DE102020115440A1

DE102020115440A1 - Automatisierte Ladevorrichtung zum konduktiven Laden von batterieelektrischen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102020115440A1
Application number: DE102020115440.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Kuckuck; Markus Kroner
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-12-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (100) zum Aufbau, vorzugsweise zum automatisierten Aufbau, einer Steckverbindung zwischen einer Energieladestation (101) und einem Fahrzeug (102) zur Übertragung von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs (102). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbauen einer Steckverbindung zwischen einer Energieladestation (101) und einem Fahrzeug (102) zur Übertragung von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs (102).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufbau, vorzugsweise automatisierten Aufbau, einer Steckverbindung zwischen einer Energieladestation und einem Fahrzeug zur Übertragung von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbauen einer Steckverbindung zwischen einer Energieladestation und einem Fahrzeug zur Übertragung von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik sind Anordnungen, Systeme und Verfahren bekannt, mittels welcher batterieelektrische Fahrzeuge automatisiert konduktiv aufgeladen werden können. Das konduktive Laden ist eine Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge, d.h. elektrisch betriebene Fahrzeuge, beispielsweise batterieelektrische Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeuge (Lastkraftwagen, Busse, etc.), bei welcher die Energieübertragung mittels eines Kabels und/oder eines Kontakts stattfindet.
Die Ladeschnittstelle zwischen einer Ladestation und einem Fahrzeug bildet häufig eine Einheit aus einem Ladestecker und einer Ladebuchse, wobei der Ladestecker in die Ladebuchse einsteckbar ist, um die Energie, vorzugsweise elektrische Energie, in den Energiespeicher des Fahrzeugs (beispielsweise Akkumulator, Superkondensator, etc.) zu übertragen.
Häufig kommen kombinierte Ladeverfahren zum Einsatz, bei welchen die Einheit aus Ladestecker und Ladebuchse kleine und hohe Leistungen übertragen kann (Wechselstrom- und Gleichstrom-Ladeverfahren). Zudem sind diese Ladeverfahren in Bezug auf den Aufbau der Steckverbindung zwischen Ladestecker und Ladebuchse zumindest teilweise automatisiert ausgebildet, d.h. es erfolgt ein automatisiertes Zusammenführen des Ladesteckers und der Ladebuchse über Roboterarme, Kameras, Sensoren, Signalgeber, etc.
So beschreibt beispielsweise die DE 10 2018 006 749 A1 eine erste Steckverbindereinheit mit einer Kamera und eine zweite Steckverbindereinheit mit einem von der Kamera zu erfassendem Merkmal, beispielsweise eine Leuchtdiode. Die Kamera ist mittels eines Roboterarms schwenkbeweglich mit einer Energieladestation verbunden, wohingegen die zweite Steckverbindereinheit mit Ihrer Ladebuchse an einer äußeren Seite eines Personenkraftwagens angeordnet ist. Die Bestimmung der Position der zweiten Steckverbindereinheit erfolgt mittels eines Triangulationsverfahrens, wobei die Steckverbindereinheit dazu drei Leuchtdioden aufweist.
Aus der DE 10 2017 121 854 A1 ist eine Ladedose mit drei integrierten optischen Sendern bekannt, deren Position mit einer Kamera erfasst wird, um sodann den Ladestecker entsprechend der Position der Ladedose auszurichten.
Die DE 10 2015 215 127 A1 beschreibt ein Erfassen von Lichtsignalen durch eine Kamera sowie eine darauf aufbauende automatisierte Positionierung eines Kraftfahrzeugs beim Annähern an ein Ziel.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung zum automatisierten konduktiven Laden von Fahrzeugen, vorzugsweise batterie-elektrisch betriebenen (batterieelektrischen) Fahrzeugen, bereitzustellen. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum automatisierten konduktiven Laden von derartigen Fahrzeugen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Die Erfindung betrifft nach einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt eine Anordnung oder ein System zum Aufbau, vorzugsweise automatisierten Aufbau, einer Steckverbindung, vorzugsweise einer lösbaren und/oder formschlüssigen Steckverbindung, zwischen zumindest einer Energieladestation und zumindest einem Fahrzeug zur Übertragung von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs. Die Anordnung oder das System umfasst eine erste Steckeinrichtung, vorzugsweise eine translations- und/oder rotations- und/oder schwenkbewegliche Steckeinrichtung, die mit der zumindest einen Energieladestation, vorzugsweise einer Stromladestation, verbindbar oder verbunden ist. Die Anordnung oder das System umfasst eine zweite Steckeinrichtung, die mit dem zumindest einen Fahrzeug verbindbar oder verbunden ist, wobei die zweite Steckeinrichtung zumindest eine Signalsendeeinheit und die erste Steckeinrichtung zumindest eine Signalempfangseinheit zum Empfang von zumindest einem (gesendeten) Signal der zumindest einen Signalsendeeinheit umfasst.
Die Anordnung oder das System zeichnet sich dadurch aus, dass die zumindest eine Signalempfangseinheit und die zumindest eine Signalsendeeinheit derart an der ersten und an der zweiten Steckeinrichtung angeordnet und zueinander konfiguriert, vorzugsweise zueinander kommunizierend konfiguriert, sind, dass das empfangene zumindest eine Signal zur Ausrichtung und/oder Positionierung der ersten Steckeinrichtung gegenüber der zweiten Steckeinrichtung vorgesehen ist und dass zumindest zum Aufbau, vorzugsweise während des Aufbaus, der Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung eine, vorzugsweise unterbrechungsfreie oder hindernisfreie, Sichtverbindung und/oder eine, vorzugsweise unterbrechungsfreie oder hindernisfreie, Signalverbindung zwischen der zumindest einen Signalempfangseinheit und der zumindest einen Signalsendeeinheit ausgebildet ist, vorzugsweise zumindest bis zum Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung und/oder darüber hinaus, beispielsweise zumindest bis zum Abschluss des Energieübertragungsvorgangs in die Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs.
Die erste Steckeinrichtung kann beispielsweise als Ladestecker ausgebildet sein oder beispielsweise einen Ladestecker umfassen. Die zweite Steckeinrichtung kann beispielsweise als Ladebuchse, in welche ein Ladestecker einsteckbar ist, ausgebildet sein oder beispielsweise eine Ladebuchse umfassen.
Die zumindest eine Signalempfangseinheit kann beispielsweise als eine Kamera ausgebildet sein oder beispielsweise eine Kamera umfassen, welche vorzugsweise auf einer Steckseite, d.h. einer zum Aufbau der Steckverbindung ausgebildeten Seite der ersten Steckeinrichtung angeordnet ist.
Die zumindest eine Signalsendeeinheit kann beispielsweise ein Sender elektromagnetischer Strahlung, d.h. zumindest eines elektromagnetischen Strahlungssignals sein oder beispielsweise einen Sender elektromagnetischer Strahlung umfassen, welcher vorzugsweise auf der Steckseite, d.h. einer zum Aufbau der Steckverbindung ausgebildeten Seite der zweiten Steckeinrichtung angeordnet ist.
Das zumindest eine Signal kann beispielsweise ein Positions- und/oder ein Richtungs- und/oder ein Abstandssignal umfassen, welche die (räumliche) Position und/oder die (räumliche) Ausrichtung und/oder den (räumlichen) Abstand der zweiten Steckeinrichtung zur ersten Steckeinrichtung repräsentiert.
