EP3140152A1 - Fahrzeugladestation mit einem zweigliedrigen manipulator - Google Patents

Fahrzeugladestation mit einem zweigliedrigen manipulator

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EP3140152A1
EP3140152A1 EP15732617.4A EP15732617A EP3140152A1 EP 3140152 A1 EP3140152 A1 EP 3140152A1 EP 15732617 A EP15732617 A EP 15732617A EP 3140152 A1 EP3140152 A1 EP 3140152A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
contact
contact device
charging station
link
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15732617.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian BÜHS
Andreas Laske
Andre Rompe
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3140152A1 publication Critical patent/EP3140152A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention generally relates to the technical field of electric vehicles, in particular a vehicle charging station and a method for charging, as well as a battery-operated non-track-bound vehicle.
  • Battery-powered transport systems known, for example from DE 24 05 198. Recently, all-electric buses are used, the entire energy requirement is covered by the entrained battery system. For example, today in the city of Vienna such full electric buses are operated, which draw their drive power completely from several entrained lithium ferrite batteries with a total capacity of about 100 kWh. The batteries are partially housed at the roof or at the rear of the vehicle. These batteries are recharged within about 15 minutes during the
  • Electric bus provided pantograph extended and brought into contact with a catenary above the electric bus. Before starting the journey, the contact with the catenary network is again separated by a manual switching action.
  • Lowering device consisting of several moving parts. It is exposed to the weather on the roof, including drive technology, and prone to failure.
  • the structure of the extendable pantograph claimed on the vehicle roof a volume of construction, which reduces the vertical clearance of the electric bus.
  • the object is achieved by a vehicle charging station according to the features of claim 1 and by a method for charging according to the features of claim 10, and by a vehicle according to claim 13.
  • the device-related object is achieved in that the following is provided:
  • Rotary joint is also rotationally driven by means of a second rotary drive, wherein the other end of the second member is connected to a feed-contact device, so that by a rotational movement of the first member and / or the second member, an electrical contact between contact elements of the feed contact device and corresponding contact elements of a receiving contact device, the contact elements are fixedly connected to the vehicle roof or a side wall of the vehicle, can be produced.
  • the at least two-part construction of the manipulator makes it possible to compensate for the parking position of the vehicle. Even if the vehicle is not exactly in the predefined parking position, the food contact device can be docked to the vehicle.
  • the two-link construction as a vertical articulated arm allows the pressure force between the contact surfaces to be maintained even when the bus is moving during the charging process, for example because people are getting in or out.
  • the contact elements of the receiving contact device in the form of elongated contact strips are formed, which are arranged in the plane of the vehicle roof or the side wall of the vehicle or in a plane parallel thereto.
  • the feed contact device consists of four contact strips which are arranged in the form of a cross and is designed such that an electrical contact with four corresponding contact strips of the receiving contact device arranged in the form of a square or rectangle are, can be produced.
  • the feed contact device consists of four contact strips which are arranged in the form of a rectangle and the corresponding contact strips of the receiving contact device are arranged in the form of a cross.
  • Embodiments is that the precision requirement with respect to the positional accuracy of the vehicle in the parking position can be reduced. In other words, it is through the cross / square contact arrangement a
  • Another advantage may be an embodiment in which not only the joints between the first member and the base and the second member are driven to the first member each of a rotary drive, but also the
  • the method-related object is achieved by a method for charging the energy store in a battery-operated vehicle, in particular an electric bus or hybrid vehicle, wherein the vehicle parks for the purpose of loading in a predefined parking position, with a
  • Vehicle charging station comprising:
  • first member which is mounted with its one end in a hinge at the base and rotationally driven by means of a rotary drive, and with its other end by means of a second
  • Swivel joint is connected to a first end of a second member, wherein the second pivot joint is also rotatably driven by means of a second rotary drive, wherein the other end of the second member is connected to a feed-contact device.
  • the method is characterized by the
  • Contact elements are firmly connected to the vehicle roof or a side wall of the vehicle is produced.
  • a movement of the individual members of the manipulator in a pivoting plane (yz-plane) which is aligned approximately transversely to the direction of the longitudinal extent of the parked vehicle (x-direction) is preferred. Starting from a rest position, docking with the vehicle takes place on the "shortest" route.
  • the rotational movement of the first member and / or the second member of a runs
  • Control device controlled automatically.
  • battery-operated, non-rail vehicle having a receiving contact device with strip-shaped contact elements, which are arranged in the shape of a cross or a rectangle on the vehicle roof or on a side surface of the vehicle.
  • An easy way to attach the individual contact elements is their embedding in a plate-shaped electrical insulator, wherein they protrude from the plate plane.
  • the plate-shaped insulator has the shape of a truncated pyramid and the contact elements are arranged approximately in the region of the edges of the top surface of the truncated pyramid.
