WO2016096194A1 - Ladestation und verfahren zum automatischen laden eines elektrischen energiespeichers in einem fahrzeug - Google Patents

Ladestation und verfahren zum automatischen laden eines elektrischen energiespeichers in einem fahrzeug Download PDF

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WO2016096194A1
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charging socket
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Ahmet Kilic
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a charging station and a method for automatically charging an electrical energy storage in a vehicle.
  • the document DE 10 2009 001 080 AI discloses a charging device for a land-based motor vehicle with a battery-like
  • the contact arm is mounted movably on the loading device.
  • inductive and conductive charging methods are known.
  • the inductive charging methods are based on a combination of a transmitting coil with a
  • the present invention according to a first aspect provides a charging station for automatically charging an electrical energy store in a vehicle.
  • the charging station includes a communication device configured to receive vehicle-specific data from the vehicle and to determine a position of a charging socket on the vehicle using the received vehicle-specific data.
  • the charging station further comprises a charging robot comprising a contact head with a plurality of contacts. The contacts are with an electric
  • the loading robot is designed to approach a loading position based on the determined position of the charging socket on the vehicle and to introduce the contact head into the charging socket of the vehicle after reaching the charging position and to electrically connect the contacts of the contact head with contacts of the charging socket.
  • the present invention provides a method for automatically charging an electrical energy store in a vehicle.
  • the method comprises the steps of providing a
  • Charging robot comprising a contact head with a plurality of contacts, wherein the contacts are connected to an electrical voltage source; receiving vehicle-specific data from the vehicle; determining the position of a charging socket on the vehicle using the received vehicle-specific data; determining a charging position based on the determined position of the charging socket on the vehicle; starting the loading position with the loading robot; the introduction of the
  • Conductive charging methods enable a relatively low-loss transmission of large amounts of energy.
  • the present invention is based on the finding that the position of the charging sockets on vehicles can vary. For example, due to the design, different positions of the charging sockets may be advantageous for different vehicle types. In addition, a driver is usually difficult or impossible to get one
  • the present invention is therefore based on the idea to take into account this finding and to provide a charging station and a method for charging an energy storage in a vehicle, which allow a flexible and reliable electrical connection of the charging socket of a vehicle with a voltage source.
  • the charging station can individually determine the exact spatial position of the charging socket of the respective vehicle for different vehicles.
  • Vehicle-specific data while, for example, the spatial position of the vehicle to be charged with respect to the charging station, so variations in parking the vehicle to be charged can be considered and compensated.
  • An exact spatial positioning of the vehicle and possibly associated additional auxiliary systems are therefore not required.
  • Charging socket to detect the vehicle Therefore, a reliable and cost-effective automatic contacting of the charging socket of an electric or hybrid vehicle can be achieved with a charging station.
  • charging sockets can be operated at different positions of the vehicle, such as front, rear, side parts or underbody by a common charging station. Charging sockets at different heights can also be detected and contacted. Therefore, vehicles with different ground clearance, such as sports cars or sports utility vehicle (SUV) can be operated by a common charging station.
  • SUV sports utility vehicle
  • the great flexibility of the charger robot also allows a simultaneous or sequential operation of several adjacent arranged vehicles.
  • a charging station with a loading robot successively several adjacent parked vehicles are automatically contacted and charged, without the need for manual user intervention would be required.
  • the charging of multiple electric or hybrid vehicles with only one charging station is possible without the vehicles have to be parked for recharging. Therefore, a separate charging station is not required for each individual parked vehicle.
  • the contact head of the loading robot comprises funnel-shaped or slot-shaped recesses.
  • these funnel-shaped or slot-shaped depressions contacts of the contact head are arranged.
  • the contacts can be protected from accidental contact, e.g. be protected by a person. This ensures sufficient protection for live contacts.
  • the funnel-shaped or slot-shaped design of the recesses allows easy, reliable insertion of the
  • the contact head comprises a guide device.
  • the guide device is designed to adapt the position of the contact head during insertion into the charging socket.
  • the guide device may comprise a roller, a ball wheel, a pin, a groove and / or a slide rail.
  • the contact head has a
  • cone-shaped outer geometry on.
  • the diameter of the contact head tapers in the direction of the contacts.
  • cone-shaped refers to the geometry of a surface of revolution which results from a curve rotating about an axis.
  • the rotation axis may preferably at least approximately coincide with a direction in which the contact head moves during the contacting process. If such a cone-shaped contact head in a preferably funnel-shaped
  • the loading robot comprises a
  • Rotary device adapted to rotate the contact head about a predetermined axis of rotation.
  • this axis of rotation coincides exactly or at least approximately with a direction of movement, with which the contact head for contacting the charging socket in the direction of
  • Charging socket is moved. By rotating, that is, the rotation of the contact head while the contact head can be aligned with respect to the contacts of the charging socket.
  • the contact head can be optimally aligned even with a non-rotationally symmetrical arrangement of contacts.
  • the loading robot comprises a
  • the environmental sensor which is designed to detect an object in the vicinity of the charging robot.
  • the environmental sensor comprises a Camera, an ultrasonic sensor, a laser detector (LiDAR), a
  • the sensor system can also be used to determine the exact position of the charging socket on the vehicle to be charged.
  • the communication device comprises a radio interface, for example a WLAN, N FC, GSM, a
  • the vehicle-specific data can be transmitted from the vehicle to the charging station without contact and without additional interactions of a user.
  • the step of determining the position of the charging socket on the vehicle reads the position of the charging socket using the received vehicle-specific data from an internal and / or external database. There is also one in the respective database
  • the method for automatically charging the energy storage device in a vehicle comprises a step for determining charging parameters for charging the electric energy storage device in the vehicle using the received vehicle-specific data.
  • the vehicle-specific data may include, for example, a charging voltage, a charging current, an amount of energy to be transmitted, a starting time for the charging of the energy storage, an end time for charging the
  • Energy storage a period for charging the energy storage and / or accounting data include.
  • a set of charging parameters can be determined individually for each vehicle to be charged, so that the energy storage of the vehicle can be charged as best as possible.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a charging station according to a
  • Fig. 3 a schematic representation of the interaction of a
  • Fig. 6a-d a schematic representation of the charging of a vehicle, as it is based on an embodiment
  • Embodiment for charging multiple vehicles shows a schematic representation of a flowchart on which a method according to a further embodiment is based.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a charging station 1 for
  • the vehicle 5 may be, for example, a hybrid or
  • the vehicle 5 may be a fully or partially electrically powered motor vehicle, such as a passenger car or a truck.
  • the charging station 1 comprises at least one communication device 10 and a loading robot 20.
  • the communication device 10 can receive vehicle-specific data from a vehicle 5 to be charged.
  • Data transmission takes place at least from the vehicle 5 in the direction of the communication device 10.
  • the communication device 10 may be, for example, a
  • Radio interface 11 include. By means of this radio interface 11, a wireless data exchange between the communication device 10 and vehicle 5 is possible.
  • the radio interface 11 can establish a WLAN connection with the vehicle 5.
  • a connection via a mobile network is possible, for example GSM, UMTS or LTE.
  • a wireless data exchange by means of near field communication (RFID / NFC) can take place.
  • RFID / NFC near field communication
  • the Communication device 10 also have an optical sensor 12 and an optical interface.
  • the optical sensor 12 may be a camera, a barcode scanner or a QR code scanner.
  • a camera can optically detect a vehicle 5 to be charged. Based on predetermined characteristics in an image of the vehicle 5 captured by the camera, vehicle-specific data of the vehicle 5 to be charged can be determined.
  • a suitable scanner can also be a barcode, a QR code or a Further optical code can be detected and read out at the
  • the vehicle-specific data may be, for example, data specifying the position of a charging socket 51 on the vehicle 5 to be charged.
  • This data for specifying the position of the charging socket 51 on the vehicle 5 may indicate, for example, whether the charging socket 51 is located on the underbody, the front, the rear or the side of the vehicle 5.
  • these data can also indicate the exact position of the charging socket 51.
  • the position of a charging socket 51 with respect to a Cartesian coordinate system may be indicated with a predetermined reference point of the vehicle as the origin of the coordinate system. Further data formats for specifying the charging socket 51 on the vehicle 5 are also possible.
  • the vehicle-specific data may also contain further data, in particular data relevant for charging the vehicle 5. So can the
  • vehicle-specific data for example, data about the required
  • Charging voltage (voltage level, voltage type: DC voltage or single- or multi-phase AC voltage), maximum possible charging current, required amount of energy to be transferred, information about the charge to be charged
  • the transmission of further vehicle-specific data, in particular of data which are relevant for charging the energy store 50 in the vehicle 5, is also possible.
  • Communication device 1 to transmit only a vehicle-specific identification (ID).
  • This vehicle-specific identification can, for example, a be separate unique identification for each individual vehicle 5.
  • the identification transmitted in the vehicle-specific data may also be an identification specifying only the type of a vehicle.
  • similar vehicles may transmit a common identification to the communication device 10. Based on such transmitted from the vehicle 5 to the communication device 10
  • the communication device 10 can then determine the relevant for the loading data.
  • charging station 1 for this purpose an internal
  • Database 15 include. In this internal database 15 while the
  • the communication device 10 in this case can access the internal database 15 and thus based on the received
  • vehicle-specific data all relevant to the charging of the vehicle 5
  • Communication device 15 are also coupled to an external database 3.
  • the external database 3 may be a central database that can be accessed by a plurality of communication devices 10 from a plurality of charging stations 1. In this way, it is only necessary to keep the data in one or a few central databases 3 up-to-date, without having to transfer an update to all charging stations 1 with each change.
  • the optical sensor 12 for example in
  • Shape of a camera, the license plate of a vehicle are detected.
  • the data relevant for charging the vehicle 5 can be determined.
  • the charging station 1 determines, for example in the communication device 10 or another device, all relevant for charging the energy storage device 50 in the vehicle 5 Charging parameters. These load parameters may include, for example, the following parameters. Position of the charging socket 51 on the vehicle to be charged 5, possible or required voltage for charging the
  • Energy storage 50 (in particular voltage level, voltage type:
  • the charging station 1 To charge the energy store 50 in the vehicle 5, it may be necessary that the vehicle 5 is parked as precisely as possible at a predetermined position or at one of several predetermined positions.
  • the charging station 1 for example, have a parking space or another Absteil configuration for one or more vehicles 5, the at his
  • Absteil Structure predetermined means for positioning the vehicle 5 has.
  • these aids may be optical
  • Marks act that dictate the position of the vehicle to be loaded 5. Furthermore, unevenness, such as elevations or depressions on the parking area in the parking lot are possible, which help a driver to position the vehicle 5 as precisely as possible in the parking lot. Also an automatic positioning of the vehicle,
  • the vehicle 5 can optionally also be positioned as desired, at least within a predetermined tolerance range. For example, this can be done by suitable aids, such as lines on the ground, a range can be specified within which a user has to turn off the vehicle 5. Subsequently, by means of a suitable sensor system by the charging station 1, the exact position of the vehicle 5 can be determined. For example, the position of the vehicle 5 by means of an optical sensor, such as the optical sensor 12 of the
  • Communication device 10 are determined. But other sensors, such as radar sensors, ultrasonic sensors, optical scanners such as LiDAR or the like for determining the position of the vehicle 5 are possible. If the position of the vehicle 5 is known, then, using the known position of the charging socket 51 with respect to the
  • Vehicle 5 and the exact position of the charging socket 51 are determined with respect to the charging station 1. For example, the determination of the charging socket 51 with respect to the charging station 1 as coordinates of a
  • Cartesian coordinate system with x-y-z direction can be determined.
  • a position for the loading robot 20 can be determined by the loading station 1, which can be determined by the loading station
  • the loading position is preferably located on the ground, that is to say in the same plane in which the vehicle 5 to be loaded is parked. This position to be approached by the loading robot 20 is referred to below as the loading position.
  • the loading position can be determined, for example, in the communication device 10, or else in the loading robot 20 or another device of the charging station 1.
  • the charging robot 20 of the charging station 1 comprises a contact head 21.
