden eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102019203955A1
Application number: DE102019203955.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Herold; Julius Ibenthal; Malte Jörg; Daniel Schütz; Juan Mauricio Toro Ramos
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2020-09-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (8) zum automatischen Laden einer Batterie (4) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (2). Die Vorrichtung (8) weist einen Ladestecker (10) für eine Ladedose (6) des Fahrzeugs (2), und eine Steckeinrichtung (12) zum automatischen Stecken des Ladesteckers (10) in die Ladedose (6) auf, wobei die Steckeinrichtung (12) einen Greifer (14) für den Ladestecker (10) umfasst, wobei der Greifer (14) mit dem Ladestecker (10) koppelbar ist, und wobei die Kopplung zwischen dem Greifer (14) und dem Ladestecker (10), insbesondere automatisch, lösbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen Laden einer Batterie (4) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit einem Ladestecker für eine Ladedose des Fahrzeugs und mit einer Steckeinrichtung zum automatischen Stecken des Ladesteckers in die Ladedose.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge, im Folgenden kurz auch als Elektrofahrzeuge bezeichnet, weisen eine (Traktions-) Batterie auf, welche zum Antrieb des Fahrzeugs elektrische Energie für einen Elektromotor bereitstellt. Zum Laden der Batterie wird dieser die elektrische Energie beispielsweise induktiv übertragen. Jedoch ist bei einem derartigen Ladevorgang eine übertragbare Ladeleistung vergleichsweise klein und eine damit einhergehende Ladezeitdauer entsprechend groß.
Alternativ hierzu wird der Batterie die elektrische Energie kabelgebunden zugeführt. Mit anderen Worten erfolgt der Ladevorgang konduktiv. Hierzu wird in die Ladedose des Fahrzeugs ein Ladestecker eingesteckt, mittels welchem der Batterie oder einem die Batterie umfassenden Batteriesystem ein entsprechender Ladestrom zugeführt wird.
Zur Erhöhung eines Komforts eines Nutzers des Fahrzeugs, erfolgen der Ladevorgang und dabei insbesondere das Einstecken des Ladesteckers in die Ladedose des Fahrzeugs automatisch. So ist beispielsweise ist aus der DE 10 2016 207 767 A1 ist eine Vorrichtung zum Stecken eines elektrischen Ladesteckers in eine Ladesteckdose eines Elektrofahrzeugs bekannt. Die Vorrichtung weist ein Parallelkinematiksystem, welches drei translatorische Bewegungsfreiheitsgrade und einen rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad erlaubt, sowie einen Ladestecker auf, welcher an dem Parallelkinematiksystem derart angebracht ist, dass der Ladestecker in den vier Bewegungsfreiheitsgraden bewegt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum automatischen Laden einer (Traktions-)Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs anzugeben. Insbesondere sollen dabei ein Steck- und ein Herausziehvorgang des Ladesteckers in eine Ladedose des Fahrzeugs möglichst zuverlässig sein. Des Weiteren soll ein Verfahren zum automatischen Laden einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs angegeben werden.
Bezüglich der Vorrichtung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Die Vorrichtung ist zum automatischen Laden einer (Traktions-)Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, vorgesehen und eingerichtet. Hierzu weist die Vorrichtung einen Ladestecker für eine Ladedose des Fahrzeugs auf. Mittels des Ladesteckers ist der Batterie des Fahrzeugs im eingesteckten Zustand ein entsprechender Ladestrom über die Ladedose zuführbar. Die Ladedose ist hierzu mit der Batterie oder mit einem die Batterie aufweisenden Batteriesystem elektrisch verbunden. Der Ladestecker ist dabei korrespondierend zur Ausführung der Ladedose des Fahrzeugs ausgebildet. Beispielsweise ist der Ladestecker als sogenannter CSS-Ladestecker oder als CHAdeMO-Ladestecker ausgebildet.
Weiter dahin weist die Vorrichtung eine, insbesondere roboterartige, Steckeinrichtung auf, welche dem automatischen (Ein-)Stecken des Ladesteckers in die Ladedose dient. Hierzu weist die Steckeinrichtung einen Greifer für den Ladestecker auf. Der Greifer ist dabei mit dem Ladestecker koppelbar (verbindbar). Im gekoppelten Zustand des Ladesteckers mit dem Greifer ist somit durch ein Verstellen des Greifers der Ladestecker entsprechend verstellt bzw. geführt, sodass der Ladestecker automatisch mittels des Greifers in die Ladedose des Fahrzeugs gesteckt werden kann und zweckmäßigerweise auch wird.
Die Kopplung zwischen dem Greifer und dem Ladestecker ist dabei, besonders bevorzugt automatisch, lösbar. Mit anderen Worten ist die Kopplung zwischen dem Greifer und dem Ladestecker dabei temporär. Bei einer automatisch lösbaren Verbindung erfolgt vorteilhafterweise keine Demontage oder Entkopplung durch einen Benutzer, wodurch ein Komfort für einen Nutzer der Vorrichtung erhöht ist.