Die Anordnung und/oder die Konfiguration der zumindest einen Signalsendeeinheit und der zumindest einen Signalempfangseinheit zueinander, dass diese zumindest während des Aufbaus der Steckverbindung in einer stetigen, d.h. ununterbrochenen Sichtverbindung und/oder Signalverbindung stehen, ermöglicht beispielsweise einen noch präziseren Vorgang des Aufbaus der Steckverbindung. Mit anderen Worten kann beispielsweise der Aufbau der Steckverbindung, d.h. das Zusammenschieben der ersten und der zweiten Steckeinrichtung oder das Einschieben der ersten Steckeinrichtung in die zweite Steckeinrichtung überwacht oder kontrolliert werden, beispielsweise von einer angeschlossenen elektronischen Rechnereinheit mit einem entsprechend ablaufenden Softwareprogramm.
Die elektronische Rechnereinheit kann vorzugsweise als Regel- und/oder Steuereinheit ausgebildet sein.
Die Energieladestation kann beispielsweise eine Handhabungseinrichtung zur Ausrichtung und/ oder Positionierung der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung umfassen oder mit einer solchen verbunden sein. Die Handhabungseinrichtung kann vorzugsweise mittels einer elektronischen Rechnereinheit mit einem entsprechend ablaufenden Softwareprogramm gesteuert und/oder geregelt sein und zumindest einen Roboterarm umfassen, um die erste Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung auszurichten und/oder zu positionieren.
Die zumindest eine Signalsendeeinheit und die zumindest eine Signalempfangseinheit können vorzugsweise jeweils auf einer Stirnseite der ersten und der zweiten Steckeinrichtung angeordnet sein, welche sich im Zustand der aufgebauten Steckverbindung kontaktieren oder zumindest gegenüberliegend angeordnet sind.
Durch eine stetige oder beständige Wirkverbindung in Form einer Sichtverbindung und/oder Signalverbindung zwischen der zumindest einen Signalsendeeinheit und der zumindest einen Signalempfangseinheit kann beispielsweise während des gesamten Steckvorgangs die geometrische Ausrichtung und/oder Position der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung oder umgekehrt hinreichend genau bestimmt werden, was beispielsweise auch zu einer erhöhten Sicherheit, Zuverlässigkeit und/oder Fehlererkennung der Steckverbindung führt.
Der Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung kann vorzugsweise die Erreichung eines zusammengesteckten Zustands der Steckverbindung nach vorgebbaren oder definierten Kriterien sein, vorzugsweise Kriterien geometrischer Art wie beispielsweise ein zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung an einer bestimmten Stelle messbarer Prüfabstand mit einem Toleranzbereich.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Signalsendeeinheit zumindest eine Lichtquelle, vorzugsweise zumindest eine Infrarotlichtquelle, zum Senden des zumindest einen Signals umfasst.
Die zumindest eine Lichtquelle kann vorzugsweise als Leuchtdiode (LED) ausgebildet sein, da diese beispielsweise eine kompakte Bauweise und somit einen geringen Platzbedarf hat. Ferner ist beispielsweise kein zusätzliches Schutzglas notwendig.
Es ist möglich, dass die zumindest eine Signalsendeeinheit eine zweite Lichtquelle, vorzugsweise eine zweite Infrarotlichtquelle, zum Senden eines zweiten Signals umfasst, wobei die erste und die zweite Lichtquelle in der zumindest einen Signalsendeeinheit voneinander beabstandet angeordnet sind, vorzugsweise mit einem definierten Lichtquellenabstand voneinander angeordnet.
Die zweite Lichtquelle kann beispielsweise auch als Leuchtdiode (LED) ausgebildet.
Während des Steckvorgangs, d.h. dem Aufbau der Steckverbindung kann sich beispielsweise die Signalempfangseinheit, beispielsweise eine Kamera auf die beiden Lichtquellen zu bewegen. Hierbei verringert sich beispielsweise der Abstand der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung, was gleichzeitig dazu führt, dass der Abstand der beiden Lichtquellen in einem empfangenen und/oder ermittelten Bild, vorzugsweise optischen Bild, der Kamera vergrößert wird. Der in dem Bild empfangene und/oder daraus ermittelte Abstand der ersten Lichtquelle zur zweiten Lichtquelle kann zur Ermittlung der Stecktiefe, d.h. des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung verwendet werden. Die Messgenauigkeit nimmt hier beispielsweise durch einen optisch vergrößerten Abstand mit zunehmender Stecktiefe der ersten Steckeinrichtung in die zweite Steckeinrichtung zu.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle in einem Querschnitt oder in einer Ansicht eine im Wesentlichen kreisrunde Kontur oder in einem Querschnitt oder in einer Ansicht eine punktförmige Kontur aufweist.
Dadurch kann beispielsweise für die zumindest eine Signalempfangseinheit zumindest ein gleichmäßiges Signal erzeugt und gesendet werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle durch eine Blende in einem Querschnitt oder in einer Ansicht in einen ersten und in einen zweiten Lichtkreis oder Lichtpunkt aufgeteilt ist und vorzugsweise der erste und der zweite Lichtkreis oder Lichtpunkt voneinander beabstandet angeordnet sind, vorzugsweise mit einem definierten Blendenabstand voneinander angeordnet.
Durch die Bereitstellung einer Blende zur Aufteilung einer Lichtquelle in vorzugsweise zwei Lichtkreise oder zwei Lichtpunkte kann beispielsweise die Anzahl der benötigten Lichtquellen verringert werden, was vorzugsweise zu einer verringerten Fehler- oder Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung führt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweite Steckeinrichtung vorzugsweise eine zweite und eine dritte Signalsendeeinheit umfasst und vorzugsweise die erste, zweite und dritte Signalsendeeinheit voneinander beabstandet angeordnet sind, vorzugsweise um die Position der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung mittels Triangulation zu ermitteln und/oder die erste Steckeinrichtung gegenüber der zweiten Steckeinrichtung auszurichten und/oder zu positionieren.
Eine geometrische Position signalsendender Lichtquellen durch die Kamera kann beispielsweise mit definierten und/oder bekannten Abständen der Lichtquellen zueinander und/oder mit definierten und/oder bekannten Winkeln verglichen werden, beispielsweise durch eine an die Kamera angeschlossene elektronische Rechnereinheit mit einem entsprechend ablaufenden Softwareprogramm. Daraus lässt sich somit beispielsweise die Ausrichtung und/oder Position der zweiten Steckeinrichtung ermitteln und die erste Steckeinrichtung kann demnach zum Aufbau der Steckverbindung entsprechend ausgerichtet und/oder positioniert werden, vorzugsweise mittels einer angeschlossenen elektronischen Rechnereinheit mit einem entsprechend ablaufenden Softwareprogramm.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste, zweite und dritte Signalsendeeinheit derart an der zweiten Steckeinrichtung, vorzugsweise an der Steckseite der zweiten Steckeinrichtung, angeordnet sind, dass sie in einem Querschnitt oder in einer Ansicht eine dreieckförmige Gestalt, vorzugsweise eine ungleichmäßige dreieckförmige Gestalt, aufspannen.
Die Steckseite kann vorzugsweise eine Stirnseite der zweiten Steckeinrichtung sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Steckseite eine im Wesentlichen ebene Fläche oder zumindest einen im Wesentlichen ebenen Flächenabschnitt aufweisen.
Die ungleichmäßige Ausrichtung oder Anordnung von Signalsendeeinheiten, vorzugsweise Lichtquellen umfassend, kann beispielsweise zur genaueren Ermittlung der geometrischen Ausrichtung und/oder Position der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung und/oder umgekehrt verwendet werden, da vorzugsweise keine Symmetrieachsen vorhanden sind. Dies ist beispielsweise vorteilhaft bei zweiten Steckeinrichtungen, welche mehr oder weniger nicht senkrecht an einem Fahrzeug angeordnet sind oder angeordnet sein können, beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Sportwagen.
