DE102020128546A1

DE102020128546A1 - System für freihändiges laden eines elektrifizierten fahrzeugs

Info

Publication number: DE102020128546A1
Application number: DE102020128546.9A
Authority: DE
Inventors: Christopher Westfall; Hannah Bailey; Jacob Mathews
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-05-06
Also published as: US20220250495A1; CN112776625A; US11981224B2; US20210129696A1; US11318857B2

Abstract

Die Offenbarung stellt ein System für freihändiges Laden eines elektrifizierten Fahrzeugs bereit. Eine Fahrzeugladestation beinhaltet eine Ummantelung, die dazu konfiguriert ist, einen Fahrzeugladestecker zu führen, der von einem Fahrzeug zu einem Ladesteckverbinder abgesenkt wird, wenn sich das Fahrzeug in Richtung Ladestation bewegt. Der Fahrzeugladestecker und der Ladesteckverbinder weisen Kontakte auf, die auf einer Vorderseite des Steckverbinders angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet ist, auf der die Fahrzeugladestation ruht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen automatisiertes freihändiges Laden für ein elektrifiziertes Fahrzeug.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge beinhalten eine Traktionsbatterie, die durch Verbinden mit einem externen Ladegerät aufgeladen werden kann. Das elektrifizierte Fahrzeug beinhaltet einen Ladeanschluss oder -stecker zum Aufnehmen eines Ladesteckverbinders von dem externen Ladegerät. Für den Komfort des menschlichen Bedieners befindet sich der Ladeanschluss an einem Karosserieblech. Ladesysteme basieren typischerweise auf einer manuelle Kopplung des Ladesteckverbinders mit einem Fahrzeugladestecker, um das Laden einzuleiten. Folglich sind Ladesysteme im Allgemeinen dazu ausgelegt, die manuelle Kopplung durch den Fahrzeugführer zu erleichtern.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeugladesystem beinhaltet einen Ladesteckverbinder, der an eine Stromversorgung gekoppelt ist und Kontakte aufweist, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet ist, auf der das Fahrzeugladesystem ruht. Das Fahrzeugladesystem beinhaltet eine Ummantelung, die an den Ladesteckverbinder gekoppelt ist und einen Kanal definiert, der von dem Ladesteckverbinder zu einem Paar abgewinkelter Flächen führt, die dazu konfiguriert sind, ein Element eines Ladesteckers zu führen, der von einem Fahrzeug abgesenkt wird und sich in Richtung Ladesteckverbinder in den Kanal bewegt. Das Fahrzeugladesystem beinhaltet einen Verriegelungsstift, der an einen Aktor gekoppelt und dazu konfiguriert ist, sich selektiv in den Kanal zu erstrecken und eine Bewegung des Ladesteckers zu begrenzen.
Der Aktor kann eine Magnetspule sein. Die Ummantelung kann ferner mit einer oberen Fläche konfiguriert sein, die so geformt ist, dass sie sich von dem Kanal und dem Ladesteckverbinder weg neigt, um Flüssigkeit vom Kanal weg zu leiten. Der Ladesteckverbinder kann ferner ein oder mehrere magnetische Elemente beinhalten, um den Ladestecker anzuziehen. Die Ummantelung kann integrierte Stützen beinhalten, die dazu konfiguriert sind, die Ummantelung auf der Fläche zu stützen, und definiert offene Seiten, um ein Ansammeln von Schmutz unter der Ummantelung zu verhindern. Das Fahrzeugladesystem kann ferner flexible Füße beinhalten, die an die Ummantelung gekoppelt und dazu konfiguriert sind, die Ummantelung auf der Fläche zu stützen. Das Fahrzeugladesystem kann ferner ein Heizelement beinhalten, das an die Ummantelung gekoppelt und dazu konfiguriert ist, ein Ansammeln von Eis in der Nähe des Ladesteckverbinders zu verhindern. Das Fahrzeugladesystem kann ferner eine Ladestatusanzeige beinhalten, die an ein Ladekabel gekoppelt ist, das an den Ladesteckverbinder gekoppelt ist, und dazu konfiguriert ist, den Status des Fahrzeugladesystems zu übermitteln. Die Ladestatusanzeige kann ferner eine Vielzahl von Lichtelementen zum Übermitteln eines Ladezustands einer Fahrzeugbatterie während des Ladens beinhalten. Die Ladestatusanzeige kann ferner ein Anzeigeelement beinhalten, das dazu konfiguriert ist, eine Zeit bis zur vollständigen Aufladung anzuzeigen. Die Ladestatusanzeige kann ein mehrfarbiges Beleuchtungselement zum Übermitteln des Status beinhalten.
Ein Fahrzeug beinhaltet einen Ladestecker, der Kontakte aufweist, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet ist, auf der das Fahrzeug fährt, und ein Kabel, das an den Ladestecker gekoppelt ist. Das Fahrzeug beinhaltet eine Kabelspule, die dazu konfiguriert ist, das Kabel selektiv auf der Kabelspule auf- und abzuwickeln, um den Ladestecker anzuheben und abzusenken. Das Fahrzeug beinhaltet einen Aktor, der an die Kabelspule gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die Kabelspule zu drehen. Das Fahrzeug beinhaltet einen Steckverbinderhalterahmen, der dazu konfiguriert ist, den Ladestecker aufzunehmen, wenn er eingezogen ist, und durch den das Kabel verläuft, und der einen Abdeckungsabschnitt für die Kontakte und eine abgewinkelte Fläche beinhaltet, um den Ladestecker zu führen, wenn der Ladestecker eingezogen wird.
Der Ladestecker kann ferner einen Verriegelungsmechanismus beinhalten, der dazu konfiguriert ist, in eine Öse einzugreifen, die sich bei Betätigung von einem Steckverbinder der Ladestation in die Vorderseite des Ladesteckers erstreckt. Bei dem Aktor kann es sich um einen Elektromotor handeln. Der Ladestecker kann ferner ein oder mehrere magnetische Elemente beinhalten, damit der Ladestecker von einem Steckverbinder einer Ladestation angezogen wird. Das Fahrzeug kann ferner eine Ausrichtriemenscheibe beinhalten, die dazu konfiguriert ist, das Kabel durch den Steckverbinderhalterahmen zu leiten und das Kabel zur Kabelspule zu führen.
Ein Verfahren zum Koppeln eines Ladesteckers eines Fahrzeugs an einen Ladesteckverbinder einer bodengebundenen Ladestation beinhaltet Führen eines Elements, das an einen Ladestecker gekoppelt ist, der von einem Fahrzeug in Richtung eines Kanals abgesenkt wird, wenn sich das Fahrzeug in Richtung der Ladestation bewegt, wobei der Kanal den Ladestecker zu dem Ladesteckverbinder führt. Das Verfahren beinhaltet, dass der Ladestecker unter Verwendung von Magnetkraft von dem Ladesteckverbinder angezogen wird. Das Verfahren beinhaltet, dass ein Verriegelungsmechanismus betätigt wird, um eine Bewegung des Ladesteckers zu verhindern. Das Verfahren beinhaltet, dass Leistung zwischen dem Ladesteckverbinder und dem Ladestecker übertragen wird, um eine Batterie des Fahrzeugs zu laden.
Das Verfahren kann ferner beinhalten, dass eine drahtlose Kommunikation zwischen einer Fahrzeugsteuerung und einer Ladestationsteuerung hergestellt wird. Das Verfahren kann ferner beinhalten, dass der Antrieb des Fahrzeugs während des Ladens deaktiviert wird. Das Verfahren kann ferner beinhalten, dass eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs unter Verwendung eines oder mehrerer Radanschläge begrenzt wird.
Figurenliste

1 stellt eine mögliche Konfiguration für ein elektrifiziertes Fahrzeug dar.
2 stellt eine mögliche Konfiguration für einen Ladesteckverbinder eines Fahrzeugs dar.
3 stellt eine mögliche Konfiguration für eine bodengebundene automatisierte Ladevorrichtung dar.
4 stellt eine mögliche Konfiguration für eine bodengebundene automatisierte Ladevorrichtung dar, die mit einem Ladesteckverbinder eines Fahrzeugs verbunden ist.
5 stellt eine mögliche Konfiguration für eine bodengebundene automatisierte Ladevorrichtung dar, die mit einem einziehbaren Ladesteckverbinder eines Fahrzeugs verbunden ist.
6 stellt eine mögliche Konfiguration einer Vielzahl von bodengebundenen automatisierten Ladevorrichtungen dar, die in einem Park- oder Ladebereich eingesetzt wird.
7 stellt ein Diagramm dar, das eine mögliche Abfolge von Vorgängen zeigt, die durchgeführt werden, wenn sich ein Fahrzeug der bodengebundenen automatisierten Ladevorrichtung nähert.
8A und 8B stellen ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Laden eines Fahrzeugs unter Verwendung des Fahrzeugladesteckverbinders und der bodengebundenen automatisierten Ladevorrichtung dar.
9 ist eine mögliche Konfiguration für einen Verriegelungsmechanismus für die automatisierte Ladevorrichtung in einem entriegelten Zustand.
