EP4013638A1 - Fahrzeugeinheit mit einem ladeanschluss und ladevorrichtung zum laden einer batterie eines elektrofahrzeugs - Google Patents

Fahrzeugeinheit mit einem ladeanschluss und ladevorrichtung zum laden einer batterie eines elektrofahrzeugs

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EP4013638A1
EP4013638A1 EP20758161.2A EP20758161A EP4013638A1 EP 4013638 A1 EP4013638 A1 EP 4013638A1 EP 20758161 A EP20758161 A EP 20758161A EP 4013638 A1 EP4013638 A1 EP 4013638A1
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EP
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vehicle
vehicle unit
charging
unit
contacting
Prior art date
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Pending
Application number
EP20758161.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Podolski
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Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • Vehicle unit with a charging connection and charging device for charging a battery of an electric vehicle
  • the present invention relates to a charging device for charging a battery of an electric vehicle, in particular for charging a traction battery of a motor vehicle driven by an electric motor, for example a vehicle driven exclusively by an electric motor or a plug-in hybrid vehicle, in particular for automatically charging this traction battery.
  • Electric vehicles are becoming more and more popular, as they are considered an environmentally friendly alternative to vehicles with an internal combustion engine and at the same time contribute to reducing the CO2 emissions of the respective vehicle fleets.
  • Motor vehicles with an electric drive are known, for example, as vehicles with a purely electric drive, in which the energy required for the ferry operation is stored exclusively in a traction battery. Furthermore, motor vehicles with an electric drive are known which have both an internal combustion engine and an electric motor for driving purposes. These motor vehicles are also referred to as hybrid vehicles. In hybrid vehicles, the energy required to drive the electric motor is also stored in a traction battery. If this traction battery can be charged externally, for example by connecting it to a charging device connected to the general electricity network, then these motor vehicles are referred to as plug-in hybrid vehicles.
  • a charging device for example a wall box
  • Providing such a wallbox in combination with a cable does not save much space, since the charging cable extends from the wallbox, which can be provided in a wall area, for example in a garage, to the motor vehicle and in this way blocks the passage or at least a trip hazard can train. Furthermore, the manual process of plugging the charging cable into the motor vehicle is perceived by some users as a nuisance. This can lead to the fact that the connection of the motor vehicle for charging is forgotten or it is even forgotten that the motor vehicle is still connected to the wallbox with the charging cable before driving off. Although the starting locks usually prevent mechanical damage, the user still has to get out of the motor vehicle again and detach the charging cable from the vehicle.
  • contacting devices which are arranged on the floor of a parking space. With these contacting devices, a motor vehicle drives over the respective charging device and then the motor vehicle is automatically contacted from below via a corresponding lifting device.
  • different lifting devices are known, by means of which a plug can be inserted from below into a socket which is arranged in the underbody of the motor vehicle.
  • DE102018205594A1 discloses an automatic charging device for an electric vehicle, wherein a contacting unit arranged in the underbody of the vehicle can be contacted by means of a movable arm. The contacts of the contacting unit are protected with a linearly displaceable cover. The contact is made in a plane perpendicular to the underbody of the electric vehicle.
  • DE102016222853A1 discloses a coupling device which is arranged on the underbody of the electric vehicle and has a plug that can be moved from a rest position to a plugged position and back.
  • a vehicle unit with a charging connection for charging a battery of an electric vehicle wherein the vehicle unit is arranged in the underbody of the electric vehicle.
  • the charging connection is designed to be connected to a contacting element in a plane parallel to the underbody of the electric vehicle.
  • a movement takes place between the contacting element and the charging connection in a plane parallel to the underbody of the electric vehicle in such a way that contacting takes place between the contacting element and the charging connection.
  • This connection of the charging connection in a plane parallel to the underbody of the electric vehicle can ensure that the respective connections and contacts for contacting between the contacting element and the charging connection can also be provided in an orientation parallel to the underbody of the electric vehicle. In this way, the tendency towards soiling, wear and tear and damage caused by driving influences can be reduced and the vehicle unit is thus made more robust.
  • the plane parallel to the underbody of the electric vehicle is also designed horizontally at the same time.
  • the plane formed by the underbody of the electric vehicle can be accommodated by parts of a housing of the vehicle unit.
  • the floor of the vehicle unit can extend essentially in the plane formed by the underbody of the electric vehicle.
  • the electric vehicle is preferably a motor vehicle with a purely electric drive or a plug-in hybrid vehicle in which the energy required for the electric ferry operation is stored in a battery of the electric vehicle, also known as a traction battery.
  • the vehicle unit can have a positioning element for positioning and / or guiding the contacting element to the charging connection.
  • the positioning element can correspondingly be brought into contact with the contacting element and then establishing or releasing contact by a corresponding movement of the positioning element.
  • the positioning element can comprise a pin or be formed by a pin which can be brought into contact with the contacting element. Further mechanical configurations for the positioning element are conceivable, which can preferably be brought into positive engagement with the contacting element.
  • the positioning element can comprise a drive, by means of which the positioning element is brought into engaging contact with the contacting element in order to then bring the contacting element into connection with the charging connection.
  • the vehicle unit preferably has a cover for covering the charging connection, the cover preferably being flush with the underbody in the closed state. This enables even better protection for the charging connection to be achieved, by means of which a robust and durable vehicle unit can then be built.
  • the cover can particularly preferably be movable between a closed position and an open position with a drive and the drive can preferably also actuate the positioning element.
  • the vehicle unit can comprise a housing defining a recess, which preferably comprises an elongated recess, and the charging connection can be arranged at a first end of the recess such that the contacts of the charging connection run parallel to the underbody.
  • the charging connection can be arranged in a recess in the vehicle unit in order to provide a particularly protected design of the vehicle unit in this way.
  • the positioning element for positioning and / or guiding the contacting element is arranged at the second end of the recess, opposite the charging connection. This enables the contacting element to be fed precisely to the charging connection.
  • the positioning element is arranged in a stationary manner in the vehicle unit, preferably in the recess, and the charging connection can be moved relative to the housing of the vehicle unit by means of a drive so that the charging connection can be moved towards a contacting element.
  • the movement of the charging connection takes place in the plane parallel to the underbody of the electric vehicle.
  • both the positioning element and the charging connection can be moved in such a way that the charging connection with a contacting element can be moved in a plane formed by the underbody of the motor vehicle and thereby contacted.
  • the positioning element is connected to a drive for opening and / or closing a cover of the recess via a toggle lever arrangement.
  • a toggle lever arrangement By means of the toggle lever arrangement, it can be achieved that the positioning element describes a preferred trajectory by means of which it can be used for moving and locking the contacting element.
  • the positioning element can be moved in the direction of the charging connection in order to effect a coupling of the contacting element to the charging connection.
  • the positioning element can move the contacting element into the charging connection.
  • a drive for the cover has over-center kinematics, with which the cover can be firmly closed in the closed state. It can thus be achieved that the cover can be held in the closed state with the application of a low holding force of the drive with a high closing force.
  • a drive for the cover is particularly preferably coupled to a drive for the positioning element, preferably in the form of a pin, so that when the cover is opened, the positioning element is rotated towards the bottom and when the cover is closed, the positioning element is rotated back into the recess, wherein the positioning element is preferably rotated through an angle which is greater than 30 °, preferably more than 45 °. It can thus be achieved that the positioning element protrudes from the recess and can thus be used for guiding and positioning the contacting element. At the same time, however, a compact structural dimension can also be achieved and the cover can be designed flush with the sub-floor.
  • a charging device for charging a battery of an electric vehicle which comprises a vehicle unit, as described above, and a floor unit arranged on the floor with a contacting element attached to a contacting arm.
  • the contacting element can be connected to the charging connection of the vehicle unit in order to establish an electrical connection.
  • the charging connection and the contacting element are designed to be connected to one another in a plane parallel to the underbody of the vehicle.
  • the contacting element is preferably arranged on the contacting arm in such a way that it is always aligned parallel to the sub-floor regardless of the position of the contacting arm, preferably by means of a parallelogram guide. Reliable contacting of the charging connection in a plane parallel to the underbody of the electric vehicle can thus be achieved.
  • the contacting element preferably has a receiving unit for receiving a positioning element for positioning the contacting element in relation to the vehicle unit.
  • the receiving unit and the vehicle unit preferably have sensors for localizing the receiving unit in relation to the vehicle unit and in particular in relation to the recess. Automatic positioning of the contacting element with respect to the charging connection can thus be achieved.
  • a method for automatically charging an electric vehicle which has the following steps: providing a vehicle unit mounted in the underbody of the electric vehicle with a charging connection, the charging connection being arranged parallel to the underbody of the electric vehicle, providing a floor unit with a contact arm on it free end a contacting element is arranged in a plane parallel to the underbody of the vehicle, approaching the contacting arm to the vehicle unit, and moving the contacting element in the direction of the charging connection parallel to the underbody of the electric vehicle.
  • a receiving unit of the contacting element is brought into engagement with a positioning unit of the vehicle unit to form a pivot axis, and the contacting element is aligned with the vehicle unit by pivoting the contacting element about the Swivel axis carried out around.
  • a positioning element is preferably provided which is designed for positioning and aligning the contacting element arranged on the contacting arm.
  • the contacting arm and the contacting element can be designed particularly efficiently through the positioning element and, for example, a separate drive for aligning the contacting element can be dispensed with. Because the contacting element is brought into engagement with the positioning element, a rotational alignment of the contacting element can for example be achieved by means of a pivoting drive of the contacting arm, the contacting element being arranged on the contacting arm via a freely rotatable axis of rotation and engagement takes place between the positioning element and the contacting element in a position radially spaced from the axis of rotation.