Es ist möglich, dass das zumindest eine Signal zumindest einen Lichtstrahl umfasst und/oder die zumindest eine Signalsendeeinheit, vorzugsweise die zumindest eine Lichtquelle, derart konfiguriert und/oder ansteuerbar ist, den zumindest einen Lichtstrahl mit unterschiedlicher Wellenlänge und/oder mit unterschiedlicher Frequenz, vorzugsweise veränderbarer Pulsfrequenz und/oder Pulsdauer, zu senden, vorzugsweise mit unterschiedlicher zeitlicher Dauer zu senden.
Die Wellenlänge kann beispielsweise spezifisch, d.h. definiert sein oder veränderbar, vorzugsweise zeitlich veränderbar, beispielsweise während des Ausricht- und/oder Positionierungsvorgangs der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung zum Aufbau der Steckverbindung und/oder während der Ladephase des Fahrzeugs zeitlich veränderbar.
Beispielsweise können eine erste, zweite und dritte Lichtquelle derart konfiguriert sein, dass diese einen ersten, zweiten und dritten Lichtstrahl senden, welcher jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge aufweist.
Bei der Konfiguration einer Signalsendeeinheit derart, dass diese beispielsweise eine Infrarotlichtquelle mit zumindest drei darstellbaren oder sendbaren unterschiedlichen Wellenlängen umfasst, kann beispielsweise die relative Position der zweiten Steckeinrichtung zur ersten Steckeinrichtung auf der Grundlage einer einzigen Infrarotlichtquelle ermittelt werden. Somit ist beispielsweise ein verbesserter Suchlauf der ersten Steckeinrichtung mit einer definierten Richtungsansteuerung möglich.
Die Frequenz kann beispielsweise spezifisch, d.h. definiert sein oder veränderbar, vorzugsweise zeitlich veränderbar, beispielsweise während der Ladephase des Fahrzeugs zeitlich veränderbar.
Dadurch lässt sich aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Frequenzen eine weiter vereinfachte Ermittlung der Ausrichtung und/oder Positionierung der zweiten Steckeinrichtung erzielen.
Die zeitliche Dauer kann beispielsweise vom aktuellen Zustand des Aufbaus der Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung abhängen. Mit anderen Worten kann der zumindest eine Lichtstrahl hinsichtlich Wellenlänge und/oder Frequenz zeitlich variabel ausgebildet sein.
Somit kann beispielsweise auch eine verbesserte Identifikation und/oder Kommunikation zwischen einer Signalsendeeinheit und einer Signalempfangseinheit ermöglicht werden. Andere, d.h. fremde Signalsendeeinheiten können dadurch erkannt und somit vermieden werden, sodass es beispielsweise zu keinen Verwechslungen kommt. Ferner lässt sich dadurch auch eine Abgrenzung zu (fremden) Signalsendeeinheiten, vorzugsweise Lichtquellen, aus der Umgebung, d.h. der Umwelt erzielen.
Spezifische Wellenlängen können beispielsweise zum Triggern eines automatisierten Suchvorgangs der Ausrichtung und/oder Position der zweiten Steckeinrichtung verwendet werden.
Pulsfrequenz und/oder Pulsdauer können während eines Suchvorgangs oder Steckvorgangs beispielsweise verringert werden, um eine Überblendung der Signalempfangseinheit, d.h. vorzugsweise einer Kamera zu vermeiden. Dadurch lässt sich vorzugsweise eine Verbesserung der Positionsgenauigkeit der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung erzielen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Signalempfangseinheit eine Kamera, vorzugsweise eine Infrarotkamera, umfasst, deren Lichtempfindlichkeit einstellbar ist, vorzugsweise in zeitlicher Abhängigkeit und/oder in Abhängigkeit der Ausrichtung und/oder Position zur zweiten Steckeinrichtung und/oder in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, etc.
Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass die zumindest eine Signalsendeeinheit zumindest eine Lichtquelle umfasst, deren Lichtstrom einstellbar ist, vorzugsweise auf eine eingestellte Lichtempfindlichkeit der Kamera einstellbar.
Der Lichtstrom kann vorzugsweise in zeitlicher Abhängigkeit und/oder in Abhängigkeit der Ausrichtung und/oder Position zur ersten Steckeinrichtung und/oder in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, etc. einstellbar sein, vorzugsweise durch eine angeschlossene Regel- und/oder Steuereinheit.
Vorzugsweise kann der Lichtstrom zumindest einer Lichtquelle während des Steckvorgangs, d.h. des Aufbaus der Steckverbindung verringert werden, um mit zunehmender Annäherung der ersten Steckeinrichtung an die zweite Steckeinrichtung eine Überblendung der Kamera im Nahbereich zu vermeiden.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass Lichtstrom während des Steckvorgangs, d.h. des Aufbaus der Steckverbindung erhöht wird, um vorzugsweise bei hellen Umgebungsbedingungen die „Sichtbarkeit“, d.h. Empfangbarkeit der Lichtquellen, vorzugsweise der Infrarotlichtquellen, zu verbessern.
Zusätzlich oder alternativ kann bei der zumindest einen Signalempfangseinheit, d.h. der Kamera die Lichtempfindlichkeit, beispielsweise durch Anpassung der Iso-Werte, während des Steckvorgangs, d.h. des Aufbaus der Steckverbindung erhöht werden, um eine Überblendung der Kamera zu vermeiden.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass bei der zumindest einen Signalempfangseinheit, d.h. der Kamera die Lichtempfindlichkeit, beispielsweise durch Anpassung der Iso-Werte, während des Steckvorgangs, d.h. des Aufbaus der Steckverbindung verringert wird, um vorzugsweise bei hellen Umgebungsbedingungen die „Sichtbarkeit“, d.h. Empfangbarkeit der Lichtquellen, vorzugsweise der Infrarotlichtquellen, zu verbessern.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass Lichtstrom während des Steckvorgangs, d.h. des Aufbaus der Steckverbindung im Nahbereich zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung verringert wird. Dadurch wird beispielsweise eine Endlagenerkennung über die Größe einer Leuchtfläche einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Leuchtdiode, möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Steckeinrichtung zum Aufbau der Steckverbindung, vorzugsweise in einer Steckrichtung, Steckbereiche umfasst, welche derart zueinander zumindest abschnittsweise zylindrisch konfiguriert sind, um eine selektive Nachgiebigkeit beim Aufbau der Steckverbindung und/oder nach dem Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung, vorzugsweise während des Ladevorgangs des Fahrzeugs, sicherzustellen.
Dadurch kann beispielsweise ein Versatz und/oder ein Winkelversatz beim Aufbau der Steckverbindung, d.h. während des Aufbauvorgangs der Steckverbindung ausgeglichen werden. Dies führt beispielsweise auch zu einer Verringerung von Steckkräften und/oder Verschleiß.
Andererseits können durch größere Toleranzbereiche für Versatz und/oder Winkelversatz die Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung und/oder Positionierung der ersten Steckeinrichtung verringert werden.
Zusätzlich ist es möglich, dass auch nach einer Verriegelung der ersten mit der zweiten Steckeinrichtung (Zustand der aufgebauten Steckverbindung) eine Nachgiebigkeit und beispielsweise eine mechanische Entkoppelung der ersten Steckeinrichtung zur Energieladestation oder eine mechanische Entkoppelung der Handhabungseinrichtung mit der ersten Steckeinrichtung zur Energieladestation gegeben ist, um beispielsweise nach einem abgeschlossenen Ladevorgang eines Fahrzeugs die erste Steckeinrichtung von der zweiten Steckeinrichtung wieder entkoppeln oder abstecken zu können. Dadurch werden beispielsweise auch Beschädigungen durch Krafteinwirkungen an der ersten und/oder der zweiten Steckeinrichtung verhindert.
