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Die Erfindung betrifft einen Ladekoppler für eine elektrisch leitende Verbindung eines Speichermoduls für elektrische Energie in einem Kraftfahrzeug mit einer Energieversorgungseinheit zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug sowie ein Ladesystem mit einem Kraftfahrzeug und einem Ladekoppler.
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Es sind eine Vielzahl an Ladestationen, Lademöglichkeiten, Ladekonzepten sowie Vorrichtungen zur Umsetzung für die temporäre oder dauerhafte Versorgung von elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen mit elektrischer Energie bekannt. Eine Vielzahl der bekannten Ladekonzepte zur temporären Versorgung bzw. Speicherung von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug orientiert sich an den auch bisher genutzten lokalen öffentlichen Tankstellenkonzepten, welche um private Lademöglichkeiten an Geschäften, Unternehmen und Privathaushalten ergänzt werden, in Kombination mit einem Speichermodul in dem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug. Die bekannten Ladestationen müssen von einem Anwender extra angesteuert werden und/oder der Ladevorgang benötigt eine Verweildauer außerhalb des Reise- oder Fahrtenvorgangs im Bereich der Ladevorrichtung, um das Speichermodul mit elektrischer Energie zu versorgen. Die geringen Reichweiten und die langen Ladezeiten der Speichermodule der elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuge stellen einen einschränkenden Faktor für den Anwender des Kraftfahrzeugs dar. Ferner ist eine Vielzahl an induktiven Ladekonzepten bekannt, die jedoch einen hohen Kostenaufwand und eine umfangreiche konstruktive Anpassung an dem Speichermodul des Kraftfahrzeugs erfordern. Induktive Ladekonzepte sind im Vergleich zu kabelgebundenen Ladekonzepten stark in ihrer Ladeleistung beschränkt und fordern folglich längere Ladezeiten. Eine dauerhafte Versorgung von Kraftfahrzeugen mit elektrischer Energie, beispielsweise in Form einer Oberleitung gemäß dem Dokument
CN 204 068 362 U , bringt eigene Bedingungen, Vor- und Nachteile mit sich. Während zwar über die gesamte Strecke der Oberleitung eine Versorgung des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie ermöglicht wird, ist ein entsprechendes Oberleitungsnetz mit hohen Kosten für den Aufbau und die Wartung verbunden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor aufgeführten Nachteile der Ladevorrichtungen eines Kraftfahrzeugs zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ladekoppler für eine elektrisch leitende Verbindung eines Speichermoduls für elektrische Energie in einem Kraftfahrzeug mit einer Energieversorgungseinheit zur Bereitstellung von elektrischer Energie, ein Kraftfahrzeug sowie ein Ladesystem mit einem Kraftfahrzeug und einem Ladekoppler zur Verfügung zu stellen, die einen vorteilhaften temporären Ladevorgang des Speichermoduls eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs auf einfache Art und Weise ermöglichen.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Ladekoppler mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruch 6 und durch ein Ladesystem nach den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ladekoppler beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen Ladesystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Ladekoppler für eine elektrisch leitende Verbindung eines Speichermoduls für elektrische Energie in einem Kraftfahrzeug mit einer Energieversorgungseinheit zur Bereitstellung von elektrischer Energie gelöst. Der Ladekoppler weist wenigstens einen Befestigungsabschnitt zur lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt eines Kraftfahrzeugs, wenigstens zwei Versorgungskontakte zur elektrisch leitenden Kontaktierung von wenigstens zwei Gegenkontakten der Energieversorgungseinheit und wenigstens zwei Anschlusskontakte zur elektrisch leitenden Kontaktierung von wenigstens zwei Gegenkontakten des Speichermoduls des Kraftfahrzeugs auf, wobei die wenigstens zwei Versorgungskontakte und die wenigstens zwei Anschlusskontakte jeweils mit einem Leitungsabschnitt elektrisch leitend verbunden sind. Der Ladekoppler ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ladekoppler eine Führungsvorrichtung umfasst, wobei die Führungsvorrichtung zur ortsfesten Anordnung oberhalb einer Fahrbahn ausgestaltet ist, und die wenigstens zwei Anschlusskontakte und der wenigstens eine Befestigungsabschnitt innerhalb eines dreidimensionalen Bewegungsbereichs durch eine Bewegungsvorrichtung der Führungsvorrichtung bewegbar sind.