  • the contact head 21 in this case comprises a plurality of electrical contacts. These electrical contacts of the contact head 21 can thereby with a
  • Voltage source 30 of the charging station to be connected.
  • One or more further contacts may moreover be connected to a reference potential of the charging station 1. Furthermore, one or more contacts of the
  • Design of the contact head 21 may, for example, a known, standardized plug for the conductive charging of an electric or
  • Hybrid vehicle correspond.
  • the contacts of the contact head 21 are via a cable connection 31
  • the cable connection 31 may be, for example, a flexible electrical cable with a plurality of electrically conductive wires.
  • the voltage source 30 can convert the voltage provided by a power supply network 2 or a further energy source into a voltage which is suitable for charging the electrical energy store 50 of the vehicle 5 to be charged.
  • the voltage source 30, for example, adjust the voltage level, convert a single- or multi-phase AC voltage into a DC voltage, convert a DC voltage into a single- or multi-phase AC voltage, the frequency of a
  • the contacts of the contact head 21 are connected directly to an external power supply network 2 or another external power source, without that takes place in the charging station 1, a conversion of this external voltage.
  • the regulation for the charging of the energy accumulator 50 of the vehicle 5 is effected by an internal, not shown, charge controller in the vehicle 5.
  • the contact head 21 of the loading robot 20 may be connected to the loading robot 20, for example via a loading arm 22.
  • the loading arm 20 can be moved in particular via a suitable drive system.
  • the loading arm 22 can be arranged rotatably and / or pivotably on the loading robot 20. By turning and / or swiveling the
  • the contact head 21 with respect to the charging socket 51 of the vehicle to be loaded 5 are aligned.
  • the contact head 21 can be aligned so that the position of the contacts of the contact head 21 with contacts of the charging socket 51 coincides.
  • Contact head 21 in the charging socket 51 of the vehicle 5 may be the
  • the loading arm 22 of the loading robot 20 can be extendible, that is to say variable in its length. In this way, by extending the loading arm 22, ie by increasing the length of the loading arm 22, the contact head 21 can be moved in the direction of the charging socket 51 of the vehicle 5 until the
  • the loading robot 20 may also have a rotating device 23 beyond.
  • the contact head 21 can be rotated about a predetermined axis of rotation.
  • the rotation axis may, for example, run parallel to a direction in which the contact head 21 moves into the charging socket 51 during insertion.
  • the rotating device 21 can thereby directly on the contact head 21, between the contact head 21 and
  • Charging arm 22 and a base of the loading robot 20 may be arranged.
  • the contact head 21 By turning the contact head 21 by means of the rotary device 23, the contacts of the contact head 21 with respect to the contacts of the charging socket 51 of the
  • Turning device 23 can be adjusted, for example, based on predetermined parameters, which result from the vehicle-specific data of the vehicle 5 to be charged.
  • a sensor (not shown here) on the contact head 21 or another location of the
  • Laderoboters 20 the alignment of the contacts of the charging socket 51 on the Detect vehicle 5. Then, the contact head 21 can be aligned according to the orientation of the contacts on the charging socket 51. Likewise, the turning or pivoting of the loading arm 22, as well as the extension of the loading arm 22 can be determined based on predetermined parameters resulting from the vehicle-specific data. Alternatively, these can
  • Settings are calculated based on sensory data, which are detected by sensors of the loader robot.
  • the loader robot 20 may comprise a separate drive. For example, this may be
  • the power supply for this electric drive can also be done via the cable connection 31. Furthermore, additional control signals for the control of
  • Loading robot 20 are provided.
  • the loading robot 20 may comprise, for example, steerable wheels. Further possibilities for controlling the direction of movement of the loading robot 20 are also possible.
  • the loader robot 20 may also have a plurality of individually driven wheels or rollers, which by individual driving a control of
  • the loading robot 20 does not have its own drive, then it is also possible for the loading robot 20 to be moved by means of an external drive device (not shown here). For example, the loading robot 20 can be pushed or pulled by means of a cable or rod system. Other ways to get around
  • the loader robot 20 may have one or more environmental sensors 25.
  • these environmental sensors 25 may be a camera, an ultrasonic sensor, a laser detector such as a
  • LiDAR LiDAR
  • a radar sensor and / or a touch sensor act.
  • the environmental sensor 25 an object in the vicinity of the charging robot 20 can be detected.
  • the loading robot 20 can detect, for example, an obstacle.
  • the loader robot on an alternative Drive to the desired loading position, wherein the detected obstacle is bypassed.
  • the environmental sensors 25 can also be used to determine the orientation of the vehicle 5 to be charged and / or to determine the exact position of the charging socket 51 on the vehicle 5 to be charged.
  • FIGS. 2a to 2d each show, by way of example, a plan view of a contact head 21 of a charging robot 20 for a charging station 1.
  • the contact head 21 comprises a plurality of funnel-shaped recesses 21-1.
  • an electrical contact of the contact head 21 can be arranged in these funnel-shaped recesses 21-1.
  • Such recesses may serve for better guidance during insertion of the contact head 21 into the charging socket 51. Due to the funnel-shaped configuration, in which the diameter of the recess in the direction of the interior of the contact head 21 is continuously reduced, even with small deviations in the positioning of the contact head 21 with respect to a charging socket 51 one can be charged
  • Vehicle 5 of the plug are still reliably inserted into the charging socket 51 and made an electrical contact with the contacts of the contact head 21 with contacts of the charging socket 51.
  • Recesses allows in this case an independent orientation of the
  • FIG. 2b shows a further plan view of an embodiment of a
  • the contact head 21 has a plurality of slot-shaped depressions 21-2.
  • the slot-shaped recesses 21 may have a V-shaped form. In this case, as seen in the direction of the interior of the contact head 21, the width of the gaps 21-2 decreases. Also in this way it is possible that the contact head 21 when inserted into a charging socket 51 of a
  • the gap-shaped depressions 21-2 can either extend completely along one direction on the surface of the contact head 21. Alternatively, the gaps 21-2, as in the middle of the
  • Contact head 21 shown in Figure 2b extend only over a part, so that multiple column along a direction on the surface of the
  • Embodiments are wells without electrical contacts possible.
  • FIGS. 2c and 2d show circular contact heads 21.
  • the contact head 21 has circular depressions 21-3, in each of which an electrical contact can be arranged.
  • Figure 2d also shows a circular contact head 21, in which, however, the recesses 21-4 are carried out in the contact head 21 as a circle segments. In this way, a plurality of contacts can be arranged within a circumference. Thus, in a smaller space, a larger number of contacts can be achieved.
  • a circular contact head 21 as he
  • the individual circular sectors can be made different sizes.
  • both the width of the depressions 21-4 and the size of the circular segment can vary. In this way it can be ensured that even a circular contact head 21 can be inserted into the charging socket 51 of a vehicle 5 only in a predetermined orientation.
  • FIGS. 2a to 2d merely serves for better understanding and does not constitute a restriction of the present invention. A number of contacts differing from the illustrated number is likewise possible. Also, the rectangular shown in Figures 2a and 2b
  • the contact heads 21 have a conical or conical or truncated cone-shaped outer geometry. It owns the base area on the the contacts or the recesses are arranged for the contacts, a smaller compared to the side facing in the direction of the loading arm 22 side surface. In other words, the contact head 21 tapers in the direction of the surface on which the contacts or the recesses for the contacts are arranged. In this way, within predetermined tolerances, an independent alignment of the contact head 21 during insertion into the charging socket
  • Figure 3 shows a schematic representation of a cross section through a contact head 21 of a charging robot 20 and a corresponding charging socket
  • the charging socket 51 in this example has three contacts 51-a, 51-b and 51-c.
  • the contact head 21 has correspondingly three recesses with the contacts 21-a, 21-b and 21-c. While in this example the three contacts 51-a, 51-b and 51-c of the charging socket 51 have the same length, the contacts 21-a, 21-b and 21-c of the contact head 21 within the contact head 21 are different from each other removed in the direction of the charging socket 51 facing outside. In this way it can be achieved that when inserting the contact head 21 in the charging socket 51, the contacts 21-a, 21-b and 21-c of the contact head 21 to different
  • Time points with the corresponding contacts 51-a, 51-b and 51-c of the charging socket 51 are electrically contacted.
  • it can be ensured, for example, that an electrical contacting of a reference potential first takes place. Only after the reference potential of the contact head 21 via the corresponding contact with the charging socket and thus the
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a cross section through a charging socket 51 and a contact head 21 of a charging robot 20 for a charging station according to a further embodiment.
  • the contact head 21 in this case has a guide device 201.
  • This guide device 201 may be, for example, a roller, a ball wheel, a pin or another increase. Further, a recess, such as a groove or the like, as a guide device 201 is possible.
  • At the charging socket 51 of the vehicle 50 is a to the guide device 201 of the
  • Charging socket 51 are aligned. In particular, it is possible to align the contacts of the contact head 21 so that they fit with the
  • FIGs 5a and 5b show schematic representations for the insertion of a contact head 21 in a charging socket of a vehicle 5.
  • the charging socket 51 is closed by a cover 52 (shown in phantom) in the idle state.
  • This cover 52 must therefore be opened to release the charging socket 51, so that the contact head 21 can be inserted into the charging socket 51.
  • the cover 52 push aside.
  • the loading robot 20 may also have an additional device suitable for removing the cover 52 in front of the charging socket 51.
  • this can be the cover 52, as shown in Figure 5a, unfolded. This can be done for example via a mechanical device which is triggered by the loading robot 20.
  • the charging robot 20, or another device of the charging station 1 may communicate with the vehicle 5 to cause the vehicle 5 to open the cover 52 in front of the charging socket 51.
  • FIG. 5 b shows a further embodiment in which the charging socket 51 is initially protected in the resting state and only for the insertion of the
  • the charging socket 51 is folded outward in the direction of the arrow.
  • Charging socket 51 to fold outwards can be done for example by means of a mechanical device which is triggered by the loading robot 20.
  • the vehicle 5 can also be made to the charging socket 51 by means of a motor
  • the loading robot 20 may insert the contact head 21 in the charging socket 51 and thus electrically connect the contacts of the charging socket 21 with contacts of the charging socket 51.
  • the loading robot 20 inserts the contact head 21 into the charging socket 51 of the vehicle.
  • the loading robot 20 first approaches a loading position determined as described above. Preferably, this is located
  • the charging socket 51 is then released first. Subsequently, the contact head 21 is inserted into the charging socket 51. If appropriate, the contact head 21 is initially aligned with respect to the charging socket 51 by the loading robot by means of suitable tilting and rotating devices. Deviations in the orientation of the contact head 21 with respect to the charging socket 51 can during the insertion of the contact head 21 into the charging socket 51 by the measures described above, such as funnel-shaped
  • a compensating element 24 can be attached to the loading arm 22.
  • Such a compensating element 24 allows the contact head 21 during insertion of the contact head 21 in the charging socket 51 also a
  • Loading robot 20 introduces the contact head 21 in the charging socket 51.
  • this compensating element 24 may be a
  • Spring element a joint with a predetermined restoring force, a piece of elastomer or the like act. If a force below a predetermined limit value is exerted on the compensating element, then the compensating element 24 remains at least approximately stiff. On the other hand, if the applied force exceeds the specified limit value, this gives
  • FIGS. 6a to 6d schematically show the sequence for the automatic charging of an energy store 50 in a vehicle 5 according to FIGS. 6a to 6d
  • a vehicle 5 is initially arranged within a predetermined parking area at the
  • the Charging station 1 turned off. Thereupon, the communication device 10 of the charging station 1 receives vehicle-specific data.
  • vehicle-specific data may be, for example, those already executed
  • the charging station 1 then first determines the position of a charging socket 51 on the vehicle 5. From this position the charging socket 51 on the vehicle 5 can then, optionally using the exact positioning of the vehicle 5 with respect to the charging station 1, a loading position for the loading robot 20 are determined. This loading position represents a position for the loading robot 20, from which the loading robot 20 can independently introduce the contact head 21 into the charging socket 51 of the vehicle 50.
