WO2016102099A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektrischen verbinden einer ladestation mit einer ladebuchse eines fahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum elektrischen verbinden einer ladestation mit einer ladebuchse eines fahrzeugs Download PDF

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Ahmet Kilic
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for electrically connecting a charging station with the charging socket of a vehicle and a charging station with such a device.
  • 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 device for electrically connecting a charging station with a charging socket of a vehicle.
  • the device comprises a contact head which is electrically connected to a voltage source of the charging station.
  • the device for electrically connecting the charging station with a charging socket comprises an insertion device which is adapted to the contact head in the
  • Adjustment means which are adapted to the contact head during the
  • the present invention provides a method of electrically connecting a charging station to a charging socket of a vehicle.
  • the method comprises the steps of providing a
  • a contact head electrically connected to a voltage source of the charging station; positioning the contact head at a predetermined one
  • Conductive charging methods enable a relatively low-loss transmission of large amounts of energy.
  • the present invention is based on the finding that it is very difficult to automatically insert a plug into the charging socket for an automatic connection between the charging station and the charging socket of an energy store to be charged, such as a traction battery of an electric or hybrid vehicle. It is difficult, if not impossible, for a driver of such a vehicle to park the vehicle so precisely at a given position that the vehicle is parked Charging socket on the vehicle is located exactly at the same spatial location with respect to the charging socket. However, varies the position of the charging socket of an electric or hybrid vehicle with respect to the charging station, so it is not possible for existing conventional systems to establish a reliable connection between the charging station and charging socket of the vehicle automatically without additional sensors.
  • the present invention is therefore based on the idea, even with variations in the position of a charging socket with respect to the charging station to allow a simple yet safe and reliable contacting of the charging station with the charging socket of the vehicle.
  • a coarse positioning of a contact head carried out initially by means of a positioning device.
  • the positioning device is configured to position the contact head at a predetermined position with respect to the charging socket of the vehicle.
  • the contact head of the charging device according to the present invention is designed so that during the insertion of the contact head into the charging socket of a vehicle automatically fine adjustment of the contact head takes place. The contact head is thus automatically aligned during insertion into the charging socket so that a secure and reliable contacting of the contacts of the charging socket with the contacts of the
  • the contact head can automatically align automatically within a predetermined tolerance range. A high-precision alignment of the contact head during positioning by the positioning device is therefore not required. Thus can be dispensed with a complex and expensive sensors for precise location determination of the charging socket on the vehicle. The saving of such a sensor simplifies the construction of an automatic
  • the positioning device is configured to position the contact head within a predetermined spatial tolerance range with respect to the charging socket of the vehicle.
  • a coarse positioning of the contact head in the vicinity of the charging socket is sufficient.
  • the charging head should be aligned so that it can be inserted in a subsequent step by simply moving in the direction of the charging socket in the charging socket of the vehicle. Due to the
  • Positioning of the contact head made no high demands.
  • the tolerance range in which the contact head must be positioned on the charging socket of the vehicle can therefore be chosen relatively generously.
  • the contact head may deviate in a range of about 5 cm, 10 cm or 15 cm from the optimal positioning of the contact head. That is, the coarse positioning by the positioning device may position the contact head to be from a line extending from the
  • the contact head comprises a
  • the compensating element is adapted to adjust a movement of the contact head during insertion into the charging socket. This movement of the contact head during insertion into the charging socket results This is for example due to lateral movements of the contact head due to the fine adjustment during insertion into the charging socket.
  • a flexible compensation element which can give in with a lateral force on the contact head, the contact head can automatically optimally align with respect to the charging socket.
  • the compensating element comprises a joint, in particular a self-restoring joint
  • the adjusting means comprises a
  • Rotating device Such a rotating device may be configured to rotate the contact head about a predetermined axis.
  • the predetermined axis may be an axis resulting from the direction in which the contact head is moved during insertion into the charging socket.
  • the contact head can be at least approximately aligned so that the contacts of the contact head are aligned according to the contacts in the charging socket.
  • the rotating device can actively perform a turning operation by means of a drive.
  • a rotating device without independent drive is possible, which allows rotation of the contact head due to external forces.
  • the adjusting means comprises recesses which extend into the interior of the contact head and thereby taper in the direction of the interior of the contact head.
  • recesses which extend into the interior of the contact head and thereby taper in the direction of the interior of the contact head.
  • the adjusting means comprises a ball wheel, a roller, a rail, a pin, a groove and / or further
  • the contact head has a rotationally symmetrical outer geometry.
  • the contact head may have a cone-shaped outer geometry. Rotationally symmetric shapes have particularly low alignment requirements and are therefore particularly suitable for automatic insertion into a charging socket.
  • the contact head has a non-rotationally symmetrical arrangement of contacts.
  • Such non-rotationally symmetrical arrangements of contacts lead to a clear assignment of the contacts between the contact head and charging socket.
  • the individual contacts of the charging head need not be completely formed as circles. Thus, a large number of contacts can be arranged on a contact head with a relatively small area.
  • the device comprises a
  • the communication device is configured to receive data from the vehicle.
  • the vehicle is configured to communicate with the vehicle.
  • Communication device also be adapted to send data to the vehicle.
  • information can be obtained from the vehicle to be charged, which are relevant for the charging process. For example, from the vehicle the position of
  • Charging socket to be transmitted to the vehicle.
  • charging parameters such as voltage, maximum permissible current,
  • the positioning device comprises a first positioning device and a second positioning device.
  • the first positioning device is configured to move the contact head in a vertical spatial direction.
  • the second positioning device is configured to move the contact head in a spatial direction orthogonal to the direction of movement of the first positioning direction.
  • Positioning device the contact head in two spatial directions First roughly adjusted to the position of the charging socket on the vehicle to be charged.
  • the method for electrically connecting the charging station to a charging socket of the vehicle comprises a step of determining the predetermined position for positioning the contact head with respect to the charging socket of the vehicle.
  • the method comprises a step of releasing the charging socket of the vehicle before the contact head is inserted into the vehicle
  • Charging socket is introduced.
  • the release of the charging socket for example, include the unfolding of a cover on the charging socket.
  • the release can also fold out the charging socket from a
  • the charging socket can be protected from soiling or other environmental influences before charging.
