DE102020127628A1

DE102020127628A1 - Ladevorrichtung mit Notstromversorgungseinrichtung und Verfahren zur Notstromversorgung

Info

Publication number: DE102020127628A1
Application number: DE102020127628.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Maier
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-04-21
Also published as: CN116507525A; WO2022084383A1; US20230382253A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (1) zum Laden einer Fahrzeugeinheit (10) eines Elektrofahrzeugs (100), umfassend eine Stromversorgungseinrichtung (12) zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms (II) sowie eine Bodeneinheit (14) mit einer Stromabgabeeinrichtung (16), wobei die Stromabgabeeinrichtung (16) an einem bewegbaren Arm (18) angeordnet ist, der zwischen einer Ausgangsposition (A), in der sich der bewegbare Arm (18) in der Bodeneinheit (14) befindet, und einer Koppelposition (K), in der die Stromabgabeeinrichtung (16) mit der Fahrzeugeinheit (10) elektrisch verbunden ist, bewegbar ist, wobei in der Bodeneinheit (14) eine Notstromversorgungseinrichtung (20) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, im Falle eines Stromausfalls ausreichend elektrische Energie bereitzustellen, um den bewegbaren Arm (18) in dessen Ausgangsposition (A) zurückzuführen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum automatisierten Zurückführen eines bewegbaren Arms einer Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge beziehungsweise Plug-in-Hybridfahrzeuge weisen eine Traktionsbatterie auf, die in regelmäßigen Abständen geladen werden muss. Die jeweiligen Reichweiten der Elektrofahrzeuge und die jeweils gefahrenen Kilometer bedingen entsprechend den Bedarf nach mehr oder weniger häufigem Laden des Elektrofahrzeugs.
In der Mehrzahl der aus dem Stand der Technik bekannten Elektrofahrzeuge wird das Laden der Batterie über einen konduktiven Ladevorgang über ein Ladekabel realisiert. Kabelgebundenes Laden hat den Vorteil, dass dieses mit einem entsprechend ausgebildeten Kabel quasi verlustfrei und bei einer hohen Ladeleistung möglich ist. Weiter ist ein kabelgebundenes Laden eines Elektrofahrzeuges aufgrund von relativ günstig produzierbaren Kabeln und Steckern beziehungsweise Verbindungselementen mit relativ geringen Infrastrukturkosten verbunden. Kabelgebundenes Laden wird häufig darüber gelöst, dass das Elektrofahrzeug an einer Ladesäule oder einer Wallbox abgestellt wird und dann der Benutzer eine Verbindung zwischen der Ladesäule oder der Wallbox und dem Elektrofahrzeug durch ein händisch durchgeführtes Einstecken eines entsprechenden Ladesteckers herstellt. Danach kann der eigentliche Ladevorgang gestartet werden.
Derzeit liegen die mit einer Batterieladung erreichbaren Reichweiten häufig noch unter den Reichweiten, die mit einer Tankfüllung eines herkömmlichen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor erzielbar sind, sodass die daraus ergebende Notwendigkeit des häufigeren Ladens für den Verbraucher als Komforteinbuße betrachtet werden kann.
Um den Vorgang des Verbindens des Elektrofahrzeugs zu automatisieren und auf diese Weise Zeit und Mühen des Benutzers einzusparen und damit den Komfort zu erhöhen, sind unterschiedliche Vorrichtungen zum automatisierten Verbinden von Elektrofahrzeugen mit Ladevorrichtung bekannt.