Beispielsweise sind an einer Ladestelle, beispielsweise an einer Tankstelle, mehrere Ladestecker in unterschiedlichen Ausführungen, beispielsweise als CSS- bzw. als CHAdeMO-Ladestecker, vorhanden. Aufgrund der Lösbarkeit der Kopplung des Greifers mit dem Ladestecker kann der Greifer für einen Ladevorgang mit dem zur jeweiligen Ausgestaltung der Ladedose korrespondierenden der Ladestecker gekoppelt werden. Die Vorrichtung weist hierbei zusammenfassend also mehrere Ladestecker auf.
Geeigneterweise ist die Kopplung derart ausgebildet, dass diese sowohl im Zuge des als Steckvorgang bezeichneten (Ein-)Steckens des Ladesteckers in die Ladedose als auch im Zuge eines Herausziehens des Ladesteckers aus der Ladesteckdose mittels des Greifers (Herausziehvorgang) erhalten bleibt. Insbesondere ist die Kopplung derart ausgebildet, dass diese auch bei einer beim Herausziehvorgang auftretenden Kraft, insbesondere einer Reibungskraft zwischen der Ladedose und dem Ladestecker, zuverlässig erhalten bleibt.
Hierzu weist der Greifer gemäß einer ersten Variante der Vorrichtung einen Elektromagneten auf, welcher bei dessen Bestromung eine magnetische Haltekraft auf ein magnetisierbares oder magnetisiertes Koppelelement des Ladesteckers erzeugt. Mit anderen Worten weist der Ladestecker ein magnetisierbares oder magnetisiertes Koppelelement auf, sodass durch eine Bestromung des Elektromagneten eine magnetische Kopplung bzw. eine entsprechende magnetische Kraft zwischen dem Greifer und dem Ladestecker erzeugt ist. Das Koppelelement ist hierzu beispielsweise als ein Magnet, insbesondere als ein Permanentmagnet oder alternativ hierzu als eine magnetisierbare (Metall-)Platte ausgebildet. Das Koppelelement ist dabei insbesondere im oder am Gehäuse befestigt oder alternativ hierzu ist ein entsprechender Gehäuseabschnitt mittels des Koppelelements gebildet.
Zum Lösen der Kopplung zwischen dem Greifer und dem Ladestecker wird vorteilhaft in vergleichsweise einfacher Art und Weise die Bestromung des Elektromagneten des Greifers beendet oder unterbrochen.
Vorzugsweise steht bei dieser ersten Variante der Vorrichtung der Elektromagnet zu einer Stirnseite empor, welche bezüglich einer Greifrichtung zur Aufnahme des Ladesteckers durch den Greifer frontal angeordnet ist. Vorzugsweise weist dabei der Ladestecker eine Aufnahmemulde für den Elektromagneten auf, wobei das Koppelelement an einem Muldenboden der Aufnahmemulde angeordnet ist. Die Muldenwände sind beispielsweise um einen Winkel größer als 90° gegen den Muldenboden geneigt sein, sodass die Aufnahmemulde im Querschnitt eine Trapezform aufweist, wobei die kürzere der beiden parallelen Seiten des Trapezes mittels des Muldenbodens gebildet ist. Auf diese Weise ist mittels der gegen den Muldenboden geneigten Muldenwände eine Führung für den Greifer oder zumindest für dessen Elektromagneten im Zuge des Greifvorgangs realisiert.
Gemäß einer zweiten Variante der Vorrichtung weist der Greifer ein Saugelement zur luftdichten Anlage am Ladestecker auf. Dabei weist der Ladestecker zweckmäßigerweise im Bereich, welcher zur Anlage des Saugelements vorgesehen ist, eine Ebene und/oder eine vergleichsweise glatte Oberfläche auf. Mittels des Saugelements ist ein Unterdruck in einem vom Saugelement und vom Ladestecker umschlossenen Raumbereich erzeugbar, sodass eine Kopplung des Greifers mit dem Ladesteckers erzeugt ist.
Beispielsweise ist das Saugelement als ein Saugnapf ausgebildet. Alternativ bildet das Saugelement eine flexible Lippe eines Sauggreifers ausgebildet. So weist der Greifer zusätzlich eine (Vakuum-)Pumpe auf, mittels welcher ein Abpumpen der Luft in dem vom Saugelement, also der (Sauggreifer-)Lippe, und dem Ladestecker umschlossenen Raum ermöglicht ist.
