DE102021129644A1

DE102021129644A1 - Ladesteckverbinder, Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Ladesteckverbinders, und Ladestation mit einem Ladesteckverbinder

Info

Publication number: DE102021129644A1
Application number: DE102021129644.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Karzellek; Markus ROSE
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2023-05-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Ladesteckverbinders (100), wobei das Verfahren umfasst: Aktivieren zumindest einer ersten Sensoreinheit (110) nach Eintritt eines Ereignisses; Detektieren zumindest einer ersten Orientierung und/oder zumindest eines ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders (100) durch die zumindest eine erste Sensoreinheit (110) und Generieren zumindest eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit der detektierten zumindest einen ersten Orientierung und/oder in Abhängigkeit des detektierten zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders (100); Übertragen des zumindest einen ersten Sensorsignals an eine Recheneinheit (120) über eine Kommunikationsverbindung; Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen ersten Algorithmus eines maschinellen Lernsystems in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals; Generieren zumindest eines Lageinformationssignals des Ladesteckverbinders (100) in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen zweiten Algorithmus des maschinellen Lernsystems nach zumindest einer Funktion. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Ladestation (300) mit einem Ladesteckverbinder (100).

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektromobilität und betrifft einen Ladesteckverbinder und ein Verfahren zur Bestimmung, vorzugsweise zur Berechnung, der räumlichen Lage eines Ladesteckverbinders. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Ladestation mit einem Ladesteckverbinder.
Zur Laden von Akkumulatoren eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (Elektrofahrzeugs) kommt beispielsweise im öffentlichen Verkehrsraum eine Ladestation mit einer Ladesäule und mit einem entsprechenden Ladesteckverbinder zum Einsatz. Der Ladesteckverbinder in Form eines Ladesteckers ist hierbei über eine elektrische Leitung mit einer Ladesäule verbunden. Die elektrische Leitung dient als Ladekabel zur Übertragung elektrischer Energie für das Elektrofahrzeug sowie ferner auch zur Übertragung von elektrischen Signalen zur Kommunikation zwischen der Ladesäule, dem Ladesteckverbinder und dem Elektrofahrzeug.
Der Ladesteckverbinder kann beispielsweise nach dem Combined Charging System („CCS-System“) spezifiziert sein. Damit ist ein Laden der Akkumulatoren des Elektrofahrzeugs mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom möglich. Bei der Ladebetriebsart 4 (so genannter Mode 4) erfolgt beispielsweise ein Laden mit Gleichstrom (so genanntes DC Laden) an einer ortsfest installierten Ladesäule mit fest angeschlossener elektrischer Leitung für den Ladesteckverbinder.
Die Bedienung von Ladesteckverbindern an Ladestationen geschieht in der Regel unbeaufsichtigt. Somit ist vor allem eine ordnungsgemäße Handhabung des Ladesteckverbinders vor, während und nach dem Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs geboten. Zunehmend wird jedoch beobachtet, dass ein sorgsamer Umgang mit dem Ladesteckverbinder nicht eingehalten wird. Nach Beendigung des Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs wird der Ladesteckverbinder nicht mehr in seine vorgesehene Parklage eingehängt und beispielswiese auf den Boden fallen gelassen. Der Ladesteckverbinder bleibt sodann gegebenenfalls beschädig auf dem Boden liegen und es können beispielsweise Flüssigkeiten und/oder Schmutz in das beschädigte Gehäuse des Ladesteckverbinders eintreten. Dies kann beispielsweise zu einer unerwünschten Alterung des Ladesteckverbinders oder gar zu einem Ausfall des Ladesteckverbinders führen. Zusätzlich kann ein solcher Ladesteckverbinder bei weiterer Verwendung auch Schäden an einem Ladegegensteckverbinder, das heißt an einer Fahrzeugladedose eines Elektrofahrzeugs verursachen und ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Zur Vermeidung entsprechender Schäden an dem Ladesteckverbinder durch unsachgemäße Handhabung kommen zum Beispiel Kamerasysteme und computerimplementierte Verfahren zur elektronischen Bildverarbeitung zum Einsatz, welche allerdings relativ teuer in der Anschaffung als auch während des Betriebs sind, da aufgrund der digitalen Erfassung und Verarbeitung von Bildern und/oder Videos beispielsweise hohe Datenmengen anfallen. Gegebenenfalls muss eine Auswertung solcher Bilder und/oder Videos zusätzlich manuell, das heißt durch entsprechendes Personal erfolgen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. DE 10 2019 111495 A1 ist eine Ladevorrichtung zum Laden einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs bekannt. Die Ladevorrichtung umfasst eine Ladesteuerung, einen Anschlussstecker, eine Erfassungsvorrichtung und ein Überwachungsmodul zum Überwachen eines Ladevorgangs. In dem Steckergehäuse des Anschlusssteckers ist unter anderem ein Beschleunigungssensor vorgesehen, welcher mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Der Beschleunigungssensor ermöglicht die Erfassung einer Bewegung des Anschlusssteckers, wodurch beispielsweise die Detektion einer Fallbewegung des Anschlusssteckers möglich ist.
Ferner ist aus der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 2020/123247 A1 ein Ladestecker, ein Ladesystem und ein Verfahren zum Laden eines Akkumulators eines Elektrofahrzeugs bekannt. Das Elektrofahrzeug ist mit einer elektronischen Recheneinheit und mit einem Sensorsystem zur Erfassung unterschiedlicher physikalischer Größen ausgestattet. Zur Verarbeitung entsprechend erfasster Größen für die Recheneinheit des Elektrofahrzeugs kommen in Bezug auf Datenspeicherung Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens und vor allem neuronaler Netzwerke zum Einsatz. Das Sensorsystem umfasst unterschiedliche Sensoren, wie beispielsweise Radarsensoren, Ultraschallwandler, Sonarsensoren, Ortungssensoren, Trägheitssensoren, Kameras, Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren, Lichtsensoren, Drucksensoren).
Die deutsche Offenlegungsschrift Nr. DE 10 2019 130 663 A1 betrifft eine elektrische Ladestation für ein Elektrofahrzeug und ein System und Verfahren für das Andockmanagement von als Ladeschnittstellen bezeichneten Ladesteckern sowie zum Beheben von Andockfehlern. Die Ladestation umfasst eine Steuerung, welche ausgebildet ist, Andockfehler unter Verwendung eines Ausrichtungssensors zu erfassen. Der Ausrichtungssensor umfasst hierbei ein Gyroskop auf Basis von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), welches dem Ladestecker zugeordnet ist und eine Ausrichtung des Ladesteckers bestimmt. Die Steuerung kann eine Basisausrichtung für den Ladestecker festlegen.
In der chinesischen Patentanmeldung Nr. CN 108656997 A wird ein Ladestecker mit einem Gyroskop beschrieben, um den Fahrer eines Elektrofahrzeugs bei einem Ladevorgang mit einer Anzeige des Winkels zur Ausrichtung des Ladesteckers zu unterstützen.
