DE102021131441A1

DE102021131441A1 - Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102021131441A1
Application number: DE102021131441.0A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023099467A1

Abstract

Eine Ladevorrichtung für in einer Ladezone (2) abgestellte Elektrofahrzeuge (1), soll so weitergebildet werden, dass eine sichere, verschleiß- und verlustfreie Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Elektrofahrzeug herstellt werden kann, bei der auch keine Schäden entstehen, wenn vergessen werden sollte, das Ladekabel vor dem Anfahrvorgang vom Elektrofahrzeug zu trennen. Dazu wird vorgeschlagen, dass ein oberhalb des Elektrofahrzeugs (1) in der Ladezone (2) angeordnetes Ladekabel vorgesehen ist, welches an seinem freien Ende eine Kontaktvorrichtung (4) aufweist, dass die Kontaktvorrichtung (4) auf das in der Ladezone (2) abgestellte Elektrofahrzeug (1) absenkbar ist, dass am Elektrofahrzeug (1) eine auf die Kontaktvorrichtung (4) weisende Gegenkontaktvorrichtung (6), welche eine Zentriervorrichtung aufweist vorgesehen ist, und dass beim Absenkvorgang die Kontaktvorrichtung (4) zentriert auf der Gegenkontaktvorrichtung (6) aufsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für in Ladezonen abgestellte Elektrofahrzeuge.
Verstärkt kommen bei Post und/oder Paketlieferdiensten, im Handel der Logistik usw. auch Elektrofahrzeuge zum Einsatz. Diese werden bisher auf beim Paket- bzw. Postlieferanten vorgesehene Ladezonen, wie Parkflächen, Parkboxen oder dergleichen abgestellt und händisch mit einem Ladekabel verbunden. Über Nacht werden die Elektrofahrzeuge aufgeladen und stehen am nächsten Morgen aufgeladen wieder zur Verfügung.
In der Vergangenheit ist es wiederholt vorgekommen, dass der Fahrer des Elektrofahrzeuges vergessen hat, das Ladekabel an das Elektrofahrzeug anzuschließen, so dass das Fahrzeug am Morgen nicht aufgeladen war. Andere Fahrer haben zwar das Fahrzeug geladen, setzen sich jedoch morgens in das Fahrzeug und fahren los und haben dabei vergessen, dass Ladekabel abzunehmen, so dass dieses abgerissen wird und dadurch großer Schaden entsteht.
In nasser Umgebung kann es ungewollt zu Fehlströmen kommen, die bei händischer Bedienung des Ladekabels zu Verletzungen der Bedienperson führen können.
Im Laufe der Nutzung von bekannten Ladekabeln kommt es zudem durch Reibung auf dem Boden zu Schäden und Abnutzungen von Kabeln und Steckern.
Um derartige Elektrofahrzeuge einfacher laden zu können, ist bereits vorgeschlagen worden, eine induktive Ladung vorzunehmen. Dabei wird das Fahrzeug in die Ladezone gefahren, so dass das Hinterteil z.B. an einer Laderampe steht, um be- bzw. entladen werden zu können. Gleichzeitig steht es jedoch auch über einer kostenaufwändig zu erstellenden Ladeschleife, so dass das Elektrofahrzeug induktiv geladen werden kann. Unter Laborbedingungen entstehenden bei derartigen induktiven Ladevorgängen Verluste von ca. 4%. Im Alltag steigen diese Verluste jedoch durch unterschiedliche Beladung der Elektrofahrzeuge, unterschiedliche Reifendrücke und damit unterschiedliche Abstände des Fahrzeugs zur Ladeschleife, sowie durch Verschmutzung des Unterbodens der Elektrofahrzeuge auf bis zu 20%.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge vorzugsweise für Flottenverbände von Zu- und Auslieferern vorzuschlagen, die sichere, verschleiß- und verlustfreie Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Elektrofahrzeug herstellt, bei dem auch keine Schäden entstehen, wenn vergessen werden sollte, das Ladekabel vor dem Anfahrvorgang vom Elektrofahrzeug zu trennen.
Die Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein oberhalb des Elektrofahrzeugs in der Ladezone angeordnetes, hängendes Ladekabel vorgesehen ist, welches an seinem freien Ende eine Kontaktvorrichtung aufweist, dass die Kontaktvorrichtung auf das in der Ladezone abgestellte Elektrofahrzeug absenkbar ist, dass am Elektrofahrzeug eine auf die Kontaktvorrichtung weisende Gegenkontaktvorrichtung, welche eine Zentriereinheit aufweist, vorgesehen ist und dass beim Absenkvorgang die Kontaktvorrichtung zentriert auf der Gegenkontaktvorrichtung absetzbar ist.