10 ist eine mögliche Konfiguration für einen Verriegelungsmechanismus für die automatisierte Ladevorrichtung in einem verriegelten oder Eingriffszustand.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 stellt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 dar, das als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (Plug-in Hybrid Electric Vehicle - PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch an ein Getriebe oder ein Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können dazu in der Lage sein, als ein Elektromotor und ein Generator betrieben zu werden. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch an einen Verbrennungsmotor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist außerdem mechanisch an eine Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch an die Räder 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können Antriebs- und Nutzbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 118 an- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 114 können außerdem als Generatoren fungieren und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie es ermöglichen, dass der Verbrennungsmotor 118 bei effizienteren Drehzahlen betrieben wird, und es ermöglichen, dass das elektrifizierte Fahrzeug 112 im Elektromodus betrieben wird, wobei der Verbrennungsmotor 118 unter bestimmten Bedingungen abgeschaltet ist. Bei einem elektrifizierten Fahrzeug 112 kann es sich zudem um ein Batterieelektrofahrzeug (battery electric vehicle - BEV) handeln. Bei einer BEV-Konfiguration ist unter Umständen kein Verbrennungsmotor 118 vorhanden.
Ein Batteriepack oder eine Traktionsbatterie 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 124 kann einen Hochspannungsgleichstromausgang (direct current - DC) bereitstellen. Ein Schützmodul 142 kann ein oder mehrere Schütze beinhalten, die konfiguriert sind, um die Traktionsbatterie 124 von einem Hochspannungsbus 152 zu isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit dem Hochspannungsbus 152 zu verbinden, wenn sie geschlossen sind. Der Hochspannungsbus 152 kann Leistungs- und Rückführungsleiter zum Transportieren von Strom über den Hochspannungsbus 152 beinhalten. Das Schützmodul 142 kann sich in der Traktionsbatterie 124 befinden.
Ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 (auch als Wechselrichter bekannt) können elektrisch an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Die Leistungselektronikmodule 126 sind zudem elektrisch an die elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellen die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Die Traktionsbatterie 124 kann zum Beispiel eine Gleichstromspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem Dreiphasen-Wechselstrom (alternating current - AC) arbeiten können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschinen 114 umwandeln. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-Wechselstrom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die Gleichstromspannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist.
Zusätzlich zu dem Bereitstellen von Antriebsenergie kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein Gleichstromwandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang des Hochspannungsbusses 152 in einen Niederspannungsgleichstrompegel eines Niederspannungsbusses 154 umwandelt, der mit Niederspannungsverbrauchern 156 kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichstromwandlermoduls 128 kann elektrisch an eine Hilfsbatterie 130 (z. B. eine 12-V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 aufzuladen. Die Niederspannungsverbraucher 156 können über den Niederspannungsbus 154 elektrisch an die Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Ein oder mehrere elektrische Hochspannungsverbraucher 146 können an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Die elektrischen Hochspannungsverbraucher 146 können eine zugehörige Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Hochspannungsverbraucher 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Beispiele für elektrische Hochspannungsverbraucher 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu konfiguriert sein, die Traktionsbatterie 124 über eine externe Leistungsquelle 136 wiederaufzuladen. Bei der externen Leistungsquelle 136 kann es sich um eine Verbindung mit einer Steckdose handeln. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch an eine Ladestation oder eine Versorgungsausrüstung für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann ein elektrisches Leistungsverteilungsnetzwerk oder ein Stromnetz sein, wie es von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann einen Schaltkreis und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 136 kann der EVSE 138 elektrische Leistung als Gleichstrom oder als Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladesteckverbinder 140 zum Koppeln an einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeanschluss 134 kann eine beliebige Art von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch an ein bordeigenes Leistungsumwandlungsmodul oder eine bordeigene Ladevorrichtung gekoppelt sein. Die Ladevorrichtung 132 kann die Leistung konditionieren, die von der EVSE 138 zugeführt wird, um der Traktionsbatterie 124 und dem Hochspannungsbus 152 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Die Ladevorrichtung 132 kann elektrisch an das Schützmodul 142 gekoppelt sein. Die Ladevorrichtung 132 kann mit der EVSE 138 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Steckverbinder 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung Leistung übertragen.
Es können Radbremsen 144 bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 zu verlangsamen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können ein Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann weitere Komponenten zum Betreiben der Radbremsen 144 beinhalten. Der Einfachheit halber stellt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144 dar. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 ist impliziert. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung beinhalten, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Verlangsamen des Fahrzeugs steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann zudem autonom arbeiten, um Merkmale, wie etwa eine Stabilitätskontrolle, umzusetzen. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Aufbringen einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer anderen Steuerung oder einer Unterfunktion angefordert wird.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN), sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) beinhalten. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, wohingegen Steuersignale über ein CAN oder einzelne Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert sein, dass sich das Fahrzeugnetzwerk mit jedem elektronischen Modul verbinden kann, das im Fahrzeug 112 vorhanden ist. Es kann eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system Controller - VSC) 148 vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Das Fahrzeug 112 kann ein drahtloses Kommunikationsmodul 170 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, drahtlose Kommunikation umzusetzen. Das drahtlose Kommunikationsmodul 170 kann eine Antenne und eine Schnittstellenschaltung beinhalten, um einen oder mehrere drahtlose Kommunikationsstandards umzusetzen. Zum Beispiel kann das drahtlose Kommunikationsmodul 170 drahtlose Ethernet- (z.B. IEEE 802.11) und Bluetooth-Kommunikationsschnittstellen unterstützen. Das drahtlose Kommunikationsmodul 170 kann verwendet werden, um einen drahtlosen Kommunikationskanal mit der EVSE 138 herzustellen, um das Laden zu erleichtern.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann ferner eine Benutzerschnittstelle 160 beinhalten. Die Benutzerschnittstelle 160 kann eine Vielzahl von Anzeigeelementen zum Übermitteln von Informationen an den Bediener bereitstellen. Die Benutzerschnittstelle 160 kann eine Vielfalt von Eingabeelementen zum Empfangen von Informationen von dem Bediener bereitstellen. Die Benutzerschnittstelle 160 kann eine oder mehrere Anzeigen beinhalten. Die Anzeigen können Touchscreen-Anzeigen sein. Die Benutzerschnittstelle 160 kann einzelne Lampen/Leuchten beinhalten. Die Lampen können zum Beispiel Leuchtdioden (LED) beinhalten. Die Benutzerschnittstelle 160 kann Schalter, Drehknöpfe und Tasten beinhalten, um es dem Bediener zu ermöglichen, verschiedene Einstellungen zu ändern. Die Benutzerschnittstelle 160 kann ein Steuermodul beinhalten, das über das Fahrzeugnetzwerk kommuniziert. Die Benutzerschnittstelle 160 kann ein oder mehrere Anzeigeelemente bereitstellen, die angeben, dass das Laden verhindert wird und dass der Fahrzeugbetrieb verhindert wird. Die Benutzerschnittstelle 160 kann auch Anzeigeelemente zum Angeben eines Status des Schützmoduls 142 bereitstellen. Die Anzeigeelemente können einzelne Lampen und/oder Nachrichten in einem Nachrichtenanzeigebereich beinhalten. Die Benutzerschnittstelle 160 kann auch ein Diagnoseterminal beinhalten, das Zugriff auf gespeicherte Steuerungsdaten unter Verwendung eines Diagnosewerkzeugs oder einer anderen Vorrichtung ermöglicht. Zum Beispiel kann das Diagnoseterminal dem Benutzer oder Techniker ermöglichen, Diagnosecodes abzurufen, die in den Fahrzeugsteuerungen gespeichert sind.
Um das Benutzererlebnis bei elektrifizierten Fahrzeugen zu verbessern, kann das Fahrzeugladesystem freihändiges Laden integrieren. Gegenwärtige Fahrzeugladesysteme erfordern, dass der Benutzer den Ladesteckverbinder manuell zu dem Fahrzeugladeanschluss positioniert. Ein verbessertes System kann eine automatische Ausrichtung der Ladestation und der Fahrzeugladeelemente ermöglichen.
Einige Ladesysteme haben eine drahtlose oder induktive Ladestrategie übernommen. Solche Systeme übertragen Leistung induktiv durch Ausrichten von Sende- und Empfangsspulen. Auch wenn drahtlose Ladesysteme effektiv sein mögen, wurden solche Systeme nicht weithin übernommen. Zusätzlich erfordern die drahtlosen Systeme Infrastrukturaktualisierungen von den vorliegenden leitfähigen Ladesystemen. In jedem Fahrzeugladesystem gilt eine Erwägung den Kosten. Bestehende Strategien für freihändiges leitendes Laden beinhalten eine Vielzahl von Aktoren und Sensoren, um die Ladekomponenten des Fahrzeugs und der Ladestation richtig auszurichten. Diese Sensoren und Aktoren erhöhen die Kosten solcher Systeme. Es ist anzunehmen, dass ein einfacheres, kostengünstigeres leitfähiges freihändiges Ladesystem eher weithin übernommen wird.
Das hierin offenbarte Fahrzeugladesystem kann ein effektives leitfähiges freihändiges Laden ohne komplizierte Ausrichtungsmerkmale bereitstellen. Das hierin offenbarte Fahrzeugladesystem kann eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs in Kombination mit magnetischen Elementen, Schwerkraft und Federn verwenden, um die Ladeelemente auszurichten und zu verbinden. Es wird eine einfache Bodeneinheit einer Ladestation offenbart, die kostengünstig ist und in großer Anzahl eingesetzt werden kann. Das Ladesystem verwendet leitende Kontakte, die horizontal ausgerichtet sind (z. B. parallel zur Bodenfläche).