  • the loading position is on the same base, ie on the floor on which the vehicle 5 is parked.
  • the loading robot 20 moves to this loading position. If the loading robot 20 has an independent drive, the loading robot 20 can control the loading position by its own power.
  • the loading robot 20 thereby detect objects in the environment of the charger robot 20 and this at
  • Vehicle 5 trigger a mechanism to fold aside any existing cover 52 in front of the charging socket 51.
  • the loader robot 20 can also trigger a mechanism which folds out a charging socket 51, which initially pivots inward, outwards and thus makes it accessible to the loading robot 20.
  • the loading robot 20 inserts the contact head 21 into the charging socket 51 of the vehicle 5.
  • the contacts of the contact head 21 are electrically connected to contacts of the charging socket 51. Subsequently, the charging of the electrical energy storage
  • Voltage source 30 of the charging station 1 a voltage is provided, which is suitable based on the previously received vehicle-specific data for charging the energy storage 50.
  • Adjusted parameters such as current, etc. and adapted to the respective electrical energy storage 50 of the vehicle 5.
  • the robot loader 20 may pull the contact head 21 out of the charging socket 51. Subsequently, the charging socket 51 can be closed by a cover 52 or folded back into the vehicle interior. Thereupon, the loading robot 20 can return to one
  • the charging robot 20 can also directly control a further charging position, in order subsequently to store an electrical energy store of another one
  • FIG 7 shows a schematic representation of a charging station 1 for
  • the charging station 1 comprises several in this case
  • the charging station 1 receives, for example by means of one or more communication devices 10, the vehicle-specific data of parked on the Absteil vom 61 to 63 vehicles. Thereupon, the loading robot 20 of the charging station 1 can each successively control a charging position for one of the vehicles 5, insert the contact head 21 into the charging socket 51 of the corresponding vehicle 5 and charge the electric energy storage 50 of the respective vehicle 5. After the charging process of an energy store 50 has been completed, the loading robot 20 can then remove the contact head 21 from the corresponding charging socket 51 pull out, another charging position of another vehicle 5 on one of the Absteil vom 61 to 63 control and then the electrical
  • the order in which the loading robot 20 drives the individual vehicles and charges the respective energy stores 50 of the vehicles 5 can be selected based on any desired specifications. For example, in the received vehicle-specific data, a priority, a desired destination time at which the charging should be completed, or the like can be specified.
  • Energy storage 50 of multiple vehicles 5 are also possible.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a flow chart for a method for the automatic charging of an electrical energy store 50 in a vehicle 5.
  • step S1 a load robot 20 is first of all
  • the loading robot 20 comprises, as described above, at least one contact head 21 with a plurality of contacts.
  • the contacts of the contact head 21 are connected to an electrical voltage source.
  • this voltage source may be the voltage from an external power grid. Alternatively, it may be at the
  • the charge controller can set voltage level, voltage type or voltage shape as well as current during charging and other parameters.
  • step S2 vehicle-specific data is obtained from the vehicle 5
  • a communication device 10 by means of a wireless interface, a data exchange with the vehicle. 5 make.
  • a barcode, a QR code or another, for example optical information can be read from the vehicle in order to obtain vehicle-specific data from this.
  • the license plate of the vehicle can be detected and from this, the
  • step S3 under
  • Using the received vehicle-specific data determined a position of the charging socket 51 on the vehicle 5. To determine this position of the charging socket 51 on the vehicle 5, access to an internal or external database is also possible. For example, for each vehicle, or for given vehicle types, the position of the charging socket and possibly other data relevant for charging in an internal or external
  • Database stored. Based on the received vehicle-specific data, all data and charging parameters relevant for charging can be determined from such an internal or external database.
  • a loading position is determined based on the determined position of the charging socket 51 on the vehicle 5.
  • This loading position is a position from which a loading robot 20 can insert its contact head 21 into the charging socket 51 of the vehicle.
  • This loading position is preferably at the bottom and in the vicinity of the charging socket 51 of the
  • the loading position is approached by the loading robot 20. If the loader robot 20 has an independent drive, the loader robot 20 can cite the loading position independently.
  • the loader robot 20 may also be moved, in particular pushed or pulled, over a separate device to the loading position
  • the loading robot 20 can also detect objects in the surroundings of the loading robot 20 and, when approaching the loading position 20, bypass these detected objects. Thus, a collision of the loader robot 20 with the detected objects can be avoided.
  • the loading robot 20 can insert the contact head 21 into the charging socket 51 of the vehicle 5 in step S6 and establish an electrical connection of the contacts of the contact head 21 with contacts of the charging socket 51. If the contact head 21 is completely inserted into the charging socket 51 of the vehicle 5, a verification of the successful contacting can optionally take place. For example, this can be checked for an electrical connection of a specific contact. In this case, this contact can be designed so that the electrical connection of this contact is the last. Thus, it can be ensured that all other contacts have been previously contacted correctly.
  • the charging station 1 can supply electrical energy to the contacts of the contact head 21. As a result, the electric energy storage 50 of the vehicle 5 can be charged.
  • Charging of the electric energy storage 50 are terminated.
  • the voltage provided at the contacts of the contact head 21 is switched off by the charging station 1.
  • the contact head 21 can be pulled out of the charging socket 51.
  • the loading robot 20 can then move away from its loading position.
  • the loading robot 20 may for example control a parking position, or to another loading position on a
  • the present invention relates to an apparatus and method for automatically charging an electrical energy storage in a vehicle.
  • the position of a charging socket on a vehicle is first determined based on vehicle-specific data.
  • a robot loader on the floor near the charging socket.
  • the robotic loader establishes a galvanic connection between the charging station and the charging socket.
  • the loading robot introduces a contact head connected to the charging station into the charging socket of the vehicle. After completion of the charging process, the contact head is pulled out of the charging socket and thus the vehicle is released.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug. Hierzu wird zunächst basierend auf fahrzeugspezifischen Daten die Position einer Ladebuchse an einem Fahrzeug ermittelt. Anschließend fährt ein Laderoboter auf dem Boden in die Nähe der Ladebuchse. Daraufhin stellt der Laderoboter eine galvanische Verbindung zwischen Ladestation und Ladebuchse her. Hierzu führt der Laderoboter einen mit der Ladestation verbundenen Kontaktkopf in die Ladebuchse des Fahrzeuges ein. Nach Abschluss des Ladevorgangs wird der Kontaktkopf aus der Ladebuchse herausgezogen und somit das Fahrzeug freigegeben.

Description

Beschreibung Titel
Ladestation und Verfahren zum automatischen Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation sowie ein Verfahren zum automatischen Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Die Druckschrift DE 10 2009 001 080 AI offenbart eine Ladevorrichtung für ein landgebundenes Kraftfahrzeug mit einer batterieähnlichen
Stromspeichervorrichtung. Über einen Kontaktarm ist eine elektrische
Verbindung zwischen der Stromspeichervorrichtung und einer Ladevorrichtung herstellbar. Der Kontaktarm ist dabei an der Ladevorrichtung beweglich angebracht.
Für das Aufladen der Traktionsbatterien bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen sind induktive und konduktive Ladeverfahren bekannt. Die induktiven Ladeverfahren basieren auf einer Kombination einer Sendespule mit einem
Empfangsspulensystem. Konduktive Ladeverfahren dagegen erfordern das Einstecken eines Ladekabels zwischen einer Ladestation und dem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Für die Akzeptanz zukünftiger Elektro- oder Hybridfahrzeuge spielt der Komfort für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers eine entscheidende Rolle.
Es besteht daher ein Bedarf für eine Ladestation sowie ein Verfahren zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fah insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, die ein komfortables, zuverlässiges und effizientes Aufladen des elektrischen Energiespeichers ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Ladestation zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug. Die Ladestation umfasst eine Kommunikationsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, fahrzeugspezifische Daten von dem Fahrzeug zu empfangen und unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten eine Position einer Ladebuchse an dem Fahrzeug zu ermitteln. Die Ladestation umfasst ferner einen Laderoboter, der einen Kontaktkopf mit einer Mehrzahl von Kontakten umfasst. Die Kontakte sind dabei mit einer elektrischen
Spannungsquelle verbunden. Der Laderoboter ist dazu ausgelegt, basierend auf der ermittelten Position der Ladebuchse an dem Fahrzeug eine Ladeposition anzufahren und nach dem Erreichen der Ladeposition den Kontaktkopf in die Ladebuchse des Fahrzeugs einzuführen und die Kontakte des Kontaktkopfs mit Kontakten der Ladebuchse elektrisch zu verbinden.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines
Laderoboters, der einen Kontaktkopf mit einer Mehrzahl von Kontakten umfasst, wobei die Kontakte mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden sind; des Empfangens von fahrzeugspezifischen Daten von dem Fahrzeug; des Ermitteins der Position einer Ladebuchse an dem Fahrzeug unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten; des Bestimmens einer Ladeposition basierend auf der ermittelten Position der Ladebuchse an dem Fahrzeug; des Anfahrens der Ladeposition mit dem Laderoboter; des Einführens des
Kontaktkopfes des Laderoboters in die Ladebuchse des Fahrzeugs und des elektrischen Verbindens der Kontakte des Kontaktkopfs mit Kontakten der Ladebuchse, nachdem der Laderoboter die Ladeposition erreicht hat.
Vorteile der Erfindung Konduktive Ladeverfahren ermöglichen eine relativ verlustarme Übertragung großer Energiemengen. Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Position der Ladebuchsen an Fahrzeugen variieren kann. So können beispielsweise konstruktionsbedingt unterschiedliche Positionen der Ladebuchsen für verschiedene Fahrzeugtypen vorteilhaft sein. Darüber hinaus ist es einem Fahrzeugführer in der Regel nicht oder nur schwer möglich, ein
Fahrzeug exakt an einer vorgegebenen Position an einer Ladestation zu positionieren. Neben weiteren zusätzlichen Faktoren wird hierdurch ein automatisches Verbinden eines Ladekabels mit der Ladebuchse eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges erschwert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Ladestation sowie ein Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers in einem Fahrzeug zu schaffen, die eine flexible und zuverlässige elektrische Verbindung der Ladebuchse eines Fahrzeugs mit einer Spannungsquelle ermöglichen. Durch das Übertragen fahrzeugspezifischer Daten des aufzuladenden Fahrzeugs an die Ladestation kann die Ladestation individuell für unterschiedliche Fahrzeuge jeweils die genaue räumliche Position der Ladebuchse des jeweiligen Fahrzeugs ermitteln. Umfassen die
fahrzeugspezifischen Daten dabei beispielsweise auch die räumliche Position des aufzuladenden Fahrzeugs in Bezug auf die Ladestation, so können auch Variationen beim Abstellen des aufzuladenden Fahrzeugs berücksichtigt und ausgeglichen werden. Eine exakte räumliche Positionierung des Fahrzeugs und gegebenenfalls damit verbundene zusätzliche Hilfssysteme sind daher nicht erforderlich.
Da die Bestimmung der Position einer Ladebuchse an dem Fahrzeug basierend auf von dem Fahrzeug übermittelten fahrzeugspezifischen Daten erfolgt sind keine weiteren zusätzliche Sensoren erforderlich, um die Position der
Ladebuchse an dem Fahrzeug zu detektieren. Daher kann eine zuverlässige und kostengünstige automatische Kontaktierung der Ladebuchse eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges mit einer Ladestation erreicht werden.
Die Flexibilität bei der Bestimmung der Position der Ladebuchse und des darauf folgenden automatischen Positionierens eines Laderoboters an einer für das Kontaktieren des Fahrzeugs geeigneten Stelle erlaubt eine große Flexibilität für unterschiedliche Fahrzeugvarianten. Insbesondere können Ladebuchsen an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Front, Heck, Seitenteile oder Unterboden durch eine gemeinsame Ladestation bedient werden. Auch Ladebuchsen in unterschiedlichen Höhen können erkannt und kontaktiert werden. Daher können auch Fahrzeuge mit unterschiedlichen Bodenfreiheiten, wie zum Beispiel Sportwagen bzw. Sports Utility Vehicle (SUV) durch eine gemeinsame Ladestation bedient werden können.
