DE102019211999A1

DE102019211999A1 - Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation, ein ladestationsseitiges Koppelelement, ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement und ein System zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation

Info

Publication number: DE102019211999A1
Application number: DE102019211999.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Färber
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2021-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs (16) mit einer Ladestation (14). Bei dem Verfahren wird das Kraftfahrzeug (16) relativ zu der Ladestation (14) derart positioniert, dass ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22; 22'), welches mit einer Batterie oder einer fahrzeugseitigen Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs (16) verbunden ist, in eine Hochrichtung (z) des Kraftfahrzeugs (16) über einem Ladebereich (20), welcher auf einem Bodenbereich (21) angeordnet ist, angeordnet ist. Anschließend wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22; 22') von einem Unterbodenbereich (38) des Kraftfahrzeugs (16) ausgeklappt oder ausgefahren, sobald sich das Koppelelement (22; 22') über dem Ladebereich (20) befindet, wobei beim Ausklappen oder Ausfahren des Koppelelements (22; 22') das Koppelelement (22; 22') von einer horizontalen Lagerposition an dem Unterbodenbereich (38) in eine vorbestimmte Ladeposition (40; 40'), in der das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22; 20') in der vorbestimmten Ladeposition (40; 40') in einem vorbestimmten Winkel zu dem Unterbodenbereich (38) angeordnet ist, verlagert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation. Bei diesem Verfahren wird das Kraftfahrzeug relativ zu einer Ladestation derart positioniert, dass ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement, welches mit einer Batterie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, in eine Hochrichtung des Kraftfahrzeugs über einem Ladebereich, welcher auf einem Bodenbereich angeordnet ist, auf dem sich das Kraftfahrzeug bewegt, angeordnet ist. Zu der Erfindung gehört auch ein ladestationsseitiges Koppelelement, ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement sowie ein System zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation, welches das ladestationsseitige Koppelelement und das kraftfahrzeugseitige Koppelelement umfasst.
Aktuell sind Ladestationen, welche auch als Ladesäulen bezeichnet werden können, für Elektrofahrzeuge oberirdisch installiert. Sie sind häufig als zusätzliche Säulen in Innenstädten, auf Parkplätzen, an Straßenlaternen und/oder am Straßenrand installiert oder angeordnet und prägen somit das Ortsbild. Durch die Ladestationen entsteht ein zusätzlicher Flächenverbrauch. Darüber hinaus muss ein Nutzer des Elektrofahrzeugs das Kraftfahrzeug händisch an der Ladesäule zum Beladen einer Batterie des Kraftfahrzeugs anschließen. Hierzu ist es je nach Betreiber der Ladestation häufig zusätzlich erforderlich ein entsprechendes Ladekabel und/oder einen Adapter zum Anschließen eines Ladekabels an die Ladestation zu verwenden. Im Fahrzeug benötigt dieses Kabel oder der Adapter zusätzlichen Raum, der damit nicht anderweitig zum Beispiel für Gepäck genutzt werden kann.
Neben oberirdischen Ladestationen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik auch unterirdische Ladestationen bekannt.
So beschreibt beispielsweise die DE 10 2011 114 321 A1 ein System, um ein Fahrzeug elektrisch mit einer Ladestation zum Aufladen eines Energiespeichers, also einer Batterie, des Fahrzeugs zu koppeln. Das System umfasst eine Steckereinrichtung des Fahrzeugs und eine Steckeraufnahme der Ladestation. Das Koppeln der Steckereinrichtung mit der Steckeraufnahme erfolgt dabei durch ein Ausfahren eines Steckers der Steckereinrichtung. Die Steckeraufnahme ist dabei im Boden versenkt.
Aus der DE 10 2009 015 753 A1 geht ein Parkplatz mit integrierter Ladefunktion für ein Elektrofahrzeug hervor. Dabei umfasst der Parkplatz einen Abstellplatz. Der Abstellplatz weist eine Abstellplatz-Energieübertragungseinrichtung auf, die mit einer Energiequelle verbunden ist. Ferner ist die Abstellplatz-Energieübertragungseinrichtung mit einer Fahrzeug-Energieübertragungseinrichtung des Elektrofahrzeugs koppelbar.
In der DE 10 2011 105 421 A1 ist eine Vorrichtung zum Aufladen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Ladeschnittstelle zum Verbinden der Batterie des Kraftfahrzeugs mit einer Stromquelle. Die Ladeschnittstelle zum Verbinden der Batterie mit der Stromquelle ist in einer Fahrbahn versenkbar.
Ein Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht darin, dass zum Laden der Batterie des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug besonders genau zu der Ladeposition auszurichten ist, damit das einzig bewegliche Koppelelement der Ladestation mit der stationären Anschlussschnittstelle des Kraftfahrzeugs koppelbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verfahren, ein System zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation sowie ein ladestationsseitiges Koppelelement und ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement bereitzustellen, welches platzsparend ausgelegt und besonders einfach und zuverlässig, insbesondere hinsichtlich einer Ausrichtung des Kraftfahrzeugs und eines Nutzerkomforts, zu betreiben ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation, durch ein System zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation sowie durch ein ladestationsseitiges Koppelelement und ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation. Mit „Ladestation“ ist insbesondere ein stationäres Elektrogerät oder eine elektrische Anlage gemeint, welches beziehungsweise welche dazu dient, Kraftfahrzeugen, insbesondere Batterien oder Akkus der Kraftfahrzeuge, durch Einstecken elektrische Energie zuzuführen.
Bei dem Verfahren wird das Kraftfahrzeug relativ zu der Ladestation derart positioniert, dass ein fahrzeugseitiges Koppelelement, welches mit einer Batterie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, in eine Hochrichtung des Kraftfahrzeugs über einem Ladebereich, welcher an einem Bodenbereich angeordnet ist, auf dem sich das Kraftfahrzeug bewegt, angeordnet ist. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug in eine vorbestimmte Richtung zu einem Ladepunkt oder einer Ladestelle bewegt werden, an dem oder an der das kraftfahrzeugseitige Koppelelement, welches auch als kraftfahrzeugseitige Kopplungseinheit bezeichnet werden kann, in einem vorbestimmten Abstand zu dem Ladepunkt oder der Ladestelle angeordnet ist. Bevorzugt ist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in einem Abstand zwischen 5 cm und 20 cm, bevorzugt in einem Abstand von 5 cm, zu dem Ladepunkt angeordnet.
Mit „Ladebereich“ ist insbesondere eine vorbestimmte Position oder ein vorbestimmter Abschnitt oder ein vorbestimmter Punkt an oder auf dem Bodenbereich gemeint, an dem das Kraftfahrzeug zum Laden oder Koppeln des Kraftfahrzeugs mit der Ladestation angeordnet ist. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement ist insbesondere elektrisch leitfähig ausgebildet. Hierzu kann das kraftfahrzeugseitige Koppelelement über eine Stromleitung mit der Batterie oder einer fahrzeugseitigen Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs gekoppelt oder elektrisch verbunden sein. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder Quad, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement von einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs ausgeklappt oder ausgefahren wird, sobald sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement über dem Ladebereich befindet. Mit „Unterbodenbereich“ ist insbesondere ein Unterboden des Kraftfahrzeugs gemeint, also eine dem Bodenbereich, auf dem das Kraftfahrzeug fährt, zugewandte Fläche des Kraftfahrzeugs.
