DE102020129651A1

DE102020129651A1 - Fahrzeugladesystem

Info

Publication number: DE102020129651A1
Application number: DE102020129651.7A
Authority: DE
Inventors: David Charles Weber; Brad Alan Ignaczak; Adil Nizam SIDDIQUI; Christopher W. Bell; Emil G. Serban; Hannah Bailey; Christopher Westfall
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2021-05-20
Also published as: US20210138919A1; US11485242B2; CN112793440A

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Fahrzeugladesystem bereit. Ein Fahrzeugladesystem beinhaltet einen Fahrzeugladeanschluss mit einem ersten Verbindungselement, das einen oder mehrere erste Magneten und eine Vielzahl von ersten Klemmen, die in einer ersten Anordnung angeordnet ist, aufweist. Eine Ladestation für das Fahrzeug beinhaltet eine Stütze und ein zweites Verbindungselement, das an der Stütze durch einen Gelenkmechanismus angebracht ist, der Bewegung des zweiten Verbindungselements in Bezug auf die Stütze erlaubt. Das zweite Verbindungselement weist einen oder mehrere Magneten und eine Vielzahl von zweiten Klemmen auf, die in einer zweiten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen und die zweiten Klemmen verbunden werden können, wenn das erste und das zweite Verbindungselement ausgerichtet sind. Die ersten und zweiten Magneten sind angeordnet, um die zweiten Klemmen über den Gelenkmechanismus in Ausrichtung mit den ersten Klemmen zu bewegen, wenn sich das erste und das zweite Verbindungselement innerhalb einer magnetischen Kopplungsreichweite befinden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft konduktive Ladesysteme zum zumindest Wiederaufladen einer Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs unter Verwendung einer externen Leistungsquelle und insbesondere Ladesysteme, bei denen das Fahrzeug mit dem Ladesystem verbunden wird, indem das Fahrzeug in eine Ladestation gefahren wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Brennkraftmaschinen verringern oder diese vollständig beseitigen. Elektro- und Hybridfahrzeuge stellen eine Fahrzeugart dar, die für diesen Zweck gerade entwickelt wird. Elektro- und Hybridfahrzeuge umfassen einen Traktionsmotor, der durch eine Traktionsbatterie mit Leistung versorgt wird. Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybridfahrzeuge sind dazu konfiguriert, sich mit einer externen Leistungsquelle zu verbinden, um die Traktionsbatterie wiederaufzuladen und/oder bordeigene elektrische Systeme mit Leistung zu versorgen. Die externe Leistungsquelle versorgt eine Ladestation, die zu Hause oder an Wiederaufladestationen bereitgestellt ist, mit Leistung. Das Fahrzeug beinhaltet einen Ladeanschluss, der dazu konfiguriert ist, sich mit der Ladestation zu verbinden. Es sind verschiedene Arten von Ladestationen verfügbar, einschliel lich konduktiven Ladens, bei dem ein Stecker durch einen Benutzer manuell mit dem Ladeanschluss verbunden wird, und induktiven Ladens, das drahtlos ist.
KURZDARSTELLUNG
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet eine Fahrzeugladesystem einen Fahrzeugladeanschluss mit einem oder mehreren erste Magneten und eine Vielzahl von ersten Klemmen, die in einer ersten Anordnung angeordnet ist. Eine Ladestation für das Fahrzeug beinhaltet eine Basis, eine Steigvorrichtung, die sich von der Basis nach oben erstreckt, einen Gelenkmechanismus, der einen ersten Abschnitt, der durch die Steigvorrichtung gestützt wird, und einen zweiten Abschnitt, der in Bezug auf den ersten Abschnitt beweglich ist, beinhaltet, und ein Verbindungselement, das derart an dem zweiten Abschnitt angebracht ist, dass das Verbindungselement in Bezug auf die Steigvorrichtung beweglich ist. Das Verbindungselement weist einen oder mehrere zugehörige Magneten und eine Vielzahl von zweiten Klemmen auf, die in einer zweiten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen und die zweiten Klemmen verbunden werden können, wenn sie ausgerichtet sind. Die ersten und die zweiten Magneten sind so angeordnet, dass magnetische Anziehung zwischen den ersten und zweiten Magneten das Verbindungselement über den Gelenkmechanismus bewegt, um die zweiten Klemmen an den ersten Klemmen auszurichten und in physischem Kontakt mit diesen magnetisch zu koppeln, um die Ladestation mit dem Anschluss elektrisch zu verbinden.
Gemäl einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeugladesystem einen Fahrzeugladeanschluss mit einem ersten Verbindungselement, das einen oder mehrere erste Magneten und eine Vielzahl von ersten Klemmen, die in einer ersten Anordnung angeordnet ist, aufweist. Eine Ladestation für das Fahrzeug beinhaltet einen Stütze und ein zweites Verbindungselement, das durch einen Gelenkmechanismus an der Stütze angebracht ist, der Bewegung des zweiten Verbindungselements in Bezug auf die Stütze ermöglicht. Das zweite Verbindungselement weist einen oder mehrere Magneten und eine Vielzahl von zweiten Klemmen auf, die in einer zweiten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen und die zweiten Klemmen verbunden werden können, wenn das erste und das zweite Verbindungselement ausgerichtet sind. Die ersten und zweiten Magneten sind angeordnet, um die zweiten Klemmen über den Gelenkmechanismus in Ausrichtung mit den ersten Klemmen zu bewegen, wenn sich das erste und das zweite Verbindungselement innerhalb einer magnetischen Kopplungsreichweite befinden.
Gemäl einer noch anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug eine Karosserie mit einem Stol fänger und einem Karosserieblech. Eine Traktionsbatterie ist elektrisch mit einem ersten Ladeanschluss verbunden, der an dem Karosserieblech angeordnet ist. Der erste Ladeanschluss ist dazu konfiguriert, einen manuell installierten Ladestecker aufzunehmen. Ein zweiter Ladeanschluss ist elektrisch mit der Batterie verbunden und in dem Stol fänger angeordnet, sodass das Fahrzeug gefahren werden kann, um den zweiten Anschluss an eine Ladestation anzudocken. Der zweite Ladeanschluss weist eine Vielzahl von ersten Klemmen, die angeordnet ist, um sich physisch mit den zweiten Klemmen der Ladestation zu verbinden, und einen oder mehrere Magneten auf, die dazu konfiguriert sind, mit Magneten der Ladestation zu interagieren, um den zweiten Ladeanschluss magnetisch an die Ladestation zu koppeln.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugladesystems mit einem Ladeanschluss an einem Fahrzeug und einer Ladestation.
3 ist eine Vorderansicht eines Verbindungselements einer Ladestation.
4 ist eine Vorderansicht eines Verbindungselements eines Fahrzeugladeanschlusses, der dem Verbindungselement aus 3 zugeordnet ist.
5 ist eine Querschnittsansicht von oben auf zusammenpassende Verbindungselemente gemäl einer alternativen Ausführungsform.
6 ist eine Querschnittsansicht eines Ladesystems einer alternativen Ausführungsform von oben, die in einer ersten Position gezeigt ist.
7 ist eine Querschnittsansicht des Ladesystems aus 6 in einer zweiten Position von oben.
8 ist ein Schaltplan des Fahrzeugs in Bezug auf das Ladesystem.
9 ist eine Vorderansicht eines Verbindungselements einer Ladestation gemäl einer anderen Ausführungsform.
10 ist eine Vorderansicht eines Verbindungselements eines Fahrzeugladeanschlusses, der dem Verbindungselement aus 9 zugeordnet ist.