  • the present invention provides a
  • Showing: 1 shows a schematic representation of a plan view of a device for electrically connecting a charging station with a charging socket according to an embodiment
  • Fig. 2 is a schematic representation of a side view of a
  • Fig. 3 schematic representations for the interaction of a
  • 5a-d schematic representations of a contact head of a device for electrically connecting a charging station with a charging socket according to further embodiments;
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a flow chart on which a method according to a further embodiment is based.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a charging station 1 with a charging station 1
  • the vehicle 5 may be
  • the vehicle 5 may be a fully or partially electrically powered motor vehicle, such as a passenger car (PKW). or a truck.
  • the charging station comprises a positioning device 10 and an insertion device 20 with a
  • Insertion device 20 and thus also the arranged on the insertion device 20 contact head 21 are moved along predetermined directions.
  • the contact head 21 can be positioned at a predetermined position with respect to the charging socket 51 of the vehicle 50.
  • the positioning device 10 may have a first positioning device 11 and a second positioning device 12. The first
  • Positioning device 11 can perform, for example, a horizontal movement and thus the insertion device 20 with the contact head 21 horizontally, that is parallel or at least approximately parallel to one
  • the second positioning device 12 may be mechanically connected to the first positioning device 11 and perform a movement in a vertical spatial direction.
  • the direction of movement of the second positioning device 12 is thus perpendicular to the direction of movement of the first positioning device 11.
  • the insertion device 20 can be moved laterally with the contact head 21 by the first positioning device 11, for example.
  • several juxtaposed vehicles 5 can be controlled. For example, on the three bearing surfaces I, II and III
  • Positioning device 11 of the positioning device 10 can be controlled.
  • the contact head 21 of the insertion device 20 can also be brought to a position which coincides with the position of the charging socket 51 of the corresponding vehicle 5.
  • the height of the charging socket 51, and the height of the contact head 21 is initially ignored in this positioning.
  • the positioning of the contact head 21 on the same, or at least approximately the same height as the height of the charging socket 51 of the corresponding vehicle 5 takes place separately by means of the second positioning device 12.
  • Positioning device 10 does not match exactly with the position of the charging socket 51 of the corresponding vehicle 5. Rather, it is sufficient to position the contact head 21 within a predetermined tolerance range with respect to the charging socket 51 of the vehicle 5. The exact
  • Alignment of the charging head 21 with respect to the charging socket 51 takes place during the insertion of the contact head 21 in the charging socket 51 and will be described in more detail below.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a side view of a charging station 1 with a device 2 for electrically connecting the
  • the device 2 may include a communication device 40 that receives data from the vehicle.
  • the data transmission can unidirectionally from the vehicle 5 in the direction of
  • Communication device 40 done. Alternatively, a bidirectional data transmission between the vehicle 5 and communication device 40 is possible.
  • the communication device 40 may be, for example, a
  • Radio interface 41 include. By means of this radio interface 41, a wireless data transmission between the communication device 40 and the vehicle 5 is possible.
  • the radio interface 41 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 can take place.
  • Other wireless communication methods are also possible. Additionally or alternatively, the
  • Communication device 40 also include an optical sensor 42 or an optical interface.
  • the optical sensor 42 may be a camera, a bar code scanner or a QR code scanner.
  • Further devices for receiving data from the vehicle 5 or for data exchange between the vehicle 5 and device 2 for automatic connection are also possible.
  • the communication device 40 may receive vehicle-specific data from the vehicle 5, in particular data relevant for charging the energy store 50 in the vehicle 5. These data may include, for example, authorization data, billing parameters, charging voltage, charging current, battery capacity and other charging parameters.
  • information about the position of the charging socket 51 on the vehicle 5 may be included in the transmitted data. Furthermore, the
  • Communication device 40 also receive data about the parked position of the vehicle 5 with respect to the charging station 1. For example, from the vehicle 5, the GPS coordinates or the like to the
  • Communication device 40 are transmitted. It is also possible that the communication device 40 determines the position of the vehicle 5 with respect to the charging station 1 by means of suitable sensors. For example, the position of the vehicle 5 can be effected by means of a camera 42, an ultrasonic sensor, radar sensor or another sensor.
  • the contact head 21 on the insertion device 20 of the device 2 for automatically connecting the charging station 1 to the charging socket 51 of a vehicle 5 may comprise a plurality of electrical contacts. These electrical contacts are electrically connected to a voltage source 30.
  • the voltage source 30 may be a
  • Voltage converter or charge controller act, that of a
  • Power supply 3 or other external energy source supplied electrical energy for charging the energy storage 50 in the vehicle 5 adapts.
  • the contacts of the contact head 21 are also connected directly to a power supply network 3 or another voltage source.
  • the electrical connection between the power supply network 3 or the other voltage source on the one hand and the contacts of the contact head 21 on the other side can be closed or opened to start the charging or to end.
  • the adjustment of current and voltage for the charging of the energy storage device 50 in the vehicle 5 is performed by a charge controller in the vehicle 5.
  • the energy storage 50 of a vehicle 5 the
  • Contact head 21 are inserted into the charging socket 51 of the vehicle.
  • the contacts of the contact head 21 are electrically connected to contacts of the charging socket 51. In this way, an electrical connection between the voltage source 30 and the vehicle 5 is established.
  • the energy storage 50 of the vehicle 5 can be charged.
  • the power supply between charging station 1 and vehicle 5 is interrupted and the contact head 21 is pulled out of the charging socket 51 again.
  • the device 2 for electrically connecting the charging station 1 with the charging socket 51 of the vehicle 5 first positions the insertion device 20 with the charging head 21 in front of the charging socket 51. The device 2 determines the horizontal and vertical position of the charging socket 51 for this purpose. Subsequently, the positioning device 10, the insertion device 20 is positioned with the charging head 21 in front of the charging socket 51. The vehicle 5 should be turned off at the charging station 1 so that the charging socket 51 in the direction of
  • the charging head 21 is located in a predetermined tolerance range in front of the charging socket 51.
  • the loading head 21 may be located in a region with deviations of 5, 10, 15 cm or more deviating from the optimum position. This optimal position is considered as a position at which the contact head 21 can be inserted into the charging socket 51 in a straight line.
  • the contact head 21 is moved by means of the insertion device 20 in the direction of the charging socket 51.
  • Charging head 21 and charging socket 51 are designed such that during the insertion of the charging head 21 in the charging socket 51 a independent alignment of the contact head 21 takes place.
  • the contact head 21 may comprise adjusting means which automatically align the contact head 21 during insertion into the charging socket 51.
  • the contact head 21 thereby rotated, tilted, tilted or varied in a further manner, so that the contacts of the contact head 21 are aligned corresponding to the contacts of the charging socket 51.