Das offenbarte Fahrzeugladesystem kann mit oder ohne eine bewegliche Abdeckung an der Bodeneinheit oder am Fahrzeug betrieben werden. Es kann Schwerkraft verwendet werden, um einen gewichteten Ladesteckverbinder vom Fahrzeug abzusenken. Eine schützende Ummantelung an der Bodeneinheit fungiert zudem als Kabelführung, um eine Makropositionierung bereitzustellen. Magnetische Elemente in der Nähe der Kontaktelemente stellen eine Feineinstellung bereit, um die Steckverbinder zu verbinden und eine Kraft bereitzustellen, um die Verbindung zu sichern. Das System kann zudem einen federbelasteten Mechanismus beinhalten, um das Ladekabel einzuziehen. Die Bodeneinheit kann einen Verriegelungsmechanismus beinhalten, um die Ladeverbindung während des Ladens zu sichern.
2 stellt ein mögliches Fahrzeugladeverbindungssystem 200 zum Erleichtern des freihändigen Ladens des Fahrzeugs dar. Das Fahrzeugladeverbindungssystem 200 beinhaltet Komponenten zum Absenken eines Ladesteckverbinders unter das Fahrzeug zum Verbinden mit einem bodengebundenen Ladegerät.
Das Fahrzeugladeverbindungssystem 200 kann eine Kabelspule 202 beinhalten. Die Kabelspule 202 kann dazu konfiguriert sein, ein Ladekabel 208 auf- und abzuspulen. Das Ladekabel 208 kann Leiter zum Übertragen von Leistung und Signalen beinhalten. Zum Beispiel kann das Ladekabel 208 Leistungsleiter beinhalten, die an das Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sind. Das Ladekabel 208 kann Leiter zum Übertragen von Signalen während des Ladens beinhalten (z. B. Standardschnittstelle J1772 der Society of Automotive Engineers). Die Signalleiter können zur Verarbeitung elektrisch an eine Fahrzeugsteuerung 230 innerhalb des Fahrzeugs gekoppelt sein. Die Fahrzeugsteuerung 230 kann einen Prozessor zusammen mit einem flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher beinhalten. Die Fahrzeugsteuerung 230 kann eine Schaltung beinhalten, um mit den verschiedenen Komponenten eine Schnittstelle zu bilden. Die Fahrzeugsteuerung 230 kann dazu programmiert sein, die verschiedenen hierin beschriebenen Merkmale umzusetzen. Die Fahrzeugsteuerung 230 kann mit dem Fahrzeugnetzwerk verbunden sein und eine Schnittstelle mit dem drahtlosen Kommunikationsmodul 170 bilden, um über einen drahtlosen Kommunikationskanal zu kommunizieren.
Die Kabelspule 202 kann durch einen Elektromotor 204 angetrieben werden. Eine Welle des Elektromotors 204 kann an die Kabelspule 202 gekoppelt sein. Die Welle kann mit einer Mittelachse ausgerichtet sein, wobei die Kabelspule 202 dazu konfigurierst ist, sich um diese zu drehen. In anderen Konfigurationen kann die Welle an eine Eingangswelle eines Getriebes gekoppelt sein, das eine Ausgangswelle aufweist, die an die Kabelspule 202 gekoppelt ist. Der Elektromotor 204 kann durch die Fahrzeugsteuerung 230 angetrieben werden. Die Kabelspule 202 kann auch eine federbelastete Vorrichtung sein, sodass eine Feder die Spule in eine eingezogene Position vorspannt.
Das Fahrzeugladeverbindungssystem 200 kann ferner einen Fahrzeugladestecker oder -steckverbinder 216 beinhalten. Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 kann einen oder mehrere elektrische Kontakte 220 beinhalten. Die elektrischen Kontakte 220 können elektrisch an entsprechende Leiter des Ladekabels 208 gekoppelt sein. Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 kann an das Ladekabel 208 gekoppelt sein. Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 kann ein Kabelschutzelement 214 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, das Ladekabel 208 in einem Bereich nahe dem Fahrzeugladesteckverbinder 216 zu umgeben. Das Kabelschutzelement 214 kann aus dem gleichen Material wie der Fahrzeugladesteckverbinder 216 gebildet sein. Das Kabelschutzelement 214 kann ein hohler Zylinder oder Stift sein, der an den Fahrzeugladesteckverbinder 216 gekoppelt ist, der das Durchführen des Ladekabels 208 ermöglicht. Der eine oder die mehreren elektrische Kontakte 220 können auf einer Vorderseite des Fahrzeugladesteckverbinders 216 angeordnet sein. Die Vorderseite kann im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet sein, auf der das Fahrzeug fährt. Das heißt, die Kontakte 220 können auf einer vertikalen Ebene parallel zur Bodenfläche angeordnet sein.
Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 kann ein oder mehrere Gewichtselemente (nicht gezeigt) beinhalten. Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 kann mit einem vorbestimmten Gewicht ausgestaltet sein, um bei dessen Ausfahren übermäßige Bewegung zu verhindern. Das Gewicht kann auch durch Material erreicht werden, das für ein Gehäuse des Fahrzeugladesteckverbinders 216 ausgewählt ist. Zum Beispiel kann eine Dicke des Gehäuses ausgewählt werden, um das vorbestimmte Gewicht zu erreichen.
Das Fahrzeugladeverbindungssystem 200 kann ferner einen Steckverbinderhalterahmen 205 beinhalten. Der Steckverbinderhalterahmen 205 kann dazu konfiguriert sein, den Fahrzeugladesteckverbinder 216 in einer eingezogenen Position zu halten. Der Steckverbinderhalterahmen 205 kann ein Steckverbinderführungselement 206 beinhalten. Das Steckverbinderführungselement 206 kann dazu konfiguriert sein, den Fahrzeugladesteckverbinder 216 in einer eingezogenen Position aufzunehmen. Der Steckverbinderhalterahmen 205 kann eine Kontaktabdeckung 212 beinhalten, die dazu konfiguriert ist, die Kontakte 220 abzuschirmen, wenn sie sich in der eingezogenen Position befindet. Die Kontaktabdeckung 212 kann eine Dichtung oder ein anderes Dichtungselement beinhalten. Die Ausrichtung der Vorderseite des Fahrzeugladesteckverbinders 216 und der Kontaktabdeckung 212 schützt die elektrischen Kontakte 220 davor, Verunreinigungen ausgesetzt zu sein. Der Steckverbinderhalterahmen 205 kann dazu konfiguriert sein, eine Öffnung zu definieren, durch die das Ladekabel 208 angehoben und abgesenkt werden kann. Das Steckverbinderführungselement 206 kann eine oder mehrere abgewinkelte oder aufgeweitete Flächen beinhalten, um das Führen des Fahrzeugladesteckverbinders 216 in die eingezogene Position zu unterstützen. Wenn zum Beispiel der Fahrzeugladesteckverbinder 216 angehoben wird, kann er das Steckverbinderführungselement 206 berühren, das den Fahrzeugladesteckverbinder 216 zum Steckverbinderhalterahmen 205 führt. Dies ermöglicht, dass der Fahrzeugladesteckverbinder 216 bei einer Quer- und Längsverlagerung des Fahrzeugladesteckverbinders 216 während des Einziehens ordnungsgemäß im Steckverbinderhalterahmen 205 platziert wird.
Das Fahrzeugladeverbindungssystem 200 kann ferner eine Ausrichtriemenscheibe 210 beinhalten. Die Ausrichtriemenscheibe 210 kann dazu konfiguriert sein, das Kabel 208 über der Öffnung des Steckverbinderhalterahmens 205 zu positionieren. Die Ausrichtriemenscheibe 210 kann dazu konfiguriert sein, das Kabel 208 zu der Kabelspule 202 zu führen. Die Ausrichtriemenscheibe 210 kann an einen gemeinsamen Rahmen mit der Kabelspule 202 oder dem Steckverbinderhalterahmen 205 gekoppelt sein. Die Ausrichtriemenscheibe 210 kann dazu konfiguriert sein, sich um eine Achse zu drehen, wenn sich das Ladekabel 208 in einem Umfangskanal bewegt, der durch die Ausrichtriemenscheibe 210 definiert ist. Die Platzierung der Ausrichtriemenscheibe 210 ermöglicht unterschiedliche Montage- und Verpackungskonfigurationen.
Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 kann ein oder mehrere magnetische Elemente 218 beinhalten, die an der Vorderseite des Fahrzeugladesteckverbinders 216 ausgerichtet sind. Die magnetischen Elemente 218 können dazu konfiguriert sein, eine magnetische Kraft zum Ausrichten und Sichern der Verbindung mit dem bodengebundenen Ladegerät während des Ladens bereitzustellen. Die magnetischen Elemente 218 können Dauermagnete sein. In einigen Konfigurationen können die magnetischen Elemente 218 Elektromagnete sein, die von der Fahrzeugsteuerung 230 angetrieben werden.