Für die automatisierte Verbindung von Elektrofahrzeugen mit Ladevorrichtungen sind Roboterarme mit angebrachten Steckern bekannt, die ein automatisiertes Positionieren des Steckers in einer Ladebuchse eines Elektrofahrzeugs ermöglichen und den Ladevorgang dadurch automatisiert starten. Besonders benutzerfreundlich sind dabei Ladevorrichtungen, die in einer Bodeneinheit integriert sind.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass bei Ladevorrichtungen, die in der Bodeneinheit integriert sind, unvorhergesehene Systemausfälle zu unvorteilhaften Situationen führen können. Da sich die Ladevorrichtung unterhalb des Fahrzeugs zwischen Fahrzeugboden und der Abstellfläche befindet und dadurch nur schwer zugänglich ist, ist ein händisches Eingreifen des Nutzers in einer Notsituation nicht ohne weiteres möglich.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, die einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellungen sowie der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Entsprechend wird eine Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, umfassend eine Stromversorgungseinrichtung zum Bereitstellen eines elektrischen Ladestroms sowie eine Bodeneinheit mit einer Stromabgabeeinrichtung, wobei die Stromabgabeeinrichtung an einem bewegbaren Arm angeordnet ist, der zwischen einer Ausgangsposition, in der sich der bewegbare Arm in der Bodeneinheit befindet, und einer Koppelposition, in der die Stromabgabeeinrichtung mit der Fahrzeugeinheit elektrisch verbunden ist, bewegbar ist. Erfindungsgemäß ist in der Bodeneinheit eine Notstromversorgungseinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, im Falle eines Stromausfalls ausreichend elektrische Energie bereitzustellen, um den bewegbaren Arm in dessen Ausgangsposition zurückzuführen.
Die Ladevorrichtung kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung alle elektrischen und mechanischen Komponenten umfassen, die zum Betätigen der Ladevorrichtung notwendig sind. Unter einer Stromversorgungseinrichtung kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung ein Stromanschluss verstanden werden. Gleichwohl kann unter einer Stromversorgungseinrichtung ein Schaltschrank, beispielsweise in Form einer Wallbox, verstanden werden. Die Stromversorgungseinrichtung ist mit einer externen Energiequelle verbunden und kann optional einen Gleichrichter umfassen. Die Stromversorgungseinrichtung kann insbesondere eine Power Supply Unit sein, die aus einer externen Energiequelle einen Wechselstrom bezieht und einen konditionierten Gleichstrom für die Ladevorrichtung bereitstellt.
Die Bodeneinheit kann beispielsweise ganz oder teilweise im Boden einer Fahrbahn oder einer Abstellfläche eingebettet sein und der bewegbare Arm der Bodeneinheit kann aus der Bodeneinheit heraus innerhalb eines vorgesehenen Bewegungsradius verfahren werden.
Alternativ kann die Bodeneinheit auf der Fahrbahn oder der Abstellfläche fest oder verfahrbar angeordnet sein.
Unter der „darüber angeordneten Fahrzeugeinheit“ des Elektrofahrzeugs ist in diesem Fall eine Fahrzeugeinheit zu verstehen, die in einem Elektrofahrzeug angeordnet ist, welches über der Bodeneinheit positioniert ist, insbesondere geparkt ist. Die Formulierung „zwischen einer Ausgangsposition und einer Koppelposition bewegbar“ soll die vorliegende Offenbarung nicht dahingehend einschränken, dass der bewegbare Arm nur zwischen diesen beiden Positionen bewegbar ist. Vielmehr kann der bewegbare Arm in eine beliebige Anzahl weiterer Positionen bewegt werden.
Unter einer Stromabgabeeinrichtung kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine Einrichtung verstanden werden, über die eine elektrische Verbindung zwischen der Bodeneinheit und der Fahrzeugeinheit hergestellt werden kann. Entsprechend kann mit einer Fahrzeugeinheit im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine Komponente des Elektrofahrzeugs gemeint sein, die geeignet ist, mit der komplementären Stromabgabeeinrichtung der Bodeneinheit elektrisch verbunden zu werden.
Unter einer Notstromversorgungseinrichtung kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung im weitesten Sinne eine Einrichtung verstanden werden, die ein Energiereservoir bereitstellt, das ausreicht, um den bewegbaren Arm in dessen Ausgangsposition zurückzubewegen, wenn ein Stromausfall auftritt. Dabei ist es grundsätzlich unerheblich, in welcher Position sich der bewegbare Arm zum Zeitpunkt des Stromausfalls befindet. Mit einem Stromausfall kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung jeder Zustand gemeint sein, in dem kein Strom an der Bodeneinheit anliegt und entsprechend die mechanische Funktion des bewegbaren Arms unterbrochen ist.
Befindet sich beispielsweise der bewegbare Arm gerade in der Koppelposition, etwa, weil gerade ein aktiver Ladevorgang stattfindet, und tritt plötzlich ein Stromausfall auf, so müsste der bewegbare Arm gemäß dem Stand der Technik händisch entkoppelt und in seine Ausgangsposition bewegt werden, um das Fahrzeug dann freizugeben und fortbewegbar zu machen.