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 mal stabsgetreu; einige Merkmale können vergröl ert 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 zeigt eine schematische Darstellung eines Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeugs (plug-in hybrid-electric vehicle - PHEV). Bestimmte Ausführungsformen können jedoch auch im Kontext von vollständig elektrischen Fahrzeugen oder zum Bereitstellen von Leistung für Fahrzeuge mit Leistung ausschliel lich durch den Motor 18 umgesetzt werden, wenn ein Fahrzeug gepaart ist. Das Fahrzeug 12 beinhaltet eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können dazu in der Lage sein, als Motor oder Generator betrieben zu werden. Des Weiteren kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann aul erdem mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit den Antriebsrädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 18 an- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 fungieren zudem als Generatoren und können Vorteile bei der Kraftstoffeffizienz bereitstellen, indem sie Energie durch Nutzbremsen rückgewinnen. Die elektrischen Maschinen 14 verringern Schadstoffemissionen und erhöhen die Kraftstoffeffizienz, indem sie die Arbeitslast des Motors 18 verringern.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt üblicherweise eine Hochspannungsgleichstromausgabe (DC-Ausgabe) (direct current - DC) von einer oder mehreren Batteriezellenanordnungen, die gelegentlich als Batteriezellenstapel bezeichnet werden, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereit.
Die Batteriezellen, wie etwa prismatische Zellen, Pouch-Zellen, zylindrische Zellen oder eine beliebige andere Zellenart, wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich Ionen während einer Entladung zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während einer Wiederaufladung zurückfliei en. Klemmen können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle fliel t.
Es können unterschiedliche Batteriepackkonfigurationen verfügbar sein, um individuellen Fahrzeugvariablen, einschliel lich Verbauungseinschränkungen und Leistungsanforderungen, zu entsprechen. Die Batteriezellen können mit einem Wärmemanagementsystem wärmereguliert werden. Beispiele für Wärmemanagementsysteme beinhalten Luftkühlsysteme, Flüssigkeitskühlsysteme und eine Kombination aus Luft- und Flüssigkeitskühlsystemen.
Die Traktionsbatterie 24 kann durch ein oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren im geöffneten Zustand die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten und verbinden im geschlossenen Zustand die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 kann elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und kann die Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Beispielsweise kann eine übliche Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 unter Umständen eine Dreiphasenwechselstromspannung (AC-Spannung) (alternating current - AC) benötigen, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie durch die elektrischen Maschinen 14 erfordert. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung aus den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die durch die Traktionsbatterie 24 erfordert wird. Die Beschreibung in dieser Schrift gilt gleichermal en für ein vollelektrisches Fahrzeug. In einem vollelektrischen Fahrzeug kann es sich bei dem Hybridgetriebe 16 um einen Getriebekasten handeln, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und in diesem ist der Verbrennungsmotor 18 nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Vortriebsenergie kann die Traktionsbatterie 24 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein übliches System kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 beinhalten, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeugkomponenten kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie etwa Verdichter und elektrische Heizgeräte, können ohne die Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannungsversorgung verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) verbunden.
Ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Kommunikation stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren und kann aul erdem ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Temperatur und den Ladezustand für jede der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 aufweisen, wie etwa einen Thermistor oder einen anderen Temperatursensor. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Kommunikation stehen, um Temperaturdaten hinsichtlich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann durch eine mit einer externen Leistungsquelle 36 verbundenen Ladestation wiederaufgeladen werden, wie etwa das Stromnetz. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einem Elektrofahrzeugversorgungsgerät (electric vehicle supply equipment - EVSE) 38 verbunden sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann dem EVSE 38 elektrische Leistung als Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Das EVSE 38 kann einen Ladeverbidungselement 40 zum Einstecken in einen manuellen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeverbindungselement 40 kann einem Industriestandard wie etwa J1772 SAE entsprechen. Bei dem Ladeanschluss 34 kann es sich um einen beliebigen Anschlusstyp handeln, der dazu konfiguriert ist, Leistung von dem EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die von dem EVSE 38 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das EVSE kann eine Steuerung beinhalten, die eine Diagnose durchführt, die Schaltplan in dem EVSE steuert und mit anderen Systemkomponenten kommuniziert. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit dem EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Das EVSE-Verbindungselement (manchmal als Stecker bezeichnet) 40 kann Klemmen, z. B. Stifte, aufweisen, die sich mit entsprechenden Klemmen, z.B. Buchsen, des Ladeanschlusses 34 zusammenfügen. Der Ladeanschluss 34 kann an einem Karosserieblech der Fahrzeugkarosserie 35 bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann sich der Ladeanschluss 34 an einem vorderen oder hinteren Seitenblech befinden.
Das Fahrzeug 12 kann einen zweiten Ladeanschluss 50 beinhalten, der sich an einem Stol fänger des Fahrzeugs befindet, wie etwa dem vorderen Stol fänger 52 oder dem hinteren Stol fänger 54 (wie veranschaulicht). Der zweite Ladeanschluss 50 ist dazu konfiguriert, sich elektrisch mit der Ladestation 56 zu verbinden. Im Gegensatz zu dem EVSE 38, bei der ein Benutzer das Verbindungselement 40 manuell in den Anschluss 34 einsteckt, wird ein Verbindungselement (manchmal als Stecker bezeichnet) 58 der Ladestation 56 in den Anschluss 50 eingeführt, indem das Fahrzeug in die Ladestation gefahren wird. Das perfekte Ausrichten des Ladeanschlusses 50 mit dem Verbindungselement 58 ist schwierig, sodass das Fahrzeug 12 und/oder die Ladestation 56 Gelenkmittel und Kopplungsmittel zum Erleichtern der Verbindung beinhaltet, solange der Fahrer einigermal en nah ist. Der zweite Ladeanschluss 50 kann auch elektrisch mit dem Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein, das die Leistung für die Traktionsbatterie 24 konditioniert. Die Ladestation 56 kann dazu konfiguriert sein, Wechselstrom, Gleichstrom oder beides bereitzustellen. Die Ladestation 56 verwendet konduktives Laden, was bedeutet, dass das Verbindungselement 58 physisch und elektrisch mit dem Ladeanschluss 50 verbunden ist, im Gegensatz zum induktiven Laden, das drahtlos ist. Die Ladestation 56 und das EVSE 38 können die gleiche Einheit sein oder sie können separate Einheiten sein, wie gezeigt.