In der deutschen Offenlegungsschrift Nr. DE 10 2010 043 056 A1 wird ein Verfahren zum Laden eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs beschrieben, wobei das Fahrzeug mindestens einen Beschleunigungssensor und mindestens eine Traktionsbatterie aufweist. Der Ladevorgang der Traktionsbatterie wird durch eine Trenneinrichtung als Teil einer Ladestation unterbrochen, wenn eine von einem Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigung des Fahrzeugs ein Sicherheitsrisiko darstellt.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme zum Laden von Elektrofahrzeugen bekannt, bei welchen unterschiedliche Sensoren zum Einsatz kommen, welche Bewegungsvorgänge des Ladesteckers oder des Elektrofahrzeugs erfassen und entsprechend auswerten, um fehlerhafte oder schädigende Handhabung zu vermeiden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Ladesteckverbinders anzugeben, vor allem nach unsachgemäßer Bedienung des Ladesteckverbinders, welches durch eine umfänglichere Auswertung von Bewegungsdaten im Zuge der Bedienung des Ladesteckverbinders gekennzeichnet ist. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ladesteckverbinder sowie eine Ladestation mit einem solchen Ladesteckverbinder bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 13 und 14 gelöst. Weitere Beispiele und Anwendungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt ein Verfahren zur Bestimmung oder Ortung, vorzugsweise zur Berechnung, der räumlichen Lage eines Ladesteckverbinders, vorzugsweise der Position und der Orientierung des Ladesteckverbinders zu einer Referenzlage, beispielsweise einer Parklage des Ladesteckverbinders an einer Ladesäule einer Ladestation. Mit anderen Worten betrifft das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Berechnung der Pose als Kombination der Position und der Orientierung des Ladesteckverbinders.
Der Ladesteckverbinder ist zur Verbindung, vorzugsweise zur mechanischen und elektrischen Verbindung, mit einer Ladestation, vorzugsweise mit einer Ladesäule, konfiguriert ist, um elektrische Energie und/oder elektrische Signale zu übertragen. Die elektrische Energie wird während eines auf Ladevorgangs von der Ladestation, das heißt der Ladesäule über den Ladesteckverbinder an das Elektrofahrzeug übertragen. Der Ladesteckverbinder weist zumindest eine erste Sensoreinheit auf, die zum Detektieren zumindest eines Bewegungsvorgangs und/oder zumindest einer Orientierung des Ladesteckverbinders konfiguriert ist. Ferner ist vorgesehen, dass der Ladesteckverbinder eine Recheneinheit, vorzugsweise eine elektronische Recheneinheit, aufweist oder zur Verbindung mit einer Recheneinheit, vorzugsweise einer elektronischen Recheneinheit, konfiguriert ist, und die Recheneinheit zum Ausführen zumindest eines ersten Algorithmus konfiguriert ist, und zwischen der zumindest einen Sensoreinheit und der Recheneinheit eine Kommunikationsverbindung ausgebildet ist. Die Kommunikationsverbindung ist vorzugsweise eine Signalverbindung und dient beispielsweise zur Übertragung von Informationen in Form von elektrischen Signalen und/oder elektrischen Impulsen.
Das Verfahren umfasst:

Aktivieren der zumindest einen ersten Sensoreinheit nach Eintritt eines Ereignisses oder nach Erfüllung einer Bedingung, vorzugsweise zumindest nach Verlassen des Ladesteckverbinders einer Parklage und/oder zumindest durch Verändern zumindest eines Parksignals, welches eine Parklage des Ladesteckverbinders umfasst.

Detektieren zumindest einer ersten Orientierung und/oder zumindest eines ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders durch die zumindest eine erste Sensoreinheit, vorzugsweise zumindest bis zum Erreichen einer ersten bewegungsfreien Lage des Ladesteckverbinders, und Generieren zumindest eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit der detektierten zumindest einen ersten Orientierung des Ladesteckverbinders und/oder in Abhängigkeit des detektierten zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders.
Übertragen des zumindest einen ersten Sensorsignals an die Recheneinheit über die Kommunikationsverbindung; Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen ersten Algorithmus eines maschinellen Lernsystems in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals.
Generieren zumindest eines Lageinformationssignals des Ladesteckverbinders in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen zweiten Algorithmus des maschinellen Lernsystems nach zumindest einer Funktion, welche vorzugsweise durch den zumindest einen zweiten Algorithmus generiert wird.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung setzt zur Bestimmung der räumlichen Lage des Ladesteckverbinders vorzugsweise ein maschinelles Lernsystem, das heißt Algorithmen eines maschinellen Lernsystems, ein, um Sensordaten entsprechend zu verarbeiten und daraus eine Lage, das heißt eine Position und/oder eine Orientierung des Ladesteckverbinders zu berechnen.
Ein auf den Boden fallender Ladesteckverbinder beispielsweise, welcher einem Stoßvorgang mit hohen Beschleunigungsbelastungen ausgesetzt ist, kann durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise eindeutig erkannt und ferner in Bezug auf seine Lage nach dem Fallenlassen hinreichend bestimmt werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise nach manueller Entnahme des Ladesteckverbinders aus einer Parklage an einer Ladesäule einer Ladestation ausgeführt werden.
Die Parklage kann eine definierte Lage, das heißt eine definierte Position und eine definierte Orientierung (Ausrichtung) des Ladesteckverbinders an der Ladesäule darstellen. Die zumindest eine erste Orientierung kann beispielsweise eine Seitenlage umfassen. Der zumindest eine erste Bewegungsvorgang kann beispielsweise einen Beschleunigungsvorgang umfassen.
Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals und Generieren des zumindest einen Lageinformationssignals werden vorzugsweise durch die Recheneinheit ausgeführt, vorzugsweise in einer Laufzeitumgebung der Recheneinheit zur Ausführung des zumindest einen ersten Algorithmus und des zumindest einen zweiten Algorithmus. Der zumindest eine zweite Algorithmus kann vorzugsweise ein prädiktiver Algorithmus sein und in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals eine Lage des Ladesteckverbinders mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit berechnen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals umfassen: Klassifizieren des zumindest einen ersten Sensorsignals nach zumindest einer Kategorie, welche einen Zustand des Ladesteckverbinders kennzeichnet oder mit einem Zustand des Ladesteckverbinders in Verbindung steht, und/oder Vergleichen des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise des klassifizierten zumindest einen ersten Sensorsignals, mit zumindest einem ersten Referenzsignal, vorzugsweise mit einer Vielzahl an Referenzsignalen, wobei das zumindest eine erste Referenzsignal ein abgespeichertes Sensorsignal oder ein zu detektierendes, weiteres Sensorsignal ist, und Berechnen zumindest eines ersten Vergleichswerts zum Generieren des zumindest einen Lageinformationssignals.
Es ist möglich, dass Generieren des zumindest einen Lageinformationssignals umfasst: Berechnen des zumindest einen Lageinformationssignals, vorzugsweise einer Orientierung des Ladesteckverbinders und/oder einer Position des Ladesteckverbinders, in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals und vorzugsweise in Abhängigkeit von zumindest einem zweiten Referenzsignal durch zumindest eine Regressionsfunktion, welche vorzugsweise durch den zumindest einen zweiten Algorithmus generiert wird.
Das zumindest eine zweite Referenzsignal kann beispielsweise ein abgespeichertes Lageinformationssignal sein.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Regressionsfunktion zumindest eine von Folgenden umfasst: Lineare Regression, Logistische Regression, Schrittweise Regression, Multivariate adaptive Regressionssplines (MARS), Gewöhnliche oder Ordentliche Regression der kleinsten Quadrate (OLSR), und/oder Lokal geschätzte Streudiagramm-Glättung (LOESS).
Es ist möglich, dass das maschinelle Lernsystem, vorzugsweise der zumindest eine erste Algorithmus und/oder der zumindest eine zweite Algorithmus, zumindest teilweise als speicherbasierter Algorithmus und/oder zumindest teilweise als Regularisierungsalgorithmus ausgebildet ist oder ausgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass Detektieren der zumindest einen ersten Orientierung und/oder des zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs zeitkontinuierlich ausgeführt wird.
Mit anderen Worten kann die zumindest eine erste Sensoreinheit zum zeitkontinuierlichen Detektieren der zumindest einen ersten Orientierung und/oder des zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs ausgebildet sein. Dies ermöglicht beispielsweise eine verbesserte oder genauere Erfassung der Änderung des kinematischen Zustands des Ladesteckverbinders.