Durch das Zurückführen des bewegbaren Arms in dessen Ausgangsposition in der Bodeneinheit im Falle eines Stromausfalls wird erreicht, dass der bewegbare Arm nicht aus der Bodeneinheit hinausragt oder im schlimmsten Fall noch mit der Fahrzeugeinheit gekoppelt ist. Mithin kann dadurch einerseits vermieden werden, dass ein Benutzer im Falle eines Stromausfalls den bewegbaren Arm händisch bewegen muss, um das Elektrofahrzeug von der Ladevorrichtung zu entkoppeln. Andererseits kann dadurch vermieden werden, dass im Falle eines Stromausfalls der bewegbare Arm aus der Bodeneinheit herausragt und versehentlich überfahren wird, wenn das Elektrofahrzeug aus der Ladeposition bewegt wird. Zusammenfassend kann somit erreicht werden, dass im Falle eines Stromausfalls der Benutzer der Ladevorrichtung keinerlei Handlungen vornehmen muss, um einen potenziellen Schaden zu vermeiden.
Dadurch, dass die Notstromversorgungseinrichtung in der Bodeneinheit vorgesehen ist, kann ein einfacher Anschluss an eine vorhandene Ladevorrichtung ermöglicht werden. Mit anderen Worten kann die mit der Notstromversorgungseinrichtung ausgerüstete Bodeneinheit mit einer bereits vorhandenen Ladevorrichtung einfach gekoppelt werden, ohne dass die Ladevorrichtung modifiziert werden müsste. Die Ladevorrichtung muss entsprechend auch keine Notstromversorgungseinrichtung bereitstellen, da diese bereits in der Bodeneinheit vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist die Bodeneinheit bezüglich der mechanischen Ausgestaltung und ihrer Ansteuerung auch bei einem Stromausfall autark.
Darüber hinaus ist die Bodeneinheit auch autark und kann den bewegbaren Arm in seine Ausgangsposition zurück bewegt werden und damit das Fahrzeug mechanisch wieder freigegeben werden, wenn die Ladevorrichtung beispielsweise in Form einer Wallbox durch die Auslösung einer Sicherheitsschaltung abgeschaltet wurde oder ein der Wallbox vorgelagerter Fehlerstromschutzschalter ausgelöst wurde. Mit anderen Worten kann durch das Vorsehen der Notstromversorgungseinrichtung erreicht werden, dass der bewegbare Arm autark von der Bodeneinheit in die Ausgangsposition zurückgefahren werden kann.
Ferner kann eine Notstromversorgungseinrichtung einfach in einem vorhandenen System nachgerüstet werden. Des Weiteren kann erreicht werden, dass die Notstromversorgungseinrichtung möglichst nahe an mechanischen Stellgliedern des bewegbaren Arms angeordnet ist. So kann selbst bei einem größeren Schaden an der Ladevorrichtung, etwa verursacht durch Brandschäden an einer Wallbox oder an angrenzender Verkabelung, erreicht werden, dass dennoch über die Notstromversorgungseinrichtung elektrische Energie an die Bodeneinheit bereitgestellt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist weiterhin ein Steuergerät vorgesehen, dass dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den bewegbaren Arm zwischen der Ausgangsposition und der Koppelposition zu bewegen. Das Steuergerät und die Energieversorgung für den bewegbaren Arm können sich in der Bodeneinheit befinden. Das Steuergerät wird dann bevorzugt ebenfalls mit Notstrom versorgt.
Dadurch, dass das Steuergerät in der Stromversorgungseinrichtung vorgesehen ist, kann erreicht werden, dass die Bodeneinheit als eine selbstständige Einheit ausgeführt werden kann. In diesem Fall kann die Bodeneinheit funktional auf das Bewegen des bewegbaren Arms sowie auf das Bereitstellen der Notstromversorgungseinrichtung zum Zurückführen des bewegbaren Arms im Falle eines Stromausfalls beschränkt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Bodeneinheit einfach und robust ausgeführt werden kann. Ferner kann dadurch erreicht werden, dass die Bodeneinheit selbst weniger anfällig für ein elektrisches Versagen ist, wodurch die Betriebssicherheit erhöht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Stromabgabeeinrichtung einen Ladestecker auf, der ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Ladebuchse der Fahrzeugeinheit einzurasten und eine konduktive Verbindung zwischen Ladestecker und Ladebuchse bereitzustellen. Der Ladestecker kann dabei vorzugsweise an einem freien Ende des bewegbaren Arms angeordnet sein.