Geeigneterweise weist der Greifer weiterhin ein Ventil auf, welches den vom, beispielsweise als Saugnapf bzw. als Sauggreiferlippe ausgebildeten, Saugelement und dem Ladestecker umschlossenen Raum in einer Offenstellung mit der Umgebung strömungstechnisch verbindet oder diesen Raum in einer Schließstellung von der Umgebung strömungstechnisch trennt. Durch ein Öffnen des Ventils ist die Kopplung zwischen dem Greifer und dem Ladestecker lösbar.
Beispielsweise zusätzlich weist der Ladestecker gemäß dieser zweiten Variante der Vorrichtung in analoger Weise zur ersten Variante eine Aufnahmemulde für das Saugelement auf, wobei die Muldenwände vorzugsweise eine Führung für den Greifer bilden.
Gemäß einer dritten Variante der Vorrichtung bilden der Ladestecker und der Greifer zur Kopplung miteinander eine lösbare Schnappverbindung. So ist die Kopplung mittels eines Form- und/oder eines Kraftschlusses gebildet. Dabei ist die Schnappverbindung vorzugsweise automatisch lösbar.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung dieser dritten Variante der Vorrichtung weist der Ladestecker eine sacklochartige Aufnahme für ein bolzenartiges Fügeelement des Greifers auf. Die Aufnahme weist dabei umfangsseitig eine Aussparung oder einen Hinterschnitt für ein federelastisches Schnappelement des Fügeelements auf. Das federelastische Schnappelement des bolzenartigen Fügeelements sitzt im Kopplungszustand in der Aufnahme bzw. im Hinterschnitt des Greifers ein.
Zweckmäßigerweise ist das federelastische Schnappelement senkrecht zur Achse des bolzenartigen Fügeelements verstellbar. Das Schnappelement ist aufgrund dessen federelastischen Ausgestaltung im Zuge der Herstellung der Kopplung in und im Zuge der Lösung der Kopplung aus der Aussparung bzw. dem Hinterschnitt der Aufnahme verstellbar. Dabei ist die Kraft zum Lösen der Kopplung, also zum Lösen der Schnappverbindung, zweckmäßigerweise größer als eine Kraft, welche dieser beim Herausziehen des Ladesteckers aus der Ladedose entgegengesetzt wirkt.
Des Weiteren erstrecken sich der Bolzen und die Aufnahme zweckmäßigerweise in der Greifrichtung zur Aufnahme des Ladesteckers durch den Greifer.
Gemäß einer vierten Variante der Vorrichtung weist der Ladestecker eine Aufnahme auf, welche umfangsseitig mit einer Aufnahmekontur versehen ist. Der Greifer weist einen Bolzen oder einen Schaft mit einer umfangsseitigen (Schaft-) Kontur auf. Der Bolzen bzw. der Schaft steht zweckmäßigerweise bezüglich einer Greifrichtung zur Aufnahme des Ladesteckers durch den Greifer einer frontal angeordneten Stirnseite des Greifers empor.
Die Aufnahmekontur und die Schaftkontur sind derart ausgebildet, dass durch eine Rotation des Schafts bzw. des Bolzens um dessen Achse sowie durch eine Verstellbewegung des Schafts bzw. des Bolzens entlang dessen Achse in die Aufnahme eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Aufnahmekontur herstellbar ist. Beispielsweise erfolgt eine Rotation lediglich des Schafts bzw. des Bolzens, alternativ hierzu erfolgt eine Rotation des gesamten Greifers.
Beispielsweise umfasst die Aufnahmekontur ein Gewinde und die Schaftkontur ein hierzu korrespondierendes Gewinde. Die Kopplung erfolgt also nach Art einer Schraubenverbindung. Alternativ hierzu erfolgt die Kopplung nach Art eines einer Bajonett-, oder Schlüsselloch-Verbindung.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung der ersten, der zweiten, der dritten sowie der vierten Variante der Vorrichtung weist der Greifer eine optische Messeinheit auf. Diese dient dem Zweck, eine relative Lage des Ladesteckers zum Greifer zu erfassen. Unter der relativen Lage wird hierbei eine relative Position und Orientierung des Ladesteckers zum Greifer verstanden. Auf dem Ladestecker ist hierzu ein Marker, beispielsweise ein QR-Code, ein Punktmuster, ein Linienmuster oder ein stochastisches Muster angeordnet. Alternativ hierzu erfasst die optische Messeinheit die relative Lage des Ladesteckers zum Greifers anhand der Form des Ladesteckers oder zumindest eines Abschnitts oder eines Teils des Ladesteckers.