  • Insertion device 20 thereby have means which move the contact head 21 in the direction of the charging socket 51.
  • the insertion device 20 may have a scissors mechanism.
  • other mechanical devices are possible, which move the contact head 21 in the charging socket 51 by means of electric drive, hydraulic or pneumatic.
  • the insertion device 20 may further comprise a rotating device 23.
  • the contact head 21 can be rotated about a predetermined axis of rotation.
  • This 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 contact head 21 may be arranged directly on the contact head 21.
  • Vehicle 5 are aligned.
  • the rotation of the contact head 21 by the rotating device 23 may be based on predetermined example
  • a sensor (not shown here) may be arranged on the contact head 21, the insertion device 20 or another location of the device for connecting the charging station with the charging socket to the
  • the contact head 21 Alignment of the contacts of the charging socket 51 to determine the vehicle 5. Then, the contact head 21 can be aligned according to the orientation of the contacts on the charging socket 51. Likewise, the rotation of the contact head 21, as well as the insertion of the contact head 21 in the charging socket 51 can be determined based on predetermined parameters, which are made of the the communication device 40 received data. Of the
  • Contact head 21 can be actively rotated by means of a drive in the rotating device 23 in the desired position.
  • the rotating device 23 is a rotary joint which allows a rotational movement by the action of external forces.
  • the introducer 20 may further include a compensating element 24.
  • This compensating element 24 allows lateral movement of the contact head 21 during the insertion of the contact head 21 in the charging socket 51. In particular, allows such a compensation element 24 that the
  • Contact head 21 during insertion of the contact head 21 in the charging socket 51 can perform a movement that is perpendicular, or at least approximately perpendicular with respect to the direction of movement of the contact head 21 during insertion of the contact head 21 in the charging socket 51.
  • this compensation element 24 may be in this compensation element 24 to a spring element, a joint with a predetermined restoring force, a piece of elastomer or the like act.
  • the compensating element may allow movement of the contact head 21 when the force applied to the contact head 21 exceeds a predetermined limit. Will on the
  • Compensation element 24 exerted a force below a predetermined limit, the compensation element 24 remains at least approximately stiff.
  • the compensating element 24 yields and thus permits a deviation of the direction of movement exerted by the insertion device 20 during the insertion of the contact head 21 into the charging socket 51.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section through a contact head 21 and a corresponding charging socket 51.
  • the contact head 21 in this case has adjusting means 201.
  • This adjusting means 201 may be, for example, a roller, a ball wheel, a pin or another
  • a recess such as a groove or the like, as adjustment means 201 is possible.
  • the contact head 21 by the interaction of the Adjusting means 201 are aligned with the corresponding guide 501 in the charging socket 51 of the contact head 21 with respect to the charging socket 51. In this way, it is possible to align the contacts of the contact head 21 so that they are suitably connected to the contacts of the charging socket 51.
  • the surface of the contact head 21 and / or the surface of the charging socket 51 may be coated with a lubricious material.
  • a coating of polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like is suitable for this purpose.
  • FIGS. 4a and 4b show schematic representations for the insertion of a contact head 21 in a charging socket 51 of a vehicle 5.
  • a guide member 52 in front of the charging socket 51st arranged. For example, it may be at the
  • Guide member 52 to a plate, a rail, a rod, or an arrangement of a plurality of bars or the like act.
  • the guide device 52 it is also possible for the guide device 52 to be a cover in front of the charging socket 51, which is unfolded to the outside before insertion of the charging head 21. Approaches the contact head 21 during the
  • the contact head 21 can be guided along the guide 52 in the direction of the charging socket 51.
  • any existing horizontal or vertical deviations of the positioning of the contact head 21 with respect to the charging socket 51 can be automatically corrected.
  • an adjusting means 201 arranged on the contact head 21 to be guided by the guide 52 in such a way that the contact head 21 aligns correctly with respect to the charging socket 51.
  • the contact head 21 performs a rotational movement.
  • the contacts of the contact head 21 with respect to the contacts of the charging socket 51 can be aligned correctly.
  • Figure 4b shows an alternative embodiment for a charging socket 51 with a guide 52.
  • the guide 52 is below the
  • Charging socket 51 arranged.
  • this can also be a Cover the charging socket 51 act, which is folded prior to insertion of the contact head 21 down.
  • a guide 52 are possible.
  • the contact head 21 can also be guided along the guide 52 during the insertion into the charging socket 51 and an automatic alignment of the contact head 21 can thereby take place.
  • adjustment means 201 on the charging head 21 can interact with the guide 52 on the charging socket 51 in order to allow an alignment of the contact head 21.
  • FIGS. 5a to 5d each show, by way of example, a plan view of one
  • the contact head 21 comprises a plurality of funnel-shaped depressions 21-1. In each case, an electrical contact of the contact head 21 can be arranged in these funnel-shaped recesses 21-1.
  • the funnel-shaped configuration of the recesses allows in this case an independent orientation of the contact head 21 with respect to the charging socket 51st
  • FIG. 5b shows a further plan view of an embodiment of a
  • the contact head 21 has a plurality of slot-shaped recesses 21-2.
  • the slot-shaped recesses 21 may have a V-shaped form.
  • the width of the gaps 21-2 decreases.
  • the gap-shaped recesses 21-2 can either completely along a direction on the Surface of the contact head 21 extend.
  • the gaps 21-2 as shown in the center of the contact head 21 in Figure 5b, also extend over only a portion, so that a plurality of gaps along a direction on the surface of the contact head 21 arise.
  • the interior of the column 21-2 can be arranged in each case an electrical contact. Also in this and the following embodiments recesses are possible without electrical contacts.
  • FIGS. 5c and 5d show circular contact heads 21.
  • the contact head 21 has circular depressions 21-3, in each of which an electrical contact can be arranged.
  • FIG. 5d likewise shows a circular contact head 21, in which, however, the recesses 21-4 in the contact head 21 are designed as circular 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.
  • the contact heads 21 have a conical or conical or truncated cone-shaped outer geometry.
  • the base surface on which the contacts or the recesses for the contacts are arranged has the base surface on which the contacts or the recesses for the contacts are arranged, a lower in comparison to the insertion device 20 side facing lower base.
  • 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 specified tolerances is an independent
  • Figure 6 shows a schematic representation of a cross section through a contact head 21 and a corresponding charging socket 51 of a vehicle 5.