Dadurch, dass die Stromabgabeeinrichtung einen Ladestecker aufweist, der ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Ladebuchse der Fahrzeugeinheit einzurasten, kann eine eindeutige und sichere Positionierung der Stromabgabeeinrichtung relativ zur Fahrzeugeinheit erreicht werden.
Dadurch, dass der Ladestecker ausgebildet und eingerichtet ist, eine konduktive Verbindung zwischen Ladestecker und Ladebuchse bereitzustellen, kann eine verlustarme Leitung von elektrischer Energie von der Stromabgabeeinrichtung zur Fahrzeugeinheit erreicht werden. Mithin kann dadurch ein effizienter Ladevorgang erreicht werden.
Weiterbildend ist es vorteilhaft, dass die Notstromversorgungseinrichtung Kondensatoren und/oder Kapazitäten aufweist. Vorteilhaft bei der Verwendung von Kondensatoren ist deren Eigenschaft, große Mengen an elektrischer Ladung schnell speichern und abgeben zu können. Kondensatoren haben ferner den Vorteil, kontinuierlich geladen und entladen zu werden, ohne dass dies zu einer Verschlechterung der Komponente führt, wie dies etwa bei Batterien der Fall ist. Darüber hinaus kann die Ladevorrichtung dadurch für einen sehr hohen Temperaturbereich ausgelegt werden, etwa einen Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C.
Vorteilhafterweise ist die Notstromversorgungseinrichtung so ausgebildet und eingerichtet, dass auch kurze Peak-Ströme der Ladevorrichtung aus den Kondensatoren erfolgen können. Dadurch kann die Notstromversorgungseinrichtung auf eine geringere Ausgangsleistung dimensioniert werden, wodurch Kosten eingespart werden können.
Vorteilhafterweise weist die Notstromversorgungseinrichtung einen Superkondensator auf. Unter einem Superkondensator, auch „Supercap“ genannt, kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine Reihenschaltung von Kondensatoren verstanden werden. Die Verschaltung der Superkondensatoren kann auch je nach Dimensionierung und abhängig der benötigten Energie eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung sein. Beispielsweise kann ein zweiter Strang an Serienkondensatoren parallel zu den Serienkondensatoren des ersten Stranges angeordnet sein.
Die Verwendung eines Superkondensators hat den Vorteil, dass diese insbesondere dann als Energiespeicher geeignet sind, wenn weite Temperaturbereiche, eine lange Lebensdauer, hohe Ströme, hohe Zyklenfestigkeit und/oder rasches Laden erforderlich sind. Weiterhin erfordern Superkondensatoren einen geringen Bauraum. Wird der Superkondensator als Reservestromversorgung während hoher Stromabgaben genutzt, kann er zu einer Verringerung der Größe der Versorgungseinheiten beitragen, für eine höhere Stromabgabe sorgen und die Leistung insgesamt verbessern. Superkondensator verfügen heute über eine hohe Energie- und Leistungsdichte.
Weiterbildend weist die Notstromversorgungseinrichtung einen Ladepfad und einen Entladepfad auf. Dadurch kann erreicht werden, dass die Notstromversorgungseinrichtung gezielt geladen und gezielt entladen werden kann. Hierzu kann die Notstromversorgungseinrichtung mit einem entsprechenden Schaltsignal verbunden sein. Beispielsweise kann der Ladepfad so ausgebildet und konfiguriert sein, dass wenn ein elektrischer Strom über die Stromversorgungseinrichtung bereitgestellt wird, die Notstromversorgungseinrichtung geladen wird. Gleichwohl kann der Entladepfad so ausgebildet und konfiguriert sein, dass die Notstromversorgungseinrichtung nur dann entladen wird, wenn ein entsprechendes Signal an die Notstromversorgungseinrichtung gesendet wird.