Beispielsweise ist die optische Messeinheit als ein Lasermesssystem oder als eine Kamera ausgebildet.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung der oben dargestellten Varianten der Vorrichtung weist der Greifer ein Zentrier- oder Führungselement und der Ladestecker entsprechende (Element-)Aufnahmen für das Zentrier- oder Führungselement auf. Das Zentrier- oder Führungselement dient einer definierten Ausrichtung und/oder Positionierung des Greifers bezüglich Ladesteckers im Zuge des Greifvorgangs. Insbesondere ist das Zentrier- oder Führungselement als ein pyramidenstumpfförmiger oder prismenförmiger Fortsatz ausgebildet. Alternativ ist das Zentrier- oder Führungselement als ein Passstift oder ein Bolzen für die Elementaufnahme oder weiter alternativ als eine Magnetzentrierung ausgebildet.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Vorrichtung weist der Ladestecker einen zur manuellen Aufnahme durch einen Benutzer vorgesehenen Griff auf, wobei der Greifer mit dem Ladestecker im Bereich des Griffs koppelbar ist. Aufgrund des Griffs ist weiterhin eine manuelle Benutzung des Ladesteckers, beispielsweise bei einem Ausfall oder bei einem Defekt des Greifers, durch einen Benutzer mit einer komfortablen Halteposition ermöglicht.
Gemäß einem Verfahren zum automatischen Laden der (Traktions-)Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mittels einer Vorrichtung, welche vorzugsweise nach einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist, und welche einen Ladestecker für eine Ladedose des Fahrzeugs und einen Greifer für den Ladestecker aufweist, wird in einem ersten Schritt die relative Lage des Ladesteckers zum Greifers erfasst. Insbesondere werden hierzu eine optische Messeinheit des Greifers und ein am Ladestecker angeordneter Marker verwendet.
In einem daran anschließenden zweiten Schritt wird der Ladestecker automatisch mit dem Greifer gekoppelt. Das Herstellen der Kopplung wird auch als Aufnahme des Ladesteckers durch den Greifers bezeichnet. Hierzu, also zur Aufnahme des Ladesteckers durch den Greifer, wird der Greifer in Abhängigkeit der erfassten relativen Lage zum Ladestecker hin geführt. Das Aufnehmen des Ladesteckers durch den Greifer erfolgt dabei durch eine Verstellung des Greifers entlang einer, vorzugsweise einer einzigen, Greifrichtung.
In einem dritten Schritt des Verfahrens wird der Ladestecker automatisch, insbesondere mittels des Greifers, in die Ladedose des Fahrzeugs gesteckt. Anschließend wird in einem vierten Schritt nach Beendigung des Ladevorgangs der Batterie der Ladestecker aus der Ladedose herausgezogen. In einem fünften Schritt wird nach dem Herausziehen des Ladesteckers aus der Ladedose des Fahrzeugs die Kopplung zwischen dem Greifer und dem Ladestecker, besonders bevorzugt automatisch, gelöst.
Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass der Greifer während des gesamten Ladevorgangs dauerhaft mit dem Ladestecker verbunden oder gekoppelt ist. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, dass der Greifer während des Ladevorgangs nicht dauerhaft mit dem Ladestecker gekoppelt ist. Insbesondere ist es möglich, dass der Greifer während des Ladens der Batterie eines Fahrzeugs zumindest zeitweise vom Ladestecker gelöst, und mit einem anderen Ladestecker zur Ladung einer Batterie eines anderen Fahrzeugs gekoppelt wird. Dies bedeutet, dass das Verfahren im Wesentlichen parallel für mehrere Fahrzeuge mittels einer einzigen Vorrichtung ausführbar ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Ladedose, welche mit einer Batterie elektrisch verbunden ist, sowie eine Vorrichtung gemäß einer ersten Variante, wobei ein Greifer der Vorrichtung mit einem für die Ladedose vorgesehenen Ladestecker der Vorrichtung lösbar koppelbar ist, wobei der Greifer zur Kopplung mit dem Ladestecker einen Elektromagneten aufweist,
2 schematisch in einer Seitenansicht den Greifer und den Ladestecker der Vorrichtung gemäß einer zweiten Variante, gemäß welcher der Greifer ein Saugelement zur luftdichten Anlage am Ladestecker aufweist, mittels welchem zur Kopplung des Greifers mit dem Ladestecker ein Unterdruck erzeugbar ist,
3 schematisch in einer Seitenansicht den Greifer und den Ladestecker der Vorrichtung gemäß einer dritten Variante, gemäß welcher der Ladestecker und der Greifer nach Art einer Schnappverbindung miteinander koppelbar sind,
4a schematisch in einer Seitenansicht den Ladestecker der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung einer vierten Variante, wobei der Ladestecker und der Greifer nach Art einer Bajonettverbindung miteinander koppelbar sind,
4b schematisch in einer Seitenansicht den Greifer mit einem Schaft, an welchem zur Ausbildung der Bajonettverbindung mit dem Ladestecker gemäß der 4a ein stiftartiger Fortsatz angeordnet ist,
5 schematisch in einer Seitenansicht den Greifer und den Ladestecker der Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vierten Variante, gemäß welcher der Ladestecker und der Greifer nach Art einer Schraubenverbindung miteinander koppelbar sind, und
6 in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum automatischen Laden der Batterie des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mittels einer Vorrichtung.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein als Personenkraftwagen ausgebildetes Fahrzeug 2 dargestellt. Dieses ist elektrisch angetrieben. Hierzu weist das Fahrzeug 2 eine (Traktions-) Batterie 4 auf, mittels welcher ein nicht weiter dargestellter Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Zum Laden der Batterie 4 weist das Fahrzeug 2 eine Ladedose 6 auf, welche mit der Batterie 4 elektrisch verbunden ist.