Die große Flexibilität des Laderoboters ermöglicht darüber hinaus auch eine gleichzeitige bzw. sequentielle Bedienung mehrerer benachbart angeordneter Fahrzeuge. Somit können beispielsweise durch eine Ladestation mit einem Laderoboter nacheinander mehrere benachbart abgestellte Fahrzeuge automatisch kontaktiert und aufgeladen werden, ohne dass hierzu ein manueller Benutzereingriff erforderlich wäre. Auf diese Weise ist das Aufladen mehrerer Elektro- oder Hybridfahrzeuge mit nur einer Ladestation möglich, ohne dass die Fahrzeuge für das Aufladen umgeparkt werden müssen. Daher ist nicht für jedes einzelne abgestellte Fahrzeug eine separate Ladestation erforderlich. Somit können auch die Kosten für die Infrastruktur zum Aufladen von
Elektrofahrzeugen reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kontaktkopf des Laderoboters trichterförmige oder schlitzförmige Vertiefungen. In diesen trichterförmigen oder schlitzförmigen Vertiefungen sind Kontakte des Kontaktkopfs angeordnet. Durch das Anordnen der Kontakte in Vertiefungen können die Kontakte vor einer versehentlichen Berührung, z.B. durch eine Person, geschützt werden. Auf diese Weise wird bei spannungsführenden Kontakten ein ausreichender Schutz gewährleistet. Darüber hinaus ermöglicht die trichterförmige bzw. schlitzförmige Ausbildung der Vertiefungen ein einfaches, zuverlässiges Einführen des
Kontaktkopfes in die Ladebuchse des Fahrzeugs. Bei trichterförmigen bzw. schlitzförmigen (V-förmigen) Vertiefungen kann sich der Kontaktkopf während des Einführens in die Ladebuchse selbständig innerhalb eines Toleranzbereiches justieren, so dass auch bei einer ungenauen Positionierung des Laderoboters noch eine zuverlässige automatische Kontaktierung möglich ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kontaktkopf eine Führungsvorrichtung. Die Führungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, die Lage des Kontaktkopfs bei dem Einführen in die Ladebuchse anzupassen. Vorzugsweise kann die Führungsvorrichtung eine Rolle, ein Kugelrad, einen Zapfen, eine Nut und/oder eine Gleitschiene umfassen. Durch eine derartige Führungsvorrichtung kann die Feinjustage beim Einführen des Kontaktkopfes in die Ladebuchse zusätzlich verbessert werden. Somit sinken die Anforderungen für die
Genauigkeit beim Positionieren des Laderoboters. Dies ermöglicht eine einfachere und kostengünstigere Steuerung des Laderoboters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Kontaktkopf eine
konusförmige Außengeometrie auf. Der Durchmesser des Kontaktkopfes verjüngt sich dabei in Richtung der Kontakte. Unter konusförmig ist in diesem Zusammenhang die Geometrie einer Rotationsfläche zu verstehen, die sich durch eine um eine Achse rotierende Kurve ergibt. Die Rotationsachse kann dabei vorzugsweise zumindest annähernd mit einer Richtung übereinstimmen, in der sich der Kontaktkopf während des Kontaktierungsvorgangs bewegt. Wird ein derart konusförmiger Kontaktkopf in eine vorzugsweise trichterförmig
Ladebuchse eingeführt, so kann dabei eine zuverlässige automatische
Justierung des Kontaktkopfes während der Kontaktierung erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Laderoboter eine
Drehvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf um eine vorbestimmte Drehachse zu drehen. Vorzugsweise stimmt diese Drehachse genau oder zumindest annähernd mit einer Bewegungsrichtung überein, mit der der Kontaktkopf für das Kontaktieren mit der Ladebuchse in Richtung der
Ladebuchse bewegt wird. Durch das Rotieren, das heißt das Drehen des Kontaktkopfes kann dabei der Kontaktkopf in Bezug auf die Kontakte der Ladebuchse ausgerichtet werden. Somit kann der Kontaktkopf auch bei einer nicht-rotationssymmetrischen Anordnung von Kontakten optimal ausgerichtet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Laderoboter einen
Umgebungssensor, der dazu ausgelegt ist, ein Objekt in der Umgebung des Laderoboters zu detektieren. Vorzugsweise umfasst der Umgebungssensor eine Kamera, einen Ultraschallsensor, einen Laserdetektor (LiDAR), einen
Radarsensor und/oder einen Berührungssensor. Durch eine derartige Sensorik ist es dem Laderoboter möglich, seine Position für das Kontaktieren des
Kontaktkopfes mit der Ladebuchse automatisch anzusteuern, ohne dabei mit einem Hindernis zu kollidieren. Ferner kann die Sensorik auch dazu genutzt werden, die genaue Position der Ladebuchse an dem aufzuladenden Fahrzeug zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kommunikationsvorrichtung eine Funkschnittstelle, beispielsweise ein WLAN, N FC, GSM, eine
Infrarotschnittstelle, eine Kamera, einen Barcodescanner und/oder einen QR- Scanner. Durch eine derartige Kommunikationsvorrichtung können die fahrzeugspezifischen Daten berührungslos und ohne zusätzliche Interaktionen eines Benutzers von dem Fahrzeug an die Ladestation übertragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform liest der Schritt zum Ermitteln der Position der Ladebuchse an dem Fahrzeug die Position der Ladebuchse unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten aus einer internen und/oder externen Datenbank. Dabei ist in der jeweiligen Datenbank auch eine
Verknüpfung mit weiteren Daten möglich, die für das Aufladen des Fahrzeugs relevant sind. Auf diese Weise kann eine einfache und effiziente Ermittlung der Position der Ladebuchse an dem Fahrzeug ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum automatischen Aufladen des Energiespeichers in einem Fahrzeug einen Schritt zum Ermitteln von Ladeparametern für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers in dem Fahrzeug unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten. Die fahrzeugspezifischen Daten können dabei beispielsweise eine Ladespannung, einen Ladestrom, eine zu übertragende Energiemenge, ein Startzeitpunkt für das Aufladen des Energiespeichers, ein Endzeitpunkt für das Aufladen des
Energiespeichers, eine Zeitdauer für das Aufladen des Energiespeichers und/oder Abrechnungsdaten umfassen. Auf diese Weise kann für jedes aufzuladende Fahrzeug individuell ein Satz von Ladeparametern bestimmt werden, so dass der Energiespeicher des Fahrzeugs bestmöglich aufgeladen werden kann. Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Dabei zeigen: Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Ladestation gemäß einer
Ausführungsform;
Fig. 2a-d: schematische Darstellungen eines Kontaktkopfes eines
Laderoboters in einer Ladestation gemäß weiteren
Ausführungsformen;
Fig. 3: eine schematische Darstellung für das Zusammenspiel eines
Kontaktkopfes mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 4: eine schematische Darstellung für das Zusammenspiel eines
Kontaktkopfes mit einer Ladebuchse eines Fahrzeuges gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; Fig. 5a, 5b: schematische Darstellungen für das Zusammenspiel eines
Kontaktkopfes und einer Ladebuchse gemäß weiteren Ausführungsformen;
Fig. 6a-d: eine schematische Darstellung für das Aufladen eines Fahrzeugs, wie es einer Ausführungsform zugrunde liegt;
Fig. 7: eine schematische Darstellung einer Ladestation gemäß einer
Ausführungsform zum Aufladen mehrerer Fahrzeuge; und Fig. 8: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagrammes, wie es einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation 1 zum
automatischen Aufladen eines Energiespeichers 50 in einem Fahrzeug 5. Bei dem Fahrzeug 5 kann es sich beispielsweise um ein Hybrid- oder
Elektrofahrzeug handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein vollständig oder teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wie ein Personenkraftwagen (PKW) oder ein Lastkraftwagen (LKW) handeln. Die Ladestation 1 umfasst mindestens eine Kommunikationsvorrichtung 10 und einen Laderoboter 20. Die Kommunikationsvorrichtung 10 kann dabei von einem aufzuladenden Fahrzeug 5 fahrzeugspezifische Daten empfangen. Die
Datenübertragung erfolgt dabei zumindest von dem Fahrzeug 5 in Richtung der Kommunikationsvorrichtung 10. Alternativ ist auch eine bidirektionale
Datenübertragung zwischen Fahrzeug 5 und Kommunikationsvorrichtung 10 möglich. Die Kommunikationsvorrichtung 10 kann zum Beispiel eine
Funkschnittstelle 11 umfassen. Mittels dieser Funkschnittstelle 11 ist ein kabelloser Datenaustausch zwischen Kommunikationsvorrichtung 10 und Fahrzeug 5 möglich. Beispielsweise kann die Funkschnittstelle 11 eine WLAN- Verbindung mit dem Fahrzeug 5 aufbauen. Alternativ ist auch eine Verbindung über ein Mobilfunknetz möglich, zum Beispiel GSM, UMTS oder LTE. Ferner kann auch ein kabelloser Datenaustausch mittels Nahfeldkommunikation (RFID/NFC) erfolgen. Weitere kabellose Kommunikationsverfahren sind darüber hinaus ebenso möglich. Zusätzlich oder alternativ kann die
Kommunikationsvorrichtung 10 auch über einen optischen Sensor 12 bzw. eine optische Schnittstelle verfügen. Beispielsweise kann es sich bei dem optischen Sensor 12 um eine Kamera, einen Barcodescanner oder einen QR-Code- Scanner handeln. So kann zum Beispiel eine Kamera ein aufzuladendes Fahrzeug 5 optisch erfassen. Basierend auf vorbestimmten Merkmalen in einem durch die Kamera erfassten Bild des Fahrzeugs 5 können fahrzeugspezifische Daten des aufzuladenden Fahrzeugs 5 ermittelt werden. Darüber hinaus kann durch einen geeigneten Scanner auch ein Barcode, ein QR-Code oder ein weiterer optischer Code erfasst und ausgelesen werden, der an dem
aufzuladenden Fahrzeug 5 angebracht ist. Ferner ist auch beispielsweise eine optische Schnittstelle, zum Beispiel eine Infrarotschnittstelle möglich, mittels derer fahrzeugspezifische Daten zwischen dem aufzuladenden Fahrzeug 5 und der Kommunikationsvorrichtung 10 ausgetauscht werden können.
Bei den fahrzeugspezifischen Daten kann es sich beispielsweise um Daten handeln, die die Position einer Ladebuchse 51 an dem aufzuladenden Fahrzeug 5 spezifizieren. Diese Daten zum Spezifizieren der Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 können beispielsweise angeben, ob sich die Ladebuchse 51 am Unterboden, an der Front, dem Heck oder an der Seite des Fahrzeugs 5 befindet. Darüber hinaus können diese Daten auch die genaue Position der Ladebuchse 51 angeben. Beispielsweise kann die Position einer Ladebuchse 51 in Bezug auf ein Kartesisches Koordinatensystem mit einem vorgegebenen Referenzpunkt des Fahrzeugs als Ursprung des Koordinatensystems angegeben werden. Weitere Datenformate zum Spezifizieren der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 sind darüber hinaus ebenso möglich. Zusätzlich können die fahrzeugspezifischen Daten auch weitere Daten enthalten, insbesondere Daten, die für das Aufladen des Fahrzeugs 5 relevant sind. So können die
fahrzeugspezifischen Daten beispielsweise auch Daten über die erforderliche
Ladespannung (Spannungshöhe, Spanungsart: Gleichspannung oder ein- bzw. mehrphasige Wechselspannung), maximal möglicher Ladestrom, erforderliche zu übertragende Energiemenge, Informationen über den aufzuladenden
Energiespeicher 50 in dem Fahrzeug 5, sowie Autorisierungsdaten oder
Abrechnungsdaten enthalten. Darüber hinaus ist auch die Übermittlung weiterer fahrzeugspezifischer Daten, insbesondere von Daten, die für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 relevant sind, möglich.