Beim Ausklappen oder Ausfahren des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement von einer horizontalen Lagerposition an dem Unterbodenbereich in eine vorbestimmte Ladeposition, in der das fahrzeugseitige Koppelelement in der vorbestimmten Ladeposition in einem vorbestimmten Winkel zu dem Unterbodenbereich angeordnet ist, verlagert oder ausgefahren. Mit anderen Worten wird vom Kraftfahrzeug, insbesondere von dem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs, das kraftfahrzeugseitige Koppelelement von einer im Wesentlichen horizontalen Position in eine vorbestimmte Position geschwenkt oder verfahren. Der Winkel in dem das kraftfahrzeugseitige Koppelelement zu dem Unterbodenbereich angeordnet ist, kann einen Winkelbereich von 10° bis 90° aufweisen. Alternativ kann das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in y-Richtung, insbesondere in eine Quer- oder Breitenrichtung des Kraftfahrzeugs, und/oder in z-Richtung, insbesondere in die Hochrichtung des Kraftfahrzeugs, und/oder in eine x-Richtung, insbesondere in eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, verfahren werden. Mit „horizontale Lagerposition“ ist insbesondere gemeint, dass sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in dieser Position oder Stellung in eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, insbesondere in eine x-Richtung und/oder parallel, erstreckt. Zum Beispiel kann das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in eine vertikale Ladeposition, in der das kraftfahrzeugseitige Koppelelement, insbesondere in einem Winkel von 90° zu dem Unterbodenbereich angeordnet ist, verschwenkt werden. Mit „vertikale Ladeposition“ ist insbesondere gemeint, dass sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in dieser Position oder Stellung in eine Hochrichtung des Kraftfahrzeugs, insbesondere in eine z-Richtung, erstreckt. Bevorzugt wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement automatisch ausgeklappt oder in z-Richtung, also die Hochrichtung, verfahren.
Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement wird also insbesondere nur zum Laden der Batterie des Kraftfahrzeugs ausgeklappt. Das ausgeklappte kraftfahrzeugseitige Koppelelement erleichtert ein Koppeln mit der Ladestation dadurch, dass eine exakte Positionierung nicht erforderlich ist. Insbesondere ist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in der Lage gewisse Toleranzen, also insbesondere einen Versatz des Kraftfahrzeug zu der Ladestation, besonders bevorzugt in x-, y- und z-Richtung, auszugleichen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass nach dem Ausklappen des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements ein ladestationsseitiges Koppelelement der Ladestation aus dem Ladebereich, insbesondere senkrecht zu dem Bodenbereich, in Richtung des Unterbodenbereichs des Kraftfahrzeugs ausgefahren wird. Mit anderen Worten kann das ladestationsseitige Koppelelement in eine Hochrichtung des Kraftfahrzeugs, insbesondere in z-Richtung, verfahren werden. Bevorzugt wird das ladestationsseitige Koppelelement automatisch bewegt. Hierdurch entsteht für den Nutzer des Kraftfahrzeugs ein Komfort- und Zeitgewinn, da der Kopplungs- und Ladevorgang automatisch erfolgt.
In vorteilhafter Weise wird nach dem Ausfahren des ladestationsseitigen Koppelelements das Kraftfahrzeug relativ zu dem ladestationsseitigen Koppelelement derart bewegt, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement mit dem ladestationsseitigen Koppelelement gekoppelt wird. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug in eine vorbestimmte Richtung, insbesondere in eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs oder in eine y-Richtung, bewegt werden, bis zwischen dem ladestationsseitigen Koppelelement und dem kraftfahrzeugseitigen Koppelelement ein Kontakt besteht oder hergestellt wird. Zusätzlich oder alternativ ist das Kraftfahrzeug dazu eingerichtet, sobald ein Kontakt zwischen dem kraftfahrzeugseitigen Koppelelement und dem ladestationsseitigen Koppelement besteht zu stoppen oder anzuhalten. Bevorzugt kann eine Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, das Kraftfahrzeug bei erfassten Kontakt zwischen dem kraftfahrzeugseitigen Koppelelement und dem ladestationsseitigen Koppelement zu stoppen. Im gekoppelten Zustand kontaktieren oder berühren sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement und das ladestationsseitige Koppelelement, insbesondere die elektrischen Leiter des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements und die Kontaktelemente des ladestationsseitigen Koppelements. Hierdurch ist keine präzise Positionierung des Kraftfahrzeugs erforderlich. Insbesondere kann ein Versatz des ladestationsseitigen Koppelelements zu dem kraftfahrzeugseitigen Koppelelement durch das kraftfahrzeugseitige Koppelelement kompensiert werden.
Zu der Erfindung gehört auch ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement umfasst einen Rahmen mit zumindest zwei Rahmenelementen, wobei die zwei Rahmenelemente in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander einander gegenüberliegend angeordnet sind. Bevorzugt umfasst der Rahmen drei Rahmenelemente, welche senkrecht zueinander angeordnet sind, sodass der Rahmen eine U-Form aufweist. Hierbei sind bevorzugt zwei der Rahmenelemente parallel zueinander, einander gegenüberliegend angeordnet. Des Weiteren weist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement eine Mehrzahl an elektrischen Leitern auf. Mit anderen Worten weist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement mehrere elektrische Leiter oder Leitungselemente auf. Insbesondere sind die elektrischen Leiter als Drähte oder Stromleitungen ausgebildet. Dabei sind die elektrischen Leiter zwischen den zumindest zwei Rahmenelementen angeordnet und verlaufen in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander von einem Rahmenelement zu dem gegenüberliegenden Rahmenelement. Besonders bevorzugt sind die elektrischen Leiter, insbesondere zwischen den zumindest zwei Rahmenelementen, gespannt. Mit anderen Worten sind zwischen den einander gegenüberliegenden Rahmenelementen des Rahmens die elektrischen Leiter gespannt. Dabei verlaufen die elektrischen Leiter insbesondere senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Rahmenelemente. Insbesondere sind die elektrischen Leiter zu einander parallel in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet. Bevorzugt sind die elektrischen Leiter über eine Zuleitung oder Stromleitung mit der Batterie oder einer fahrzeugseitigen Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs verbunden. Durch den Rahmen sowie die elektrischen Leiter ist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement konstruktiv besonders einfach und robust aufgebaut.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement Federelemente aufweist, wobei die elektrischen Leiter über Federelemente mit den Rahmenelementen verbunden sind. Insbesondere sind die elektrischen Leiter gegenüber den Federelementen und/oder den Rahmenelementen elektrisch isoliert. Die Federelemente können beispielsweise als mechanische Federn, wie zum Beispiel als Schraubenfeder, ausgebildet sein. Dabei ist jeweils an beiden Enden eines jeweiligen elektrischen Leiters ein Federelement angeordnet. Mit anderen Worten umfasst das kraftfahrzeugseitige Koppelelement einen Rahmen, in dem über Federelemente die elektrischen Leiter gespannt sind. Sind das kraftfahrzeugseitige Koppelelement und das ladestationsseitige Koppelelement gekoppelt, so sind insbesondere die Federelemente und/oder die elektrischen Leiter gespannt. Durch die Federelemente ergibt sich der Vorteil, dass eine Position oder eine Positionierung der elektrischen Leiter bei der Kopplung mit dem ladestationsseitigen Koppelelement flexibel ausgelegt ist.
