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Die Erfindung betrifft ein Ladeanschlusssystem für ein elektrisches Fahrzeug, sowie ein Verfahren zum Verschließen und Freigeben einer Ladedose eines elektrischen Fahrzeugs durch eine Klappe.
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Typischerweise muss beim elektrischen Aufladen eines elektrischen Fahrzeugs, sei es ein Hybridfahrzeug oder ein vollelektrisches Fahrzeug, das elektrische Fahrzeug über ein Ladekabel mit einer Ladesäule verbunden werden. Wird das Ladekabel an einer Außenseite des Fahrzeugs eingesteckt, wie beispielsweise der Tankstutzen in ein Tankloch eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor zum Auftanken eingeführt wird, ist für die Dauer des Ladevorgangs das Ladekabel zwar häufig gut sichtbar mit dem Fahrzeug verbunden, kann jedoch auch störend wirken, insbesondere wenn der Ladevorgang eine sehr große Zeitdauer in Anspruch nimmt. Zudem erfordert das Einstecken des Ladekabels in das elektrische Fahrzeug eine manuelle Tätigkeit, die jedoch beispielsweise nach der Beendigung der Fahrt des Fahrzeugs relativ einfach durchgeführt werden kann. Schwieriger dagegen ist das Entfernen des Ladekabels vom Fahrzeug insbesondere zu exakt dem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug voll geladen ist. Häufig verstreicht so Zeit, in der das Ladekabel mit dem Fahrzeug verbunden ist, ohne dass weiterer elektrischer Strom für das Fahrzeug benötigt wird. Im Stand der Technik ist es bekannt, die manuelle Tätigkeit des Abrollens und Einsteckens des Ladekabels in das Fahrzeug durch einen mobilen Roboter ausführen zu lassen.
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Die
DE 10 2018 204 820 A1 betrifft hierzu einen Laderoboter zum Laden eines Akkumulators eines geparkten elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei der Laderoboter über ein Kabel mit einer Stromversorgungseinrichtung verbunden und dafür eingerichtet ist, selbsttätig zu dem Kraftfahrzeug zu fahren und dessen Akkumulator mit elektrischem Strom zu laden, wobei der Laderoboter eine drehbare Kabelaufnahmespule enthält, die dafür eingerichtet ist, das Kabel in Übereinstimmung mit der Fortbewegung des Laderoboters selbsttätig auf- und abzuspulen.
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Die
DE 10 2014 226 357 A1 betrifft ferner eine Ladestation zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug, mit einer Kommunikationsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, fahrzeugspezifischen Daten von dem Fahrzeug zu empfangen und unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten eine Position einer Ladebuchse an dem Fahrzeug zu ermitteln; und einem Laderoboter, der einen Kontaktkopf mit einer Mehrzahl von Kontakten umfasst, wobei die Kontakte mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden sind; wobei der Laderoboter dazu ausgelegt ist, basierend auf der ermittelten Position der Ladebuchse an dem Fahrzeug eine Ladeposition anzufahren und nach dem Erreichen der Ladeposition den Kontaktkopf in die Ladebuchse des Fahrzeugs einzuführen und die Kontakte des Kontaktkopfs mit Kontakten der Ladebuchse elektrisch zu verbinden.
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Die
DE 10 2018 105 217 A1 betrifft außerdem ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen Ladeabschnitt, insbesondere einen Ladeanschluss aufweist, wobei der Ladeabschnitt mit einer zumindest teilweise bewegbaren Ladevorrichtung verbunden wird, welche einen Aufladeabschnitt aufweist, der zum Aufladen des Energiespeichers mit dem Ladeabschnitt des Kraftfahrzeugs verbunden wird, wobei der Aufladeabschnitt der Ladevorrichtung zumindest einen relativ zum Kraftfahrzeug bewegbaren Abschnitt aufweist, der vor dem Aufladen des Energiespeichers beabstandet zu dem Kraftfahrzeug, insbesondere zu dem Ladeabschnitt angeordnet wird, wobei der Aufladeabschnitt mittels eines der Ladevorrichtung zugeordneten elektrischen Antriebs zum Ladeabschnitt des Kraftfahrzeugs hingeführt wird und danach der Aufladeabschnitt mit dem Ladeabschnitt zum Aufladen des Energiespeichers verbunden wird.
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Ferner sind im Stand der Technik vielfache Modifikationen von Ladestecker und Ladedose für das Laden elektrischer Fahrzeuge bekannt:
- Die DE 10 2019 218 573 A1 betrifft eine Ladedose für ein Elektro- oder Plug-In-Hybridfahrzeug, wobei die Ladedose mindestens eine Reflexionsschicht aufweist.