Neben der oben beschriebenen Möglichkeit, dass die von dem Fahrzeug 5 an die Kommunikationsvorrichtung 10 übertragenen fahrzeugspezifischen Daten die
Position der Ladebuchse 51 an dem aufzuladenden Fahrzeug 5 sowie eventuell erforderliche weitere für das Aufladen relevante Daten unmittelbar übertragen werden, ist es auch möglich, von dem Fahrzeug 5 an die
Kommunikationsvorrichtung 1 nur eine fahrzeugspezifische Identifikation (ID) zu übertragen. Diese fahrzeugspezifische Identifikation kann zum Beispiel eine separate eindeutige Identifikation für jedes individuelle Fahrzeug 5 sein.
Alternativ kann die in den fahrzeugspezifischen Daten übertragene Identifikation auch eine Identifikation sein, die nur den Typ eines Fahrzeugs spezifiziert. In letzterem Fall können gleichartige Fahrzeuge eine gemeinsame Identifikation an die Kommunikationsvorrichtung 10 übertragen. Basierend auf einer solchen von dem Fahrzeug 5 an die Kommunikationsvorrichtung 10 übertragenen
Identifikation, die in den fahrzeugspezifischen Daten enthalten ist, kann die Kommunikationsvorrichtung 10 daraufhin die für den Ladevorgang relevanten Daten ermitteln. Beispielsweise kann Ladestation 1 hierzu eine interne
Datenbank 15 umfassen. In dieser internen Datenbank 15 können dabei die
Zusammenhänge zwischen den fahrzeugspezifischen Daten und den
Informationen, die für das Aufladen eines Fahrzeugs 5 relevant sind, abgelegt werden. Die Kommunikationsvorrichtung 10 kann in diesem Fall auf die interne Datenbank 15 zugreifen und somit basierend auf den empfangenen
fahrzeugspezifischen Daten alle für das Aufladen des Fahrzeugs 5 relevanten
Informationen auslesen. Alternativ oder zusätzlich kann die
Kommunikationsvorrichtung 15 auch mit einer externen Datenbank 3 gekoppelt werden. Beispielsweise kann es sich bei der externen Datenbank 3 um eine zentrale Datenbank handeln, auf die mehrere Kommunikationsvorrichtungen 10 von mehreren Ladestationen 1 zugreifen können. Auf diese Weise ist es nur erforderlich, die Daten in einer oder wenigen zentralen Datenbanken 3 aktuell zu halten, ohne dass bei jeder Änderungen eine Aktualisierung an sämtliche Ladestationen 1 übertragen werden muss. Beispielsweise kann auch durch den optischen Sensor 12, beispielsweise in
Form einer Kamera, das Kennzeichen eines Fahrzeugs erfasst werden.
Anschließend können unter Verwendung des erfassten Kennzeichens des aufzuladenden Fahrzeugs 5 aus der internen Datenbank 15 oder der externen Datenbank 3 die für das Aufladen des Fahrzeugs 5 relevanten Daten bestimmt werden.
Unter Verwendung der durch die Kommunikationsvorrichtung 10 empfangenen fahrzeugspezifischen Daten bestimmt die Ladestation 1 beispielsweise in der Kommunikationsvorrichtung 10 oder einer weiteren Vorrichtung alle für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 relevanten Ladeparameter. Diese Ladeparameter können beispielsweise die folgenden Parameter umfassen. Position der Ladebuchse 51 an dem aufzuladenden Fahrzeug 5, mögliche bzw. erforderliche Spannung für das Aufladen des
Energiespeichers 50 (insbesondere Spannungshöhe, Spannungstyp:
Gleichspannung, einphasige oder mehrphasige Wechselspannung), maximal zulässige Stromstärke, erforderliche zu übertragende Energiemenge, Zeitpunkt, zu dem mit dem Aufladen begonnen werden soll, Zeitpunkt, zu dem das Aufladen abgeschlossen sein soll, Zeitdauer für das Aufladen des Energiespeichers 50, Konfiguration der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5, Autorisierungsparameter, Abrechnungsdaten, etc. Weitere, hier nicht angeführte Parameter, die für das
Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 relevant oder von
Interesse sein können, sind darüber hinaus ebenso möglich.
Zum Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 kann es dabei erforderlich sein, dass das Fahrzeug 5 möglichst präzise an einer vorgegebenen Position oder an einer von mehreren vorgegebenen Positionen abgestellt ist. Hierzu kann die Ladestation 1 beispielsweise einen Parkplatz oder eine andere Absteilfläche für ein oder mehrere Fahrzeuge 5 aufweisen, der an seiner
Absteilfläche vorbestimmte Hilfsmittel zum Positionieren des Fahrzeugs 5 aufweist. Beispielsweise kann es sich bei diesen Hilfsmittel um optische
Markierungen handeln, die die Position des aufzuladenden Fahrzeugs 5 vorgeben. Weiterhin sind auch Unebenheiten, wie zum Beispiel Erhebungen oder Vertiefungen an der Absteilfläche auf dem Parkplatz möglich, die einen Fahrer dabei unterstützen, das Fahrzeug 5 möglichst präzise auf dem Parkplatz zu positionieren. Auch eine automatische Positionierung des Fahrzeugs,
beispielsweise mittels eines Fahrassistenzsystems, ist darüber hinaus möglich. Durch die möglichst präzise Positionierung des Fahrzeugs 5 ist nach der
Übertragung der fahrzeugspezifischen Daten an die Ladestation und der daraus bekannten Position der Ladebuchse an dem Fahrzeug auch die genaue Position der Ladebuchse 51 in Bezug auf die Ladestation 1 bekannt.
Ist eine möglichst präzise Positionierung des Fahrzeugs 5 nicht möglich oder nicht gewünscht, so kann das Fahrzeug 5 gegebenenfalls auch beliebig, zumindest innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches, positioniert werden. Beispielsweise kann hierzu durch geeignete Hilfsmittel, wie beispielsweise Linien auf dem Boden, ein Bereich vorgegeben werden, innerhalb dessen ein Benutzer das Fahrzeug 5 abzustellen hat. Anschließend kann mittels einer geeigneten Sensorik durch die Ladestation 1 die genaue Position des Fahrzeugs 5 ermittelt werden. Beispielsweise kann die Position des Fahrzeugs 5 mittels eines optischen Sensors, wie zum Beispiel dem optischen Sensor 12 der
Kommunikationsvorrichtung 10, ermittelt werden. Aber auch weitere Sensoren, wie Radarsensoren, Ultraschallsensoren, optische Scanner wie zum Beispiel LiDAR oder ähnliches zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs 5 sind möglich. Ist die Position des Fahrzeugs 5 bekannt, so kann daraufhin unter Verwendung der bekannten Position der Ladebuchse 51 in Bezug auf das
Fahrzeug 5 auch die genaue Position der Ladebuchse 51 in Bezug auf die Ladestation 1 bestimmt werden. Beispielsweise kann die Bestimmung der Ladebuchse 51 in Bezug auf die Ladestation 1 als Koordinaten eines
Kartesischen Koordinatensystems mit x-y-z-Richtung bestimmt werden.
Alternative Koordinatensysteme sind ebenso möglich.
Ist die Position der Ladebuchse 51 bekannt, so kann durch die Ladestation 1 eine Position für den Laderoboter 20 bestimmt werden, die durch den
Laderoboter 20 angefahren werden soll, um daraufhin ein automatisches Kontaktieren der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 des aufzuladenden
Fahrzeugs 5 herzustellen. Die Ladeposition befindet sich vorzugsweise auf dem Boden, das heißt in der gleichen Ebene, in der das aufzuladende Fahrzeug 5 abgestellt ist. Diese durch den Laderoboter 20 anzufahrende Position wird im Folgenden als Ladeposition bezeichnet. Die Ladeposition kann beispielsweise in der Kommunikationsvorrichtung 10, oder aber auch in dem Laderoboter 20 oder einer weiteren Vorrichtung der Ladestation 1 bestimmt werden.
Der Laderoboter 20 der Ladestation 1 umfasst einen Kontaktkopf 21. Der Kontaktkopf 21 umfasst dabei eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten. Diese elektrischen Kontakte des Kontaktkopfs 21 können dabei mit einer
Spannungsquelle 30 der Ladestation verbunden sein. Ein oder mehrere weitere Kontakte können darüber hinaus mit einem Bezugspotential der Ladestation 1 verbunden sein. Ferner können auch ein oder mehrere Kontakte des
Kontaktkopfs 21 mit Signalleitungen der Ladestation 1 verbunden sein. Mittels derartiger Signalleitungen ist nach einer galvanischen Verbindung des Kontaktkopfs 21 mit der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 auch ein
Datenaustausch zwischen Fahrzeug 5 und Ladestation 1 möglich. Die
Ausgestaltung des Kontaktkopfs 21 kann dabei beispielsweise einem bekannten, standardisierten Stecker für das konduktive Laden eines Elektro- oder
Hybridfahrzeuges entsprechen. Beispielsweise ist ein Stecker nach der
Europanorm EN 62196 Typ 2 (oder auch IEC Typ 2) möglich. Aber auch weitere standardisierte oder neuartige Steckertypen sind für die Ausgestaltung des Kontaktkopfes 21 möglich. Insbesondere werden im Nachfolgenden vorteilhafte Ausgestaltungsformen für den Kontaktkopf 21 des Laderoboters 20 noch näher beschrieben.
Die Kontakte des Kontaktkopfs 21 sind über eine Kabelverbindung 31
beispielsweise mit einer Spannungsquelle 30 der Ladestation 1 elektrisch verbunden. Bei der Kabelverbindung 31 kann es sich zum Beispiel um ein flexibles elektrisches Kabel mit mehreren elektrisch leitfähigen Adern handeln. Über die einzelnen Adern ist somit eine galvanische Verbindung zwischen Spannungsquelle 30 und Kontakten des Kontaktkopfs 21 möglich. Darüber hinaus kann die Kabelverbindung 31 auch weitere Adern umfassen, über die ein Datenaustausch zwischen Fahrzeug 5 und Ladestation 1 ermöglicht wird. Die Spannungsquelle 30 kann die von einem Energieversorgungsnetz 2 oder einer weiteren Energiequelle bereitgestellte Spannung in eine Spannung konvertieren, die dazu geeignet ist, den elektrischen Energiespeicher 50 des aufzuladenden Fahrzeugs 5 aufzuladen. Hierzu kann die Spannungsquelle 30 zum Beispiel die Spannungshöhe anpassen, eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung konvertieren, eine Gleichspannung in eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung umformen, die Frequenz einer
Wechselspannung anpassen, die Stromstärke für das Aufladen des
Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 begrenzen, etc. Alternativ ist es auch möglich, dass die Kontakte des Kontaktkopfs 21 unmittelbar mit einem externen Energieversorgungsnetz 2 oder einer weiteren externen Spannungsquelle verbunden sind, ohne dass in der Ladestation 1 eine Konvertierung dieser externen Spannung erfolgt. In diesem Fall erfolgt die Regelung für das Aufladen des Energiespeichers 50 des Fahrzeugs 5 durch einen internen, nicht dargestellten, Laderegler in dem Fahrzeug 5. Der Kontaktkopf 21 des Laderoboters 20 kann beispielsweise über einen Ladearm 22 mit dem Laderoboter 20 verbunden sein. Der Ladearm 20 kann dabei insbesondere über ein geeignetes Antriebssystem bewegt werden.