  • a contact head 21 For contacting the contact head 21 with the charging socket 51 is the
  • 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 are within the contact head 21
  • the above-described device 2 of a charging station 1 for automatically electrically connecting the charging station 1 to the charging socket 51 of a
  • Vehicle 5 allows a great deal of flexibility in the connection between charging station 1 and vehicle 5.
  • Vehicle 5 already by the
  • Positioning device 10 variations of the position of a charging socket 51 on different vehicles 5 are taken into account, and in each case a suitable position for the insertion of the contact head 21 are driven into the charging socket 51.
  • the automatic fine adjustment of the contact head 21 during insertion into the charging socket 51 makes it possible to set only low demands on the accuracy of the positioning device 10.
  • more juxtaposed vehicles 5 are successively operated by one and the same charging station 1.
  • each of the contact head 21 can be successively inserted into one of the charging sockets 51 of several vehicles parked next to each other 5 and the corresponding energy storage 50 of the respective vehicle 5 are charged.
  • the contact head 21 can be pulled out of the respective charging socket 51 again and then inserted into the charging socket 51 of the next vehicle. Subsequently, the energy storage device 50 of the next vehicle 5 can be charged.
  • This way are flexible Charging concepts for charging multiple vehicles by means of a charging station possible.
  • data transmitted from the vehicle 5 to the communication device 40 can also be taken into account in the creation of the charging concepts.
  • optimal charging concepts can be calculated and executed for each of several vehicles at a charging station 5. For example, the energy storage device 50 a plurality of vehicles 5 each initially only partially charged. After all
  • Energy store 50 each have predetermined minimum battery levels, then the energy storage 50 of the vehicles 5 can be subsequently charged in succession. Thus, it can be ensured that initially all vehicles are ready to drive, and then the range of the vehicles can be increased by further charging. Further flexible charging concepts are also possible. Automatic contacting and decontacting of vehicles 5 eliminates the need for manual user intervention for charging multiple electric vehicles through a single charging station 1. Thus, the comfort and safety during charging can be increased.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a flowchart, as it is based on a method for electrically connecting a charging station 1 to a charging socket 51 of a vehicle 5.
  • a contact head 21 is first provided. This contact head 21 and in particular the contacts of this contact head 21 may be electrically connected to a voltage source 30 of the charging station 1.
  • the contact head 21 can be arranged on an insertion device 20, as previously described
  • step 120 the contact head 21 is positioned at a predetermined position with respect to the charging socket 51 of the vehicle 5.
  • This predetermined position is a position in front of the charging socket 51, from which insertion of the charging head 21 into the charging socket 51 is possible.
  • This predetermined position may in particular be a predetermined spatial area.
  • Charging socket 51 are also possible larger areas. Subsequently, in step 130, the contact head 21 is inserted into the charging socket 51 of the vehicle 5. During this insertion of the contact head 21 in the charging socket 51 in step 150, an automatic alignment of the
  • the contact head 21 may comprise adjusting means 201, as previously described.
  • the method may further include a step of determining the predetermined position for positioning the contact head with respect to
  • Charge socket have.
  • data from the vehicle 5 can be received and evaluated for such a step. This data can either directly the position of the charging socket 51 on the vehicle. 5
  • vehicle-specific data from which the position of the charging socket 51 on the vehicle 5 can be determined. For example, based on the received
  • the position of the charging socket 51 are read on the respective vehicle 5. If the charging socket 51 of a vehicle 5 is protected by a cover, or if the charging socket 51 is initially folded into the vehicle interior, then in a further step such a charging socket 51 can first be released by opening a cover, or the charging socket can be folded out becomes. For this purpose, if necessary, on the device 2 for electrically connecting the charging station with the charging socket
  • the release of the charging socket 51 can be carried out mechanically.
  • an imminent contact operation can also be signaled to the vehicle 5 by means of a radio interface or the like, whereupon the vehicle 5 autonomously releases the charging socket 51.
  • the present invention relates to an apparatus and method for electrically connecting a charging station to the charging socket of a vehicle.
  • a contact head connected to a voltage source is positioned in front of a charging socket of a vehicle and then inserted into the charging socket.
  • the contact head has adjusting means which automatically align the contact head during insertion into the charging socket. In this way, the requirements for the positioning of the contact head can be lowered before insertion and the safety of contacting the charging station with the vehicle to be charged can be increased.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs. Hierzu wird ein mit einer Spannungsquelle verbundener Kontaktkopf vor einer Ladebuchse eines Fahrzeugs positioniert und anschließend in die Ladebuchse eingeführt. Für ein sicheres und zuverlässiges Ausrichten des Kontaktkopfs während des Einführens in die Ladebuchse weist der Kontaktkopf dabei Justiermittel auf, die den Kontaktkopf während des Einführens in die Ladebuchse automatisch ausrichten. Auf diese Weise können die Anforderungen für die Positionierung des Kontaktkopfs vor dem Einführen gesenkt werden und die Sicherheit des Kontaktierens der Ladestation mit dem aufzuladenden Fahrzeug kann gesteigert werden.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs und eine Ladestation mit einer solchen Vorrichtung. 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 nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zum automatischen elektrischen Verbinden einer Ladestation mit der Ladebuchse eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, die ein komfortables, zuverlässiges und effizientes Verbinden der Ladestation mit der Ladebuchse des Fahrzeugs ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst einen Kontaktkopf, der mit einer Spannungsquelle der Ladestation elektrisch verbunden ist. Ferner umfasst die Vorrichtung zum elektrischen Verbinden der Ladestation mit einer Ladebuchse eine Einführvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf in die
Ladebuchse des Fahrzeugs einzuführen. Der Kontaktkopf weist dabei
Justiermittel auf, die dazu ausgelegt sind, den Kontaktkopf während des
Einführens in die Ladebuchse automatisch auszurichten.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines
Kontaktkopfs, der mit einer Spannungsquelle der Ladestation elektrisch verbunden ist; des Positionieren des Kontaktkopfs an einer vorbestimmten
Position in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs; des Einführens des Kontaktkopfs in die Ladebuchse des Fahrzeugs; und des automatischen
Ausrichtens des Kontaktkopfs während des Einführens des Kontaktkopfs in die Ladebuchse mittels Justiermittel an dem Kontaktkopf.