Während eines Fahrzyklus (z. B. nicht Aufladen) kann sich der Fahrzeugladesteckverbinder 216 in einem eingezogenen Modus befinden, in dem der Fahrzeugladesteckverbinder 216 im Steckverbinderhalterahmen 205 sitzt und von diesem gehalten wird. Im eingezogenen Modus schirmt die Kontaktabdeckung 212 die elektrischen Kontakte 220 vor Schmutz und Verunreinigungen ab. Wenn sich das Fahrzeug einer Ladestation nähert, kann der Fahrzeugladesteckverbinder 216 von dem Steckverbinderhalterahmen 205 abgesenkt werden.
3 stellt eine mögliche Konfiguration für eine automatisierte Ladevorrichtung (Automated Charging Device - ACD) 300 dar. Die ACD 300 kann einen ACD-Ladestecker oder -steckverbinder 304 beinhalten. Der ACD-Ladesteckverbinder 304 kann über ein Kabel 306 an eine Leistungsquelle gekoppelt sein. Der ACD-Ladesteckverbinder 304 kann eine Vielzahl von elektrischen Kontakten 310 definieren, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche (z. B. Boden) ausgerichtet ist, auf der die ACD 300 ruht. Die Vorderseite kann eine im Allgemeinen vertikale Ebene sein. Der ACD-Ladesteckverbinder 304 kann ein oder mehrere magnetische Elemente 308 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, den Fahrzeugladesteckverbinder 216 anzuziehen und zu halten. Die magnetischen Elemente 308 können Dauermagnete sein und/oder können Elektromagnete sein, die durch eine ACD-Steuerung 330 angetrieben werden. Die magnetischen Elemente 308 können so ausgerichtet sein, dass sie mit der Anordnung der magnetischen Elemente 218 des Fahrzeugs übereinstimmen. Die magnetischen Elemente 308 können polarisiert sein, um die magnetischen Elemente 218 des Fahrzeugs zu ergänzen, sodass die magnetischen Elemente 218 des Fahrzeugs und die magnetischen Elemente 308 der ACD voneinander angezogen werden. Die ACD 300 kann eine Kabelzugangshaube 316 beinhalten. Die Kabelzugangshaube 316 kann einen Eintritt in den ACD-Ladesteckverbinder 304 zum Untersuchen von Verbindungen ermöglichen. Die Kabelzugangshaube 316 kann ein Dichtungselement sein, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in den ACD-Ladesteckverbinder 304 gelangt.
Das Kabel 306 kann Leiter beinhalten, die jedem der Kontakte 310 zugeordnet sind. Zum Beispiel können die Leiter den entsprechenden Kontakten 310 in dem ACD-Ladestecker 304 Leistung und Erdung zuführen. Die Leiter können verschiedene Signale zwischen der ACD-Steuerung 330 und der Fahrzeugsteuerung 230 übertragen. Das Kabel 306 kann an die EVSE 138 gekoppelt sein. Die Kontakte 310 können so angeordnet sein, dass sie mit den elektrischen Kontakten 220 des Fahrzeugladeverbindungssystems 200 übereinstimmen.
Die ACD-Steuerung 330 kann einen Prozessor zusammen mit einem flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher beinhalten. Die ACD-Steuerung 330 kann eine Schaltung beinhalten, um mit den verschiedenen Komponenten eine Schnittstelle zu bilden. Die ACD-Steuerung 330 kann dazu programmiert sein, die verschiedenen hierin beschriebenen Merkmale umzusetzen. Die ACD-Steuerung 330 kann einen drahtlosen Kommunikationssendeempfänger zum Kommunizieren über einen drahtlosen Kommunikationskanal beinhalten. Die ACD-Steuerung 330 kann dazu konfiguriert sein, eine oder mehrere ACD-Bodenstationen zu betreiben. In einigen Konfigurationen kann die ACD-Steuerung 330 als Teil der EVSE 138 untergebracht sein.
Die ACD 300 kann ferner ein Schutzdach oder eine Ummantelung 302 beinhalten. Die Ummantelung 302 kann an einem ersten Ende an den ACD-Ladesteckverbinder 304 gekoppelt sein. Die Ummantelung 302 kann dazu konfiguriert sein, die Kontakte 310 des ACD-Ladesteckverbinders 304 abzudecken, um zu verhindern, dass Wasser oder Schmutz mit den Kontakten 310 in Kontakt kommt. Die Ummantelung 302 kann aus Kunststoff oder einem anderen Material hergestellt sein. Die Ummantelung 302 kann einen Kanal 312 definieren, der zu dem ACD-Ladesteckverbinder 304 führt. Die Ummantelung 302 kann ferner ein Paar abgewinkelte Flächen 314 auf einer Fläche gegenüber oder weg von dem ersten Ende definieren, an das der ACD-Ladesteckverbinder 304 gekoppelt ist. Die abgewinkelte Fläche 314 kann dazu konfiguriert sein, ein von einem Fahrzeug abgesenktes Kabel (z. B. 208) zu dem Kanal 312 zu führen. Die abgewinkelten Flächen 314 können eine allgemeine V-Form definieren, sodass ein Kabel, das sich zu dem ACD-Ladesteckverbinder 304 bewegt, auf den Kanal 312 gerichtet ist. Die abgewinkelten Flächen 314 ermöglichen einen Grad der Fehlausrichtung des Fahrzeugladesteckverbinders 216 während des Andockens. Das heißt, der Fahrzeugladesteckverbinder 216 muss während des Andockens nicht perfekt mit dem ACD-Ladesteckverbinder 304 ausgerichtet sein.
Die ACD 300 kann ein Heizelement 320 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, einen Bereich in der Nähe des ACD-Ladesteckverbinders 304 zu erwärmen. Die Position des Heizelements 320 kann ausgewählt werden, um ein Ansammeln von Eis in der Nähe des ACD-Ladesteckverbinders 304 zu verhindern. Das Heizelement 320 kann elektrisch an die ACD-Steuerung 330 gekoppelt sein. Die ACD-Steuerung 330 kann dazu programmiert sein, das Heizelement 320 als Reaktion darauf zu aktivieren, dass Temperaturen unter einer vorbestimmten Temperatur liegen (z. B. Temperatur, bei der Wasser gefriert). Die ACD-Steuerung 330 kann das Heizelement 320 periodisch zwischen Ladezyklen bei Niedertemperaturbedingungen aktivieren, um zu verhindern, dass Wasser nahe dem ACD-Ladesteckverbinder 304 gefriert. Die ACD-Steuerung 330 kann einen Temperatursensor, der dazu konfiguriert ist, eine Temperatur der ACD 300 zu messen, beinhalten oder eine Schnittstelle zu diesem bilden.
Die Ummantelung 302 kann integrierte Stützen zum Anheben der Ummantelung 302 über den Boden beinhalten. Zum Beispiel können die Stützen als Teil der Ummantelung 302 geformt sein. Die Ummantelung 302 kann so konstruiert sein, dass sie offene Seiten aufweist, sodass sich kein Schmutz unter der Ummantelung 302 ansammelt. Die offenen Seiten können ermöglichen, dass sich Schmutz hindurch bewegt, anstatt sich unter der Ummantelung 302 anzusammeln. Eine obere Fläche der Ummantelung 302 kann so konfiguriert sein, dass sie sich von dem Kanal 312 weg neigt, um Flüssigkeit von der oberen Fläche vom Kanal 312 weg zu leiten.
4 stellt eine andere mögliche Konfiguration einer ACD 400 dar, die einen Fahrzeugladesteckverbinder 216 darstellt, der von einer ACD 400 aufgenommen wird. Die Merkmale der ACD 400 beinhalten die zuvor erörterten Merkmale. Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 ist mit dem ACD-Ladesteckverbinder 304 ausgerichtet. In der dargestellten Position wird das an den Fahrzeugladesteckverbinder 216 gekoppelte Kabelschutzelement 214 von dem Kanal 312 aufgenommen.
Die ACD 400 kann einen Verriegelungsstift 402 und einen zugehörigen Aktor 404 beinhalten, die an die Ummantelung 302 gekoppelt sind. Der Verriegelungsstift 402 kann dazu konfiguriert sein, durch Betätigung des Aktors 404 positioniert zu werden. Zum Beispiel kann der Verriegelungsstift 402 ein Kolben sein, der durch den Aktor 404 angetrieben wird, bei dem es sich um eine Magnetspule handelt. Die Ummantelung 302 kann eine Öffnung definieren, durch die der Verriegelungsstift 402 verlaufen kann. In einem verriegelten Zustand kann sich der Verriegelungsstift 402 über den Kanal 312 erstrecken, sodass die Bewegung des Kabelschutzelements 214 durch den Kanal 312 eingeschränkt oder blockiert ist. In einem entriegelten Zustand kann der Verriegelungsstift 402 aus dem Kanal 312 zurückgezogen werden, sodass der Eintritt in und der Austritt aus dem Kanal 312 des Kabelschutzelements 214 nicht eingeschränkt sind. Der Aktor 404 kann elektrisch an die ACD-Steuerung 330 gekoppelt sein, die zum Betreiben des Aktors 404 programmiert ist.