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Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug in einem Fahrt- oder Reiseabschnitt mit geringer Geschwindigkeit oder sogar einem Stillstand temporär und ohne eine separate Zielansteuerung, also ohne die ursprüngliche Fahrtenstrecke zu verlassen oder Umwege zu benötigen, mit Energie zu versorgen. Beispielhaft jedoch nicht einschränkend können die Verkehrssituationen einer Ampel- oder Stausituation als Anwendungsfälle für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen verstanden werden. Der erfindungsgemäße Ladekoppler kann sich mit einem Kraftfahrzeug koppeln und somit eine Bereitstellung von elektrischer Energie aus der Versorgungseinheit an den elektrischen Speicher des Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Führungsvorrichtung kann in Form einer Schiene, eines Schienensystems, eines Kransystems oder einer vergleichbaren Ausgestaltung ausgeführt sein. Die Führungsvorrichtung ist zur Anordnung oberhalb einer Fahrbahn, insbesondere in den zuvor genannten Straßen- und Verkehrssituationen, wie einer Ampelsituation oder einer Stausituation, ausgestaltet. Die Bewegungsvorrichtung bewegt sich an, auf und/oder unter der Führungsvorrichtung und kann beispielsweise als Schlitten, Wagen, Schieber oder einer vergleichbaren konstruktiven Ausgestaltung verstanden werden. Insbesondere ermöglicht die Führungsvorrichtung der Bewegungsvorrichtung durch die konstruktive Ausgestaltung der Führungsvorrichtung einen zweidimensionalen Bewegungsbereich in einer Ebene parallel oder im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche. Eine Bewegung in der dritten Achse, der Höhe oberhalb der Fahrbahnoberfläche, kann bevorzugt durch eine eigene Vorrichtung ermöglicht werden, wie in den weiteren Abschnitten der Erfindung näher beschrieben wird. Vorteilhaft sieht der erfindungsgemäße Ladekoppler eine Bewegung der Bewegungsvorrichtung, der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts zu einer Position oberhalb eines Kraftfahrzeugs vor. Anschließend oder zumindest abschnittsweise zeitlich parallel wird eine Absenkung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts zu dem Kraftfahrzeug vorgesehen, ermöglicht bzw. durchgeführt. Natürlich kann auch die Führungsvorrichtung oder die Bewegungsvorrichtung einen dreidimensionalen Bewegungsbereich für die Bewegungsvorrichtung, die wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder den wenigstens einen Befestigungsabschnitt ermöglichen. Der dreidimensionale Bewegungsbereich ist derart definiert, dass die wenigstens zwei Anschlusskontakte und der wenigstens eine Befestigungsabschnitt innerhalb des dreidimensionalen Bewegungsbereichs durch die Bewegungsvorrichtung der Führungsvorrichtung bewegbar sind. Die Führungsvorrichtung ist, insbesondere in Abgrenzung von einer Oberleitung, örtlich begrenzt und erstreckt sich lediglich einige Meter bis maximal wenige Kilometer oberhalb der Fahrbahn. Die Führungsvorrichtung selbst ist nicht beweglich und somit ortsfest ausgestaltet. Der Befestigungsabschnitt zur lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt eines Kraftfahrzeugs kann als magnetischer, mechanischer, kraft- und/oder formschlüssiger Befestigungsabschnitt ausgestaltet sein. Die wenigstens zwei Versorgungskontakte zur elektrisch leitenden Kontaktierung von wenigstens zwei Gegenkontakten der Energieversorgungseinheit und die wenigstens zwei Anschlusskontakte zur elektrisch leitenden Kontaktierung von wenigstens zwei Gegenkontakten des Speichermoduls des Kraftfahrzeugs sind jeweils als elektrisch leitenden Kontaktstellen oder -verbindungen zu verstehen. Die wenigstens zwei Versorgungskontakte und die wenigstens zwei Anschlusskontakte sind jeweils mit einem Leitungsabschnitt elektrisch leitend verbunden. Die wenigstens zwei Leitungsabschnitte sind beispielhaft als isolierte Kabel zur Übertragung der elektrischen Energie zu verstehen. Die Leitungsabschnitte können selbstverständlich in einem Kabelmantel voneinander isoliert zusammengefasst sein. Vorteilhaft weist der erfindungsgemäße Ladekoppler eine Schutzvorrichtung auf, wobei die Schutzvorrichtung ermöglicht, dass die wenigstens zwei Versorgungskontakte, die wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder die wenigstens zwei Leitungsabschnitte nur bei erkanntem angeschlossenem Kraftfahrzeug bzw. Speichermodul eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch eine Erkennungseinheit, von der Versorgungseinheit mit elektrischer Energie versorgt werden. Ebenfalls kann diese Schutzvorrichtung jedoch auch konstruktiv in der Baugruppe der Versorgungseinheit ausgestaltet sein. Ein erfindungsgemäßer Ladekoppler ist besonders vorteilhaft, da ein vorteilhafter temporärer Ladevorgang des Speichermoduls eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs auf einfache Art und Weise ermöglicht wird und insbesondere der Anwender keine extra Anstrengungen oder Aktionen für den Ladevorgang ausführen muss.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Ladekoppler vorgesehen sein, dass der Befestigungsabschnitt wenigstens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens einen Elektromagneten zur lösbaren Befestigung an dem wenigstens einen Gegenbefestigungsabschnitt des Kraftfahrzeugs aufweist. Der Befestigungsabschnitt ist mit wenigstens einem Permanentmagneten und/oder wenigstens einem Elektromagneten besonders vorteilhaft ausgestaltet. Der wenigstens eine Permanentmagnet kann beispielhaft eine lösbare Kopplung mit dem Gegenbefestigungsabschnitt ermöglichen. Der Gegenbefestigungsabschnitt kann Gegenmagneten und/oder zumindest magnetische Abschnitte zur Wirkverbindung mit den Permanentmagneten und/oder Elektromagneten aufweisen. Der wenigstens eine Elektromagnet ist für gewöhnlich mit einem stärkeren Magnetfeld als der wenigstens eine Permanentmagnet ausgestaltet und kann durch sein Magnetfeld und eine resultierende Drehung und/oder Bewegung der Anschlusskontakte und/oder des Befestigungsabschnitts beispielsweise für eine korrekte Orientierung und/oder Kontaktierung der Anschlusskontakte mit den Gegenanschlusskontakten und/oder eine korrekte Befestigung des wenigstens einen Befestigungsabschnitts mit und/oder an dem Gegenbefestigungsabschnitt sorgen. Der Elektromagnet kann zeitweise angeschaltet werden und/oder in der Stärke des Magnetfelds des Elektromagneten geregelt werden, insbesondere durch eine im folgenden beschriebene Regelungseinheit.