Vorteile der Erfindung
Konduktive Ladeverfahren ermöglichen eine relativ verlustarme Übertragung großer Energiemengen. Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass es für eine automatische Verbindung zwischen Ladestation und der Ladebuchse eines aufzuladenden Energiespeichers, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, sehr schwierig ist, einen Stecker vollautomatisch in die Ladebuchse einzuführen. Es ist für einen Fahrer eines solchen Fahrzeuges schwierig bis nahezu unmöglich, das Fahrzeug stets so präzise an einer vorgegebenen Position abzustellen, dass sich die Ladebuchse an dem Fahrzeug jeweils exakt an der gleichen räumlichen Lage in Bezug auf die Ladebuchse befindet. Variiert jedoch die Position der Ladebuchse eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges in Bezug auf die Ladestation, so ist es für bestehende, konventionelle Systeme nicht möglich eine zuverlässige Verbindung zwischen Ladestation und Ladebuchse des Fahrzeugs ohne zusätzliche Sensorik automatisch herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, auch bei Variationen der Position einer Ladebuchse in Bezug auf die Ladestation ein einfaches aber dennoch sicheres und zuverlässiges Kontaktieren der Ladestation mit der Ladebuchse des Fahrzeugs zu ermöglichen. Hierzu wird zunächst mittels einer Positioniervorrichtung eine Grobpositionierung eines Kontaktkopfes, wie beispielsweise einem Stecker eines Ladekabels oder ähnlichem, ausgeführt. Die Positionierungsvorrichtung ist dazu ausgelegt den Kontaktkopf an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs zu positionieren. Dabei ist der Kontaktkopf der Ladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgestaltet, dass während des Einführens des Kontaktkopfes in die Ladebuchse eines Fahrzeugs selbsttätig eine Feinjustierung des Kontaktkopfes erfolgt. Der Kontaktkopf wird somit während des Einführens in die Ladebuchse automatisch so ausgerichtet, dass eine sichere und zuverlässige Kontaktierung der Kontakte der Ladebuchse mit den Kontakten des
Kontaktkopfes erfolgt.
Aufgrund der besonderen Ausgestaltung des Kontaktkopfes kann sich der Kontaktkopf innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches automatisch selbständig ausrichten. Eine hochpräzise Ausrichtung des Kontaktkopfes bereits während der Positionierung durch die Positionierungsvorrichtung ist daher nicht erforderlich. Somit kann auf eine aufwändige und teure Sensorik zur präzisen Lageermittlung der Ladebuchse an dem Fahrzeug verzichtet werden. Die Einsparung einer solchen Sensorik vereinfacht den Aufbau einer automatischen
Ladestation. Daher sinkt die Komplexität der Ladestation. Die Ladestation ist somit weniger fehleranfällig. Darüber hinaus kann eine solche Ladestation auch deutlich kostengünstiger realisiert werden. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrischen Verbinden der
Ladestation mit einer Ladebuchse keine hohen Anforderungen an die
Genauigkeit der Position einer Ladebuchse an dem Fahrzeug stellt, muss das Fahrzeug für den Ladevorgang auch nicht sehr präzise an einer genau vorgegebenen Position an der Ladestation abgestellt werden. Daher kann das
Abstellen des Fahrzeugs für das Aufladen an einer automatischen Ladestation in einem gewöhnlichen Parkvorgang durch einen Benutzer manuell ausgeführt werden. Eine zusätzliche Unterstützung durch weitere technische Hilfsmittel für ein präzises Abstellen des Fahrzeugs an einer genau vorgegebenen Position ist dabei nicht zwingend erforderlich.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Positionierungsvorrichtung dazu ausgelegt, den Kontaktkopf innerhalb eines vorbestimmten räumlichen Toleranzbereiches in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs zu positionieren. Für das
automatische Verbinden der Ladestation mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs ist eine Grobpositionierung des Kontaktkopfes in der Nähe der Ladebuchse ausreichend. Der Ladekopf sollte dabei so ausgerichtet sein, dass er in einem nachfolgenden Schritt durch einfaches Bewegen in Richtung der Ladebuchse in die Ladebuchse des Fahrzeugs eingeführt werden kann. Aufgrund der
Ausgestaltung des Kontaktkopfes werden an die Genauigkeiten für die
Positionierung des Kontaktkopfes keine hohen Anforderungen gestellt. Der Toleranzbereich, in dem der Kontaktkopf an der Ladebuchse des Fahrzeugs positioniert werden muss, kann daher relativ großzügig gewählt werden.
Beispielsweise kann der Kontaktkopf in einem Bereich von etwa 5 cm, 10 cm oder 15 cm von der optimalen Positionierung des Kontaktkopfes abweichen. Das heißt, die Grobpositionierung durch die Positionierungsvorrichtung kann den Kontaktkopf so positionieren, dass er von einer Linie, die sich aus der
Bewegungsrichtung eines optimal positionierten Ladekopfes während des Einführens in die Ladebuchse ergibt, davon senkrecht um die zuvor
beschriebene Größe abweichen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Kontaktkopf ein
Ausgleichselement. Das Ausgleichselement ist dazu ausgelegt, eine Bewegung des Kontaktkopfs während des Einführens in die Ladebuchse anzupassen. Diese Bewegung des Kontaktkopfes während des Einführens in die Ladebuchse ergibt sich dabei beispielsweise durch seitliche Bewegungen des Kontaktkopfes aufgrund der Feinjustierung während des Einführens in die Ladebuchse. Durch ein flexibles Ausgleichselement, das bei einer seitlichen Krafteinwirkung auf den Kontaktkopf nachgeben kann, kann sich der Kontaktkopf automatisch optimal in Bezug auf die Ladebuchse ausrichten.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform umfasst das Ausgleichselement ein Gelenk, insbesondere ein sich selbständig zurückstellendes Gelenk, ein
Federelement und/oder ein Elastomer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Justiermittel eine
Drehvorrichtung. Eine solche Drehvorrichtung kann dazu ausgelegt sein, den Kontaktkopf um eine vorbestimmte Achse zu drehen. Insbesondere kann es sich bei der vorbestimmten Achse um eine Achse handeln, die sich aus der Richtung ergibt, in der der Kontaktkopf während des Einführens in die Ladebuchse bewegt wird. Durch eine derartige Drehvorrichtung kann der Kontaktkopf zumindest annähernd so ausgerichtet werden, dass die Kontakte des Kontaktkopfs entsprechend den Kontakten in der Ladebuchse ausgerichtet sind. Die