  • Figure 1 is a schematic perspective view from below of a vehicle unit with a cover in a closed position
  • FIG. 2 shows a schematic perspective illustration of the vehicle unit from FIG. 1, in which the cover is arranged in an open position
  • FIG. 3 shows a schematic, quasi-transparent representation of the vehicle unit from FIGS. 1 and 2, the vehicle unit being rotated 90 ° counterclockwise,
  • Figure 4 is a schematic transparent side view of the vehicle unit from the previous figures
  • FIG. 5 shows a schematic transparent side view of the vehicle unit, the cover being in a closed position
  • FIG. 6 shows a schematic perspective illustration of the charging device with the vehicle unit shown transparently in a closed state and with an approaching contacting arm
  • FIG. 7 shows the charging device from FIG. 6 with the vehicle unit, the cover being completely open and the contacting arm approaching
  • FIG. 8 shows the charging device from FIG. 7, a guide pin of the vehicle unit engaging a contacting element of the contacting arm,
  • FIG. 9 shows the charging device from FIG. 8, the contacting element being inserted into a recess in the vehicle unit
  • FIG. 10 shows the charging device from FIG. 9, the contacting element being completely contacted with the charging connection.
  • a vehicle unit 1 of a charging device is shown schematically.
  • the vehicle unit 1 is set up to be arranged in an electric vehicle.
  • a contacting arm not shown in the figure, of a floor unit, also not shown, can be used to contact a traction battery arranged in the electric vehicle with a power source providing a charging current.
  • the power source providing the charging current can be provided in the form of a wallbox.
  • the charging control can also be provided in the wallbox.
  • the electric vehicle can be an electric vehicle driven exclusively by an electric motor or a plug-in hybrid electric vehicle.
  • the charging device is used to establish automatic contact with an electric vehicle and then to start a charging process in order to charge a traction battery in the electric vehicle.
  • the aim of the charging device is to ensure that the entire contacting process and the charging process run essentially automatically, so that the driver or user of the electric vehicle does not have to intervene.
  • the driver only has to position or park his vehicle above a floor unit arranged in / on the floor of the parking space for the vehicle and the remaining steps of the contacting process and charging process then take place without further interaction with the driver or user.
  • a contacting process then takes place between a vehicle unit arranged in the underbody of the vehicle and the floor unit.
  • automatic communication between the electric vehicle to be charged and the charging device can take place and, for example, if the charging state of the electric vehicle falls below a predetermined level, a charging process can be started automatically become.
  • the driver actively initiates the charging process, but then at least no further manual interaction between the driver and the charging device is necessary.
  • the charging device will then establish physical contact with the motor vehicle via a contacting mechanism described below in order in this way to provide a charging current for charging the traction battery of the motor vehicle.
  • a contacting element of the floor unit is connected to a charging connection of the vehicle unit and a contact is established in this way.
  • a particularly convenient operation of a motor vehicle provided with an electric motor and an associated traction battery can be made possible by means of the charging device, in which the driver does not have to take any further steps after parking the motor vehicle above the floor unit and possibly initiating the charging process, since the charging device does this automatically and independently.
  • the proposed charging device can prevent a user from wanting to drive off while the motor vehicle is still in contact and then having to get out again in order to release the connection. Rather, the proposed charging device can also be used to achieve automatic, independent disconnection, which is carried out, for example, when the actual charging process has ended, i.e. the traction battery is completely filled again, or triggered, for example, by opening the motor vehicle or entering the interior of the Motor vehicle or switching on the motor vehicle. In other words, a user does not have to take any active steps to disconnect the existing contacting of the charging device. However, it can also be provided that the user specifies active disconnection by means of a corresponding disconnection command.
  • the vehicle unit 1 arranged in the electric vehicle has a housing 11 which can be received in a corresponding receptacle in the electric vehicle.
  • the vehicle unit 1 can be fastened on or in the underbody of the electric vehicle using screws.
  • screw holes 12 are provided at four corners of the housing 11, for example.
  • the vehicle unit 1 can be integrated flush into the underbody of the electric vehicle.
  • the housing 11 of the vehicle unit 1 is inserted so far into the electric vehicle that the downward-facing floor 110 of the housing 11 is essentially flush with the underbody of the electric vehicle.
  • a vehicle unit 1 mounted in the area of the underbody is provided for automatically charging a traction battery, the electrical connection between the vehicle unit 1 and a floor unit being established automatically.
  • the vehicle unit 1 is shown in Figure 1 in a view from below, wherein a cover 3 for covering a recess 6 shown in Figure 2, which receives a charging connection 4, can be seen in a closed position.
  • the cover 3 is provided to move from an open position into a closed position by means of a four-bar joint, as will be described in detail with reference to FIG. 3, among other things.
  • a mounting of the cover 3 via a four-bar linkage is preferred compared to a purely translatory mounting in the rough conditions under a vehicle, because the cover 3 is then less sensitive to dirt and easier to clean, e.g. B. as part of the regular maintenance of a specialist workshop.
  • the cover 3 preferably closes off the vehicle unit 1 in a planar manner.
  • the housing 11 of the vehicle unit 1 preferably has a recess 13 into which the cover 3 can move when it is opened, in order to create a planar formation of the underside of the housing 11 together with that in the open position in the open state Cover 3 to reach.
  • a planar design is particularly preferred in order to facilitate the introduction of a contacting element and, in particular, to avoid the contacting element catching on the different structures of the sub-floor.
  • a recess 6 is now exposed, in which a charging connection 4 and a positioning element are arranged.
  • the positioning element is shown in the form of a pin 5.
  • the positioning element can also be provided in other mechanical configurations - preferably those which enable positive engagement between the contacting element and the positioning element.
  • the charging connection 4 comprises the contacts by means of which contact can be achieved for electrically charging the battery of the electric vehicle.
  • the contacts of the charging connection 4 are designed to be connected to a contacting element designed, for example, as a plug.
  • the charging connection 4 is then designed accordingly in the form of a socket for receiving the contacting element designed as a plug.
  • the charging connection 4 and its contacts are designed such that the contacting element can be inserted (and released after the end of the charging process) in a direction that lies in a plane lying parallel to the underbody of the vehicle.
  • the charging connection 4 and its contacts are aligned parallel to the floor of the housing 11 of the vehicle unit 1, so that contacting can be achieved by moving in a direction lying in the plane of the underbody.
  • the pin 5 is used to guide and / or move and / or position the contacting element, as will also be explained further below with reference to FIG. 3 and FIGS. 6 to 10.
  • the charging connection 4 and the pin 5 are stored in a protected manner in the recess 6, so that the risk of contamination or damage from environmental and driving influences can be reduced. This protection would already be provided by the recess 6 alone, in particular if the charging connection 4 lies in the "slipstream" of the walls 60 of the recess defining the recess 6, so that dirt, water and stone chips do not hit the charging connection 4 directly during ferry operation, but practically stroke over it.
  • FIG. 3 corresponding to FIG. 2, a vehicle unit 1 is shown with the cover 3 in an open position and a view from below.
  • the housing 11 of the vehicle unit 1 is shown transparently in this and the following figures.
  • a drive 30 for the cover 3 and a drive 50 for the pin 5 can accordingly be seen in FIG.
  • the cover 3 is articulated to the housing 11 via a parallelogram guide with two guide legs 31, 32.
  • the cover 3 is thus articulated to the housing 11 via a four-bar linkage and can be moved from the closed position, as shown in FIG. 1, into the open position, as shown in FIG. 2, by means of the drive 30.
  • the cover 1 is therefore first lifted from the closed position by this articulation and then pivoted into the open position so that it is received in the recess 13.
  • the drive 30 also enables the cover 3 to be pivoted from the open position into the closed position.
  • the cover 3 always rotates parallel to the underbody of the vehicle from an open position to a closed position and vice versa.
  • the guide legs 31, 32 are pivotably mounted on the housing 11 via pivot joints 31a, 32a and pivotably mounted on the cover 3 via pivot joints 31b, 32b.
  • the drive 30 has a drive shaft 35 driven by a motor or a servo with a radial lever 34 and a coupling element 33 linked to the radial lever 34, which in turn is linked to one of the guide legs 32 of the parallelogram of the cover 3. By rotating the drive shaft 35, a corresponding movement can be applied to the guide leg 32 so that the pivoting movement for opening and closing the cover 3 can be applied by means of the motor or servo.
  • the drive axis 35 lies parallel to the pivot axes of the parallelogram guide for the cover 3, formed by means of the rotary joints 31 a, 31 b, 32 a, 32 b.
  • the drive 30 converts the rotation of the drive shaft 35 into an opening / closing movement of the cover 3.
  • cover 3 can be kept in the closed position simply and reliably by means of an over-center kinematics of the drive 30, as will be described for example with reference to FIG.
  • the drive 30 and in particular its motor or servo for the cover 3 also actuates the drive 50 for the pin 5.
  • a separate drive for the pin 5 is also conceivable.
  • the drive 50 for the pin 5 is correspondingly coupled to the radial lever 34, so that the motor or servo actuating the radial lever 34 also drives the drive 50.
  • the drive 50 comprises an eccentric axis 52 arranged on the radial lever 34, which extends parallel to the drive axis 35 in the exemplary embodiment shown, and a tension element 54 arranged on this via a first ball joint 53, which is attached to a first leg 56 via a second ball joint 55 Toggle lever assembly 57 is articulated. A second leg 58 of the toggle lever arrangement 57 is also provided.
  • the eccentric axis 52 could also be dispensed with in the case of a radial lever 34 arranged in a different position or in a different plane, and the tension element 54 could then be arranged directly on the radial lever 34 in the eccentric position.
  • a pulling or pushing movement is exerted on the pulling element 54 accordingly.
  • the pin 5 is arranged at the outer end 560 of the first limb 56 of the toggle lever arrangement 57, the pin 5 being mounted in a bearing 500, not explicitly shown, both linearly displaceable and rotatable.
  • a link guide can also be provided, by means of which the pin 5 can be moved in a precisely predetermined trajectory - for example, it swivels in a first movement area and a translatory movement in another movement area.
  • the outer end 580 of the second leg 58 of the toggle lever arrangement 57 is articulated on the housing 11.
  • the pin 5 In a closed position of the cover 3, the pin 5 is rotated by an angle ⁇ in a rotational movement A from the position perpendicular to the sub-floor, preferably by 45 °, so that the cover 3 can be closed. This will be described again in more detail with reference to FIG.