Beispielsweise kann der Ladearm 22 drehbar und/oder schwenkbar an dem Laderoboter 20 angeordnet sein. Durch Drehen und/oder Schwenken des
Ladearms 22 kann der Kontaktkopf 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 des aufzuladenden Fahrzeugs 5 ausgerichtet werden. Somit kann der Kontaktkopf 21 so ausgerichtet werden, dass die Position der Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 übereinstimmt. Für das Einführen des
Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 kann sich der
Laderoboter 20 in Richtung der Ladebuchse 51 bewegen. Alternativ ist es jedoch möglich, dass der Ladearm 22 des Laderoboters 20 ausfahrbar, das heißt in seiner Länge variabel, ist. Auf diese Weise kann durch Ausfahren des Ladearms 22, also durch Vergrößern der Länge des Ladearms 22, der Kontaktkopf 21 in Richtung der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 bewegt werden, bis der
Kontaktkopf 21 vollständig in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 eingeführt ist und die Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 elektrisch verbunden sind. Der Laderoboter 20 kann darüber hinaus auch eine Drehvorrichtung 23 aufweisen. Durch diese Drehvorrichtung 23 kann der Kontaktkopf 21 um eine vorgegebene Rotationsachse gedreht werden. Die Rotationsachse kann dabei beispielsweise parallel zu einer Richtung verlaufen, in der sich der Kontaktkopf 21 während des Einführens in die Ladebuchse 51 bewegt. Die Drehvorrichtung 21 kann dabei unmittelbar am Kontaktkopf 21, zwischen Kontaktkopf 21 und
Ladearm 22, innerhalb des Ladearms 22, oder aber auch zwischen dem
Ladearm 22 und einer Basis des Laderoboters 20 angeordnet sein. Durch Drehen des Kontaktkopfs 21 mittels der Drehvorrichtung 23 können die Kontakte des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Kontakte der Ladebuchse 51 des
Fahrzeugs 5 ausgerichtet werden. Die Drehung des Kontaktkopfs 21 durch die
Drehvorrichtung 23 kann dabei beispielsweise basierend auf vorgegebenen Parametern eingestellt werden, die sich aus den fahrzeugspezifischen Daten des aufzuladenden Fahrzeugs 5 ergeben. Alternativ kann auch einer Sensorik (hier nicht dargestellt) an dem Kontaktkopf 21 oder einer anderen Stelle des
Laderoboters 20 die Ausrichtung der Kontakte der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 ermitteln. Daraufhin kann der Kontaktkopf 21 entsprechend der Ausrichtung der Kontakte an der Ladebuchse 51 ausgerichtet werden. Ebenso kann auch das Drehen bzw. Schwenken des Ladearms 22, sowie das Ausfahren des Ladearms 22 basierend auf vorgegebenen Parametern bestimmt werden, die sich aus den fahrzeugspezifischen Daten ergeben. Alternativ können diese
Einstellungen basierend auf sensorischen Daten berechnet werden, die durch Sensoren des Laderoboters erfasst werden.
Für die Fortbewegung des Laderoboters 20 kann der Laderoboter 20 einen eigenständigen Antrieb umfassen. Beispielsweise kann es sich bei diesem
Antrieb um einen elektrischen Antrieb handeln. Die Energieversorgung für diesen elektrischen Antrieb kann dabei ebenfalls über die Kabelverbindung 31 erfolgen. Weiterhin können auch zusätzliche Steuersignale für die Steuerung des
Laderoboters 20 über weitere Adern der Kabelverbindung 31 an dem
Laderoboter 20 bereitgestellt werden. Für die Steuerung der Bewegungsrichtung des Laderoboters 20 kann der Laderoboter 20 beispielsweise lenkbare Räder umfassen. Weitere Möglichkeiten zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Laderoboters 20 sind darüber hinaus ebenso möglich. Beispielsweise kann der Laderoboter 20 auch über mehrere, individuell angetriebene Räder oder Walzen verfügen, die durch individuelles Ansteuern eine Steuerung der
Bewegungsrichtung ermöglichen. Verfügt der Laderoboter 20 über keinen eigenen Antrieb, so ist es auch möglich, dass der Laderoboter 20 mittels einer externen Antriebsvorrichtung (hier nicht dargestellt) bewegt wird. Beispielsweise kann der Laderoboter 20 mittels eines Seil- oder Stangensystems geschoben bzw. gezogen werden. Weitere Möglichkeiten zur Fortbewegung des
Laderoboters sind darüber hinaus ebenso möglich.
Ferner kann der Laderoboter 20 über einen oder mehrere Umgebungssensoren 25 verfügen. Beispielsweise kann es sich bei diesen Umgebungssensoren 25 um eine Kamera, einen Ultraschallsensor, einen Laserdetektor wie zum Beispiel ein
LiDAR, einen Radarsensor und/oder einen Berührungssensor handeln. Auf diese Weise kann mittels des Umgebungssensors 25 ein Objekt in der Umgebung des Laderoboters 20 detektiert werden. Hierzu kann der Laderoboter 20 zum Beispiel ein Hindernis erkennen. Somit kann eine Kollision mit einem erkannten Hindernis vermieden werden. In diesem Fall kann der Laderoboter auf einem alternativen Weg zu der gewünschten Ladeposition fahren, wobei das detektierte Hindernis umfahren wird. Ferner können die Umgebungssensoren 25 auch dazu genutzt werden, die Ausrichtung des aufzuladenden Fahrzeugs 5 zu bestimmen und/oder die genaue Position der Ladebuchse 51 an dem aufzuladenden Fahrzeug 5 zu bestimmen.
Die Figuren 2a bis 2d zeigen jeweils beispielhaft eine Draufsicht auf einen Kontaktkopf 21 eines Laderoboters 20 für eine Ladestation 1. In Figur 2a umfasst der Kontaktkopf 21 eine Mehrzahl von trichterförmigen Vertiefungen 21-1. In diesen trichterförmigen Vertiefungen 21-1 kann jeweils ein elektrischer Kontakt des Kontaktkopfs 21 angeordnet sein. Grundsätzlich sind auch Vertiefungen ohne elektrische Kontakte möglich. Solche Vertiefungen können einer besseren Führung während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 dienen. Durch die trichterförmige Ausgestaltung, bei der sich der Durchmesser der Vertiefung in Richtung des Inneren des Kontaktkopfs 21 kontinuierlich verringert, kann auch bei geringen Abweichungen bei der Positionierung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf eine Ladebuchse 51 eines aufzuladenden
Fahrzeugs 5 der Stecker noch zuverlässig in die Ladebuchse 51 eingeführt werden und eine elektrische Kontaktierung der Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 erfolgen. Die trichterförmige Ausgestaltung der
Vertiefungen erlaubt in diesem Fall eine selbstständige Ausrichtung des
Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51.
Figur 2b zeigt eine weitere Draufsicht auf eine Ausführungsform eines
Kontaktkopfs 21 eines Laderoboters 20 für eine Ladestation 1. In diesem Fall weist der Kontaktkopf 21 eine Mehrzahl von schlitzförmigen Vertiefungen 21-2 auf. Die schlitzförmigen Vertiefungen 21 können dabei eine V-förmige Form aufweisen. Dabei verringert sich in Richtung des Inneren des Kontaktkopfs 21 gesehen die Breite der Spalte 21-2. Auch auf diese Weise ist es möglich, dass sich der Kontaktkopf 21 beim Einführen in eine Ladebuchse 51 eines
aufzuladenden Fahrzeugs 5 selbständig innerhalb vorgegebener Toleranzen ausrichtet. Die spaltförmigen Vertiefungen 21-2 können sich dabei entweder vollständig entlang einer Richtung auf der Oberfläche des Kontaktkopfes 21 erstrecken. Alternativ können sich die Spalte 21-2, wie in der Mitte des
Kontaktkopfes 21 in Figur 2b dargestellt, auch nur über einen Teil erstrecken, so dass mehrere Spalte entlang einer Richtung auf der Oberfläche des
Kontaktkopfes 21 entstehen. Im Inneren der Spalte 21-2 kann dabei jeweils ein elektrischer Kontakt angeordnet sein. Auch bei dieser und den folgenden
Ausführungsformen sind Vertiefungen ohne elektrische Kontakte möglich.
Die Figuren 2c und 2d zeigen kreisförmige Kontaktköpfe 21. In Figur 2c weist der Kontaktkopf 21 dabei kreisförmige Vertiefungen 21-3 auf, in denen jeweils ein elektrischer Kontakt angeordnet sein kann. Durch derartige
rotationssymmetrische Kontaktköpfe 21 kann ein besonders einfaches Einführen des Kontaktkopfs 21 in eine Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 erfolgen. In diesem Fall muss keine Drehung des Kontaktkopfs 21 zur Ausrichtung der Kontakte erfolgen.
Figur 2d zeigt ebenfalls einen kreisförmigen Kontaktkopf 21, bei dem jedoch die Vertiefungen 21-4 in dem Kontaktkopf 21 als Kreissegmente ausgeführt sind. Auf diese Weise können innerhalb eines Kreisumfangs mehrere Kontakte angeordnet werden. Somit kann auf geringerem Raum eine größere Anzahl von Kontakten erreicht werden. Um bei einem kreisförmigen Kontaktkopf 21, wie er
beispielsweise in Figur 2d dargestellt ist, eine eindeutige Ausrichtung zu erzwingen, können die einzelnen Kreissektoren dabei unterschiedlich groß ausgeführt werden. Dabei kann Sowohl die Breite der Vertiefungen 21-4 als auch die Größe des Kreissegments variieren. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch ein kreisförmiger Kontaktkopf 21 nur in einer vorbestimmten Ausrichtung in die Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 eingeführt werden kann.
Die im Zusammenhang mit den Figuren 2a bis 2d dargestellten Anzahl von Vertiefungen und Kontakten dient dabei lediglich dem besseren Verständnis und stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Eine von der dargestellten Anzahl abweichende Anzahl von Kontakten ist ebenso möglich. Auch sind die in den Figuren 2a und 2b dargestellten rechteckförmigen
Kontaktköpfe nur beispielhaft zu verstehen. Davon abweichende Geometrien, wie beispielsweise quadratische Formen, Polygone, etc. sind ebenso möglich.
Vorzugsweise weisen die Kontaktköpfe 21 eine konusförmige oder kegel- bzw. kegelstumpfförmige Außengeometrie auf. Dabei besitzt die Grundfläche, auf der die Kontakte bzw. die Vertiefungen für die Kontakte angeordnet sind, eine im Vergleich zu der in Richtung des Ladearms 22 weisenden Seite geringere Grundfläche. Mit anderen Worten, der Kontaktkopf 21 verjüngt sich in Richtung der Fläche, auf der die Kontakte bzw. die Vertiefungen für die Kontakte angeordnet sind. Auf diese Weise ist innerhalb vorgegebener Toleranzen eine selbständige Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 beim Einführen in die Ladebuchse
50 möglich.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Kontaktkopf 21 eines Laderoboters 20 und eine korrespondierende Ladebuchse
51 eines Fahrzeugs 5. Zum Kontaktieren des Kontaktkopfs 21 mit der
Ladebuchse 51 wird der Kontaktkopf 21 dabei in Pfeilrichtung in Richtung der Ladebuchse 51 eingeführt. Die Ladebuchse 51 weist in diesem Beispiel drei Kontakte 51-a, 51-b und 51-c auf. Der Kontaktkopf 21 weist entsprechend drei Vertiefungen mit den Kontakten 21-a, 21-b und 21-c auf. Während in diesem Beispiel die drei Kontakte 51-a, 51-b und 51-c der Ladebuchse 51 gleich lang ausgeführt sind, sind die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des Kontaktkopfs 21 innerhalb des Kontaktkopfs 21 unterschiedlich weit von der in Richtung der Ladebuchse 51 weisenden Außenseite entfernt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des Kontaktkopfs 21 zu unterschiedlichen
Zeitpunkten mit den korrespondierenden Kontakten 51-a, 51-b und 51-c der Ladebuchse 51 elektrisch kontaktiert werden. Somit kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass zunächst eine elektrische Kontaktierung eines Bezugspotentials erfolgt. Erst nachdem das Bezugspotential des Kontaktkopfs 21 über den entsprechenden Kontakt mit der Ladebuchse und somit dem
aufzuladenden Fahrzeug verbunden worden ist, erfolgt beim weiteren Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 anschließend die Kontaktierung der Phasenanschlüsse, über die die Energieeinspeisung während des Aufladens des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 erfolgen soll. Nachdem auch diese Kontakte miteinander elektrisch verbunden worden sind, kann zum Abschluss auch die Kontaktierung einer für die Kommunikation während des Ladens erforderlichen Datenverbindung erfolgen, über die der Ladevorgang dann erst freigegeben wird. Auf diese Weise kann die Sicherheit während des Kontaktierens erhöht werden und evtl. bestehende Sicherheitsanforderungen können erfüllt werden.