In einer Alternative wird auf eine gezielte Ladung und/oder Entladung verzichtet und der Ladevorgang findet vielmehr statt, sobald eine Spannung von der Stromversorgungsvorrichtung angelegt ist. Der Entladevorgang beginnt entsprechend, sobald keine Spannung mehr bereitgestellt wird - beispielsweise eben im Falle eines Stromausfalls.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist im Ladepfad und/oder Entladepfad ein Diodencontroller vorgesehen, insbesondere ein LM74610-Controller. Vorteilhaft bei der Verwendung eines Der LM74610-Controllers ist, dass dieser mit einem n-Kanal-MOSFET in einer Verpolungsschutzschaltung verwendet werden kann. Mithin kann damit ein externer MOSFET angetrieben werden, um einen idealen Diodengleichrichter zu emulieren, wenn der in Reihe mit einer Stromquelle verbunden ist.
Vorteilhaft ist ferner, wenn der LM74610 Controller zusammen mit der Notstromversorgungseinrichtung so eingerichtet ist, dass keine Strombegrenzung stattfindet. Die Strombegrenzung beim Laden kann über die Energieversorgung realisiert (via Constant Current Limiting) werden.
Optional kann im Ladepfad auch eine weitere eFuse platziert werden, um bei einem Kurzschluss die Verbindung der Kondensatoren zur Versorgungsspannung zu unterbrechen.
Ein weiterer Vorteil des LM74610-Controllers ist, dass dieser nicht massebezogen ist und somit Null Iq besitzt. Mit dem LM74610-Controller kann einen Gatetreiber für einen externen n-Kanal-MOSFET bereitgestellt werden. Der LM74610-Controller verfügt auch über einen internen Komparator mit schneller Reaktion, um das MOSFET-Gate bei umgekehrter Polarität zu entladen. Diese schnelle Pull-Down-Funktion begrenzt die Höhe und Dauer des Rückstrom-Flusses wenn die entgegengesetzte Polarität gemessen wird. Das Gerätedesign des LM74610-Controllers entspricht darüber hinaus den CISPR25 Klasse 5 EMI-Spezifikationen und den transienten Anforderungen ISO7637 für die Automobilbranche mit einer geeigneten TVS-Diode.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist im Entladepfad eine Schaltungsschutzeinrichtung vorgesehen, insbesondere ein TPS25982-Controller. Dadurch kann ein Laststrom im Entladepfad überwacht werden und ein einstellbares, transientes Fehlermanagement im Entladepfad erreicht werden. Genauer gesagt kann mit einer Schaltungsschutzeinrichtung eine robuste Absicherung gegen Überlast, Kurzschlüsse, Überspannungen und einen überhöhten Einschaltstrom erreicht werden.
Vorteilhaft bei der Verwendung eines TPS25982-Controller ist, dass Überspannungsereignisse grundsätzlich durch interne Unterbrechungsschaltungen mit mehreren Bauteiloptionen zum Auswählen des Überspannungsschwellwerts begrenzt werden können. Dadurch kann eine robuste Absicherung gegen Überlast, Kurzschlüsse, Überspannungen und einen überhöhten Einschaltstrom erreicht werden. Vorteilhaft ist dabei des Weiteren, dass über einen einzelnen externen Widerstand die Überstrombegrenzung und der Schwellenwert für eine schnelle Auslösung (Kurzschluss) eingestellt werden kann.
Alternativ hierzu kommt ein Überspannungsschutz beim Entladepfad nicht zum Tragen, insbesondere bei Fällen, in welchen zum einen die einstellbaren Schellwerte deutlich über 12V liegen und zum anderen die Superkondensatoren keine Überspannung abgeben werden. Optional kann im Ladepfad einen Überspannungsschutz vorgesehen werden, da die Kondensatoren sehr empfindlich auf Überspannung reagieren können. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn durch den Benutzer von außen weitere Spannungsquellen angeschlossen werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung stellt die Stromversorgungseinrichtung einen Gleichstrom mit einer Spannung von 12V bereit, wobei die Notstromversorgungseinrichtung so ausgebildet und eingerichtet ist, dass bei einem Ladestrom gleich 10 A die Ladezeit der Notstromversorgungseinrichtung in etwa 12 s beträgt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Notstromversorgungseinrichtung innerhalb einer kurzen Zeitspanne aufgeladen werden kann. Insbesondere kann die Aufladung der Notstromversorgungseinrichtung abgeschlossen werden, bevor der bewegbare Arm bewegt wurde. Dadurch kann der daraufhin bewegte bewegbare Arm jederzeit mittels der Notstromversorgungseinrichtung in dessen Ausgangsposition zurückgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen der Stromversorgungseinrichtung und der Stromabgabeeinrichtung eine Open-Drain-Ausgabesignalleitung vorhanden. Dadurch kann im Falle eines Stromausfalles ein Signal bereitgestellt werden, das logisch null bleibt, wodurch der Stromausfall an eines oder mehrere verbundene Logikelemente kommuniziert werden kann. Insbesondere kann dadurch die Notstromversorgungseinrichtung dazu veranlasst werden, elektrische Energie bereitzustellen, um den bewegbaren Arm in dessen Ausgangsposition zurückzuführen.