Ein zweiter allgemeiner Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbauen, vorzugsweise zum automatisierten Aufbauen, einer, vorzugsweise lösbaren und/oder formschlüssigen, Steckverbindung zwischen einer Energieladestation und einem Fahrzeug zum Übertragen von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs, vorzugsweise mit einer Anordnung wie hierin offenbart, wobei eine erste Steckeinrichtung mit der Energieladestation verbunden ist, eine zweite Steckeinrichtung mit dem Fahrzeug verbunden ist, und die zweite Steckeinrichtung zumindest eine Signalsendeeinheit und die erste Steckeinrichtung zumindest eine Signalempfangseinheit zum Empfangen von zumindest einem (gesendeten) Signal der zumindest einen Signalsendeeinheit umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die zumindest eine Signalempfangseinheit und die zumindest eine Signalsendeeinheit derart an der ersten und an der zweiten Steckeinrichtung angeordnet und zueinander konfiguriert, vorzugsweise kommunizierend konfiguriert, sind, dass das empfangene zumindest eine Signal zum Ausrichten und/oder Positionieren der ersten Steckeinrichtung gegenüber der zweiten Steckeinrichtung verarbeitet und vorzugsweise ausgewertet wird und dass zumindest zum Aufbauen, vorzugsweise zumindest während des Aufbauvorgangs, der Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung eine, vorzugsweise unterbrechungsfreie oder hindernisfreie, Sichtverbindung und/oder eine, vorzugsweise unterbrechungsfreie oder hindernisfreie, Signalverbindung zwischen der zumindest einen Signalempfangseinheit und der zumindest einen Signalsendeeinheit ausgebildet wird, vorzugsweise zumindest bis zum Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung und/oder darüber hinaus, beispielsweise zumindest bis zum Abschluss des Energieübertragungsvorgangs in die Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs.
Ferner kann nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung vorgesehen sein, dass eine drahtlose Kommunikation zwischen einer Sende-/Empfangseinheit des Fahrzeugs und einer Sende-/Empfangseinheit der Ladestation aufgebaut wird; und/oder eine Anfrage des Fahrzeugs über die Sende-/Empfangseinheit des Fahrzeugs an die Sende-/Empfangseinheit der Ladestation zum Laden, vorzugsweise zum konduktiven Laden, der Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs gestellt wird; und/oder die gestellte Anfrage bestätigt wird und eine Ladestelle durch die Energieladestation zugewiesen wird; und/oder die erste Steckeinrichtung an der Energieladestation und die zweite Steckeinrichtung an dem Fahrzeug an der Ladestelle der Energieladestation bereitgestellt wird, vorzugsweise mit ansteuerbaren Roboterarmen und Robotergelenken, welche Translations- und/oder Rotationsbewegungen durchführen können.
Es ist möglich, dass die zumindest eine Signalsendeeinheit aktiviert und zumindest ein Signal gesendet wird, wobei vorzugsweise die Pulsdauer und Frequenz zumindest einer Signalsendeeinheit oder des zumindest einen Signals durch die Energieladestation vorgegeben werden kann und für den aktuellen Ladevorgang spezifisch ist; und/oder das gesendete zumindest eine Signal durch die zumindest eine Signalempfangseinrichtung empfangen wird und vorzugsweise sobald eine Pulsdauer und Frequenz durch die Energieladestation vorgegeben wird, ein Vergleich der Soll-/Ist-Vorgabe als weitere Identifikationsmöglichkeit des Fahrzeuges dient; und/oder eine Position der zweiten Steckeinrichtung durch Verarbeiten und/oder Auswerten des empfangenen zumindest einen Signals ermittelt wird, vorzugsweise durch eine elektronische Rechnereinheit an der Ladestation; und/oder die erste Steckeinrichtung zu der ermittelten Position der zweiten Steckeinrichtung ausgerichtet und/oder positioniert wird bis eine definierte Position der ersten Steckeinrichtung zur zweiten Steckeinrichtung erreicht ist, vorzugsweise durch eine elektronische Rechnereinheit an der Ladestation; und/oder die Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung durch Einstecken der ersten Steckeinrichtung in die zweite Steckeinrichtung aufgebaut wird, wobei zumindest zum Aufbauen der Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung eine, vorzugsweise unterbrechungsfreie oder hindernisfreie, Sichtverbindung und/oder eine, vorzugsweise unterbrechungsfreie oder hindernisfreie, Signalverbindung zwischen der zumindest einen Signalempfangseinheit und der zumindest einen Signalsendeeinheit ausgebildet wird, vorzugsweise bis zum Abschluss der Steckverbindung und/oder darüber hinaus, beispielsweise zumindest bis zum Abschluss des Energieübertragungsvorgangs in die Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs.
Der Abschluss der Steckverbindung kann beispielsweise ein definierter oder vorgegebener Endzustand der in die zweite Steckeinrichtung eingesteckten ersten Steckeinrichtung sein.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein auf die Vorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung gerichtete und/oder damit in Zusammenhang offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere oder andere Einzelheiten und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
Es zeigen:

• 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der ersten Steckeinrichtung;
• 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der zweiten Steckeinrichtung zusammen mit einer schematisch dargestellten Signalempfangseinheit der ersten Steckeinrichtung;
• 3A eine Frontansicht der in 2 dargestellten zweiten Steckeinrichtung;
• 3B eine Seitenansicht der in 2 dargestellten zweiten Steckeinrichtung;
• 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs der in 2 dargestellten zweiten Steckeinrichtung;
• 5 ein Ausführungsbeispiel einer Signalsendeeinheit mit zweit Lichtquellen;
• 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Signalsendeeinheit mit einer Lichtquelle und einer Blende;
• 7 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.

Gleiche oder funktional äquivalente Komponenten oder Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zu deren Erläuterung wird teilweise auch auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele und/oder Figuren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Die folgende detaillierte Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dient zur näheren Veranschaulichung oder Verdeutlichung und soll den Umfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der ersten Steckeinrichtung (10).
Die erste Steckeinrichtung (10), auch Steckverbinder (10), Ladestecker (10) oder Connector (10) bezeichnet, umfasst ein Gehäuse (14) aus einem Isolationsmaterial, beispielsweise isolierenden Kunststoff, und weist einen ersten Steckbereich (11), d.h. ein erstes Steckgesicht (11), und einen zweiten Steckbereich (12), d.h. ein zweites Steckgesicht (12), zur Ausbildung einer Steckverbindung auf.
Sowohl in dem ersten Steckbereich (11) als auch in dem zweiten Steckbereich (12) befinden sich elektrische Leiter und/oder Kontakte (in 1 nicht näher dargestellt) in, vorzugsweise symmetrisch angeordneten, zylinderförmigen Gehäusewandabschnitten, welche zur Übertragung von elektrischer Energie, d.h. elektrischen Strom, dienen.
Der erste Steckbereich (11) und der zweite Steckbereich (12) sowie die zylinderförmigen Gehäusewandabschnitte mit den integrierten elektrischen Leitern und/oder Kontakten sind derart ausgestaltet oder ausgebildet, dass sie in eine korrespondierende zweite Steckeinrichtung (20) (siehe hierzu 2) zum Aufbau einer Steckverbindung eingeführt oder eingesteckt werden können und vorzugsweise eine lösbare formschlüssige Verbindung ausbilden.
Die erste Steckeinrichtung (10) ist vorzugsweise über zumindest ein Kabel (16) zur Energieübertragung und vorzugsweise über zumindest ein Kabel (17) zur Signal- und/oder Datenübertragung mit einer Energieladestation (nicht in 1 dargestellt) verbunden, vorzugsweise mit einer elektronischen Rechnereinheit der Energieladestation (nicht in 1 dargestellt).
Die elektronische Rechnereinheit kann beispielsweise als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet sein.