- Die DE 10 2019 130 551 A1 betrifft eine Fahrzeugeinheit zur Montage in einem Elektrofahrzeug, vorzugsweise in einem Unterboden des Elektrofahrzeugs, und zur elektrischen Kontaktierung einer externen Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie des Elektrofahrzeugs, wobei die Fahrzeugeinheit einen Ladeanschluss zur Kontaktierung einer Kontaktierungseinrichtung der externen Ladevorrichtung in einer Kontaktlage aufweist; und einen Kontaktierungsmechanismus, der eingerichtet ist, um die Kontaktierungseinrichtung aus einer Zentrierlage, in der die Kontaktierungseinrichtung vom Ladeanschluss getrennt ist, entlang einer Trajektorie in einer Ebene in die Kontaktlage zu überführen.
- Die EP 3 552 862 B1 betrifft ferner einen Ladestecker zum Zuführen elektrischer Energie zu einem Elektrofahrzeug, wobei der Ladestecker mindestens einen ersten elektrischen Verbinder aufweist, der mindestens einen ersten elektrischen Kontakt umfasst, wobei der erste elektrische Verbinder ausgestaltet ist, mit einem entsprechenden zweiten elektrischen Verbinder eines Ladeempfängers gekoppelt zu werden, der an der Unterseite des Elektrofahrzeugs derart angeordnet ist, dass der mindestens eine erste elektrische Kontakt elektrisch mit mindestens einem zweiten elektrischen Kontakt des zweiten elektrischen Verbinders verbunden ist, eine Halterung, die ein Führungsmittel umfasst, umfassend einen Aufnahmebereich, der angeordnet ist, den Ladeempfänger zumindest teilweise zu umgeben, und angeordnet ist, den ersten elektrischen Verbinder und den zweiten elektrischen Verbinder auszurichten, wenn der Ladestecker in die Richtung des Ladeempfängers oder umgekehrt bewegt wird, wobei die Halterung eine untere Fläche umfasst, an der der erste elektrische Verbinder angebracht ist, und eine obere Fläche, die ausgestaltet ist, an der Unterseite des Elektrofahrzeugs zu gleiten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die an einem elektrischen Fahrzeug angeordnete Ladedose so auszulegen, dass sie für das Verfahren des Ladens mittels eines automatisch anfahrenden Ladefahrzeugs verbessert wird.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Ladeanschlusssystem für ein elektrisches Fahrzeug, wobei das Ladeanschlusssystem eine Ladedose mit einer Klappe, eine Sensoreinheit, eine Aktoreinheit zum Bewegen der Klappe und eine Steuereinheit zum Ansteuern der Aktoreinheit aufweist, wobei die Steuereinheit dazu aufgeführt ist, bei einem solchen Sensorsignal der Sensoreinheit, dass sich ein automatisches Ladefahrzeug, insbesondere ein mobiler Laderoboter, im Bereich der Ladedose bereits befindet oder an die Ladedose heranfährt um ein Ladekabel an die Ladedose des Fahrzeugs heranzuführen, die Klappe zum Öffnen anzusteuern, sodass die Ladedose des elektrischen Fahrzeugs freiliegt und durch einen vom automatischen Ladefahrzeug mitgeführten Stecker kontaktiert werden kann.
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Das elektrische Fahrzeug ist beispielsweise ein Hybridfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor sowie eine Batterie zum Bereitstellen elektrischer Leistung für einen elektrischen Motor zum Antreiben des Fahrzeugs aufweist. Auch kann das elektrische Fahrzeug ein rein elektrisches Fahrzeug sein, das lediglich einen elektrischen Antrieb aufweist, dessen elektrische Energie vollständig oder hauptsächlich von einer Batterie gespeist wird. Die Batterie ist in beiden Fällen an Ladesäulen aufzuladen.
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Es wird im Vorhergehenden und im Folgenden davon ausgegangen, dass der Ladevorgang durch ein automatisches Ladefahrzeug wie oben im Stand der Technik beschrieben durchgeführt wird. Dabei fährt das automatische Ladefahrzeug ein Ladekabel von der Ladesäule aus und führt dieses Ladekabel zu einer Ladedose des Fahrzeugs, um einen Ladestecker des Ladekabels mit der Ladedose des Fahrzeugs zu verbinden, sodass keine weitere manuelle Tätigkeit notwendig ist, um eine elektrische Verbindung zwischen Batterie und Ladesäule herzustellen.