5 stellt eine andere mögliche Konfiguration einer ACD 500 dar, die die Fahrzeug- und Ladestationskomponenten darstellt. Es ist zu beachten, dass Merkmale, die dieselbe Bezeichnung wie zuvor beschrieben aufweisen, auf die zuvor beschriebene Weise arbeiten können. Die ACD 500 kann ein Schutzdach 502 beinhalten, das im Allgemeinen wie vorstehend beschrieben funktioniert. Die ACD 500 kann eine oder mehrere flexible Stützen 504 beinhalten, die an das Schutzdach 502 gekoppelt sind. Die flexiblen Stützen 504 können dazu konfiguriert sein, einen oder mehrere Abschnitte des Schutzdachs 502 zu stützen. Die flexiblen Stützen 504 können aus einem biegsamen Material hergestellt sein, das nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Die flexiblen Stützen 504 tragen dazu bei, zu verhindern, dass die ACD 500 dauerhaft verformt wird, falls sie überfahren wird oder jemand auf sie tritt. Die Anwendung einer nach unten gerichteten Kraft auf das Schutzdach 502 führt zu einer Verformung der flexiblen Stützen 504. Nach dem Entfernen der nach unten gerichteten Kraft kehren die flexiblen Stützen 504 in ihre ursprüngliche Form zurück.
Das Schutzdach 502 kann einen Kanal 512 definieren, der dazu konfiguriert ist, das Kabelschutzelement 214 und/oder das Fahrzeugkabel 208 aufzunehmen. Das Schutzdach 502 kann an einem ersten Ende an den ACD-Ladesteckverbinder 304 gekoppelt sein. Das Schutzdach 502 kann eine oder mehrere abgewinkelte Flächen 514 auf einer Fläche in einem Abstand von dem ersten Ende definieren. Die abgewinkelten Flächen 514 können wie vorstehend beschrieben funktionieren, um den Fahrzeugladesteckverbinder 216 zu dem Kanal 512 zu führen. Der Kanal 512 kann von dem ACD-Ladesteckverbinder 304 zu einem Paar abgewinkelter Flächen 514 führen.
Die ACD 500 kann ferner eine Ladesystemanzeige 520 beinhalten. Die Ladesystemanzeige 520 kann elektrisch mit dem Kabel 306 gekoppelt sein. Die Ladesystemanzeige 520 kann durch die ACD-Steuerung 330 betrieben und gesteuert werden. Die Ladesystemanzeige 520 kann dazu konfiguriert sein, Ladestatusinformationen bezüglich des Ladevorgangs eines verbundenen Fahrzeugs bereitzustellen. Die Ladesystemanzeige 520 kann eine Ladestatusanzeige 506 beinhalten. Die Ladestatusanzeige 506 kann ein Lichtelement sein, wie etwa eine Leuchtdiode (LED). Die Ladestatusanzeige 506 kann Lichtelemente von unterschiedlicher Farbe beinhalten, um verschiedene Ladestatus darzustellen. Zum Beispiel kann die Ladestatusanzeige 506 verwendet werden, um die Verfügbarkeit der ACD 500 anzugeben. Die Ladestatusanzeige 506 kann verwendet werden, um anzugeben, wann die ACD 500 ein Fahrzeug lädt. Die Ladestatusanzeige 506 kann verwendet werden, um anzugeben, dass die ACD 500 nicht zum Laden verfügbar ist (z. B. Stromquelle nicht verfügbar). Die unterschiedlichen Statusanzeigen können durch Licht in unterschiedlichen Farben, durch Blinken der Ladestatusanzeige 506 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder eine Kombination davon ausgedrückt werden. Die Ladestatusanzeige 506 kann ein mehrfarbiges Beleuchtungselement sein. Die Ladestatusanzeige 506 kann von einem Gehäuse der Ladesystemanzeige 520 erhöht sein, sodass die Ladestatusanzeige 506 ohne Weiteres sichtbar ist.
Die Ladestatusanzeige 506 kann als Anzeigeelement, wie etwa eine Flüssigkristallanzeige (LCD), umgesetzt sein. In solchen Konfigurationen können zusätzliche Informationen übermittelt werden. Zum Beispiel kann die Ladestatusanzeige 506 eine verbleibende Zeit anzeigen, bis eine vollständige Aufladung erreicht ist. In anderen Konfigurationen kann die Ladestatusanzeige 506 einen numerischen Ladezustandswert für die Traktionsbatterie 124 anzeigen.
Die Ladesystemanzeige 520 kann ferner einen Lichtbalken 507 beinhalten, der aus einer Vielzahl von Lichtelementen 508 bestehen kann. Die Lichtelemente 508 können Leuchten oder LEDs beinhalten. Der Lichtbalken 507 kann auch eine Anzeige sein, wie etwa eine Flüssigkristallanzeige (LCD). Der Lichtbalken 507 kann dazu konfiguriert sein, einen relativen Wert eines Ladeparameters anzuzeigen. Der Lichtbalken 507 kann dazu konfiguriert sein, einzelne Pegel des Parameters anzuzeigen. Wenn zum Beispiel keine Lichtelemente 508 aktiviert sind, kann der Parameterwert null oder null Prozent betragen. Wenn alle Lichtelemente 508 aktiviert sind, kann der Parameterwert einhundert Prozent oder ein Maximalwert sein. Der Lichtbalken 507 kann ferner dazu konfiguriert sein, die Lichtelemente 508 in einer vorbestimmten Sequenz oder einem vorbestimmten Muster blinken zu lassen, um verschiedene Bedingungen anzugeben.
In einigen Konfigurationen kann der Ladeparameter einen Ladezustand der Traktionsbatterie 124 beinhalten, die geladen wird. Der Lichtbalken 507 kann dazu konfiguriert sein, den Ladezustand der Traktionsbatterie des aufladenden Fahrzeugs zu übermitteln. Zum Beispiel kann das Aufleuchten aller Lichtelemente 508 einen vollen Ladezustand anzeigen. Der Ladezustandspegel kann durch die Anzahl der Lichtelemente 508 angegeben werden, die beleuchtet ist. Zum Beispiel können mehr Lichtelemente 508 aufleuchten, wenn der Ladezustand zunimmt. Ein oder mehrere Lichtelemente 508 können blinken, um andere Bedingungen in Bezug auf den Ladevorgang anzuzeigen. Der Ladezustand kann von der Fahrzeugsteuerung 230 empfangen werden, die dazu programmiert sein kann, den Ladezustand periodisch zu übertragen oder den Ladezustand auf Anfrage bereitzustellen.
Die Ladesystemanzeige 520 kann auch ein Anzeigeelement beinhalten, wie etwa eine Flüssigkristallanzeige (LCD). Das Anzeigeelement kann verwendet werden, um den Ladestatus und den Ladezustand unter Verwendung grafischer oder numerischer Elemente anzuzeigen.
Die Ladesystemanzeige 520 kann am Ladekabel 306 entlang in einem Abstand von dem ACD-Ladesteckverbinder 304 positioniert sein, sodass die Ladesystemanzeige 520 für einen Fahrer des Fahrzeugs und/oder eine Person in der Nähe des Fahrzeugs sichtbar ist. Zum Beispiel kann die Ladesystemanzeige 520 so positioniert sein, dass sie sich nicht unter dem Fahrzeug befindet, wenn das Fahrzeug lädt. In einigen Konfigurationen kann die Ladesystemanzeige 520 an einem Pfosten montiert und vertikal von der Boden- oder Auflagefläche des ACD-Ladesteckverbinders 304 versetzt sein.
9 und 10 stellen eine Konfiguration des Ladesystems mit einem Verriegelungsmechanismus dar, der auf der Fahrzeugseite in Eingriff steht. 9 stellt die bodengebundene ACD und den Fahrzeugladestecker vor dem Koppeln dar. 10 stellt die bodengebundene ACD und den Fahrzeugladestecker nach dem Koppeln und in einem verriegelten Zustand dar. Die ACD kann einen ACD-Ladestecker oder -steckverbinder 904 beinhalten. Der ACD-Ladesteckverbinder 904 kann eine Vielzahl von elektrischen Kontakten 910 definieren, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche (z. B. Boden) ausgerichtet ist, auf der die ACD ruht. Die Vorderseite kann eine im Allgemeinen vertikale Ebene sein. Der ACD-Ladesteckverbinder 904 kann ein oder mehrere magnetische Elemente 908 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, den Fahrzeugladesteckverbinder 952 anzuziehen und zu halten. Die magnetischen Elemente 908 können Dauermagnete sein und/oder können Elektromagnete sein, die durch eine ACD-Steuerung angetrieben werden. Die ACD kann eine Ummantelung 902 beinhalten, die an den ACD-Ladesteckverbinder 904 gekoppelt ist. Die Ummantelung 902 kann wie vorstehend beschrieben sein.
Zusätzlich kann der ACD-Ladesteckverbinder 904 ein Haken- oder Ösenelement 912 beinhalten, das sich von der Vorderseite des ACD-Ladesteckverbinders 904 erstreckt. Das Ösenelement 912 kann in einem Raum zwischen einigen der elektrischen Kontakte 910 positioniert sein.