An der Stirnseite oder Steckseite, d.h. der zu steckenden Seite der ersten Steckeinrichtung (10), welche mit dem ersten und dem zweiten Steckbereich (11, 12) der dazu korrespondierenden zweiten Steckeinrichtung (20) zugeordnet ist, ist an der Stirnfläche (15) der ersten Steckeinrichtung (10), d.h. im Gehäuse (14) zur Stirnfläche (15) eine Signalempfangseinheit (13) angeordnet.
Die Signalempfangseinheit (13) ist als Kamera (13), vorzugsweise als Infrarotkamera (13), ausgebildet oder umfasst diese. Die Kamera (13) ist hierbei derart ausgerichtet und/oder positioniert, dass sie in Richtung einer aufgebauten Steckverbindung mit einer zweiten Steckeinrichtung (20) „blickt“. Mit anderen Worten ist die Kamera (13) an oder in dem Gehäuse (14) der Steckeinrichtung (10) derart exponiert positioniert, um Signale, beispielsweise Lichtstrahlen, von Signalsendeeinheiten (31, 32, 33) (siehe hierzu 2) einer zweiten Steckeinrichtung (20) unterbrechungsfrei aufnehmen oder empfangen zu können.
Vorzugsweise ist die Signalempfangseinrichtung (13), d.h. die Kamera (13) in der Nähe zum ersten und zweiten Steckbereich (11, 12) beabstandet sowie zu einem Randbereich des Gehäuses (14) beabstandet angeordnet. Damit wird beispielsweise eine kompakte Größe der ersten Steckeinrichtung (10) erzielt.
Die Kamera (13) ist vorzugsweise mit dem zumindest einen Kabel (17) zur Signal- und/oder Datenübertragung verbunden, vorzugsweise auch zur Energieversorgung der Kamera (13), damit durch die Kamera (13) empfangene und gegebenenfalls umgewandelte Signale (S31) für eine Verarbeitung und/oder Auswertung weitergeleitet werden können, vorzugsweise an eine elektronische Rechnereinheit, welche als Regel- und/oder Steuereinheit ausgebildet ist.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der zweiten Steckeinrichtung (20), insbesondere zusammen mit einer schematisch dargestellten Signalempfangseinheit (13) der ersten Steckeinrichtung (10) (siehe hierzu auch 1).
Die zweite Steckeinrichtung (20), auch Ladebuchse (20) oder Inlet (20) bezeichnet, umfasst ein Gehäuse (24) aus einem Isolationsmaterial, beispielsweise isolierenden Kunststoff, und weist einen ersten Steckbereich (21), d.h. ein erstes Steckgesicht (21), und einen zweiten Steckbereich (22), d.h. ein zweites Steckgesicht (22), zur Ausbildung einer Steckverbindung auf.
Sowohl in dem ersten Steckbereich (21) als auch in dem zweiten Steckbereich (22) befinden sich elektrische Leiter und/oder Kontakte (in 2 nicht näher dargestellt) in, vorzugsweise symmetrisch angeordneten, zylinderförmigen Gehäusewandabschnitten, welche zur Übertragung von elektrischer Energie, d.h. elektrischen Strom, dienen.
Der erste Steckbereich (21) und der zweite Steckbereich (22) sowie die zylinderförmigen Gehäusewandabschnitte mit den integrierten elektrischen Leitern und/oder Kontakten sind derart ausgestaltet oder ausgebildet, dass sie in die korrespondierende erste Steckeinrichtung (10) (siehe hierzu 1) zum Aufbau einer Steckverbindung eingeführt oder eingesteckt werden können und vorzugsweise eine lösbare formschlüssige Verbindung ausbilden.
Aus einer Zusammenschau der 1 und 2 ist beispielsweise erkennbar, dass die beiden Steckbereiche (11, 12) der ersten Steckeinrichtung (10) und die beiden Steckbereiche (21, 22) der zweiten Steckeinrichtung (20) zueinander, vorzugsweise translationsbeweglich in der Steckrichtung (X), steckbar ausgebildet sind zum Aufbau einer Steckverbindung.
In 2 ist zur weiteren Veranschaulichung hierzu ein Abschnitt des zweiten Steckbereichs (12) der ersten Steckeinrichtung (10) an dem entsprechenden gegenüberliegenden oder zugeordneten Steckbereich (22) der zweiten Steckeinrichtung (20) dargestellt.
Die zweite Steckeinrichtung (20) ist an einem Fahrzeug, vorzugsweise einem Elektrofahrzeug, (nicht in 2 dargestellt) lösbar befestigt.
Die zweite Steckeinrichtung (20) ist ferner vorzugsweise über zumindest ein Kabel (25) zur Energieübertragung mit einem Energiespeicher des Fahrzeugs und vorzugsweise über zumindest ein Kabel (26) zur Signal- und/oder Datenübertragung mit dem Fahrzeug (nicht in 2 dargestellt) verbunden, vorzugsweise mit einer elektronischen Rechnereinheit des Fahrzeugs (nicht in 2 dargestellt).
Die elektronische Rechnereinheit kann beispielsweise als Steuer- und/oder Regeleinheit ausgebildet sein.
An der Stirnseite oder Steckseite, d.h. der zu steckenden Seite der zweiten Steckeinrichtung (20), welche mit dem ersten und dem zweiten Steckbereich (21, 22) der dazu korrespondierenden ersten Steckeinrichtung (10) zugeordnet ist, sind an der Stirnfläche (23) der zweiten Steckeinrichtung (20), d.h. im Gehäuse (24) zur Stirnfläche (23) drei Signalsendeeinheiten (31, 32, 33) zum Senden von jeweils zumindest einem Signal (S31, S32, S33) angeordnet.
Die drei Signalsendeeinheiten (31, 32, 33) umfassen vorzugsweise jeweils eine Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle (Q31, Q32, Q33). Vorzugsweise ist die erste, zweite und dritte Leuchtdiode (Q31, Q32, Q33) derart konfiguriert oder angesteuert, dass sie zumindest ein Signal in Form eines Infrarotlichtstrahls senden können.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Lichtquellen (Q31, Q32, Q33) nicht an der Stirnfläche (23) oder mit der Stirnfläche (23) bündig angeordnet sind, sondern nach innen, d.h. in das Gehäuse (24) hineinversetzt angeordnet sind und das zumindest eine Signal, vorzugsweise in Form eines Infrarotlichtstrahls, mittels eines Lichtleiters an die jeweilige Lichtaustrittsposition an der Stirnfläche (23) führen.
Ferner können die erste, zweite und dritte Leuchtdiode (Q31, Q32, Q33) derart konfiguriert oder angesteuert sein, dass diese Infrarotlichtstrahlen mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge und/ oder unterschiedlicher Frequenz, vorzugsweise in zeitlicher Abhängigkeit oder in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, senden
Die drei Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) sind vorzugsweise über das zumindest eine Kabel (26) zur Signal- und/oder Datenübertragung ansteuerbar und/oder mit elektrischer Energie versorgbar.
Ferner ist 2 in Bezug auf die Kamera (13) der Erfassungsraum (ER13) der Kamera (13) von gesendeten Signalen, d.h. Lichtstrahlen (S31, S32, S33) der drei Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) beispielhaft dargestellt.
Vorzugsweise sind die drei Signalsendeeinheiten (31, 32, 33) mit den Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) in der Nähe zum ersten und zweiten Steckbereich (21, 22) beabstandet sowie zu einem Randbereich des Gehäuses (24) beabstandet angeordnet. Damit wird beispielsweise eine kompakte Größe der zweiten Steckeinrichtung (20) erzielt.