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Erfindungsgemäß wird von der Steuereinheit die Aktoreinheit so angesteuert, dass die Klappe automatisch vor Beginn des elektrischen Ladevorgangs die elektrischen Kontakte innerhalb der Öffnung der Ladedose freigibt. Die Klappe dient sonst, d. h. insbesondere im Fahrbetrieb des Fahrzeugs, zum Schutz der Öffnung der Ladedose und insbesondere der darin befindlichen elektrischen Kontakte, um diese insbesondere vor Korrosion durch Nässe, Straßensalz sowie mechanische Beschädigung durch beispielsweise Steinschlag zu schützen.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass die Ladedose eines Fahrzeugs durch eine verschließbare Klappe vor Staub, anderem Schmutz, Reifenabrieb, Nässe, Schnee, Marderbiss und anderen Umwelteinflüssen geschützt ist, wenn das Fahrzeug nicht aufgeladen wird. Erst unmittelbar vor Beginn des Ladevorgangs, der durch das automatische Ladefahrzeug initiiert wird, wird die Klappe der Ladedose geöffnet, um den elektrischen Kontakt innerhalb der Ladedose freizugeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Klappe zum Öffnen nur dann anzusteuern, wenn sich das automatische Ladefahrzeug in einer vorgegebenen Position relativ zur Ladedose des Fahrzeugs befindet. Die vorgegebene Position ist insbesondere diejenige Position, die notwendig ist, sodass der Ladestecker des Ladekabels von dem automatischen Ladefahrzeug unmittelbar in die Ladedose eingesteckt werden kann, ohne dass weitere Korrekturen notwendig sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Klappe zum Schließen anzusteuern, nachdem eine Trennung des Ladesteckers des automatischen Ladefahrzeugs von der Ladedose des Fahrzeugs erfolgt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Klappe zum Schließen anzusteuern, nachdem das automatische Ladefahrzeug eine vorgegebene Position relativ zur Ladedose des Fahrzeugs verlassen hat oder einen vorgegebenen Abstand zur Ladedose des Fahrzeugs eingenommen hat.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Ladedose an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Aktoreinheit einen elektrischen Motor auf, der über ein Momenten-Übertragungssystem mit einem Hebel verbunden ist, wobei der Hebel an der Klappe angeordnet ist, sodass sich beim Drehen des elektrischen Motors je nach Drehrichtung die Klappe die Öffnung der Ladedose freigibt oder diese verschließt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform befindet sich die Klappe in einem die Ladedose verschließenden Zustand in einer horizontalen Ebene des Unterbodens und verschiebt sich für einen geöffneten Zustand horizontal von der Öffnung der nach unten gerichteten Ladedose oder kippt mit einer vertikalen Komponente davon weg.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen einem die Öffnung der Ladedose umgebenden Rand und der Klappe eine Dichtung angeordnet, um die Öffnung der Ladedose gegen Spritzwasser wasserdicht zu verschließen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Klappe aus faserverstärktem Kunststoff oder Metall gefertigt. Der faserverstärkte Kunststoff wie beispielsweise Glasfaser-Kunststoff sowie duktiles Metall sind besonders schlagzäh und bieten damit einen erhöhten Schutz gegenüber Steinschlag am Unterboden des Fahrzeugs.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit eine Kommunikationseinheit, die dazu ausgeführt ist, das Sensorsignal als ein vom automatischen Ladefahrzeug aktiv ausgesendetes Signal zu empfangen und zu erkennen. In dieser Ausführungsform sendet das automatische Ladefahrzeug aktiv Signale aus, die von der Sensoreinheit empfangen werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoreinheit dazu ausgeführt, das Sensorsignal als eine durch eine RFID Einheit des automatischen Ladefahrzeugs erzeugte Antwort auf ein von der Sensoreinheit aktiv ausgesendetes Signal zu ermitteln. Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform sendet das automatische Ladefahrzeug dieser Ausführungsform keine Signale aktiv aus, sondern weist lediglich eine RFID („Radio Frequenz Identifikation“) Einheit auf, sodass lediglich die Sensoreinheit aktiv Signale aussenden muss und das von der RFID Einheit empfangene Echo empfangen muss.