DE102020201187A1

DE102020201187A1 - Laderoboter zur induktiven Aufladung von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102020201187A1
Application number: DE102020201187.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Derda; Hannes SCHULZ
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-05
Also published as: WO2021151542A1; EP4097821A1; CN114930676A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laderoboter (12; 20; 36) mit einer induktiven Ladeeinrichtung (24) zur Aufladung eines Fahrzeugs (16) mit einer induktiven Ladeschnittstelle (18). Der Laderoboter (12; 20; 36) ist ausgebildet, mindestens ein Fahrzeug (16) zu laden.Dafür ist vorgesehen, dass der Laderoboter (12; 20; 36) einen beweglichen Ausleger (28) umfasst, an dem er die induktive Ladeeinrichtung (24; 26) führt (30).Die Erfindung betrifft ferner ein Ladesystem (10), umfassend einen erfindungsgemäßen Laderoboter (12), wenigstens eine Fahrzeugstellfläche (14) und wenigstens ein Fahrzeug (16) mit einer induktiven Ladeschnittstelle (18), das auf der Fahrzeugstellfläche (14) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laderoboter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Ladesystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Auf dem technischen Gebiet der Fahrzeuge, insbesondere der Elektrofahrzeuge, stellt sich zunehmend die Anforderung nach einer Möglichkeit, mit geringem technischen Aufwand und kundenfreundlich Batterien derartiger Fahrzeuge aufzuladen.
Hierzu sind bereits unterschiedliche Ansätze bekannt. Die DE 10 2010 027 670 A1 offenbart beispielsweise eine Vorrichtung zum Aufladen von Elektrofahrzeugen, die in der Lage ist, einen Anschluss zum Aufladen des Fahrzeugs zu lokalisieren. Sodann kann sensorgeführt der lokalisierte Ladeanschluss des Elektrofahrzeuges an die Ladestation angeschlossen werden.
Des Weiteren beschreibt die EP 0 708 517 A1 eine sich selbst ausrichtende Ladevorrichtung zur Aufladung der Batterie in einem Fahrzeug. Die Ladevorrichtung kann die Batterie insbesondere induktiv aufladen. Die Ladevorrichtung umfasst eine Ausrichtungskinematik, die ortsfest installiert ist.
Aus der AT 513 353 A1 ist schließlich eine autonom bewegliche Service-Vorrichtung bekannt, die sich unter ein Fahrzeug begeben kann, um dessen Batterie induktiv aufzuladen.
Die bekannten Lösungen weisen aber unterschiedliche Nachteile auf. So ist es bei vielen dieser Lösungen erforderlich, dass das aufzuladende Fahrzeug stets ziemlich genau vor der Ladevorrichtung positioniert werden muss. Dies setzt zum einen den Komfort für den Fahrzeugnutzer herab und zum anderen wird durch unvermeidbare Abweichungen einer optimalen Relativlage zwischen Fahrzeug- und Ladevorrichtung die Effizienz des Ladevorgangs, insbesondere bei induktiven Ladevorgängen, negativ beeinflusst.
Bei steckverbindungsbasierten Ladevorrichtungen wiederum ist das Herstellen einer Verbindung mit dem Fahrzeug entsprechend aufwendig.
Lösungen, bei denen die Ladevorrichtung automatisiert relativ zu einem gegebenen Fahrzeug ausgerichtet wird, sind technisch vergleichsweise ineffizient, da stets immer nur ein vor der entsprechenden Vorrichtung geparktes Fahrzeug bedient werden kann oder das Fahrzeug in seiner Bauart kaum variieren darf.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte technische Lösung vorzuschlagen, um die genannten Probleme zu lösen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen und der Beschreibung genannten Merkmalen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Laderoboter mit einer induktiven Ladeeinrichtung zur Aufladung eines Fahrzeugs mit einer induktiven Ladeschnittstelle, der ausgebildet ist, mindestens ein Fahrzeug zu laden. Das Fahrzeug befindet sich während des Ladevorganges vorzugsweise in Ruheposition (Parkposition).
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Laderoboter einen beweglichen Ausleger umfasst, an dem er die induktive Ladeeinrichtung führt.
Der Laderoboter ist mit jedem Fahrzeug kompatibel, das eine aufladbare Batterie, vorzugsweise eine aufladbare Antriebsbatterie, sowie eine mit dieser rückverbundene induktive Schnittstelle umfasst.