Die Kontaktvorrichtung ist dabei z.B. mittig unter der Decke oder an einer entsprechenden Haltekonstruktion, die auch freistehend installiert werden kann in der Ladezone in einem bestimmten horizontalen Abstand zur Ladekante der Ladezone angeordnet. Die Gegenkontaktvorrichtung ist z.B. mittig auf dem Dach des Elektrofahrzeuges in einem Abstand zum Fahrzeugheck, der in etwa dem horizontalen Abstand Ladekante zur Kontaktvorrichtung entspricht angeordnet. Durch das mittige Platzieren des Elektrofahrzeugs in der Ladezone und das Heranfahren des Elektrofahrzeuges bis an die Ladekante der Laderampe wird erreicht, dass sich die Kontaktvorrichtung und die Gegenkontaktvorrichtung gegenüberstehen, so dass bei einem Absenken der Kontaktvorrichtung nur noch geringe Platzunterschiede zwischen Kontaktvorrichtung und Gegenkontaktvorrichtung vorliegen, die dann durch die Zentriervorrichtung ausgeglichen werden. Damit lässt sich vorteilhaft die elektrische Verbindung zwischen Kontaktvorrichtung und Gegenkontaktvorrichtung automatisch z.B. zeitverzögert nach Abstellung des Elektrofahrzeuges herstellen. Das Zustandekommen einer korrekten, fehlerfreien Verbindung zwischen Kontaktvorrichtung und Gegenkontaktvorrichtung kann z.B. an die Stromquelle per Signal übermittelt werden, die ggf. erst nach Empfang dieses Signales mit der Planung des Ladevorganges beginnt. Das Aufladen des Elektrofahrzeuges kann somit nicht vergessen werden.
Ebenso automatisch kann nach Beendigung des Ladevorgangs die Kontaktvorrichtung wieder nach oben gezogen werden, so dass beim morgendlichen Herausfahren aus der Ladezone die Ladeverbindung regelmäßig schon getrennt ist. Selbst wenn noch keine Trennung stattgefunden haben sollte, wenn das Elektrofahrzeug aus der Ladezone gefahren wird hängt die Kontaktvorrichtung über dem Elektrofahrzeug. Eine Arretierung zwischen Kontaktvorrichtung und Gegenkontaktvorrichtung findet nicht statt, so dass eine Trennung ohne Schaden erfolgen kann. Selbstverständlich kann auch eine Vorrichtung vorgesehen werden, die eine Bewegung des Elektrofahrzeuges erkennt und die Kontaktvorrichtung automatisch von der Gegenkontaktvorrichtung trennt.
Nachahmenswert ist, dass als Zentriervorrichtung die Gegenkontaktvorrichtung mittig einen Zentrierkegel und oder eine kegelförmige Zentrieröffnung aufweist, die mit der Zentrieröffnung bzw. dem Zentrierkegel der Kontaktvorrichtung zusammenzuarbeiten vermag, dass die Kontaktvorrichtung und die Gegenkontaktvorrichtung planparallele Flächen aufweisen, dass auf mindestens der planparallelen Fläche der Gegenkontaktvorrichtung mindestens zwei Kontaktringe und auf der planparallelen Fläche der Kontaktvorrichtung mindestens zwei den Kontaktringen gegenüberliegende Kontakte vorgesehen sind, wobei die Kontakte der Kontaktvorrichtung mit den Kontaktringen der Gegenkontaktvorrichtung im Zustand des aufeinander Absetzens der Kontakt/Gegenkontaktvorrichtung miteinander in elektrischer Kontaktverbindung stehen.
Der in die Zentrieröffnung passende Zentrierkegel bewirkt, dass beim Zusammenfahren der Kontaktvorrichtung und der Gegenkontaktvorrichtung die Kontakte der Kontaktvorrichtung exakt über die Kontaktringe der Gegenkontaktvorrichtung platziert werden. Selbstverständlich kann anstelle einer mechanischen Zentriervorrichtung auch eine elektronische Zentriervorrichtung vorgesehen sein. Durch die Zentriervorrichtung kann ein optimaler elektrischer Kontakt hergestellt werden.
