WO2011131294A2

WO2011131294A2 - Einrichtung und verfahren zum aufladen von elektrischen zwischenspeichern in fahrzeugen

Info

Publication number: WO2011131294A2
Application number: PCT/EP2011/001725
Authority: WO
Inventors: Martin GÖRLITZ
Original assignee: Bfu Ag
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2011-10-27
Also published as: WO2011131294A3; DE102010028126A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern (2) in Fahrzeugen (1, 1'), mit einer externen Abgabevorrichtung (10, 20, 40) für elektrischen Strom und einer fahrzeuggebundenen Empfangsvorrichtung (3, 30) für elektrischen Strom, die zum Empfang von elektrischem Strom von der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und zu dessen Weiterleitung an einen elektrischen Zwischenspeicher (2) ausgebildet ist, wobei die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und die Empfangsvorrichtung (3, 30) zueinander passende Kontaktmittel (5, 11; 31, 41 ) aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern (2) in Fahrzeugen (1, 1'). Erfindungsgemäß ist die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) so im oder am Boden (8) angeordnet, dass ein Fahrzeug (1, 1') mit einer Empfangsvorrichtung (3, 30) darüber abstellbar ist, wobei die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und/oder die Empfangsvorrichtung (3, 30) eine bewegliche Positionierungsvorrichtung (12, 22, 32) umfasst, mittels der nach einem Abstellen des Fahrzeugs (1, 1') über der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) ein Kontaktmittel (11, 31) an der Positionierungsvorrichtung (12, 22, 32) aus einer Nichtladeposition in eine Ladeposition bringbar ist, in der die zueinander passenden Kontaktmittel (5, 11; 31, 41) miteinander in Kontakt sind.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen mit einer externen Abgabevorrichtung für elektrischen Strom und einer fahrzeuggebundenen Empfangsvorrichtung für elektrischen Strom, die zum Empfang von elektrischem Strom von der Abgabevorrichtung und zu dessen Weiterleitung an einen elektrischen Zwischenspeicher ausgebildet ist, wobei die Abgabevorrichtung und die Empfangsvorrichtung zueinander passende Kontaktmittel aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Aufladung von elektrischen Zwischenspeichern, also Autobatterien, Akkumulatoren und ähnlichen, in Fahrzeugen, also in elektrisch oder wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und ggf. Zweirädern, und somit einen im Wachstum begriffenen Sektor des privaten und öffentlichen Verkehrs.

Die Versorgung von Elektrofahrzeugen mit dem benötigten Kraftstoff, also elektrischem Strom, unterscheidet sich von dem Betanken eines brennstoffgetriebenen Kraftfahrzeugs, da das Tanken eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs wenige Minuten erfordert, während das Aufladen eines elektrischen Zwischenspeichers mehrere Stunden dauern kann. Dies bedeutet, dass ein Kraftfahrzeugführer bei abgestelltem Fahrzeug während des Auffüllens des Zwischenspeichers nicht fortwährend anwesend sein kann. Im privaten und öffentlichen Bereich ist ein unbeaufsichtigtes Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern von Fahrzeugen daher mit einem Risiko verbunden, das dadurch entsteht, dass Unbefugte sich dem Fahrzeug während des Aufladens nähern können und ggf. den Aufladevorgang stören können oder sich angesichts der hohen erforderlichen Ströme beim Aufladen eines elektrischen Zwischenspeichers eines Kraftfahrzeuges verletzen können.

Ladesäulen für Elektrofahrzeuge sind bekannt. So ist in DE 42 13 405 A1 eine Stromzapfsäule zum Aufladen von elektrischen Energiesammlern von elektrogetriebenen Fahrzeugen mit elektrischer Energie offenbart, die wie eine klassische Zapfsäule für flüssige o- der gasförmige Brennstoffe ausgebildet ist und eine von einem auf einem Fundament oder Sockel angeordneten Ständer getragene Bedienungseinheit aufweist, in der außer die für den Betrieb erforderlichen Komponenten eine Anschlusssteckdose für Lichtstrom und/oder eine Anschlusssteckdose für Kraftstrom angeordnet ist.

Die Stromzapfsäule weist eine Sicherung des steckernahen Bereichs des bzw. der fahrzeugseitigen Anschlusskabel gegen willkürliches freies Herabhängen aus der körpergerechten Höhe der Steckdosenanordnung auf. Ladekabel führen von der Ladesäule zum Fahrzeug, wo hinter der Tankklappe ein elektrischer Steckverbinder angebracht ist.

Diese Stromzapfsäule stellt bei einer längeren und unbeaufsichtigten Ladezeit ein Hindernis dar, weil sie neben dem Fahrzeug angeordnet und frei zugänglich ist und einen hohen Platzbedarf hat. Für den Privatgebrauch oder für Parkplätze, die mit Ladestationen ausgerüstet werden sollen, ist eine entsprechende Stromzapfsäule somit wenig geeignet.