  • the pin 5 can therefore extend downward beyond the opened recess 6, as can be seen, for example, in FIG. This is important in order to position the contacting element and to guide it into the recess 6.
  • the pin 5 when the cover 3 is moved from a closed position to an open position, the pin 5 can rotate out of the recess 6 in the direction of rotation A, so that the pin 5 then at the latest when the cover 3 is fully open, perpendicular to the sub-floor from the recess 6 downwards protrudes.
  • the pin 5 is simultaneously subjected to the translatory movement in direction B, the pin 5 moving essentially away from the charging connection 4 when the cover 5 is opened.
  • the pin 5 When the cover 3 is moved further from a fully open position to a partially closed position, the pin 5 simultaneously moves in a translatory manner in the direction B towards the charging connection 4.
  • the pin 5 can also be arranged in a stationary manner in the housing 11 and instead the charging connection 4 can be designed such that it executes a translational movement in order to be connected to a contacting element.
  • the charging connection 4 then moves towards a contacting element introduced into the recess, for example, in order to achieve insertion and thus contacting of the charging connection 4 with the contacting element.
  • FIG. 4 the vehicle unit 1 already presented in connection with FIGS. 1 to 3 with the cover 3 in an open position and with a transparent housing 11 is shown schematically in a side view.
  • the cover 3 lies in a recess 13 in the housing 11 of the vehicle unit 1.
  • the pin 5 protrudes from the recess 6 perpendicular to the underbody of the vehicle and is ready for connection to the contacting element 7.
  • the vehicle unit 1 is shown schematically in a side view with the cover 3 in a closed position.
  • the cover 3 lies flush with the vehicle unit 1 over the recess 6 and thereby closes the access to the charging connection 4.
  • the pin 5 is rotated through an angle ⁇ from the vertical position in the direction of the underbody, so that it can be received completely in the recess 6 and the cover 3 can completely close the recess 6.
  • a connection method between a vehicle unit 1 and a floor unit 2 is shown in FIGS.
  • a contact arm 9 of a base unit 2 is shown schematically in FIG. 6, a contact element 7 being connected to a free end of the contact arm 9.
  • the connection of the contacting element 7 to the contacting arm 9 takes place via a parallelogram guide, so that the contacting element 7 always lies in a plane parallel to the underbody of the vehicle regardless of the movement of the contacting arm 9.
  • the contacting element 7 is arranged on the contacting arm 9 such that it can rotate freely in the direction of rotation C about an axis of rotation 70 arranged perpendicular to the plane of the sub-floor.
  • the contacting element 7 is pretensioned with a spring in an initial position with respect to the Kunststoff musclessams 9, so that the contacting element 7 always moves into this initial position when it is otherwise unaffected. In this starting position with respect to the contacting arm 9, the contacting element 7 is shown in FIG.
  • a robot arm or another lifting mechanism could also be used with which the contacting element 7 can be fed to the vehicle unit 1.
  • the contacting element 7 in the present embodiment is rotatably arranged on the contacting arm 9 in one of the plane parallel to the underbody of the vehicle.
  • the contacting element 7 approaches the vehicle unit 1 from below.
  • the cover 3 of the vehicle unit 1 completely closes the recess 6 and thus also the charging connection 4.
  • the next connection step is shown in FIG.
  • the contacting element 7 is raised so close to the vehicle unit 1 that a signal to open the cover 3 is triggered, for example by means of sensors.
  • the cover 3 is fully opened and the pin 5 simultaneously rotates out of the recess 6 towards the floor.
  • the pin 5 then protrudes vertically downward from the recess 6 and is thus ready for connection to the contacting element 7.
  • a positioning sensor system helps to guide a receiving unit 8 of the contacting element 4 to the pin 5 so that the positioning element in the form of the pin 5 can be connected to the receiving unit 8.
  • proximity sensors can be used for this purpose, e.g. B. Hall sensors, optical sensors, ultrasonic sensors etc.
  • the contacting element 7 with the receiving unit 8 is placed on the pin 5.
  • the receiving unit 8 of the contacting element 7 has a through hole 8 a which receives the pin 5 of the vehicle unit 1.
  • the contacting element 7 is moved horizontally and vertically until the through hole 8a can be pushed onto the pin 5.
  • the contacting element 7 can be pivoted around the pin 5 around the pivot axis 80 formed in this way in a plane parallel to the underbody of the vehicle until the contacting element 7 with the Recess 6 is aligned.
  • a rotational alignment of the contacting element 7 such that the contacting element 7 can then be inserted into the recess 6 can be achieved via the already provided drives of the contacting arm 9 of the floor unit 2 and the drive 30 of the cover 3 of the vehicle unit 1.
  • the final alignment of the contacting element 7 relative to the recess 6 can be achieved, for example, by providing a marking or a grid on the pin 5.
  • the contacting element 7 can also be controlled and aligned with respect to the recess 6 via the aforementioned sensor system in such a way that the contacting element 7 is rotated into the intended position in such a way that the contacting element 7 can be inserted into the charging connection 4.
  • the contacting element 7 is lowered into the recess 6 so that contacts provided in the contacting element 7 can be brought into a corresponding plane with the complementary contacts of the charging connection 4.
  • the pin 5 is pushed through the through hole 8 a in the receiving unit 8.
  • the contacts of the charging connection 4 face complementary contacts of the contacting element 7, as can be seen in FIG.
  • the pin 5 which has penetrated into the through hole 8a in the receiving unit 8 can also be seen.
  • the last connection step can be seen in FIG. 10, the contacting element 7 being moved translationally in direction B of the charging connection 4 with the aid of the pin 5. Since the drive 50 for the pin 5 is connected to the drive 30 for the cover 3, the cover 3 is simultaneously displaced from a fully open position into a partially closed position. After the contacting element 7 has latched into the charging connection 4, charging of the electric vehicle can begin.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugeinheit (1) mit einem Ladeanschluss (4) zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, wobei die Fahrzeugeinheit (1) im Unterboden des Elektrofahrzeugs angeordnet ist, wobei der Ladeanschluss (4) dazu ausgebildet ist, in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs mit einem Kontaktierungselement (7) verbunden zu werden.

Description

Fahrzeugeinheit mit einem Ladeanschluss und Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, insbesondere zum Laden einer Traktionsbatterie eines mit einem Elektromotor angetriebenen Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines ausschließlich mit einem Elektromotor angetriebenen Fahrzeugs oder eines Plugin-Hybrid Fahrzeugs, insbesondere zum automatischen Laden dieser Traktionsbatterie.
Stand der Technik
Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb werden immer populärer, da sie als umweltfreundliche Alternative zu Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor gelten und gleichzeitig zur Senkung des CO2 Ausstoßes der jeweiligen Fahrzeugflotten beitragen.
Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb sind beispielsweise als Fahrzeuge mit reinem Elektroantrieb bekannt, bei welchen die für den Fährbetrieb benötigte Energie ausschließlich in einer Traktionsbatterie gespeichert ist. Weiterhin sind Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb bekannt, welche sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor zum Antrieb aufweisen. Diese Kraftfahrzeuge werden auch als Hybrid Fahrzeuge bezeichnet. Die zum Antrieb des Elektromotors benötigte Energie wird bei Hybrid Fahrzeugen ebenfalls in einer Traktionsbatterie gespeichert. Lässt sich diese Traktionsbatterie extern laden, beispielsweise durch Anschluss an eine mit dem allgemeinen Stromnetz in Verbindung stehende Ladevorrichtung, so werden diese Kraftfahrzeuge als Plugin-Hybrid Fahrzeuge bezeichnet.
Zum Laden von Traktionsbatterien bei Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb ist es bekannt, eine Kontaktierung des Kraftfahrzeugs mit einer Ladeeinrichtung, beispielsweise einer Wallbox, herzustellen, indem durch einen Benutzer ein Ladekabel von der Wallbox zum Kraftfahrzeug geführt wird, um dort in eine entsprechende Buchse eingesteckt zu werden. Auf diese Weise kann eine sichere Verbindung zwischen der Wallbox und dem Kraftfahrzeug so hergestellt werden, dass eine Ladung einfach möglich ist.
Das Bereitstellen einer solchen Wallbox in Kombination mit einem Kabel ist hingegen wenig platzsparend, da sich von der Wallbox, die in einem Wandbereich beispielsweise in einer Garage vorgesehen sein kann, das Ladekabel zum Kraftfahrzeug hin erstreckt und auf diese Weise den Durchgang blockieren oder zumindest eine Stolperfalle ausbilden kann. Weiterhin wird der manuelle Prozess des Einsteckens des Ladekabels in das Kraftfahrzeug von manchen Benutzern als lästig empfunden. Dies kann dazu führen, dass das Verbinden des Kraftfahrzeuges zum Laden vergessen wird oder es gar vergessen wird, dass das Kraftfahrzeug noch mit dem Ladekabel an der Wallbox hängt, bevor losgefahren wird. Zwar verhindern üblicherweise Losfahrsperren einen mechanischen Schaden, der Benutzer muss jedoch dennoch noch einmal aus dem Kraftfahrzeug aussteigen und das Ladekabel vom Fahrzeug lösen.
Wird vergessen das Fahrzeug mit der Wallbox zu verbinden, kann dies bedeuten, dass eine Ladung der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs nicht stattfindet und beim nächsten Starten die Traktionsbatterie möglicherweise nicht ausreichend geladen ist.
Entsprechend gibt es Bestrebungen, die Kontaktierung zum Laden des Kraftfahrzeuges ausgehend von einer Ladevorrichtung zu automatisieren. Hierzu gibt es unterschiedliche Konzepte, wobei beispielsweise wandgebundene automatische Kontaktierungsvorrichtungen vorgeschlagen wurden, welche ein Ladekabel, welches vormals von einem Benutzer händisch in die Buchse am Kraftfahrzeug eingeführt wurde, nun automatisch/mechanisch eingesteckt werden. Dies kann beispielsweise über einen Scherenarm erreicht werden.