Die verschiedenen erläuterten Komponenten weisen eine oder mehrere Steuerungen auf, wie etwa das BECM 33, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerung(en) kann/können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren. Die Steuerung beinhaltet im Allgemeinen eine beliebige Anzahl an Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zusammenzuwirken, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Die Steuerung beinhaltet zudem vorbestimmte Daten oder „Lookup-Tabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten beruhen und in dem Speicher gespeichert sind. Die Steuerung kann über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung üblicher Busprotokolle (z. B. CAN und LIN) mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen kommunizieren. Wie hierin verwendet, bezieht sich eine Bezugnahme auf „eine Steuerung“ auf eine oder mehrere Steuerungen. Die veranschaulichte Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel für ein elektrifiziertes Fahrzeug und andere werden in Betracht gezogen. Die Steuerungen (Module) können für das, was in 1 gezeigt ist, zusammengenommen werden.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Ladestation 56 ein Dockingstation 60, auch Bodenebene oder Boden 61 genannt, die auf dem Boden 61 der Garage oder in einer Spur einer kommerziellen Ladeeinrichtung platziert werden kann. Die Dockingstation 60 beinhaltet eine Basis 62, die auf dem Boden angeordnet ist. Die Basis 62 kann starr an dem Boden angebracht sein, sodass sich die Basis 62 nicht bewegt, wenn das Fahrzeug angedockt ist, oder die Basis kann beschwert sein, um ein Verschieben auf dem Boden 61 zu verhindern. Ein Steigvorrichtung 64 ist an der Basis 62 angebracht. Im vorliegenden Zusammenhang bedeuten die Begriffe angebracht, verbunden usw. direkt oder indirekt über eine oder mehrere Zwischenkomponenten angebracht, sofern nicht anders angegeben. Die Steigvorrichtung 64 kann verschiebbar an der Basis 62 angebracht sein, sodass die Steigvorrichtung 64 nach vorne und hinten beweglich ist, wie durch den Pfeil 66 gezeigt. Die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung stellt Nachgiebigkeit bereit, wenn das Fahrzeug die Dockingstation 60 berührt. Die Basis 62 kann ein Führungselement 68 definieren, in dem sich ein unteres Ende 70 der Steigvorrichtung 64 bewegt. Die Steigvorrichtung 64 kann durch ein elastisches Element 72, wie etwa eine Schraubenfeder, in eine vordere Position (wie gezeigt) vorgespannt sein.
Die Steigvorrichtung 64 erstreckt sich nach oben in eine vertikalen Richtung (entweder gerade nach oben oder wie gezeigt in einem Winkel) zu einem oberen Ende 74. Die Höhe der Steigvorrichtung 64 kann einstellbar sein, um einen Kopf 76 der Dockingstation 60 in der für ein gegebenes Fahrzeug geeigneten Höhe zu positionieren. In einer Ausführungsform beinhaltet die Steigvorrichtung 64 teleskopische Abschnitte, die relativ zueinander verschiebbar sind, um die Höhe und die Rastmechanismen zum Verriegeln der Steigvorrichtung an Ort und Stelle einzustellen. Die Steigvorrichtung 64 könnte auch einen Klemmmechanismus oder dergleichen verwenden.
Der Kopf 76 ist über einen oder mehrere Gelenkmechanismen in Bezug auf die Steigvorrichtung 64 beweglich. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Dockingstation 60 einen Verschiebemechanismus 88, der es dem Kopf ermöglicht, sich nach links und rechts zu bewegen, und einen Schwenkmechanismus 78, 80, der es dem Kopf 76 ermöglicht, um eine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse zu schwenken. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Ausdrücke „vertikal“ oder „horizontal“ auf den Boden 61. Wie ebenfalls im vorliegenden Zusammenhang verwendet, bezieht sich „im Wesentlichen vertikal“ oder „im Wesentlichen horizontal“ auf innerhalb von plus oder minus 10 Grad der wahren Vertikalen oder wahren Horizontalen. Der Kopf 76 kann eine Halterung 78 beinhalten, die über einen Stift 80 mit der Steigvorrichtung 64 verbunden ist. Die Halterung 78 und der Stift 80 wirken zusammen, um eine Ausführungsform des Schwenkmechanismus zu bilden. Der Verschiebemechanismus kann eine Gleitvorrichtung 82 sein, die an einer Vorderfläche 84 der Halterung 78 angebracht ist. Die Verschiebevorrichtung 82 kann ein Führungselement 86, z. B.eine Schiene, die an der Halterung 78 befestigt ist, und einen Schieber 88 beinhalten, der verschiebbar in dem Führungselement 86 aufgenommen ist. Eine reibungsreduzierende Komponente, wie etwa Kugellager, Durchführungshülsen usw., kann zwischen dem Führungselement 86 und dem Schieber 88 eingesetzt werden. (Das Führungselement 86 und der Schieber 88 können in anderen Ausführungsformen umgedreht sein.) Das Verbindungselement 58 kann an dem Schieber 88 angebracht sein. Das Verbindungselement 58 ist die Komponente, die mit dem Ladeanschluss 50 des Fahrzeugs verbunden ist. Das Verbindungselement 58 kann über den Verschiebemechanismus 86, 88 nach links und rechts bewegt werden und über den Schwenkmechanismus 78, 80 schwenken. Dies erleichtert das Ausrichten des Verbindungselements 90 an dem Ladeanschluss 50. Das Verbindungselement 58 beinhaltet einen oder mehrere Klemmen 91, die elektrisch mit einem Kabelbaum 92 verbunden sind, der zwischen dem Verbindungselement 58 und der Elektronik der Ladestation 56 verbunden ist.
Der fahrzeuginterne Ladeanschluss 50 beinhaltet ein weiteres passendes Verbindungselement 94, das elektrisch mit dem Verbindungselement 58 verbunden ist. Die Verbindungselemente 58, 94 beinhalten passende Klemmen, die physisch in Eingriff stehen, um den Ladeanschluss 50 und die Ladestation 56 elektrisch zu verbinden. Die Klemmen 91 des Verbindungselements 58 können eines von Stiften und Buchsen sein und die Klemmen 93 des Verbindungselements 94 können die andere passende Ausgestaltung von Stiften und Buchsen sein. Das Verbindungselement 94 kann beweglich mit der Fahrzeugkarosserie 35 verbunden sein. Das Verbindungselement 94 kann zum Beispiel in einer Längsrichtung 37 des Fahrzeugs 12 verschiebbar sein. Der Ladeanschluss 50 kann eine Schiene 95, die relativ zu der Fahrzeugkarosserie 35 befestigt ist, und einen Schieber 96, der an dem Verbindungselement 94 angebracht ist, beinhalten. Der Schieber 96 ist entlang der Schiene 95 beweglich, wodurch sich das Verbindungselement 94 in der Längsrichtung 37 bewegen kann. Das Verbindungselement 94 kann mit einem elastischen Element 97, wie etwa einer Schraubenfeder, zu der Aul enseite der Fahrzeugkarosserie 35 hin vorgespannt sein. Der Verschiebemechanismus des Ladeanschlusses 50 wirkt mit dem Gelenkmechanismus der Basis 62 zusammen, um den Aufprall zwischen dem Ladeanschluss 50 und der Dockingstation 60 zu reduzieren, wenn das Fahrzeug 12 mit der Ladestation 56 verbunden ist, und ermöglicht eine kurze Zeitverzögerung beim Abbremsen in der Bewegung des Fahrzeugs 12 beim Andocken/Paaren.
Die Verbindungselemente 58 und 94 können magnetisch gekoppelt sein. Der Ladeanschluss 50 kann einen oder mehrere Magnete 98 beinhalten, die an oder nahe dem Verbindungselement 94 angeordnet sind, und das Verbindungselement 58 beinhaltet aul erdem einen oder mehrere zugeordnete Magnete 99, die an oder nahe dem Verbindungselement 90 angeordnet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jedes Verbindungselement ein Paar von Magneten. Die Magnete sind so angeordnet, dass die gegenüberliegenden Magnetpaare der Verbindungselemente 90 und 94 entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, um die Verbindungselemente 90, 94 magnetisch anzuziehen. Die Verbindungselemente 90 und 94 können einem Standard, wie etwa einem J1772-SAE, entsprechen oder einzigartig sein. Das Verbindungselement 94 weist einen Kabelbaum auf, der die Leistung von dem Ladeanschluss 50 an das Umwandlungsmodul 32 überträgt, wie in 1 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein einzigartiges Verbindungselement 101 gezeigt. Das Verbindungselement 101 kann an einer Dockingstation angebracht sein, die der Dockingstation 60 gleich oder ähnlich ist. Das Verbindungselement 101 beinhaltet Klemmen, wie etwa fünf Klemmen 100a-100e, die in einer ersten Anordnung (einem ersten Muster) angeordnet sind. Das erste Anordnung kann linear und in der Richtung von links nach rechts ausgerichtet sein. Die Klemmen 100 können entlang der Anordnung gleichmäl ig beabstandet sein. Zum Beispiel können die Klemmen in Zentren von 1,6 Inch beabstandet sein. In anderen Ausführungsformen kann das Verbindungselement 101 eine andere Anzahl von Klemmen, wie etwa sieben Klemmen, beinhalten. Die Klemmen 100 können Stifte oder Buchsen sein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Klemmen 100 Stifte, die von dem Verbindungselement 101 nach aul en vorstehen. Die Stifte 100 können federbelastet sein, wie nachstehend ausführlicher erörtert. Die Klemmen 100 sind mit einem Kabelbaum verbunden, der gleich oder ähnlich dem Kabelbaum 92 sein kann.