Aufgrund der exponierten Lage der drei Signalsendeeinheiten (31, 32, 33) und somit der drei Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) steht die Kamera (13) hierbei in stetiger, d.h. ununterbrochener oder hindernisfreier Sichtverbindung und/oder Signalverbindung zu den Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33).
3A zeigt zur Verdeutlichung eine Frontansicht der in 2 dargestellten zweiten Steckeinrichtung (20) und 3B zeigt eine Seitenansicht der in 2 dargestellten zweiten Steckeinrichtung (20).
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf eine Beschreibung bereits dargestellter Komponenten und/oder Elemente nachfolgend verzichtet.
Wie aus 3A deutlich erkennbar ist, sind die drei Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) in dieser Ansicht derart in dem Gehäuse (24) der zweiten Steckeinrichtung (20) und zueinander beabstandet oder derart an der Stirnfläche (23) der zweiten Steckverbindung (20) und zueinander beabstandet angeordnet, dass diese ein ungleichförmiges Dreieck, d.h. eine Dreieckform mit drei zueinander unterschiedlichen Seitenlängen aufspannen.
Die drei Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) sind auf derjenigen Seite der zweiten Steckeinrichtung (20) angeordnet, welche im Zustand der Steckverbindung derjenigen Seite der ersten Steckeinrichtung (10) mit der Kamera (13) gegenüberliegt und/oder diese kontaktiert. Dadurch kann eine durchgängige Sichtverbindung zwischen den miteinander kommunizierenden, d.h. in Sicht- und/oder Signalverbindung stehenden Komponenten der Kamera (13) und der drei Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) gewährleistet werden.
Aus der Seitenansicht in 3B ist ferner entnehmbar, dass die zweite Steckeinrichtung (20) an der zu dem ersten und zweiten Steckbereich (21, 22) gegenüberliegenden Seite eine Kopplungsstruktur (80) für eine lösbare Koppelung an ein Fahrzeug, vorzugsweise Elektrofahrzeug, aufweist.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs der in 2 dargestellten zweiten Steckeinrichtung (20) mit der ersten Signalsendeeinheit (31), zweiten Signalsendeeinheit (32) und dritten Signalsendeeinheit (33).
Die erste, zweite und dritte Signalsendeeinheit (31, 32, 33) umfasst jeweils eine Leuchtdiode (Q31, Q32, Q33), welche, wie oben beschrieben, jeweils zueinander beabstandet angeordnet sind und ein ungleichförmiges Dreieck aufspannen.
Die dargestellten Winkel α, β und γ zwischen den hilfsweise eingezeichneten Seiten, welche die einzelnen Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) verbinden, sind hierbei unterschiedlich und bekannt, d.h. definiert. Die erste Leuchtdiode (Q31) ist über den ersten Abstand (I_12) zur zweiten Leuchtdiode(Q32) beabstandet angeordnet. Die zweite Leuchtdiode (Q32) ist über den zweiten Abstand (I_23) zur dritten Leuchtdiode (Q33) beabstandet angeordnet, und die dritte Leuchtdiode (Q33) ist über den dritten Abstand (I_13) zur ersten Leuchtdiode (31) beabstandet angeordnet.
In Kenntnis der Länge des ersten Abstands (I_12), des zweiten Abstands (I_23) und des dritten Abstands (I_13) sowie der Winkel α, β und γ lässt sich zusammen mit den empfangenen Lichtstrahlen (S31, S32, S33) (siehe hierzu 2) durch die Kamera (13) mittels Triangulation, d.h. mittels Winkelmessungen die Ausrichtung und/oder Position der zweiten Steckeinrichtung (20) ermitteln.
Mithilfe der Kamera (13) kann beispielsweise, vorzugsweise unter Verwendung einer Steuer- und/oder Regeleinheit, kontinuierlich die Strahlrichtung eines Lichtstrahls (S31) oder mehrerer Lichtstrahlen (S31, S32, S33) ermittelt werden und/oder der Abstand der Kamera (13) zu den Leuchtdioden (Q31, Q32, Q33) und somit die Ausrichtung und/oder Position der ersten Steckeinrichtung (10) zur zweiten Steckeinrichtung (20).
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Signalsendeeinheit (34) mit einer ersten Lichtquelle, vorzugsweise ersten Leuchtdiode (Q34_1), und einer zweiten Lichtquelle, vorzugsweise zweiten Leuchtdiode (Q34_1), wobei die erste Leuchtdiode (Q34_1) über den Lichtquellenabstand I34_12 zur zweiten Leuchtdiode (Q34_1) beabstandet angeordnet ist.
Die erste und die zweite Leuchtdiode (Q34_1, Q34_2) sind vorzugsweise derart konfiguriert, dass sie zumindest ein Signal in Form eines Infrarotlichtstrahls (S34_1, S34_2) senden können.
Auch hier kann mittels Triangulation zwischen der Kamera (13) und der Signalsendeeinheit (34) die Ausrichtung und/oder Position der zweiten Steckeinrichtung (20) ermittelt werden. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, da nur eine Signalsendeeinheit (34) an der zweiten Steckeinrichtung (20) angebracht, d.h. in das Gehäuse (24) der zweiten Steckeinheit (20) integriert werden muss.
Zudem ist in 5 mit dem Sternsymbol (Z13) das Zentrum des Aufnahmebereichs der Kamera (13) und dessen Lage dargestellt, welches sich während des Aufbauvorgangs der Steckverbindung einstellt.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Signalsendeeinheit (35) mit einer einzigen Lichtquelle (Q35) und einer vorzugsweise in Strahlrichtung positionierten Blende (B35) mit zwei im Wesentlichen kreisrunden Löchern oder Aussparungen zur Aufteilung der Lichtquelle (Q35) in zwei voneinander über einen Blendenabstand (I35_12) beabstandete Lichtkreise oder Lichtpunkte (P35_1, P35_2).
Die Lichtquelle (Q35) ist vorzugsweise als eine Leuchtdiode (Q35) ausgebildet, welche derart konfiguriert ist, Lichtstrahlen (S35_1, S35_2) im Infrarotbereich zu senden, vorzugsweise unterschiedlicher Wellenlänge und/oder unterschiedlicher Frequenz.
Ferner kann die Leuchtdiode (Q35) in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen und/oder in zeitlicher Abhängigkeit, beispielsweise während eines Ladevorgangs des Fahrzeugs, unterschiedlich konfiguriert sein oder angesteuert werden.
Auch kann mit einer derartigen Signalsendeeinheit (35) und einer Kamera (13) mittels Triangulation die Ausrichtung und/oder Position der zweiten Steckeinheit (20) und/oder der ersten Steckeinheit (10) ermittelt werden, um sodann die erste Steckeinheit (10) in eine entsprechende Ausrichtung und/oder Position zu bringen, bei welcher der Aufbau einer Steckverbindung möglich ist.
Zudem ist auch in 6 mit dem Sternsymbol (Z13) das Zentrum des Aufnahmebereichs der Kamera (13) und dessen Lage dargestellt, welches sich während des Aufbauvorgangs der Steckverbindung einstellt.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung (100) mit der ersten und der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) zum Aufbau einer Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) zur Übertragung von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, von einer Energieladestation (101) in einen Energiespeicher (nicht in 7 dargestellt) eines Fahrzeugs (102).
Das Fahrzeug (102) mit der daran lösbar befestigten zweiten Steckeinrichtung (20) und weitere Komponenten und Elemente sind in 7 schematisch dargestellt.
Zur Verdeutlichung sind ferner weitere Komponenten und/oder Elemente (beispielsweise Kabel, Energiespeicher, elektronische Rechnereinheiten, Sende-/Empfangseinheiten, Regel- und/oder Steuereinheiten, Kommunikationseinrichtungen, etc.), vorzugsweise des Fahrzeugs (102) und der Ladestation (101), nicht in 7 dargestellt.