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Erfindungsgemäß ist bei einem erfindungsgemäßen Ladekoppler vorgesehen, dass die Führungsvorrichtung wenigstens eine Sensoreinheit und eine Regelungseinheit umfasst, wobei die Sensoreinheit zur Erfassung des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Gegenbefestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte, ausgestaltet ist, und wobei die Regelungseinheit zur Regelung der Bewegung der Bewegungsvorrichtung ausgestaltet ist. Eine Regelung der Bewegung der Bewegungsvorrichtung durch die Regelungseinheit ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft als eine Regelung und/oder Steuerung der Bewegung der Bewegungsvorrichtung zu verstehen. Ziel der Regelung und/oder Steuerung der Bewegung der Bewegungseinheit ist eine Bewegung der wenigstens zwei Anschlusskontakte für eine Kopplung mit den wenigstens zwei Gegenkontakten des Speichermoduls des Kraftfahrzeugs und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts für eine lösbare Befestigung an dem wenigstens einen Gegenbefestigungsabschnitt. Dafür kann die Regelungseinheit bevorzugt die erfassten Daten der Sensoreinheit, beispielsweise Daten über die Position des Kraftfahrzeugs, insbesondere Daten der Position des Gegenbefestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte, mit Positionsdaten der Bewegungseinheit, des wenigstens einen Befestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Anschlusskontakte abgleichen. Aus dem Abgleich der Daten kann die Regelungseinheit folglich die Bewegung der Bewegungseinheit ermitteln, um eine Kopplung bzw. eine lösbare Befestigung zu ermöglichen. Anschaulich beschrieben erkennt die Regelungseinheit die Position des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Gegenbefestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte, durch die Sensoreinheit als Soll-Daten und die Position der Bewegungseinheit, des wenigstens einen Befestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Anschlusskontakte als Ist-Daten. Die Regelungseinheit ermöglicht bei erkanntem Kraftfahrzeug eine Bewegung der Bewegungseinheit, bis die Ist-Daten mit den Soll-Daten übereinstimmen und folglich eine elektrisch leitende Kopplung bzw. eine lösbare Befestigung ermöglicht wurde. Ergänzend ist vorteilhafterweise eine Erkennung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch die Sensoreinheit möglich, sodass nur unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit die Kopplung und/oder die Befestigung erzeugt und/oder aufrechterhalten wird, sodass bei Überschreitung der Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, die Kopplung und/oder Befestigung gelöst wird. Das Kraftfahrzeug kann, wie später noch beschrieben, wenigstens eine Markierung aufweisen, welche die Erfassung des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Gegenbefestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte, für die Sensoreinheit vorteilhaft verbessert, beschleunigt, sicherer ausgestaltet oder vereinfacht. Ein Ladekoppler mit einer Regelungseinheit und einer Sensoreinheit ist folglich besonders vorteilhaft, da durch eine Regelung und/oder Steuerung der Bewegung der Bewegungsvorrichtung, insbesondere aus Basis der erfassten Daten der Sensoreinheit, eine elektrisch leitende Kopplung der Versorgungseinheit mit dem elektrischen Speicher des Kraftfahrzeugs ermöglicht, insbesondere vollautomatisch ermöglicht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Ladekoppler vorgesehen sein, dass die Bewegungsvorrichtung eine Längenvorrichtung umfasst, wobei die Längenvorrichtung zur Absenkung und Anhebung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des Befestigungsabschnitts ausgestaltet ist, insbesondere wobei die Längenvorrichtung zum Aufrollen und Abrollen des Leitungsabschnitts ausgestaltet ist. Wie zuvor beschrieben, kann die Absenkung und Anhebung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des Befestigungsabschnitts, also die Bewegung in der dritten Achse, der Höhe oberhalb der Fahrbahn, mittels einer Längenvorrichtung ermöglicht werden. Die Längenvorrichtung kann die Absenkung und Anhebung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des Befestigungsabschnitts durch Aufrollen und Abrollen zumindest teilweise des Leitungsabschnitts ermöglichen. Der Leitungsabschnitt kann