  • a vehicle loading station with a manipulator which is formed of two moving members, in a schematic side view;
  • Figure 1 in a plan view; three different resting positions of the bipartite manipulator; an embodiment of the manipulator, wherein the first member is formed as a disc; three different arrangements of strip-shaped contact elements of the receiving contact device; a preferred arrangement corresponding
  • the charging station consists essentially of a columnar base frame or base 2 and designed as articulated robot
  • Manipulator 23 This consists of a first member 4 and a second member 6, which by means of a joint. 5 connected to each other.
  • Each of the joints 3, 5 is coupled to a rotary drive 31 and 51, not shown.
  • the axes of these rotary drives 31, 51 are aligned parallel to one another and in the x direction, ie the longitudinal direction of a vehicle 10 parked within reach of the manipulator 23.
  • the vehicle 10 may e.g. an initially mentioned vehicle
  • the second arm 6 carries at its outer end a feed contact device 8.
  • this feed-contact device 8 can be parked in the vicinity of the base 2 vehicle 10 are pivoted and dock on a on the vehicle roof 13 or on a side wall 21 of the vehicle 10 arranged receiving contact device 9.
  • the contact elements of the food contact device 8 are not shown in detail in the drawing
  • Energy source for example, a power grid (catenary) connected; the vehicle side
  • Contact elements of the contact device 9 are connected to the arranged in the vehicle 10 battery 22, whereby the battery 22 can be charged.
  • the dimension of the contacts can be reduced if the exact position of the vehicle 10 is known.
  • a position detection device may be provided in the base 2, by means of which, for example, the distance 12 (y-direction) to the vehicle and the exact x-position in the parking position 24 can be determined.
  • the detection of the position can be done, for example, optically, by ultrasound or by radio.
  • the drives 31,51,71 are controlled by a control unit 26 electric positioning drives.
  • Control unit 26 is located in the base 2
  • Control unit 26 controls the process in the preparation of the electrical connection between the contact devices 8,9 completely automatically. It can also be used hydraulic or pneumatic actuators.
  • Pivot plane (y-z plane), which is approximately perpendicular to the
  • FIG. 2 shows a plan view of the working position of the manipulator 23 shown in FIG.
  • Energy storage 22 of the vehicle 10 is loaded. As in
  • the vehicle 10 is in a defined parking position 24, i. both in the direction of travel (x-direction) and in the lateral distance 12 to the base 2 (y-direction) within predetermined markings.
  • FIG. 3 shows rest positions of the manipulator 23 in three different positions.
  • the two members 3,4 are arranged vertically.
  • the first member 4 of the manipulator 23 is approximately horizontal, the second member 6 at an angle to the horizontal.
  • the first arm 4 is inclined with respect to the vertical, the second arm 6 shows vertically downwards (z-direction).
  • the first arm 4 is inclined with respect to the vertical
  • the second arm 6 shows vertically downwards (z-direction).
  • Figure 4 shows another embodiment of the manipulator 23, wherein the first member is designed as a hub 25.
  • the Turntable 25 is again rotatably supported with respect to the base 2 in a hinge 3, the second member 6 is mounted eccentrically with the disc in a rotary joint 5.
  • the position of the members 25 and 6 shown in Figure 4 corresponds again to the working position, ie the loading position.
  • FIG. 5 a various configurations and variants of the orientation of the contact elements on the vehicle roof 13 are shown.
  • the contacts are aligned in the longitudinal direction of the vehicle 10, in FIG. 5 b, transversely to the longitudinal direction of the vehicle 10 and, in FIG. 5 c, obliquely to the longitudinal direction of the vehicle 10.
  • the embodiment according to FIG. 5 a lesser requirements with respect to inaccuracies in the direction of travel, the embodiment in FIG. 5 b tolerates within one
  • Embodiment according to Figure 5c tolerated within limits inaccuracies of the parking position 24 of the vehicle 10 both at the lateral distance 11 to the base 2 (y-direction) and in the direction of travel (x-direction).
  • Vehicle charging station 1 and vehicle 10 a cross-shaped or square arrangement of station-side contact elements with vehicle-side contact elements are brought into contact, in the form of a square or in the form of a
  • FIG. 6 shows a plan view of the vehicle roof 13 with the contact elements 15 arranged in the form of a cross or the contacts 14 arranged in a square. If contact elements of the feed contact device 8 are in the form of a Are arranged cross, then the contact elements of the vehicle-side contact device 9 are arranged in the form of a square, or vice versa, if the station side in the form of a square, then the contact elements on the vehicle roof 13 in the form of a cross are arranged.
  • FIG. 7 shows an arrangement of four contact elements arranged in a square, which are in a position as a
  • Truncated pyramid-shaped insulator 16 are embedded and protrude from the top surface.
  • the truncated pyramid has a height 18 between the base surface and the top surface. If truncated pyramid is mounted with its base surface on a vehicle roof 13, favor the sloping side surfaces 17 outflowing rainwater.
  • FIG. 8 shows a cross-shaped arrangement of four
  • Contact elements 15 which are also at least partially embedded in an insulating part 19 (contact plate).
  • this insulating member 19 is also formed in the shape of a cross.