Dadurch, dass der Laderoboter in der Lage ist, sich zu den unterschiedlichen abgestellten Fahrzeugen zu bewegen oder zumindest diese aus seiner Position heraus zu erreichen und mit dem beweglichen Ausleger auf unterschiedlichste Bauarten von Fahrzeugen flexibel zu reagieren, ist der Ladevorgang mit dem Laderoboter der Erfindung deutlich effizienter als im Stand der Technik. Auch der Nutzungsgrad des Laderoboters der Erfindung ist signifikant erhöht, so dass er flexibel verschiedenste Fahrzeuge abarbeiten kann.
Neben allen Landfahrzeugen bietet sich der Laderoboter der Erfindung somit insbesondere auch für das Aufladen von schwer manövrierbaren Fahrzeugen, wie Wasser- oder Luftfahrzeuge, und Anhänger und Container an.
Durch Verwendung des beweglichen Auslegers kann es sich bei dem Laderoboter der Erfindung in einer bevorzugten Ausgestaltung um einen stationären Laderoboter handeln, dessen Ausleger dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei nebeneinander oder gegenüberliegende Fahrzeugstellflächen zu erreichen.
Bevorzugt erreicht der Ausleger vier Fahrzeugstellflächen, wobei vorzugsweise jeweils zwei Fahrzeugstellflächen nebeneinander angeordnet sind und somit eine erste Gruppe bilden, der eine zweite Gruppe von wiederum zwei nebeneinander angeordneten Fahrzeugstellflächen gegenüberliegt.
Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses Layout sich mit einem stationären Laderoboter in einem besonders günstigen Aufwand-Nutzen-Verhältnis realisieren lässt. Natürlich können auch mehr als vier Fahrzeugstellflächen durch den stationären Laderoboter bedient werden.
Der Begriff der Fahrzeugstellfläche ist weit auszulegen und betrifft im weitesten Sinne einen zum Abstellen eines Fahrzeuges vorgesehenen Raumbereich. Im Zusammenhang mit Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeugen kann es sich beispielsweise um eine Parkbucht handeln.
Bevorzugt erreicht der stationäre Laderoboter mit seinem Ausleger wenigstens 10 % der Fläche der Fahrzeugstellfläche. Weiterhin bevorzugt erreicht er wenigstens 20 %, besonders bevorzugt mindestens 30 %, insbesondere mindestens 40 % und ganz besonders bevorzugt wenigstens 50 % der Fläche der Fahrzeugstellfläche. Dadurch sind großzügige Toleranzen für die Position und Orientierung, in dem das Fahrzeug abgestellt wird, zulässig. Mit anderen Worten kann der Laderoboter die Ladeschnittstelle in weiten Bereichen der Fahrzeugstellfläche gut erreichen.
Die beschriebene Charakterisierung der Fahrzeugstellfläche gilt auch für die folgende alternative bevorzugte Ausgestaltung des Laderoboters der Erfindung.
In dieser ist vorgesehen, dass es sich um einen mobilen Laderoboter handelt, der unterschiedliche Fahrzeugstellflächen anfahren kann.
Die Flexibilität des Laderoboters wird dadurch signifikant erhöht, ohne dass die mechanische und elektronische Konstruktion des Laderoboters allzu stark in ihrer Komplexität steigt.
In bevorzugter Ausgestaltung des Laderoboters der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ausleger derart ausgebildet ist, dass der Laderoboter ihn unter ein Fahrzeug variabler Bauhöhe führen kann.
Bei einem mobilen Laderoboter genügt hierfür beispielsweise schon ein einziger Freiheitsgrad für den Ausleger. Über diesen kann der Ausleger beispielsweise heruntergeklappt werden und dann von dem mobilen Laderoboter unter oder an das abgestellte Fahrzeug gefahren werden, je nachdem wo sich dessen Ladeschnittstelle befindet.
Bei einem stationären Laderoboter genügen bereits zwei Freiheitsgrade für den Ausleger, beispielsweise in Form einer möglichen Drehbewegung des Roboters um seine vertikale Achse und einer Ausfahrbewegung des Auslegers, oder beispielsweise wenigstens drei Freiheitsgrade im Falle einer zweigliedrigen horizontal ausschwenkbaren Kinematik des Auslegers in Verbindung mit einer Drehbewegung des Roboters um seine vertikale Achse.