Weiterhin sind Kontaktierungsvorrichtungen bekannt, welche am Boden eines Stellplatzes angeordnet sind. Bei diesen Kontaktierungsvorrichtungen fährt ein Kraftfahrzeug über die jeweilige Ladevorrichtung und dann findet automatisch eine Kontaktierung des Kraftfahrzeugs über eine entsprechende Hubvorrichtung von unten her statt. Dazu sind unterschiedliche Hubvorrichtungen bekannt, mittels welchen ein Stecker von unten in eine Buchse, die im Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, eingeführt werden kann.
Dabei sind aber die Kontakte der im Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordneten Fahrzeugeinheit sowie die Kontakte einer Bodeneinheit mechanischen Beschädigungen durch Steinschlag, Verschmutzung und Spritzwasser ausgesetzt. In der DE102018205594A1 wird eine automatische Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug offenbart, wobei eine im Unterboden des Fahrzeugs angeordnete Kontaktierungseinheit mittels eines verfahrbaren Arms kontaktierbar ist. Die Kontakte der Kontaktierungseinheit sind dabei mit einer linear verlagerbaren Abdeckung geschützt. Die Kontaktierung erfolgt in einer Ebene senkrecht zum Unterboden des Elektrofahrzeugs.
In der DE102016222853A1 wird eine am Unterboden des Elektrofahrzeuges angeordnete Koppeleinrichtung mit einem aus einer Ruhelage in eine Stecklage- und zurück verlagerbaren Stecker offenbart.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs, sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Fahrzeugeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Fahrzeugeinheit mit einem Ladeanschluss zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Fahrzeugeinheit im Unterboden des Elektrofahrzeugs angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Ladeanschluss dazu ausgebildet, in einer Ebene parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs mit einem Kontaktierungselement verbunden zu werden.
Mit anderen Worten findet eine Bewegung zwischen dem Kontaktierungselement und dem Ladeanschluss in einer Ebene parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs so statt, dass eine Kontaktierung zwischen dem Kontaktierungselement und dem Ladeanschluss stattfindet.
Durch diese Verbindung des Ladeanschlusses in einer Ebene parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs kann erreicht werden, dass die jeweiligen Anschlüsse und Kontakte zur Kontaktierung zwischen dem Kontaktierungselement und dem Ladeanschluss ebenfalls in einer zum Unterboden des Elektrofahrzeugs parallelen Ausrichtung vorgesehen sein können. Damit kann die Neigung zur Verschmutzung, Abnutzung und Beschädigung durch Fahrteinflüsse reduziert werden und die Fahrzeugeinheit wird damit robuster ausgebildet. Bei einem auf einem ebenen Boden abgestellten Elektrofahrzeug ist die zum Unterboden des Elektrofahrzeugs parallele Ebene gleichzeitig auch horizontal ausgebildet.
Die durch den Unterboden des Elektrofahrzeugs ausgebildete Ebene kann durch Teile eines Gehäuses der Fahrzeugeinheit aufgenommen werden. Beispielsweise kann sich der Boden der Fahrzeugeinheit im Wesentlichen in der durch den Unterboden des Elektrofahrzeugs ausgebildeten Ebene erstrecken.
Bei dem Elektrofahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Kraftfahrzeug mit reinem Elektroantrieb oder um ein Plugin-Hybrid Fahrzeug, bei welchen die für den elektrischen Fährbetrieb benötigte Energie in einer auch als Traktionsbatterie bezeichneten Batterie des Elektrofahrzeugs gespeichert wird.
Um eine besonders einfache Kontaktierung zwischen dem Ladeanschluss und dem Kontaktierungselement in der durch den Unterboden des Elektrofahrzeugs vorgegebenen Ebene zu erreichen, kann die Fahrzeugeinheit ein Positionierungselement zum Positionieren und/oder Führen des Kontaktierungselementes zum Ladeanschluss aufweisen. Das Positionierungselement kann entsprechend mit dem Kontaktierungselement in Kontakt gebracht werden und dann durch eine entsprechende Bewegung des Positionierungselements eine Kontaktierung hersteilen oder wieder lösen.
In einer mechanisch besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann das Positionierungselement einen Stift umfassen oder durch einen Stift ausgebildet werden, der mit dem Kontaktierungselement in Kontakt gebracht werden kann. Weitere mechanische Ausgestaltungen für das Positionierungselement sind denkbar, welche in bevorzugt in formschlüssigen Eingriff mit dem Kontaktierungselement gebracht werden können.
Dabei kann das Positionierungselement einen Antrieb umfassen, mittels dessen das Positionierungselement in eingreifenden Kontakt mit dem Kontaktierungselement gebracht wird, um das Kontaktierungselement dann mit dem Ladeanschluss in Verbindung zu bringen.
Bevorzugt weist die Fahrzeugeinheit eine Abdeckung zum Abdecken des Ladeanschlusses auf, wobei die Abdeckung im geschlossenen Zustand bevorzugt ebenflächig mit dem Unterboden abschließt. Damit kann ein noch besserer Schutz für den Ladeanschluss erreicht werden, mittels dessen dann eine robuste und langlebige Fahrzeugeinheit aufgebaut werden kann. Dabei kann die Abdeckung besonders bevorzugt mit einem Antrieb zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position bewegbar sein und der Antrieb kann bevorzugt auch das Positionierungselement betätigen.
In einer bevorzugten Ausführung kann die Fahrzeugeinheit ein eine Ausnehmung definierendes Gehäuse umfassen, welches bevorzugt eine langgestreckte Ausnehmung umfasst, und der Ladeanschluss kann so an einem ersten Ende der Ausnehmung angeordnet sein, dass die Kontakte des Ladeanschlusses parallel zum Unterboden verlaufen. Mit anderen Worten kann der Ladeanschluss in einer Ausnehmung in der Fahrzeugeinheit angeordnet sein, um auf diese Weise eine besonders geschützte Ausbildung der Fahrzeugeinheit bereit zu stellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Positionierungselement zum Positionieren und/oder Leiten des Kontaktierungselementes am zweiten Ende der Ausnehmung, gegenüber dem Ladeanschluss, angeordnet. Damit wir ein exaktes Zuführen des Kontaktierungselements zu dem Ladeanschluss möglich.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das Positionierungselement ortsfest in der Fahrzeugeinheit angeordnet, bevorzugt in der Ausnehmung, und der Ladeanschluss kann mittels eines Antriebs relativ zum Gehäuse der Fahrzeugeinheit bewegt werden, so dass der Ladeanschluss auf ein Kontaktierungselement zu bewegt werden kann. Die Bewegung des Ladeanschlusses findet dabei in der Ebene parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs statt.
In einerweiteren Ausgestaltung können sowohl das Positionierungselement als auch der Ladeanschluss so bewegt werden, dass der Ladeanschluss mit einem Kontaktierungselement in einer durch den Unterboden des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Ebene bewegt und dadurch kontaktiert werden kann.
In einer mechanisch bevorzugten Ausgestaltung ist das Positionierungselement über eine Kniehebelanordnung mit einem Antrieb zum Öffnen und/oder Schließen einer Abdeckung der Ausnehmung verbunden. Mittels der Kniehebelanordnung kann so erreicht werden, dass das Positionierungselement eine bevorzugte Trajektorie beschreibt, mittels derer er zum Bewegen und Verriegeln des Kontaktierungselements verwendet werden kann.
Das Positionierungselement ist in Richtung des Ladeanschlusses bewegbar, um eine Kopplung des Kontaktierungselementes mit dem Ladeanschluss zu bewirken. Mit anderen Worten kann das Positionierungselement das Kontaktierungselement in den Ladeanschluss bewegen. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist ein Antrieb für die Abdeckung eine Übertotpunkt- Kinematik auf, womit die Abdeckung im geschlossenen Zustand fest verschlossen werden kann. Damit kann erreicht werden, dass die Abdeckung unter Aufbringung einer geringen Haltekraft des Antriebs mit einer hohen Verschließkraft im geschlossenen Zustand gehalten werden kann.
Besonders bevorzugt ist ein Antrieb für die Abdeckung so mit einem Antrieb des Positionierungselements, bevorzugt in Form eines Stifts, gekoppelt, dass beim Öffnen der Abdeckung das Positionierungselement in Richtung Boden rotiert wird und beim Schließen der Abdeckung das Positionierungselement wieder zurück in die Ausnehmung rotiert wird, wobei das Positionierungselement bevorzugt um einen Winkel, welcher größer als 30° ist, vorzugsweise mehr als 45° ist, rotiert wird. Damit kann erreicht werden, dass das Positionierungselement aus der Ausnehmung herausschaut und damit zum Führen und Positionieren des Kontaktierungselements verwendet werden kann. Gleichzeitig kann aber auch ein kompaktes Baumaß erreicht werden und die Abdeckung ebenflächig mit dem Unterboden ausgebildet werden.
Die oben gestellte Aufgabe wird auch durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren.
Entsprechend wird eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, welche eine Fahrzeugeinheit, so wie sie oben beschrieben ist, und eine am Boden angeordnete Bodeneinheit mit einem an einem Kontaktierungsarm angebrachten Kontaktierungselement umfasst. Das Kontaktierungselement ist dabei mit dem Ladeanschluss der Fahrzeugeinheit zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar. Erfindungsgemäß sind der Ladeanschluss und das Kontaktierungselement dazu ausgebildet, in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs miteinander verbunden zu werden.
Auf diese Weise können die oben beschriebenen Vorteile erreicht werden.
Bevorzugt ist das Kontaktierungselement auf dem Kontaktierungsarm so angeordnet, dass es unabhängig von der Position des Kontaktierungsarmes immer parallel zum Unterboden ausgerichtet ist, bevorzugt durch eine Parallelogrammführung. Damit kann ein zuverlässiges Kontaktieren des Ladeanschlusses in einer Ebene parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs erreicht werden. Bevorzugt weist das Kontaktierungselement eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen eines Positionierelements zum Positionieren des Kontaktierungselementes in Bezug auf die Fahrzeugeinheit auf.