  • a significant advantage of the invention is that on the vehicle side no moving contact elements are required. Without major changes to the silhouette of the vehicle, the contacts of the receiving contact device 9 can either be flush with the vehicle roof 13 and a side wall 21, or lie in a plane parallel thereto. In a roof-side contact arrangement, it is possible that both halves of the vehicle roof are provided with contacts, whereby the vehicle 10 in the parking position 24 in both directions (in or against the x-direction) can retract. As shown diagrammatically in FIG. 1, the manipulator 23 may vary depending on the rotary seal (double arrows 20).
  • the number of contacts is not limited to three (plus, minus, mass) and may be several
  • the manipulator can be made up of more than two members.
  • the receiving contact device does not have to be on the
  • Vehicle roof or side wall be arranged, it is also conceivable that the vehicle-side contact device is located at the rear of the vehicle.

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Abstract

Fahrzeugladestation zum Laden eines Energiespeichers eines batteriebetriebenen Fahrzeugs (10), insbesondere ein Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei sich das Fahrzeug (5) während des Ladevorgangs in einer vordefinierten Parkposition (24) parkt, umfassend: a) eine Basis (2), die in der Nähe der vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist; b) einen zweigliedrigen Manipulator (23), mit einem ersten Glied (4), das mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk (3) an der Basis (2) gelagert und mittels eines Drehantriebs (31) drehangetrieben ist, und mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (5) mit einem ersten Ende eines zweiten Glieds (6) verbunden ist, wobei das zweite Drehgelenk (5) ebenfalls mittels eines zweiten Drehantriebs (51) drehangetrieben ist, wobei das andere Ende des zweite Glieds (6) mit einer Speise-Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, so dass durch eine Drehbewegung des ersten Gliedes (4) und/oder des zweiten Gliedes (6) ein elektrischer Kontakt zwischen Kontaktelementen der Speise-Kontaktvorrichtung (8) und korrespondierenden Kontaktelementen einer Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), deren Kontaktelemente fest mit dem Fahrzeugdach (13) oder einer Seitenwand (21) des Fahrzeugs (10) verbunden sind, herstellbar ist.

Description

Beschreibung
Fahrzeugladestation mit einem zweigliedrigen Manipulator
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet von Elektrofahrzeugen, insbesondere eine Fahrzeugladestation und ein Verfahren zum Laden, sowie ein batteriebetriebenes nicht spurgebundenes Fahrzeug.
Stand der Technik
Seit langem sind im öffentlichen Nahverkehr
batteriebetriebene Transportsysteme bekannt, beispielsweise aus der DE 24 05 198. neuerdings werden vollelektrische Busse eingesetzt, deren gesamter Energiebedarf über das mitgeführte Batteriesystem abgedeckt wird. Beispielsweise werden heute im Stadtgebiet Wiens derartige Vollelektrobusse betrieben, die ihre Antriebsleistung vollständig aus mehreren mitgeführten Lithium-Ferrit-Batterien mit einer Gesamtkapazität von etwa 100 kWh beziehen. Die Batterien sind teilweise am Dach bzw. am Heck des Fahrzeugs untergebracht. Nachgeladen werden diese Batterien innerhalb von etwa 15 Minuten während der
Betriebszeit jeweils in einer Endstation der Buslinie und über Nacht, wenn der Vollelektrobus nicht in Betrieb ist. Zum Laden wird per Knopfdruck ein am Fahrzeugdach des
Elektrobusses vorgesehener Stromabnehmer ausgefahren und mit einem Fahrleitungsnetz oberhalb des Elektrobusses in Kontakt gebracht. Vor Antritt der Fahrt wird wieder durch eine manuelle Schalthandlung der Kontakt mit dem Fahrleitungsnetz getrennt .
Von Nachteil ist dabei, dass der Stromabnehmer samt der Hebebzw. Absenkvorrichtung auf dem Fahrzeugdach mitgeführt wird. Dies erfordert zusätzliche Antriebsenergie und verringert die Nutzlast des Fahrzeugs. Außerdem besteht die Hebe- bzw.
Absenkvorrichtung aus mehreren bewegten Teilen. Sie ist samt Antriebstechnik auf dem Dach der Witterung ausgesetzt und störanfällig. Der Aufbau des ausfahrbaren Stromabnehmers beansprucht auf dem Fahrzeugdach ein Bauvolumen, welches die Durchfahrtshöhe des Elektrobusses verringert. Für den
Ladevorgang sind manuelle Schalthandlungen erforderlich.