Das Fahrzeugladeverbindungssystem kann einen Fahrzeugladestecker oder - steckverbinder 952 beinhalten. Der Fahrzeugladesteckverbinder 952 kann einen oder mehrere elektrische Kontakte 958 beinhalten. Die elektrischen Kontakte 958 können elektrisch an entsprechende Leiter des Ladekabels 950 gekoppelt sein. Der Fahrzeugladesteckverbinder 952 kann an das Ladekabel 950 gekoppelt sein. Der eine oder die mehreren elektrischen Kontakte 958 können auf einer Vorderseite des Fahrzeugladesteckverbinders 952 angeordnet sein. Die Vorderseite kann im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet sein, auf der das Fahrzeug fährt. Das heißt, die Kontakte 958 können auf einer vertikalen Ebene parallel zur Bodenfläche angeordnet sein. Der Fahrzeugladesteckverbinder 952 kann ein oder mehrere magnetische Elemente 960 beinhalten, die an der Vorderseite des Fahrzeugladesteckverbinders 952 ausgerichtet sind. Die magnetischen Elemente 960 können dazu konfiguriert sein, eine magnetische Kraft zum Ausrichten und Sichern der Verbindung mit dem ACD-Ladesteckverbinder 904 während des Ladens bereitzustellen.
Der Fahrzeugladestecker 952 kann ferner einen Ösenkanal 956 beinhalten. Der Ösenkanal 956 kann dazu konfiguriert sein, das Ösenelement 910 aufzunehmen, wenn der Fahrzeugladesteckverbinder 952 ausgerichtet ist und sich in der Nähe des ACD-Ladesteckverbinders 904 befindet. Der Ösenkanal 956 kann eine Öffnung definieren, durch die sich das Ösenelement 910 über die Vorderseite hinaus und in einen Innenraum des Fahrzeugladesteckverbinders 952 erstrecken kann. Der Fahrzeugladesteckverbinder 952 kann einen Verriegelungseingriffmechanismus 954 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, ein Verriegelungselement in das Ösenelement 910 einzuführen. In dem dargestellten Beispiel kann der Verriegelungseingriffmechanismus 954 eine gekrümmte Stange beinhalten, die dazu konfiguriert ist, von dem Ösenelement 910 aufgenommen zu werden. Die gekrümmte Stange kann an eine Welle gekoppelt sein, die dazu konfiguriert ist, sich zu drehen, um die gekrümmten Stange in das Ösenelement 910 hinein und aus diesem heraus zu bewegen. Die Kabelspule kann durch einen Elektromotor angetrieben werden. In anderen Konfigurationen kann ein linearer Aktor oder eine Magnetspule die gekrümmte Stange antreiben. Der Elektromotor kann durch die Fahrzeugsteuerung 230 gesteuert werden. In einer entriegelten Position wird die gekrümmte Stange von dem Ösenkanal 956 und dem Ösenelement 910 weggedreht. In einer verriegelten Position wird die gekrümmte Stange in den Ösenkanal 956 und das Ösenelement 910 gedreht. In der verriegelten Position greift die gekrümmte Stange in das Ösenelement 910 ein, um eine Trennung des ACD-Ladesteckverbinders 904 und des Fahrzeugladesteckverbinders 952 zu verhindern. Die gekrümmte Stange kann mit einer variierenden Querschnittsfläche geformt sein, sodass der ACD-Ladesteckverbinder 904 und der Fahrzeugladesteckverbinder 952 näher zusammengezogen werden, wenn die gebogene Stange in die verriegelte Position gedreht wird.
Die Fahrzeugsteuerung 230 kann den Verriegelungseingriffmechanismus 954 als Reaktion auf das Herstellen einer elektrischen Verbindung über die elektrischen Kontakte 958 betätigen. In anderen Konfigurationen kann der Verriegelungseingriffmechanismus 954 ein Stift sein, der von einer Magnetspule angetrieben wird. Zum Beispiel kann der Stift mit dem Ösenkanal 956 und dem Ösenelement 910 ausgerichtet sein. Die Magnetspule kann betätigt werden, um den Stift in das Ösenelement 910 zu bewegen, um eine Bewegung des Ösenelements 910 zu verhindern.
6 stellt eine mögliche Ladeeinrichtung 600 dar, die eine Vielzahl von ACD 300 beinhaltet, die wie vorstehend beschrieben arbeitet. Die Ladeeinrichtung 600 kann eine Vielzahl von Radanschlägen 604 beinhalten, die jeder der ACD 300 zugeordnet sind. Die Radanschläge 604 können dazu konfiguriert sein, die Vorwärtsbewegung der Fahrzeuge zu stoppen, um sicherzustellen, dass der Fahrzeugladesteckverbinder 216 und der ACD-Ladesteckverbinder 304 ordnungsgemäß verbunden werden können. Das Design der ACD 300 ermöglicht, dass mehrere Stationen problemlos in einer Ladeeinrichtung 600 installiert werden können. Zum Beispiel können die ACD 300 in jedem Parkplatz platziert sein, um das automatisierte Laden von Fahrzeugen zu erleichtern.
7 zeigt ein mögliches Ablaufdiagramm 700 von Ereignissen oder Vorgängen, die durchgeführt werden können, wenn sich das elektrifizierte Fahrzeug einer Ladestation nähert. Das Ablaufdiagramm 700 kann durch eine Entfernungsskala 702 und eine Zeitskala 706 indexiert sein. Die Entfernungsskala 702 kann eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation wiedergeben. Die Entfernungsskala 702 kann auch die Positionen verschiedener Elemente identifizieren. Die Zeitskala 706 kann den zeitlichen Verlauf wiedergeben. Es wird erwartet, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abnimmt, wenn es in das Gebiet nahe der Ladestation einfährt.
Eine Einfahrt in eine Parklücke 708 kann durch eine erste vorbestimmte Entfernung von der ACD definiert sein. Eine Position der ACD kann durch einen vorbestimmten Entfernungsbereich 716 definiert sein. Der vorbestimmte Entfernungsbereich 716 kann die Entfernung definieren, bei der der Fahrzeugladesteckverbinder 216 mit der Ummantelung 302 der ACD in Kontakt tritt. Das Ende der Parklücke kann durch eine zweite vorbestimmte Entfernung 724 wiedergegeben sein. Bei dem Ende der Parklücke kann es sich um eine Position handeln, an der sich ein Radanschlag befindet, oder um eine Position, an der sich die Vorderseite des Fahrzeugs erstreckt.
Wenn sich das Fahrzeug der ACD nähert, können verschiedene Ereignisse ausgelöst werden. Die verschiedenen Ereignisse können durch die Fahrzeugsteuerung 230 und die ACD-Steuerung 330 verwaltet werden, die einzeln und/oder gemeinsam arbeiten. Ein Steckerentriegelungsereignis 710 kann zu einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt oder in einer ersten vorbestimmten Entfernung ausgelöst werden. Nach Einfahren in die Parklücke kann die Fahrzeugsteuerung 230 einen Befehl zum Lösen des Fahrzeugladesteckverbinders 216 aus dem Steckverbinderhalterahmen 205 ausgeben. Die Fahrzeugsteuerung kann einen beliebigen Mechanismus entriegeln, der den Fahrzeugladestecker 216 in Position hält oder verriegelt.
Wenn das Fahrzeug weiter in Richtung ACD fährt, kann ein Steckerabsenkereignis 712 zu einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt oder in einer zweiten vorbestimmten Entfernung ausgelöst werden. Der Fahrzeugladesteckverbinder 216 kann vom Fahrzeugunterboden abgesenkt werden. In einigen Konfigurationen kann die Fahrzeugsteuerung 230 den Elektromotor 204 betreiben, um den Fahrzeugladesteckverbinder 216 abzusenken. In anderen Konfigurationen kann sich der Fahrzeugladesteckverbinder 216 aufgrund der Schwerkraft absenken.
Ein Ereignis 714, bei dem der Stecker vollständig abgesenkt ist, kann zu einem dritten vorbestimmten Zeitpunkt oder in einer dritten vorbestimmten Entfernung auftreten. Wenn das Fahrzeug weiter in Richtung ACD fährt, kann der Fahrzeugladesteckverbinder 216 eine Endtiefe erreichen. Die Endtiefe kann derart konfiguriert sein, dass der Fahrzeugladesteckverbinder 216 im Allgemeinen horizontal mit dem ACD-Ladesteckverbinder 304 ausgerichtet ist.
Ein Ereignis 718, bei dem ein erster Kontakt mit der Bodeneinheit stattfindet, kann zu einem vierten vorbestimmten Zeitpunkt oder in einer vierten vorbestimmten Entfernung auftreten. Wenn das Fahrzeug weiter in Richtung ACD fährt, kann das Kabelschutzelement 214 mit der ACD-Ummantelung 302 in Kontakt treten. Wenn das Fahrzeug weiter vorwärts fährt, gleitet das Kabelschutzelement 214 entlang der abgewinkelten Fläche 314 der Ummantelung 302 und zum Kanal 312.
Ein Stecker-im-mittleren-Kanal-Ereignis 720 kann zu einem fünften vorbestimmten Zeitpunkt oder in einer fünften vorbestimmten Entfernung auftreten. Wenn das Fahrzeug weiterfährt, kann das Kabelschutzelement 214 in den Kanal 312 der Ummantelung 302 geleitet werden. Wenn sich das Fahrzeug vorwärtsbewegt, bewegt sich der Fahrzeugladesteckverbinder 216 in Richtung ACD-Ladesteckverbinder 304.