Neben dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Kontakte 51-a, 51-b und 51-c der Ladebuchse 51 gleich lang sind und die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des Kontaktkopfs 21 an unterschiedlichen Positionen bezüglich des Abstands zu der in Richtung der Ladebuchse 51 weisenden Außenseite des Kontaktkopfs 21 angeordnet sind, ist es alternativ auch möglich, eine
Ladebuchse 51 mit unterschiedlich langen Kontakte 51-a, 51-b und 51-c in dem Fahrzeug anzuordnen und dabei die Kontakte 21-a, 21-b und 21-c des
Kontaktkopfs 21 gleichweit von der in Richtung der Ladebuchse 51 weisenden Außenseite beabstandet anzuordnen.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Ladebuchse 51 und einen Kontaktkopf 21 eines Laderoboters 20 für eine Ladestation gemäß einer weiteren Ausführungsform. Der Kontaktkopf 21 weist dabei eine Führungsvorrichtung 201 auf. Bei dieser Führungsvorrichtung 201 kann es sich beispielsweise um eine Rolle, ein Kugelrad, einen Zapfen oder eine andere Erhöhung handeln. Ferner ist auch eine Vertiefung, beispielsweise eine Nut oder ähnliches, als Führungsvorrichtung 201 möglich. An der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 50 ist dabei eine zu der Führungsvorrichtung 201 des
Kontaktkopfs 21 korrespondierende Führung eingearbeitet. Somit kann beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 der Kontaktkopf 21 durch das Zusammenspiel der Führungsvorrichtung 201 mit dem korrespondierenden Element 501 in der Ladebuchse 51 der Kontaktkopf 21 in Bezug auf die
Ladebuchse 51 ausgerichtet werden. Insbesondere ist es möglich, die Kontakte des Kontaktkopfs 21 so ausgerichtet werden, dass sie passend mit den
Kontakten der Ladebuchse 51 verbunden werden. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 kann darüber hinaus die Oberfläche des Kontaktkopfs 21 und/oder die
Oberfläche der Ladebuchse 51 mit einem gleitfähigen Material beschichtet sein. Beispielsweise eignet sich hierzu eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ähnlichem. Die Figuren 5a und 5b zeigen schematische Darstellungen für das Einführen eines Kontaktkopfes 21 in eine Ladebuchse eines Fahrzeugs 5. In Figur 5a ist die Ladebuchse 51 im Ruhezustand durch eine Abdeckung 52 (gestrichelt dargestellt) verschlossen. Diese Abdeckung 52 muss daher geöffnet werden, um die Ladebuchse 51 freizugeben, so dass der Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 eingeführt werden kann. Hierzu kann zum Beispiel der Kontaktkopf 21 während des Einführens des Kontaktkopfes 21 in die Ladebuchse 51 die Abdeckung 52 beiseite schieben. Alternativ kann der Laderoboter 20 auch über eine zusätzliche Vorrichtung verfügen, die dazu geeignet ist, die Abdeckung 52 vor der Ladebuchse 51 zu entfernen. Beispielsweise kann hierzu die Abdeckung 52, wie in Figur 5a dargestellt, aufgeklappt werden. Dies kann beispielsweise über eine mechanische Vorrichtung erfolgen, die durch den Laderoboter 20 ausgelöst wird. Alternativ kann der Laderoboter 20, oder eine weitere Vorrichtung der Ladestation 1 mit dem Fahrzeug 5 kommunizieren, um das Fahrzeug 5 zu veranlassen, die Abdeckung 52 vor der Ladebuchse 51 zu öffnen.
Figur 5b zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Ladebuchse 51 im Ruhezustand zunächst geschützt ist und erst für das Einführen des
Kontaktkopfes 21 freigegeben wird. Dabei ist die Ladebuchse 51 im
Ruhezustand zunächst in das Fahrzeuginnere gerichtet. Zum Aufladen des Energiespeichers 50 des Fahrzeugs 5 wird die Ladebuchse 51 in Pfeilrichtung nach außen geklappt. Hierzu kann der Laderoboter 20 oder eine weitere
Vorrichtung der Ladestation 1 das Fahrzeug 5 dazu veranlassen, die
Ladebuchse 51 nach außen zu klappen. Das Herausklappen der Ladebuchse 51 kann dabei zum Beispiel mittels einer mechanischen Vorrichtung erfolgen, die durch den Laderoboter 20 ausgelöst wird. Alternativ kann das Fahrzeug 5 auch dazu veranlasst werden, die Ladebuchse 51 mittels einer motorisch
angetriebenen Vorrichtung nach außen zu klappen.
Nachdem die Ladebuchse 51 nach außen geklappt wurde und/oder eine
Abdeckung 52 vor der Ladebuchse 51 geöffnet wurde, kann der Laderoboter 20 den Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 einführen und so die Kontakte der Ladebuchse 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 elektrisch verbinden. Zum galvanischen Verbinden der Ladestation 1 mit dem Fahrzeug 5 führt der Laderoboter 20 den Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs ein. Hierzu wird durch den Laderoboter 20 zunächst eine wie oben beschrieben ermittelte Ladeposition angefahren. Vorzugsweise befindet sich diese
Ladeposition auf dem Boden. Ist die Ladebuchse 51 dabei zunächst wie im
Zusammenhang mit den Figuren 5a und 5b beschrieben geschützt, so wird daraufhin zunächst die Ladebuchse 51 freigegeben. Anschließend wird der Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 eingeführt. Gegebenenfalls wird hierzu zunächst durch den Laderoboter mittels geeigneter Kipp- und Drehvorrichtungen der Kontaktkopf 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 ausgerichtet. Abweichungen in der Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 können dabei während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 durch die zuvor beschriebenen Maßnahmen wie zum Beispiel trichterförmige
Vertiefungen in dem Kontaktkopf 21, V-förmige Schlitze in dem Kontaktkopf 21, eine Ausgestaltung des Kontaktkopfs 21 mit einer konusförmigen oder kegelstumpfförmigen Außengeometrie, sowie gegebenenfalls durch eine Führungsvorrichtung 201 korrigiert werden. Hierbei kann es während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 vorkommen, dass der Kontaktkopf 21 seitlich, das heißt senkrecht zu der Einführrichtung, bewegt werden muss. Damit der Kontaktkopf 21 eine solche seitliche Bewegung ausführen kann, kann an dem Ladearm 22 ein Ausgleichselement 24 angebracht werden. Ein solches Ausgleichselement 24 ermöglicht es, dass der Kontaktkopf 21 beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 auch eine
Bewegung ausführen kann, die senkrecht, oder zumindest annähernd senkrecht ist in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Kontaktkopfs 21, mit der der
Laderoboter 20 den Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 einführt.
Beispielsweise kann es sich bei diesem Ausgleichselement 24 um ein
Federelement, ein Gelenk mit einer vorbestimmten Rückstellkraft, ein Teilstück aus einem Elastomer oder ähnliches handeln. Wird auf das Ausgleichselement dabei eine Kraft unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes ausgeübt, so bleibt das Ausgleichselement 24 zumindest annähernd steif. Überschreitet die ausgeübte Kraft dagegen den vorgegebenen Grenzwert, so gibt das
Ausgleichselement 24 nach und ermöglicht somit eine Abweichung,
insbesondere eine seitliche Abweichung des Kontaktkopfs 21 während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51. In den Figuren 6a bis 6d wird schematisch der Ablauf für das automatische Aufladen eines Energiespeichers 50 in einem Fahrzeug 5 gemäß einer
Ausführungsform erläutert. Wie zum Beispiel in Figur 6a dargestellt, wird hierzu zunächst ein Fahrzeug 5 innerhalb eines vorgegebenen Abstellbereiches an der
Ladestation 1 abgestellt. Daraufhin empfängt die Kommunikationsvorrichtung 10 der Ladestation 1 fahrzeugspezifische Daten. Bei den fahrzeugspezifischen Daten kann es sich dabei beispielsweise um die bereits ausgeführten
fahrzeugspezifischen Daten handeln. Aus diesen fahrzeugspezifischen Daten ermittelt die Ladestation 1 daraufhin zunächst die Position einer Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5. Aus dieser Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 kann daraufhin, gegebenenfalls unter Verwendung der genauen Positionierung des Fahrzeugs 5 in Bezug auf die Ladestation 1 eine Ladeposition für den Laderoboter 20 ermittelt werden. Diese Ladeposition stellt eine Position für den Laderoboter 20 dar, von der aus der Laderoboter 20 den Kontaktkopf 21 selbständig in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 50 einführen kann.
Vorzugsweise befindet sich die Ladeposition auf der gleichen Grundfläche, also auf dem Boden, auf dem auch das Fahrzeug 5 abgestellt ist. Nachdem eine geeignete Ladeposition für den Laderoboter 20 ermittelt worden ist, fährt der Laderoboter 20, wie in Figur 6b dargestellt, an diese Ladeposition. Verfügt der Laderoboter 20 dabei über einen eigenständigen Antrieb, so kann der Laderoboter 20 aus eigener Kraft die Ladeposition ansteuern. Durch
gegebenenfalls vorhandene Umgebungssensoren 25 kann der Laderoboter 20 dabei Objekte in der Umgebung des Laderoboters 20 detektieren und diese beim
Ansteuern der Ladeposition umfahren.
Nachdem der Laderoboter 20 die Ladeposition erreicht hat, kann eine
gegebenenfalls verborgene Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 freigegeben werden. Wie in Figur 6c dargestellt, kann hierzu der Laderoboter 20, an dem
Fahrzeug 5 eine Mechanik auslösen, um eine eventuell vorhandene Abdeckung 52 vor der Ladebuchse 51 beiseite zu klappen. Alternativ kann der Laderoboter 20 auch eine Mechanik auslösen, die eine zunächst nach innen geklappte Ladebuchse 51 nach außen klappt und so für den Laderoboter 20 zugänglich macht. Nachdem die Ladebuchse 51 freigegeben wurde, führt der Laderoboter 20 den Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 ein. Hierdurch werden die Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 elektrisch verbunden. Anschließend kann das Aufladen des elektrischen Energiespeichers
50 in dem Fahrzeug 5 beginnen. Hierzu kann beispielsweise durch die
Spannungsquelle 30 der Ladestation 1 eine Spannung bereitgestellt werden, die basierend auf den zuvor empfangenen fahrzeugspezifischen Daten für das Aufladen des Energiespeichers 50 geeignet ist. Dabei kann insbesondere eine Spannungshöhe, die Spannungsform und gegebenenfalls auch weitere
Parameter wie Stromstärke etc. angepasst und auf den jeweiligen elektrischen Energiespeicher 50 des Fahrzeugs 5 angepasst werden.