Zu der Erfindung gehört auch ein weiteres, insbesondere alternatives, kraftfahrzeugseitiges Koppelelement. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement umfasst eine Mehrzahl an elektrischen Leitern. Dabei können die elektrischen Leiter als Draht oder Stromkabel ausgebildet sein. Die jeweiligen elektrischen Leiter sind in zwei Leiterabschnitte unterteilt, wobei die zwei Leiterabschnitte jedes elektrischen Leiters an einem Scheitelpunkt verbunden sind. Bevorzugt weisen die elektrischen Leiter jeweils eine dreieckige oder halbkreisrunde oder parabolförmige Form auf. Weist der elektrische Leiter beispielsweise eine dreieckförmige Form auf, so bildet der Scheitelpunkt insbesondere eine Spitze aus. Ferner sind die jeweiligen Enden der Leiter oder der Leiterabschnitte des jeweiligen Leiters an einer gemeinsamen Drehachse angeordnet. Mit anderen Worten ist ein Leitungsende des Leiters an einem Drehpunkt der Drehachse und das andere Leitungsende des elektrischen Leiters an einem anderen Drehpunkt der Drehachse angeordnet, wobei die Drehpunkte in einem vorbestimmten Abstand zueinander an der Drehachse angeordnet sind. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass ein Leitungsende des Leiters an einem Drehpunkt und das andere Leitungsende des elektrischen Leiters an einem anderen Drehpunkt angeordnet oder gelagert ist, wobei die Drehpunkte in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten können die Leitungsenden einzeln, drehbar aufgehängt oder befestigt, insbesondere an einem jeweiligen Halteelement, sein. Eine derartige Ausgestaltung des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements hat den Vorteil, dass es besonders einfach aufgebaut und die elektrischen Leiter durch deren Anordnung besonders flexibel anordenbar sind.
In vorteilhafter Weise weist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement Federelemente auf, wobei die elektrischen Leiter über die Federelemente mit der Drehachse gekoppelt sind. Alternativ können die Leitungsenden der elektrischen Leiter mit Federelementen an den Drehpunkten aufgehängt oder befestigt, insbesondere an einem jeweiligen Halteelement, sein. Die Federelemente könne insbesondere als mechanische Feder, wie zum Beispiel eine Schraubenfeder, ausgebildet sein. Durch die Federelemente ergibt sich der Vorteil, dass eine Position oder eine Positionierung der elektrischen Leiter bei der Kopplung mit dem ladestationsseitigen Koppelelement flexibel ausgelegt ist.
Zu der Erfindung gehört auch ein ladestationsseitiges Koppelelement. Das ladestationsseitige Koppelelement umfasst einen elektrisch isolierten Grundkörper, wobei der elektrisch isolierte Grundkörper mehrere in eine Hochrichtung des ladestationsseitigen Koppelelements übereinander angeordnete Einführschrägen aufweist. Mit anderen Worten weist der Grundkörper, welcher insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, mehrere in eine Haupterstreckungsrichtung des ladestationsseitigen Koppelelements angeordnete Vertiefungen auf. Ferner weist das ladestationsseitige Koppelelement mehrere elektrisch leitfähige Kontaktelemente auf. Hierbei ist jeweils ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement der mehreren leitfähigen Kontaktelemente in einer Einführschräge angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich pro Einführschräge ein elektrisch leitfähiges Koppelelement. Das elektrisch leitfähige Kontaktelement kann beispielsweise als elektrischer Leiter, insbesondere als ein Draht, oder als eine Stromleitung ausgebildet sein. Bevorzugt stimmt eine Anzahl an elektrisch leitfähigen Koppelelementen des ladestationsseitigen Koppelelements mit einer Anzahl der elektrischen Leiter des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements überein. Bevorzugt ist das ladestationsseitige Koppelelement, insbesondere die elektrisch leitfähigen Kontaktelemente, über eine Stromleitung mit einer, insbesondere elektrischen, Energiequelle der Ladestation verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das ladestationsseitige Koppelelement besonders einfach und kompakt aufgebaut ist.
In vorteilhafter Weise weist der Grundkörper eine zylindrische Form auf, wobei die Einführschrägen als trichterförmige Vertiefungen ausgebildet sind, welche sich in eine Umfangsrichtung des Grundkörpers um den Grundkörper herum erstrecken. Mit „trichterförmigen Vertiefungen“ sind insbesondere Rillen oder Nuten gemeint, welche im Querschnitt bevorzugt eine trichterförmige oder dreieckförmige Form aufweisen. Durch die Vertiefungen beziehungsweise Einführschrägen sind die Kontaktelemente auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise an dem ladestationsseitigen Koppelelement gehalten.
Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein System zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation, wobei das System das Kraftfahrzeug, das erfindungsgemäße kraftfahrzeugseitige Koppelelement oder das weitere kraftfahrzeugseitige Koppelelement, welches an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, und das erfindungsgemäße ladestationsseitige Koppelelement einer Ladestation umfasst.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das ladestationsseitige Koppelelement an einem Ende ein Abdeckelement aufweist, wobei das Abdeckelement in einem abgesenkten Zustand eine Ladeöffnung in dem Ladebereich verschließt oder abdeckt. Mit anderen Worten verschließt sich das Abdeckelement oder die Abdeckung das ladestationsseitige Koppelelement im eingefahrenen Zustand bodeneben. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Abdeckelement durch Formschluss in der Ladeöffnung angeordnet ist und/oder die Ladeöffnung verschließt. Das Abdeckelement hat den Vorteil, dass die Ladestation hierdurch vor externen Einflüssen geschützt und/oder wasserdicht ausgebildet ist. Durch den Formschluss ergibt sich der Vorteil, dass dadurch eine hohe Traglast der Ladestation realisierbar ist.
In vorteilhafter Weise umfasst die Ladestation eine erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen des ladestationsseitigen Koppelelements. Mit anderen Worten kann die erste Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet sein, das ladestationsseitige Koppelelement zu bewegen oder zu verfahren. Insbesondere ist die erste Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das ladestationsseitige Koppelelement aus dem Ladebereich in eine Richtung des Unterbodenbereichs des über dem Ladebereich angeordneten Kraftfahrzeugs, zu bewegen. Insbesondere kann die erste Bewegungseinrichtung einen Motor aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, das ladestationsseitige Koppelelement in die Hochrichtung oder die z-Richtung zu bewegen oder zu verfahren.