Diese Nachteile sind bekannt und sollen durch induktive Ladesysteme gelöst werden. Induktive Ladesysteme beruhen darauf, dass mit einer Induktionsspule ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, wobei ein Kraftfahrzeug eine entsprechende Induktionsspule aufweist, die das elektromagnetische Wechselfeld aufnimmt. Hierzu wird das Fahrzeug einigermaßen genau über eine Ladeeinrichtung, die eine elektromagnetische Spule umfasst, gefahren, die mit einer gleichen Spule im Fahrzeugboden korrespondiert. Mit elektrischen Oszillator- und Verstärkereinheiten wird eine hochfrequente Resonanz zwischen Spulen hergestellt, über die sodann Energie übertragen wird, die zum Aufladen eines elektrischen Zwischenspeichers genutzt wird.

Das induktive Verfahren der Energieübertragung verursacht hohe Kosten der elektronischen Komponenten und weist eine relativ geringe Effizienz auf, aufgrund der Natur der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung. Zusätzlich ist dafür Sorge zu tragen, dass die elektromagnetische Abstrahlung so gering wie möglich gehalten wird. Dies ist üblicherweise nicht der Fall, da die Bodenfreiheit eines Fahrzeugs stets einen großen Luftspalt zum Boden und zur stationären Spule der Energieübertragung bedingt. Diesem Stand der Technik gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen zu ermöglichen, das sowohl für das Fahrzeug als auch für Personen sicher ist, eine hohe Effizienz aufweist und sowohl im privaten als auch im öffentlichen Bereich im großen Maßstab einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen, mit einer externen Abgabevorrichtung für elektrischen Strom und einer fahrzeuggebundenen Empfangsvorrichtung für elektrischen Strom, die zum Empfang von elektrischem Strom von der Abgabevorrichtung und zu dessen Weiterleitung an einen elektrischen Zwischenspeicher ausgebildet ist, wobei die Abgabevorrichtung und die Empfangsvorrichtung zueinander passende Kontaktmittel aufweisen, die dadurch weitergebildet ist, dass die Abgabevorrichtung so im oder am Boden angeordnet ist, dass ein Fahrzeug mit einer Empfangsvorrichtung darüber abstellbar ist, wobei die Abgabevorrichtung und/oder die Empfangsvorrichtung eine bewegliche Positionierungsvorrichtung umfasst, mittels der nach einem Abstellen des Fahrzeugs über der Abgabevorrichtung ein Kontaktmittel an der Positionierungsvorrichtung aus einer Nichtladeposition in eine Ladeposition bringbar ist, in der die zueinander passenden Kontaktmittel miteinander in Kontakt sind.

Wenn die Kontaktmittel miteinander in Kontakt sind, bedeutet dies erfindungsgemäß, dass ein Ladestrom von der Abgabevorrichtung an die Empfangsvorrichtung übertragbar ist. Erfindungsgemäß ist auch mit umfasst, dass ein Verbrauchsstrom von dem Zwischenspeicher über die Empfangsvorrichtung an die Abgabevorrichtung zurückübertragbar ist und ggf. in ein öffentliches Stromnetz eingespeist werden kann. Damit ist sichergestellt, dass die erfindungs- gemäße Einrichtung zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen auch zur Nutzung in einem intelligenten Stromnetz verwendbar ist, in dem Endverbraucher wie Autobatterien als Zwischenspeicher für zeitweilig überschüssig produzierte Energie genutzt werden, die später in Zeiten geringerer Stromproduktion wieder abrufbar ist.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die Abgabestation bodenständig angeordnet ist und ein Fahrzeug über der Abgabestation geparkt wird. Ein Anschluss- bzw. Kontaktmittel einer Empfangsvorrichtung am Fahrzeug ist am Fahrzeugboden angeordnet. Ein genaues Positionieren des Fahrzeugs über der Abgabevorrichtung ist nicht notwendig, da entweder die Abgabevorrichtung oder die Empfangsvorrichtung oder beide über eine Positionierungsvorrichtung verfügen, mit der selbsttätig die zueinander passenden Kontaktmittel der Abgabevorrichtung und der Empfangsvorrichtung zueinander hinbewegt werden.

Die Positionierungsvorrichtung wird vorzugsweise auf hydraulische, pneumatische oder elektromotorische Weise angetrieben.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den weiteren Vorteil, dass der Platzbedarf der erfindungsgemäßen Einrichtung den Platzbedarf eines Fahrzeugs nicht übersteigt, so dass auch herkömmliche Parkplätze beispielsweise mit erfindungsgemäßen Einrichtungen an jedem Parkplatz ausgerüstet werden können, ohne dass die Parkkapazität des Parkplatzes abnimmt. Außerdem ist durch die Anordnung unter dem Fahrzeugboden einem Missbrauch sowie einer Unfallgefahr wirksam begegnet. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist durch geeignete Auswahl von sicheren Kontaktmitteln, abgeschirmten und verriegelbaren Steckern oder ähnlichem, die Sicherheit gegenüber unbefugtem Eingriff und die Verletzungsgefahr minimierbar.