Zweckmäßig ist, dass mindestens je einer der mindestens zwei Kontakte der Kontaktvorrichtung federbeaufschlagt jeweils gegen einen der mindestens zwei der Kontaktringe der Gegenkontaktvorrichtung pressbar ist.
Durch die Federbeaufschlagung der Kontakte können einerseits geringfügige Höhenunterschiede ausgeglichen werden, andererseits wird der elektrische Kontakt mit bestimmter Kraft hergestellt, so dass das Elektrofahrzeug sicher geladen werden kann. Die Güte des Kontaktes kann ggf. gemessen und protokolliert werden. Bei zu großem Überganswiderstand kann z.B. ein Warnsignal abgegeben werden.
Es hat sich bewährt, dass die Kontaktvorrichtung durch Eigengewicht und/oder Magnetkraft mit der Gegenkontaktvorrichtung elektrisch verbindbar ist.
Durch Eigengewicht und/oder Magnetkraft werden die beiderseitigen planparallelen Flächen aufeinander zubewegt und nach entsprechender Zentrierung in bestimmter Position zueinander gehalten, so dass ein optimales Laden des Elektrofahrzeugs möglich ist.
Es empfiehlt sich, dass mindestens einer der Kontaktringe zur Übertragung von Steuersignalen dient. Die Übertragung kann aber auch durch ein Funkprotokoll erfolgen. Hier bieten sich Low Power Frequenzen an, die auf einem geringen Radius kommunizieren, um Übersprechen mit anderen Einheiten zu vermeiden. Auch eine Modulation der Steuersignale auf die Ladekanäle ist denkbar.
Die Steuersignale signalisieren der Energiequelle, wieviel Strom am besten auch in welcher Zeit in die Akkus des Elektrofahrzeugs zu laden ist. Damit lässt sich eine optimale Ladung des Elektrofahrzeugs hervorragend planen und durchführen.
Nachahmenswert ist, dass die Gegenkontaktvorrichtung eine elektrische oder mechanische Identifikationsvorrichtung z.B. einen RFID-Transponder aufweist, der mit einer elektrischen oder mechanischen Identifikationsvorrichtung beispielsweise einem RFID-Lesegerät im Bereich der Kontaktvorrichtung zusammenzuarbeiten vermag.
In der Regel hat die Gegenkontaktvorrichtung fünf oder mehr Kontaktringe. Über den RFID-Transponder kann dem RFID-Lesegerät mitgeteilt werden, welche der Kontaktringe wie beaufschlagt werden sollen. Kann das Fahrzeug z. B. mit Gleichstrom geladen werden oder eventuell nur mit einem Wechselstrom oder z. B. mit einer Leistung von 11 kW, wobei der Wechselstrom im Fahrzeug selbst zu Gleichstrom umgewandelt wird. Das bedeutet aber, dass unterschiedliche Fahrzeuge an der Ladevorrichtung mit unterschiedlichem Strom oder Leistung beaufschlagt werden können und dass die entsprechenden Anforderungen über RFID der Energiequelle übermittelt werden.
Ist der Gegenkontaktvorrichtung eine Heizvorrichtung zugeordnet, so kann die Gegenkontaktvorrichtung, wenn das Elektrofahrzeug in die Ladezone gefahren wird, aufgeheizt werden, so dass eventuelle Eis- und Wasserreste aufgetaut oder verdampft werden können, so dass es zu einem guten elektrischen Kontakt zwischen Kontaktvorrichtung und Gegenkontaktvorrichtung kommt. Damit sich dabei keine Verschmutzungen in die Kontaktringe einbrennen, ist eine vorherige Reinigung derselben angebracht.
Es ist dabei denkbar, dass die Kontaktvorrichtung einer Reinigungs- und/oder Trockenvorrichtung für die Gegenkontaktvorrichtung zugeordnet ist. Hier könnte z. B. über eine kleine Düse Reinigungsflüssigkeit auf die planparallele Fläche der Gegenkontaktvorrichtung gesprüht werden, die dann mit einer Trockenvorrichtung z. B. mit einem Gebläse getrocknet werden. Damit ergibt sich, dass ein optimaler Kontakt hergestellt werden kann, ohne dass, den Widerstand zwischen den Kontaktflächen erhöhende, Verschmutzungen vorliegen.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein in eine Ladezone gefahrenes Elektrofahrzeug,
2 als Ausschnitt aus 1 die erfindungsgemäße Ladevorrichtung,
3 eine Draufsicht auf sich an die Gegenkontaktvorrichtung annähernde Kontaktvorrichtung, und
4 eine Unteransicht gemäß 3.