Das Verbindungselement 101 beinhaltet aul erdem einen oder mehrere Magnete 102, die entweder an dem Verbindungselement (wie gezeigt) oder in unmittelbarer Nähe angeordnet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Verbindungselement 101 fünf Magnete, die mit den Klemmen 100 verschachtelt sind. Wenngleich das Verbindungselement 101 eine gleiche Anzahl von Magneten 102 und Klemmen 100 beinhaltet, ist dies nicht in allen Ausführungsformen erforderlich. Die Magnete 102 sind in einer Anordnung (einem Muster) angeordnet, das in der veranschaulichten Ausführungsform ebenfalls in der Richtung von links nach rechts linear ist. Die Magnete 102 wechseln die Polarität entlang der Länge der Anordnung. Zum Beispiel wechseln die Magneten von links nach rechts abwechselnd positiv und negativ. (Die Polarität jedes Magneten bezieht sich auf den Pol, der von dem Verbindungselement nach aul en gerichtet ist. Zum Beispiel weist der Magnet 100a den positiven Pol nach aul en und den negativen Pol nach innen in Richtung der Halterung auf; somit weist der Magnet 100a eine positive Polarität auf.) Die Magnete 102 können in der Anordnung gleichmäl ig beabstandet sein, z. B. in Zentren von 1,6 Inch. Das Verbindungselement 101 kann zudem einen oder mehrere Anschläge 104 beinhalten, die verhindern, dass die Magnete des Verbindungselements 101 die Magneten des Anschlusses 50 berühren. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, einen oder mehrere der Magnete zu beschädigen, und erleichtert das Entkoppeln der Verbindungselemente. Die Anschläge 104 können auch eine nicht magnetische Folie (z. B.Kunststoff) über den Magneten 102 sein oder die Magnete können sich innerhalb des Verbindungselements 90 befinden.
Die Magnete können Scheibenmagnete, Stabmagnete oder dergleichen sein. Jeder Magnet kann eine Zugfestigkeit von 3 bis 12 Pfund aufweisen, abhängig von den Eigenschaften des Verbindungselements. In einer Ausführungsform mit Scheibenmagneten können die Magnete einen Durchmesser zwischen 0,8 und 2 Inch und eine Dicke zwischen 0,3 und 0,8 Inch aufweisen. In einer Ausführungsform mit Stabmagneten können die Magnete eine Länge zwischen 1,75 und 3 Inch und eine Breite zwischen 0,25 und 0,5 Inch aufweisen. Diese Abmessungen stellen lediglich Beispiele dar und sind nicht als einschränkend anzusehen.
4 veranschaulicht einen Ladeanschlussverbindungselement 120, das dazu konfiguriert ist, mit dem Verbindungselement 101 zusammenzupassen. Das Verbindungselement 120 beinhaltet Klemmen, wie etwa fünf Klemmen 122a-122e, die in einer zweiten Anordnung (einem zweiten Muster) angeordnet sind. Das zweite Anordnung kann linear und in der Richtung von links nach rechts ausgerichtet sein. Die Klemmen 122 können entlang der Anordnung gleichmäl ig beabstandet sein. Zum Beispiel können die Klemmen in Zentren von 1,6 Inch beabstandet sein. Das zweite Anordnung passt zu der ersten Anordnung, sodass sich die Klemmen 100 mit den Klemmen 122 zusammenfügen können, wenn das Fahrzeug 12 angedockt ist. In anderen Ausführungsformen kann das Verbindungselement 120 eine andere Anzahl von Klemmen, wie etwa sieben Klemmen, beinhalten. Die Klemmen 122 können Stifte oder Buchsen sein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Klemmen 122 Buchsen, welche die Form von flachen Kontaktpads annehmen, können jedoch in anderen Ausführungsformen Steckbuchsen sein. Die Klemmen 122 sind elektrisch mit dem Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden. Die Kontaktpads weisen flache Flächen 124 auf, die dazu konfiguriert sind, die distalen Enden der Stifte 100 physisch zu berühren. Die distalen Enden können eine flache Fläche 130 sein. Der Flächenbereich jeder Fläche 124 kann gröl er als der Flächenbereich der entsprechenden Flächen 130 sein, um einen guten Kontakt über ein gröl eres Ausrichtungsfenster sicherzustellen. Gemäl einer Ausführungsform sind die Flächen 124 mindestens doppelt so grol wie die Flächen 130. Die Kontaktpads können kreisförmig, länglich oder in einer beliebigen anderen Form vorliegen.
Das Verbindungselement 120 beinhaltet aul erdem einen oder mehrere Magnete 126 an oder in der Nähe des Verbindungselements. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Verbindungselement 120 fünf Magnete, die mit den Klemmen 122 verschachtelt sind. Wenngleich das Verbindungselement 120 eine gleiche Anzahl von Magneten 126 und Klemmen 122 beinhaltet, ist dies nicht in allen Ausführungsformen erforderlich. Die Magnete 126 sind in einer Anordnung (einem Muster) angeordnet, das in der veranschaulichten Ausführungsform ebenfalls in der Richtung von links nach rechts linear ist. Die Anordnung von Magneten 126 kann mit der Anordnung von Magneten 102 übereinstimmen, sodass die Magnete einander gegenüberliegen, wenn die Verbindungselemente 101, 120 ausgerichtet sind. Die Magnete 126 wechseln die Polarität entlang der Länge der Anordnung. Zum Beispiel wechseln die Magneten von links nach rechts abwechselnd negativ und positiv. Dies ist den Magneten 102 entgegengesetzt, sodass bei korrekter Ausrichtung positive Magnete negativen Magneten gegenüberliegen, das heil t, wenn 3 und 4 zentriert sind. Die Magnete 126 können in der Anordnung gleichmäl ig beabstandet sein, z. B. in Zentren von 1,6 Inch. Die Magnete können Scheibenmagnete, Stabmagnete oder dergleichen sein, wie vorstehend in Bezug auf das Verbindungselement 101 beschrieben. Die Art und Form der Magnete 126 können die gleichen wie die Magnete 102 sein. Jeder der Magnete 126 kann gleich sein oder es können abhängig von der Ausgestaltung eine oder mehrere unterschiedliche Arten und Formen verwendet werden.