Vorzugsweise umfasst die Abgabevorrichtung und/oder die Empfangsvorrichtung wenigstens einen Sensor, mittels dessen die relative Position der Abgabevorrichtung zur Empfangsvorrichtung und/oder der zueinander passenden Kontaktmittel zueinander bestimmbar ist. Die Sensorsignale dienen der Positionsbestimmung und sind somit zur automatischen Positionierung der Vorrichtungen bzw. Kontaktmittel verwendbar. Sie sind insbesondere außerdem zur Grobpositionierung des Fahrzeugs gegenüber der Abgabevorrichtung verwendbar. Geeignete Sensoren sind optische Sensoren oder elektromagnetische Peilungssensoren im Wege einer Triangulationspeilung, induktive Nährungssensoren und ähnliches.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Positionierungsvorrichtung einen um eine vertikale Achse drehbaren Teleskoparm mit veränderbarer Länge gegenüber der vertikalen Drehachse, wobei das Kontaktmittel auf dem ausfahrbaren Teil des Teleskoparms angeordnet ist. Die Drehung um die vertikale Achse und die Änderung der Länge des Teleskoparms ermöglichen die Veränderung der Position des darauf angeordneten Kontaktmittels in einem großen Bereich durch entsprechende Rotations- und Translationsbewegungen. Das Kontaktmittel kann vorzugsweise auf einem weiteren, vertikal ausfahrbaren Teleskoparm oder einen in eine vertikale Position klappbaren Klapparm angeordnet sein.

In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist die Positionierungsvorrichtung als um eine vertikale Achse drehbare Scheibe ausgebildet, die einen in radialer Richtung verlaufenden Führungsschlitz aufweist, in dem das Kontaktmittel gegenüber der vertikalen Achse radial verschiebbar angeordnet ist. Auch in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Rotations- und Translati- onsbewegung kombinierbar, um das Kontaktmittel korrekt zu positionieren. Das Kontaktmittel wird anschließend vertikal in Richtung auf das passende Kontaktmittel der anderen Vorrichtung hinbewegt und kontaktiert.

Alternativ ist die Positionierungsvorrichtung vorzugsweise auch als X-Y-Verschiebevorrichtung ausgebildet, d.h. sie ist in zwei aufeinander orthogonale Richtungen translatorisch beweglich.

In allen Ausführungsformen ist die Positionierungsvorrichtung flach ausgebildet, damit beim Parken eines Fahrzeugs über der Abgabevorrichtung die Positionierungsvorrichtung nicht beschädigt wird. Daher ist das Kontaktmittel vorzugsweise vertikal verschiebbar auf der Positionierungsvorrichtung oder der der Positionierungsvorrichtung entgegengesetzten Vorrichtung, also der Abgabevorrichtung oder der Empfangsvorrichtung, angeordnet, so dass die zueinander passenden Kontaktmittel miteinander kontaktiert werden.

Die Kontaktmittel sind vorzugsweise als Steckkontakte für eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet. Dies ermöglicht eine widerstandsarme effiziente Aufladung des Zwischenspeichers.

Alternativ dazu ist ebenfalls vorzugsweise vorgesehen, dass die Kontaktmittel als Induktionsspulen für eine induktive Übertragung von elektrischem Strom ausgebildet sind. Auch in diesem Fall werden mittels der Positionierungsvorrichtung die Induktionsspulen aufeinander zubewegt. Dies hat den Vorteil, dass der Luftspalt zwischen den Induktionsspulen sehr klein wird, wodurch die induktive Energieübertragung an Effizienz gewinnt und Abstrahlungen nach außen verringert werden.

Vorzugsweise ist in diesem Fall der wenigstens eine Sensor, mittels dessen die relative Position der Abgabevorrichtung zur Empfangsvorrichtung und/oder der zueinander passenden Kontaktmittel, also der Induktionsspulen, zueinander bestimmbar ist, als eine Induktionsspule oder als ein induktiver Näherungssensor ausgebildet. Mit dieser Maßnahme ist die jeweils gegenüberliegende Vorrichtung sehr genau ortbar.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Abgabevorrichtung und die Empfangsvorrichtung jeweils ein Gehäuseteil auf, die zueinander passend so ausgebildet sind, dass bei Herstellen eines Kontakts zwischen den Kontaktmitteln, also den Induktionsspulen, ein zusammengesetztes Gehäuse entsteht, das ein Austreten von elektromagnetischen Wechselfeldern wenigstens im Wesentlichen verhindert. Eine entsprechende Abgabevorrichtung kann im Boden eingelassen sein und ein Halbgehäuse aufweisen, das nach oben hin, also zur Bodenoberfläche, endet, so dass am Boden eine metallische Umrandung erkennbar ist.