Drehvorrichtung kann hierzu aktiv einen Drehvorgang mittels eines Antriebs ausführen. Alternativ ist auch eine Drehvorrichtung ohne eigenständigen Antrieb möglich, die eine Drehung des Kontaktkopfs aufgrund äußerer Kräfte ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Justiermittel Vertiefungen, die sich in das Innere des Kontaktkopfes erstrecken und sich dabei in Richtung des Inneren des Kontaktkopfes verjüngen. Durch solche sich nach innen in Durchmesser bzw. Breite verkleinernde Vertiefungen kann eine besonders einfache und effiziente Ausrichtung des Kontaktkopfes während des Einführens in die Ladebuchse erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Justiermittel ein Kugelrad, eine Rolle, eine Schiene, einen Zapfen, eine Nut und/oder weitere
Führungselemente. Durch derartige Führungselemente kann eine besonders einfache Ausrichtung des Kontaktkopfes während des Einführens in die
Ladebuchse erreicht werden. Gemäß einer Ausführungsform weist der Kontaktkopf eine rotationssymmetrische Außengeometrie auf. Insbesondere kann der Kontaktkopf eine konusförmige Außengeometrie aufweisen. Rotationssymmetrische Formen stellen besonders geringe Anforderungen an die Ausrichtung und sind somit für ein automatisches Einführen in eine Ladebuchse besonders geeignet.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Kontaktkopf eine nicht- rotationssymmetrische Anordnung von Kontakten auf. Solche nicht- rotationssymmetrische Anordnungen von Kontakten führen zu einer eindeutigen Zuordnung der Kontakte zwischen Kontaktkopf und Ladebuchse. Insbesondere müssen dabei die einzelnen Kontakte des Ladekopfs nicht vollständig als Kreise ausgebildet werden. Somit kann auch auf einem Kontaktkopf mit relativ kleiner Fläche eine große Anzahl von Kontakten angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine
Kommunikationsvorrichtung. Die Kommunikationsvorrichtung ist dazu ausgelegt, Daten von dem Fahrzeug zu empfangen. Darüber hinaus kann die
Kommunikationsvorrichtung auch dazu ausgelegt sein, Daten an das Fahrzeug zu senden. Durch eine solche Kommunikationsvorrichtung können Informationen von dem aufzuladenden Fahrzeug bezogen werden, die für den Ladevorgang relevant sind. Beispielsweise kann von dem Fahrzeug die Position der
Ladebuchse an dem Fahrzeug übermittelt werden. Darüber hinaus können auch Ladeparameter, wie Spannung, maximal zulässige Stromstärke,
Batteriekapazität, zu übertragende Energiemenge, Autorisierungsparameter oder Abrechnungsdaten übertragen werden. Auf diese Weise kann der Ladevorgang für das Elektrofahrzeug optimal vorbereitet und ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Positionierungsvorrichtung eine erste Positionierungseinrichtung und eine zweite Positionierungseinrichtung. Die erste Positionierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, den Kontaktkopf in einer vertikalen Raumrichtung zu bewegen. Die zweite Positionierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, den Kontaktkopf in einer zu der Bewegungsrichtung der ersten Positionierungsrichtung orthogonalen Raumrichtung zu bewegen. Durch eine derartige Bewegung des Kontaktkopfs mittels einer zweiachsigen
Positionierungsvorrichtung kann der Kontaktkopf in zwei Raumrichtungen zunächst grob auf die Position der Ladebuchse an dem aufzuladenden Fahrzeug eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren zum elektrischen Verbinden der Ladestation mit einer Ladebuchse des Fahrzeugs einen Schritt zum Ermitteln der vorbestimmten Position für das Positionieren des Kontaktkopfs in Bezug auf die Ladebuchse des Fahrzeugs. Durch das individuelle Ermitteln der Position, an dem der Kontaktkopf zunächst grob positioniert werden soll, kann die Positionierung für unterschiedliche Fahrzeugtypen, oder gegebenenfalls für jedes einzelne Fahrzeug, individuell angepasst werden. Somit ist eine große
Flexibilität bei dem Verbinden der Ladestation mit einem aufzuladenden
Fahrzeug möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Freigeben der Ladebuchse des Fahrzeugs, bevor der Kontaktkopf in die
Ladebuchse eingeführt wird. Das Freigeben der Ladebuchse kann beispielsweise das Aufklappen einer Abdeckung an der Ladebuchse umfassen. Darüber hinaus kann das Freigeben auch das Ausklappen der Ladebuchse aus einer
Parkposition umfassen. Somit kann die Ladebuchse vor dem Aufladen vor Verschmutzungen oder weiteren Umwelteinflüssen geschützt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine
Ladestation mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum elektrischen
Verbinden der Ladestation mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs.
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 Draufsicht auf eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf eine
Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 3: schematische Darstellungen für das Zusammenspiel eines
Kontaktkopfs mit einer Ladebuchse gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 4a, 4b: schematische Darstellungen für das Zusammenspiel eines
Kontaktkopfs mit einer Ladebuchse gemäß weiteren
Ausführungsformen;
Fig. 5a-d: schematische Darstellungen eines Kontaktkopfs einer Vorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einer Ladebuchse gemäß weiteren Ausführungsformen;
Fig. 6: eine schematische Darstellung für das Zusammenspiel eines
Ladekopfs mit einer Ladebuchse eines Fahrzeugs gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 7: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsformen Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation 1 mit einer
Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit einer
Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 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 zum Beispiel einen Personenkraftwagen (PKW) oder einen Lastkraftwagen (LKW) handeln. Die Ladestation umfasst eine Positionierungsvorrichtung 10 und eine Einführvorrichtung 20 mit einem
Kontaktkopf 21. Mittels der Positionierungsvorrichtung 10 kann die
Einführvorrichtung 20 und somit auch der an der Einführvorrichtung 20 angeordnete Kontaktkopf 21 entlang vorbestimmter Richtungen bewegt werden. Somit kann der Kontaktkopf 21 an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 50 positioniert werden. Beispielsweise kann die Positionierungsvorrichtung 10 eine erste Positionierungseinrichtung 11 und eine zweite Positionierungseinrichtung 12 aufweisen. Die erste
Positionierungseinrichtung 11 kann dabei beispielsweise eine horizontale Bewegung ausführen und somit die Einführvorrichtung 20 mit dem Kontaktkopf 21 horizontal, also parallel oder zumindest annähernd parallel zu einer