In einer alternativen Ausführung kann die elektrische Energie immer bereitgestellt werden, also unabhängig von einem Steuersignal. Damit wird auf eine gezielte Ladung und Entladung verzichtet und der Ladevorgang findet statt, sobald eine Spannung von der Stromversorgungsvorrichtung angelegt ist. Der Entladevorgang beginnt entsprechend, sobald keine Spannung mehr bereitgestellt wird - beispielsweise eben im Falle eines Stromausfalls.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Versorgung einer Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus dem Unteranspruch, der folgenden Darstellungen sowie der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Entsprechend wird ein Verfahren zum automatisierten Zurückführen eines bewegbaren Arms einer Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, umfassend den Schritt des Bereitstellens von ausreichend elektrischer Energie an eine Bodeneinheit, um einen bewegbaren Arm in eine Ausgangsposition zu fahren, mittels einer in der Bodeneinheit angeordneten Notstromversorgungseinrichtung.
Dadurch kann erreicht werden, dass im Falle eines Stromausfalls allein über die Komponenten der Bodeneinheit ein Zurückführen des bewegbaren Arms erreicht werden kann. Dies hat den Vorteil, dass selbst wenn außerhalb der Bodeneinheit angeordnete Komponenten der Ladevorrichtung vom Stromausfall betroffen sind oder anderweitig beschädigt sind, ein Zurückführen des bewegbaren Arms erreicht werden kann. Dadurch kann die Betriebssicherheit der Ladevorrichtung insgesamt verbessert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren weiter einen Schritt des Ausgebens eines Open-Drain-Ausgabesignals, umfassend eine Information, dass ein Stromausfall vorliegt, von einer Stromabgabeeinrichtung. Dadurch kann ein Signal bereitgestellt werden, mittels dem weitere mit der Ladevorrichtung verknüpfte Komponenten gezielt so geschaltet werden können, dass ein automatisiertes Zurückführen des bewegbaren Arms in die Bodeneinheit erreicht werden kann.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Ladevorrichtung zum Laden einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs; und
2 einen beispielhaften Schaltplan zur Schaltung der Ladevorrichtung aus 1.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 zeigt schematisch eine Ladevorrichtung 1 zum Laden einer Fahrzeugeinheit 10 eines Elektrofahrzeugs 100. Die Ladevorrichtung 1 umfasst dabei eine Stromversorgungseinrichtung 12 zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms I_L sowie eine Bodeneinheit 14 mit einer Stromabgabeeinrichtung 16.
Die Stromabgabeeinrichtung 16 ist dabei an einem bewegbaren Arm 18 angeordnet. Der bewegbare Arm 18 ist zwischen einer Ausgangsposition A und einer Koppelposition K bewegbar. Die Ausgangsposition A ist dabei eine Position, in der sich der bewegbare Arm 18 in der Bodeneinheit 14 befindet. Die Ausgangsposition A ist in der Abbildung aus 1 gestrichelt dargestellt. Der bewegbare Arm 18 ist in der Abbildung aus 1 in der Koppelposition K dargestellt, die einer Position entspricht, in der die Stromabgabeeinrichtung 16 mit der Fahrzeugeinheit 10 elektrisch verbunden ist.
Des Weiteren ist in der Bodeneinheit 14 eine Notstromversorgungseinrichtung 20 vorgesehen, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, im Falle eines Stromausfalls ausreichend elektrische Energie bereitzustellen, um den bewegbaren Arm 19 in dessen Ausgangsposition A zurückzuführen.