Bevorzugt ist der Ausleger zudem stets in einem weiteren Freiheitsgrad höhenverstellbar. Mit anderen Worten sollte der Ausleger beispielsweise so konstruiert sein, dass er unterschiedliche Unterböden von Fahrzeugen gut erreichen kann, indem hierfür ein eigener Freiheitsgrad vorgesehen ist. Zudem ist darauf zu achten, dass es beim Justieren der Höhe nicht zum Verkippen der induktiven Ladeeinrichtung gegenüber der Ladeschnittstelle kommt, da diese den induktiven Ladevorgang negativ beeinflusst.
Natürlich muss die Ladeschnittstelle nicht immer unter dem Fahrzeug angeordnet sein. So ist es auch möglich, dass beispielsweise ein Ladepad des Laderoboters von vorne an das Fahrzeug herangefahren wird und die Ladeschnittstelle im Bereich einer Stoßstange vorgesehen ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Laderoboters der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laderoboter eine Ladeposition für die induktive Ladeeinrichtung ermittelt und einregelt, unter Durchführung einer Messung in Bezug auf eine induktive Ladeschnittstelle eines Fahrzeugs, ausgewählt aus folgender Gruppe: Magnetfeldmessung, Magnetvektormessung, Impedanzmessung.
Als Ladeposition wird dabei stets eine optimale Relativlage und ein minimaler Abstand zwischen der induktiven Ladeeinrichtung des Laderoboters und der entsprechenden induktiven Ladeschnittstelle des Fahrzeugs angestrebt.
Wird für die Aufladung beispielsweise ein Ladepad des Laderoboters unter das Fahrzeug geschoben, so kann der Laderoboter das Ladepad mit einem schwachen Messstrom beaufschlagen und ein sich an der Ladeschnittstelle einstellendes Gegenmagnetfeld messtechnisch erfassen. Auf Basis der Charakteristik des Gegenmagnetfeldes kann der Laderoboter so die Ladeposition ermitteln und das Ladepad entsprechend positionieren.
Auf diese Weise wird die Anforderung an die Genauigkeit bei der Fahrzeugabstellung signifikant herabgesetzt, wobei trotzdem sichergestellt ist, dass der Ladevorgang optimal stattfinden kann. Eine aufwendige technische Ausstattung des aufzuladenden Fahrzeugs ist hierfür nicht erforderlich.
Gegebenenfalls können weitere Vorkehrungen zur Ermöglichung einer Kommunikation zwischen dem Laderoboter und dem Fahrzeug vorgesehen sein, um beispielsweise die Bereitschaft zum Aufladen des Fahrzeugs und dessen Ladezustand und Ladeanforderungen auszutauschen.
Besonders bevorzugt im Falle eines mobilen Laderoboters kann dieser mit entsprechender Navigationstechnik ausgestattet sein, beispielsweise kamerabasiert, sowie im Falle eines stationären oder mobilen Laderoboters mit entsprechender Umfeldsensorik, Antriebsmotoren und dergleichen.
Die induktive Ladeeinrichtung kann gegebenenfalls auch modular am Laderoboter wechselbar sein.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Laderoboters der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laderoboter einen Ladeenergiespeicher umfasst.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Laderoboters der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laderoboter über eine flexible Leitung mit einer Ladeenergiequelle verbindbar ist.
Insbesondere für einen mobilen Laderoboter stellt der eigene Ladeenergiespeicher die bevorzugte Variante dar. Grundsätzlich kommt aber sowohl für den stationären als auch für den mobilen Laderoboter auch die flexible Leitung in Betracht.
Ist der Ladeenergiespeicher des mobilen Laderoboters mit einer ausreichenden Kapazität ausgestattet, so kann der Laderoboter sogar weitgehend ortsunabhängig agieren und beispielsweise auch im freien Straßenraum abgestellte Fahrzeuge aufladen.
Es ist grundsätzlich bei allen Varianten des Laderoboters möglich, den Ladeenergiespeicher als Pufferakkumulator zu verwenden, so dass die Ladeleistung am Fahrzeug sogar höher sein kann als die Leistung am Netzanschluss beziehungsweise die Leistung einer Ladeenergiequelle.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Ladesystem, umfassend einen erfindungsgemäßen Laderoboter gemäß der vorhergehenden Beschreibung sowie wenigstens eine Fahrzeugstellfläche und wenigstens ein Fahrzeug mit einer induktiven Ladeschnittstelle, das auf der Fahrzeugstellfläche angeordnet ist.