In vorteilhafter Weise kann das Kraftfahrzeug ein Schutzelement aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in der Lagerposition abzudecken. Insbesondere ist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in der Lagerposition zwischen dem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs und dem Schutzelement angeordnet. Beispielsweise kann das Schutzelement als eine Kappe oder eine Klappe oder ein Deckel ausgebildet sein. Eine Bewegungseinrichtung des Kraftfahrzeugs kann dazu eingerichtet sein, das Schutzelement vor einem Wechsel des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements aus der Lagerposition in die Ladeposition derart zu bewegen, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement freiliegt. Das Schutzelement hat den Vorteil, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement vor Korrosion oder externen Einwirkungen im Betrieb des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel Steinschläge, geschützt ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine zweite Bewegungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das kraftfahrzeugseitige Koppelelement von dem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs auszuklappen oder zu verfahren, wobei beim Ausklappen oder Verfahren des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements das kraftfahrzeugseitige Koppelelement von einer horizontalen Lagerposition an dem Unterbodenbereich in eine vorbestimmte Ladeposition, in der das kraftfahrzeugseitige Koppelelement in der vorbestimmten Ladeposition in einem vorbestimmten Winkel zu dem Unterbodenbereich angeordnet ist, verlagerbar oder verfahrbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine Erfassungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Ladebereich zu erfassen, wobei das Kraftfahrzeug ferner eine Steuereinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, bei einem Erfassen des Ladebereichs die zweite Bewegungseinrichtung zum Ausklappen des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements anzusteuern. Bevorzugt umfasst die Erfassungseinrichtung eine Kamera und/oder einen Sensor. Mit anderen Worten kann eine Positionierung des Kraftfahrzeugs über dem Ladebereich durch eine Erfassungseinrichtung überwacht werden. Bevorzugt kann die Positionierung des Kraftfahrzeugs über dem Ladebereich über ein Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs, bevorzugt vollautomatisch, erfolgen.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen kraftfahrzeugseitigen Koppelelements, des erfindungsgemäßen weiteren kraftfahrzeugseitigen Koppelelements, des erfindungsgemäßen ladestationsseitigen Koppelelements und des erfindungsgemäßen Systems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen kraftfahrzeugseitigen Koppelelements, des erfindungsgemäßen ladestationsseitigen Koppelelements und des erfindungsgemäßen Systems hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, welches eine Ladestation anfährt, in einer Perspektivansicht;
2 eine schematische Darstellung eines Systems zum elektrischen Koppeln des Kraftfahrzeugs mit der Ladestation in einer Perspektivansicht, wobei das System das Kraftfahrzeug, ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement, welches an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, und ein ladestationsseitiges Koppelelement der Ladestation umfasst;
3 eine schematische Darstellung eines Systems zum elektrischen Koppeln des Kraftfahrzeugs mit der Ladestation in einer Perspektivansicht, wobei das System das Kraftfahrzeug, ein weiteres, alternatives kraftfahrzeugseitiges Koppelelement, welches an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, und das ladestationsseitige Koppelelement der Ladestation umfasst;
4 eine schematisch, vergrößerte Darstellung des weiteren, alternativen kraftfahrzeugseitiges Koppelelements in einer Seitenansicht; und
5 eine schematische Darstellung eines gekoppelten Zustandes des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements mit dem ladestationsseitigen Koppelelement in einer Draufsicht.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Parkplatz 10 in einer Draufsicht. Der Parkplatz 10 umfasst mehrere Parkplätze 12 und eine oder mehrere Ladestationen 14. Auf dem Parkplatz 10 können Kraftfahrzeuge parken und/oder einen Ladevorgang an einer der Ladestationen 14 durchführen.
Wie aus 1 ersichtlich, weist der Parkplatz 10 zwei Parkplätze 12 auf. An den jeweiligen Parkplätzen 12 ist jeweils eine Ladestation 14 angeordnet. Mit anderen Worten ist eine Ladestation 14 einem jeweiligen Parkplatz 12 zugeordnet oder zugewiesen. Auf dem Parkplatz 10 wollen zwei Kraftfahrzeuge 16, welche insbesondere als Elektrofahrzeuge ausgebildet sind, die Ladestation 14 an dem zugehörigen Parkplatz 12 nutzen. Die Ladestation 14 ist dazu eingerichtet, eine Batterie des Kraftfahrzeugs 16 zu laden. Zum Laden der Batterie des Kraftfahrzeugs 16 fährt das Kraftfahrzeug 16 den Parkplatz 12 mit der Ladestation 14 an.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 18 zum elektrischen Koppeln des Kraftfahrzeugs 16 mit der Ladestation 14. 3 zeigt ein weitere Ausführungsform eines Systems 18 zum elektrischen Koppeln des Kraftfahrzeugs 16 mit der Ladestation 14.
In Zusammenhang von 1, 2, 3 und 4 soll auf das System 18 mit einer Ausführungsform des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22 und dem ladestationsseitigen Koppelelement 24, das System 18 mit einer weiteren Ausführungsform des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22` und dem ladestationsseitigen Koppelelement 24 sowie auf das Verfahren zum elektrischen Koppeln des Kraftfahrzeugs 16 mit der Ladestation 14 genauer eingegangen werden.
Für den Ladevorgang einer Batterie des Kraftfahrzeugs 16 oder zum Laden der Batterie des Kraftfahrzeugs 16 fährt das Kraftfahrzeug 16 zu der Ladestation 14. Dabei positioniert sich das Kraftfahrzeug 16 relativ zu einem Ladebereich 20. Der Ladebereich 20, welcher auch als Ladepunkt bezeichnet werden kann, befindet sich auf einem Bodenbereich 21 oder Boden, auf dem sich das Kraftfahrzeug 16 bewegt. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug 16 zu dem Ladebereich 20 auszurichten. Hierzu wird das Kraftfahrzeug 16 in eine Hochrichtung z des Kraftfahrzeugs 16 über dem Ladebereich 20 positioniert oder angeordnet. Um die Positionierung des Kraftfahrzeugs 16 relativ zu dem Ladebereich 20 zu bestimmen oder zu erfassen, weist das Kraftfahrzeug 16 eine Erfassungseinrichtung und/oder ein Assistenzsystem auf. Die Erfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Kamera umfassen, welche dazu eingerichtet ist, den Ladebereich 20 zu erfassen. Beispielsweise kann die erfasste Aufnahme und/oder das Bild der Kamera auf eine Anzeigeeinrichtung, wie beispielsweise ein Display, im Kraftfahrzeug 16 angezeigt werden. Ferner kann auf der Anzeigeeinrichtung eine Positioniermarkierung eingeblendet werden. Liegt die Positioniermarkierung auf die Ladebereich 20, so kann das Kraftfahrzeug 16 angehalten und/oder geparkt werden und ist für den Ladevorgang bereit. Anschließend kann eine Feinpositionierung des Kraftfahrzeugs 16 erfolgen und das kraftfahrzeugseitige Koppelelement, auf welches im Folgenden genauer eingegangen wird, ausgefahren werden. Das Assistenzsystem kann beispielsweise eine Einparkhilfe oder einen Parkassistenten oder ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 16 umfassen. Dabei kann die Positionierung des Kraftfahrzeugs 16 über dem Ladebereich 20 durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs 16, der über die Einparkhilfe das Kraftfahrzeug 16 die Position des Ladebereich anfährt, erfolgen. Alternativ kann man über den Parkassistenten das Kraftfahrzeug 16 die Position des Ladebereichs 20 vollautomatisch oder autonom, also ohne ein Zutun des Fahrers, anfahren. Wie aus 1 ersichtlich, wird das Kraftfahrzeug 16 zum Positionieren des Kraftfahrzeugs 16 relativ zu dem Ladebereich 20 in eine Fahrzeuglängsrichtung, also in x-Richtung, bewegt.