Das Gehäuseteil der Empfangsvorrichtung wird mittels einer Positionierungsvorrichtung in diesem Fall auf die Abgabevorrichtung positioniert und herabgesetzt, wobei das Gehäuseteil nach unten offen ausgebildet ist und in seiner Querschnittsform am unteren Rand mit der Querschnittsform des oberen Randes des Gehäuseteils der Abgabevorrichtung übereinstimmt, so dass die beiden Gehäuseteile möglichst bzw. im Wesentlichen lückenlos aufeinander passen und aufeinander gesetzt werden. Es ist auch möglich, dass das obere Gehäuseteil der Empfangsvorrichtung das untere Gehäuseteil der Abgabevorrichtung umfasst, so dass ein noch dichterer Gehäuse- schluss erzeugt wird, und elektromagnetische Wechselfelder noch effizienter innerhalb des zusammengesetzten Gehäuses eingeschlossen werden. Vorzugsweise ist eine Kommunikationsverbindung zwischen der Abgabevorrichtung und der Empfangsvorrichtung herstellbar, mittels der insbesondere Daten über das Fahrzeug und/oder den Zwischenspeicher an die Abgabevorrichtung übermittelbar sind. Auch Daten über netzseitige Informationen, also beispielsweise Strompreise, verfügbare Strommengen, Identifikationsdaten der Abgabevorrichtung usw. können über eine solche Kommunikationsverbindung übermittelt werden.

Zur weiteren Vereinfachung der Bedienbarkeit ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Empfangsvorrichtung mit einer optischen und/oder akustischen Anzeigevorrichtung im Fahrzeug verbunden ist und zu einer optischen und/oder akustischen Anzeige einer relativen Position zwischen der Abgabevorrichtung und der Empfangsvorrichtung und/oder einer Positionierung des Fahrzeugs zur Abgabevorrichtung und/oder zu einer Kontaktierung der Kontaktmittel der Abgabevorrichtung und der Empfangsvorrichtung ausgebildet ist.

Auf diese Weise ist es dem Fahrzeugführer möglich, zunächst mit Hilfe der akustischen und/oder optischen Anzeigen das Fahrzeug über der Abgabevorrichtung so zu positionieren, dass eine Kontaktierung der zueinander passenden Kontaktmittel möglich ist und anschließend zu überwachen, dass die Positionierung der Kontaktmittel zueinander und/oder eine Kontaktierung der Kontaktmittel miteinander korrekt erfolgt, so dass ein Aufladevorgang beginnen kann oder initiiert werden kann. Die entsprechenden Signale können ähnlich wie in bekannten Parkhilfen ausgebildet sein, wobei beispielsweise eine Annäherung an die Abgabevorrichtung mit einer schneller werdenden akustischen Signalfolge anzeigbar ist oder mittels einer graphischen Anzeige, die die relative Position graphisch sichtbar macht. Zur Sicherung des Ladevorgangs und des Fahrzeugs ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Empfangsvorrichtung mit einer Bordelektronik des Fahrzeugs verbunden ist und ausgebildet ist, das Fahrzeug am Wegfahren zu hindern, wenn die Empfangsstation mit der Abgabestation verbunden ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Fahrzeug während des Aufladevorgangs bewegt wird, wodurch das Fahrzeug und die Abgabevorrichtung beschädigt werden können und wodurch für Menschen und Tiere eine gefährliche Situation erzeugt werden würde. Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass ein Ladevorgang nur dann beginnen kann, wenn das Fahrzeug vollständig abgestellt ist. Ein Lösen der Bremse würde in diesem Fall dazu führen, dass der Ladevorgang unterbrochen wird und die Kontaktmittel entkoppelt und voneinander entfernt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen vorstehend beschriebenen Einrichtung, gelöst, wobei eine externe Abgabevorrichtung für elektrischen Strom und eine fahrzeuggebundene Empfangsvorrichtung für elektrischen Strom, die zum Empfang von elektrischem Strom von der Abgabevorrichtung und zu dessen Weiterleitung an einen elektrischen Zwischenspeicher ausgebildet ist, vorgesehen sind, wobei die Abgabevorrichtung und die Empfangsvorrichtung zueinander passende Kontaktmittel aufweisen, wobei die Abgabevorrichtung und/oder die Empfangsvorrichtung eine bewegliche Positionierungsvorrichtung umfasst, mit den folgenden Verfahrensschritten: a) das Fahrzeug wird über die im oder am Boden angeordnete Abgabevorrichtung gefahren und in einer Position abgestellt, in der eine Kontaktierung der zueinander passenden Kontaktmittel möglich ist, b) nach dem Abstellen des Fahrzeugs über der Abgabevorrichtung wird ein Kontaktmittel an der Positionierungsvorrichtung aus einer Nichtladeposition in eine Ladeposition gebracht, in der die zueinander passenden Kontaktmittel miteinander in Kontakt sind, c) elektrischer Strom wird von der Abgabevorrichtung über die Empfangsvorrichtung zum Zwischenspeicher geleitet.

Erfindungsgemäß steuert somit der Fahrzeugführer sein Fahrzeug grob über die Ladeeinrichtung, wobei eine räumliche Toleranz von ausführungsabhängig bis zu einem Meter beispielsweise denkbar ist. Ist das Fahrzeug abgestellt, werden die Kontaktmittel der Abgabevorrichtung und der Empfangsvorrichtung aufeinander zubewegt und miteinander kontaktiert, so dass der Ladevorgang eingeleitet werden kann.