Wünschenswert wäre ein automatisch ablaufender Ladevorgang.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und einen Ansatz zu
schaffen, mit dem zum Laden des Energiespeichers eines batteriebetriebenen Fahrzeugs möglichst keine beweglichen Teile der fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung erforderlich sind, und der Ladevorgang weitgehend automatisierbar ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Fahrzeugladestation gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Laden gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10, sowie durch ein Fahrzeug gemäß dem Anspruch 13. Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird dadurch gelöst, dass folgendes vorgesehen ist:
a) eine Basis, die in der Nähe der vordefinierten
Parkposition angeordnet ist;
b) einen mehrgliedrigen Manipulator, mit einem ersten
Glied, das mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk an der Basis gelagert und mittels eines Drehantriebs drehangetrieben ist, und mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks mit einem ersten Ende eines zweiten Glieds verbunden ist, wobei das zweite
Drehgelenk ebenfalls mittels eines zweiten Drehantriebs drehangetrieben ist, wobei das andere Ende des zweite Glieds mit einer Speise-Kontaktvorrichtung verbunden ist, so dass durch eine Drehbewegung des ersten Gliedes und/oder des zweiten Gliedes ein elektrischer Kontakt zwischen Kontaktelementen der Speise-Kontaktvorrichtung und korrespondierenden Kontaktelementen einer Aufnahme- Kontaktvorrichtung, deren Kontaktelemente fest mit dem Fahrzeugdach oder einer Seitenwand des Fahrzeugs verbunden sind, herstellbar ist.
Indem der elektrische Kontakt beim Laden durch einen
stationsseitigen Manipulator hergestellt wird, ist kein fahrzeugseitiger Stromabnehmer mit beweglichen Teilen erforderlich. Die Aufgabe des Kontaktierens übernimmt ein nach Art eines Knickarmroboters ausgebildeter Manipulator, so dass der Vorgang des Ladens automatisch ablaufen kann. Die fahrzeugseitige Kontakteinrichtung ist durch ortsfeste
Kontaktelemente gebildet, die entweder am Fahrzeugdach oder an einer Seitenwand des Fahrzeugs fix befestigt sind.
Ein wesentlicher Vorteil ist zunächst der, dass
fahrzeugseitig keine beweglichen Kontakte mehr vonnöten sind.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass der zumindest zweigliedrige Aufbau des Manipulators einen Ausgleich der Parkposition des Fahrzeugs ermöglicht. Auch dann, wenn sich das Fahrzeug nicht exakt in der vordefinierten Parkposition befindet kann die Speise-Kontaktvorrichtung an das Fahrzeug angedockt werden. Der zweigliedrige Aufbau als Vertikal- Knickarm ermöglicht es, dass die Andruckkraft zwischen den Kontaktflächen auch dann beibehalten wird, wenn sich der Bus während des Ladevorgangs bewegt, zum Beispiel weil Personen ein- oder aussteigen.
Günstige ist wenn die Kontaktelemente der Aufnahme- Kontaktvorrichtung, in Form von länglichen Kontaktstreifen ausgebildet sind, die in der Ebene des Fahrzeugdachs bzw. der Seitenwand des Fahrzeugs oder in einer hierzu parallelen Ebene angeordnet sind. Die Kontaktflächen dieser
Kontaktstreifen können in ihren Abmessungen vergleichsweise klein gehalten werden, so dass die fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung auf dem Fahrzeugdach bzw. auf einer
Seitenwand nur einen geringen Platz beansprucht. Dies hat u. A. den Vorteil, dass die fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung auf beiden Hälften des Fahrzeugdachs angeordnet werden kann, so dass der Bus von beiden Seiten aufgeladen werden kann, beispielsweise auch beim Einfahren in die Parkposition entgegen der vorgesehenen Fahrtrichtung.
Besonders günstig kann es sein, wenn die Speise- Kontaktvorrichtung aus vier Kontaktstreifen besteht, die in Form eines Kreuzes angeordnet sind, und so ausgebildet ist, dass ein elektrischer Kontakt mit vier korrespondierenden Kontaktstreifen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung, die in Form eines Quadrates oder Rechtecks angeordnet sind, herstellbar ist .
In einer andere besonders bevorzugten Ausführungsform ist es genau umgekehrt, die Speise-Kontaktvorrichtung besteht aus vier Kontaktstreifen die in Form eines Rechteckes angeordnet sind und die korrespondierenden Kontaktstreifen der Aufnahme- Kontaktvorrichtung sind in Form eines Kreuzes angeordnet.
Der Vorteil dieser beiden besonders bevorzugten
Ausführungsformen ist der, dass die Präzisionsanforderung hinsichtlich der Positionsgenauigkeit des Fahrzeugs in der Parkposition reduziert werden kann. Mit anderen Worten es wird durch die Kreuz/Quadrat-Kontaktanordnung ein
vorteilhafter Toleranzbereich für die Positionsgenauigkeit beim Kontaktieren geschaffen, sowohl in Fahrtrichtung als auch im seitlichen Abstand des Fahrzeugs zur Basis.
Von Vorteil kann ferner eine Ausführung sein, bei der nicht nur die Gelenkverbindungen zwischen dem ersten Glied und der Basis und dem zweiten Glied mit dem ersten Glied jeweils von einem Drehantrieb angetrieben sind, sondern auch die
Gelenkverbindung zwischen Speise-Kontaktvorrichtung und zweiten Glied. Dadurch ist es möglich, die Lage der Speise- Kontaktvorrichtung kurz vor dem Andocken zu korrigieren, so dass auch bei einem durch unsymmetrische Belastung
hervorgerufenen Schrägstand des Fahrzeugs sich die
korrespondierenden Kontaktelemente mit etwa gleichem Abstand gegenüberstehen .
