DE102022134174B4 - Automatisiertes Konduktives Ladesystem mit Kabel-Kontaktierung über Bodeneinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein konduktives Ladesystem (1) für das Laden eines E-Fahrzeugs, mit einer Basiseinheit (2), die zum Anbringen in oder am Boden vorbereitet ist, wobei die Basiseinheit (2) Mittel benutzt, die zum automatisierten konduktiven Laden des E-Fahrzeugs vorbereitet sind, wobei die Basiseinheit (2) einen Steckplatz (15) besitzt, an dem ein Stecker (6) anschließbar ist oder angeschlossen ist, um das E-Fahrzeug zu laden. Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug mit einem solchen Ladesystem (1).

Description

• Die Erfindung betrifft ein (automatisches) konduktives Ladesystem für das Laden eines Elektrofahrzeugs, wie eines Pkws, eines Nutzfahrzeugs, beispielsweise eines Lkws, oder eines anderen landgebundenen Kraftfahrzeugs, mit einer Basiseinheit, welche zum Anbringen in oder am Boden vorbereitet ist und Mittel benutzt, die zum automatisierten konduktiven Laden des Elektrofahrzeugs vorbereitet ist.
• Aus dem Stand der Technik, etwa der EP 3 433 908 B1 ist bereits ein Kontaktierungssystem zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem primären Gerät und einem sekundären Gerät bekannt.
• Die Erfindung befindet sich somit auf dem Gebiet des konduktiven Ladens von Fahrzeugen.
• Nachteilig bei solchen Systemen ist jedoch, dass die automatisierte Ladeverbindung nicht immer funktioniert, da sie beispielsweise Umwelteinflüssen wie Regen, Schmutz, Kälte, Frost und dergleichen ausgesetzt sein können. Die DE 10 2019 128 720 A1 offenbart eine Gleichstrom-Wallbox zur Ladung eines Elektrofahrzeugs. Die Wallbox ist dafür ausgelegt, ein automatisches Ladesystem aufzunehmen bzw. eine Verbindung zu einem automatischen Ladesystem herzustellen. Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 10 2020 123 475 A1 sowie der DE 10 2018 203 371 A1 bekannt. Des Weiteren ist in der nachveröffentlichten DE 10 2021 130 777 A1 eine weitere Ladeanordnung zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bekannt.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Ladesystem zur Verfügung zu stellen, da die bekannten Lösungen immer gewisse Nachteile aufweisen.
• Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen konduktiven Ladungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Basiseinheit des konduktiven Ladesystems einen Steckplatz besitzt, an dem ein Stecker anschließbar ist, um das Elektrofahrzeug manuell zu laden.
• Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein (automatisches) konduktives Ladesystem, welches im Boden versenkt anbringbare oder am Boden angebrachte Einheiten, aufweisend eine Basiseinheit, besitzt. Fährt ein Auto über dieses Ladesystem, kann sich entweder ein Kontaktierteil / Gegeneinheit, das am Fahrzeug angebracht ist, auf das Ladesystem senken oder vom Ladesystem ein entsprechendes Kontaktierteil / Gegeneinheit zum Fahrzeug hinbewegen. Eine solche Senk- oder Hebebewegung kann automatisiert erfolgen. Somit kann ein automatisiertes Laden, also ohne das Zutun des Fahrers, erfolgen. Sobald eine ausreichende Annährung zueinander erfolgt ist kann das System aktiviert werden und der Kontaktierungsvorgang zum Überbrücken der Entfernung der beiden Kontaktpartner (Fahrzeug - Boden) gestartet werden. Weiterhin betrifft die Erfindung, dass die Basiseinheit einen Steckplatz besitzt, an dem ein Stecker anschließbar ist oder angeschlossen ist, um das Elektrofahrzeug manuell zu laden.
• In einem automatischen konduktiven Ladesystem umfasst eine Basiseinheit für automatisches konduktives Laden zusätzlich Mittel für kabelbasiertes Laden, wie z. B. einen Stecker zur Verwendung mit einem separaten Ladekabel oder ein fest an der Basiseinheit angebrachtes Ladekabel. Wenn das kabelgebundene Laden aktiviert ist, ist das automatische konduktive Laden deaktiviert.