Absteilfläche für das Fahrzeug 5 bewegen. Die zweite Positionierungseinrichtung 12 kann mit der ersten Positionierungseinrichtung 11 mechanisch verbunden sein und eine Bewegung in einer vertikalen Raumrichtung ausführen. Die Bewegungsrichtung der zweiten Positionierungseinrichtung 12 ist somit senkrecht zu der Bewegungsrichtung der ersten Positionierungseinrichtung 11. Auf diese Weise kann die Einführvorrichtung 20 mit dem Kontaktkopf 21 durch die ersten Positionierungseinrichtung 11 beispielsweise seitlich bewegt werden. Hierdurch können mehrere nebeneinander abgestellte Fahrzeuge 5 angesteuert werden. Beispielweise können auf den drei Absteilflächen I, II und III
nebeneinander drei Fahrzeuge 5 abgestellt werden, die bezüglich des
Freiheitsgrads der Positionierungsvorrichtung durch seitliches Bewegen der Einführvorrichtung 20 mit dem Kontaktkopf 21 mittels der ersten
Positionierungseinrichtung 11 der Positionierungsvorrichtung 10 angesteuert werden können. Darüber hinaus kann der Kontaktkopf 21 der Einführvorrichtung 20 dabei auch an eine Position gebracht werden, die mit der Position der Ladebuchse 51 des entsprechenden Fahrzeugs 5 übereinstimmt. Dabei wird bei dieser Positionierung zunächst die Höhe der Ladebuchse 51, sowie die Höhe des Kontaktkopfs 21 außer Acht gelassen. Die Positionierung des Kontaktkopfs 21 auf der gleichen, oder zumindest annähernd der gleichen Höhe wie die Höhe der Ladebuchse 51 des entsprechenden Fahrzeugs 5 erfolgt separat mittels der zweiten Positionierungseinrichtung 12. Die horizontale und vertikale Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 muss dabei während der Positionierung durch die
Positionierungsvorrichtung 10 nicht exakt mit der Position der Ladebuchse 51 des entsprechenden Fahrzeugs 5 übereinstimmen. Vielmehr ist es ausreichend, den Kontaktkopf 21 innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs in Bezug auf die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 zu positionieren. Die genaue
Ausrichtung des Ladekopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 erfolgt dabei während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 und wird im Nachfolgenden noch näher beschrieben.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf eine Ladestation 1 mit einer Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der
Ladestation 1 mit einer Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 gemäß einer
Ausführungsform. Die Vorrichtung 2 kann dabei eine Kommunikationsvorrichtung 40 umfassen, die Daten von dem Fahrzeug empfängt. Die Datenübertragung kann dabei unidirektional von dem Fahrzeug 5 in Richtung der
Kommunikationsvorrichtung 40 erfolgen. Alternativ ist auch eine bidirektionale Datenübertragung zwischen Fahrzeug 5 und Kommunikationsvorrichtung 40 möglich. Die Kommunikationsvorrichtung 40 kann zum Beispiel eine
Funkschnittstelle 41 umfassen. Mittels dieser Funkschnittstelle 41 ist eine kabellose Datenübertragung zwischen Kommunikationsvorrichtung 40 und Fahrzeug 5 möglich. Beispielsweise kann die Funkschnittstelle 41 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 (N FC/R Fl D) erfolgen. Weitere kabellose Kommunikationsverfahren sind darüber hinaus ebenso möglich. Zusätzlich oder alternativ kann die
Kommunikationsvorrichtung 40 auch einen optischen Sensor 42 oder eine optische Schnittstelle umfassen. Beispielsweise kann es sich bei dem optischen Sensor 42 um eine Kamera, einen Barcodescanner oder einen QR-Code- Scanner handeln. Weitere Vorrichtungen zum Empfangen von Daten von dem Fahrzeug 5 bzw. zum Datenaustausch zwischen Fahrzeug 5 und Vorrichtung 2 zum automatischen Verbinden sind darüber hinaus ebenso möglich. Die Kommunikationsvorrichtung 40 kann von dem Fahrzeug 5 fahrzeugspezifische Daten empfangen, insbesondere Daten, die für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 relevant sind. Diese Daten können beispielsweise Autorisierungsdaten, Abrechnungsparameter, Ladespannung, Ladestrom, Batteriekapazität und weitere Ladeparameter umfassen. Darüber hinaus können in den übertragenen Daten auch Informationen über die Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 enthalten sein. Ferner kann die
Kommunikationsvorrichtung 40 auch Daten über die abgestellte Position des Fahrzeugs 5 in Bezug auf die Ladestation 1 empfangen. Beispielsweise können von dem Fahrzeug 5 die GPS- Koordinaten oder ähnliches an die
Kommunikationsvorrichtung 40 übertragen werden. Ebenso ist es möglich, dass die Kommunikationsvorrichtung 40 die Position des Fahrzeugs 5 in Bezug auf die Ladestation 1 mittels geeigneter Sensoren ermittelt. Beispielsweise kann die Position des Fahrzeugs 5 mittels einer Kamera 42, eines Ultraschallsensors, Radarsensors oder eines weiteren Sensors erfolgen.
Der Kontaktkopf 21 an der Einführvorrichtung 20 der Vorrichtung 2 zum automatischen Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 kann eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten umfassen. Diese elektrischen Kontakte sind mit einer Spannungsquelle 30 elektrisch verbunden. Beispielsweise kann es sich bei der Spannungsquelle 30 um einen
Spannungsumformer bzw. Laderegler handeln, der die von einem
Energieversorgungsnetz 3 oder einer anderen externen Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 anpasst. Alternativ ist es auch möglich, dass die Kontakte des Kontaktkopfs 21 auch direkt mit einem Energieversorgungsnetz 3 oder einer anderen Spannungsquelle verbunden sind. In diesem Fall ist es nur erforderlich, dass mittels geeigneter Schaltelemente die elektrische Verbindung zwischen Energieversorgungsnetz 3 oder der weiteren Spannungsquelle auf der einen Seite und den Kontakten des Kontaktkopfs 21 auf der anderen Seite geschlossen bzw. geöffnet, werden kann, um den Ladevorgang zu starten oder zu beenden. In diesem Fall erfolgt die Anpassung von Strom und Spannung für das Aufladen des Energiespeichers 50 in dem Fahrzeug 5 durch einen Laderegler in dem Fahrzeug 5. Um den Energiespeicher 50 eines Fahrzeugs 5 aufzuladen, muss der
Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs eingeführt werden. Dabei werden die Kontakte des Kontaktkopfs 21 mit Kontakten der Ladebuchse 51 elektrisch verbunden. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle 30 und dem Fahrzeug 5 hergestellt.
Anschließend kann der Energiespeicher 50 des Fahrzeugs 5 aufgeladen werden. Nach Abschluss des Ladevorgangs wird die Spannungsversorgung zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 5 unterbrochen und der Kontaktkopf 21 wieder aus der Ladebuchse 51 herausgezogen.