Ist das Kraftfahrzeug 16 zu dem Ladebereich 20 positioniert, findet eine elektrische Kopplung des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere einer Batterie des Kraftfahrzeugs 16, mit der Ladestation 14 statt. Insbesondere erfolgt ein Koppeln des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements mit dem ladestationsseitigen Koppelelement, auf welche im Folgenden näher eingegangen wird.
Hierzu umfasst das System 18, wie aus 2 ersichtlich, ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement 22 und ein ladestationsseitiges Koppelelement 24. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 ist über eine Stromleitung mit einer Batterie oder einer fahrzeugseitigen Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs 16 verbunden. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 umfasst einen Rahmen 26 mit mehreren, insbesondere 3 Rahmenelementen. Bei dem Rahmen 26 sind 3 Rahmenelemente - erstes Rahmenelement 28, zweites Rahmenelement 30 und drittes Rahmenelement 32 - derart zueinander angeordnet, dass der Rahmen 26 eine U-Form aufweist. Insbesondere sind die 3 Rahmenelemente aufeinanderfolgend - das erste Rahmenelement 28, das zweite Rahmenelement 30 und das dritte Rahmenelement 32 senkrecht zueinander angeordnet. Ferner sind das erste Rahmenelement 28 und das zweite Rahmenelement 30 in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander einander gegenüberliegend angeordnet. Dabei ist das erste Rahmenelement an einem Ende des zweiten Rahmenelements 30 und das dritte Rahmenelement 32 an dem gegenüberliegenden Ende des zweiten Rahmenelements 30 angeordnet. Der Rahmen 26 ist gegenüber den elektrischen Leitern 34 isoliert. Zwischen den einander gegenüberliegenden Rahmenelementen - erstes Rahmenelement 28 und drittes Rahmenelement 32 - sind mehrere elektrische Leiter 34 angeordnet. Die elektrischen Leiter 34 verlaufen von dem ersten Rahmenelement 28 zu dem dritten Rahmenelement 32. Dabei sind die elektrischen Leiter 34 in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander angeordnet. Die elektrischen Leiter 34 sind dabei, insbesondere zwischen dem ersten Rahmenelement 28 und dem dritten Rahmenelement 32, gespannt. Die elektrischen Leiter 34 werden über Federelemente 36 mit den einander gegenüberliegenden Rahmenelementen - erstes Rahmenelement 28 und drittes Rahmenelement 32 - verbunden. Dabei ist jeweils ein Federelement an einem Ende eines Leiters 34 und ein weiteres Federelement an einem gegenüberliegenden Ende des Leiters 34 angeordnet. Entsprechend ist also jeweils ein Leiter über 2 Federelemente mit dem Rahmen 26 verbunden. Die Federelemente 36 sind dazu eingerichtet, einen Toleranzausgleich, insbesondere in Fahrzeugrichtung, durchzuführen. Bevorzugt können die gespannten elektrischen Leiter 34 zusammen mit den Federelementen 36 Toleranzen oder einen Versatz des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere in x-, y- und z-Richtung, zu dem Ladebereich ausgleichen.
Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 ist an einem Unterboden oder Unterbodenbereich 38 des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere an einer dem Bodenbereich 21 zugewandten Seite des Unterbodens des Kraftfahrzeugs 16, angeordnet. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 ist auf einer horizontalen Lagerposition 40 in eine vertikale Ladeposition 42, wie durch den Pfeil 44 verdeutlicht, verlagerbar oder verfahrbar. Mit anderen Worten wird vom Kraftfahrzeug 16, insbesondere von dem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs 16, das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 von einer im Wesentlichen horizontalen Position in eine senkrechte Position geschwenkt. Dabei wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 um eine Achse 46, welche sich in eine Breitenrichtung des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere in y-Richtung, erstreckt, geschwenkt. Mit anderen Worten wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 von dem Unterboden 38 des Kraftfahrzeugs ausgeklappt oder ausgefahren. Mit „horizontale Lagerposition“ ist insbesondere gemeint, dass sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 in dieser Position oder Stellung in eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere in eine x-Richtung, erstreckt. Mit „vertikale Ladeposition“ ist insbesondere gemeint, dass sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 in dieser Position oder Stellung in eine Hochrichtung des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere in eine z-Richtung, erstreckt.
Zum Ausklappen oder Bewegen des kraftfahrzeugseitigen Koppelelement 22 weist das Kraftfahrzeug 16 eine Bewegungseinrichtung (in Figuren nicht dargestellt) auf. Ferner kann das Kraftfahrzeug 16 eine Steuereinrichtung aufweisen, welche die Bewegungseinrichtung ansteuert. Hierbei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Bewegungseinrichtung zum Ausklappen oder Bewegen des kraftfahrzeugseitigen Koppelelement 22 anzusteuern, sobald oder wenn das Kraftfahrzeug 16 zu dem Ladebereich 20 positioniert ist oder den Ladebereich 20 erreicht hat. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Versatz in x-, y- und z-Richtung ausgeglichen werden kann.
3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22', auf welches in Folgenden genauer eingegangen wird.
Das weitere kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' ist über eine Stromleitung 19 mit einer Batterie oder einer fahrzeugseitigen Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs 16 verbunden.
Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' ist an dem Unterboden oder Unterbodenbereich 38 des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere an einer dem Bodenbereich 21 zugewandten Seite des Unterbodens des Kraftfahrzeugs 16, angeordnet. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' ist auf einer horizontalen Lagerposition 40' in eine Ladeposition 42', wie durch den Pfeil 44' verdeutlicht, verlagerbar. In der Ladeposition 42' ist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22` in einem vorbestimmten Winkel zu dem Unterbodenbereich 38 des Kraftfahrzeugs 16 angeordnet. Mit anderen Worten wird vom Kraftfahrzeug 16, insbesondere von dem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs 16, das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' von einer im Wesentlichen horizontalen Position in eine Position geschwenkt, in der das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' in einem vorbestimmten Winkel zu dem Unterbodenbereich 38 des Kraftfahrzeugs 16 angeordnet ist. Dabei wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' um eine Drehachse 46', welche sich in eine Breitenrichtung des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere in y-Richtung, erstrecken, geschwenkt. Mit anderen Worten wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' von dem Unterboden 38 des Kraftfahrzeugs ausgeklappt. Mit „horizontale Lagerposition“ ist insbesondere gemeint, dass sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' in dieser Position oder Stellung in eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere in eine x-Richtung, erstreckt.