1 zeigt ein Elektrofahrzeug 1, welches in eine Ladezone 2 rückwärts eingefahren ist. Dabei ist das Elektrofahrzeug 1 mit möglichst kleinem Spalt bis an die Ladekante 3 der Be- und Entladezone gefahren. Oberhalb des Elektrofahrzeugs 1 ist eine Kontaktvorrichtung 4 zu erkennen, die in der Ladezone 2 montiert ist und die über eine Winde 5 auf das Elektrofahrzeug 1 heruntergelassen werden kann. Dabei ist die Aufhängung der Kontaktvorrichtung 4 in einem bestimmten horizontalen Abstand zur Ladekante 3 angeordnet. Den gleichen horizontalen Abstand weist die Gegenkontaktvorrichtung 6 auf dem Elektrofahrzeug 1 zur Ladekante 3 auf. Da das Elektrofahrzeug 1 mittig in die Ladezone 2 gefahren ist und die Kontaktvorrichtung mittig in der Ladezone 2 hängt, kann ohne große Probleme ein elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktvorrichtung 4 und der Gegenkontaktvorrichtung 3 durch einfaches Herablassen der Kontaktvorrichtung 4 mittels der Winde 5 herbeigeführt werden. Dabei können Unterschiede in der Höhe von Elektrofahrzeugen problemlos durch die Winde 5 ausgeglichen werden.
2 zeigt einen Ausschnitt des Dachs des Elektrofahrzeugs 1, auf der die Gegenkontaktvorrichtung 6 dargestellt ist. Über der Gegenkontaktvorrichtung hängt die Kontaktvorrichtung 4, welche mittels der Winde 5 auf die Gegenkontaktvorrichtung 6 aufgesetzt werden kann.
3 zeigt nunmehr sich gegenüberliegend die Kontaktvorrichtung 4 und die Gegenkontaktvorrichtung 6. An der Gegenkontaktvorrichtung 6 ist ein Zentrierkegel 7 zu erkennen, der mit der Zentrieröffnung 8 Kontaktvorrichtung 4 zusammenarbeitet. Kleine Distanzen, die durch außermittiges Parken in der Ladezone 2 oder das nicht ganz Heranfahren an die Ladekante 3 können über diese Zentrierkegel ausgeglichen werden. Die Kontaktvorrichtung 4 wird über den Zentrierkegel exakt auf die Gegenkontaktvorrichtung 6 abgesetzt.
Die Gegenkontaktvorrichtung 6 weist mindestens zwei, nach 3 fünf Kontaktringe 9 bis 9'''' auf, wobei der Kontaktring 9, 9' und 9'' z. B. für elektrische Leiter Hin- und Rück-Leiter der Kontaktring 9''' als Mittelpunktanschluss und der Kontaktring 9'''' zur Übertragung von Steuersignalen dient.
In 4 ist die Zentrieröffnung 8 in der Kontaktvorrichtung 4 zu erkennen. Weiterhin ist mindestens eine Reihe mit Kontakten, hier drei Reihen mit Kontakten 10 dargestellt, die im gleichen Abstand wie die Kontaktringe 9 zueinander angeordnet sind und wobei jeweils ein Kontakt 10, 10', 10'', 10''', 10'''' jeder Reihe mit den Kontaktringen 9, 9', 9'', 9''', 9'''' beim Aufsetzen der Kontaktvorrichtung 4 auf die Gegenkontaktvorrichtung 3 in Verbindung tritt und damit elektrischen Kontakt herstellt. Die Kontakte 10 sind federbeaufschlagt, so dass sich stets ein guter Kontakt zwischen den Kontakten 10 und den Kontaktringen 9 ergibt.
Die Gegenkontaktvorrichtung weist einen nicht dargestellten RFID-Transponder auf, während die Kontaktvorrichtung 4 ein entsprechendes Lesegerät besitzt. Darüber kann der nicht dargestellten Energiequelle vermittelt werden, ob Kontakt 10 und/oder 10' und/oder 10'' und/oder 10''' und/oder 10'''' bestromt werden soll. Damit lassen sich durch die erfindungsgemäße Ladevorrichtung sowohl Schnellladungen mit hoher Gleichstromleistung aber auch zur Not Ladungen mit lediglich 220V oder Drehstrom durchführen, je nachdem welche mögliche Stromart über den RFID übermittelt wird.