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Laden des Energiespeichers in einem batteriebetriebenen Fahrzeug, insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, gelöst, wobei das Fahrzeug zum Zweck des Ladens in einer vordefinierten Parkposition parkt, mit einer
Fahrzeugladestation, umfassend:
i. eine Basis (2 die in der Nähe der vordefinierten Parkposition angeordnet ist;
ii. einen mehrgliedrigen Manipulator, mit einem
ersten Glied, das mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk an der Basis gelagert und mittels eines Drehantriebs drehangetrieben ist, und mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten
Drehgelenks mit einem ersten Ende eines zweiten Glieds verbunden ist, wobei das zweite Drehgelenk ebenfalls mittels eines zweiten Drehantriebs drehangetrieben ist, wobei das andere Ende des zweite Glieds mit einer Speise-Kontaktvorrichtung verbunden ist.
iii. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch den
Verfahrensschritt, dass durch eine Drehbewegung des ersten Gliedes und/oder des zweiten Gliedes ein elektrischer Kontakt zwischen
Kontaktelementen der Speise-Kontaktvorrichtung und korrespondierenden Kontaktelementen einer Aufnahme-Kontaktvorrichtung, deren
Kontaktelemente fest mit dem Fahrzeugdach oder einer Seitenwand des Fahrzeugs verbunden sind, hergestellt wird. Bevorzugt ist hierbei eine Bewegung der einzelnen Glieder des Manipulators in einer Schwenkebene (y-z-Ebene) , die etwa quer zur Richtung der Längserstreckung des parkenden Fahrzeugs (x- Richtung) ausgerichtet ist. Ausgehend von einer Ruhestellung erfolgt das Andocken an das Fahrzeug auf dem "kürzesten" Wege .
In einer Ausführungsform läuft die Drehbewegung des ersten Gliedes und/oder des zweiten Gliedes von einer
Steuereinrichtung gesteuert automatisch ab.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt auch durch ein
batteriebetriebenes, nicht schienengebundenes Fahrzeug, welches eine Aufnahme-Kontaktvorrichtung mit streifenförmigen Kontaktelementen aufweist, welche in der Form eines Kreuzes oder eines Rechteck auf dem Fahrzeugdach oder auf einer Seitenfläche des Fahrzeugs angeordnet sind.
Eine einfache Möglichkeit zur Befestigung der einzelnen Kontaktelemente ist deren Einbettung in einem plattenförmigen elektrischen Isolator, wobei sie von der Platten-Ebene vorstehen .
Zur Ableitung von Feuchtigkeit ist es dabei günstig, wenn der plattenförmige Isolator die Form eines Pyramidenstumpfs aufweist und die Kontaktelemente etwa im Bereich der Kanten der Deckfläche des Pyramidenstumpfs angeordnet sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anhand eines nicht
einschränkenden Ausführungsbeispiels zu entnehmen sind.
Es zeigen: eine Fahrzeugladestation mit einem Manipulator der aus zwei bewegten Gliedern gebildet ist, in einer schematischen Seitenansicht;
Figur 1 in einer Draufsicht; drei verschiedene Ruhepositionen des zweigliedrigen Manipulators ; eine Ausführungsform des Manipulators, bei dem das erste Glied als Scheibe ausgebildet ist; drei verschiedene Anordnungen von streifenförmigen Kontaktelementen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung; eine bevorzugte Anordnung korrespondierender
Kontaktelemente, wobei sternförmig angeordnete Kontaktelemente im Quadrat oder Rechteck angeordneten Kontaktelementen gegenüberstehen; eine Anordnung von vier in einem Quadrat angeordneten Kontaktelementen, die in einem als Pyramidenstumpf ausgebildeten Isolator eingebettet sind und von der Deckfläche des Pyramidenstumpf abstehen; eine kreuzförmige Anordnung von vier
Kontaktelementen .
Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform einer Ladestation 1. Die Ladestation besteht im Wesentlichen aus einem säulenförmigen Grundgestell oder Basis 2 und einem als Knickarmroboter ausgeführten
Manipulator 23. Dieser besteht aus einem ersten Glied 4 und einem zweiten Glied 6, die mittels eines Gelenkes 5 miteinander verbunden sind. Jedes der Gelenke 3, 5 ist mit einem nicht näher dargestellten Drehantrieb 31 bzw. 51 gekoppelt. Die Achsen dieser Drehantriebe 31, 51 sind zueinander parallel und in x-Richtung, d.h. der Längsrichtung eines in Reichweite des Manipulators 23 parkenden Fahrzeug 10 ausgerichtet .
Das Fahrzeug 10 kann z.B. ein eingangs genannter
Vollelektrobus mit einem Lithium-Ferrit-Akku sein, der jeweils in Bus-Endstationen geladen wird.