Des Weiteren ist in der 1 eine Vorrichtung 8 dargestellt, welche zum automatischen Laden der Batterie 4 des Fahrzeugs 2 vorgesehen und eingerichtet ist. Die Vorrichtung 8 weist einen Ladestecker 10 auf, welcher in die Ladedose 6 des Fahrzeugs 2 (ein-)steckbar ist, so dass eine elektrische Verbindung zwischen der Ladedose 6 und dem Ladestecker 10 hergestellt wird.
Weiterhin weist die Vorrichtung 8 eine Steckeinrichtung 12 auf, mittels welcher der Ladestecker 10 automatisch in die Ladedose 6 des Fahrzeugs 2 gesteckt werden kann. Die Steckeinrichtung 12 weist hierzu einen Greifer 14 auf, welcher mit dem Ladestecker 10 koppelbar ist. Die Kopplung zwischen dem Greifer 14 und dem Ladestecker 10 ist dabei automatisch lösbar. Mit anderen Worten sind der Greifer 14 und der Ladestecker 10 nach erfolgter Kopplung (Verbindung) automatisch voneinander trennbar. Zudem umfasst die Steckeinrichtung 12 eine Verstelleinheit 16 zum translatorischen und rotatorischen Verstellen des Greifers 14, welche hier beispielhaft als ein (Roboter-)Arm ausgebildet ist.
Zum Zwecke einer verbesserten Erkennbarkeit sind das Fahrzeug 2, und die Vorrichtung 8 nicht maßstabsgetreu zueinander dargestellt.
Bei der in der 1 gezeigten ersten Variante der Vorrichtung 8 weist der Greifer 14 zur Kopplung mit dem Ladestecker 10 einen Elektromagneten 18 und der Ladestecker 10 ein metallisches, also magnetisierbares, und plattenförmiges Koppelelement 20 auf, so dass bei einer Bestromung des Elektromagneten 18 eine magnetische Kraft zwischen diesem und dem Koppelement 20 wirkt. Der Elektromagnet 18 steht dabei einer Stirnseite 22 empor, welche bezüglich einer Greifrichtung G zur Aufnahme des Ladesteckers 10 vom Greifer 14, also zur Herstellung der Kopplung, frontal angeordnet ist und sich in einer senkrecht zur Greifrichtung G orientierten Ebene erstreckt.
Der Ladestecker 10 weist eine Aufnahmemulde 24 für den Elektromagneten 18 auf. Dabei ist das Koppelelement 20 an einem Muldenboden 25 der Aufnahmemulde 24 angeordnet.
Der Ladestecker 10 weist einen ersten Steckerabschnitt 26, an welchem ein in die Ladedose 6 einsteckbare Steckerkopf 28 angeordnet ist, und einen zweiten Steckerabschnitt 30 auf, welchem ein Stromkabel 32 zugeführt ist und an welchem ein Griff 34 für einen manuelle Aufnahme durch einen Benutzer auf. Der erste Abschnitt 26 und der zweite Abschnitt 30 erstrecken sich dabei in zueinander geneigten Richtungen. Der Griff 34 ist etwa O-förmig und in einer mittels der beiden Steckerbschnitte 26 und 30 aufgespannten Ebene angeordnet. Zudem ist die Greifrichtung G in dieser Ebene angeordnet. Zusammenfassend ist der Greifer 14 mit dem Ladestecker 10 im Bereich des Griffs 34 koppelbar.
In der 2 ist eine zweite Variante der Vorrichtung 8 gezeigt. Hierbei weist der Greifer 14 ein Saugelement 36 auf, welche zur luftdichten Anlage an einem Muldenboden 25' einer trapezförmigen Aufnahmemulde 24' des Griffs 34 des Ladestecker 10 auf. Mittels der gegen den Muldenboden 25' geneigten Muldenwände 35' ist eine Führung für den Greifer 14 im Zuge des Greifvorgangs realisiert.