Es ist möglich, dass das Verfahren ferner umfasst: Detektieren zumindest eines Ladesteckzustands des Ladesteckverbinders durch zumindest eine zweite Sensoreinheit des Ladesteckverbinders und Generieren zumindest eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit des detektierten zumindest einen Ladesteckzustands; Übertragen des zumindest einen zweiten Sensorsignals an die Recheneinheit über eine Kommunikationsverbindung; und Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals durch den zumindest einen ersten Algorithmus in Abhängigkeit des zumindest einen zweiten Sensorsignals.
Dadurch lässt sich beispielsweise eine weitere Verbesserung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erzielen, wonach vorzugsweise weitere Informationen zum Zustand vor, während oder nach einem Ladevorgang berücksichtigt werden.
Bei einem am Boden liegenden Ladesteckverbinder, welcher beispielsweise nach dem CCS-Standard spezifiziert und ausgebildet ist, bleibt das so genannte PP-Signal und das so genannte CP-Signal an den jeweiligen Signalkontaktelementen aus.
Es ist möglich, dass das Verfahren ferner umfasst: Aktivieren einer Leuchteinheit des Ladesteckverbinders in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise zumindest nach dem Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals, und/oder Generieren zumindest eines Anzeigesignals in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise zumindest nach dem Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals, zur Ausgabe an einer Anzeigeeinheit, vorzugsweise an einer Anzeigeeinheit der Ladestation, und/oder Generieren zumindest eines Akustiksignals in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise zumindest nach dem Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals, zur Ausgabe an einer Lautsprechereinheit, vorzugsweise an einer Lautsprechereinheit der Ladestation.
Dies kann beispielsweise nachts zusätzlichen Komfort in der Handhabung des Ladesteckverbinders bieten.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein: Speichern oder Ablegen des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals in einer Speichereinheit, vorzugsweise in einer Speichereinheit des Ladesteckverbinders, als zumindest ein Referenzsignal durch den zumindest einen ersten Algorithmus oder als zumindest ein Referenzsignal in Abhängigkeit des zumindest einen generierten Lageinformationssignals durch den zumindest einen zweiten Algorithmus.
Dadurch kann das maschinelle Lernsystem beispielsweise weiter verbessert werden, Bewegungsvorgänge und/oder Orientierungen des Ladesteckverbinders zu berechnen. Mit anderen Worten kann dadurch ein Trainieren des maschinellen Lernsystems zur Verbesserung der Ergebnisqualität hinsichtlich der Bestimmung der räumlichen Lage des Ladesteckverbinders erfolgen.
Es ist möglich, dass das Verfahren umfasst: Selektieren des zumindest einen ersten Sensorsignals in Abhängigkeit zumindest eines ersten Referenzsignals durch den zumindest einen ersten Algorithmus. Dadurch können beispielsweise zu verarbeitende Datenmengen deutlich reduziert und/oder im Vorfeld der weiteren Verarbeitung optimiert werden.
Beispielsweise können bei einem detektierten Beschleunigungsvorgang des Ladesteckverbinders Beschleunigungen des Ladesteckverbinders unwesentlicher Größe in entsprechenden Richtungen gefiltert und somit vernachlässigt werden, als eine Beschleunigung wesentlicher Größe in einer bestimmten Richtung, wie dies beispielsweise bei einem Fallenlassen des Ladesteckverbinders auf den Boden stattfindet.
Ferner kann bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein: Bewerten des generierten zumindest einen Lageinformationssignals nach zumindest einem Kriterium, vorzugsweise nach zumindest einem variabel definierbaren Kriterium. Das zumindest eine Kriterium kann beispielsweise durch den zumindest einen zweiten Algorithmus festgelegt, das heißt berechnet werden. Das zumindest eine Kriterium kann vorzugsweise mit einem Wahrscheinlichkeitsparameter versehen werden. Beispielsweise kann dadurch eine Lage, das heißt eine Position und/oder eine Orientierung des Ladesteckverbinders von dem maschinellen Lernsystem, als „unerlaubte“ oder „fehlerhafte“ Lage des Ladesteckverbinders qualifiziert werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine erste Sensorsignal einen ersten Beschleunigungsvorgang des Ladesteckverbinders umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen in einer Richtung (X), besonders bevorzugt in einer Richtung (X) parallel zum Erdschwerefeld, und/oder wobei das zumindest eine erste Sensorsignal zumindest einen von folgenden Orientierungswinkeln des Ladesteckverbinders umfasst: Rollwinkel, Nickwinkel, und/oder Gierwinkel. Die Orientierungswinkel beschreiben vorzugsweise eine Ausrichtung des Ladesteckverbinders im dreidimensionalen Raum, vorzugsweise zu einem ortsfesten kartesischen Inertialkoordinatensystem.
Es ist möglich, dass die zumindest eine erste Sensoreinheit ein Gyroskop, vorzugsweise ein mikroelektromechanisches Gyroskop, zum Detektieren einer Orientierung, vorzugsweise zumindest eines Orientierungswinkels, des Ladesteckverbinders, und/oder zumindest einen Beschleunigungssensor zum Detektieren einer Beschleunigung des Ladesteckverbinders , vorzugsweise in zumindest einer Richtung, und/oder zumindest einen Drehratensensor zum Detektieren einer Rotationsgeschwindigkeit des Ladesteckverbinders, vorzugsweise zum zumindest eine Achse, und/oder einen Kompass zum Detektieren zumindest einer Richtung des Erdmagnetfelds, vorzugsweise einen mikroelektromechanischen Kompass, aufweist.
Die Erfindung betrifft nach einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt einen Ladesteckverbinder zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale zwischen einer Ladestation, vorzugsweise einer Ladesäule, und einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, wobei der Ladesteckverbinder zumindest eine erste Sensoreinheit aufweist, die zum Detektieren zumindest eines Bewegungsvorgangs und/oder zumindest einer Orientierung des Ladesteckverbinders konfiguriert ist, wobei der Ladesteckverbinder eine Recheneinheit, vorzugsweise eine elektronische Recheneinheit, aufweist, die zum Ausführen zumindest eines ersten Algorithmus konfiguriert ist, und zwischen der zumindest einen Sensoreinheit und der Recheneinheit eine Kommunikationsverbindung ausgebildet ist, und die zumindest eine Sensoreinheit und die Recheneinheit konfiguriert sind, ein Verfahren zur Bestimmung, vorzugsweise zur Berechnung, der räumlichen Lage des Lagesteckverbinders wie hierin offenbart auszuführen.
Die Erfindung betrifft nach einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt eine Ladestation zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale an ein elektrisch antreibbares Fahrzeug (Elektrofahrzeug), umfassend eine Ladesäule und einen Ladesteckverbinder wie hierin offenbart, wobei der Ladesteckverbinder über eine elektrische Leitung mit der Ladesäule fest verbunden ist, wobei die Ladesäule zur Ausbildung einer lösbaren Steckverbindung mit dem Ladesteckverbinder in einer Parklage konfiguriert ist und vorzugsweise die Parklage als zumindest ein Referenzsignal in einer Speichereinheit der Ladesäule oder in einer Speichereinheit des Ladesteckverbinders gespeichert oder abgelegt ist, wobei die Speichereinheit mit der Recheneinheit über eine Kommunikationsverbindung verbunden ist.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein auf die Vorrichtung des erfindungsgemäßen Ladesteckverbinders gerichtete und/oder damit in Zusammenhang offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt.