• Man könnte auch sagen, dass die erfinderische Lösung darin besteht, dass in der Bodeneinheit eine zusätzliche Steckverbindung / Kontaktierungsmöglichkeit in der Architektur ist bzw. bereits vorhanden ist, über die ein geeignetes Kabel angeschlossen werden kann. Dieses Kabel hat am anderen Ende einen für die herkömmliche LadeSteckverbindung zum Fahrzeug passenden Stecker (z.B. Typ2, CHADEMO,...).
• Es stellen sich zahlreiche Vorteile ein. Dadurch, dass die konduktiven Ladesysteme automatisiert den Kontakt herstellen, ist eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen vorhanden. Es kann deshalb sein, dass bei Schnee, sehr kalten Temperaturen, bei Überflutung, jahreszeitlich bedingter starker Verschmutzung, etc. die Funktion des automatisierten Systems nicht sichergestellt ist. Entweder kann das System bereits den Kontaktvorgang nicht herstellen, weil eine Verschluss- oder Schutzklappe vereist ist bzw. der Grad der Verschmutzung zu hoch ist oder das System kann den Kontaktierungsvorgang nicht sicher beenden, weil die bewegliche Einheit z.B. während des Ladevorgangs durch Schnee/Eisregen vereist ist und dadurch festgefroren ist. In so einem Fall ist das System dann jahreszeitlich nur eingeschränkt verfügbar. Durch das manuelle Kontaktieren der Basiseinheit durch einen mit dem Steckplatz der Basiseinheit verbindbaren Stecker, können die genannten Nachteile der Ladesysteme umgangen werden, sodass jederzeit ein Ladevorgang des Elektrofahrzeugs gewährleistet ist, ohne jedoch von Umwelteinflüssen abhängig zu sein. Weiterhin bietet die Erfindung den Vorteil, dass Fahrzeuge, die kein Kontaktierteil/Gegeneinheit zum konduktiven Laden besitzen, an dem gleichen Stellplatz das Elektrofahrzeug laden können, ohne dass jedoch eine zusätzliche Wall-Box- von Nöten ist. Somit ist keine doppelte Installation in Form von konduktivem Laden und einer Wall-Box nötig, was zum einen die ökonomische Belastung als auch den Kabel- und Absicherungsbedarf reduziert.
• Die erfinderische Lösung der Aufgabe besteht also darin, dass die Basiseinheit einen Steckplatz aufweist, an dem ein Stecker anschließbar oder angeschlossen ist, um das E-Fahrzeug bei einem nicht funktionierenden automatisierten Ladevorgang dennoch über eine manuelle Verbindung laden zu können.
• Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Basiseinheit dazu vorbereitet, einen Stecker / Wall-Box-Stecker aufzunehmen, über den ein manueller Ladevorgang des E-Fahrzeugs ausgeführt werden kann. Der Vorteil ist, dass der Stecker reversibel angebracht ist, sodass er bei Nichtbenutzung oder erfolgreicher Kontaktierung der Basiseinheit und somit erfolgreicher automatisierten Ladevorgangs beiseite verstaut werden kann. Die Steckerschnittstelle an der Basiseinheit ist vorzugsweise bei Nichtbenutzung durch eine Abdeckung oder Kappe wasser- und staubdicht verschlossen.
• Vorteilhafterweise ist an dem Wall-Box-Stecker / Stecker ein Kabel befestigt, an dessen anderen Ende ein Fahrzeugkontaktierstecker angebracht ist, sodass dieser eine Ladebuchse eines E-Fahrzeugs kontaktieren und somit eine elektrische Verbindung von Basiseinheit und Fahrzeug gewährleisten kann. Der Fahrzeugkontaktierstecker ist dabei als eine herkömmliche Steckverbindung, wie beispielsweise ein Typ2 oder CHADEMO Ladesteckverbindung ausgestaltet, sodass E-Fahrzeuge jeglicher Art mit dem Ladesystem geladen werden können.
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Basiseinheit des konduktiven Ladesystems eine Kontaktierungsfläche auf, welche von dem Kontaktierstück / der Gegeneinheit, welches am E-Fahrzeug angebracht ist, automatisch kontaktiert werden kann. Zudem weist die Basiseinheit eine Steuerung und einen Systemcontroller auf, welche mittels eines Netzteils elektrisch versorgt werden. Vorteilhafterweise weist die Basiseinheit eine zusätzliche Kontaktierungseinheit auf, welche dazu ausgelegt ist als Steckplatz ausgebildet zu sein und somit einen Stecker zum Laden des Fahrzeugs aufzunehmen. Die in der Basiseinheit bereits vorhandenen „Wallbox-Komponenten“ sind der zusätzlichen Kontaktierungseinheit vorgeschaltet, so dass sich Basiseinheit des Ladesystems zusammen mit dem zusätzlichen Kabel wie eine typische Wallbox verhält. Das automatisierte System steht dann für diese Zeit nicht zur Verfügung, sodass lediglich der manuelle Ladevorgang erfolgen kann. Sobald über eine Steckerverbindung an der Bodeneinheit das Zusatzkabel angeschlossen wird, erkennt dies die integrierte Steuerung und verhindert eine Beschaltung und Aktivierung der fürs automatisierte Kontaktieren zuständigen Einheit in der Basiseinheit. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Fahrer lediglich durch das Einstecken des Steckers in den vorgesehenen Steckplatz das manuelle Laden ohne weiteres Handeln aktivieren kann.
• Bevorzugt ist die zusätzliche Kontaktierungseinheit mit dem Steckplatz verbunden, sodass ein Stecker reversibel damit verbunden werden kann. Vorteilhaft ist dabei, dass der verbundene Stecker bei Nichtnutzung weggeräumt werden kann, sodass ein Drüberfahren vermieden wird. Somit wird die Langlebigkeit des Steckers und des damit verbundenen Kabels gewährleistet.
• In einer weiteren Ausführungsform kann die zusätzliche Kontaktierungseinheit direkt mit dem Kabel verbunden sein, sodass eine dauerhafte Bindung besteht und über eine zu betätigende Umschalteinheit in der Bodeneinheit festgelegt wird, ob das automatisierte System oder die Kabelverbindung aktiv ist. Über das Einstecken des Kabels in ein Fahrzeug ohne (passendes) automatisiertes Ladesystem kann der Basiseinheit mitgeteilt werden, dass der Stecker eingesteckt ist und dann automatisch eine Umschaltung auf manuelles Laden, also das Laden über die Steckverbindung eingeleitet werden. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass eine permanente elektrische Verbindung gewährleistet ist, der Fahrer sich nicht darum bemühen muss die Steckverbindung an der Basiseinheit anzubringen sowie ein Unterbrechen oder nicht Starten des Ladevorgangs durch fehlerhaftes oder nicht richtiges Einstecken des Steckers vermieden wird.
• Bevorzugt ist der Steckplatz wasserdicht ausgebildet, d.h. dass er eine Dichtung bzw. Isolation aus einem Kunststoff aufweist, sodass durch die zusätzliche Steckverbindung in die Basiseinheit keine Feuchtigkeit dringen kann. Bevorzugt kann der Steckplatz mit einer Kappe verschlossen sein, um die Dichtigkeit zu verstärken, insbesondere bei Nichtnutzung des Steckplatzes. Dadurch wird die Lebensdauer der Basiseinheit gesteigert und vor Kurzschlüssen und Beschädigungen geschützt.
• Bevorzugt kann das konduktive Ladesystem automatisiert, also durch automatisches Ankoppeln der Gegeneinheit an der Basiseinheit, oder manuell, also durch eine Steckverbindung mittels eines Ladekabels betrieben werden. Die in der Basiseinheit verbaute Elektronik erkennt welcher Ladeausgang kontaktiert wurde und aktiviert das Laden lediglich über diese Kontaktierung. Dies bringt den Vorteil, dass das Ladesystem egal bei welchen Witterungsbedingungen etc. allzeit genutzt werden kann.
• Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug, das mit einem konduktiven Ladesystem gemäß der Erfindung verbunden ist, wobei das Elektrofahrzeug eine Fahrzeugbuchse zum Aufnehmen eines Steckers aufweist, welche mit dem Steckplatz der Basiseinheit des konduktiven Ladesystems elektrisch in Verbindung steht und sich im Betrieb dann ein manueller Ladevorgang einstellt.
• Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 ein Elektrofahrzeug mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen konduktiven Ladesystems in einer Frontansicht, und
• 2 eine Detailansicht des elektrischen Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen konduktiven Ladesystems.
• Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