Der Greifer gemäß der zweiten Variante der Vorrichtung 8 weist weiterhin eine (Vakuum-)Pumpe 38 zum Abpumpen von Luft aus einem bei Anlage des Saugelements 36 am Ladestecker 10 in dem der vom Saugelement 36 und dem Ladestecker 10 umschlossenen Raum auf. Des Weiteren weist der Greifer 14 ein Ventil 40 auf, mittels welchem der vom Saugelement 36 und dem Ladestecker 10 umschlossenen Raum mit der Umgebung des Ladesteckers 10 strömungstechnisch verbunden werden kann, so dass ein Druckausgleich dieses Raums mit der Umgebung stattfinden und die Kopplung des Greifers 14 mit dem Ladestecker 10 gelöst werden kann.
In der 3 ist eine dritte Variante der Vorrichtung 8 gezeigt. Hierbei sind der Greifer 14 und der Ladestecker 10 derart ausgebildet, dass diese zur Kopplung miteinander eine lösbare Schnappverbindung bilden. Hierzu weist der Ladestecker 10 eine sacklochartige Aufnahme 42 für ein bolzenartiges Fügeelement 44 des Greifers 14 auf. Die Aufnahme 42 ist dabei umfangsseitig mit einer Aussparung 52 versehen, welche zur Aufnahme eines federelastischen Schnappelements 46 des Fügeelements 44 vorgesehen ist.
Das Schnappelement 46 ist dabei mittels einer Feder 48 gebildet, welche in einer Richtung senkrecht zur Achse des bolzenartigen Fügeelements 44 stauchbar ist, wobei an den beiden Enden der Feder 48 sogenannte Druckstücke 50 befestigt sind, welche im gekoppelten Zustand des Greifers 14 mit dem Ladestecker 10 in der Aussparung 52 einsitzen.
Die sacklochartige Aufnahme 42 ist hierbei in einen dritten Steckerabschnitt 54 eingebracht, welcher am zweiten Steckerabschnitt 30 angeordnet ist.
Gemäß einer vierten Variante der Vorrichtung 8 weist der Ladestecker 10 eine Aufnahme 56 auf, welche umfangsseitig mit einer Aufnahmekontur 58 versehen ist. Der Greifer weist einen Schaft 60 mit einer umfangsseitigen Schaftkontur 62 auf. Der Schaft steht zur Stirnseite 22 des Greifers 14 empor. Mittels der Aufnahmekontur 58 und der Schaftkontur 62 ist durch eine Rotation des Schafts 60 um dessen Achse sowie durch eine Verstellbewegung des Schafts 60 entlang dessen Achse in die Aufnahme eine form-, und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Aufnahmekontur 58 herstellbar.
In der 4a ist der Ladestecker 10 und in der 4b der Greifer 14 einer ersten Ausgestaltung der vierten Variante der Vorrichtung 8 gezeigt. Hierbei umfasst die Schaftkontur 62 zum Schaft 60 emporstehende stiftartige Fortsätze. Zur Bildung einer Kopplung nach Art eines Bajonettverschlusses umfasst die Aufnahmekontur 58 zwei sich senkrecht zur mittels des Griffs 34 aufgespannten Ebene erstreckende Längsschlitze 64, welche endseitig in der mittels des Griffs 34 aufgespannten Ebene erstreckende Querschlitze 66 aufweisen. Dabei sind die sich in der mittels des Griffs 34 aufgespannten Ebene erstreckende und von der Oberfläche des Griffs 34 in dieser Ansicht überdeckten Querschlitze 66 der Aufnahmekontur 58 strichliniert dargestellt.
Die Achse des Schafts 60 ist dabei senkrecht zu der durch den Griff 34 aufgespannten Ebene orientiert. Die Verstellbewegung und die Rotation sind dabei mittels entsprechender Pfeile dargestellt, die mit den Bezugszeichen V bzw. R versehen sind.
In der 5 ist eine zweite Ausgestaltung der vierten Variante der Vorrichtung 8 gezeigt. Hierbei umfasst die Aufnahmekontur 58 und die Schaftkontur 62 jeweils als ein Gewinde. Die Kopplung erfolgt also nach Art einer Schraubenverbindung.
Bei den in den 1 bis 5 gezeigten Varianten und Ausgestaltungen der Vorrichtung 8 weisen der Greifer 14 jeweils eine optische Messeinheit 68 auf, welche die relative Lage des Ladesteckers 10 zum Greifer 14 erfasst. Hierzu ist am Ladestecker 10 ein schraffiert dargestellter Marker 70 angeordnet. Dieser ist beispielsweise als ein Linienmuster ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich hierzu erfasst die optische Messeinheit 68 die relative Lage des Ladesteckers 10 zum Greifer 14 anhand der Form des Ladesteckers 10. Die Messeinheit 68 ist hier mittels einer Kamera gebildet und einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der relativen Lage gebildet.