Die zuvor beschriebenen Beispiele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere oder andere Einzelheiten und vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Ladesteckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Ladesäule und einen Ladesteckverbinder, wobei sich der Ladesteckverbinder in einer Parklage an der Ladesäule befindet;
3 eine schematische Darstellung des Beispiels der Ladestation aus 2, wobei sich der Ladesteckverbinder in einer Bodenlage neben der Ladesäule befindet;
4 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Gleiche oder funktional äquivalente Komponenten oder Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zu deren Erläuterung wird teilweise auch auf die Beschreibung anderer Beispiele und/oder Figuren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Die folgende detaillierte Beschreibung der in den Figuren dargestellten Beispiele dient zur näheren Veranschaulichung oder Verdeutlichung und soll den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken.
Bevor ein Beispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird zunächst ein Beispiel des erfindungsgemäßen Ladesteckverbinders, welcher vorzugsweise zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist, zusammen mit einer Ladestation anhand der 1 bis 3 näher dargestellt.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Ladesteckverbinders 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Ladesteckverbinder 100 ist als Ladestecker konfiguriert, elektrische Energie und/oder elektrische Signale zu übertragen. Vorzugsweise ist der Ladesteckverbinder 100 zum Laden von Akkumulatoren elektrisch antreibbarer Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge) konfiguriert und weist ein entsprechendes Steckgesicht mit jeweiligen Kontaktelementen zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale auf (in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Der Ladesteckverbinder 100 kann beispielsweise nach dem sogenannten Combined Charging System- (CCS-) Stecker-System-Standard, welcher mit Typ 1-CCS, Typ2-CCS und Combo-2-Lasdesteckverbindern Gleich- und Wechselstrom-Laden ermöglicht, ausgebildet und/oder spezifiziert sein. Es ist alternativ möglich, dass der Ladesteckverbinder 100 nach einem anderen Standard oder nach einer anderen Norm oder nach einer anderen Spezifikation, beispielsweise nach dem „CHAdeMO-Standard“ oder nach der „ChaoJi stacked-Spezifikation“, ausgebildet und/oder spezifiziert ist.
Der Ladesteckverbinder 100 ist mit einer elektrischen Leitung 102 zur Übertragung der elektrischen Energie und/oder der elektrischen Signale verbunden, vorzugsweise fest verbunden. Die elektrische Leitung 102 ist als Ladekabel vorzugsweise wiederum mit einer Ladesäule 200 einer Ladestation 300 verbunden, was in den 2 und 3 schematisch dargestellt ist.
Der Ladesteckverbinder 100 weist eine erste Sensoreinheit 110 auf. Die erste Sensoreinheit 110 ist im Gehäuse 101 des Ladesteckverbinders 100 vorzugsweise festmontiert, das heißt befestigt. Eine Bewegung der ersten Sensoreinheit 110 innerhalb des Gehäuses 101 oder relativ zum Gehäuse 101 des Ladesteckverbinders 100 kann damit ausgeschlossen werden. Zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, welches nachfolgend anhand eines Beispiels beschrieben wird, ist es vorzugsweise wichtig, dass die erste Sensoreinheit 110 im Gehäuse 101 des Ladesteckverbinders 100 unbeweglich montiert ist, da ansonsten eine Bestimmung der räumlichen Lage des Ladesteckverbinders 100 verfälscht oder zumindest negativ beeinflusst werden kann.
Die erste Sensoreinheit 110 ist zum Detektieren zumindest eines Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders 100 und/oder zumindest einer Orientierung des Ladesteckverbinders 100 konfiguriert. Unter Orientierung des Ladesteckverbinders 100 wird vorzugsweise eine räumliche Orientierung in Form der Ausrichtung des Ladesteckverbinders 100 im dreidimensionalen Raum, beispielsweise zu einem ortsfesten, kartesischen Inertialkoordinatensystem IK mit drei Richtungsachsen x, y und z verstanden. Die Orientierung, das heißt die Ausrichtung des Ladesteckverbinders 100 kann durch die so genannten eulerschen Winkel (Eulerwinkel) beschrieben werden.
In 1 ist in Bezug auf den Ladesteckverbinder 100 ein körpereigenes Koordinatensystem KK mit den drei Achsen 1, 2 und 3 dargestellt. Das körpereigene Koordinatensystem KK ist als kartesisches Koordinatensystem dem Ladesteckverbinder 100 zugeordnet und zur Beschreibung der Orientierung und somit der Ausrichtung des Ladesteckverbinders 100 im dreidimensionalen Raum, vorzugsweise in Bezug auf das Inertialkoordinatensystem IK, geeignet.
Mit Bezug auf die Darstellung in 1 beschreibt der Winkel α als Rollwinkel eine Drehung um die Koordinatenachse 1, der Winkel β als Nickwinkel eine Drehung um die Koordinatenachse 2 und der Winkel γ als Gierwinkel eine Drehung um die Koordinatenachse 3. Die Orientierung des Ladesteckverbinders 100 kann beispielsweise auf das Steckgesicht des Ladesteckverbinders 100 bezogen und angegeben werden. Befindet sich der Ladesteckverbinder 100 am Boden B, ist die Orientierung des Ladesteckverbinders 100 beispielsweise seitlich liegend, was in 3 dargestellt ist.
Unter Bewegungsvorgang des Ladesteckverbinders 100 wird vorzugsweise eine Änderung der Position und/oder der Orientierung des Ladesteckverbinders 100 innerhalb eines bestimmten Zeitraums verstanden. Vorzugsweise wird unter Bewegungsvorgang eine Bewegung des Ladesteckverbinders 100 mit einer Geschwindigkeit mit zumindest einem translatorischen und/oder mit zumindest einem rotatorischen Geschwindigkeitsanteil verstanden. Besonders bevorzugt wird unter Bewegungsvorgang ein Beschleunigungsvorgang des Ladesteckverbinders 100 verstanden.
Unter Position des Ladesteckverbinders 100 wird vorzugsweise ein räumlicher Abstand zu einem Koordinatensystem, beispielsweise zu dem Ursprung des Inertialkoordinatensystems IK verstanden.
Die erste Sensoreinheit 110 weist vorzugsweise ein Gyroskop auf (in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt), welches zum Detektieren der Orientierung des Ladesteckverbinders 100 und/oder einer veränderten Orientierung des Ladesteckverbinders 100 konfiguriert ist. Das Gyroskop ist vorzugsweise als mikroelektromechanisches Gyroskop (so genanntes MEMS-Gyroskop) ausgebildet. Die erste Sensoreinheit 100 weist ferner vorzugsweise zumindest einen Beschleunigungssensor (in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) auf, um einen Beschleunigungsvorgang des Ladesteckverbinders 100 in zumindest einer Richtung X detektieren zu können. Der zumindest einen Beschleunigungssensor ist vorzugsweise als mikroelektromechanischer Beschleunigungssensor ausgebildet.
Die in 1 dargestellte Richtung X kennzeichnet vorzugsweise die Richtung des Erdschwerefelds und somit die Richtung der Gravitationskraft, welche bei einem Fallenlassen des Ladesteckverbinders 100 aus einer bestimmten Höhe zum Boden B, beispielsweise aus einer Höhe von 1,20m, den Ladesteckverbinder 100 zum Boden B hin beschleunigt. Mit anderen Worten erhöht sich bei einem Fallenlassen des Ladesteckverbinders 100 die Geschwindigkeit des Ladesteckverbinders 100 allmählich in Richtung X und zum Boden B hin aufgrund der mehr oder weniger konstant wirkenden Gravitationskraft, bis dass der so beschleunigte Ladesteckverbinder 100 den Boden B kontaktiert. Die Kontaktierung des Bodens B erfolgt sodann abrupt oder stoßartig, einhergehend mit einer kurzzeitigen Zunahme der Beschleunigung in umgekehrter Richtung, das heißt zum Abbremsen des Ladesteckverbinders 100. Derartige Bewegungsvorgänge des Ladesteckverbinders 100, welche zu unsachgemäßer Handhabung des Ladesteckverbinders 100 gehören, können mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung detektiert und ausgewertet werden. Ferner ist es möglich, mit Hilfe eines maschinellen Lernsystems, durch welches das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet ist, eine räumliche Lage, das heißt eine Position und/oder eine Orientierung des Ladesteckverbinders 100 nach einem solchen Bewegungsvorgang mit hinreichender Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, vorzugsweise zu berechnen. Dies wird beispielsweise anhand der Beschreibung des Ablaufdiagramms eines Beispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, welches in 4 gezeigt ist, näher dargestellt. Es ist möglich, dass die erste Sensoreinheit 110 zusätzlich einen Kompass umfasst, welcher zum Detektieren von Richtungen des Erdmagnetfelds konfiguriert ist.