vollständig oder im Wesentlichen vollständig aufgerollt werden oder lediglich abschnittsweise. Ein Aufrollen und Abrollen kann mittels Federvorrichtung und/oder einer Vorspannkraft erfolgen. Alternativ kann die Absenkung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des Befestigungsabschnitts durch eine Seil- oder Kettenvorrichtung zwischen der Längenvorrichtung und dem wenigstens einen Befestigungsabschnitt und/oder den wenigstens zwei Anschlusskontakten ermöglicht werden, wobei die Leitungsführung des Leitungsabschnitts unabhängig von der Längenvorrichtung ausgestaltet sein kann. Die Absenkung und Anhebung erfolgt bevorzugt senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht und kann nach dem Erreichen einer Position oberhalb des Kraftfahrzeugs der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts oder zumindest abschnittsweise zeitlich parallel zu der Bewegung zu vorgenannter Position erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Ladekoppler vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Anschlusskontakte und der wenigstens eine Befestigungsabschnitt gemeinsam in einem Stecker angeordnet sind, insbesondere wobei der Stecker mit dem Leitungsabschnitt kraft- oder formschlüssig ausgestaltet ist. Eine gemeinsame Anordnung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und des wenigstens einen Befestigungsabschnitts in einem Stecker ist eine vorteilhafte Ausgestaltung. Die gemeinsame lokale Anordnung zueinander ermöglicht einen definierten Abstand sowie eine definierte Position der vorgenannten Elemente zueinander und verbessert somit die Zuverlässigkeit und erhöht die Einfachheit der elektrisch leitenden Kopplung und der lösbaren Befestigung. Durch die gemeinsame Ausgestaltung ergeben sich Synergieeffekte für die sichere Positionierung der Anschlusskontakte und des Befestigungsabschnitts und somit eine geringere Möglichkeit für fehlerhafte Kopplungen bzw. Befestigungen. Eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Ausgestaltung der Leitungsabschnitte mit dem Stecker ist vorteilhaft, um die Kontaktierung zwischen den wenigstens zwei Anschlusskontakten und dem wenigstens einen Befestigungsabschnitt zu stärken, sodass es an dem Übergang zu dem Stecker aufgrund einer häufigen Zugbelastung nicht zu einem Materialversagen oder einer Materialschwächung kommt. Insbesondere kann der Stecker eine Zugsicherung für die wenigstens zwei Leitungsabschnitte aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Ladekoppler vorgesehen sein, dass wenigstens eine Ausrichtvorrichtung an den wenigstens zwei Anschlusskontakten zur Ausrichtung der elektrisch leitenden Kontaktierung mit den wenigstens zwei Gegenkontakten und/oder dem Befestigungsabschnitt zur Ausrichtung der lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt mit Gegenführungsabschnitten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend zu den zuvor genannten Maßnahmen und Merkmalen ist wenigstens eine Ausrichtungsvorrichtung zur Ausrichtung der elektrisch leitenden Kontaktierung mit den wenigstens zwei Gegenkontakten oder der lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt mit Gegenführungsabschnitten des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft. Eine Ausrichtungsvorrichtung kann ein Führungsabschnitt, eine Führungsschiene, eine Begrenzung, ein Begrenzungsstift oder eine vergleichbare Vorrichtung sein. Die Ausrichtungsvorrichtung unterstützt beispielsweise den Permanentmagneten und/oder den Elektromagneten und/oder die Regelungseinheit bei der Ausrichtung der elektrisch leitenden Kontaktierung mit den wenigstens zwei Gegenkontakten und/oder der lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt mit Gegenführungsabschnitten des Kraftfahrzeugs. Eine Ausrichtung der wenigstens zwei Anschlusskontakte bzw. des wenigstens einen Befestigungsabschnitts zur Kontaktierung bzw. Befestigung an den Gegenvorrichtungen des Kraftfahrzeugs wird durch eine Ausrichtungsvorrichtung demnach vorteilhaft vereinfacht. Die Ausrichtungsvorrichtung kann vorteilhaft auf eine Gegenausrichtungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs angepasst sein. Beispielhaft kann der Ladekoppler im Bereich der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des Befestigungsabschnitts, insbesondere der Stecker des Ladekopplers, als Kegel, Kegelstumpf