Während des Andockens wirken die Magnete 102 und 126 zusammen, um die Position des Verbindungselement 101 über den einen oder die mehreren Gelenkmechanismen automatisch anzupassen, um die Verbindungselemente 101 und 120 auszurichten, sodass die Klemmen 102 und 122 physisch verbunden werden. Wenn zum Beispiel der Fahrzeuganschluss nach links fehlausgerichtet ist, stol en sich Magnete der gleichen Polarität gegenseitig ab, während Magnete mit entgegengesetzter Polarität sich gegenseitig anziehen, was bewirkt, dass sich das Gelenkelement, z. B.der Schieber 88, nach rechts bewegt und das Verbindungselement 101, 120 ausrichtet. Wenn sich die Magnete ausrichten, nimmt die Zugkraft zu, was dazu führt, dass sich die Verbindungselemente koppeln, wenn sich das Fahrzeug 12 nach vorn bewegt. Je näher sich die Verbindungselemente kommen, desto höher werden die Ausrichtungskräfte. Dasselbe gilt für die anderen Einstellachsen der Dockingstation 60. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel nicht senkrecht zu dem Kopf ist, wird die magnetische Kopplung betrieben, um den Kopf 76 um den zweiten Gelenkmechanismus zu schwenken, um die Verbindungselemente in eine Linie zu bringen.
Wenn das Fahrzeug wesentlich fehlausgerichtet ist, ist es möglich, dass die falschen positiven und negativen Magnetpaare aneinander ausgerichtet sind und die falschen Anschlüsse miteinander verbinden. Daher kann das Fahrzeug dazu programmiert sein, den Fahrer über das Modul 32 über eine falsche Kopplung zu informieren und den Stromfluss zu verhindern. Zum Beispiel sind die Klemmen 100a, 122a, 100e und 122e, die sich an den Enden der Anordnungen befinden, Teil einer Testschaltplans. Wenn das Fahrzeug 12 falsch andockt, werden eine oder mehrere dieser Klemmen nicht elektrisch verbunden, wodurch ein Leistungsfluss zwischen der Ladestation 56 und dem Ladeanschluss 50 unter Verwendung des Schaltung in der Ladestation verhindert wird. Das Fahrzeug 12 kann dazu programmiert sein, eine Warnung über die falsche Ausrichtung auf der Instrumententafel auszugeben, sodass der Fahrer abdocken und es erneut versuchen kann. Die Warnung kann den Fahrer über die Richtung der Fehlausrichtung informieren, um das erneute Andocken zu unterstützen. Ferner können Kameras verwendet werden, um den Fahrer des Fahrzeugs 12 dabei zu unterstützen, seine/ihre Annäherung an das Andockverbindungselement 60 zu zentrieren.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 können ein oder mehrere der Verbindungselemente ein Verriegelungsmerkmal 140 beinhalten, welches das Verbindungselement 58 an dem Anschluss 50 hält. Zusätzlich zum Zusammenhalten der Verbindungselemente kann das Verriegelungsmerkmal 140 auch dazu konfiguriert sein, das Verbindungselement zusammenzuziehen, um einen guten Stiftkontakt sicherzustellen. Ein beispielhaftes Verriegelungsmerkmal 140 ist ein Schraubmechanismus, der durch einen Servomotor angetrieben wird. Ein Verbindungselement beinhaltet den Schraubmechanismus und das andere Verbindungselement beinhaltet Merkmale 142 zum Eingreifen in den Schraubmechanismus. Eine Drehung des Schraubmechanismus in eine erste Richtung zieht die Verbindungselemente zusammen und eine Drehung in die entgegengesetzte Richtung bewegt die Verbindungselemente auseinander.
Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Ausgestaltung mit sieben Stiften im oberen Querschnitt gezeigt. Das Verbindungselement 150 des Fahrzeuganschlusses 152 beinhaltet sieben Klemmen in Form von Buchsen 154, die dazu konfiguriert sind, die sieben Stifte 156 des Ladestationsverbindungselements 158 aufzunehmen. (Dies kann in anderen Ausführungsformen umgedreht werden.) Die Stifte 156 sind zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingezogenen Position beweglich. Die Stifte 156 sind durch elastische Elemente, wie etwa Federn 160, zu der ausgefahrenen Position hin vorgespannt. Die Federn 160 sind komprimierbar, um zu ermöglichen, dass sich die Stifte 156 zurückziehen, wenn sie die flachen Buchsen 154 berühren. Die Federn 160 ermöglichen eine Bewegung der Stifte 156, um eine Winkelfehlausrichtung der Verbindungselemente 150 und 158 und eine Variation der Tiefe der Buchsen 154 aufgrund von Herstellungstoleranzen zu berücksichtigen. Die Stifte 156 können auch eine nicht leitende Hülse 159 aufweisen, um die Klemmen 156 abzudecken, wenn sie nicht zusammengefügt sind. Es können Federn 153 verwendet werden, um die Hülse 159 einzuziehen.
Die 6 und 7 veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform eines Ladeanschlusses 180 mit einer Abdeckung, die sich beim Andocken automatisch öffnet. Der Ladeanschluss 180 beinhaltet eine stationäre Basis 182 und eine bewegliche äul ere Abdeckung 184. Ein Verbindungselement 186 wird von der Basis 182 gestützt. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Verbindungselement 186 Klemmenstifte 188. Die Magnete 190 sind in der äul eren Abdeckung 184 angeordnet. Die Abdeckung 184 beinhaltet eine Öffnung 192 und eine Klappe 194, welche die Öffnung 192 abdichtet, wenn sie sich in der geschlossenen Position aus 6 befindet. Die Abdeckung 184 ist in der Längsrichtung des Fahrzeugs 12 zwischen einer nicht zusammengefügten Position (6) und einer zusammengefügten Position beweglich (7). Die Abdeckung 184 ist durch ein oder mehrere elastische Elemente 196, wie etwa Schraubenfedern, in die ausgefahrene, nicht zusammengefügte Position vorgespannt. Die Klappe 194 kann zwei Platten 200 beinhalten, die durch Bewegung der Abdeckung 184 betätigt werden. Die Platten 200 kommen zusammen, um die Öffnung 192 abzudichten, wenn sich die Abdeckung 184 in der ausgefahrenen, nicht zusammengefügten Position befindet und öffnen sich, wenn die Abdeckung 194 durch Arme an dem Verbindungselement 186 zusammengedrückt wird, wenn die äul ere Abdeckung 184 näher an die Basis 182 zusammengedrückt wird.
Die Abdeckung 184 ist dazu konfiguriert, mit dem Kopf 202 der Ladestation in Eingriff zu treten. Der Kopf 202 beinhaltet ein Verbindungselement 204, das dazu konfiguriert ist, mit dem Verbindungselement 186 in Eingriff zu treten, um die Ladestation elektrisch mit dem Fahrzeug zu verbinden. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Verbindungselement 204 Buchsen, z. B. Steckbuchsen 205, welche die Stifte 188 aufnehmen. Die Abdeckung 184 drückt die Federn 196 zusammen, wenn das Fahrzeug in die Ladestation gefahren wird. Dies bewirkt, dass sich die Scharnierklappe 194 öffnet, sodass sich die Verbindungselemente 186 und 204 miteinander verbinden können. Beim Abdocken schliel t sich die Klappe 194, wenn sich die Abdeckung 184 zu der ausgefahrenen Position hin bewegt. Die Klappe 194 kann aus einem elastischen Material gefertigt sein (wie gezeigt) oder sie kann Scharniere und eine Schliel feder (nicht gezeigt) aufweisen.