Bevorzugt weisen die Aufnahmeeinheit und die Fahrzeugeinheit Sensoren zur Lokalisierung der Aufnahmeeinheit in Bezug auf die Fahrzeugeinheit und insbesondere in Bezug auf die Ausnehmung auf. Damit kann eine automatische Positionierung des Kontaktierungselements in Bezug auf den Ladeanschluss erreicht werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zum automatischen Laden eines Elektrofahrzeugs gemäß Anspruch 16 vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer im Unterboden des Elektrofahrzeugs angebrachten Fahrzeugeinheit mit einem Ladeanschluss, wobei der Ladeanschluss parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs angeordnet ist, Bereitstellen einer Bodeneinheit mit einem Kontaktierungsarm an dessen freiem Ende ein Kontaktierungselement in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist, Annähern des Kontaktierungsarmes zur Fahrzeugeinheit, und Verschieben des Kontaktierungselementes in die Richtung des Ladeanschlusses parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird nach dem Annähern des Kontaktierungselements an die Fahrzeugeinheit eine Aufnahmeeinheit des Kontaktierungselements mit einer Positionierungseinheit der Fahrzeugeinheit zur Ausbildung einer Schwenkachse in Eingriff gebracht und eine Ausrichtung des Kontaktierungselements zur Fahrzeugeinheit wird durch eine über eine Bewegung des Kontaktierungsarms hervorgerufene Schwenkung des Kontaktierungselements um die Schwenkachse herum durchgeführt.
Bevorzugt ist ein Positionierungselement vorgesehen, welches zur Positionierung und Ausrichtung des am Kontaktierungsarm angeordneten Kontaktierungselements ausgebildet ist.
Durch das Positionierungselement können der Kontaktierungsarm und das Kontaktierungselement besonders effizient ausgebildet werden und es kann beispielsweise auf einen separaten Antrieb für die Ausrichtung des Kontaktierungselements verzichtet werden. Dadurch, dass das Kontaktierungselement in Eingriff mit dem Positionierungselement gebracht wird, kann beispielsweise eine Drehausrichtung des Kontaktierungselements mittels eines Verschwenkantriebs des Kontaktierungsarms erreicht werden, wobei das Kontaktierungselement über eine frei drehbare Drehachse an dem Kontaktierungsarm angeordnet ist und ein Eingriff zwischen dem Positionierungselement und dem Kontaktierungselement in einer radial von der Drehachse beabstandeten Position stattfindet.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende
Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht von unten einer Fahrzeugeinheit mit einer Abdeckung in einer geschlossenen Stellung,
Figur 2 eine schematische perspektivische Darstellung der Fahrzeugeinheit aus Figur 1 , bei der die Abdeckung in einer geöffneten Stellung angeordnet ist,
Figur 3 eine schematische, quasi transparente Darstellung der Fahrzeugeinheit aus den Figuren 1 und 2, wobei die Fahrzeugeinheit um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist,
Figur 4 eine schematische transparente Seitenansicht der Fahrzeugeinheit aus den vorigen Figuren,
Figur 5 eine schematische transparente Seitenansicht der Fahrzeugeinheit, wobei sich die Abdeckung in einer geschlossenen Stellung befindet,
Figur 6 eine schematische perspektivische Darstellung der Ladevorrichtung mit der transparent dargestellten Fahrzeugeinheit in einem geschlossenem Zustand und mit einem sich annähernden Kontaktierungsarm,
Figur 7 die Ladevorrichtung aus Figur 6 mit der Fahrzeugeinheit, wobei die Abdeckung vollständig geöffnet ist und der Kontaktierungsarm sich annähert,
Figur 8 die Ladevorrichtung aus Figur 7, wobei ein Führungsstift der Fahrzeugeinheit mit einem Kontaktierungselement des Kontaktierungsarms in Eingriff steht,
Figur 9 die Ladevorrichtung aus Figur 8, wobei das Kontaktierungselement in eine Ausnehmung der Fahrzeugeinheit eingeführt ist, und
Figur 10 die Ladevorrichtung aus Figur 9, wobei das Kontaktierungselement vollständig mit dem Ladeanschluss kontaktiert ist. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist schematisch eine Fahrzeugeinheit 1 einer Ladevorrichtung gezeigt. Die Fahrzeugeinheit 1 ist dazu eingerichtet, in einem Elektrofahrzeug angeordnet zu werden.
Über die Fahrzeugeinheit 1 kann mittels eines in der Figur nicht gezeigten Kontaktierungsarms einer ebenfalls nicht gezeigten Bodeneinheit eine Kontaktierung einer in dem Elektrofahrzeug angeordneten Traktionsbatterie mit einer einen Ladestrom bereitstellenden Stromquelle erzielt werden.
Die den Ladestrom bereitstellende Stromquelle kann in Form einer Wallbox bereitgestellt werden. In der Wallbox kann auch die Ladesteuerung vorgesehen werden.
Bei dem Elektrofahrzeug kann es sich um ein ausschließlich mit einem Elektromotor angetriebenes Elektrofahrzeug oder um ein Plugin-Hybrid Elektrofahrzeug handeln.
Die Ladevorrichtung dient dazu, eine automatische Kontaktierung mit einem Elektrofahrzeug herzustellen und dann einen Ladevorgang zu starten, um eine Traktionsbatterie in dem Elektrofahrzeug zu laden. Dabei soll mittels der Ladevorrichtung erreicht werden, dass der gesamte Kontaktierungsvorgang und der Ladevorgang im Wesentlichen automatisch abläuft, so dass der Fahrer beziehungsweise Benutzer des Elektrofahrzeugs nicht eingreifen muss.
Der Fahrer muss sein Fahrzeug lediglich über einer im/am Boden des Abstellplatzes für das Fahrzeug angeordneten Bodeneinheit positionieren beziehungsweise abstellen und die restlichen Schritte des Kontaktierungsvorgangs und Ladevorgangs finden dann ohne weitere Interaktion mit dem Fahrer bzw. Benutzer statt. Dabei findet dann ein Kontaktierungsvorgang zwischen einer im Unterboden des Fahrzeugs angeordneten Fahrzeugeineit und der Bodeneinheit statt.
Mit anderen Worten kann eine automatische Kommunikation zwischen dem zu ladenden Elektrofahrzeug und der Ladevorrichtung stattfinden und, wenn beispielsweise ein vorgegebener Ladezustand des Elektrofahrzeugs unterschritten wird, automatisch ein Ladevorgang gestartet werden. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass der Fahrer den Ladevorgang aktiv anstößt, dann aber zumindest keine weitere manuelle Interaktion zwischen dem Fahrer und der Ladevorrichtung notwendig ist.
Die Ladeeinrichtung wird dann über einen nachfolgend beschriebenen Kontaktierungsmechanismus einen physischen Kontakt mit dem Kraftfahrzeug hersteilen, um auf diese Weise einen Ladestrom zum Laden der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeuges bereitzustellen. Insbesondere wird ein Kontaktierungselement der Bodeneinheit mit einem Ladeanschluss der Fahrzeugeinheit verbunden und auf diese Weise ein Kontakt hergestellt.
Entsprechend kann mittels der Ladevorrichtung ein besonders bequemes Betreiben eines mit einem Elektromotor und einer dazugehörigen Traktionsbatterie versehenen Kraftfahrzeugs ermöglicht werden, bei welchem der Fahrer nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs über der Bodeneinheit und möglicherweise einem Anstoßen des Ladevorganges keine weiteren Schritte mehr unternehmen muss, da die Ladevorrichtung dies automatisch und selbstständig vornimmt.
Es ist insbesondere nicht notwendig, dass der Benutzer des Kraftfahrzeuges zur Kontaktierung der Traktionsbatterie mit einer Ladevorrichtung manuell ein Ladekabel mit einem Stecker von einer Wallbox zu dem Kraftfahrzeug führen muss und dann ein entsprechendes Einstecken vornehmen muss, sondern dieser manuelle Prozess kann fortfallen.
Gleichermaßen kann über die vorgeschlagene Ladevorrichtung vermieden werden, dass bei noch bestehender Kontaktierung des Kraftfahrzeugs ein Benutzer bereits losfahren möchte und dann noch einmal aussteigen muss, um die Verbindung zu lösen. Mittels der vorgeschlagenen Ladevorrichtung kann vielmehr auch ein automatisches selbstständiges Trennen erreicht werden, welches beispielsweise dann durchgeführt wird, wenn der eigentliche Ladevorgang beendet wurde, also die Traktionsbatterie wieder vollständig gefüllt ist, oder aber angestoßen beispielsweise durch das Öffnen des Kraftfahrzeugs oder das Betreten des Innenraums des Kraftfahrzeugs oder das Einschalten des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten muss ein Benutzer auch zum Trennen der bestehenden Kontaktierung der Ladevorrichtung keine aktiven Schritte unternehmen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Benutzer ein aktives Trennen durch einen entsprechenden Trennbefehl vorgibt.
Die im Elektrofahrzeug angeordnete Fahrzeugeinheit 1 weist ein Gehäuse 11 auf, das in einer entsprechenden Aufnahme im Elektrofahrzeug aufgenommen werden kann. Die Fahrzeugeinheit 1 kann dabei auf oder im Unterboden des Elektrofahrzeugs mittels Schrauben befestigt werden. Dazu sind beispielsweise an vier Ecken des Gehäuses 11 Schraublöcher 12 vorgesehen.
Die Fahrzeugeinheit 1 kann im Unterboden des Elektrofahrzeugs ebenflächig integriert sein. Zur Ausbildung der ebenflächigen Integration wird das Gehäuse 11 der Fahrzeugeinheit 1 so weit in das Elektrofahrzeug eingesetzt, dass der nach unten zeigende Boden 110 des Gehäuses 11 im Wesentlichen eben mit dem Unterboden des Elektrofahrzeugs abschließt.
Eine Befestigung der Fahrzeugeinheit 1 an der Seite oder an/auf dem Dach des Elektrofahrzeugs ist ebenfalls möglich, jedoch beschränken sich im Weiteren die Ausführungsbeispiele auf eine Montage der Fahrzeugeinheit 1 am oder im Unterboden des Elektrofahrzeugs.