In bevorzugter Ausgestaltung des Ladesystems der Erfindung umfasst dieses eine Mehrzahl von Fahrzeugstellflächen und auf diesen abgestellte Fahrzeuge. Es ist dabei vorgesehen, dass der Laderoboter ein mobiler Laderoboter ist, der die Fahrzeuge anzufahren und aufzuladen vermag.
Diese Variante des Ladesystems ist besonders flexibel.
In dazu alternativer Ausgestaltung des Ladesystems der Erfindung ist vorgesehen, dass dieses eine Mehrzahl von Fahrzeugstellflächen und auf diesen abgestellte Fahrzeuge umfasst. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass der Laderoboter ein stationärer Laderoboter ist, der die Fahrzeuge aus seiner Position heraus aufzuladen vermag.
In dieser Variante vermag das Ladesystem der Erfindung auf engem Raum und mit möglichst wenig technischem Mitteleinsatz eine Vielzahl von Fahrzeugen zu versorgen.
Sofern genug Freiraum vorhanden ist, so dass ein mobiler Laderoboter zwischen den Fahrzeugen navigieren kann, können die beiden Varianten des Ladesystems auch miteinander kombiniert werden.
Nochmals mit anderen Worten zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung einen Laderoboter, der ein induktives Ladepad an einem flexiblen Ausleger führt. Das Ladepad kann dabei so flexibel geführt werden, dass eine Mehrzahl von dabei nicht bewegten Fahrzeugen dabei aufgeladen werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Ladesystem in einer ersten Ausführungsform und
2 ein erfindungsgemäßes Ladesystem in einer zweiten Ausführungsform.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ladesystem 10 mit einem erfindungsgemäßen Laderoboter 12. 1 zeigt den Laderoboter 12 im Bereich einer Fahrzeugstellfläche 14, auf der ein Fahrzeug 16 abgestellt ist.
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Fahrzeug 16 um einen Personenkraftwagen. Bei der Fahrzeugstellfläche 14 handelt es sich exemplarisch um einen Parkhafen.
Das Fahrzeug 16 ist ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, das über eine induktive Ladeschnittstelle 18 aufgeladen werden kann.
In dem in 1 gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Laderoboter 12 um einen mobilen Laderoboter 20. In dem gezeigten Beispiel kann der mobile Laderoboter 20 sich angetrieben über Räder 22 zu unterschiedlichen Fahrzeugen 16 bewegen, um diese nacheinander aufzuladen. Hierfür ist er mit einer induktiven Ladeeinrichtung 24 ausgestattet. Die induktive Ladeeinrichtung 24 umfasst ein Ladepad 26, welches über einen beweglichen Ausleger 28 in einer Ausklappbewegung 30 geführt werden kann.
Zur Versorgung des Ladepads 26 mit elektrischer Energie umfasst die Ladeeinrichtung 24 eine entsprechende Leistungselektronik 32.
Der mobile Laderoboter 20 kann den Ausleger 28 über die Ausklappbewegung 30 horizontal ausrichten und das Ladepad 26 unter das Fahrzeug 16 in den Bereich der Ladeschnittstelle 18 führen.
Zum Ermitteln einer optimalen Ladeposition 34 des Ladepads 26 relativ zur Ladeschnittstelle 18 kann der mobile Laderoboter 20 eine Magnetfeldmessung auf Basis des von dem Ladepad 26 erzeugten Magnetfeldes und des von der Ladeschnittstelle 18 erzeugten Gegenmagnetfeldes durchführen.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ladesystem 10 in einer alternativen Ausführungsform, in der das Ladesystem 10 ebenfalls eine Mehrzahl von Fahrzeugstellflächen 14 umfasst, auf denen Fahrzeuge 16 abgestellt sind. Von den Fahrzeugen 16 ist lediglich eines exemplarisch oben rechts dargestellt.
Abweichend von der in 1 gezeigten Variante des Ladesystems 10 ist der Laderoboter 12 in 2 ein stationärer Laderoboter 36. Dieser ist dazu ausgelegt, die Fahrzeuge 16 aus seiner festen Position 38 heraus aufzuladen.