Der Ladesteckverbinder 100 weist ferner eine Recheneinheit 120 auf, welche vorzugsweise als eine elektronische Recheneinheit ausgebildet ist. Die Recheneinheit 120 kann beispielsweise zumindest teilweise nach der Von-Neumann-Architektur konfiguriert sein und zumindest ein Rechenwerk (Zentraleinheit, Prozessor), ein Steuerwerk, ein Bussystem, ein Eingabe-/Ausgabewerk und weitere Komponenten und Elemente umfassen. Das Rechenwerk kann zur Ausführung zumindest eines Algorithmus konfiguriert sein und/oder vorzugsweise mehrere Rechenkerne umfassen. Mit anderen Worten kann die Recheneinheit 120 als Digitalrechner ausgebildet sein. Es ist möglich, dass bestimmte Abschnitte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Recheneinheit 120 zumindest teilweise parallel und/oder gleichzeitig ablaufen oder ausgeführt werden können.
Die Recheneinheit 120 ist mit der ersten Sensoreinheit 110 über eine Kommunikationsverbindung verbunden. Die Kommunikationsverbindung ist vorzugsweise eine drahtgebundene Signalverbindung. Alternativ kann die Kommunikationsverbindung auch eine drahtlose Signalverbindung sein. Die Kommunikationsverbindung dient vorzugsweise zur Übertragung von elektrischen Signalen und/oder elektrischen Impulsen und somit zur Übermittlung von Informationen, vorzugsweise von der ersten Sensoreinheit 110 zu der Recheneinheit 120.
Der Ladesteckverbinder 100 weist ferner eine Speichereinheit 150 auf. Die Speichereinheit 150 kann vorzugsweise als digitale Dauerspeichereinheit ausgebildet sein und dient beispielsweise zum Speichern von Informationen im Zuge der Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Speichereinheit 150 kann ebenso über eine Kommunikationsverbindung wie hierin offenbart mit der Recheneinheit 120 und der ersten Sensoreinheit 110 verbunden sein.
Vorzugsweise können die erste Sensoreinheit 110, die Recheneinheit 120 und die Speichereinheit 130 auf einer Platine angeordnet sein. Die Platine kann zwischen Wandabschnitten des Gehäuses 101 des Ladesteckverbinders 100 und innerhalb des Gehäuses 101 des Ladesteckverbinders 100 beispielsweise mittels zumindest einer Schraubverbindung und/oder mittels zumindest einer Steckverbindung, befestigt sein.
Der Ladesteckverbinder 100 weist ferner eine zweite Sensoreinheit 130 auf, welche in Verbindung mit der Übertragung elektrischer Energie steht und für die Kommunikation zwischen einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug (in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) und der Ladestation 300 sorgt, wenn der Ladesteckverbinder 100 in einen entsprechenden Ladegegensteckverbinder des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs gesteckt ist.
Die zweite Sensoreinheit 130 kann ein erstes Signalkontaktelement aufweisen, welches als so genanntes PP-Signalkontaktelement (so genannter Proximity Pilot) ausgebildet ist. Die zweite Sensoreinheit 130 kann ferner ein zweites Signalkontaktelement aufweisen, welches als sogenanntes CP-Signalkontaktelement (so genannter Control Pilot) ausgebildet ist. Sowohl das erste Signalkontaktelement als auch das zweite Signalkontaktelement der zweiten Sensoreinheit 130 des Ladesteckverbinders 100 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt. Das erste Signalkontaktelement kann beispielsweise detektieren, inwieweit eine Stromfähigkeit der elektrischen Leitung 102 sichergestellt ist und somit wie stark die elektrische Leitung 102 zur Übertragung der elektrischen Energie belastet werden darf. Ferner kann das erste Signalkontaktelement zur Aktivierung oder Deaktivierung einer Wegfahrsperre für das elektrisch antreibbare Fahrzeug dienen. Das zweite Signalkontaktelement kann beispielsweise zur Überwachung der Kommunikationsverbindung zwischen dem elektrisch antreibbaren Fahrzeug und der Ladestation 300 konfiguriert sein. Beispielsweise kann über das zweite Signalkontaktelement dem elektrisch antreibbaren Fahrzeug mitgeteilt werden, welcher Ladestrom maximal zur Verfügung steht.
Der Ladesteckverbinder 100 umfasst ferner eine Leuchteinheit 140, welche in einem aktivierten Zustand zur Beleuchtung des Bereichs vor dem Steckgesicht des Ladesteckverbinders 100 dient. Die Leuchteinheit 140 kann beispielsweise zumindest eine Leuchtdiode (LED) umfassen. Die Leuchtdiode kann beispielsweise in dem Steckabschnitt des Ladesteckverbinders 100 zur Bildung des Steckgesichts angeordnet sein. Die Leuchteinheit 140 kann über die elektrische Leitung 102 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Der Ladesteckverbinder 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst weitere Komponenten und/oder Elemente (beispielsweise Leistungskontaktelemente, PE-Kontaktelement) zur Realisierung der Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale, auf welche hierin im Detail nicht näher eingegangen wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Ladestation 300 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Ladesäule 200 und einem Ladesteckverbinder 100, welche zum Laden von Akkumulatoren elektrisch antreibbarer Fahrzeuge ausgebildet ist.
Der Ladesteckverbinder 100 ist über die elektrische Leitung 102 als Ladekabel mit der Ladesäule 200 fest verbunden. Der Ladesteckverbinder 100 befindet sich an der Ladesäule 200 in einer Parklage P0. Mit anderen Worten bildet der Ladesteckverbinder 100 mit einem entsprechenden Gegensteckverbinder der Ladesäule 200 (in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gekennzeichnet) in der Parklage P0 eine lösbare Steckverbindung aus.
In der Parklage P0 erfährt der Ladesteckverbinder 100 keinen Bewegungsvorgang und ist durch eine bestimmte oder definierte Position und durch eine bestimmte oder definierte Orientierung, das heißt Ausrichtung gekennzeichnet.
Der Ladesteckverbinder 100 kann von Hand, das heißt manuell bedient werden, in dem er aus dem Gegensteckverbinder der Ladesäule 200 gezogen wird, um anschließend in den entsprechenden Ladegegensteckverbinder des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs gesteckt zu werden und eine mechanische Verbindung sowie eine elektrische Verbindung auszubilden.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Beispiels der Ladestation 300 aus 2, wobei sich der Ladesteckverbinder 100 in einer Bodenlage P1, das heißt am Boden B liegend neben der Ladesäule 200 befindet.
Der Ladesteckverbinder 100 wurde beispielsweise nach einem Ladevorgang eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs von dem Ladegegensteckverbinder des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs abgezogen und nicht in die an der Ladesäule 200 vorgesehene Parklage P0 bewegt. Stattdessen wurde der Ladesteckverbinder 100 auf den Boden B fallen gelassen oder am Boden B abgelegt, an welchem er die Bodenlage P1 einnimmt.
Gegenüber der Parklage P0 ist der Ladesteckverbinder 100 durch eine entsprechende Position und Orientierung der Bodenlage P1 gekennzeichnet. Die Bodenlage P1 resultiert durch rotatorische Bewegungsvorgänge und translatorische Bewegungsvorgänge des Ladesteckverbinders 100.