Eine im Bereich des Unterbodens montierte Fahrzeugeinheit 1 ist zum automatischen Laden einer Traktionsbatterie vorgesehen, wobei die elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugeinheit 1 und einer Bodeneinheit automatisch hergestellt wird.
Die Fahrzeugeinheit 1 ist in Figur 1 in einer Ansicht von unten dargestellt, wobei eine Abdeckung 3 zur Abdeckung einer in Figur 2 gezeigten Ausnehmung 6, die einen Ladeanschluss 4 aufnimmt, in einer geschlossenen Stellung zu sehen ist.
Die Abdeckung 3 ist dazu vorgesehen, sich mittels eines Viergelenks aus einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung zu bewegen, wie es unter anderem zu Figur 3 detailliert beschrieben wird.
Eine Ausführung der Abdeckung 3 mit einem Antrieb, der die Abdeckung translatorisch aus einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung bewegt, ist ebenfalls denkbar.
Eine Lagerung der Abdeckung 3 über ein Viergelenk ist im Vergleich zu einer rein translatorischen Lagerung bei den rauen Bedingungen unter einem Fahrzeug jedoch bevorzugt, weil die Abdeckung 3 dann unempfindlicher gegen Verschmutzungen und leichter zu reinigen ist, z. B. im Rahmen der regelmäßigen Wartung einer Fachwerkstatt.
Vorzugsweise schließt die Abdeckung 3 die Fahrzeugeinheit 1 ebenflächig ab.
Vorzugsweise weist das Gehäuse 11 der Fahrzeugeinheit 1 eine Vertiefung 13 auf, in welche sich die Abdeckung 3 beim Öffnen hineinbewegen kann, um im geöffneten Zustand eine ebenflächige Ausbildung der Unterseite des Gehäuses 11 zusammen mit der in die geöffnete Stellung bewegten Abdeckung 3 zu erreichen. Im geöffneten Zustand ist eine ebenflächige Ausbildung besonders bevorzugt, um das Einführen eines Kontaktierungselements zu erleichtern und besonders ein Verhaken des Kontaktierungselements an den unterschiedlichen Strukturen des Unterbodens zu vermeiden.
In Figur 2 ist schematisch die Fahrzeugeinheit 1 aus der Figur 1 mit der Abdeckung 3 in einer geöffneten Stellung dargestellt. Die Abdeckung 3 wurde dazu in die dazu vorgesehenen Vertiefung 13 in dem Gehäuse 11 der Fahrzeugeinheit 1 bewegt.
Durch das Bewegen der Abdeckung 3 zur Seite ist nun eine Ausnehmung 6 freigelegt, in welcher ein Ladeanschluss 4 und ein Positionierungselement angeordnet sind. Das Positionierungselement ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen in Form eines Stifts 5 gezeigt. Das Positionierungselement kann aber in anderen Ausführungsbeispielen auch in anderen mechanischen Ausgestaltungen vorgesehen sein - bevorzugt solchen, welche einen formschlüssigen Eingriff zwischen dem Kontaktierungselement und dem Positionierungselement ermöglichen.
Der Ladeanschluss 4 umfasst die Kontakte, mittels denen eine Kontaktierung zum elektrischen Laden der Batterie des Elektrofahrzeugs erreicht werden kann. Die Kontakte des Ladeanschlusses 4 sind zum Verbinden mit einem beispielsweise als Stecker ausgebildeten Kontaktierungselement ausgebildet. Der Ladeanschluss 4 ist dann entsprechend in Form einer Buchse zur Aufnahme des als Steckers ausgebildeten Kontaktierungselements ausgebildet.
Das Kontaktierungselement und dessen Zuführung mittels eines Kontaktierungsarms wird weiter unten unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 10 beschrieben.
Der Ladeanschluss 4 und dessen Kontakte sind so ausgebildet, dass ein Einführen (und Lösen nach dem Ende des Ladevorgangs) des Kontaktierungselements in einer Richtung durchgeführt werden kann, die in einer parallel zum Unterboden des Fahrzeugs liegenden Ebene liegt. Mit anderen Worten liegt der Ladeanschluss 4 und dessen Kontakte in einer Ausrichtung parallel zum Boden des Gehäuses 11 der Fahrzeugeinheit 1 , so dass eine Kontaktierung durch eine Bewegung in einer in der Ebene des Unterbodens liegenden Richtung erreicht werden kann.
Der Stift 5 dient zum Führen und/oder Bewegen und/oder Positionieren des Kontaktierungselements, wie ebenfalls weiter unten in Bezug auf die Figur 3 sowie die Figuren 6 bis 10 erläutert werden wird. Der Ladeanschluss 4 und der Stift 5 sind in der Ausnehmung 6 geschützt gelagert, so dass das Risiko einer Verschmutzung oder Beschädigung durch Umwelt- und Fahreinflüsse reduziert werden kann. Durch die Ausnehmung 6 allein wäre dieser Schutz bereits gegeben, insbesondere dann, wenn der Ladeanschluss 4 im „Windschatten“ der die Ausnehmung 6 definierenden Wände 60 der Ausnehmung liegt, so dass im Fährbetrieb Schmutz, Wasser und Steinschlag nicht direkt auf den Ladeanschluss 4 treffen, sondern quasi über diesen hinweg streichen.
Ist die Ausnehmung 6 dann durch die Abdeckung 3 vollständig abgeschlossen und damit der Ladeanschluss 4 und der Stift geschützt, kann eine Verschmutzung während des Fährbetriebs vollständig verhindert werden und damit die Haltbarkeit und Funktion des Ladeanschlusses 4 über eine lange Zeit aufrecht erhalten werden.
In Figur 3 ist entsprechend der Figur 2 eine Fahrzeugeinheit 1 mit der Abdeckung 3 in einer geöffneten Stellung und einer Ansicht von unten dargestellt. Um die in der Fahrzeugeinheit vorgesehenen Komponenten aus dieser Perspektive und den weiteren Perspektiven genauer zu zeigen, ist das Gehäuse 11 der Fahrzeugeinheit 1 in dieser und den folgenden Figuren transparent dargestellt.
In der Figur 3 ist entsprechend ein Antrieb 30 für die Abdeckung 3 und ein Antrieb 50 für den Stift 5 zu erkennen.
Wie zu erkennen, ist die Abdeckung 3 über eine Parallelogrammführung mit zwei Führungsschenkeln 31 , 32 an dem Gehäuse 11 angelenkt. Die Abdeckung 3 ist damit quasi über ein Viergelenk an dem Gehäuse 11 angelenkt und kann mittels des Antriebs 30 von der geschlossenen Stellung, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, in die geöffnete Stellung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, bewegt werden. Aus der geschlossenen Stellung wird die Abdeckung 1 durch diese Anlenkung daher zunächst abgehoben und dann in die geöffnete Stellung geschwenkt, so dass sie in der Vertiefung 13 aufgenommen wird. Natürlich wird mittels des Antriebs 30 auch ein Schwenken der Abdeckung 3 von der geöffneten Position in die geschlossene Position erreicht. Somit rotiert die Abdeckung 3 stets parallel zum Unterboden des Fahrzeugs aus einer geöffneten Stellung in eine geschlossene Stellung und andersherum.
Die Führungsschenkel 31 , 32 sind dabei über Drehgelenke 31 a, 32a am Gehäuse 11 verschwenkbar gelagert und über Drehgelenke 31 b, 32b an der Abdeckung 3 verschwenkbar gelagert. Der Antrieb 30 weist eine über einen Motor oder einen Servo angetriebene Antriebsachse 35 mit einem Radialhebel 34 und einem an dem Radialhebel 34 angelenkten Koppelelement 33 auf, welches seinerseits mit einem der Führungsschenkel 32 der Parallelogrammführung der Abdeckung 3 angelenkt ist. Über eine Rotation der Antriebsachse 35 kann so eine entsprechende Bewegung auf den Führungsschenkel 32 aufgebracht werden, so dass die Verschwenkbewegung zum Öffnen und Schließen der Abdeckung 3 mittels des Motors oder Servos aufgebracht werden kann.
Die Antriebsachse 35 liegt dabei parallel zu den mittels der Drehgelenke 31 a, 31 b, 32a, 32b ausgebildeten Verschwenkachsen der Parallelogrammführung für die Abdeckung 3.
Mit anderen Worten setzt der Antrieb 30 die Drehung der Antriebsachse 35 in eine Öffnungs-/ Verschließbewegung der Abdeckung 3 um.
Weiterhin kann mittels einer Übertotpunktkinematik des Antriebs 30 die Abdeckung 3 einfach und zuverlässig in der geschlossenen Position gehalten werden, wie beispielsweise zur Figur 5 beschrieben werden wird.
Vorzugsweise betätigt der Antrieb 30 und insbesondere dessen Motor oder Servo für die Abdeckung 3 auch den Antrieb 50 für den Stift 5. Ein separater Antrieb für den Stift 5 ist aber ebenso denkbar.
Der Antrieb 50 für den Stift 5 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechend mit dem Radialhebel 34 gekoppelt, so dass der den Radialhebel 34 betätigende Motor oder Servo auch den Antrieb 50 antreibt.
Der Antrieb 50 umfasst eine am Radialhebel 34 angeordnete Exzenterachse 52, die sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zu der Antriebsachse 35 erstreckt, und ein über ein erstes Kugelgelenk 53 an dieser angeordnetes Zugelement 54, das über ein zweites Kugelgelenk 55 an einem ersten Schenkel 56 einer Kniehebelanordnung 57 angelenkt ist. Ein zweiter Schenkel 58 der Kniehebelanordnung 57 ist ebenfalls vorgesehen.
Auf die Exzenterachse 52 könnte bei einem an einer anderen Position oder einem in einer anderen Ebene angeordneten Radialhebel 34 auch verzichtet werden und das Zugelement 54 könnte dann entsprechend in der exzentrischen Position direkt am Radialhebel 34 angeordnet werden. Durch die exzentrische Anordnung des Zugelements 54 an dem Radialhebel 34 wird entsprechend eine Zugbeziehungsweise Schubbewegung auf das Zugelement 54 ausgeübt.