Bei der ersten Variante der Vorrichtung 8 gemäß der 1 weist der Greifer 14 ein Zentrier- oder Führungselement 72 auf, welches als zwei an der Stirnseite 22 angeordnete Stifte ausgebildet ist. Diese werden im Zuge des Greifvorgangs in Elementaufnahmen 74 aufgenommen. In nicht weiter dargestellten Varianten der Vorrichtungen 8 gemäß der 2, 3, 4a, 4b und 5 weist der Greifer 14 ein Zentrier- oder Führungselement 72 und der Ladestecker 10 dazu korrespondierende Elementaufnahmen 74 für das Zentrier- oder Führungselement 72 analog zu der ersten Variante der Vorrichtung 8 gemäß der 1 auf.
In nicht weiter dargestellten Varianten der Vorrichtungen 8 gemäß der 1, 2, 4a und 5 weist der Ladestecker 10 analog zur Variante gemäß der 3 einen dritten Steckerabschnitt 54 anstelle des Griffs 34 auf. Dieser dritten Steckerabschnitt 54 ist die Aufnahmemulde 24 für den Elektromagneten 18, die Aufnahmemulde 24' für das Saugelement 36 bzw. die Aufnahme 56 für den Schaft 60 auf. Die Kopplung des Greifers 14 erfolgt dann also im Bereich des dritten Steckerabschnitts 54.
In der 6 ist Verfahren zum automatischen Laden der Batterie 4 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 2 mittels einer Vorrichtung 8 mittels eines Flussdiagramms repräsentiert. Insbesondere ist die Vorrichtung dabei nach einer der Varianten oder Ausgestaltungen der 1 bis 5 ausgebildet. Die Vorrichtung weist allenfalls einen Ladestecker 10 für die Ladedose 6 des Fahrzeugs 2 sowie einen Greifer 14 für den Ladestecker 10 auf.
In einem ersten Schritt A wird die relative Lage des Ladesteckers 10 zum Greifer 14 erfasst. In einem daran anschließenden zweiten Schritt B wird der Ladestecker 10 automatisch mit dem Greifer 14 gekoppelt. Hierzu weist der Greifer 14 entsprechend der oben dargestellten Varianten der Vorrichtung 8 einen Elektromagneten 18, ein Saugelement 12, einen Schaft 60 oder ein bolzenartiges Fügeelement 44 auf. Der Ladestecker 10 weist entsprechend ein magnetisierbares Koppelelement 20, eine Anlagefläche für das Saugelement 36, eine Aufnahme 56 für den Schaft 60 bzw. eine Aufnahme 42 für das Fügeelement 44 auf.
Zur Aufnahme des Ladesteckers 10 durch den Greifer 14 wird dieser in Abhängigkeit der erfassten relativen Lage zum Ladestecker 10 hin geführt, wobei der Greifer 14 entlang der Greifrichtung G verstellt wird.
Bei einem dritten Schritt C des Verfahrens wird der Ladestecker 10 automatisch mittels des Greifers 14 in die Ladedose 6 des Fahrzeugs 2 gesteckt. Anschließend wird in einem vierten Schritt D nach Beendigung des Ladevorgangs der Batterie 4 der Ladestecker 10 aus der Ladedose 6 herausgezogen. In einem fünften Schritt E wird nach dem Herausziehen des Ladesteckers 10 aus der Ladedose 6 des Fahrzeugs 2 der Ladestecker in eine für diesen vorgesehene Halterung eingebracht und die Kopplung zwischen dem Greifer 14 und dem Ladestecker 10 automatisch gelöst.