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoreinheit dazu ausgeführt, das Sensorsignal durch Bilderkennung zu ermitteln, wobei die Bilderkennung ermittelt, ob sich das automatische Ladefahrzeug im Bereich der Ladedose bereits befindet oder an die Ladedose heranfährt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Ladeanschlusssystem wie oben und im Folgenden beschrieben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen und Freigeben einer Ladedose eines elektrischen Fahrzeugs durch eine Klappe, wobei von einer Steuereinheit eine Aktoreinheit zum Öffnen einer die Ladedose verschließenden Klappe angesteuert wird, wenn von einer Sensoreinheit des Fahrzeugs ein solches Sensorsignal erfasst wird, das angibt, dass sich ein automatisches Ladefahrzeug, insbesondere ein mobiler Laderoboter, im Bereich der Ladedose bereits befindet oder an die Ladedose heranfährt, um ein Ladekabel an die Ladedose des Fahrzeugs heranzuführen, sodass die Ladedose des elektrischen Fahrzeugs freiliegt und durch einen vom automatischen Ladefahrzeug mitgeführten Stecker kontaktiert werden kann, und wobei von der Steuereinheit die Aktoreinheit zum Verschließen der Ladedose durch die Klappe angesteuert wird, wenn der Ladevorgang beendet ist und von der Sensoreinheit des Fahrzeugs erkannt wird, dass sich das automatische Ladefahrzeug von der Ladedose entfernt.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Ladeanschlusssystem vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: Ein Fahrzeug mit einem Ladeanschlusssystem und ein automatisches Ladefahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2: Ein Ladeanschlusssystem nach dem Ausführungsbeispiel der 1.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein elektrisches Fahrzeug 3 mit einem Ladeanschlusssystem 1 für das Fahrzeug 3, sowie ein automatisches Ladefahrzeug 15, das ein mobiler Laderoboter ist. Der mobile Roboter dient dazu, ein Kabel einer Ladesäule auszufahren, um ohne manuelles zutun dieses Kabel der Ladesäule mit dem Ladeanschlusssystem 1 des Fahrzeugs 3 zu verbinden. Das Ladeanschlusssystem 1 ist durch eine Klappe 7 geschützt, welche bei Annäherung des mobilen Roboters automatisch entfernt wird, sodass der mobile Roboter das Ladekabel an das Fahrzeug 3 anschließen kann. Nähere Details zum Ladeanschlusssystem 1 des Fahrzeugs 3 sind der 2 zu entnehmen.
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2 zeigt das Ladeanschlusssystem 1 der 1 näher. Eine Ladedose 5 umhüllt elektrische Kontakte, die zum Anschluss des Ladekabels dienen. Die Klappe 7 schützt die elektrischen Kontakte von unten, sodass die elektrischen Kontakte vom Unterboden aus gegen Steinschlag und anderes geschützt sind. Ferner weist das Ladeanschlusssystem 1 eine Sensoreinheit 9, eine Aktoreinheit 11 zum Bewegen der Klappe 7 und eine Steuereinheit 13 zum Ansteuern der Aktoreinheit 11 auf. Die Steuereinheit 13 steuert bei die Klappe 7 zum Öffnen an, wenn ein Sensorsignal der optischen Sensoreinheit 9 erfasst wird, dass sich ein automatisches Ladefahrzeug 15, insbesondere ein mobiler Laderoboter, im Bereich der Ladedose 5 bereits befindet um das Ladekabel an die Ladedose 5 des Fahrzeugs 3 heranzuführen. Die Sensoreinheit 9 weist dabei ein Kamerasystem auf, um optisch den Unterboden des Fahrzeugs 3 zu überwachen, ob das automatische Ladefahrzeug 15 sich bereits unterhalb der noch geschlossenen Klappe 7 befindet. Ist dies der Fall, wird der elektrische Kontakt der Ladedose 5 durch Öffnen der Klappe 7 freigelegt, um durch einen vom automatischen Ladefahrzeug 15 mitgeführten Ladestecker kontaktiert werden zu können. Die Aktoreinheit 11 öffnet und schließt die elektrisch isolierende Klappe aus Glas-Faserverbundwerkstoff mittels eines elektrischen Motors, der über ein Momenten-Übertragungssystem mit einem Hebel verbunden ist und der Hebel an der Klappe 7 angeordnet ist, sodass sich beim Drehen des elektrischen Motors je nach Drehrichtung die Klappe 7 die Öffnung der Ladedose 5 freigibt oder diese verschließt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladeanschlusssystem
- 3
- Fahrzeug
- 5
- Ladedose
- 7
- Klappe
- 9
- Sensoreinheit
- 11
- Aktoreinheit
- 13
- Steuereinheit
- 15
- automatisches Ladefahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018204820 A1 [0003]
- DE 102014226357 A1 [0004]
- DE 102018105217 A1 [0005]
- DE 102019218573 A1 [0006]
- DE 102019130551 A1 [0006]
- EP 3552862 B1 [0006]