8 veranschaulicht einen beispielhaften Schaltplan 220 für das Fahrzeug 12, der sowohl den manuellen Ladeanschluss 34 als auch den Andockladeanschluss 50 aufweist. Dieses Beispiel gilt für eine Ausgestaltung mit fünf Stiften. Der Schaltplan 220 ist so ausgestaltet, dass nur einer der Ladeanschlüsse 34 oder 50 gleichzeitig verwendet werden kann. Der Schaltplan 220 kann ein DPDT-Relais (Double Pole Double Throw - DPDT) 222 oder ähnliche Komponenten beinhalten, die durch die EVSE-Steuerung gesteuert werden, um die Hochspannungsladeschaltung entweder mit dem Anschluss 34 oder dem Anschluss 50 zu verbinden. Gleichermal en könnte ein System aus Relais oder ähnlichen Komponenten zwischen den redundanten Magnetkopplerkontakten (306a, b, c, d) und dem EVSE hinzugefügt werden, sodass die EVSE-Steuerung nur den Magnetkopplerkontakten Leistung ermöglichen kann, die physisch mit dem Fahrzeug verbunden sind, wobei sichergestellt wird, dass nicht verwendete Kontakte nicht dazu in der Lage sind, unbeabsichtigten Kontakt mit anderen Objekten herzustellen.
Die 9 und 10 veranschaulichen eine alternative Kopfgestaltung und einen alternativen Fahrzeuganschluss, die redundante Sätze von Klemmen beinhalten, um die Wahrscheinlichkeit eines korrekten Andockens des Fahrzeugs an die Ladestation weiter zu erhöhen. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Verbindungselement 300 der Station eine Vorderfläche 302, auf der die Klemmen und Magnete angeordnet sind. Das Verbindungselement 300 kann Teil einer Kopfbaugruppe sein, die einen oder mehrere wie vorstehend beschriebe Gelenkmechanismen beinhaltet, und die dem Verbindungselement 300 zugeordnete Station kann ebenfalls wie vorstehend beschrieben sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Verbindungselement 300 starr an der Station angebracht sein. Das Verbindungselement 300 kann eine lineare Anordnung von Magneten 304 beinhalten, die sich in der Längsrichtung des Verbindungselement 300 erstreckt. Andere Anordnungen von Magneten können ebenfalls verwendet werden. Das Verbindungselement 300 kann, wie gezeigt, neun Stabmagnete beinhalten oder kann eine andere Anzahl oder eine andere Art, z. B. Scheibe, von Magneten beinhalten. Die Magnete 304 können so angeordnet sein, dass sich die Pole der Magnete in der Längsrichtung abwechseln. Der Stabmagnet kann ein spezieller Stabmagnet sein, bei dem sich die Pole, im Gegensatz zu den Enden wie bei einem typischen Stabmagneten, an den Seiten befinden. Das Verbindungselement 300 beinhaltet vier Sätze von Klemmen 306a, 306b, 306c und 306d, die linear in der Längsrichtung des Verbindungselements angeordnet sind und jeweils unabhängig dazu in der Lage sind, die Station elektrisch zu verbinden. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder Satz von Klemmen 306 fünf Klemmen. Die fünf Klemmen können vom gleichen Typ sein wie die vorstehend beschriebenen fünf Klemmen. In anderen Ausführungsformen kann jeder Satz von Klemmen wie vorstehend beschrieben sieben Klemmen oder eine andere Anordnung beinhalten. Jeder Satz 306 beinhaltet die gleichen fünf Arten von Klemmen, die in dem gleichen Muster angeordnet sind, und die gleichen Klemmen von jedem Satz 306 sind elektrisch miteinander verbunden, d. h. miteinander kurzgeschlossen.
An dem Fahrzeug 12 beinhaltet der Ladeanschluss 50 ein Verbindungselement 310, das eine Fläche 312 mit daran angeordneten Klemmen und Magneten aufweist. Das Verbindungselement 310 ist (in der Längsrichtung) kürzer als das Verbindungselement 300 und beinhaltet weniger Magnete und weniger Sätze von Klemmen. Das Verbindungselement 310 beinhaltet eine Anordnung von Magneten 314, wie etwa die fünf veranschaulichten Stabmagneten, die so angeordnet sind, dass sie mit den Magneten 304 des Verbindungselements 300 zusammenpassen. Die Magnete 314 können die gleichen Magneten wie die Magnete 304 sein und die Beabstandung zwischen diesen Magneten kann übereinstimmen, sodass, wenn das Verbindungselement 310 korrekt an dem Verbindungselement 300 ausgerichtet ist, einige der Magnete 314 einigen der Magneten 304 gegenüberliegen.
Das Verbindungselement 310 kann zwei Sätze von Klemmen 316a und 316b beinhalten. Die Sätze 316 passen zu den Sätzen 306, sodass sie sich elektrisch miteinander verbinden können. Das heil t, die Sätze 316 beinhalten die gleiche Anzahl von Klemmen, die in dem gleichen Muster der Sätze 306 angeordnet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder Satz 316 fünf Klemmen. Die gleichen Klemmen der Sätze 316 sind ebenfalls elektrisch miteinander verbunden, d. h. miteinander kurzgeschlossen. Die Beabstandung zwischen den Sätzen 316 ist gleich der Beabstandung der Sätze 306.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird jeder Satz 306 als mit den Klemmen 1 bis 5 beschrieben und wird jeder Satz 316 als mit den Klemmen 1' bis 5' beschrieben. Eine gültige Verbindung zwischen einem Satz 306 und einem Satz 316 tritt auf, wenn die Klemmen 1 und 1' verbunden werden, die Klemmen 2 und 2' verbunden werden, die Klemmen 3 und 3' verbunden werden, die Klemmen 4 und 4' verbunden werden und die Klemmen 5 und 5' verbunden werden. Eine gültige Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug tritt auf, wenn mindestens ein Satz 306 eine gültige Verbindung mit mindestens einem Satz 316 herstellt.
Wenn die Verbindungselemente 300 und 310 mittig ausgerichtet sind, liegen die Magnete 314 den fünf mittleren Magneten des Verbindungselements 300 gegenüber, ist der Satz 306b mit dem Satz 316a verbunden und ist der Satz 306c mit dem Satz 316b verbunden. (Wie vorstehend erörtert, richten die Magnete und der Gelenkmechanismus die Verbindungen bei Nähe selbsttätig aus) Wenn das Verbindungselement 310 leicht nach links fehlausgerichtet ist, wird der Satz 306a mit dem Satz 316a verbunden und wird der Satz 306b mit dem Satz 316b verbunden. Wenn das Verbindungselement 310 weiter nach links fehlausgerichtet ist, wird der Satz 306a mit dem Satz 316b verbunden. Ähnliches gilt für eine Fehlausrichtung nach rechts. Somit erbringt die veranschaulichte Ausführungsform fünf Ausrichtungspositionen zum Erreichen einer gültigen Verbindung. In Verbindung mit den Gelenkmechanismen erhöhen diese fünf Ausrichtungspositionen das Ausmal zulässiger Fehler für den Fahrer, was das Andocken des Fahrzeugs an die Ladestation erleichtert.