• In der 1 ist ein erfindungsgemäßes konduktives Ladesystem 1 dargestellt, welches mit einem E-Fahrzeug verbunden ist. Das konduktive Ladesystem 1 umfasst eine Basiseinheit 2, welche in einem Boden einlassbar ist oder auf dem Boden auflegbar bzw. zum Anbringen in oder an dem Boden vorgesehen. Die Basiseinheit 2 ist dazu ausgelegt eine Kontaktierung einer Gegeneinheit 3, welche am E-Fahrzeug angebracht ist, zuzulassen. In diesem Fall stellt sich ein automatisierter Ladevorgang ein. Die Basiseinheit 2 weist einen in der Figur nicht dargestellten Steckplatz 15 auf, welcher dazu ausgelegt ist einen Stecker 6 aufzunehmen. An dem Stecker 6 ist ein Kabel 17 angebracht, an dessen anderen Ende ein Fahrzeugkontaktierstecker 16 angeordnet ist. Der Fahrzeugkontaktierstecker 16 ist dazu ausgelegt eine elektrische Verbindung mit einer Fahrzeugbuchse 5 des E-Fahrzeugs und der Basiseinheit 2 zu gewährleisten. Weiterhin weist die Basiseinheit 2 eine Kabelverbindung 7 auf, welche an dessen anderen Ende mit einer Spannungsversorgung / Anschlussdose / einer Powerbox 4 verbunden ist, sodass die Basiseinheit 2 elektrisch versorgt wird. Durch die Verbindung der Basiseinheit 2 mit der Fahrzeugbuchse 5 des E-Fahrzeugs wird durch die in 2 gezeigte Elektronik das automatisierte Laden de- und stattdessen das manuelle Laden aktiviert.
• 2 zeigt eine Detailansicht des elektrischen Aufbaus einer Basiseinheit 2 des erfindungsgemäßen konduktiven Ladesystems 1. Die Basiseinheit 2 besitzt eine Kontaktierungseinheit 8, wie ein Robotersystem oder eine Kontaktierungsfläche, welche von der Gegeneinheit 3 (gezeigt in 1) kontaktiert werden kann. Die Kontaktierungseinheit 8 ist mit einer Steuerung 9 verbunden, welche wiederum elektrisch mit einem Systemcontroller 10 verbunden ist. Ein in der Basiseinheit 2 angeordnetes Netzteil 11 ist dazu ausgelegt den Systemcontroller 10, die Steuerung 9 sowie die Kontaktierungseinheit 8 elektrisch zu versorgen. Die Basiseinheit 2 weist zudem eine zusätzliche Kontaktierungseinheit 12 auf, welche ebenfalls vom Netzteil 11 elektrisch versorgt wird und welche einen Steckplatz 15 aufweist, der dazu ausgelegt ist einen Stecker 6 aufzunehmen. Der Stecker 6 ist mit einem Kabel 17 verbunden, an dessen anderen Ende ein Fahrzeugkontaktierstecker 16 angebracht ist. Um die Basiseinheit 2 elektrisch zu betreiben ist eine Kabelverbindung 7 an dem Netzteil 11 angeordnet. Die Kabelverbindung 7 ist mit einer nicht dargestellten Powerbox verbindbar. Weiterhin weist die zusätzliche Kontaktiereinheit 12 Leistungskontakte 13 auf, welche vom Systemcontroller 10 aktivierbar sind, sodass die elektrische Spannung des Netzteils über die elektrische Schaltung in der Steuerung 9 an den Steckplatz 15 weitergeleitet wird. Die Leistungskontakte 13 sind optional. Sinnvoll ist es jedoch, dass der Steckplatz 15 mit der Kontaktierungseinheit 12 elektrisch leitend verbunden ist.
• Als Hintergrund sollte einem bewusst sein, dass das Netzteil nur eine Kleinspannung liefert. Die Ladeleistung fließt direkt über die Netzspannung, durch typische „Wallboxkomponenten“, wie ein Hauptrelais, einen Fehlerstromschutzschalter, einem optionalen Überspannungsschutz, und/oder weiteren Bauteilen der Steuerung 9 in die zusätzliche Einheit 12. Im einfachsten Fall findet das Umschalten des Ladestroms in der Steuerung 9 statt und im Bereich der Leistungskontakte 13 findet nur eine Durchleitung statt plus eine kleine Auswertung der Informationskontakte.
• Informationskontakte 14, die dazu dienen, Informationen wie Fahrzeugdaten, Ladegeschwindigkeit etc. weiterzuleiten, sind ebenfalls an der zusätzlichen Kontaktierungseinheit 12 und dem Systemcontroller 10 angeordnet. Sobald über eine Steckerverbindung, also ein Zusammenwirken der Fahrzeugbuchse 5 (1), des Fahrzeugkontaktiersteckers 16, des Kabels 17, des Steckers 6, des Steckplatzes 15 und der zusätzlichen Kontaktiereinheit 12, an der Bodeneinheit 2 erfolgt, erkennt dies die integrierte Steuerung 9 und der Systemcontroller 10 und verhindert eine Beschaltung und Aktivierung der fürs automatisierte Laden zuständigen Kontaktierungseinheit 8 in der Basiseinheit 2.
• Die Kontaktierungseinheit 8 umfasst dabei jede Kombination von elektrischen, elektronischen und mechanischen Komponenten zur Herstellung des elektrischen Kontakts seitens der Basiseinheit 2 wie z.B. Robotik, vielfach Kontaktfläche oder Einzelkontakt mit Abdeckung.
• Bezugszeichenliste