Die zweite Steckeinrichtung (20) umfasst eine Signalsendeeinheit (34), welche vorzugsweise mit zwei Leuchtdioden (Q34_1, Q34_2) ausgebildet ist. Die beiden Leuchtdioden (Q34_1, Q34_2) sind in der Signalsendeeinheit (34) über einen definierten Lichtquellenabstand (I34_12) (in 7 nicht sichtbar) nebeneinander beabstandet angeordnet und senden daher zwei zueinander beabstandete Signale in Form von Lichtstrahlen (S34_1, S34_2) in Richtung der Kamera (13), d.h. in den Erfassungsraum der Kamera (13) an der ersten Steckeinrichtung (10).
Die erste Steckeinrichtung (10) mit der Kamera (13) ist über ein System aus Roboterarmen (50) und Roboterarmgelenken (40) translations- und/oder rotationsbeweglich (siehe hierzu die gestrichelten Linien mit Pfeilen zur Verdeutlichung der Bewegungsfreiheitsgrade der ersten Steckeinrichtung (10) über das System aus Roboterarmen (50) und Roboterarmgelenken (40)).
Ein Roboterarm (50) ist wiederum über ein Roboterarmgelenk (40) mit einem Schlitten (60) verbunden, welcher entlang einer Schiene (70) einer Ladestelle der Ladestation (101) translationsbeweglich (siehe hierzu die Bewegungsrichtung Y) ausgeführt ist.
Demnach kann die erste Steckeinrichtung (10) eine Vielzahl von Ausrichtungen und/oder Positionen einnehmen.
Die Kamera (13) empfängt die gesendeten Lichtstrahlen (S34_1, S34_2), welche beispielsweise unterschiedliche Wellenlänge und/oder unterschiedliche Frequenz haben können. Es ist möglich, dass die Wellenlängen und/oder die Frequenzen zeitlich veränderlich sind und beispielsweise von Umgebungsbedingungen und/oder vorzugsweise dem Zustand der Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs (102) abhängen.
Über eine mit der Kamera (13) beispielsweise verbundene Regel- und/oder Steuereinheit der Ladestation (101) (nicht in 7 dargestellt) ist es möglich, aufgrund der empfangenen Lichtstrahlen (S34_1, S34_2) und des definierten Lichtquellenabstands (I34_12) der beiden Leuchtdioden (Q34_1, Q34_2) zueinander mittels Triangulation die Ausrichtung und/oder die Positionierung der zweiten Steckeinrichtung (20) zur ersten Steckeinrichtung (10) oder umgekehrt zu ermitteln und danach die erste Steckeinrichtung (10) entsprechend der Ausrichtung und/oder Positionierung der zweiten Steckeinrichtung (20) einzustellen und diese anschließend in Richtung der Steckeinrichtung (20) zu bewegen.
Die Kamera (13) steht dabei in ständigem „Blickkontakt“, d.h. in Sichtverbindung und in Signalverbindung mit den beiden Leuchtdioden (Q34_1, Q34_2), vorzugsweise bis zum Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung zwischen der ersten Steckeinrichtung (10) und der zweiten Steckeinrichtung (20) und/oder darüber hinaus, beispielsweise zumindest bis zum Abschluss des Ladevorgangs der Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs.
Wie oben bereits dargestellt, kann mit der Erfindung eine Anordnung, d.h. ein Steckverbindungssystem zum konduktiven Laden eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt werden, welches hinsichtlich des Aufbaus der Steckverbindung zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladestation verbessert ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Vorzugsweise beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

10: erste Steckeinrichtung
11: erster Steckbereich der ersten Steckeinrichtung
12: zweiter Steckbereich der zweiten Steckeinrichtung
13: Signalempfangseinheit, Kamera
14: Gehäuse der ersten Steckeinrichtung
15: Stirnfläche der ersten Steckeinrichtung
16: Kabel zur Energieübertragung
17: Kabel zur Signal- und/oder Datenübertragung
20: zweite Steckeinrichtung
21: erster Steckbereich der zweiten Steckeinrichtung
22: zweiter Steckbereich der zweiten Steckeinrichtung
23: Stirnfläche der zweiten Steckeinrichtung
24: Gehäuse der zweiten Steckeinrichtung
25: Kabel zur Energieübertragung
26: Kabel zur Signal- und/oder Datenübertragung
31: erste Signalsendeeinheit
32: zweite Signalsendeeinheit
33: dritte Signalsendeeinheit
34: Signalsendeeinheit mit zwei Lichtquellen
35: Signalsendeeinheit mit einer Lichtquelle und einer Blende
40: Roboterarmgelenk
50: Roboterarm
60: Schlitten
70: Schiene
80: Kopplungsstruktur der zweiten Steckeinrichtung
α: Winkel
β: Winkel
γ: Winkel
B35: Blende
I_12: erster Abstand
I_23: zweiter Abstand
I_13: dritter Abstand
I34_12: Lichtquellenabstand
I35_12: Blendenabstand
P35_1: Lichtkreis, Lichtpunkt
P35_2: Lichtkreis, Lichtpunkt
Q31: erste Lichtquelle/Leuchtdiode
Q32: zweite Lichtquelle/Leuchtdiode
Q33: dritte Lichtwelle/Leuchtdiode
Q34_1: erste Lichtquelle/Leuchtdiode
Q34_2: zweite Lichtquelle/Leuchtdiode
Q35: Lichtquelle/Leuchtdiode
S31: Lichtstrahl/Infrarotlichtstrahl
S32: Lichtstrahl/Infrarotlichtstrahl
S33: Lichtstrahl/Infrarotlichtstrahl
S34_1: Lichtstrahl/Infrarotlichtstrahl
S34_2: Lichtstrahl/Infrarotlichtstrahl
S35_1: Lichtstrahl/Infrarotlichtstrahl
S35_2: Lichtstrahl/Infrarotlichtstrahl
X: Steckrichtung
Y: Bewegungsrichtung des Schlittens
Z13: Zentrum des Aufnahmebereichs der Signalempfangseinheit/Kamera

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018006749 A1 [0005]
DE 102017121854 A1 [0006]
DE 102015215127 A1 [0007]

Claims

Anordnung (100) zum Aufbau einer Steckverbindung zwischen einer Energieladestation (101) und einem Fahrzeug (102) zur Übertragung von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs (102), umfassend: • eine erste Steckeinrichtung (10), die mit der Energieladestation (101) verbindbar oder verbunden ist; • eine zweite Steckeinrichtung (20), die mit dem Fahrzeug (102) verbindbar oder verbunden ist, wobei die zweite Steckeinrichtung (20) zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) und die erste Steckeinrichtung (10) zumindest eine Signalempfangseinheit (13) zum Empfang von zumindest einem Signal (S31) der zumindest einen Signalsendeeinheit (31, 32, 33) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Signalempfangseinheit (13) und die zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) derart an der ersten und an der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) angeordnet und zueinander konfiguriert sind, dass das empfangene zumindest eine Signal (S31) zur Ausrichtung und/oder Positionierung der ersten Steckeinrichtung (10) gegenüber der zweiten Steckeinrichtung (20) vorgesehen ist und dass zumindest zum Aufbau der Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) eine Sichtverbindung und/oder eine Signalverbindung zwischen der zumindest einen Signalempfangseinheit (13) und der zumindest einen Signalsendeeinheit (31, 32, 33) ausgebildet ist, vorzugsweise bis zum Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung.
Anordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) zumindest eine Lichtquelle (Q31, Q32, Q33; Q34_1, Q34_2, Q35), vorzugsweise zumindest eine Infrarotlichtquelle (Q31, Q32, Q33; Q34_1, Q34_2, Q35), zum Senden des zumindest einen Signals (S31, S32, S33, S34_1, S35_1) umfasst.
Anordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die zumindest eine Signalsendeeinheit (34) eine zweite Lichtquelle (Q34_2), vorzugsweise eine zweite Infrarotlichtquelle (Q34_2), zum Senden eines zweiten Signals (S34_2) umfasst, wobei die erste und die zweite Lichtquelle (Q34_1, Q34_2) in der zumindest einen Signalsendeeinheit (34) voneinander beabstandet angeordnet sind, vorzugsweise mit einem definierten Lichtquellenabstand (I34_12) voneinander angeordnet.
Anordnung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zumindest eine Lichtquelle (Q31, Q32, Q33; Q34_1, Q34_2; Q35) in einem Querschnitt eine kreisrunde Kontur oder in einem Querschnitt eine punktförmige Kontur aufweist.
Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die zumindest eine Lichtquelle (Q31, Q32, Q33; Q34_1, Q34_2; Q35) durch eine Blende (B35) in einem Querschnitt in einen ersten und in einen zweiten Lichtkreis oder Lichtpunkt (P35_1, P35_2) aufgeteilt ist und vorzugsweise der erste und der zweite Lichtkreis oder Lichtpunkt (P35_1, P35_2) voneinander beabstandet angeordnet sind, vorzugsweise mit einem definierten Blendenabstand (I35_12) voneinander beabstandet angeordnet.
Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Steckeinrichtung (20) eine zweite und eine dritte Signalsendeeinheit (32, 33) umfasst und vorzugsweise die erste, zweite und dritte Signalsendeeinheit (31, 32, 33) voneinander beabstandet angeordnet sind, vorzugsweise um die Position der ersten Steckeinrichtung (10) zur zweiten Steckeinrichtung (20) mittels Triangulation zu ermitteln und/ oder die erste Steckeinrichtung (10) gegenüber der zweiten Steckeinrichtung (20) auszurichten und/oder zu positionieren.
Anordnung (100) nach Anspruch 6, wobei die erste, zweite und dritte Signalsendeeinheit (31, 32, 33) derart an der zweiten Steckeinrichtung (20), vorzugsweise an der Steckseite (23) der zweiten Steckeinrichtung (20), angeordnet sind, dass sie in einer Ansicht eine dreieckförmige Gestalt, vorzugsweise eine ungleichmäßige dreieckförmige Gestalt, aufspannen.
Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Signal (S31, S32, S33) zumindest einen Lichtstrahl (S31, S32, S33, S34_1, S34_2, S35_1, S35_2) umfasst und/oder die zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) derart konfiguriert und/oder ansteuerbar ist, den zumindest einen Lichtstrahl (S31, S32, S33) mit unterschiedlicher Wellenlänge und/oder mit unterschiedlicher Frequenz zu senden, vorzugsweise mit unterschiedlicher zeitlicher Dauer zu senden.
Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Signalempfangseinheit (13) eine Kamera (13) umfasst, deren Lichtempfindlichkeit einstellbar ist, und/oder die zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) zumindest eine Lichtquelle (Q31, Q32, Q33; Q34_1, Q34_2; Q35) umfasst, deren Lichtstrom einstellbar ist, vorzugsweise auf eine eingestellte Lichtempfindlichkeit der Kamera (13) einstellbar.
Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Steckeinrichtung (10, 20) zum Aufbau der Steckverbindung Steckbereiche (11, 21; 12, 22) umfasst, welche derart zueinander zumindest abschnittsweise zylindrisch konfiguriert sind, um eine selektive Nachgiebigkeit beim Aufbau der Steckverbindung und/oder nach dem Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung, vorzugsweise während des Ladevorgangs des Fahrzeugs, sicherzustellen.
Verfahren zum Aufbauen einer Steckverbindung zwischen einer Energieladestation (101) und einem Fahrzeug (102) zum Übertragen von Energie, vorzugsweise elektrischer Energie, in eine Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs (102), vorzugsweise mit einer Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei • eine erste Steckeinrichtung (10) mit der Energieladestation (101) verbunden ist; • eine zweite Steckeinrichtung (20) mit dem Fahrzeug (102) verbunden ist, und die zweite Steckeinrichtung (20) zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) und die erste Steckeinrichtung (10) zumindest eine Signalempfangseinheit (13) zum Empfangen von zumindest einem Signal (S31) der zumindest einen Signalsendeeinheit (31, 32, 33) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Signalempfangseinheit (13) und die zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) derart an der ersten und an der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) angeordnet und zueinander konfiguriert sind, dass das empfangene zumindest eine Signal (S31) zum Ausrichten und/oder Positionieren der ersten Steckeinrichtung (10) gegenüber der zweiten Steckeinrichtung (20) verarbeitet wird und dass zumindest zum Aufbauen der Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) eine Sichtverbindung und/oder eine Signalverbindung zwischen der zumindest einen Signalempfangseinheit (13) und der zumindest einen Signalsendeeinheit (31, 32, 33) ausgebildet wird, vorzugsweise bis zum Abschluss des Aufbaus der Steckverbindung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei • eine drahtlose Kommunikation zwischen einer Sende-/Empfangseinheit des Fahrzeugs (102) und einer Sende-/Empfangseinheit der Ladestation (101) aufgebaut wird; und/oder • eine Anfrage des Fahrzeugs (102) über die Sende-/Empfangseinheit des Fahrzeugs (102) an die Sende-/Empfangseinheit der Ladestation (101) zum Laden, vorzugsweise zum konduktiven Laden, der Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs (102) gestellt wird; und/oder • die gestellte Anfrage bestätigt wird und eine Ladestelle durch die Energieladestation (101) zugewiesen wird; und/oder • die erste Steckeinrichtung (10) an der Energieladestation (101) und die zweite Steckeinrichtung (20) an dem Fahrzeug (102) an der Ladestelle der Energieladestation (101) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei • die zumindest eine Signalsendeeinheit (31, 32, 33) aktiviert und zumindest ein Signal (S31, S32, S33) gesendet wird, wobei vorzugsweise die Pulsdauer und Frequenz zumindest einer Signalsendeeinheit (31, 32, 33) durch die Energieladestation vorgegeben werden kann und für den aktuellen Ladevorgang spezifisch ist; und/oder • das gesendete zumindest eine Signal (S31, S32, S33) durch die zumindest eine Signalempfangseinrichtung (13) empfangen wird und vorzugsweise sobald eine Pulsdauer und Frequenz durch die Energieladestation vorgegeben wird, ein Vergleich der Soll-/Ist-Vorgabe als weitere Identifikationsmöglichkeit des Fahrzeuges dient; und/oder eine Position der zweiten Steckeinrichtung (20) durch Verarbeiten des empfangenen zumindest einen Signals (S31, S32, S33) ermittelt wird, vorzugsweise durch eine elektronische Rechnereinheit an der Ladestation (101); und/oder • die erste Steckeinrichtung (10) zu der ermittelten Position der zweiten Steckeinrichtung ausgerichtet und/oder positioniert wird bis eine definierte Position der ersten Steckeinrichtung (10) zur zweiten Steckeinrichtung (20) erreicht ist, vorzugsweise durch eine elektronische Rechnereinheit an der Ladestation (101); und/oder • die Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) durch Einstecken der ersten Steckeinrichtung (10) in die zweite Steckeinrichtung (20) aufgebaut wird, wobei zumindest zum Aufbauen der Steckverbindung zwischen der ersten und der zweiten Steckeinrichtung (10, 20) eine Sichtverbindung und/oder eine Signalverbindung zwischen der zumindest einen Signalempfangseinheit (13) und der zumindest einen Signalsendeeinheit (31, 32, 33) ausgebildet wird, vorzugsweise bis zum Abschluss der Steckverbindung.