Die Ladevorrichtung 1 gemäß 1 ist ferner dazu ausgebildet und geeignet, den bewegbaren Arm 18 der Bodeneinheit 14 automatisiert in beziehungsweise an der Fahrzeugeinheit 10 zu positionieren. Konkret erfolgt dies über eine Stromabgabeeinrichtung 16 in Form eines Ladesteckers, der an einem freien Ende des bewegbaren Arms 18 angeordnet ist und der in eine Ladebuchse 15, die an der Fahrzeugeinheit 10 angeordnet ist, automatisiert positionierbar ist. Die als ein Ladestecker ausgeführte Stromabgabeeinrichtung 16 ist ausgebildet und eingerichtet, in die Ladebuchse 15 der Fahrzeugeinheit 10 einzurasten und dabei eine konduktive Verbindung zwischen Ladestecker und Ladebuchse 15 bereitzustellen. Dadurch kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Ladestecker 19 und der Ladebuchse 15 hergestellt werden.
Die Ladevorrichtung 1 weist ferner ein Steuergerät 11 auf, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den bewegbaren Arm 18 zwischen der Ausgangsposition A und der Koppelposition K zu bewegen. Das Steuergerät 11 der Ladevorrichtung 1 ist dabei in der Stromversorgungseinrichtung 12 angeordnet.
Alternativ kann das Steuergerät 11 der Ladevorrichtung 1 auch in der Bodeneinheit 14 angeordnet sein. In jedem Fall muss das Steuergerät 11 bei Stromausfall mit Strom versorgt werden, vorzugsweise mit 12V, um das Verfahren des bewegbaren Arms 18 in eine sichere Position zu ermöglichen.
In 2 ist ein beispielhafter Schaltplan zur Schaltung der Ladevorrichtung 1 aus 1 gezeigt. Gemäß diesem Schaltplan umfasst die Ladevorrichtung 1 zum Zuführen eines Ladestroms I_L an eine Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs eine Stromversorgungseinrichtung 12 sowie eine Stromabgabeeinrichtung 16. Die Stromabgabeeinrichtung 16, auch als Main PCB bezeichnet, ist die Steuereinheit der Arm-Motorik und stellt gleichzeitig die Stromversorgung für die Motoren bereit. Beides kann von Kondensatoren mit Notstrom versorgt werden, insbesondere 12V Notstrom. In der Ladevorrichtung 1 ist ferner eine Notstromversorgungseinrichtung 20 vorgesehen, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, im Falle einer Unterbrechung des Ladestroms den (in 2 nicht gezeigten) bewegbaren Arm in dessen Ausgangsposition zurückzuführen.
Zu diesem Zweck weist die Notstromversorgungseinrichtung 20 Kondensatoren 22 und Widerstände 24 auf. In der gezeigten Ausführungsform weist die Notstromversorgungseinrichtung 20 eine Serienschaltung von fünf Kondensatoren 22 und fünf Widerständen 24 auf. Mittels dieser Anordnung wird ein Superkondensator 200 ausgebildet. Gleichwohl können die Kondensatoren 22 selbst Superkondensatoren oder als Superkondensatoren aufgebaut sein. Durch die Widerstände 24 zwischen den einzelnen Kondensatoren 22 kann ein sogenanntes Balancing erzielt werden, wodurch eine gleichmäßige Ladung der Kondensatoren 22 möglich ist.
Der Superkondensator 200 ist als Teil der Notstromversorgungseinrichtung 20 über eine elektrische Verbindung mit einer Hauptstromleitung 13 der Ladevorrichtung 1 verbunden. Genauer gesagt weist diese Verbindung der Notstromversorgungseinrichtung 20 einen Ladepfad 17 und einen Entladepfad 19 auf. Dabei ist jeweils im Ladepfad 17 und im Entladepfad 19 ein Diodencontroller N1 vorhanden, die jeweils als ein LM74610-Controller ausgeführt sind. Ferner ist im Entladepfad 19 eine Schaltungsschutzeinrichtung N3 vorgesehen, die als ein TPS25982-Controller ausgeführt ist.