Auch der stationäre Laderoboter 36 umfasst einen beweglichen Ausleger 28, über den er eine induktive Ladeeinrichtung 24 führt. Der Ausleger 28 ist hier dazu ausgebildet, induktive Ladeschnittstellen 18 der unterschiedlichen Fahrzeuge 16 zu erreichen, ohne dass der stationäre Laderoboter 36 seine Position 38 dafür verlassen muss.
Die Gewährleistung der richtigen Ladeposition 34 erfolgt dabei entsprechend wie in 1 beschrieben. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass der stationäre Laderoboter 36 das Ladepad 26 nicht positioniert, indem er seine eigene Position 38 ändert. Vielmehr ist hier der Ausleger 28 entsprechend gestaltet, so dass er eine bestimmte Anzahl und Anordnung von Fahrzeugstellflächen 14, die versorgt werden sollen, erreichen kann. Zusätzlich kann der stationäre Laderoboter 36 sich bevorzugt um seine vertikale Achse 40 drehen.
Zur Bereitstellung der Ladeenergie kann der Laderoboter 12 sowohl in 1 als auch in 2 einen Ladeenergiespeicher 42 umfassen oder auch über eine flexible Leitung 44 mit einer Ladeenergiequelle 46 verbunden sein.
Bezugszeichenliste

10: Ladesystem
12: Laderoboter
14: Fahrzeugstellfläche
16: Fahrzeug
18: induktive Ladeschnittstelle
20: mobiler Laderoboter
22: Rad
24: induktive Ladeeinrichtung
26: Ladepad
28: Ausleger
30: Ausklappbewegung
32: Leistungselektronik
34: Ladeposition
36: stationärer Laderoboter
38: Position
40: vertikale Achse
42: Ladeenergiespeicher
44: flexible Leitung
46: Ladeenergiequelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010027670 A1 [0003]
EP 0708517 A1 [0004]
AT 513353 A1 [0005]

Claims

Laderoboter (12; 20; 36) mit einer induktiven Ladeeinrichtung (24; 26) zur Aufladung eines Fahrzeugs (16) mit einer induktiven Ladeschnittstelle (18), der ausgebildet ist, mindestens ein Fahrzeug (16) zu laden, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (12; 20; 36) einen beweglichen Ausleger (28) umfasst, an dem er die induktive Ladeeinrichtung (24; 26) führt (30).
Laderoboter (12; 36) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen stationären Laderoboter (36) handelt und dass der Ausleger (28) dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei nebeneinander oder gegenüberliegende Fahrzeugstellflächen (14) zu erreichen.
Laderoboter (12; 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen mobilen Laderoboter (20) handelt, der unterschiedliche Fahrzeugstellflächen (14) anfahren kann.
Laderoboter (12; 20; 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (28) derart ausgebildet ist, dass der Laderoboter (12; 20; 36) ihn unter ein Fahrzeug (16) variabler Bauhöhe führen kann.
Laderoboter (12; 20; 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (12; 20; 36) eine Ladeposition (34) für die induktive Ladeeinrichtung (24) ermittelt und einregelt, unter Durchführung einer Messung in Bezug auf eine induktive Ladeschnittstelle (18) eines Fahrzeugs (16), ausgewählt aus folgender Gruppe: Magnetfeldmessung, Magnetvektormessung, Impedanzmessung.
Laderoboter (12; 20; 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (12; 20; 36) einen Ladeenergiespeicher (42) umfasst.
Laderoboter (12; 20; 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (12; 20; 36) über eine flexible Leitung (44) mit einer Ladeenergiequelle (46) verbindbar ist.
Ladesystem (10), umfassend einen Laderoboter (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenigstens eine Fahrzeugstellfläche (14) und wenigstens ein Fahrzeug (16) mit einer induktiven Ladeschnittstelle (18), das auf der Fahrzeugstellfläche (14) angeordnet ist.
Ladesystem (10) nach Anspruch 8, umfassend eine Mehrzahl von Fahrzeugstellflächen (14) und auf diesen abgestellte Fahrzeuge (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (12) ein mobiler Laderoboter (20) ist, der die Fahrzeuge (16) anzufahren und aufzuladen vermag.
Ladesystem (10) nach Anspruch 8, umfassend eine Mehrzahl von Fahrzeugstellflächen (14) und auf diesen abgestellte Fahrzeuge (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Laderoboter (12) ein stationärer Laderoboter (36) ist, der die Fahrzeuge (16) aus seiner Position (38) heraus aufzuladen vermag.