Wie vorstehend erörtert, können die Klemmen Pads, Buchsen, Stifte und dergleichen sein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Klemmen des Verbindungselements 300 Pads, die dazu konfiguriert sind, mit Stiften des Verbindungselements 310 physisch in Eingriff zu treten. Die Klemmenstifte des Verbindungselements 310 können wie vorstehend erörtert federbelastet sein.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. 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 zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt 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 Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verbauung, Gröl e, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, nicht aul erhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäl der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugladesystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Fahrzeugladeanschluss, der einen oder mehrere erste Magneten und eine Vielzahl von ersten Klemmen, die in einer ersten Anordnung angeordnet ist, beinhaltet; und eine Ladestation, die Folgendes beinhaltet: eine Basis; eine Steigvorrichtung, die sich von der Basis nach oben erstreckt, einen Gelenkmechanismus, der einen ersten Abschnitt, der durch die Steigvorrichtung gestützt wird, und einen zweiten Abschnitt, der relativ zu dem ersten Abschnitt beweglich ist, beinhaltet, und das Verbindungselement, das an dem zweiten Abschnitt angebracht ist, sodass das Verbindungselement in Bezug auf die Steigvorrichtung beweglich ist, wobei das Verbindungselement einen oder mehrere zugehörige Magneten und eine Vielzahl von zweiten Klemmen, die in einer zweiten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen mit den zweiten Klemmen verbunden werden können, wenn sie ausgerichtet sind, beinhaltet, wobei die ersten und die zweiten Magneten derart angeordnet sind, dass magnetische Anziehung zwischen den ersten und zweiten Magneten das Verbindungselement über den Gelenkmechanismus bewegt, um die zweiten Klemmen an den ersten Klemmen auszurichten und diese in physischem Kontakt zu koppeln, um die Ladestation mit dem Anschluss elektrisch zu verbinden.
Gemäl einer Ausführungsform der Gelenkmechanismus ein Schieber und ist der erste Abschnitt eines von einem Führungselement und einer Verschiebevorrichtung und ist der zweite Abschnitt das andere von dem Führungselement und der Verschiebevorrichtung.
Gemäl einer Ausführungsform ist das Führungselement im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, was es dem Verbindungselement ermöglicht, sich in Bezug auf den Fahrzeugladeanschluss nach links und rechts zu bewegen, um die ersten und zweiten Klemmen auszurichten.
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeugladegerät ferner einen zweiten Gelenkmechanismus, der zwischen der Steigvorrichtung und der Basis verbunden sowie dazu konfiguriert ist, der Steigvorrichtung ein Verschieben in Bezug auf die Basis zu ermöglichen.
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeugladegerät ferner einen dritten Gelenkmechanismus, der zwischen der Steigvorrichtung und dem Verbindungselement verbunden und dazu konfiguriert ist, dem Verbindungselement Schwenken in Bezug auf die Steigvorrichtung um eine im Wesentlichen vertikale Achse zu ermöglichen.
Gemäl einer Ausführungsform ist der erste Abschnitt eines von einem Stift und einer Halterung und ist der zweite Abschnitt das andere von dem Stift und der Halterung.
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet das Verbindungselement ein Verriegelungsmerkmal, das dazu konfiguriert ist, das Verbindungselement an dem Ladeanschluss zu halten.
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet der Anschluss eine Vielzahl von ersten Magneten und beinhaltet das Verbindungselement eine Vielzahl von zweiten Magneten, wobei eine Menge an ersten Magneten gleich einer Menge an zweiten Magneten ist.
Gemäl einer Ausführungsform sind die ersten Magneten in einer ersten linearen Anordnung angeordnet, wobei die Polarität der ersten Magneten entlang einer Länge der ersten linearen Anordnung wechselt, und sind die zweiten Magneten in einer zweiten linearen Anordnung angeordnet, wobei die Polarität der zweiten Magneten entlang einer Länge der zweiten linearen Anordnung wechselt.
Gemäl einer Ausführungsform ist die Menge an ersten Magneten gleich einer Menge an ersten Klemmen und ist die Menge an zweiten Magneten gleich einer Menge an zweiten Klemmen.
Gemäl einer Ausführungsform sind die ersten Klemmen Kontaktpads und sind die zweiten Klemmen sind Stifte.
Gemäl einer Ausführungsform ist ein Flächenbereich jedes Kontaktpads gröl er als ein Flächenbereich eines distalen Endes eines entsprechenden der Stifte.
Gemäl einer Ausführungsform sind die Stifte verschiebbar in dem Verbindungselement gestützt und sind zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingezogenen Position beweglich, wobei die Stifte zu der ausgefahrenen Position vorgespannt sind.
Gemäl einer Ausführungsform weist das Verbindungselement ferner eine Vielzahl von dritten Klemmen auf, die in einer dritten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen mit den dritten Klemmen verbunden werden können, wobei das Verbindungselement, wenn es sich in einer ersten relativen Ausrichtung befindet, durch elektrisches Verbinden der ersten und der zweiten Klemmen, und, wenn es sich in einer zweiten relativen Ausrichtung befindet, durch elektrisches Verbinden der ersten und der dritten Klemmen, mit dem Anschluss verbunden werden kann.
Gemäl der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugladesystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Fahrzeugladeanschluss einschliel lich eines ersten Verbindungselements, das einen oder mehrere erste Magneten und eine Vielzahl von ersten Klemmen, die in einer ersten Anordnung angeordnet ist, beinhaltet; und eine Ladestation, die Folgendes beinhaltet: eine Stütze, ein zweites Verbindungselement, das an der Stütze durch einen Gelenkmechanismus angebracht ist, der Bewegung des zweiten Verbindungselements in Bezug auf die Stütze erlaubt, wobei das zweite Verbindungselement einen oder mehrere zweiten Magneten und eine Vielzahl von zweiten Klemmen aufweist, die in einer zweiten Anordnung angeordnet sind, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen mit den zweiten Klemmen verbunden werden können, wenn die ersten und die zweiten Verbindungselemente ausgerichtet sind, wobei die ersten und die zweiten Magneten angeordnet sind, um die zweiten Klemmen über den Gelenkmechanismus in Ausrichtung mit den ersten Klemmen zu bewegen, wenn sich das erste und das zweite Verbindungselement in magnetischer Kopplungsreichweite befinden.
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet das zweite Verbindungselement ferner eine Vielzahl von dritten Klemmen, die in einer dritten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die dritten Klemmen mit den ersten Klemmen verbunden werden können, wobei das zweite Verbindungselement, wenn es sich in einer ersten relativen Ausrichtung befindet, durch elektrisches Verbinden der ersten und der zweiten Klemmen, und, wenn es sich in einer zweiten relativen Ausrichtung befindet, durch elektrisches Verbinden der ersten und der dritten Klemmen, mit dem ersten Verbindungselement verbunden werden kann.
Gemäl einer Ausführungsform ist der Gelenkmechanismus ein Schieber.
Gemäl der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Karosserie, die einen Stol fänger und ein Karosserieblech beinhaltet; eine Traktionsbatterie; einen ersten Ladeanschluss, der elektrisch mit der Batterie verbunden und an dem Karosserieblech angeordnet ist, wobei der erste Ladeanschluss dazu konfiguriert ist, einen manuell installierten Ladestecker aufzunehmen; und einen zweiten Ladeanschluss, der elektrisch mit der Batterie verbunden und derart in dem Stol fänger angeordnet ist, dass das Fahrzeug zum Andocken des zweiten Ladeanschlusses an eine Ladestation gefahren werden kann, wobei der zweite Ladeanschluss eine Vielzahl von ersten Klemmen, die angeordnet ist, um sich physisch mit den zweiten Klemmen der Ladestation zu verbinden, und einen oder mehrere Magneten, die dazu konfiguriert sind, mit Magneten der Ladestation zu interagieren, um den zweiten Ladeanschluss magnetisch an die Ladestation zu koppeln, beinhaltet.
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet die Karosserie ferner eine Klappe, die den zweiten Ladeanschluss abdeckt, wobei die Klappe dazu konfiguriert ist, sich als Reaktion darauf automatisch zu öffnen, dass der zweite Ladeanschluss die Ladestation berührt.