Vorteilhafterweise wird nach dem Verfahrensschritt c) in einem anschließenden Verfahrensschritt d) nach vollständiger oder teilweiser Aufladung des Zwischenspeichers das Laden beendet, die Verbindung zwischen den Kontaktmitteln unterbrochen und das Kontaktmittel an der Positionierungsvorrichtung in die Nichtladeposition bewegt. Damit ist das Fahrzeug vollständig oder teilweise aufgeladen und bereit, gestartet und weggefahren zu werden.

Vorzugsweise geschieht die Positionierung und Kontaktierung im Verfahrensschritt b) selbsttätig anhand von Signalen wenigstens eines Sensors, mittels dessen die relative Position der Abgabevorrichtung zur Empfangsvorrichtung und/oder der zueinander passenden Kontaktmittel zueinander bestimmt wird. Aufgrund der Sensordaten können optische oder akustische Hilfen im Fahrzeug mittei- len, ob das Fahrzeug sich im Bereich der Ladevorrichtung befindet und ob eine erfolgreiche Annäherung und Kontaktierung der Kontaktmittel der Abgabevorrichtung und der Empfangsvorrichtung erfolgt.

Vorzugsweise wird vor der Durchführung des Verfahrensschritts b) das Fahrzeug gegen Lageänderungen und/oder Wegfahren abgesichert. Dies fördert die Sabotagesicherheit und Betriebssicherheit.

Da der Fahrzeugführer und ggf. andere Personen ein- und aussteigen, ist die Einrichtung vorteilhafterweise zu einem ausreichenden Grad flexibel ausgebildet, so dass die Kontaktierung und die Integrität der Abgabevorrichtung und der Empfangsvorrichtung nicht beeinträchtigt sind.

Wenn vorzugsweise erst nach Verlassen und dem Verschließen des Fahrzeugs, insbesondere mittels einer Fernbedienung, die Verfahrensschritte b) und c) durchgeführt werden, ist das Verfahren besonders sicher durchführbar. Weiter vorzugsweise werden die Kontaktmittel und/oder die Positionierungsvorrichtung unverzüglich und automatisch in die Nichtladeposition gebracht, wenn das Fahrzeug, insbesondere mittels einer Fernbedienung, geöffnet wird.

Alle genannten Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindungsgegenstände, d.h. der erfindungsgemäßen Einrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens, gelten ohne Einschränkung auch für den jeweiligen anderen Erfindungsgegenstand.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelhei- ten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgabevorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgabevorrichtung,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Einrichtung und

Fig. 5 eine schematische Seitendarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung.

In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.

In Fig. 1 ist schematisch in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt. Ein Fahrzeug 1 mit einem elektrischen Zwischenspeicher 2 und einer Empfangsvorrichtung 3, die eine Steckdose 5 und eine Stromleitung 4 zur Verbindung der Steckdose 5 mit dem elektrischen Zwischenspeicher 2 aufweist, ist über eine Abgabevorrichtung 10, die am Boden 8 angeordnet ist, gefahren und ist dort in einer Parkposition abgestellt worden.

Die Abgabevorrichtung 10 umfasst einen Stecker 1 1 , der in Fig. 1 bereits in Kontakt mit der Steckdose 5 am Boden des Fahrzeugs 1 ist. Die Abgabevorrichtung 10 weist außerdem eine Positionierungsvorrichtung 12 mit einer zentralen Drehachse 13 und einem Arm 14 auf, der an seinem Ende einen Klapparm 16 aufweist, der nach einer erfolgten Positionierung hochklappt und das an seinem Ende angeordnete Kontaktmittel, also einen Stecker 1 1 , in die Steckdose 5 der Empfangsvorrichtung 3 in Fahrzeug 1 einführt und dort einrasten lässt.

Die Abgabevorrichtung 10 ist in Fig. 2 schematisch von oben in größerem Detail dargestellt. Eine Positionierungsvorrichtung 12 um- fasst eine zentrale Drehachse 13, etwa in der Art eines niedrigen Pollers, die um ihre zentrale vertikale Achse drehbar ist. Daran schließt sich ein Arm 14, der als Teleskoparm mit einem ausfahrbaren Teleskopteil 15 ausgebildet ist, an. Auf dem ausfahrbaren Teil 15 befindet sich der Klapparm 16, an dessen Spitze der Stecker 1 1 angeordnet ist. In Fig. 2 ist der Klapparm im eingeklappten Zustand, d.h. lang, dargestellt.

Der Teleskopteil 15 des Arms 14, 15 weist außerdem einen Sensor 17 auf, mittels dessen die relative Position der Positionierungsvorrichtung 12 und aller darauf befindlichen Teile in Bezug auf das Fahrzeug 1 bzw. die Empfangsvorrichtung 3 und die Steckdose 5 ermittelbar ist.

Mit Doppelpfeilen sind eine Rotationsbewegungsrichtung 18 und eine Translationsbewegungsrichtung 19 dargestellt, die auftreten, wenn die Positionierungsvorrichtung 12 um die zentrale Drehachse 13 gedreht wird bzw. wenn das Teleskopteil 15 des Arms 14 ausgefahren oder eingefahren wird.