Der zweite Arm 6 trägt an seinem äußeren Ende eine Speise- Kontaktvorrichtung 8. Bei einer Drehung um die Achsen der Gelenke 3 und 5 (siehe Doppelpfeile 20 in Figur 1) kann diese Speise-Kontaktvorrichtung 8 zu einem in der Nähe der Basis 2 parkenden Fahrzeug 10 geschwenkt werden und an eine auf dem Fahrzeugdach 13 oder auf einer Seitenwand 21 des Fahrzeugs 10 angeordneten Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9 andocken. Die Kontaktelemente der Speise-Kontaktvorrichtung 8 sind mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten
Energiequelle, zum Beispiel einem Energieversorgungsnetz (Fahrleitungsnetz) verbunden; die fahrzeugseitigen
Kontaktelemente der Kontaktvorrichtung 9 sind mit der im Fahrzeug 10 angeordneten Batterie 22 verbunden, wodurch die Batterie 22 geladen werden kann.
Bei entsprechender Dimensionierung der Kontakte der
Kontaktvorrichtungen 8,9 ist es ausreichend, wenn sich das Fahrzeug innerhalb der Markierungen der Parkposition 24 befindet.
Die Abmessung der Kontakte kann verringer werden, wenn die exakte Position des Fahrzeugs 10 bekannt ist. Um die exakte Position Fahrzeugs 10 in der Parkposition 24 zu ermitteln kann in der Basis 2 eine Position- Erfassungsvorrichtung vorgesehen sein, mittels derer zum Beispiel der Abstand 12 (y-Richtung) zum Fahrzeug und die genaue x-Position in der Parkposition 24 ermittelt werden kann. Die Erfassung der Position kann beispielsweise optisch, durch Ultraschall oder über Funk erfolgen. Die Antriebe 31,51,71 sind von einer Steuereinheit 26 gesteuerte elektrische Positionier-Antriebe . Die
Steuereinheit 26 befindet sich in der Basis 2. Die
Steuereinheit 26 steuert den Ablauf bei der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktvorrichtungen 8,9 vollständig automatisch. Es können auch hydraulische oder pneumatische Antriebe eingesetzt werden.
Die Schwenkbewegung der Glieder 4,6 erfolgt in einer
Schwenkebene (y-z-Ebene) , die in etwa rechtwinklig zur
Richtung der Längserstreckung des parkenden Fahrzeugs 10 erfolgt (x-Richtung) .
Figur 2 zeigt eine Draufsicht der in Figur 1 dargestellten Arbeitsstellung des Manipulators 23, bei der der
Energiespeicher 22 des Fahrzeugs 10 geladen wird. Wie in
Figur 2 dargestellt, befindet sich das Fahrzeug 10 in einer definierten Parkposition 24, d.h. sowohl in Fahrtrichtung (x-Richtung) als auch im seitlichen Abstand 12 zur Basis 2 (y-Richtung) innerhalb vorgegebener Markierungen.
Figur 3 zeigt Ruhepositionen des Manipulators 23 in drei verschiedenen Stellungen. In Figur 3a sind die beiden Glieder 3,4 vertikal angeordnet. In Figur 3b ist das erste Glied 4 des Manipulators 23 etwa waagerecht, das zweite Glied 6 in einem Winkel zur Horizontalen. Bei der Darstellung des
Manipulators in Figur 3c ist der erste Arm 4 bezüglich der Vertikalen geneigt, der zweite Arm 6 zeigt lotrecht nach unten (z-Richtung) . So können unterschiedliche Anforderung des Aufstellungsortes der Fahrzeugladestation 1
berücksichtigt werden.
Figur 4 zeigt eine andere Ausgestaltung des Manipulators 23, wobei das erste Glied als Drehscheibe 25 ausgebildet ist. Die Drehscheibe 25 ist wieder bezüglich der Basis 2 in einem Gelenk 3 drehangetrieben gelagert, das zweite Glied 6 ist exzentrisch mit der Scheibe in einem Drehgelenk 5 gelagert. Die in Figur 4 dargestellte Position der Glieder 25 und 6 entspricht wieder der Arbeitsposition, d.h. der Ladeposition.
In Figur 5 sind verschiedene Ausbildungen und Varianten der Ausrichtung der Kontaktelemente auf dem Fahrzeugdach 13 dargestellt. In Figur 5a sind die Kontakte in Längsrichtung des Fahrzeugs 10, in Figur 5b quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs 10 und in Figur 5c schräg zur Längsrichtung des Fahrzeugs 10 ausgerichtet. Hinsichtlich der Toleranz in der Parkposition stellt die Ausführung gemäß Figur 5a geringere Anforderungen hinsichtlich Ungenauigkeiten in Fahrtrichtung, die Ausführung in Figur 5b toleriert innerhalb eines
Toleranzfeldes seitliche Abweichungen zur Basis 2. Die
Ausführung gemäß Figur 5c toleriert innerhalb von Grenzen Ungenauigkeiten der Parkposition 24 des Fahrzeugs 10 sowohl im seitlichen Abstand 11 zur Basis 2 (y-Richtung) als auch in Fahrtrichtung (x-Richtung) .