An dem äußeren Ende 560 des ersten Schenkels 56 der Kniehebelanordnung 57 ist der Stift 5 angeordnet, wobei der Stift 5 sowohl linear verschiebbar als auch rotierbar in einer nicht explizit gezeigten Lagerung 500 gelagert ist.
Anstelle einer einfachen Lagerung 500 kann auch eine Kulissenführung vorgesehen sein, mittels welcher der Stift 5 in einer genau vorgegebenen Trajektorie verfahren werden kann - beispielsweise in einem ersten Bewegungsbereich eine Verschwenkung und in einem anderen Bewegungsbereich eine translatorische Bewegung ausführt.
Das äußere Ende 580 des zweiten Schenkels 58 der Kniehebelanordnung 57 ist am Gehäuse 11 angelenkt.
Durch die Rotation des Radialhebels 34 um die Antriebsachse 35 herum wird entsprechend aufgrund der exzentrischen Anlenkung des Zugelements 54 eine Zugbewegung (beziehungsweise je nach Rotationsrichtung auch eine Schubbewegung) auf das Zugelement 54 und damit auf den ersten Schenkel 56 der Kniehebelanordnung 57 aufgebracht. Damit findet entsprechend eine Bewegung des äußeren Endes 560 des ersten Schenkels 56 und damit eine lineare Verschiebung des Stifts 5 in der translatorischen Bewegungsrichtung B statt.
In einer geschlossenen Stellung der Abdeckung 3 ist der Stift 5 um einen Winkel a in einer Rotationsbewegung A aus der Position senkrecht zum Unterboden gedreht, bevorzugt um 45°, so dass die Abdeckung 3 geschlossen werden kann. Dies wird im Bezug zur Figur 5 noch einmal genauer beschrieben werden. Der Stift 5 kann sich daher aber nach unten hin über die geöffnete Ausnehmung 6 hinaus erstrecken, wie beispielsweise in Figur 4 zu erkennen. Dies ist von Bedeutung, um das Kontaktierungselement zu positionieren und in die Ausnehmung 6 herein zu führen.
Entsprechend kann sich bei einer Bewegung der Abdeckung 3 aus einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung der Stift 5 in Drehrichtung A aus der Ausnehmung 6 herausdrehen, so dass der Stift 5 dann spätestens bei vollständig geöffneter Abdeckung 3 senkrecht zum Unterboden aus der Ausnehmung 6 nach unten hin herausragt. Bei dieser Drehbewegung wird der Stift 5 gleichzeitig der translatorischen Bewegung in Richtung B unterworfen, wobei der Stift 5 sich beim Öffnen der Abdeckung 5 im Wesentlichen von dem Ladeanschluss 4 fortbewegt. Bei weiterer Bewegung der Abdeckung 3 aus einer vollständig geöffneten Stellung in eine teilweise geschlossene Stellung, bewegt sich der Stift 5 gleichzeitig translatorisch in Richtung B zum Ladeanschluss 4 hin.
Diese Kopplung zwischen den beiden Antrieben 30, 50 ist aus der Sicht des Kopplungsverfahrens zwischen dem Ladeanschluss 4 und dem Kontaktierungselement 7 weiter unten erläutert.
In einer hier nicht gezeigten alternativen Ausbildung kann der Stift 5 auch ortsfest im Gehäuse 11 angeordnet sein und stattdessen der Ladeanschluss 4 so ausgebildet sein, dass er eine translatorische Bewegung ausführt, um mit einem Kontaktierungselement verbunden zu werden. Dabei bewegt sich in dieser nicht gezeigten Ausführungsform der Ladeanschluss 4 dann auf ein beispielsweise in die Ausnehmung eingeführtes Kontaktierungselement zu, um auf diese Weise ein Einstecken und damit ein Kontaktieren des Ladeanschlusses 4 mit dem Kontaktierungselement zu erreichen.
In Figur 4 ist schematisch in einer Seitenansicht die bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 vorgestellte Fahrzeugeinheit 1 mit der Abdeckung 3 in einer geöffneten Stellung und mit einem transparenten Gehäuse 11 dargestellt. Die Abdeckung 3 liegt in einer Vertiefung 13 in dem Gehäuse 11 der Fahrzeugeinheit 1 . Der Stift 5 ragt senkrecht zum Unterboden des Fahrzeugs aus der Ausnehmung 6 heraus und steht zur Anbindung mit dem Kontaktierungselement 7 bereit.
In Figur 5 ist schematisch die Fahrzeugeinheit 1 in einer Seitenansicht mit der Abdeckung 3 in einer geschlossenen Stellung dargestellt. Die Abdeckung 3 liegt ebenflächig mit der Fahrzeugeinheit 1 über der Ausnehmung 6 und verschließt dabei den Zugang zum Ladeanschluss 4.
Der Stift 5 ist um einen Winkel a aus der vertikalen Position in Richtung des Unterbodens gedreht, so dass er vollständig in der Ausnehmung 6 aufgenommen werden kann und die Abdeckung 3 die Ausnehmung 6 vollständig abschließen kann.
In den Figuren 6 bis 10 ist ein Verbindungsverfahren zwischen einer Fahrzeugeinheit 1 und einer Bodeneinheit 2 abgebildet. In Figur 6 ist schematisch ein Kontaktierungsarm 9 einer Bodeneinheit 2 gezeigt, wobei ein Kontaktierungselement 7 mit einem freien Ende des Kontaktierungsarmes 9 verbunden ist. Die Verbindung des Kontaktierungselements 7 mit dem Kontaktierungsarm 9 erfolgt über eine Parallelogrammführung, so dass das Kontaktierungselement 7 unabhängig von der Bewegung des Kontaktierungsarmes 9 immer in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs liegt. Das Kontaktierungselement 7 ist frei drehbar in der Drehrichtung C um eine senkrecht zur Ebene des Unterbodens angeordnete Drehachse 70 herum an dem Kontaktierungsarm 9 angeordnet. In einer Ausführungsform ist das Kontaktierungselement 7 dabei bezüglich des Kontaktierungsams 9 in einer Ausgangsposition mit einer Feder vorgespannt, so dass sich das Kontaktierungselement 7 stets in diese Ausgangsposition bewegt, wenn es ansonsten unbeeinflusst ist. In dieser Ausgangsposition bezüglich des Kontaktierungsarms 9 ist das Kontaktierungselement 7 in der Figur 6 gezeigt.
Statt eines Kontaktierungsarmes 9 könnte auch ein anderer Roboterarm oder ein anderer Hebemechanismus verwendet werden mit dem das Kontaktierungselement 7 der Fahrzeugeinheit 1 zugeführt werden kann.
Das Kontaktierungselement 7 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf dem Kontaktierungsarm 9 drehbar in einer der Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs angeordnet. In Figur 6 nähert sich das Kontaktierungselement 7 der Fahrzeugeinheit 1 von unten. Die Abdeckung 3 der Fahrzeugeinheit 1 verschließt die Ausnehmung 6 und damit auch den Ladeanschluss 4 vollständig.
In Figur 7 ist der nächste Verbindungsschritt gezeigt. Das Kontaktierungselement 7 ist so nah zur Fahrzeugeinheit 1 angehoben, dass beispielsweise mittels Sensoren ein Signal zum Öffnen der Abdeckung 3 ausgelöst wird. Die Abdeckung 3 wird vollständig geöffnet und der Stift 5 dreht sich dabei gleichzeitig aus der Ausnehmung 6 heraus in Richtung Boden. Entsprechend steht der Stift 5 dann senkrecht nach unten aus der Ausnehmung 6 heraus und steht so zur Verbindung mit dem Kontaktierungselement 7 bereit.
Eine Positionierungssensorik hilft, eine Aufnahmeeinheit 8 des Kontaktierungselements 4 zum Stift 5 zu führen, damit das Positionierelement in Form des Stifts 5 mit der Aufnahmeeinheit 8 in Verbindung gesetzt werden kann. Dazu können verschiedene Varianten von Näherungssensoren verwendet werden, z. B. Hall-Sensoren, optische Sensoren, Ultraschallsensoren etc.
In Figur 8 wird das Kontaktierungselement 7 mit der Aufnahmeeinheit 8 auf den Stift 5 aufgesetzt. Dabei weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Aufnahmeeinheit 8 des Kontaktierungselementes 7 ein Durchgangsloch 8a auf, welches den Stift 5 der Fahrzeugeinheit 1 aufnimmt. Mit anderen Worten wird das Kontaktierungselement 7 so horizontal und vertikal bewegt, bis das Durchgangsloch 8a auf den Stift 5 aufgeschoben werden kann. Nach dem Aufnehmen des Stiftes 5 in dem Durchgangsloch 8a der Aufnahmeeinheit 8, kann das Kontaktierungselement 7 um den Stift 5 herum solange in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs um die auf diese Weise ausgebildete Schwenkachse 80 verschwen kt werden, bis das Kontaktierungselement 7 mit der Ausnehmung 6 ausgerichtet ist.
Für dieses Schwenken des Kontaktierungselements 7 um die durch den in dem Durchgangsloch 8a aufgenommenen Stift 5 ausgebildete Schwenkachse 80 der Fahrzeugeinheit 1 ist kein separater Antrieb notwendig. Vielmehr kann eine Verschwenkung um diese Schwenkachse 80 herum dadurch erreicht werden, dass der Kontaktierungsarm 9 entsprechend bewegt wird und so eine Verschwenkung um diese Schwenkachse 80 herum erreicht wird. Dabei dreht das Kontaktierungselement 7 gleichzeitig auch in der Drehrichtung C um die Drehachse 70, um die herum das Kontaktierungselement 7 schwenkbar am Kontaktierungsarm 9 befestigt ist.
Mit anderen Worten kann eine Drehausrichtung des Kontaktierungselements 7 so, dass das Kontaktierungselement 7 dann in die Ausnehmung 6 eingeführt werden kann, über die ohnehin vorgesehenen Antriebe des Kontaktierungsarms 9 der Bodeneinheit 2 und den Antrieb 30 der Abdeckung 3 der Fahrzeugeinheit 1 erreicht werden.