Mit der Positionierungsvorrichtung 12 der Abgabevorrichtung 10 kann beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, der vordere Unterbodenbereich des Fahrzeugs 1 abgesucht werden, bis der Ort der Steckdose 5 der Empfangsvorrichtung 3 im Fahrzeug 1 erkannt und erreicht worden ist. Dann wird der Klapparm 16 hochgeklappt, um den Stecker 1 1 mit der Steckdose 5 in Kontakt zu bringen. Anstatt eines Klapparms 16 kann auch ein ausfahrbarer Teleskoparm, der in vertikaler Richtung ausfahrbar ist, vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, dass ein vertikal ausfahrbarer Teleskoparm in der Empfangsvorrichtung 3 vorgesehen ist und mit einer Steckdose in der Abgabevorrichtung 2 in Kontakt gebracht wird. In diesem zuletzt beschriebenen Fall verfügen sowohl die Abgabevorrichtung 10 als auch die Empfangsvorrichtung 3 über jeweils eine Positionierungsvorrichtung.

In Fig. 3 ist in einer schematischen Draufsicht eine alternative Abgabevorrichtung 20 dargestellt, die eine Positionierungsvorrichtung 22 aufweist, die aus einer Drehscheibe 23, die um eine zentrale Drehachse, die vertikal angeordnet ist, drehbar ist, sowie einen Führungsschlitz 24, der zentral angeordnet ist und in dem ein ausfahrbarer oder klappbarer Kontaktarm 26 angeordnet ist, der an seiner Spitze einen Stecker 21 als Kontaktmittel trägt. Sowohl auf der Drehscheibe 23 als auch in unmittelbarer Nähe des ausfahrbaren Kontaktarms 26 sind zwei Sensoren 27, 27' angeordnet, mittels derer die Positionierung der Positionierungsvorrichtung 22 bzw. des Steckers 21 der Abgabevorrichtung 20 durchgeführt wird.

Mit Doppelpfeilen sind die Rotationsbewegungsrichtung 28 der Drehscheibe 23 und die Translationsbewegungsrichtung 29 des Kontaktarms 26 im Führungsschlitz 24 dargestellt. Die Abgabevorrichtung 20 gemäß Fig. 3 wird, anders als die Abgabevorrichtung 10 in den Figuren 1 und 2, vollständig unterhalb des Fahrzeugs angeordnet sein, wenn dieses aufgeladen wird. Der Führungsschlitz 24 kann eine Länge von bis zu einem Meter aufweisen. Bei breiteren Fahrzeugen, wie Lastkraftwagen oder Bussen ist auch eine größere Ausdehnung möglich.

In Fig. 4 ist in einer schematischen Draufsicht auf ein Fahrzeug 1 eine Park- und Aufladeposition gezeigt. Das Fahrzeug 1 parkt über einer Abgabevorrichtung 20 gemäß Fig. 3, wobei diese zwischen dem Radstand der Vorderräder des Fahrzeugs 1 Platz hat. Die Steckdose 5 der nicht dargestellten Empfangsvorrichtung des Fahrzeugs 1 ist im vorderen Teil des Fahrzeugs 1 am Unterboden angeordnet. Die Abgabevorrichtung 20 ist in einer Ladeposition, d.h. die Drehscheibe 23 hat sich so gedreht, dass der Führungsschlitz 24 mit der Steckdose 5 übereinstimmt und der nicht dargestellte ausfahrbare Kontaktarm 26 ist im Führungsschlitz 24 an die Stelle der Steckdose 5 gefahren worden. Die Ausrichtung ist mittels des Sensors 27 erfolgt.

Alternativ ist es auch möglich, dass die entsprechende Positionierungsvorrichtung als Teil der Empfangsvorrichtung im Fahrzeug 1 selber ausgebildet ist. Die Steckdose 5 bzw. ein Stecker 1 1 ist dann Teil der bodenständigen Abgabevorrichtung.

Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei ein Fahrzeug V über eine Empfangsvorrichtung 30 mit einer induktiven Empfangsspule 31 verfügt, die in einer Positionierungsvorrichtung 32 angeordnet ist. Diese Positionierungsvorrichtung 32 umfasst ein Gehäuse 33 und einen Arm 34, der sowohl vertikal als auch in verschiedene Richtungen horizontal verfahrbar ist. Die Induktionsspule bzw. Empfangsspule 31 dient auch als Sensor zur Positionierung der Empfangsspule 31 über der in den Boden eingelassenen Abgabevorrichtung 40. Die Abgabevorrichtung 40 weist eine Abgabespule 41 , also eine Induktionsspule, auf, sowie einen Deckel 42, der leicht über den Boden 8 hinausragt. Im Boden verfügt die Abgabevorrichtung 40 noch über ein Gehäuse 43, mit dem elektromagnetische Wechselfelder davon abgehalten werden, nach außen zu strahlen. In dem in Fig. 5 gezeigten Ladezustand ist die Empfangsspule 31 direkt über der Abgabespule 41 positioniert, so dass aufgrund des geringen dazwischen herrschenden Spaltes eine effiziente Stromübertragung auf induktivem Weg erreicht ist. Die Gehäuse 33 und 43 wirken so miteinander bzw. sind so dicht aufeinander, dass elektromagnetische Wechselfelder weitestgehend im Inneren des gemeinsamen Gehäuses 33, 43 gehalten werden. Der Deckel 42 besteht aus einem für elektromagnetische Wellen transparenten Material oder ist für die Initiierung des Ladevorgangs entfernbar.