Zum Ausklappen oder Bewegen des kraftfahrzeugseitigen Koppelelement 22` weist das Kraftfahrzeug 16 eine Bewegungseinrichtung (in Figuren nicht dargestellt) auf. Ferner kann das Kraftfahrzeug 16 eine Steuereinrichtung aufweisen, welche die Bewegungseinrichtung ansteuert. Hierbei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Bewegungseinrichtung zum Ausklappen oder Bewegen des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22' anzusteuern, sobald oder wenn das Kraftfahrzeug 16 zu dem Ladebereich 20 positioniert ist oder den Ladebereich 20 erreicht hat.
Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' umfasst eine Mehrzahl an elektrischen Leitern 34'. Dabei können die elektrischen Leiter 34' als Draht oder Stromkabel ausgebildet sein. Die jeweiligen elektrischen Leiter 34' sind in zwei Leiterabschnitte 34a, 34b unterteilt, wobei die zwei Leiterabschnitte 34a, 34b jedes elektrischen Leiters 34' an einem Scheitelpunkt SP verbunden sind. Bevorzugt weisen die elektrischen Leiter 34' jeweils eine dreieckige oder halbkreisrunde oder parabolförmige Form auf. Weist der elektrische Leiter beispielsweise eine dreieckförmige Form auf, so bildet der Scheitelpunkt insbesondere eine Spitze aus. Ferner sind die jeweiligen Enden der Leiterabschnitte 34a, 34b des jeweiligen Leiters 34' an einer gemeinsamen Drehachse 46' angeordnet. Mit anderen Worten ist ein Leitungsende 35 des Leiters an einem Drehpunkt 39 der Drehachse 46' und das andere Leitungsende 37 des elektrischen Leiters 34' an einem anderen Drehpunkt 41 der Drehachse 46' angeordnet, wobei die Drehpunkte 39, 41 in einem vorbestimmten Abstand zueinander an der Drehachse 46' angeordnet sind oder auf der Drehachse 46' liegen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das eine Leitungsende 35 des Leiters 34' an dem einen Drehpunkt 39 und das andere Leitungsende 37 des elektrischen Leiters 34` an einem anderen Drehpunkt 41 angeordnet oder gelagert ist, wobei die Drehpunkte 39, 41 in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten können die Leitungsenden 35, 37 einzeln, drehbar aufgehängt oder befestigt sein, insbesondere an einem jeweiligen Halteelement.
Ferner weist das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22' Federelemente 36' auf, wobei die elektrischen Leiter 34' über die Federelemente 36` mit der Drehachse 46' oder dem jeweiligen Halteelement, insbesondere an der Drehachse 46', gekoppelt sind. Alternativ können die Leitungsenden der elektrischen Leiter 34' mit den Federelementen 36' an den Drehpunkten 39, 41 aufgehängt oder befestigt, insbesondere an dem jeweiligen Halteelement, sein. Die Federelemente 36' sind dazu eingerichtet, Toleranzen von dem kraftfahrzeugseitigen Koppelelement zu dem ladestationsseitigen Koppelement auszugleichen.
Sind die elektrischen Leiter 34' in eine Ladeposition ausgeklappt, so sind die elektrischen Leiter 34' fächerartig in eine Hochrichtung z übereinander angeordnet. Die elektrischen Leiter 34' sind dabei gleich oder identisch ausgeführt. Zudem können die elektrischen Leiter 34' durch ein Leitungselement 33, elektrisch gekoppelt oder verbunden sein. Im gekoppelten Zustand des Ladestationsseitigen Koppelelements 24' und des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22' fassen oder spannen die elektrischen Leiter 34' das ladestationsseitige Koppelelement 24, insbesondere im Bereich des Scheitelpunktes SP, ein oder umranden das ladestationsseitige Koppelelement 24.
Ferner weist das System 18 das ladestationsseitiges Koppelelement 24 auf. Das ladestationsseitige Koppelelement 24 ist bei den in 2 und 3 gezeigten Systemen 18 identisch, also gleich ausgebildet. Das ladestationsseitige Koppelelement 24 ist über eine Stromleitung mit einer Energiequelle verbunden. Das ladestationsseitige Koppelelement 24 umfasst einen Grundkörper 50. Der Grundkörper 50 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Der Grundkörper 50 weist eine zylindrische Form auf. Ferner weist der Grundkörper 50 in eine Haupterstreckungsrichtung des Grundkörpers 50, welche sich insbesondere in eine Hochrichtung des Kraftfahrzeugs 16 also in z-Richtung, erstreckt, mehrere Einführschrägen 52 auf. Die Einführschrägen 52 sind in die Haupterstreckungsrichtung des Grundkörpers 50 übereinander oder nebeneinander und/oder aneinander angeordnet. Die Einführschrägen 52 sind als trichterförmige Vertiefungen ausgebildet, welche sich in eine Empfangsrichtung u des Grundkörpers 50 um den Grundkörper 50 erstrecken. Insbesondere verlaufen die Einführschrägen 52 ring- oder kreisförmig um den Grundkörper 50. Mit „trichterförmigen Vertiefungen“ sind insbesondere Rillen oder Nuten gemeint, welche im Querschnitt bevorzugt eine trichterförmige oder dreieckförmige Form aufweisen.
Des Weiteren umfasst das ladestationsseitige Koppelelement 24 mehrere elektrisch leitfähige Kontaktelemente 54. Die leitfähigen Kontaktelemente 54 sind beispielsweise als elektrische Leiter oder Drähte ausgebildet. Insbesondere ist jeweils ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement in einer Einführschräge 52 angeordnet. Insbesondere stimmt die Anzahl der elektrisch leitfähigen Kontaktelementen 54 mit der Anzahl an Einführschrägen 52 überein. Des Weiteren stimmt auch eine Anzahl an elektrisch leitfähigen Kontaktelementen 54 des ladestationsseitige Koppelelements 26 mit einer Anzahl an elektrischen Leitern 34 des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22 überein. In einem gekoppelt oder verbundenen Zustand des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22 mit dem ladestationsseitige Koppelelement 26 berühren oder kontaktieren sich die elektrischen Leiter 34 und die elektrisch leitfähigen Kontaktelemente 54 oder stehen die elektrischen Leiter 34 mit den elektrisch leitfähigen Kontaktelementen 54 Kontakt.