oder Zylinder mit stirnseitiger Fase ausgestaltet sein. Wohingegen eine Gegenausrichtungsvorrichtung als ein Trichter oder runde Aussparung zur zumindest teilweisen Aufnahme der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder an des Befestigungsabschnitts, insbesondere des Steckers des Ladekopplers, ausgestaltet ist. Die Gegenausrichtungsvorrichtung kann bevorzugt im unteren Bereich eine Öffnung gegen die Ansammlung von Flüssigkeiten und/oder Verschmutzungen aufweisen. So kann die Ausrichtungsvorrichtung eine Zentrierung, eine Führung und oder eine Begrenzung des Ladekopplers in Bezug auf eine Gegenausrichtungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Die Anordnung der Ausrichtungsvorrichtung an den wenigstens zwei Anschlusskontakten und/oder an dem Befestigungsabschnitt ist im Rahmen der Erfindung als eine Anordnung an den, in den und/oder in dem Bereich der wenigstens zwei Anschlusskontakten und/oder an dem Befestigungsabschnitt zu verstehen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein Speichermodul für elektrische Energie, einen Gegenbefestigungsabschnitt zur lösbaren Befestigung an wenigstens einem Befestigungsabschnitt eines Ladekopplers gemäß dem ersten Aspekt, wenigstens zwei Gegenkontakten des Speichermoduls zur elektrisch leitenden Kontaktierung mit wenigstens zwei Anschlusskontakten des Ladekopplers auf. Das Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenbefestigungsabschnitt und/oder die wenigstens zwei Gegenkontakte an einem von oben zugänglichen Karosserie- und/oder Verkleidungsabschnitt, insbesondere einem Außenhautabschnitt, des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Sämtliche Vorteile, die zu einem Ladekoppler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich selbstverständlich auch für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. Der von oben zugängliche Außenhautabschnitt, insbesondere ein Karosserie- und/oder Verkleidungsabschnitt, des Kraftfahrzeugs ist im Rahmen der Erfindung als Position des Gegenbefestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte an dem Kraftfahrzeug zu verstehen, die von dem erfindungsgemäßen Ladekoppler gemäß dem ersten Aspekt erreichbar ist. Der Ladekoppler, insbesondere die Führungsvorrichtung des Ladekopplers, ist erfindungsgemäß oberhalb der Fahrbahn angeordnet, sodass der Befestigungsabschnitt sowie die wenigstens zwei Anschlusskontakte vorzugsweise von oben zu dem Fahrzeug abgesenkt werden. Der Gegenbefestigungsabschnitt und/oder die wenigstens zwei Gegenkontakte können folglich bevorzugt an einem oberen oder seitlichen Abschnitt des Kraftfahrzeugs, bevorzugt an einem Dach- und/oder Motorhaubenbereich des Kraftfahrzeugs, angeordnet sein. Mittels einem Ladekoppler, welcher aktiv ausgestaltet ist, kann jedoch auch ein Abknicken und/oder Biegen des Befestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Anschlusskontakte mechanisch, pneumatisch und/oder hydraulisch erfolgen, sodass der Gegenbefestigungsabschnitt und/oder die wenigstens zwei Gegenkontakte des Kraftfahrzeugs beispielsweise von unten kontaktiert werden. Das Kraftfahrzeug kann eine Gegenausrichtungsvorrichtung für die Ausrichtungsvorrichtung des Ladekopplers aufweisen. Beispielhaft kann der Ladekoppler im Bereich der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder an dem Befestigungsabschnitt, insbesondere der Stecker des Ladekopplers, als Kegel, Kegelstumpf oder Zylinder mit stirnseitiger Fase ausgestaltet sein. Wohingegen eine Gegenausrichtungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs als ein Trichter oder eine runde Aussparung zur zumindest teilweisen Aufnahme der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder an des Befestigungsabschnitts, insbesondere des Steckers des Ladekopplers, ausgestaltet ist. Die Gegenausrichtungsvorrichtung kann bevorzugt im unteren Bereich eine Öffnung gegen die Ansammlung von Flüssigkeiten und/oder Verschmutzungen aufweisen. So kann die Ausrichtungsvorrichtung eine Zentrierung, eine Führung und oder eine Begrenzung des Ladekopplers in Bezug auf eine Gegenausrichtungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Der Gegenbefestigungsabschnitt und die wenigstens zwei Gegenkontakte können bevorzugt in einer gemeinsamen Buchse zur Aufnahme des Steckers des Ladekopplers ausgestaltet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug vorgesehen sein, dass wenigstens eine Markierung zur Erfassung durch die Sensoreinheit, insbesondere an und/oder im Bereich des wenigstens einen Gegenbefestigungsabschnitts und/oder der Gegenkontakte des Speichermoduls, angeordnet ist. Das Kraftfahrzeug weist bevorzugt Markierung auf, welche die Erfassung des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Gegenbefestigungsabschnitts und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte, insbesondere der Buchse, für die Sensoreinheit vorteilhaft verbessert, beschleunigt, sicherer ausgestaltet und/oder vereinfacht. Markierungen können im Rahmen der Erfindung dreidimensionale Objekte oder flache Markierungen sein. Die Markierungen können farblich von den angrenzenden Oberflächen abgegrenzt werden und/oder lediglich für die Sensoreinheit und eben nicht für einen Anwender erkennbar und/oder sichtbar ausgestaltet sein.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Ladesystem gelöst. Das Ladesystem weist ein Kraftfahrzeug und wenigstens einen Ladekoppler auf, wobei der wenigstens eine Ladekoppler gemäß dem ersten Aspekt und das Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt ausgestaltet ist. Sämtliche Vorteile, die zu einem Ladekoppler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder dem Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich selbstverständlich auch für ein erfindungsgemäßes Ladesystem. Ein erfindungsgemäßes Ladesystem ist besonders vorteilhaft, da ein vorteilhafter temporärer Ladevorgang des Speichermoduls eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs durch den erfindungsgemäßen Ladekoppler auf einfache Art und Weise ermöglicht wird und insbesondere der Anwender keine extra Anstrengungen oder Aktionen für den Ladevorgang ausführen muss.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Ladekoppler eine gemeinsame Führungsvorrichtung aufweisen, insbesondere wobei jeder der wenigstens zwei Ladekoppler eine eigene Bewegungsvorrichtung aufweist. Die zwei Ladekoppler können ferner eine gemeinsame Versorgungsvorrichtung zur Energieversorgung nutzten. Vorteilhaft bietet ein derartig ausgestaltetes Ladesystem die Möglichkeit wenigstens zwei Kraftfahrzeuge unterhalb der Führungsvorrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen. Bevorzugt ist die Führungsvorrichtung als geschlossene Umlaufbahn oder Kreisbahn ausgestaltet, sodass sich die wenigstens zwei Bewegungsvorrichtungen unabhängig oder im Wesentlichen unabhängig voneinander auf der Führungsvorrichtung bewegen können.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Ladesystem vorgesehen sein, dass die Bewegungsvorrichtung, insbesondere durch die Regelungseinheit, zur zumindest bereichsweise parallele oder im Wesentlichen parallele Bewegung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts mit dem Kraftfahrzeug ausgestaltet ist. Eine bereichsweise parallelen oder im Wesentlichen parallelen Bewegung der wenigstens zwei Anschlusskontakte und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts mit dem Kraftfahrzeug ist als ein Folgen des beweglichen Teils des Ladekopplers des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Ein derart ausgestaltetes Ladesystem ermöglicht vorteilhaft einen kontinuierlichen Ladevorgang des Speichermoduls des Kraftfahrzeugs, solange das Kraftfahrzeug im Bewegungsbereich des Ladekopplers ist und bevorzugt sich mit einer Geschwindigkeit unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit bewegt. Ein derart ausgestaltetes Ladesystem ermöglicht folglich, dass eine elektrisch leitende Verbindung zum Laden des Speichermoduls des Kraftfahrzeugs beim Eintritt des Kraftfahrzeugs in den Bewegungsbereich des Ladekopplers erfolgt. Ferner folgt die Bewegungsvorrichtung mit den wenigstens zwei Anschlusskontakten und/oder dem wenigstens einen Befestigungsabschnitt dem Kraftfahrzeug, um eine Kopplung bei einer Fortbewegung mit einer Geschwindigkeit unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Am Ende des Bewegungsbereich des Ladekopplers wird die Kopplung unterbrochen und der Ladevorgang beendet. Insbesondere in Kombination mit dem vorstehenden Abschnitt kann die Bewegungseinheit im Folgenden auf der Kreisbahn an den Anfang des Bewegungsbereichs zurückfahren und für den Ladevorgang eines weiteren Kraftfahrzeugs bereitstehen.