1

Konduktives Ladesystem

2

Basiseinheit

3

Gegeneinheit

4

Powerbox

5

Fahrzeugbuchse

6

Stecker

7

Kabelverbindung

8

Kontaktierungseinheit

9

Steuerung

10

Systemcontroller

11

Netzteil

12

zusätzliche Kontaktierungseinheit

13

Leistungskontakt

14

Informationskontakt

15

Steckplatz

16

Fahrzeugkontaktierstecker

17

Kabel

Claims (9)

1. Konduktives Ladesystem (1) für das Laden eines E-Fahrzeugs, mit einer Basiseinheit (2), die zum Anbringen in oder am Boden vorbereitet ist, wobei die Basiseinheit (2) Mittel benutzt, die zum automatisierten konduktiven Laden des E-Fahrzeugs vorbereitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (2) einen Steckplatz (15) besitzt, an dem ein Stecker (6) anschließbar ist oder angeschlossen ist, um das E-Fahrzeug zu laden, die Basiseinheit (2) eine Kontaktierungseinheit (8) und eine zusätzliche Kontaktierungseinheit (12) aufweist, welche elektrisch mit einer Steuerung (9) verbunden ist, wobei die Steuerung (9) mit einem Systemcontroller (10) verbunden ist und die Steuerung (9) und der Systemcontroller (10) vorbereitet sind, über ein Netzteil (11) elektrisch betrieben zu werden, wobei ein manueller Ladevorgang des E-Fahrzeugs bei Betrieb der zusätzlichen Kontaktierungseinheit (12) erfolgt, und dass die Steuerung (9) dafür ausgelegt ist, dass entweder die Kontaktierungseinheit (8) oder die zusätzliche Kontaktierungseinheit (12) im Betrieb sind.
2. Konduktives Ladesystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckplatz (15) vorbereitet ist, einen Stecker (6) aufzunehmen.
3. Konduktives Ladesystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Stecker (6) ein Kabel (17) befestigt ist an dessen anderen Ende ein Fahrzeugkontaktierstecker (16) vorhanden ist.
4. Konduktives Ladesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kontaktierungseinheit (12) mit dem Steckplatz (15) verbunden ist.
5. Konduktives Ladesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kontaktierungseinheit (12) direkt mit dem Kabel (17) verbunden ist.
6. Konduktives Ladesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckplatz wasserdicht ausgebildet ist und/oder mit einer Kappe verschließbar ist.
7. Konduktives Ladesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das konduktive Ladesystem (1) automatisiert oder manuell betreibbar ist.
8. Elektrofahrzeug, das mit dem konduktiven Ladesystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche verbunden ist, wobei das Ladesystem (1) dafür ausgelegt ist, dass der Ladevorgang mit dem konduktiven Ladesystem (1) automatisiert oder manuell erfolgt.
9. Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das E-Fahrzeug dafür ausgelegt ist, während des manuellen Ladevorgangs mit dem Kabel (17) an der Basiseinheit des konduktiven Ladesystems (1) verbunden zu sein.

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