Zum Koppeln des ausgeklappten kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22 oder des weiteren kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22` mit dem ladestationsseitige Koppelelement 24 wird das ladestationsseitige Koppelelement 24 in eine Hochrichtung des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere in z-Richtung, wie durch den Pfeil 56 verdeutlicht, verfahren oder bewegt. Dabei wird das ladestationsseitige Koppelelement 24 von einer abgesenkten Position in eine ausgefahrenen Position in Richtung des Bodenbereichs 28 des Kraftfahrzeugs 16, insbesondere linear, bewegt. Befindet sich das ladestationsseitige in der ausgefahrenen Position, so wird das Kraftfahrzeug in 9 in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, also in x-Richtung, bewegt. Zum Bewegen oder Verfahren des ladestationsseitige Koppelelements 24 weist das System 18 eine erste Bewegungseinrichtung auf. Hierbei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen des ladestationsseitigen Koppelelements 24 anzusteuern, sobald oder wenn das Kraftfahrzeug 16 zu dem Ladebereich 20 positioniert ist oder den Ladebereich 20 erreicht hat.
Das ladestationsseitige Koppelelement 24 weist an einem Ende ferner eine Abdeckung 58 auf. Die Abdeckung 58, welche insbesondere auch als ein Abdeckelement bezeichnet werden kann, ist insbesondere als eine Platte oder Scheibe, bevorzugt als eine Runde oder kreisförmige Platte, ausgebildet. In einem abgesenkten Zustand oder einer abgesenkten Position, also wenn das ladestationsseitige Koppelelement 24 nicht ausgefahren ist, schließt die Abdeckung 58 eben mit dem Bodenbereich 21 ab. Mit anderen Worten verschließt die Abdeckung das ladestationsseitige Koppelelement 24 im eingefahrenen Zustand bodeneben. Alternativ kann die Abdeckung 58 formschlüssig in dem Bodenbereich 21 angeordnet sein. Ein Formschluss ermöglicht eine hohe Traglast.
Zunächst erfolgt eine Grobpositionierung des Kraftfahrzeugs 16 zu der Ladestation 14. Beispielsweise indem der Fahrer mithilfe einer Kamera das Kraftfahrzeug 16 oder das Kraftfahrzeug 16 autonom mithilfe eines Parkassistenten auf dem Parkplatz 12 zu dem Ladebereich 20 positioniert oder hinfährt. Anschließend werden das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22, 22` und das ladestationsseitige Koppelelement 24 ausgefahren. Schließlich erfolgt eine Feinpositionierung der beiden Koppelelement zueinander. Dabei kann das Kraftfahrzeug 16 in Fahrzeuglängsrichtung x bewegt werden. Das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22, 22' ist, insbesondere durch die Federelemente 36, 36', dazu eingerichtet, einen Toleranzausgleich, insbesondere in x-, y- und/oder z-Richtung, durchzuführen.
Sobald ein Kontakt zwischen dem ladestationsseitigen Koppelelement 24 und dem kraftfahrzeugseitigen Koppelelement 22 oder dem kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22' besteht, kann ein Ladevorgang starten oder erfolgen. Hierzu kann das Kraftfahrzeug 16 eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist mit der Ladestation zu kommunizieren. Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den gekoppelten Zustand zu erfassen und an die Kommunikationseinrichtung zu übermitteln. Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise über eine Funkverbindung mit der Ladestation kommunizieren. Sobald gekoppelte Zustand durch die Erfassungseinrichtung erfasst und an die Kommunikationseinrichtung kommuniziert wurde, kann die Kommunikationseinrichtung zum Starten des Ladevorgangs ein Ladesignal an die Ladestationen, insbesondere über die Funkverbindung oder eine Leitung, ausgeben.
5 zeigt in einer Draufsicht das System 18 mit der ersten Ausführungsform des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22 im entspannten, also ungekoppelten, und gespannten, also gekoppelten, Zustand des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements 22 und des ladestationsseitigen Koppelelements 24. An den Leitungsenden der elektrischen Leiter 34 ist eine Stromleitung 19 angeordnet, welche die elektrischen Leiter 34 mit einer Batterie des Kraftfahrzeugs 16 koppelt. Die elektrischen Leiter 34 und die Stromleitung 19 sind gegenüber den Federelementen 26 und dem Rahmen 26 elektrisch isoliert. Wird das kraftfahrzeugseitige Koppelelement 22 mit dem ladestationsseitigen Koppelelement 24 verbunden oder gekoppelt, so werden die Federelemente 36 gespannt und die elektrischen Leiter 34 werden durch das ladestationsseitige Koppelelement 24, insbesondere elastisch, verformt oder gebogen.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein automatisiertes Laden eines E-Fahrzeuges durch einen im Boden versenkten Ladeanschluss in Kombination mit einer Fahrzeugpositionierung über den Parkassistenten oder dem Fahrer mit Kamera bereitgestellt werden kann.
Statt der klassischen Beladung des Fahrzeugs mittels Überflur-Ladestation wird das Fahrzeug über eine im Boden versenkte Kopplungseinheit, die mit einer Ladestation verbunden ist, beladen.
Die Positionierung des Fahrzeugs über dem Ladepunkt erfolgt entweder durch den Fahrer, der über die Einparkhilfe seines Fahrzeugs oder eine Kamera die Position des Ladepunktes anfährt oder vollautomatisch über den Parkassistenten seines Fahrzeugs.
Der Ladevorgang erfolgt wie folgt:

Zunächst wird das Fahrzeug in X-Richtung bis auf einen definierten Abstand (z.B. 5 cm) zur im Boden versenkten Kopplungseinheit gebracht.

Dann wird vom Fahrzeug die fahrzeugseitige Kopplungseinheit in die senkechte Position geschwenkt. Die fahrzeugseitige Kopplungseinheit besteht im Wesentlichen aus einem Rahmen , in dem über Federelemente die Stromleiter gespannt sind. Es erfolgt insbesondere ein Toleranzausgleich in x-, y-und z-Richtung. Die Stromleiter sind über eine Zuleitung mit der Batterie des Fahrzeugs verbunden.
Die fahrzeugseitige Kopplungseinheit kann alternativ aus einem technischen Bauteil, das sich elastisch verformen lässt, bestehen. Mit diesem elastischen Bauteil sind der stromführende Kontakt und die Stromleiter verbunden. Die Stromleiter sind über eine Zuleitung mit der Batterie des Fahrzeugs verbunden.
Die mit der Ladeeinheit verbundene Kopplungseinheit ist im Boden versenkbar und kann in z-Richtung verfahren werden. Die Kopplungseinheit besteht aus mehreren elektrischen Kontaktflächen, Isolatoren mit Einführschrägen und einer Abdeckung. Die Abdeckung verschließt die Kopplungseinheit im eingefahrenen Zustand bodeneben und wasserdicht.
Die Ladeeinheit ist mit der Kopplungseinheit über eine Stromleitung verbunden.