Da die Elektrofahrzeuge 1 zumindest tagsüber ständig in Betrieb sind, kann die Gegenkontaktvorrichtung 6 verschmutzen und oder sogar vereisen. Um beim Aufladen des Elektrofahrzeugs 1 einen möglichst guten Kontakt zwischen der Kontaktvorrichtung 4 und der Gegenkontaktvorrichtung 6 herbeiführen zu können, kann in der Gegenkontaktvorrichtung 6 eine Heizvorrichtung vorgesehen sein, die das Eis auftauen und gegebenenfalls auch Wassertropfen verdampfen lassen kann.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Kontaktvorrichtung 4 einer Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist, welche die Kontaktringe 9 mittels einer Sprühflüssigkeit reinigt und z. B. mittels eines Gebläsetrockners nach der Sprühreinigung die Gegenkontaktvorrichtung 6 trocknet.
Bezugszeichenliste

1: Elektrofahrzeug
2: Ladezone
3: Ladekante
4: Kontaktvorrichtung
5: Winde
6: Gegenkontaktvorrichtung
7: Zentrierkegel
8: Zentrieröffnung
9: Kontaktringe
10: Kontakte

Claims

Ladevorrichtung für in einer Ladezone (2) abgestellte Elektrofahrzeuge (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein oberhalb des Elektrofahrzeugs (1) in der Ladezone (2) angeordnetes Ladekabel vorgesehen ist, welches an seinem freien Ende eine Kontaktvorrichtung (4) aufweist, dass die Kontaktvorrichtung (4) auf das in der Ladezone (2) abgestellte Elektrofahrzeug (1) absenkbar ist, dass am Elektrofahrzeug (1) eine auf die Kontaktvorrichtung (4) weisende Gegenkontaktvorrichtung (6), welche eine Zentriervorrichtung aufweist vorgesehen ist, und dass beim Absenkvorgang die Kontaktvorrichtung (4) zentriert auf der Gegenkontaktvorrichtung (6) aufsetzbar ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absenken und das Aufsetzen der Kontaktvorrichtung (4) nach Platzierung des Elektrofahrzeuges in der Ladezone (2) automatisch erfolgt.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zentriervorrichtung an der Gegenkontaktvorrichtung (6) mittig ein Zentrierkegel (7) oder eine kegelförmige Zentrieröffnung (8) vorgesehen ist, die mit einer Zentrieröffnung (8) bzw. einem Zentrierkegel (7) der Kontaktvorrichtung (4) zusammenzuarbeiten vermag, dass die Kontaktvorrichtung (4) und die Gegenkontaktvorrichtung (6) planparallele Flächen aufweisen, dass auf mindestens der planparallelen Fläche der Gegenkontaktvorrichtung (6) mindestens zwei Kontaktringe (9), und auf der planparallelen Fläche der Kontaktvorrichtung (4) mindestens zwei den Kontaktringen (9) gegenüberliegende Kontakte (10) vorgesehen sind, wobei die Kontakte (10) der Kontaktvorrichtung (4) mit den Kontaktringen (9) der Gegenkontaktvorrichtung (6) im Zustand des aufeinander Absetzens der Kontakt/Gegenkontaktvorrichtung miteinander in elektrischer Kontaktverbindung stehen.
Ladevorrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens je einer der mindestens zwei Kontakte (10) der Kontaktvorrichtung (4) federbeaufschlagt jeweils gegen einen der mindestens zwei Kontaktringe (9) der Gegenkontaktvorrichtung (6) pressbar ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (4) durch Eigengewicht und/oder Magnetkraft mit der Gegenkontaktvorrichtung (6) elektrisch verbindbar ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kontaktringe (9) zur Übertragung von Steuersignalen dient.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkontaktvorrichtung (6) eine elektrische oder mechanische Identifikationsvorrichtung aufweist, die mit einer elektrischen oder mechanischen Identifikationsvorrichtung im Bereich der Kontaktvorrichtung (4) zusammenzuarbeiten vermag.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkontaktvorrichtung (6) einer Heizvorrichtung und/oder Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktvorrichtung (4) eine Reinigungs- und/oder Trockenvorrichtung für die Gegenkontaktvorrichtung (6) zugeordnet ist.