Ein Kontaktherstellungsereignis 722 kann zu einem sechsten vorbestimmten Zeitpunkt oder in einer sechsten vorbestimmten Entfernung auftreten. Wenn sich das Fahrzeug dem Ende der Parklücke nähert, können die Magnete (218, 308) den Fahrzeugladesteckverbinder 216 zu dem ACD-Ladesteckverbinder 304 ziehen. Zu diesem Zeitpunkt können die elektrischen Kontakte 220 des Fahrzeugladesteckverbinders 216 elektrisch mit den Kontakten 310 des ACD-Ladesteckverbinders 304 verbunden sein.
Ein Verriegelungseingriffsereignis 726 kann zu einem siebten vorbestimmten Zeitpunkt auftreten. Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Kontaktherstellungsereignis 722 kann der Verriegelungsstift 402 betätigt werden, um den Fahrzeugladesteckverbinder 216 an der ACD zu verriegeln. Die Kommunikation kann über die Kontakte 220, 310 zwischen der Fahrzeugsteuerung 230 und der ACD-Steuerung 330 hergestellt werden.
Ein Ladeereignis kann zu einem achten vorbestimmten Zeitpunkt ausgelöst werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Laden der Traktionsbatterie 124 gemäß den festgelegten Ladeprozeduren und -protokollen erfolgen. Das Fahrzeug 112 und die EVSE 138 können Leistung und Signale austauschen, um den Ladevorgang zu verwalten.
Ein Ladungsbeendigungsereignis 730 kann auftreten, wenn das Laden abgeschlossen ist oder das Fahrzeug 112 gestartet wird. Die Ladungsbeendigung kann durch die Einleitung eines Fahrzyklus (z. B. Zündschalter, der sich in der Position RUN befindet) erfasst werden. Wenn das Fahrzeug 112 die ACD verlässt, kann der vorstehend beschriebene Prozess umgekehrt werden.
8A und 8B stellen ein Ablaufdiagramm 800 einer möglichen Abfolge von Vorgängen zum Umsetzen der Interaktion zwischen Fahrzeug und automatisierter Ladevorrichtung (ACD) dar. Die Vorgänge können teilweise durch die Fahrzeugsteuerung 230 und/oder die ACD-Steuerung 330 umgesetzt werden. Bei Vorgang 802 nähert sich das Fahrzeug 112 einem mit ACD ausgestatteten Parkplatz. Die Annäherung kann manuell durch den Bediener oder automatisiert durch ein autonomes Fahrsystem erfolgen. Bei Vorgang 804 kommuniziert die Fahrzeugsteuerung 230 mit der ACD-Steuerung 330 über eine drahtlose Kommunikationsverbindung. Zum Beispiel kann die drahtlose Kommunikationsverbindung eine Bluetooth- oder Wifi-Verbindung sein. Die Fahrzeugsteuerung 230 und die ACD-Steuerung 330 können zu diesem Zeitpunkt ladungsbezogene Informationen austauschen. Kommunikationsdaten können einen ACD-Verfügbarkeitsstatus beinhalten, um den Betriebsstatus der ACD zu bestätigen.
Bei Vorgang 806 kann die Verfügbarkeit der ACD bewertet werden. Wenn die ACD nicht verfügbar oder betriebsbereit ist, kann Vorgang 808 durchgeführt werden, um den Ladevorgang abzubrechen. Das Abbrechen des Ladevorgangs kann das Bereitstellen einer Benachrichtigung an den Fahrzeugführer, dass der Ladevorgang an der ausgewählten ACD nicht durchgeführt werden kann, beinhalten. Wenn die ACD-Verfügbarkeit bestätigt wird, kann Vorgang 810 durchgeführt werden.
Bei Vorgang 810 kann die Fahrzeugsteuerung 230 Informationen an die ACD-Steuerung 330 kommunizieren. Zum Beispiel kann die Fahrzeugsteuerung 230 einen Fahrzeugtyp und Ladeanfragedaten an die ACD-Steuerung 330 kommunizieren. Bei Vorgang 812 kann die Fahrzeugsteuerung 230 den Fahrzeugladesteckverbinder 216 lösen und absenken. Das Lösen des Fahrzeugladesteckverbinders 216 kann davon abhängig gemacht werden, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem Geschwindigkeitsschwellenwert (z. B. 2 mph) liegt. Die Fahrzeugsteuerung 230 kann den Elektromotor 204 betreiben, um den Fahrzeugladesteckverbinder 216 abzusenken.
Bei Vorgang 814 kann die ACD-Steuerung 330 eine optionale Platte öffnen, um die Kontakte des ACD-Ladesteckers 304 freizulegen. Bei Vorgang 816 berührt der Fahrzeugladesteckverbinder 216 die Ummantelung 302 der ACD und bewegt sich, von der Ummantelung 302 geführt, in Richtung ACD-Ladesteckverbinder 304. Die Fahrzeugsteuerung 230 kann prüfen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als ein Schwellenwert für niedrige Geschwindigkeit (z. B. 0,3 mph) ist. Bei Vorgang 818 können die Magnete 218, 308 an den Steckverbindern den Fahrzeugladesteckverbinder 216 zu dem ACD-Ladesteckverbinder 304 ziehen. In Konfigurationen, in denen die Magnete 218, 308 Elektromagnete sind, kann die entsprechende Steuerung die Elektromagnete aktivieren. Zu diesem Zeitpunkt können die elektrischen Kontakte 220 des Fahrzeugladesteckverbinders 216 elektrisch mit den Kontakten 310 des ACD-Ladesteckverbinders 304 verbunden sein. Bei Vorgang 820 kann die Fahrzeugsteuerung 230 bestätigen, dass sich das Fahrzeug in einem Parkmodus befindet und dass die Fahrzeuggeschwindigkeit null ist. Die Fahrzeugsteuerung 230 kann bestätigen, dass sich das Fahrzeug im Parkmodus befindet, wenn ein Schalten eines Gangwählhebels in die PARKPosition erfasst wird.
Bei Vorgang 822 kann die Fahrzeugsteuerung 230 durch den Fahrzeugladesteckverbinder 216 Kommunikation mit der ACD-Steuerung 330 herstellen. Bei Vorgang 824 kann die Fahrzeugsteuerung 230 den Parkstatus an die ACD-Steuerung 330 kommunizieren. Bei Vorgang 826 kann die ACD-Steuerung 330 den Fahrzeugzustand bestätigen und kann die Fahrzeugsteuerung 230 die Fahrzeugbewegung deaktivieren. Zum Beispiel kann die Fahrzeugbewegung durch Betätigen einer Feststellbremse und/oder Deaktivieren eines Antriebssystems oder Antriebsstrangs deaktiviert werden. Bei Vorgang 828 kann die ACD-Steuerung 330 den Fahrzeugparkverriegelungsstatus überprüfen. Wenn die Fahrzeugsteuerung 230 die Parkverriegelung korrekt angewendet hat, kann Vorgang 830 durchgeführt werden. Der Parkverriegelungsstatus kann basierend darauf bestätigt werden, dass sich die Feststellbremse in der eingeschalteten oder aktivierten Position befindet.
Bei Vorgang 830 kann die ACD-Steuerung 330 den Aktor 404 aktivieren, um den Verriegelungsstift 402 in Eingriff zu nehmen. Zum Beispiel kann die ACD-Steuerung 330 den Aktor 404 betätigen, um den Verriegelungsstift 402 in den Kanal 312 zu treiben. Bei Vorgang 832 kann der Ladevorgang eingeleitet werden. Zum Beispiel kann der Ladevorgang wie durch Norm SAE J1772 definiert durchgeführt werden. Bei Vorgang 834 kann geprüft werden, ob das Laden abgeschlossen ist. Das Laden kann abgeschlossen werden, wenn ein Ladezustand der Traktionsbatterie 124 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der einen bevorzugten Ladezustand angibt. Wenn das Laden nicht abgeschlossen ist, kann Vorgang 836 durchgeführt werden, um zu prüfen, ob eine Benutzerabbruchbedingung vorliegt. Das Laden kann durch den Bediener manuell abgebrochen werden. In einigen Fällen kann das Laden abgebrochen werden, indem das Fahrzeug in einen RUN- oder Fahrmodus versetzt wird. Wenn der Bediener den Ladevorgang abgebrochen hat, kann Vorgang 838 durchgeführt werden. Wenn der Bediener den Ladevorgang nicht abgebrochen hat, fährt das Fahrzeug mit dem Laden fort. Wenn das Laden bei Vorgang 834 abgeschlossen ist, kann Vorgang 838 durchgeführt werden.
Bei Vorgang 838 kann die ACD-Steuerung 330 Leistung reduzieren und beliebige Schütze öffnen, um Leistung von dem ACD-Ladesteckverbinder 304 zu trennen. Bei Vorgang 840 kann die ACD-Steuerung 330 den Verriegelungsstift 402 durch Betätigen des Aktors 404 lösen und den Status an die Fahrzeugsteuerung 330 kommunizieren. Bei Vorgang 842 kann die Fahrzeugsteuerung 230 Vorgänge durchführen, um den Fahrzeugladesteckverbinder 216 zurück in die Lagerposition zu spulen. Zum Beispiel kann die Fahrzeugsteuerung 330 den Elektromotor 204 betreiben, um das Ladekabel 208 auf die Kabelspule 202 zu wickeln. Bei Vorgang 846 kann die ACD-Steuerung 330 beliebige Abdeckungen sichern und bei Vorgang 848 in einen Standby-Modus eintreten. Bei Vorgang 844 kann die Fahrzeugsteuerung 230 einen Fahrzeugfahrmodus aktivieren und bei Vorgang 848 in einen Standby-Modus eintreten. Zu diesem Zeitpunkt kann das Fahrzeug von dem mit ACD ausgestatteten Parkplatz wegfahren.