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Ein erfindungsgemäßer Ladekoppler für eine elektrisch leitende Verbindung eines Speichermoduls für elektrische Energie in einem Kraftfahrzeug mit einer Energieversorgungseinheit zur Bereitstellung von elektrischer Energie, ein Kraftfahrzeug sowie ein Ladesystem mit einem Kraftfahrzeug und einem Ladekoppler, ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine Übersichtsansicht eines Ladesystems mit einem Kraftfahrzeug und einem Ladekoppler,
- 2 eine Detailansicht eines Ladesystems mit einem Kraftfahrzeug und einem Ladekoppler,
- 3 ein Stecker eines Ladekopplers mit zwei Anschlusskontakten und eine Buchse eines Kraftfahrzeugs mit zwei Gegenkontakten, und
- 4 ein Stecker eines Ladekopplers mit einem Befestigungsabschnitt mit einem Elektromagneten und eine Buchse eines Kraftfahrzeugs mit zwei Gegenbefestigungsabschnitten.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Übersichtsansicht eines Ladesystems 500 mit einem Kraftfahrzeug 300 und einem Ladekoppler 1 gezeigt. Die Führungsvorrichtung 50 ist in Form einer umlaufenden geschlossenen Schiene oberhalb einer Fahrbahn ausgestaltet. Die Bewegungsvorrichtung 54 bewegt sich hier beispielhaft unterhalb der Führungsvorrichtung 50 und ist als Schlitten ausgestaltet. Die Führungsvorrichtung 50 ermöglicht zusammen mit der Bewegungsvorrichtung 54 und der Längenvorrichtung 60 einen dreidimensionalen Bewegungsbereich 52 der wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts 10 oberhalb der Fahrbahn und des Kraftfahrzeugs 300. Vorteilhaft ermöglicht der erfindungsgemäße Ladekoppler 1 eine Bewegung der Bewegungsvorrichtung 54, der wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts 10 zu einer Position oberhalb eines Kraftfahrzeugs 300 und einer anschließenden oder einer zumindest abschnittsweise zeitlich parallelen Absenkung der wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts 10 zu dem Kraftfahrzeug 300. Der dreidimensionale Bewegungsbereich 52 ist derart definiert, dass die wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 und der wenigstens eine Befestigungsabschnitt 10 innerhalb des dreidimensionalen Bewegungsbereichs 52 durch die Längenvorrichtung 60 und die Bewegungsvorrichtung 54 der Führungsvorrichtung 50 bewegbar sind. Die Führungsvorrichtung 50 ist örtlich begrenzt oberhalb der Fahrbahn ausgestaltet. Die Führungsvorrichtung 50 selbst ist nicht beweglich und somit ortsfest ausgestaltet. Der Befestigungsabschnitt 10 zur lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt 320 eines Kraftfahrzeugs 300 kann als magnetischer, mechanischer, kraft- und/oder formschlüssiger Befestigungsabschnitt 10 ausgestaltet sein. Die wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 zur elektrisch leitenden Kontaktierung von wenigstens zwei Gegenkontakten 330 des Speichermoduls 310 des Kraftfahrzeugs 300 sind jeweils als elektrisch leitenden Kontaktstellen oder -verbindungen ausgestaltet. Die wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 sind jeweils mit einem Leitungsabschnitt 40 mit wenigstens zwei Versorgungskontakten 20 (nicht gezeigt) elektrisch leitend verbunden. Die wenigstens zwei Leitungsabschnitte 40 sind beispielhaft als isolierte Kabel zur Übertragung der elektrischen Energie ausgeführt. Das Kraftfahrzeug 300 weist einen Gegenbefestigungsabschnitt 320 und Gegenkontakte 330 des Speichermoduls 310 auf. Der Befestigungsabschnitt 10 und die wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 sind gemeinsam in einem Stecker 32 angeordnet. Der Gegenbefestigungsabschnitt 320 und die wenigstens zwei Gegenkontakte 330 sind gemeinsam in einer Buchse 332 angeordnet. Die Buchse 332 ist an einem Außenhautabschnitt 340 des Kraftfahrzeugs 300 angeordnet. Ein erfindungsgemäßer Ladekoppler 1 ist besonders vorteilhaft, da ein vorteilhafter temporärer Ladevorgang des Speichermoduls 310 eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 300 auf einfache Art und Weise ermöglicht wird und insbesondere der Anwender keine extra Anstrengungen oder Aktionen für den Ladevorgang ausführen muss.
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In 2 ist eine Detailansicht eines Ladesystems 500 mit einem Kraftfahrzeug 300 und einem Ladekoppler 1 gezeigt. Über die Ausführungen zu dem Ladesystem 500 in 1 hinaus, zeigt das Ladesystem 500 der 2 eine Versorgungseinheit 400 zu Bereitstellung von elektrischer Energie. Die Versorgungseinheit 400 ist mittels Gegenkontakten 420 mit den wenigstens zwei Versorgungskontakten 20 des Ladekopplers 1 elektrisch leitend verbunden. Ferner weist der Ladekoppler 1 eine Regelungseinheit 58 und eine Sensoreinheit 56 auf. Die Regelungseinheit 58 und die Sensoreinheit 56 ermöglichen eine Regelung und Steuerung der Bewegung der Bewegungseinheit 54 und damit eine Bewegung der wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 für eine Kopplung mit den wenigstens zwei Gegenkontakten 330 des Speichermoduls 310 des Kraftfahrzeugs 300 und/oder des wenigstens einen Befestigungsabschnitts 10 für eine lösbare Befestigung an dem wenigstens einen Gegenbefestigungsabschnitt 320. Dafür kann die Regelungseinheit 58 bevorzugt die erfassten Daten der Sensoreinheit 56, beispielsweise Daten über die Position des Kraftfahrzeugs 300, insbesondere Daten der Position des Gegenbefestigungsabschnitts 320 und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte 330, mit Positionsdaten der Bewegungseinheit 54, des wenigstens einen Befestigungsabschnitts 10 und/oder der wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 abgleichen. Aus dem Abgleich der Daten kann die Regelungseinheit 58 folglich die Bewegung der Bewegungseinheit 54 ermitteln, um eine Kopplung bzw. eine lösbare Befestigung zu ermöglichen. Das Kraftfahrzeug 300 weist Markierungen 302 auf, welche die Erfassung des Kraftfahrzeugs 300, insbesondere des Gegenbefestigungsabschnitts 320 und/oder der wenigstens zwei Gegenkontakte 330, insbesondere der Buchse 332, für die Sensoreinheit 56 vorteilhaft verbessert, beschleunigt, sicherer ausgestaltet und/oder vereinfacht. Markierungen 302 sind hier beispielhaft als flache optische Merkmale der Außenhaut 340 des Kraftfahrzeugs 300 ausgestaltet.