Die in den vorherigen Ausführungsbeispielen gezeigten Stecker und Steckdosen sind jeweils vorzugsweise mit Schutzabdeckungen versehen, die automatisch zur Einleitung der Kontaktierung und des Ladevorgangs durch Wegrotieren oder Wegklappen entfernbar sind. Sie schützen einerseits Menschen und/oder Tiere vor Berührung der elektrischen Kontakte und schützen die elektrischen Kontakte andererseits vor Verschmutzung.

Eine entsprechende Abdeckung wird beispielsweise aufgrund eines Kommunikationssignals vor oder während des Positionierungs- und Verbindungsvorgangs zur Seite gefahren, wegrotiert oder weggeklappt.

Eine Arretierung der Kontaktmittel in Kontakt miteinander findet vorzugsweise auf magnetische oder mechanische Weise statt, so dass der Ladevorgang nicht dadurch unterbrochen werden kann, dass die Kontaktmittel auseinander gezogen werden. Die Einrichtung in den Figuren 1 , 4 und 5 kann mit einer akustischen und/oder optischen Anzeige in Fahrzeug 1 bzw. 1 ' verbunden sein, die durch geeignete Signale angibt, ob sich das Fahrzeug 1 , 1 ' in einer günstigen Position zur Abgabevorrichtung befindet, so dass der Verbindungsvorgang bzw. Kontaktierungsvorgang eingeleitet werden kann. Die akustische und/oder optische Anzeige kann auch eine eigenständige Einrichtung sein. Sie kann auch durch die Verbindung zu einem anderen System im Fahrzeug 1 , 1 ', beispielsweise einem stationären oder mobilen Navigationsgerät, ausgebildet sein.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.

Bezuqszeichenliste

1 , V Fahrzeug

2 elektrischer Zwischenspeicher

3 Empfangsvorrichtung

4 Stromleitung

5 Steckdose

8 Boden

10 Abgabevorrichtung

1 1 Stecker

12 Positionierungsvorrichtung

13 zentrale Drehachse

14 Arm

15 Teleskopteil

16 Klapparm

17 Sensor

18 Rotationsbewegungsrichtung

19 Translationsbewegungsrichtung

20 Abgabevorrichtung

21 Stecker

22 Positionierungsvorrichtung

23 Drehscheibe

24 Führungsschlitz

26 ausfahrbarer Kontaktarm

27, 27' Sensor

28 Rotationsbewegungsrichtung

29 Translationsbewegungsrichtung

30 Empfangsvorrichtung

31 Empfangsspule

32 Positionierungsvorrichtung

33 Gehäuse

34 Arm Abgabevorrichtung Abgabespule Deckel

Gehäuse

Claims

Einrichtung und Verfahren zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern in Fahrzeugen Patentansprüche

1 . Einrichtung zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern (2) in Fahrzeugen (1 , 1 '), mit einer externen Abgabevorrichtung (10, 20, 40) für elektrischen Strom und einer fahrzeuggebundenen Empfangsvorrichtung (3, 30) für elektrischen Strom, die zum Empfang von elektrischem Strom von der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und zu dessen Weiterleitung an einen elektrischen Zwischenspeicher (2) ausgebildet ist, wobei die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und die Empfangsvorrichtung (3, 30) zueinander passende Kontaktmittel (5, 1 1 ; 31 , 41 ) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) so im oder am Boden (8) angeordnet ist, dass ein Fahrzeug (1 , 1 ') mit einer Empfangsvorrichtung (3, 30) darüber abstellbar ist, wobei die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und/oder die Empfangsvorrichtung (3, 30) eine bewegliche Positionierungsvorrichtung (12, 22, 32) umfasst, mittels der nach einem Abstellen des Fahrzeugs (1 , 1 ') über der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) ein Kontaktmittel (1 1 , 31 ) an der Positionierungsvorrichtung (12, 22, 32) aus einer Nichtladeposition in eine Ladeposition bringbar ist, in der die zueinander passenden Kontaktmittel (5, 1 1 ; 31 , 41 ) miteinander in Kontakt sind.

Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und/oder die Empfangsvorrichtung (3, 30) wenigstens einen Sensor (17, 27, 27') umfasst, mittels dessen die relative Position der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) zur Empfangsvorrichtung (3, 30) und/oder der zueinander passenden Kontaktmittel (5, 11 ; 31 , 41 ) zueinander bestimmbar ist.

Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsvorrichtung (12) einen um eine vertikale Achse (13) drehbaren Teleskoparm (14, 15) mit veränderbarer Länge gegenüber der vertikalen Drehachse (13) umfasst, wobei das Kontaktmittel (1 1 ) auf dem ausfahrbaren Teil (15) des Teleskoparms (14, 15) angeordnet ist.

Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsvorrichtung (22) als um eine vertikale Achse drehbare Scheibe (23) ausgebildet ist, die einen in radialer Richtung verlaufenden Führungsschlitz (24) aufweist, in dem das Kontaktmittel (1 1 ) gegenüber der vertikalen Achse radial verschiebbar angeordnet ist.

Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (5, 1 1 ) als Steckkontakte für eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet sind.

Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Kontaktmittel (31 , 41 ) als Induktionsspulen für eine induktive Übertragung von elektrischem Strom ausgebildet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor, mittels dessen die relative Position der Abgabevorrichtung (40) zur Empfangsvorrichtung (30) und/oder der zueinander passenden Kontaktmittel (31 , 41 ) zueinander bestimmbar ist, als eine Induktionsspule (31 ) oder als ein induktiver Näherungssensor ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabevorrichtung (40) und die Empfangsvorrichtung (30) jeweils ein Gehäuseteil (33, 43) aufweisen, die zueinander passend so ausgebildet sind, dass bei Herstellen eines Kontakts zwischen den Kontaktmitteln (31 , 41 ) ein zusammengesetztes Gehäuse entsteht, das ein Austreten von elektromagnetischen Wechselfeldern wenigstens im Wesentlichen verhindert.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikationsverbindung zwischen der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und der Empfangsvorrichtung (3, 30) herstellbar ist, mittels der insbesondere Daten über das Fahrzeug (1 , 1 '9 und/oder den Zwischenspeicher (2) an die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) übermittelbar sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung (3, 30) mit einer optischen und/oder akustischen Anzeigevorrichtung im Fahrzeug verbunden ist und zu einer optischen und/oder akustischen Anzeige einer relativen Position zwischen der Abgabe- Vorrichtung (10, 20, 40) und der Empfangsvorrichtung (3, 30) und/oder einer Positionierung des Fahrzeugs (1 , 1 ') zur Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und/oder zu einer Kontaktierung der Kontaktmittel (5, 1 1 ; 31 , 41 ) der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und der Empfangsvorrichtung (3, 30) ausgebildet ist.

Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung (3, 30) mit einer Bordelektronik des Fahrzeugs (1 , 1 ') verbunden ist und ausgebildet ist, das Fahrzeug (1 , 1 ') am Wegfahren zu hindern, wenn die Empfangsstation (3, 30) mit der Abgabestation (10, 20, 40) verbunden ist.

Verfahren zum Aufladen von elektrischen Zwischenspeichern (2) in Fahrzeugen (1 , 1 '), insbesondere mittels einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei eine externe Abgabevorrichtung (10, 20, 40) für elektrischen Strom und eine fahrzeuggebundene Empfangsvorrichtung (3, 30) für elektrischen Strom, die zum Empfang von elektrischem Strom von der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und zu dessen Weiterleitung an einen elektrischen Zwischenspeicher (2) ausgebildet ist, vorgesehen sind, wobei die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und die Empfangsvorrichtung (3, 30) zueinander passende Kontaktmittel (5, 1 1 ; 31 , 41 ) aufweisen, wobei die Abgabevorrichtung (10, 20, 40) und/oder die Empfangsvorrichtung (3, 30) eine bewegliche Positionierungsvorrichtung (12, 22, 32) um- fasst, mit den folgenden Verfahrensschritten: a) das Fahrzeug (1 , 1 ') wird über die im oder am Boden (8) angeordnete Abgabevorrichtung (10, 20, 40) gefahren und in einer Position abgestellt, in der eine Kontaktierung der zueinander passenden Kontaktmittel (5, 1 1 ; 31 , 41 ) mög- lieh ist, b) nach dem Abstellen des Fahrzeugs (1 , 1 ') über der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) wird ein Kontaktmittel (1 1 ; 31 ) an der Positionierungsvorrichtung (12, 22, 32) aus einer Nichtladeposition in eine Ladeposition gebracht, in der die zueinander passenden Kontaktmittel (5, 1 1 ; 31 , 41 ) miteinander in Kontakt sind, c) elektrischer Strom wird von der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) über die Empfangsvorrichtung (3, 30) zum Zwischenspeicher (2) geleitet.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem anschließenden Verfahrensschritt d) nach vollständiger oder teilweiser Aufladung des Zwischenspeichers (2) das Laden beendet wird, die Verbindung zwischen den Kontaktmitteln (5, 1 1 ; 31 , 41 ) unterbrochen wird und das Kontaktmittel (11 , 31 ) an der Positionierungsvorrichtung (12, 22, 32) in die Nichtladeposition bewegt wird.

Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung und Kontaktierung im Verfahrensschritt b) selbsttätig anhand von Signalen wenigstens eines Sensors (17, 27, 27') geschieht, mittels dessen die relative Position der Abgabevorrichtung (10, 20, 40) zur Empfangsvorrichtung (3, 30) und/oder der zueinander passenden Kontaktmittel (5, 1 1 ; 31 , 41 ) zueinander bestimmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge- kennzeichnet, dass vor der Durchführung des Verfahrensschritts b) das Fahrzeug (1 , 1 ') gegen Lageänderungen und/oder Wegfahren abgesichert wird.