Der Ladesteckverbinder 100 befindet sich mit der Bodenlage P1 nach einem Ladevorgang nicht an der für ihn vorgesehenen Lage. Die Bodenlage P1 stellt für den Ladesteckverbinder 100 somit eine ungünstige Lage hinsichtlich seiner Lebensdauer, Funktionsfähigkeit und/oder hinsichtlich der Gefahr durch Zerstörung, beispielsweise durch ein herannahendes elektrisch antreibbares Fahrzeug, dar.
Mit Hilfe des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beispielsweise ein solcher Zustand des Ladesteckverbinders 100, das heißt eine solche Bodenlage P1 auf Basis von Sensorsignalen, das heißt Sensordaten oder Sensorinformationen, durch Berechnung ermittelt. Hierbei kommen vorzugsweise die oben genannten und beschriebenen Komponenten, das heißt Einheiten 110, 120, 130, 140 und 150 zum Einsatz.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise zumindest teilweise als computerimplementiertes Verfahren ausgebildet sein und/oder ausgeführt werden, und entsprechende Datenmengen, das heißt Informationen verarbeiten, um den Zustand des Ladesteckverbinders 100, das heißt die räumliche Lage, vorzugsweise nach einer fehlerhaften oder missbräuchlichen Handhabung des Ladesteckverbinders 100, optimiert zu ermitteln, das heißt zu berechnen.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kommt vorzugsweise ein maschinelles Lernsystem mit entsprechenden Algorithmen und/oder zumindest Bestandteilen von entsprechenden Algorithmen zur Anwendung. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf der Recheneinheit 120 beispielsweise mit einer Programmiersprache (beispielsweise „python™‟, „MATLAB/SIMULINK^®“, „C++“, etc.) und entsprechenden Programmbibliotheken (beispielsweise „PyTorch“, „Keras“, „TensorFlow“, etc.) mit vorbereiteten Funktionen und/oder Algorithmen implementiert werden oder zur Ausführung in einer bereitgestellten Laufzeitumgebung implementiert sein.
Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise präziser ermittelt werden, ob sich der Ladesteckverbinder 100 in der Parklage P0 und/oder vorzugsweise in einer Bodenlage P1 befindet. Ferner kann durch ein solches Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Ladesteckverbinder 100 eine Stoßbelastung erfahren hat und somit eine geringere Lebensdauer zu erwarten ist oder nicht.
4 zeigt anhand eines Ablaufdiagramms ein Beispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung, vorzugsweise zur Berechnung, der räumlichen Lage eines Ladesteckverbinders 100. Mit anderen Worten betrifft das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ortungsverfahren des Ladesteckverbinders 100, der Bestimmung der Pose des Ladesteckverbinders 100 als Kombination von Position und Orientierung, welches durch ein maschinelles Lernsystem unterstützt wird.
Die Recheneinheit 120 des Ladesteckverbinders 100 ist zur Ausführung zumindest eines ersten Algorithmus konfiguriert und stellt vorzugsweise eine Laufzeitumgebung zum Ausführen des zumindest eines Algorithmus des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bereit.
Das nachfolgend beschriebene Beispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Komponenten des Ladesteckverbinders 100 und/oder der Ladestation 300, welche hierin offenbart sind, realisiert. Auf eine nähere oder detaillierte Beschreibung dieser Komponenten wird daher nachfolgend verzichtet. Die Komponenten sind vorzugsweise über eine Kommunikationsverbindung miteinander verbunden, um Informationen in Form von elektrischen Signalen und/oder elektrischen Impulsen zu übertragen.
Das Verfahren beginnt in Abschnitt S10 mit Aktivieren der ersten Sensoreinheit 110 nach Eintritt oder in Abhängigkeit eines Ereignisses, oder nach Erfüllung einer Bedingung. Ein Ereignis kann beispielsweise das Verlassen des Ladesteckverbinders 100 der Parklage P0 durch entsprechende manuelle Betätigung des Steckverbinders 100 durch einen Benutzer sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Aktivieren der ersten Sensoreinheit 110 durch Verändern zumindest eines Parksignals, welches eine Parklage P0 des Ladesteckverbinders 100 darstellt und somit den Zustand des Ladesteckverbinders 100 in der Parklage P0 beschreibt oder angibt, stattfinden.
Die Parklage P0 ist, wie hierin offenbart, vorzugsweise eine definierte Lage des Ladesteckverbinders 100 an der Ladesäule 200. Die Parklage kann beispielsweise als Referenzsignal, umfassend eine Position und eine Orientierung (Ausrichtung), in einer Speichereinheit 150 gespeichert sein.
Es ist ferner möglich, dass die erste Sensoreinheit 110 nach Verlassen des Ladesteckverbinders 100 eines Ladegegensteckverbinders eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (Elektrofahrzeug) und somit nach Abschluss eines Ladevorgangs des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs aktiviert wird.
In Abschnitt S20 findet ein Detektieren zumindest einer ersten Orientierung und/oder zumindest eines ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders 100 durch die erste Sensoreinheit 110 statt. Mit anderen Worten detektiert die erste Sensoreinheit 110 vorzugsweise Beschleunigungsvorgänge des Ladesteckverbinders 100 und/oder Winkeländerungen α, β, γ zur Beschreibung der Orientierung des Ladesteckverbinders 100. Vorzugsweise detektiert die erste Sensoreinheit 110 einen Beschleunigungsvorgang des Ladesteckverbinders 100 in Richtung X des Erdschwerefeldes und/oder einen Rollwinkel α, einen Nickwinkel β und/oder einen Gierwinkel γ. Vorzugsweise ist die erste Sensoreinheit 110 auch konfiguriert, Veränderungen des Rollwinkels α, des Nickwinkels β und/oder des Gierwinkels γ zu detektieren. Mit anderen Worten können Veränderungen der Orientierung und/oder des Bewegungszustands des Ladesteckverbinders 100 mit der ersten Sensoreinheit 110 erfasst werden. Das Detektieren kann in zeitlicher Hinsicht vorzugsweise solange erfolgen, solange sich der Ladesteckverbinder 100 in einem Bewegungsvorgang oder in einem Bewegungszustand befindet. Das Detektieren der zumindest einen ersten Orientierung und/oder des zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs kann vorzugsweise zeitkontinuierlich ausgeführt werden. Mit anderen Worten ist die erste Sensoreinheit 110 zum zeitkontinuierlichen Detektieren der zumindest einen ersten Orientierung und/oder des zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs ausgebildet.
In Abschnitt S30 erfolgt ein Generieren zumindest eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit der detektierten zumindest einen ersten Orientierung des Ladesteckverbinders 100 und/oder in Abhängigkeit des detektierten zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders 100. Das Generieren des zumindest einen ersten Sensorsignals wird vorzugsweise in der ersten Sensoreinheit 110 ausgeführt.
In Abschnitt S40 wird das zumindest eine erste Sensorsignal von der ersten Sensoreinheit 110 an die Recheneinheit 120 über die Kommunikationsverbindung übertragen. Wie bereits beschrieben, ist die Kommunikationsverbindung vorzugsweise eine drahtgebundene Verbindung zur Übertragung von Informationen in Form von elektrischen Signalen und/oder elektrischen Impulsen. Es ist alternativ möglich, dass die Kommunikationsverbindung als eine drahtlose Verbindung ausgebildet ist.
In Abschnitt S50 erfolgt ein Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen ersten Algorithmus eines maschinellen Lernsystems zumindest in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals. Mit anderen Worten ist der zumindest eine erste Algorithmus ein Analysealgorithmus, zumindest in Bezug auf das zumindest eine erste Sensorsignal.