Gemäl einer Ausführungsform beinhaltet der zweite Ladeanschluss ferner dritte Klemmen, die zu den ersten Klemmen benachbart sind und in einem gleichen Muster wie die ersten Klemmen angeordnet sind, wobei die dritten Klemmen angeordnet sind, um sich physisch mit den zweiten Klemmen der Ladestation zu verbinden, und wobei der zweite Ladeanschluss durch elektrisches Verbinden der ersten und der zweiten Klemmen, wenn er sich in einer ersten relativen Ausrichtung befindet, und durch elektrisches Verbinden der zweiten und dritten Klemmen, wenn er sich in einer zweiten relativen Ausrichtung befindet, elektrisch mit der Ladestation verbunden werden kann.

Claims

Fahrzeugladesystem, das Folgendes umfasst: einen Fahrzeugladeanschluss, der einen oder mehrere erste Magneten und eine Vielzahl von ersten Klemmen, die in einer ersten Anordnung angeordnet ist, beinhaltet; und eine Ladestation, die Folgendes beinhaltet: eine Basis; eine Steigvorrichtung, die sich von der Basis nach oben erstreckt, einen Gelenkmechanismus, der einen ersten Abschnitt, der durch die Steigvorrichtung gestützt wird, und einen zweiten Abschnitt, der relativ zu dem ersten Abschnitt beweglich ist, beinhaltet, und ein Verbindungselement, das an dem zweiten Abschnitt angebracht ist, sodass das Verbindungselement in Bezug auf die Steigvorrichtung beweglich ist, wobei das Verbindungselement einen oder mehrere zugehörige Magneten und eine Vielzahl von zweiten Klemmen, die in einer zweiten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen mit den zweiten Klemmen verbunden werden können, wenn sie ausgerichtet sind, beinhaltet, wobei die ersten und die zweiten Magneten derart angeordnet sind, dass magnetische Anziehung zwischen den ersten und zweiten Magneten das Verbindungselement über den Gelenkmechanismus bewegt, um die zweiten Klemmen an den ersten Klemmen auszurichten und diese in physischem Kontakt zu koppeln, um die Ladestation mit dem Anschluss elektrisch zu verbinden.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei der Gelenkmechanismus ein Schieber ist und der erste Abschnitt eines von einem Führungselement und einer Verschiebevorrichtung ist und der zweite Abschnitt das andere von dem Führungselement und der Verschiebevorrichtung ist.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 2, wobei das Führungselement im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, was es dem Verbindungselement ermöglicht, sich in Bezug auf den Fahrzeugladeanschluss nach links und rechts zu bewegen, um die ersten und zweiten Klemmen auszurichten.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeugladegerät ferner einen zweiten Gelenkmechanismus beinhaltet, der zwischen der Steigvorrichtung und der Basis verbunden sowie dazu konfiguriert ist, der Steigvorrichtung ein Verschieben in Bezug auf die Basis zu ermöglichen.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 4, wobei das Fahrzeugladegerät ferner einen dritten Gelenkmechanismus beinhaltet, der zwischen der Steigvorrichtung und dem Verbindungselement verbunden und dazu konfiguriert ist, dem Verbindungselement ein Schwenken in Bezug auf die Steigvorrichtung um eine im Wesentlichen vertikale Achse zu ermöglichen.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt eines von einem Stift und einer Halterung ist und der zweite Abschnitt das andere von dem Stift und der Halterung ist.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement ein Verriegelungsmerkmal beinhaltet, das dazu konfiguriert ist, das Verbindungselement an dem Ladeanschluss zu halten.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei der Anschluss eine Vielzahl von ersten Magneten beinhaltet und das Verbindungselement eine Vielzahl von zweiten Magneten beinhaltet, wobei eine Menge an ersten Magneten gleich einer Menge an zweiten Magneten ist.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 8, wobei die ersten Magneten in einer ersten linearen Anordnung angeordnet sind, wobei die Polarität der ersten Magneten entlang einer Länge der ersten linearen Anordnung wechselt, und die zweiten Magneten in einer zweiten linearen Anordnung angeordnet sind, wobei die Polarität der zweiten Magneten entlang einer Länge der zweiten linearen Anordnung wechselt.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 8, wobei die Menge an ersten Magneten gleich einer Menge an ersten Klemmen ist und die Menge an zweiten Magneten gleich einer Menge an zweiten Klemmen ist.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei die ersten Klemmen Kontaktpads und die zweiten Klemmen Stifte sind, wobei ein Flächenbereich jedes Kontaktpads gröl er als ein Flächenbereich eines distalen Endes eines entsprechenden der Stifte ist.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 11, wobei die Stifte verschiebbar in dem Verbindungselement gestützt und zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingezogenen Position beweglich sind, wobei die Stifte zu der ausgefahrenen Position vorgespannt sind.
Fahrzeugladesystem nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement ferner eine Vielzahl von dritten Klemmen aufweist, die in einer dritten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen mit den dritten Klemmen verbunden werden können, wobei das Verbindungselement, wenn es sich in einer ersten relativen Ausrichtung befindet, durch elektrisches Verbinden der ersten und der zweiten Klemmen, und, wenn es sich in einer zweiten relativen Ausrichtung befindet, durch elektrisches Verbinden der ersten und der dritten Klemmen, mit dem Anschluss verbunden werden kann.
Fahrzeugladesystem, das Folgendes umfasst: einen Fahrzeugladeanschluss einschliel lich eines ersten Verbindungselements, das einen oder mehrere erste Magneten und eine Vielzahl von ersten Klemmen, die in einer ersten Anordnung angeordnet ist, beinhaltet; und eine Ladestation, die Folgendes beinhaltet: eine Stütze, und ein zweites Verbindungselement, das an der Stütze durch einen Gelenkmechanismus angebracht ist, der Bewegung des zweiten Verbindungselements in Bezug auf die Stütze erlaubt, wobei das zweite Verbindungselement einen oder mehrere zweiten Magneten und eine Vielzahl von zweiten Klemmen aufweist, die in einer zweiten Anordnung angeordnet ist, die derart mit der ersten Anordnung übereinstimmt, dass die ersten Klemmen mit den zweiten Klemmen verbunden werden können, wenn die ersten und die zweiten Verbindungselemente ausgerichtet sind, wobei die ersten und die zweiten Magneten angeordnet sind, um die zweiten Klemmen über den Gelenkmechanismus in Ausrichtung mit den ersten Klemmen zu bewegen, wenn sich das erste und das zweite Verbindungselement in magnetischer Kopplungsreichweite befinden.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Karosserie, die einen Stol fänger und ein Karosserieblech beinhaltet; eine Traktionsbatterie; einen ersten Ladeanschluss, der elektrisch mit der Batterie verbunden und an dem Karosserieblech angeordnet ist, wobei der erste Ladeanschluss dazu konfiguriert ist, einen manuell installierten Ladestecker aufzunehmen; und einen zweiten Ladeanschluss, der elektrisch mit der Batterie verbunden und derart in dem Stol fänger angeordnet ist, dass das Fahrzeug zum Andocken des zweiten Ladeanschlusses an eine Ladestation gefahren werden kann, wobei der zweite Ladeanschluss eine Vielzahl von ersten Klemmen, die angeordnet ist, um sich physisch mit den zweiten Klemmen der Ladestation zu verbinden, und einen oder mehrere Magneten, die dazu konfiguriert sind, mit Magneten der Ladestation zu interagieren, um den zweiten Ladeanschluss magnetisch an die Ladestation zu koppeln, beinhaltet.