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der
Kontaktvorrichtungen 8 bzw. 9 ist in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellt. Charakteristisch hierfür ist, dass bei der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen
Fahrzeugladestation 1 und Fahrzeug 10 eine kreuzförmige bzw. quadratische Anordnung von stationsseitigen Kontaktelementen mit fahrzeugseitigen Kontaktelementen in Kontakt gebracht werden, die in Form eines Quadrates bzw. in Form eines
Kreuzes angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in einem größeren Toleranzfeld der Parkposition, sowohl in Fahrtrichtung (x-Richtung) als auch quer zur Fahrtrichtung (y-Richtung) ) . Die Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrzeugdach 13 mit den in Form eines Kreuzes angeordneten Kontaktelementen 15 bzw. den in einem Quadrat angeordneten Kontakten 14. Wenn Kontaktelemente der Speise-Kontaktvorrichtung 8 in Form eines Kreuzes angeordnet sind, dann sind die Kontaktelemente der fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung 9 in Form eines Quadrates angeordnet, oder umgekehrt, wenn stationsseitig in Form eines Quadrates, dann sind die Kontaktelemente auf dem Fahrzeugdach 13 in Form eines Kreuzes angeordnet.
Die Figur 7 zeigt eine Anordnung von vier in einem Quadrat angeordneten Kontaktelementen, die in einem als
Pyramidenstumpf ausgebildeten Isolator 16 eingebettet sind und von der Deckfläche abstehen. Der Pyramidenstumpf weist zwischen Basisfläche und Deckfläche eine Höhe 18 auf. Wenn Pyramidenstumpf mit seiner Basisfläche auf einem Fahrzeugdach 13 angebracht ist, begünstigen die schrägen Seitenflächen 17 abfließendes Regenwasser.
Figur 8 zeigt eine kreuzförmige Anordnung von vier
Kontaktelementen 15, die ebenfalls zumindest teilweise in einem Isolationsteil 19 (Kontaktplatte) eingebettet sind. In der Darstellung der Figur 8 ist dieser Isolationsteil 19 ebenfalls in der Form eines Kreuzes ausgebildet.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass fahrzeugseitig keine beweglichen Kontakteelemente mehr erforderlich sind. Ohne große Änderungen an der Silhouette des Fahrzeugs, können die Kontakte der Aufnahme- Kontaktvorrichtung 9 entweder bündig mit dem Fahrzeugdach 13 bzw. einer Seitenwand 21 angeordnet sein, oder in einer hierzu Parallelen Ebene liegen. Bei einer dachseitigen Kontaktanordnung ist es möglich, dass beide Hälften des Fahrzeugdachs mit Kontakten versehen sind, wodurch das Fahrzeug 10 in der Parkposition 24 in beiden Fahrtrichtungen (in oder entgegen der x-Richtung) einfahren kann. Wie in Figur 1 zeichnerisch dargestellt, kann der Manipulator 23 je nach Drehdichtung (Doppelpfeile 20)
Fahrzeuge 10 beidseits der Basis 2 bedienen. Obwohl die Erfindung im Detail durch die vorstehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So ist selbstverständlich die Anzahl der Kontakte nicht auf drei (plus, minus, Masse) beschränkt und kann mehrere
Kontakte umfassen. Der Manipulator kann aus mehr als zwei Gliedern gebildet sein.
Die Aufnahme-Kontaktvorrichtung muss nicht auf dem
Fahrzeugdach bzw. Seitenwand angeordnet sein, es ist auch denkbar, dass sich die fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung am Heck des Fahrzeugs befindet.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Fahrzeugladestation
2 Basis
3 erstes Drehgelenk
4 erstes Glied
5 zweites Drehgelenk
6 zweites Glied
7 drittes Drehgelenk
8 Speise-Kontaktvorrichtung
9 Aufnahme-Kontaktvorrichtung
10 Fahrzeug
11 Fahrbahn
12 Abstand
13 Fahrzeugdach
14 rechteckförmige Anordnung von Kontaktelementen
15 kreuzförmige Anordnung von Kontaktelementen 16 Kontaktplatte
17 schräge Seitenfläche
18 Dicke der Kontaktplatte 16
19 Kontaktplatte
20 Doppelpfeil
21 Seitenwand
22 Energiespeicher
23 Manipulator
24 Parkposition
25 Drehscheibe
26 Steuereinheit
31 erster Drehantrieb
51 zweiter Drehantrieb
71 dritter Drehantrieb

Claims

Fahrzeugladestation zum Laden eines Energiespeichers (22) eines batteriebetriebenen Fahrzeugs (10),
insbesondere eines Elektrobusses oder Hybridfahrzeugs, wobei sich das Fahrzeug (10) während des Ladevorgangs in einer vordefinierten Parkposition (24) parkt, umfassend: a) eine Basis (2), die in der Nähe der
vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist; b) einen mehrgliedrigen Manipulator (23) , mit einem ersten Glied
(4), das mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk (3) an der Basis (2) drehbar gelagert und mittels eines Drehantriebs (31) drehangetrieben ist, und mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (5) mit einem ersten Ende eines zweiten Glieds (6) verbunden ist, wobei das zweite Drehgelenk
(5) ebenfalls mittels eines zweiten Drehantriebs (51) drehangetrieben ist, wobei das andere Ende des zweite Glieds (6) mit einer Speise- Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, so dass durch eine Drehbewegung des ersten Gliedes (4) und/oder des zweiten Gliedes (6) ein
elektrischer Kontakt zwischen Kontaktelementen der Speise-Kontaktvorrichtung (8) und
korrespondierenden Kontaktelementen einer Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), deren
Kontaktelemente fest mit dem Fahrzeugdach (13) oder mit einer Seitenwand (21) des Fahrzeugs (10) verbunden sind, herstellbar ist.
Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) dazu eingerichtet ist, mit Kontaktstreifen der Aufnahme- Kontaktvorrichtung (9), die in einer Ebene des
Fahrzeugdachs (13) bzw. der Seitenwand (21) des
Fahrzeugs (10) oder in einer hierzu parallelen Ebene angeordnet sind, einen elektrischen Kontakt
herzustellen .
Fahrzeugladestation nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Kontakt mit zumindest drei länglichen Kontaktstreifen der Aufnahme- Kontaktvorrichtung (9) herzustellen, die entweder in Längserstreckung des Fahrzeugs (10), oder quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs (10) oder in einem Winkel zur Längserstreckung des Fahrzeugs (10) angeordnet sind.
Fahrzeugladestation nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) aus vier Kontaktstreifen besteht, die in Form eines Kreuzes (15) angeordnet sind, und so ausgebildet ist, dass ein elektrischer Kontakt mit vier
korrespondierenden Kontaktstreifen der Aufnahme- Kontaktvorrichtung (9), die in Form eines Rechteck (14) angeordnet sind, herstellbar ist.
Fahrzeugladestation nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) aus vier Kontaktstreifen besteht, die in Form eines Quadrates oder Rechtecks ( 14 ) angeordnet sind, und so ausgebildet ist, dass ein elektrischer Kontakt mit vier korrespondierenden Kontaktstreifen der Aufnahme- Kontaktvorrichtung (9), die in Form eines Kreuzes (15) angeordnet sind, herstellbar ist.
Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem anderen Ende des zweiten Gliedes
(6) und der Speise- Kontaktvorrichtung (8) mittels eines Drehgelenkes (7) hergestellt ist. Fahrzeugladestation nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet das das Drehgelenk
(7) mittels eines Drehantriebs (71) drehangetrieben ist.
Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Antriebe (31, 51) die einzelnen Glieder (4, 6) des mehrgliedrigen Manipulators (23) in einer Schwenkebene (y-z-Ebene) bewegbar sind, welche etwa quer zur Längserstreckung des parkenden Fahrzeugs (10) ausgerichtet ist.
Verfahren zum Laden des Energiespeichers (22) in einem batteriebetriebenen Fahrzeug (10), insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug (10) zum Zweck des Ladens in einer vordefinierten
Parkposition (24) parkt, mit einer Fahrzeugladestation (1) , umfassend:
i. eine Basis (2) die in der Nähe der vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist;
ii . einen mehrgliedrigen Manipulator (23), mit einem ersten Glied (4), das mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk (3) an der Basis (2) gelagert und mittels eines Drehantriebs (31)
drehangetrieben ist, und mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (5) mit einem ersten Ende eines zweiten Glieds (6) verbunden ist, wobei das zweite Drehgelenk (5) ebenfalls mittels eines zweiten Drehantriebs (51)
drehangetrieben ist, wobei das andere Ende des zweite Glieds (6) mit einer Speise- Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, so dass durch eine Drehbewegung des ersten Gliedes (4) und/oder des zweiten Gliedes (6) ein elektrischer Kontakt zwischen Kontaktelementen der Speise- Kontaktvorrichtung
(8) und korrespondierenden Kontaktelementen einer Aufnahme- Kontaktvorrichtung
(9), deren Kontaktelemente fest mit dem Fahrzeugdach (13) oder einer Seitenwand (21) des Fahrzeugs (10) verbunden sind, hergestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder des Manipulators (23) in einer
Schwenkebene bewegt werden, die im Wesentlichen quer zur Längserstreckung des parkenden Fahrzeugs (10) verläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung des ersten Gliedes (4) und/oder des zweiten Gliedes (6) von einer Steuereinrichtung (26) gesteuert automatisch abläuft.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (26) bei der Steuerung der Antriebe (31,51) und gegebenenfalls des Antriebs (71) ein von einer Position-Erfassungseinrichtung
zugeleitetes Fahrzeug-Position-Signal berücksichtigt.
13. Batteriebetriebenes, nicht schienengebundenes
Fahrzeug (10) mit einer Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die auf dem Fahrzeugdach (13) oder auf einer Seitenwand (21) des Fahrzeugs (10) fest angebracht ist und
längliche Kontaktelemente aufweist, die entweder in Form eines Kreuzes oder in Form eines Rechteckes angeordnet sind .
14. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente zumindest teilweise in einer aus einem elektrischen Isolator gebildeten Kontaktplatte (16) eingebettet sind.
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