Das Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals umfasst vorzugsweise ein Klassifizieren des zumindest einen ersten Sensorsignals nach zumindest einer Kategorie. Die zumindest eine Kategorie kann vorzugsweise einen Zustand des Ladesteckverbinders 100 kennzeichnen oder mit einem Zustand des Ladesteckverbinders 100 in Verbindung stehen. Der Zustand kann vorzugsweise ein kinematischer Zustand des Ladesteckverbinders 100 sein. Die zumindest eine Kategorie kann beispielsweise die Art der Veränderung der Lage des Ladesteckverbinders 100 umfassen.
Beispielsweise können zumindest die folgenden Zustände des Ladesteckverbinders 100 in Form entsprechender Sensorsignale durch den zumindest einen ersten Algorithmus klassifiziert werden: der Ladesteckverbinder 100 befindet sich in der Parklage P0, der Ladesteckverbinder 100 befindet sich in einem Bewegungsvorgang, der Ladesteckverbinder 100 bildet eine Steckverbindung mit einem Ladegegensteckverbinder eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (Ladelage) aus, der Ladesteckverbinder 100 befindet sich nicht in einem Bewegungsvorgang, nicht in der Parklage P0 und nicht in der Ladelage, der Ladesteckverbinder 100 hat kurzzeitige oder stoßartige, das heißt kurz andauernde Bewegungsvorgänge in Form von Beschleunigungen erfahren.
Das zumindest eine erste Sensorsignal kann beispielsweise als Stoßvorgang, Steckvorgang oder als sonstiger Ablegevorgang des Ladesteckverbinders 100 klassifiziert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann das Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals durch den zumindest einen ersten Algorithmus ein Vergleichen des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise des klassifizierten zumindest einen ersten Sensorsignals, mit zumindest einem ersten Referenzsignal umfassen. Das zumindest eine erste Referenzsignal kann beispielsweise ein abgespeichertes Sensorsignal der ersten Sensoreinheit 110 und/oder ein noch zu detektierendes, weiteres Sensorsignal der ersten Sensoreinheit 110 sein oder umfassen. Anhand oder nach dem Vergleichen kann ein Berechnen zumindest eines ersten Vergleichswerts erfolgen, vorzugsweise durch den zumindest einen ersten Algorithmus.
In Abschnitt S60 erfolgt schließlich Generieren zumindest eines Lageinformationssignals des Ladesteckverbinders 100 in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen zweiten Algorithmus des maschinellen Lernsystems nach zumindest einer Funktion.
Das zumindest eine Lageinformationssignal umfasst eine berechnete Orientierung und/oder eine berechnete Position des Ladesteckverbinders 100, welche der Ladesteckverbinder 100 aufgrund zumindest eines Bewegungsvorgangs nach Abschluss des zumindest einen Bewegungsvorgangs eingenommen hat.
Das Generieren umfasst beispielsweise ein Berechnen des zumindest einen Lageinformationssignals, vorzugsweise einer Orientierung des Ladesteckverbinders 100 und/oder einer Position des Ladesteckverbinders 100, in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest eine Regressionsfunktion. Die zumindest eine Regressionsfunktion wird durch den zumindest einen zweiten Algorithmus generiert. Die zumindest eine Regressionsfunktion basiert zumindest teilweise auf zumindest einem Referenzsignal, vorzugsweise auf einer Vielzahl von Referenzsignalen.
Die zumindest eine Regressionsfunktion kann vorzugsweise eine Funktion von folgenden umfassen: Lineare Regression, Logistische Regression, Schrittweise Regression, Multivariate adaptive Regressionssplines (MARS), Gewöhnliche oder Ordentliche Regression der kleinsten Quadrate (OLSR), und/oder Lokal geschätzte Streudiagramm-Glättung (LOESS).
Das maschinelle Lernsystem, vorzugsweise der zumindest eine erste Algorithmus und/oder der zumindest eine zweite Algorithmus, kann ferner zumindest teilweise als speicherbasierter Algorithmus ausgebildet sein und zumindest ein Referenzsignal, vorzugsweise eine Vielzahl an Referenzsignalen, auswerten. Das zumindest eine Referenzsignal, vorzugsweise die Vielzahl an Referenzsignalen, kann ein trainiertes Referenzsignal/können trainierte Referenzsignale sein und beispielsweise zumindest eine definierte Lage des Ladesteckverbinders 100 repräsentieren.
Nach dem das zumindest eine Lageinformationssignal generiert wurde, kann in einem Abschnitt S70 beispielsweise ein Aktivieren einer Leuchteinheit 140 des Ladesteckverbinders 100 erfolgen und somit einem Benutzer die Handhabung des Ladesteckverbinders 100 erleichtern.
Ferner kann in dem Abschnitt S70 das Generieren eines Akustiksignals erfolgen, nachdem das zumindest eine Lageinformationssignal von dem maschinellen Lernsystem, vorzugsweise von dem zumindest einen zweiten Algorithmus, als „unerlaubte Lage“ des Ladesteckverbinders 100 bestimmt wurde. Das generierte Akustiksignal kann beispielsweise an einer Lautsprechereinheit, vorzugsweise an einer Ladesäule, als Warnton einem Benutzer ausgegeben werden.
Es ist selbstverständlich möglich, dass bestimmte Abschnitte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest teilweise parallel und/oder gleichzeitig ablaufen oder ausgeführt werden können. Ferner ist es möglich, weitere hierin offenbarte Vorgänge mit den oben genannten Vorgängen m Rahmen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zu kombinieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Vorzugsweise beansprucht die vorliegende Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Koordinatenachse
2: Koordinatenachse
3: Koordinatenachse
100: Ladesteckverbinder
101: Gehäuse
102: elektrische Leitung
110: erste Sensoreinheit
120: Recheneinheit
130: zweite Sensoreinheit
140: Leuchteinheit
150: Speichereinheit
200: Ladesäule
300: Ladestation
B: Boden
IK: Inertialkoordinatensystem
KK: körpereigenes Koordinatensystem
P0: Parklage
P1: Bodenlage
X: Richtung des Erdschwerefelds
x: Koordinatenachse
y: Koordinatenachse
z: Koordinatenachse
α: Rollwinkel
β: Nickwinkel
γ: Gierwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019111495 A1 [0006]
WO 2020/123247 A1 [0007]
DE 102019130663 A1 [0008]
CN 108656997 A [0009]
DE 102010043056 A1 [0010]

Claims

Verfahren zur Bestimmung, vorzugsweise zur Berechnung, der räumlichen Lage eines Ladesteckverbinders (100), wobei der Ladesteckverbinder (100) zur Verbindung, vorzugsweise zur mechanischen und elektrischen Verbindung, mit einer Ladestation (300), vorzugsweise mit einer Ladesäule (200), konfiguriert ist, um elektrische Energie und/oder elektrische Signale zu übertragen, wobei der Ladesteckverbinder (100) zumindest eine erste Sensoreinheit (110) aufweist, die zum Detektieren zumindest eines Bewegungsvorgangs und/oder zumindest einer Orientierung des Ladesteckverbinders (100) konfiguriert ist, wobei der Ladesteckverbinder (100) eine Recheneinheit (120) aufweist oder zur Verbindung mit einer Recheneinheit (120) konfiguriert ist, und die Recheneinheit (120) zum Ausführen zumindest eines ersten Algorithmus konfiguriert ist, und zwischen der zumindest einen Sensoreinheit (110) und der Recheneinheit (120) eine Kommunikationsverbindung ausgebildet ist, wobei das Verfahren umfasst: • Aktivieren der zumindest einen ersten Sensoreinheit (110) nach Eintritt eines Ereignisses, vorzugsweise zumindest nach Verlassen des Ladesteckverbinders (100) einer Parklage (P0) und/oder zumindest durch Verändern zumindest eines Parksignals, welches eine Parklage (P0) des Ladesteckverbinders (100) umfasst; • Detektieren zumindest einer ersten Orientierung und/oder zumindest eines ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders (100) durch die zumindest eine erste Sensoreinheit (110) und Generieren zumindest eines ersten Sensorsignals in Abhängigkeit der detektierten zumindest einen ersten Orientierung und/oder in Abhängigkeit des detektierten zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs des Ladesteckverbinders (100); • Übertragen des zumindest einen ersten Sensorsignals an die Recheneinheit (120) über die Kommunikationsverbindung; • Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen ersten Algorithmus eines maschinellen Lernsystems in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals; • Generieren zumindest eines Lageinformationssignals des Ladesteckverbinders (100) in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest einen zweiten Algorithmus des maschinellen Lernsystems nach zumindest einer Funktion, welche vorzugsweise durch den zumindest einen zweiten Algorithmus generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals umfasst: • Klassifizieren des zumindest einen ersten Sensorsignals nach zumindest einer Kategorie, welche einen Zustand des Ladesteckverbinders (100) kennzeichnet oder mit einem Zustand des Ladesteckverbinders (100) in Verbindung steht, und/oder • Vergleichen des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise des klassifizierten zumindest einen ersten Sensorsignals, mit zumindest einem ersten Referenzsignal, wobei das zumindest eine erste Referenzsignal ein abgespeichertes Sensorsignal oder ein zu detektierendes Sensorsignal ist, und Berechnen zumindest eines ersten Vergleichswerts zum Generieren des zumindest einen Lageinformationssignals.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Generieren des zumindest einen Lageinformationssignals umfasst: • Berechnen des zumindest einen Lageinformationssignals, vorzugsweise einer Orientierung des Ladesteckverbinders (100) und/oder einer Position des Ladesteckverbinders (100), in Abhängigkeit des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals durch zumindest eine Regressionsfunktion, welche vorzugsweise durch den zumindest einen zweiten Algorithmus generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zumindest eine Regressionsfunktion zumindest eine von Folgenden umfasst: • Lineare Regression; • Logistische Regression; • Schrittweise Regression; • Multivariate adaptive Regressionssplines (MARS); • Gewöhnliche oder Ordentliche Regression der kleinsten Quadrate (OLSR), und/oder • Lokal geschätzte Streudiagramm-Glättung (LOESS).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das maschinelle Lernsystem, vorzugsweise der zumindest eine erste Algorithmus und/oder der zumindest eine zweite Algorithmus, zumindest teilweise als speicherbasierter Algorithmus und/oder zumindest teilweise als Regularisierungsalgorithmus ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Detektieren der zumindest einen ersten Orientierung und/oder des zumindest einen ersten Bewegungsvorgangs zeitkontinuierlich ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: • Detektieren zumindest eines Ladesteckzustands des Ladesteckverbinders (100) durch zumindest eine zweite Sensoreinheit (130) des Ladesteckverbinders (100) und Generieren zumindest eines zweiten Sensorsignals in Abhängigkeit des detektierten zumindest einen Ladesteckzustands; • Übertragen des zumindest einen zweiten Sensorsignals an die Recheneinheit (120) über eine Kommunikationsverbindung; und • Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals durch den zumindest einen ersten Algorithmus in Abhängigkeit des zumindest einen zweiten Sensorsignals.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: • Aktivieren einer Leuchteinheit (140) des Ladesteckverbinders (100) in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise zumindest nach dem Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals, und/oder • Generieren zumindest eines Anzeigesignals in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise zumindest nach dem Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals, zur Ausgabe an einer Anzeigeeinheit, vorzugsweise an einer Anzeigeeinheit der Ladestation (300), und/oder • Generieren zumindest eines Akustiksignals in Abhängigkeit des zumindest einen ersten Sensorsignals, vorzugsweise zumindest nach dem Auswerten des zumindest einen ersten Sensorsignals, zur Ausgabe an einer Lautsprechereinheit, vorzugsweise an einer Lautsprechereinheit der Ladestation (300).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: • Speichern des ausgewerteten zumindest einen ersten Sensorsignals in einer Speichereinheit (150), vorzugsweise in einer Speichereinheit (150) des Ladesteckverbinders (100), als zumindest ein Referenzsignal durch den zumindest einen ersten Algorithmus oder als zumindest ein Referenzsignal in Abhängigkeit des zumindest einen generierten Lageinformationssignals durch den zumindest einen zweiten Algorithmus.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: • Selektieren des zumindest einen ersten Sensorsignals in Abhängigkeit zumindest eines ersten Referenzsignals durch den zumindest einen ersten Algorithmus, und/oder • Bewerten des generierten zumindest einen Lageinformationssignals nach zumindest einem Kriterium.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine erste Sensorsignal einen ersten Beschleunigungsvorgang des Ladesteckverbinders (100) umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen in einer Richtung (X), besonders bevorzugt in einer Richtung (X) parallel zum Erdschwerefeld, und/oder wobei das zumindest eine erste Sensorsignal zumindest einen von folgenden Orientierungswinkeln (α, β, γ) des Ladesteckverbinders (100) umfasst: • Rollwinkel (α) • Nickwinkel ((3), und/oder • Gierwinkel (γ).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine erste Sensoreinheit (110) ein Gyroskop, vorzugsweise ein mikroelektromechanisches Gyroskop, zum Detektieren einer Orientierung, vorzugsweise zumindest eines Orientierungswinkels (α, β, γ), des Ladesteckverbinders (100), und/oder zumindest einen Beschleunigungssensor zum Detektieren einer Beschleunigung des Ladesteckverbinders (100), und/oder zumindest einen Drehratensensor zum Detektieren einer Rotationsgeschwindigkeit des Ladesteckverbinders (100), und/oder einen Kompass zum Detektieren zumindest einer Richtung des Erdmagnetfelds, vorzugsweise einen mikroelektromechanischen Kompass, aufweist.
Ladesteckverbinder (100) zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale zwischen einer Ladestation (300), vorzugsweise einer Ladesäule (200), und einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, wobei der Ladesteckverbinder (100) zumindest eine erste Sensoreinheit (110) aufweist, die zum Detektieren zumindest eines Bewegungsvorgangs und/oder zumindest einer Orientierung des Ladesteckverbinders (100) konfiguriert ist, wobei der Ladesteckverbinder (100) eine Recheneinheit (120) aufweist, die zum Ausführen zumindest eines ersten Algorithmus konfiguriert ist, und zwischen der zumindest einen Sensoreinheit (110) und der Recheneinheit (120) eine Kommunikationsverbindung ausgebildet ist, und die zumindest eine Sensoreinheit (110) und die Recheneinheit (120) konfiguriert sind, ein Verfahren zur Bestimmung, vorzugsweise zur Berechnung, der räumlichen Lage des Lagesteckverbinders (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführen.
Ladestation (300) zur Übertragung elektrischer Energie und/oder elektrischer Signale an ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend eine Ladesäule (200) und einen Ladesteckverbinder (100) nach Anspruch 13, wobei der Ladesteckverbinder (100) über eine elektrische Leitung (102) mit der Ladesäule (200) fest verbunden ist, wobei die Ladesäule (200) zur Ausbildung einer lösbaren Steckverbindung mit dem Ladesteckverbinder (100) in einer Parklage (P0) konfiguriert ist und vorzugsweise die Parklage (P0) als zumindest ein Referenzsignal in einer Speichereinheit der Ladesäule (200) oder in einer Speichereinheit (150) des Ladesteckverbinders (100) gespeichert ist, wobei die Speichereinheit (150) mit der Recheneinheit (120) über eine Kommunikationsverbindung verbunden ist.