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Die 3 und 4 zeigen zur verdeutlichten Darstellung jeweils entweder nur die Wirkverbindung zwischen den wenigstens zwei Anschlusskontakten 30 und den Gegenkontakten 330 des Kraftfahrzeugs 300 oder zwischen dem wenigstens einen Befestigungsabschnitt 10 und dem wenigstens einen Gegenbefestigungsabschnitt 320. Die Stecker 32 und Buchsen 332 der 3 und 4 weisen selbstverständlich jedoch auch die jeweils andere Funktion und deren Vorrichtungen auf.
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In 3 ist ein Stecker 32 eines Ladekopplers 1 mit zwei Anschlusskontakten 30 und eine Buchse 332 eines Kraftfahrzeugs 300 (nicht gezeigt) mit zwei Gegenkontakten 330 gezeigt. Eine gemeinsame Anordnung der wenigstens zwei Anschlusskontakte 30 und des wenigstens einen Befestigungsabschnitts 10 (in 3 nicht gezeigt) in einem Stecker 32 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung. Die gemeinsame lokale Anordnung zueinander ermöglicht einen definierten Abstand sowie eine definierte Position der vorgenannten Elemente zueinander und verbessert somit die Zuverlässigkeit und erhöht die Einfachheit der elektrisch leitenden Kopplung und der lösbaren Befestigung. Durch die gemeinsame Ausgestaltung ergeben sich Synergieeffekte für die sichere Positionierung der Anschlusskontakte 30 und des Befestigungsabschnitts 10 (in 3 nicht gezeigt) und somit eine geringe Möglichkeit für fehlerhafte Kopplungen bzw. Befestigungen.
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In 4 ist ein Stecker 32 eines Ladekopplers 1 mit einem Befestigungsabschnitt 10 mit einem Elektromagneten und eine Buchse 332 eines Kraftfahrzeugs 300 (nicht gezeigt) mit zwei Gegenbefestigungsabschnitten 320 gezeigt. Der Befestigungsabschnitt 10 zur lösbaren Befestigung an einem Gegenbefestigungsabschnitt 320 eines Kraftfahrzeugs 300 (nicht gezeigt) ist hier als magnetischer Befestigungsabschnitt 10 ausgestaltet. Der Befestigungsabschnitt 10 weist wenigstens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens einen Elektromagneten zur lösbaren Befestigung an dem Gegenbefestigungsabschnitt 320 des Kraftfahrzeugs 300 auf. Der wenigstens eine Permanentmagnet ermöglicht beispielhaft eine lösbare Kopplung mit dem Gegenbefestigungsabschnitt 320. Der Gegenbefestigungsabschnitt 320 weist Gegenmagneten und/oder zumindest magnetische Abschnitte zur Wirkverbindung mit den Permanentmagneten und/oder Elektromagneten auf. Der wenigstens eine Elektromagnet ist für gewöhnlich mit einem stärkeren Magnetfeld als der wenigstens eine Permanentmagnet ausgestaltet und kann durch sein Magnetfeld und eine resultierende Drehung und/oder Bewegung der Anschlusskontakte 30 (in 4 nicht gezeigt) und/oder des Befestigungsabschnitts 10 beispielsweise für eine korrekte Orientierung und/oder Kontaktierung der Anschlusskontakte 30 (in 4 nicht gezeigt) mit den Gegenanschlusskontakten 330 (in 4 nicht gezeigt) und/oder eine korrekte Befestigung des wenigstens einen Befestigungsabschnitts 10 mit und/oder an dem Gegenbefestigungsabschnitt 320 sorgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladekoppler
- 10
- Befestigungsabschnitt
- 20
- Versorgungskontakte
- 30
- Anschlusskontakte
- 32
- Stecker
- 34
- Ausrichtvorrichtung
- 40
- Leitungsabschnitt
- 50
- Führungsvorrichtung
- 52
- Bewegungsbereich
- 54
- Bewegungsvorrichtung
- 56
- Sensoreinheit
- 58
- Regelungseinheit
- 60
- Längenvorrichtung
- 300
- Kraftfahrzeug
- 302
- Markierung
- 310
- Speichermodul
- 320
- Gegenbefestigungsabschnitt
- 330
- Gegenkontakte des Speichermoduls
- 332
- Buchse
- 340
- Außenhautabschnitt
- 400
- Energieversorgungseinheit
- 420
- Gegenkontakte der Energieversorgungseinheit
- 500
- Ladesystem