Nach Abschluss des Aufladevorgangs kann der Laderoboter 20 den Kontaktkopf 21 aus der Ladebuchse 51 herausziehen. Anschließend kann die Ladebuchse 51 durch eine Abdeckung 52 verschlossen oder auch wieder in das Fahrzeuginnere geklappt werden. Daraufhin kann der Laderoboter 20 zurück auf eine
Parkposition fahren. Alternativ kann der Laderoboter 20 nach Abschluss des Ladevorgangs an einem Fahrzeug 5 auch unmittelbar eine weitere Ladeposition ansteuern, um anschließend einen elektrischen Energiespeicher eines weiteren
Fahrzeugs aufzuladen.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation 1 zum
automatischen Aufladen einer Mehrzahl von Fahrzeugen 5 mit elektrischen Energiespeichern 50. Die Ladestation 1 umfasst in diesem Fall mehrere
Absteilflächen 61 bis 63, auf denen jeweils ein Fahrzeug 5 abgestellt werden kann. Die Ladestation 1 empfängt dabei beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kommunikationsvorrichtungen 10 die fahrzeugspezifischen Daten der auf den Absteilflächen 61 bis 63 abgestellten Fahrzeuge. Daraufhin kann der Laderoboter 20 der Ladestation 1 nacheinander jeweils eine Ladeposition für eines der Fahrzeuge 5 ansteuern, den Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des entsprechenden Fahrzeugs 5 einführen und den elektrischen Energiespeicher 50 des jeweiligen Fahrzeuges 5 aufladen. Nachdem der Aufladevorgang eines Energiespeichers 50 abgeschlossen worden ist, kann der Laderoboter 20 daraufhin den Kontaktkopf 21 aus der entsprechenden Ladebuchse 51 herausziehen, eine weitere Ladeposition eines weiteren Fahrzeugs 5 auf einer der Absteilflächen 61 bis 63 ansteuern und daraufhin den elektrischen
Energiespeicher 50 des nächsten Fahrzeuges 5 aufladen. Dabei kann die Reihenfolge, in der der Laderoboter 20 die einzelnen Fahrzeuge ansteuert und die jeweiligen Energiespeicher 50 der Fahrzeuge 5 auflädt basierend auf beliebigen Vorgaben gewählt werden. Beispielsweise kann in den empfangenen fahrzeugspezifischen Daten auch eine Priorität, ein gewünschter Zielzeitpunkt, zu dem der Ladevorgang abgeschlossen werden sein soll oder ähnliches spezifiziert werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, jeweils einen elektrischen Energiespeicher 50 eines Fahrzeugs 5 für eine vorgegebene Zeitdauer aufzuladen, anschließend den Ladevorgang zu unterbrechen und einen weiteren Energiespeicher 50 eines anderen Fahrzeugs 5 für eine vorgegebene Zeitdauer aufzuladen. Auf diese Weise können abwechselnd die Energiespeicher mehrerer Fahrzeuge
aufgeladen werden. Weitere Schemas für das Aufladen der elektrischen
Energiespeicher 50 mehrerer Fahrzeuge 5 sind darüber hinaus ebenso möglich.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 50 in einem Fahrzeug 5. In Schritt Sl wird zunächst ein Laderoboter 20
bereitgestellt. Der Laderoboter 20 umfasst, wie zuvor beschrieben, mindestens einen Kontaktkopf 21 mit einer Mehrzahl von Kontakten. Die Kontakte des Kontaktkopfs 21 sind dabei mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden. Beispielsweise kann es sich bei dieser Spannungsquelle um die Spannung aus einem externen Energienetz handeln. Alternativ kann es sich bei der
Spannungsquelle auch um eine interne Spannungsquelle 30, insbesondere um einen Laderegler 30, der den Ladevorgang für das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 50 eines Fahrzeugs 5 regelt. Der Laderegler kann dabei Spannungshöhe, Spannungsart bzw. Spannungsform sowie Stromstärke während des Aufladens und weitere Parameter einstellen.
In Schritt S2 werden fahrzeugspezifische Daten von dem Fahrzeug 5
empfangen. Hierzu kann beispielsweise eine Kommunikationsvorrichtung 10 mittels einer drahtlosen Schnittstelle einen Datenaustausch mit dem Fahrzeug 5 vornehmen. Alternativ kann auch ein Barcode, ein QR-Code oder eine weitere, beispielsweise optische Information von dem Fahrzeug ausgelesen werden, um hieraus fahrzeugspezifische Daten zu erhalten. Insbesondere kann auch das Kennzeichen des Fahrzeugs erfasst werden und hieraus können die
fahrzeugspezifischen Daten abgeleitet werden. In Schritt S3 wird unter
Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten eine Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 ermittelt. Zur Ermittlung dieser Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 ist auch der Zugriff auf eine interne oder externe Datenbank möglich. Beispielsweise können für jedes Fahrzeug, oder für vorgegebene Fahrzeugtypen die Position der Ladebuchse und gegebenenfalls weitere für das Aufladen relevante Daten in einer internen oder externen
Datenbank abgelegt sein. Basierend auf den empfangenen fahrzeugspezifischen Daten können aus einer solchen internen oder externen Datenbank alle für das Aufladen relevanten Daten und Ladeparameter ermittelt werden.
In Schritt S4 wird basierend auf der ermittelten Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 eine Ladeposition bestimmt. Bei dieser Ladeposition handelt es sich um eine Position, von der aus ein Laderoboter 20 seinen Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs einführen kann. Diese Ladeposition befindet sich vorzugsweise am Boden und in der Nähe der Ladebuchse 51 des
Fahrzeugs 5. Anschließend wird die Ladeposition durch den Laderoboter 20 angefahren. Sofern der Laderoboter 20 über einen eigenständigen Antrieb verfügt, kann der Laderoboter 20 die Ladeposition eigenständig anführen.
Alternativ kann der Laderoboter 20 auch über eine separate Vorrichtung bewegt, insbesondere geschoben oder gezogen werden, um die Ladeposition
anzufahren. Sofern der Laderoboter 20 über Umgebungssensoren 25 verfügt, kann der Laderoboter 20 auch Objekte in der Umgebung des Laderoboters 20 detektieren und beim Anfahren der Ladeposition 20 diese detektierten Objekte umfahren. Somit kann eine Kollision des Laderoboters 20 mit den detektierten Objekten vermieden werden.
Nachdem der Laderoboter 20 die Ladeposition erreicht hat, kann der Laderoboter 20 den Kontaktkopf 21 in Schritt S6 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 einführen und eine elektrische Verbindung der Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 herstellen. Ist der Kontaktkopf 21 vollständig in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 eingeführt, kann gegebenenfalls eine Verifikation der erfolgreichen Kontaktierung erfolgen. Beispielsweise kann hierzu eine elektrische Verbindung eines speziellen Kontaktes überprüft werden. Dabei kann dieser Kontakt so ausgeführt sein, dass die elektrische Verbindung dieses Kontaktes als letzte erfolgt. Somit kann sichergestellt sein, dass auch sämtliche weitere Kontakte zuvor bereits korrekt kontaktiert worden sind.
Ist der Kontaktkopf 21 vollständig in die Ladebuchse 50 eingeführt, so kann die Ladestation 1 an den Kontakten des Kontaktkopfs 21 elektrische Energie bereitstellen. Hierdurch kann der elektrische Energiespeicher 50 des Fahrzeugs 5 aufgeladen werden.
Hat der elektrische Energiespeicher 50 des Fahrzeugs 5 den gewünschten Ladezustand erreicht, oder sind weitere Sollwerte erreicht, so kann der
Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers 50 beendet werden. Hierzu wird die an den Kontakten des Kontaktkopfs 21 bereitgestellte Spannung durch die Ladestation 1 abgeschaltet. Anschließend kann der Kontaktkopf 21 aus der Ladebuchse 51 herausgezogen werden. Daraufhin kann der Laderoboter 20 sich von seiner Ladeposition entfernen. Der Laderoboter 20 kann zum Beispiel eine Parkposition ansteuern, oder zu einer weiteren Ladeposition an einem
benachbart abgestellten Fahrzeug fahren.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug. Hierzu wird zunächst basierend auf fahrzeugspezifischen Daten die Position einer Ladebuchse an einem Fahrzeug ermittelt. Anschließend fährt ein Laderoboter auf dem Boden in die Nähe der Ladebuchse. Daraufhin stellt der Laderoboter eine galvanische Verbindung zwischen Ladestation und Ladebuchse her. Hierzu führt der Laderoboter einen mit der Ladestation verbundenen Kontaktkopf in die Ladebuchse des Fahrzeuges ein. Nach Abschluss des Ladevorgangs wird der Kontaktkopf aus der Ladebuchse herausgezogen und somit das Fahrzeug freigegeben.

Claims

Ansprüche
Ladestation (1) zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (50) in einem Fahrzeug (5), mit: einer Kommunikationsvorrichtung (10), die dazu ausgelegt ist, fahrzeugspezifischen Daten von dem Fahrzeug (5) zu empfangen und unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten eine Position einer Ladebuchse (51) an dem Fahrzeug (5) zu ermitteln; und einem Laderoboter (20), der einen Kontaktkopf (21) mit einer Mehrzahl von Kontakten umfasst, wobei die Kontakte mit einer elektrischen Spannungsquelle (30) verbunden sind; und wobei der Laderoboter (20) dazu ausgelegt ist, basierend auf der ermittelten Position der Ladebuchse (51) an dem Fahrzeug (5) eine Ladeposition anzufahren und nach dem Erreichen der Ladeposition den Kontaktkopf (21) in die Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5) einzuführen und die Kontakte des Kontaktkopfs (21) mit Kontakten der Ladebuchse (51) elektrisch zu verbinden.
Ladestation (1) nach Anspruch 1, wobei der Kontaktkopf (21) des Laderoboters (20) trichterförmige oder schlitzförmige Vertiefungen (21-1,21-2) umfasst, in denen die Kontakte des Kontaktkopfs (21) angeordnet sind.
Ladestation (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontaktkopf (21) eine Führungsvorrichtung (201) umfasst, die dazu geeignet ist, die Lage des Kontaktkopfs (21) beim Einführen in die Ladebuchse (51) anzupassen.
Ladestation (1) Anspruch 3, wobei die Führungsvorrichtung (201) eine Rolle, ein Kugelrad, einen Zapfen, eine Nut und/oder eine Gleitschiene umfasst.
Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kontaktkopf (21) eine konusförmige Außengeometrie aufweist, die sich in Richtung der Kontakte verjüngt. Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Laderoboter (20) eine Drehvorrichtung (23) umfasst, die dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf (21) um eine vorbestimmte Drehachse zu drehen.
Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Laderoboter (20) einen ausfahrbaren Ladearm (22) umfasst und der Kontaktkopf (21) an dem ausfahrbaren Ladearm (22) angeordnet ist.
Ladestation (1) nach Anspruch 7, wobei der Ladearm (22) ein flexibles Ausgleichselement (24) umfasst.
Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Laderoboter (20) einen Umgebungssensor (25) umfasst, der dazu ausgelegt ist, ein Objekt in der Umgebung des Raderoboters (20) zu detektieren.
Ladestation (1) nach Anspruch 9, wobei der Umgebungssensor (25) eine Kamera, einen Ultraschallsensor, ein Laserdetektor (LiDAR), ein Radarsensor und/oder einen Berührungssensor umfasst.
Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kommunikationsvorrichtung eine Funkschnittstelle, eine Infrarotschnittstelle, eine Kamera, einen Barcodescanner und/oder einen QR-Code-Scanner,
Verfahren zum automatischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (50) in einem Fahrzeug (5), mit den Schritten:
Bereitstellen (S1) eines Laderoboters (20), der einen Kontaktkopf (21) mit einer Mehrzahl von Kontakten umfasst, wobei die Kontakte mit einer elektrischen Spannungsquelle (30) verbunden sind;
Empfangen (S2) von fahrzeugspezifischen Daten von dem Fahrzeug (5);
Ermitteln (S3) der Position einer Ladebuchse (51) an dem Fahrzeug (5) unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten;
Bestimmen (S4) einer Ladeposition basierend auf der ermittelten Position der Ladebuchse (51) an dem Fahrzeug (5);
Anfahren (S5) der Ladeposition mit dem Laderoboter (20); Einführen (S6) des Kontaktkopfs (21) des Laderoboters (20) in die Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5) und elektrisches Verbinden der Kontakte des Kontaktkopfs (21) mit Kontakten der Ladebuchse (51), nachdem der Laderoboter (20) die Ladeposition erreicht hat.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt zum Ermitteln (S3) der Position der Ladebuchse (51) an dem Fahrzeug (5) die Position der Ladebuchse (51) unter Verwendung der empfangenen fahrzeugspezifischen Daten aus einer internen oder externen Datenbank (15, 3) ausliest.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, mit einem Schritt zum Ermitteln von Ladeparametern für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers (50) in dem Fahrzeug (5), basierend auf den empfangenen fahrzeugspezifischen Daten.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ladeparameter Informationen über Ladespannung, Ladestrom, zu übertragende Energiemenge, Startzeitpunkt für das Laden, Endzeitpunkt für das Laden, Zeitdauer für das Laden und/oder Abrechnungsdaten umfassen.
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