Nachdem das Fahrzeug in der Startposition ist, in der sich insbesondere die Schwenkachse Kopplungseinheit des Kraftfahrzeugs in x-Richtung z.B. 5 cm vor der Kopplungseinheit der Ladestation befindet, wird die Kopplungseinheit des Kraftfahrzeugs ausgeschwenkt, insbesondere in eine senkrechte Position. Dann wird die Kopplungseinheit der Ladestation aus dem Boden gefahren, insbesondere in z-Richtung.
Eine präzise Positionierung in y-Richtung ist nicht erforderlich. Ein y-Versatz kann durch die Kopplungseinheit des Kraftfahrzeugs kompensiert werden.
Im nächsten Schritt wird das Fahrzeug in y-Richtung bewegt, bis Kontakt zwischen Kopplungseinheit A und B besteht.
Die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladesäule kann über W-LAN oder ähnliches oder einen zusätzlichen Leiter erfolgen.
Dann startet der Beladevorgang.
Eine Entkopplung erfolgt nach abgeschlossenem Ladevorgang in umgekehrter Richtung.
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 102011114321 A1 [0004]
DE 102009015753 A1 [0005]
DE 102011105421 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs (16) mit einer Ladestation (14) umfassend: - Positionieren des Kraftfahrzeug (16) relativ zu der Ladestation (14) derart, dass ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22; 22'), welches mit einer Batterie oder einer fahrzeugseitigen Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs (16) verbunden ist, in eine Hochrichtung (z) des Kraftfahrzeugs (16) über einem Ladebereich (20), welcher auf einem Bodenbereich (21), auf dem sich das Kraftfahrzeug (16) bewegt, angeordnet ist, gekennzeichnet durch - Ausklappen oder Ausfahren des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements (22; 22') von einem Unterbodenbereich (38) des Kraftfahrzeugs (16), sobald sich das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22; 22') über dem Ladebereich (20) befindet, wobei beim Ausklappen oder Ausfahren des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements (22; 22') das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22; 22') von einer horizontalen Lagerposition an dem Unterbodenbereich (38) in eine vorbestimmte Ladeposition (40; 40'), in der das kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22; 20') in der vorbestimmten Ladeposition (40; 40') in einem vorbestimmten Winkel zu dem Unterbodenbereich (38) angeordnet ist, verlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausklappen oder Ausfahren des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements (22; 22') ein ladestationsseitiges Koppelelement (24) der Ladestation (14) aus dem Ladebereich (20), insbesondere senkrecht zu dem Bodenbereich (21), in Richtung des Unterbodenbereichs (38) des Kraftfahrzeugs (16) ausgefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausfahren des ladestationsseitigen Koppelelements (24) das Kraftfahrzeug (16) relativ zu dem ladestationsseitigen Koppelelement (24) derart bewegt wird, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22; 22') mit dem ladestationsseitigen Koppelelement (24) gekoppelt wird.
Kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22) umfassend: -einen Rahmen (26) mit zumindest zwei Rahmenelementen (28, 32), wobei die zwei Rahmenelemente in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander einander gegenüberliegend angeordnet sind und - eine Mehrzahl an elektrischen Leitern (34), wobei - die elektrischen Leiter (34) zwischen den zumindest zwei Rahmenelementen (28, 32) angeordnet sind, wobei - die elektrischen Leiter (34) in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander von einem Rahmenelement (28) zu dem gegenüberliegenden Rahmenelement (32) verlaufen.
Kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22) Federelemente (36) aufweist, wobei die elektrischen Leiter (34) über die Federelemente (36) mit den Rahmenelementen (28,32) verbunden sind, wobei jeweils an beiden Enden eines jeweiligen elektrischen Leiters (34) ein Federelement (36) angeordnet ist.
Kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22') umfassend: - eine Mehrzahl an elektrischen Leitern (34'), wobei - die jeweiligen elektrischen Leiter (34') in zwei Leiterabschnitte (34a, 34b) unterteilt sind, welche an einem Scheitelpunkt (SP) verbunden sind, wobei - die jeweiligen Enden der Leiterabschnitte (34a, 34b) des jeweiligen elektrischen Leiters (34') an einer gemeinsamen Drehachse (46') angeordnet sind.
Kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22') Federelemente (36') aufweist, wobei die elektrischen Leiter (34') über die Federelemente (36') mit der Drehachse (46') gekoppelt sind.
Ladestationsseitiges Koppelelement (24) umfassend: - einen elektrisch isolierten Grundkörper (50), wobei - der elektrisch isolierte Grundkörper (50) mehrere in eine Hochrichtung (z) des ladestationsseitigen Koppelelements (24) mehrere übereinander angeordnete Einführschrägen (52) aufweist, und - elektrisch leitfähige Kontaktelemente (54), wobei in jeweils einer Einführschräge (52) ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement (54) angeordnet ist.
Ladestationsseitiges Koppelelement (24) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (50) eine zylindrische Form aufweist, wobei die Einführschrägen (52) als trichterförmige Vertiefungen ausgebildet sind, welche sich in eine Umfangsrichtung des Grundkörpers (50) um den Grundkörper (50) herum erstrecken.
System (18) zum elektrischen Koppeln eines Kraftfahrzeugs (16) mit einer Ladestation (14), wobei das System das Kraftfahrzeug (16), ein kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22; 22') nach Anspruch 4 oder 5 oder Anspruch 6 oder 7, welches an dem Kraftfahrzeug (16) angeordnet ist, und ein ladestationsseitiges Koppelelement (24) der Ladestation (14) nach Anspruch 8 oder 9 umfasst.
System (18) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das ladestationsseitiges Koppelelement (24) an einem Ende ein Abdeckelement (58) aufweist, wobei das Abdeckelement (58) in einem abgesenkten Zustand eine Ladeöffnung in einem Ladebereich (20), welcher auf einem Bodenbereich (21) angeordnet ist, verschließt.
System (18) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (14) eine erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen des ladestationsseitigen Koppelelements (24) umfasst, wobei die erste Bewegungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das ladestationsseitigen Koppelelements (24) aus dem Ladebereich (20) zu bewegen.
System (18) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (16) eine zweite Bewegungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22; 22') von einem Unterbodenbereich (38) des Kraftfahrzeugs (16) auszuklappen oder auszufahren, wobei beim Ausklappen oder Ausfahren des kraftfahrzeugseitigen Koppelelements (22; 22') das kraftfahrzeugseitige Koppelelement (22; 22') von einer horizontalen Lagerposition (40; 40') an dem Unterbodenbereich (38) in eine vorbestimmte Ladeposition, in der das kraftfahrzeugseitiges Koppelelement (22; 22') in der vorbestimmten Ladeposition (40; 40') in einem vorbestimmten Winkel zu dem Unterbodenbereich (38) angeordnet ist, verlagerbar ist.
System (18) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (16) eine Erfassungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Ladebereich (20) zu erfassen, wobei das Kraftfahrzeug (16) ferner eine Steuereinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, bei einem Erfassen des Ladebereichs (20) die zweite Bewegungseinrichtung anzusteuern.
System (18) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung eine Kamera und/oder einen Sensor umfasst.