Vorzugsweise ist es hierbei vorgesehen, dass das Verfahren im Wesentlichen parallel für mehrere Fahrzeuge 2 mittels einer einzigen Vorrichtung 8 ausgeführt wird. Hierzu wird der Greifer 14 beispielsweise zwischen den Verfahrensschritten C und D zeitweise vom Ladestecker 10 gelöst und mit einem anderen Ladestecker 10 zur Ladung einer Batterie 4 eines anderen Fahrzeugs 2 gekoppelt. Es werden also während des Ladevorgangs eines Fahrzeugs 2 die Verfahrensschritte A, B und C für ein anderes Fahrzeug 2 bzw. Ladestecker 10 durchgeführt. Die Verfahrensschritte A, B, C werden also sukzessive nacheinander für mehrere Ladestecker 10 und mehrere zugeordnete Fahrzeuge 2 ausgeführt. Am Ende des jeweiligen Ladevorgangs werden entsprechend für jedes Fahrzeug 2 bzw. für jeden Ladestecker 10 die Verfahrensschritte D und E ausgeführt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Fahrzeug
4: Batterie
6: Ladedose
8: Vorrichtung
10: Ladestecker
12: Steckeinrichtung
14: Greifer
16: Verstelleinheit
18: Elektromagnet
20: Koppelelement
22: Stirnseite
24,24': Aufnahmemulde
25,25`: Muldenboden
26: erster Steckerabschnitt
28: Steckerkopf
30: zweiter Steckerabschnitt
32: Stromkabel
34: Griff
35`: Muldenwand
36: Saugelement
38: Pumpe
40: Ventil
42: Aufnahme
44: Fügeelement
46: Schnappelement
48: Feder
50: Druckstück
52: Aussparung
54: dritter Steckerabschnitt
56: Aufnahme
58: Aufnahmekontur
60: Schaft
62: Schaftkontur
64: Längsschlitz
66: Querschlitz
68: Messeinheit
70: Marker
72: Zentrier-oder Führungselement
74: Elementaufnahme/Aufnahme für das Zentrier-oder Führungselement
A: Erfassen der relativen Lage zwischen Greifer und Ladestecker
B: Herstelle einer Kopplung zwischen Greifers und Ladesteckers
C: Einstecken des Ladesteckers in die Ladedose
D: Herausziehen des Ladesteckers aus der Ladedose
E: Lösen der Kopplung zwischen Greifer und Ladestecker
G: Greifrichtung
R: Rotation
V: Verstellbewegung

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 102016207767 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (8) zum automatischen Laden einer Batterie (4) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (2), aufweisend - einen Ladestecker (10) für eine Ladedose (6) des Fahrzeugs (2), und - eine Steckeinrichtung (12) zum automatischen Stecken des Ladesteckers (10) in die Ladedose (6), mit einem Greifer (14) für den Ladestecker (10), - wobei der Greifer (14) mit dem Ladestecker (10) koppelbar ist, und - wobei die Kopplung zwischen dem Greifer (14) und dem Ladestecker (10), insbesondere automatisch, lösbar ist.
Vorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (14) zur Kopplung mit dem Ladestecker (10) einen Elektromagneten (18) aufweist, welcher bei dessen Bestromung eine magnetische Kraft auf ein magnetisierbares oder magnetisiertes Koppelelement (20) des Ladesteckers (10) erzeugt.
Vorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (14) ein Saugelement (36) zur luftdichten Anlage am Ladestecker (10) aufweist, mittels welchem ein Unterdruck zur Kopplung des Greifers (14) mit dem Ladestecker (10) erzeugbar ist.
Vorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (10) und der Greifer (14) zur Kopplung eine lösbare Schnappverbindung bilden.
Vorrichtung (8) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (10) eine sacklochartige Aufnahme (42) für ein bolzenartiges Fügeelement (44) des Greifers (14) aufweist, wobei die Aufnahme (42) mit einer umfangsseitig angeordneten Aussparung (52) für ein federelastisches Schnappelement (46) des Fügeelements (44) versehen ist.
Vorrichtung (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der Ladestecker eine Aufnahme (56) aufweist, welche umfangsseitig mit einer Aufnahmekontur (58) versehen ist, und - dass der Greifer (14) einen Schaft (60) mit einer umfangsseitigen Schaftkontur (62) versehen ist, - wobei die Aufnahmekontur (58) und die Schaftkontur (62) derart ausgebildet sind, dass durch eine Rotation des Schafts (60) um dessen Achse und eine Verstellbewegung des Schafts (60) entlang dessen Achse in die Aufnahme (56) eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Aufnahmekontur (58) herstellbar ist.
Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (14) eine optische Messeinheit (68) aufweist, welche die relative Lage des Ladesteckers (10) zum Greifer (14) anhand eines auf dem Ladestecker (10) angeordneten Markers (70) oder anhand der Form zumindest eines Abschnitts des Ladesteckers (10) erfasst.
Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (10) ein Zentrier-oder Führungselement (72) und der Ladestecker (10) eine korrespondierende Elementaufnahme (74) für das Zentrier-oder Führungselement (72) aufweist.
Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (10) einen zur manuellen Aufnahme durch einen Benutzer vorgesehenen Griff (34) aufweist, wobei der Greifer (14) mit dem Ladestecker (10) im Bereich des Griffs (34) koppelbar ist.
Verfahren zum automatischen Laden einer Batterie (4) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (2) mittels einer, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten, Vorrichtung (8) mit einem Ladestecker (10) für eine Ladedose des Fahrzeugs (2) und mit einem Greifer (14) für den Ladestecker (10), - wobei die relative Lage des Ladesteckers (10) zum Greifer (14) erfasst wird, - wobei der Ladestecker (10) automatisch mit dem Greifer (14) gekoppelt wird, - wobei der Ladestecker (10) automatisch in die Ladedose (6) des Fahrzeugs (2) gesteckt wird, - wobei nach Beendigung des Ladevorgangs der Batterie der Ladestecker (10) aus der Ladedose (6) herausgezogen wird, und - wobei die die Kopplung zwischen dem Greifer (14) und dem Ladestecker (10), insbesondere automatisch, gelöst wird.