Die in dieser Schrift offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent in nicht beschreibbaren Speichermedien wie ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar in beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können auch in einem mit Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt sein, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. beinhalten. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugladesystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Ladesteckverbinder, der an eine Stromversorgung gekoppelt ist und Kontakte aufweist, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet ist, auf der das Fahrzeugladesystem ruht; eine Ummantelung, die an den Ladesteckverbinder gekoppelt ist und einen Kanal definiert, der von dem Ladesteckverbinder zu einem Paar abgewinkelter Flächen führt, die dazu konfiguriert sind, ein Element eines Ladesteckers zu führen, der von einem Fahrzeug abgesenkt wird und sich in Richtung Ladesteckverbinder in den Kanal bewegt; und einen Verriegelungsstift, der an einen Aktor gekoppelt und dazu konfiguriert ist, sich selektiv in den Kanal zu erstrecken und die Bewegung des Ladesteckers zu begrenzen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Aktor eine Magnetspule.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ummantelung ferner mit einer oberen Fläche konfiguriert, die so geformt ist, dass sie sich von dem Kanal und dem Ladesteckverbinder weg neigt, um Flüssigkeit vom Kanal weg zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Ladesteckverbinder ferner ein oder mehrere magnetische Elemente, um den Ladestecker anzuziehen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Ummantelung integrierte Stützen, die dazu konfiguriert sind, die Ummantelung auf der Fläche zu stützen, und definiert offene Seiten, um ein Ansammeln von Schmutz unter der Ummantelung zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch flexible Füße, die an die Ummantelung gekoppelt und dazu konfiguriert sind, die Ummantelung auf der Fläche zu stützen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Heizelement, das an die Ummantelung gekoppelt und dazu konfiguriert ist, ein Ansammeln von Eis in der Nähe des Ladesteckverbinders zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Ladestatusanzeige, die an ein Ladekabel gekoppelt ist, das an den Ladesteckverbinder gekoppelt ist, und dazu konfiguriert ist, den Status des Fahrzeugladesystems zu übermitteln.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Ladestatusanzeige ferner eine Vielzahl von Lichtelementen zum Übermitteln eines Ladezustands einer Fahrzeugbatterie während des Ladens.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Ladestatusanzeige ferner ein Anzeigeelement, das dazu konfiguriert ist, eine Zeit bis zur vollständigen Aufladung anzuzeigen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Ladestatusanzeige ein mehrfarbiges Beleuchtungselement zum Übermitteln des Status.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Ladestecker mit Kontakten, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet ist, auf der das Fahrzeug fährt; ein Kabel, das an den Ladestecker gekoppelt ist; eine Kabelspule, die dazu konfiguriert ist, das Kabel selektiv auf der Kabelspule aufzuwickeln und abzuwickeln, um den Ladestecker anzuheben und abzusenken; einen Aktor, der an die Kabelspule gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die Kabelspule zu drehen; und einen Steckverbinderhalterahmen, der dazu konfiguriert ist, den Ladestecker aufzunehmen, wenn er eingezogen ist, und durch den das Kabel verläuft, und der einen Abdeckabschnitt für die Kontakte und eine abgewinkelte Fläche beinhaltet, um den Ladestecker zu führen, wenn der Ladestecker eingezogen wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Ladestecker ferner einen Verriegelungsmechanismus, der dazu konfiguriert ist, in eine Öse einzugreifen, die sich bei Betätigung von einem Steckverbinder der Ladestation in die Vorderseite des Ladesteckers erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Aktor eine Elektromotor.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Ladestecker ferner ein oder mehrere magnetische Elemente, die dazu konfiguriert sind, dass der Ladestecker von einem Steckverbinder einer Ladestation angezogen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Ausrichtriemenscheibe, die dazu konfiguriert ist, das Kabel durch den Steckverbinderhalterahmen zu leiten und das Kabel zur Kabelspule zu führen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Koppeln eines Ladesteckers eines Fahrzeugs mit einem Ladesteckverbinder einer bodengebundenen Ladestation Folgendes: Führen eines Elements, das an einen Ladestecker gekoppelt ist, der von einem Fahrzeug in Richtung eines Kanals abgesenkt wird, während sich das Fahrzeug in Richtung Ladestation bewegt, wobei der Kanal den Ladestecker zu dem Ladesteckverbinder führt; Anziehen des Ladesteckers zu dem Ladesteckverbinder unter Verwendung einer Magnetkraft; Ineingriffnahme eines Verriegelungsmechanismus, um eine Bewegung des Ladesteckers zu verhindern; und Übertragen von Leistung zwischen dem Ladesteckverbinder und dem Ladestecker, um eine Batterie des Fahrzeugs zu laden.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren, dass eine drahtlose Kommunikation zwischen einer Fahrzeugsteuerung und einer Ladestationssteuerung hergestellt wird.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren, dass der Antrieb des Fahrzeugs während des Ladens deaktiviert wird.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren, dass eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs unter Verwendung eines oder mehrerer Radanschläge begrenzt wird.

Claims

Fahrzeugladesystem, umfassend: einen Ladesteckverbinder, der an eine Stromversorgung gekoppelt ist und Kontakte aufweist, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet ist, auf der das Fahrzeugladesystem ruht; eine Ummantelung, die an den Ladesteckverbinder gekoppelt ist und einen Kanal definiert, der von dem Ladesteckverbinder zu einem Paar abgewinkelter Flächen führt, die dazu konfiguriert sind, ein Element eines Ladesteckers zu führen, der von einem Fahrzeug abgesenkt wird und sich in Richtung Ladesteckverbinder in den Kanal bewegt; und einen Verriegelungsstift, der an einen Aktor gekoppelt und dazu konfiguriert ist, sich selektiv in den Kanal zu erstrecken und eine Bewegung des Ladesteckers zu begrenzen.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei der Aktor eine Magnetspule ist.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung ferner mit einer oberen Fläche konfiguriert ist, die so geformt ist, dass sie sich von dem Kanal und dem Ladesteckverbinder weg neigt, um Flüssigkeit vom Kanal weg zu leiten.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei der Ladesteckverbinder ferner ein oder mehrere magnetische Elemente beinhaltet, um den Ladestecker anzuziehen.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung integrierte Stützen beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, die Ummantelung auf der Fläche zu stützen, und offene Seiten definiert, um ein Ansammeln von Schmutz unter der Ummantelung zu verhindern.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, ferner beinhaltend flexible Füße, die an die Ummantelung gekoppelt und dazu konfiguriert sind, die Ummantelung auf der Fläche zu stützen.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Heizelement, das an die Ummantelung gekoppelt und dazu konfiguriert ist, ein Ansammeln von Eis in der Nähe des Ladesteckverbinders zu verhindern.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Ladestatusanzeige, die an ein Ladekabel gekoppelt ist, das an den Ladesteckverbinder gekoppelt ist, und dazu konfiguriert ist, den Status des Fahrzeugladesystems zu übermitteln.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 8, wobei die Ladestatusanzeige ferner eine Vielzahl von Lichtelementen zum Übermitteln eines Ladezustands einer Fahrzeugbatterie während des Ladens beinhaltet.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 8, wobei die Ladestatusanzeige ferner ein Anzeigeelement beinhaltet, das dazu konfiguriert ist, eine Zeit bis zur vollständigen Aufladung anzuzeigen.
Fahrzeug, umfassend: einen Ladestecker, der Kontakte aufweist, die auf einer Vorderseite angeordnet sind, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Fläche ausgerichtet ist, auf der das Fahrzeug fährt; ein Kabel, das an den Ladestecker gekoppelt ist; eine Kabelspule, die dazu konfiguriert ist, das Kabel selektiv auf der Kabelspule auf- und abzuwickeln, um den Ladestecker anzuheben und abzusenken; einen Aktor, der an die Kabelspule gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die Kabelspule zu drehen; und einen Steckverbinderhalterahmen, der dazu konfiguriert ist, den Ladestecker aufzunehmen, wenn er eingezogen ist, und durch den das Kabel verläuft, und der einen Abdeckungsabschnitt für die Kontakte und eine abgewinkelte Fläche beinhaltet, um den Ladestecker zu führen, wenn der Ladestecker eingezogen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei der Ladestecker ferner einen Verriegelungsmechanismus beinhaltet, der dazu konfiguriert ist, in eine Öse einzugreifen, die sich bei Betätigung von einem Steckverbinder der Ladestation in die Vorderseite des Ladesteckers erstreckt.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei der Aktor ein Elektromotor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei der Ladestecker ferner ein oder mehrere magnetische Elemente beinhaltet, damit der Ladestecker von einem Steckverbinder einer Ladestation angezogen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Ausrichtriemenscheibe, die dazu konfiguriert ist, das Kabel durch den Steckverbinderhalterahmen zu leiten und das Kabel zur Kabelspule zu führen.