Die Stromversorgungseinrichtung 12 stellt einen Gleichstrom mit einer Spannung von 12 V bereit, wobei die Notstromversorgungseinrichtung 20 so ausgebildet und eingerichtet ist, dass bei einem Ladestrom gleich 10 A die Ladezeit der Notstromversorgungseinrichtung 20 in etwa 12 s beträgt. Zwischen der Stromversorgungseinrichtung 12 und der Stromabgabeeinrichtung 16 ist eine Open-Drain-Ausgabesignalleitung 26 vorhanden, über die im Falle eines Stromausfalls ein Signal bereitgestellt werden kann, dass logisch null bleibt, wodurch der Stromausfall an die Notstromversorgungseinrichtung kommuniziert werden kann und diese dadurch veranlasst werden kann, den bewegbaren Arm in dessen Ausgangsposition A zurückzuführen.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

A: Ausgangsposition
IL: elektrischer Strom
K: Koppelposition
N1: Diodencontroller
N3: Schaltungsschutzeinrichtung
1: Ladevorrichtung
10: Fahrzeugeinheit
11: Steuergerät
12: Stromversorgungseinheit
13: Hauptstromleitung
14: Bodeneinheit
15: Ladebuchse
16: Stromabgabeeinrichtung
17: Ladepfad
18: bewegbarer Arm
19: Entladepfad
20: Notstromversorgungseinrichtung
22: Kondensator
24: Widerstand
26: Open-Drain-Ausgabesignalleitung
100: Elektrofahrzeug
200: Superkondensator

Claims

Ladevorrichtung (1) zum Laden einer Fahrzeugeinheit (10) eines Elektrofahrzeugs (100), umfassend eine Stromversorgungseinrichtung (12) zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms (II) sowie eine Bodeneinheit (14) mit einer Stromabgabeeinrichtung (16), wobei die Stromabgabeeinrichtung (16) an einem bewegbaren Arm (18) angeordnet ist, der zwischen einer Ausgangsposition (A), in der sich der bewegbare Arm (18) in der Bodeneinheit (14) befindet, und einer Koppelposition (K), in der die Stromabgabeeinrichtung (16) mit der Fahrzeugeinheit (10) elektrisch verbunden ist, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bodeneinheit (14) eine Notstromversorgungseinrichtung (20) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, im Falle eines Stromausfalls ausreichend elektrische Energie bereitzustellen, um den bewegbaren Arm (18) in dessen Ausgangsposition (A) zurückzuführen.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (11) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, den bewegbaren Arm (18) zwischen der Ausgangsposition (A) und der Koppelposition (K) zu bewegen.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabgabeeinrichtung (16) einen Ladestecker aufweist, der ausgebildet und eingerichtet ist, in eine Ladebuchse (15) der Fahrzeugeinheit (10) einzurasten und eine konduktive Verbindung zwischen Ladestecker und Ladebuchse (15) bereitzustellen.
Ladevorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notstromversorgungseinrichtung (20) Kondensatoren (22) und Widerstände (24) aufweist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notstromversorgungseinrichtung (20) einen Superkondensator (200) aufweist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Notstromversorgungseinrichtung (20) einen Ladepfad (N1) und einen Entladepfad (N2) aufweist.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Ladepfad (17) und/oder Entladepfad (19) ein Diodencontroller vorgesehen ist, insbesondere ein insbesondere ein LM74610-Controller.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Entladepfad (19) eine Schaltungsschutzeinrichtung vorgesehen ist, insbesondere ein TPS25982-Controller.
Ladevorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (12) Gleichstrom mit einer Spannung von 12 V bereitstellt, wobei die Notstromversorgungseinrichtung (20) so ausgebildet und eingerichtet ist, dass bei einem Ladestrom gleich 10A die Ladezeit der Notstromversorgungseinrichtung (20) in etwa 12 s beträgt.
Ladevorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stromversorgungseinrichtung (12) und der Stromabgabeeinrichtung (16) eine Open-Drain-Ausgabesignalleitung (26) vorhanden ist.
Verfahren zum automatisierten Zurückführen eines bewegbaren Arms (18) einer Ladevorrichtung (1) zum Laden einer Fahrzeugeinheit (10) eines Elektrofahrzeugs (100) im Falle eines Stromausfalls, umfassend den Schritt: - Bereitstellen (S20) von ausreichend elektrischer Energie an eine Bodeneinheit (14), um einen bewegbaren Arm (18) in eine Ausgangsposition (A) zu fahren, mittels einer in der Bodeneinheit (14) angeordneten Notstromversorgungseinrichtung (20).
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend einen Schritt des - Ausgebens (S10) eines Open-Drain-Ausgabesignals (26), umfassend eine Information, dass ein Stromausfall vorliegt, von einer Stromabgabeeinrichtung (16).