Damit können sowohl ein separater Motor, Servo oder Antrieb für die Drehausrichtung des Kontaktierungselements 7 als auch ein separater Motor, Servo oder Antrieb für das Positionierelement eingespart werden.
Die finale Ausrichtung des Kontaktierungselements 7 relativ zu der Ausnehmung 6 kann beispielsweise darüber erreicht werden, dass eine Markierung oder ein Raster am Stift 5 vorgesehen ist. Das Kontaktierungselement 7 kann auch über die bereits genannte Sensorik bezüglich der Ausnehmung 6 so angesteuert und ausgerichtet werden, dass das Kontaktierungselement 7 in die vorgesehene Position gedreht wird und zwar so, dass ein Einführen des Kontaktierungselements 7 in den Ladeanschluss 4 möglich wird.
Sobald die richtige Ausrichtung des Kontaktierungselements 7 relativ zur Ausnehmung 6 erreicht ist, wird das Kontaktierungselement 7 in die Ausnehmung 6 abgesenkt, so dass in dem Kontaktierungselement 7 vorgesehene Kontakte mit den dazu komplementären Kontakten des Ladeanschlusses 4 in eine jeweils übereinstimmende Ebene gebracht werden können. Der Stift 5 wird dabei durch das Durchgangsloch 8a in der Aufnahmeeinheit 8 hindurchgeschoben. Nach dem Drehen und Anheben des Kontaktierungselementes 4 in die Ausnehmung 6 stehen die Kontakte des Ladeanschlusses 4 dazu komplementären Kontakten des Kontaktierungselementes 7 gegenüber, wie in Figur 9 zu sehen ist. Der in das Durchgangsloch 8a in die Aufnahmeeinheit 8 eingedrungene Stift 5 ist ebenfalls zu sehen. In Figur 10 ist der letzte Verbindungschritt zu sehen, wobei das Kontaktierungselement 7 mit Hilfe des Stiftes 5 translatorisch in Richtung B des Ladeanschlusses 4 bewegt wird. Da der Antrieb 50 für den Stift 5 mit dem Antrieb 30 für die Abdeckung 3 in Verbindung steht, wird gleichzeitig die Abdeckung 3 aus einer vollständig geöffneten Stellung in eine teilweise geschlossene Stellung verschoben. Nach dem Einrasten des Kontaktierungselementes 7 in den Ladeanschluss 4 kann das Laden des Elektrofahrzeugs beginnen.
Wenn das Laden abgeschlossen ist, werden zum Trennen des Kontaktierungselementes 7 von der Fahrzeugeinheit 1 die gleiche Stritte wie beim Verbinden des Kontaktierungselementes 7 mit der Fahrzeugeinheit 1 unternommen, diesmal aber in umgekehrter Reihenfolge, wobei die genaue Ausrichtung des Kontaktierungselements 7 dann aber auch entfallen kann.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
1 Fahrzeugeinheit
11 Gehäuse
12 Schraubenlöcher 13 Vertiefung
110 Boden des Gehäuses 2 Bodeneinheit
100 Ladevorrichtung
3 Abdeckung 30 Antrieb für die Abdeckung
31 Führungsschenkel
32 Führungsschenkel
31a, 32a Drehgelenk 31 b, 32b Drehgelenk 33 Koppelungselement
34 Radialhebel
35 Antriebsachse
4 Ladeanschluss
5 Stift 50 Antrieb für den Stift
52 Exzenterachse
53 erstes Kugelgelenk
54 Zugelement
55 zweites Kugelgelenk 56 erster Schenkel
57 Kniehebelanordnung
58 zweiter Schenkel 500 Lagerung 560 äußeres Ende 580 äußeres Ende
6 Ausnehmung 7 Kontaktierungselement
70 Drehachse des Kontaktierungselements am Kontaktierungsarm 8 Aufnahmeeinheit
8a Durchgangsloch in der Aufnahmeeinheit
80 Schwenkachse
9 Kontaktierungsarm a Winkel zwischen dem Stift in Ruheposition und einer vertikalen Achse A Rotationsbewegung B Translationsbewegung C Drehrichtung

Claims

Ansprüche
1 . Fahrzeugeinheit (1) mit einem Ladeanschluss (4) zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, wobei die Fahrzeugeinheit (1) im Unterboden des Elektrofahrzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeanschluss (4) dazu ausgebildet ist, in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs mit einem Kontaktierungselement (7) verbunden zu werden.
2. Fahrzeugeinheit (1) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugeinheit ein Positionierungselement, bevorzugt in Form eines Stifts (5), zum Positionieren und/oder Führen des Kontaktierungselementes (7) zum Ladeanschluss (4) aufweist.
3. Fahrzeugeinheit (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungslement einen Antrieb (50) umfasst, mittels dessen das Positionierungselement in eingreifenden Kontakt mit dem Kontaktierungselement (7) gebracht wird, um das Kontaktierungselement (7) mit dem Ladeanschluss (4) in Verbindung zu bringen und/oder wobei der Ladeanschluss (4) einen Antrieb umfasst, mittels dessen der Ladeanschluss (4) in Verbindung mit dem Kontaktierungselement (7) gebracht werden kann.
4. Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugeinheit (1) eine Abdeckung (3) zum Abdecken des
Ladeanschlusses (4) aufweist, wobei die Abdeckung (3) im geschlossenen Zustand bevorzugt ebenflächig mit dem Unterboden abschließt.
5. Fahrzeugeinheit (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (3) mit einem Antrieb (30) zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position bewegbar ist und der Antrieb (30) bevorzugt auch den Stift (5) betätigen kann.
6. Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugeinheit (1) ein eine Ausnehmung (6) definierendes Gehäuse (11) umfasst, bevorzugt eine langgestreckte Ausnehmung (6), und der Ladeanschluss (4) an einem ersten Ende der Ausnehmung (6) so angeordnet ist, dass die Kontakte des Ladeanschlusses (4) parallel zum Unterboden verlaufen.
7. Fahrzeugeinheit (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Positionierungselement zum Positionieren und/oder Leiten des Kontaktierungselementes (7) am zweiten Ende der Ausnehmung (6), gegenüber dem Ladeanschluss (4), angeordnet ist.
8. Fahrzeugeinheit (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungslement über eine Kniehebelanordnung (57) mit einem Antrieb (30) zum Öffnen und/oder Schließen einer Abdeckung (3) der Ausnehmung (6) verbunden ist.
9. Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungselement in Richtung des Ladeanschlusses (4) bewegbar ist, um eine Kopplung des Kontaktierungselementes (7) mit dem Ladeanschluss (4) zu bewirken.
10. Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb (30) für die Abdeckung (3) eine Übertotpunkt-Kinematik aufweist, womit die Abdeckung (3) im geschlossenem Zustand fest verschlossen werden kann.
11. Fahrzeugeinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb (30) für die Abdeckung (3) so mit einem Antrieb (50) des Positionierungselements gekoppelt ist, dass beim Öffnen der Abdeckung (3) das Positionierungselement in Richtung Boden rotiert wird und beim Schließen der Abdeckung (3) das Positionierungselement wieder zurück in die Ausnehmung (6) rotiert wird, wobei das Positionierungselement bevorzugt um einen Winkel (a), welcher größer als 30° ist, vorzugsweise mehr als 45° ist, rotiert wird.
12. Ladevorrichtung (100) zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, mit einer Fahrzeugeinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und einer am Boden angeordneten Bodeneinheit (2) mit einem an einem Kontaktierungsarm (9) angebrachten
Kontaktierungselement (7), wobei das Kontaktierungselement (7) mit dem Ladeanschluss (4) der Fahrzeugeinheit (1) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeanschluss (4) und das Kontaktierungselement (7) dazu ausgebildet sind, in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs miteinander verbunden zu werden.
13. Ladevorrichtung (100) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (7) auf dem Kontaktierungsarm (9) so angeordnet ist, dass es unabhängig von der Position des Kontaktierungsarmes (9) immer parallel zum Unterboden ausgerichtet ist, bevorzugt durch eine Parallelogrammführung.
14. Ladevorrichtung (100) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (7) eine Aufnahmeeinheit (8) zum Aufnehmen des Positionierungselements aufweist, um ein Positionieren des Kontaktierungselementes (7) in Bezug auf die Fahrzeugeinheit (1) zu ermöglichen.
15. Ladevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (8) und die Fahrzeugeinheit (1) Sensoren zur Lokalisierung der Aufnahmeeinheit (8) in Bezug auf die Fahrzeugeinheit (1) und insbesondere in Bezug auf die Ausnehmung (6) aufweisen.
16. Verfahren zum automatischen Laden eines Elektrofahrzeugs, aufweisend folgende Schritte:
Bereitstellen einer im Unterboden des Elektrofahrzeugs angebrachten Fahrzeugeinheit (1) mit einem Ladeanschluss (4), wobei der Ladeanschluss parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs angeordnet ist;
Bereitstellen einer Bodeneinheit (2) mit einem Kontaktierungsarm (7) an dessen freiem Ende ein Kontaktierungselement (7) in einer Ebene parallel zum Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist;
Annähern des Kontaktierungsarmes (9) zur Fahrzeugeinheit (1);
Verschieben des Kontaktierungselementes (7) in die Richtung des Ladeanschlusses (4) parallel zum Unterboden des Elektrofahrzeugs.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Annähern des
Kontaktierungselements (7) an die Fahrzeugeinheit (1) eine Aufnahmeeinheit (8) des
Kontaktierungselements (7) mit einer Positionierungseinheit der Fahrzeugeinheit (1) zur
Ausbildung einer Schwenkachse (80) in Eingriff gebracht wird und eine Ausrichtung des Kontaktierungselements (7) zur Fahrzeugeinheit (1) durch eine durch eine Bewegung des Kontaktierungsarms (9) hervorgerufene Schwenkung des Kontaktierungselements (7) um die Schwenkachse (80) durchgeführt wird.
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