Für einen automatischen Ladevorgang muss somit auch das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs automatisch erfolgen. Hierzu positioniert die Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 zunächst die Einführvorrichtung 20 mit dem Ladekopf 21 vor der Ladebuchse 51. Die Vorrichtung 2 ermittelt hierzu die horizontale und vertikale Position der Ladebuchse 51. Anschließend wird durch die Positionierungsvorrichtung 10 die Einführvorrichtung 20 mit dem Ladekopf 21 vor der Ladebuchse 51 positioniert. Das Fahrzeug 5 sollte dabei so an der Ladestation 1 abgestellt sein, dass die Ladebuchse 51 in Richtung der
Vorrichtung 2 zum Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 ausgerichtet ist. Dabei werden an die Genauigkeit der Positionierung der Einführvorrichtung 20 mit den Kontaktkopf 21 keine hohen Ansprüche gestellt. Vielmehr reicht es aus, dass der Ladekopf 21 sich in einem vorgegebenen Toleranzbereich vor der Ladebuchse 51 befindet. Beispielsweise kann sich der Ladekopf 21 dabei in einem Bereich mit Abweichungen von 5, 10, 15 cm oder mehr abweichend von der optimalen Position befinden. Diese optimale Position wird dabei als Position angesehen, bei der der Kontaktkopf 21 geradlinig in die Ladebuchse 51 eingeführt werden kann. Nachdem der Ladekopf 21 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches vor der Ladebuchse 51 positioniert worden ist, wird anschließend der Kontaktkopf 21 mittels der Einführvorrichtung 20 in die Ladebuchse 51 eingeführt. Hierzu wird der Kontaktkopf 21 mittels der Einführvorrichtung 20 in Richtung der Ladebuchse 51 bewegt. Ladekopf 21 und Ladebuchse 51 sind dabei derart ausgestaltet, dass während des Einführens des Ladekopfes 21 in die Ladebuchse 51 eine selbstständige Ausrichtung des Kontaktkopfes 21 erfolgt. Hierzu kann der Kontaktkopf 21 Justiermittel aufweisen, die den Kontaktkopf 21 während des Einführens in die Ladebuchse 51 automatisch ausrichten. Für diese
automatische Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 kann der Kontaktkopf 21 dabei gedreht, geneigt, gekippt oder in einer weiteren Weise variiert werden, so dass die Kontakte des Kontaktkopfs 21 korrespondierend zu den Kontakten der Ladebuchse 51 ausgerichtet werden.
Für das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 kann die
Einführvorrichtung 20 dabei Mittel aufweisen, die den Kontaktkopf 21 in Richtung der Ladebuchse 51 bewegen. Beispielsweise kann die Einführvorrichtung 20 dabei einen Scherenmechanismus aufweisen. Alternativ sind auch weitere mechanische Vorrichtungen möglich, die mittels elektrischem Antrieb, Hydraulik oder Pneumatik den Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 bewegen.
Die Einführvorrichtung 20 kann darüber hinaus eine Drehvorrichtung 23 aufweisen. Durch diese Drehvorrichtung 23 kann der Kontaktkopf 21 um eine vorgegebene Rotationsachse gedreht werden. Diese 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
23 kann dabei unmittelbar an dem Kontaktkopf 21 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 Daten ergeben, die von dem Fahrzeug 5 an die Kommunikationsvorrichtung 40 übertragen worden sind.
Alternativ kann auch eine Sensorik (hier nicht dargestellt) an dem Kontaktkopf 21, der Einführvorrichtung 20 oder einer anderen Stelle der Vorrichtung zum Verbinden der Ladestation mit der Ladebuchse angeordnet sein, um die
Ausrichtung der Kontakte der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 zu ermitteln. Daraufhin kann der Kontaktkopf 21 entsprechend der Ausrichtung der Kontakte an der Ladebuchse 51 ausgerichtet werden. Ebenso kann auch das Drehen des Kontaktkopfs 21, sowie das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 basierend auf vorgegebenen Parametern bestimmt werden, die sich aus den von der Kommunikationsvorrichtung 40 empfangenen Daten ergeben. Der
Kontaktkopf 21 kann dabei mittels eines Antriebs in der Drehvorrichtung 23 aktiv in die gewünschte Position gedreht werden. Alternativ ist es auch möglich, dass es sich bei der Drehvorrichtung 23 um ein Drehgelenk handelt, das durch Einwirken externer Kräfte eine Drehbewegung ermöglicht.
Die Einführvorrichtung 20 kann darüber hinaus ein Ausgleichselement 24 umfassen. Dieses Ausgleichselement 24 ermöglicht eine seitliche Bewegung des Kontaktkopfs 21 während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51. Insbesondere ermöglicht es ein solches Ausgleichselement 24, dass der
Kontaktkopf 21 beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 eine Bewegung ausführen kann, die senkrecht, oder zumindest annähernd senkrecht ist in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Kontaktkopfs 21 während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51. Beispielsweise kann es sich bei diesem Ausgleichselement 24 um ein Federelement, ein Gelenk mit einer vorgegebenen Rückstellkraft, ein Teilstück aus einem Elastomer oder ähnliches handeln. Beispielsweise kann das Ausgleichselement eine Bewegung des Kontaktkopfes 21 ermöglichen, wenn die auf den Kontaktkopf 21 ausgeübte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Wird auf das
Ausgleichselement 24 eine Kraft unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts ausgeübt, so bleibt das Ausgleichselement 24 zumindest annähernd steif.
Überschreitet die ausgeübte Kraft dagegen einen vorgegebenen Grenzwert, so gibt das Ausgleichselement 24 nach und ermöglicht somit eine Abweichung der durch die Einführvorrichtung 20 ausgeübten Bewegungsrichtung während des Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Kontaktkopf 21 und eine korrespondierende Ladebuchse 51. Der Kontaktkopf 21 weist dabei Justiermittel 201 auf. Bei diesem Justiermittel 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 Justiermittel 201 möglich. An der Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 ist dabei eine zu dem Justiermittel 201 des Kontaktkopfs 21 korrespondierende Führung 501 eingearbeitet. Somit kann beim Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 der Kontaktkopf 21 durch das Zusammenspiel des Justiermittels 201 mit der korrespondierenden Führung 501 in der Ladebuchse 51 der Kontaktkopf 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 ausgerichtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Kontakte des Kontaktkopfs 21 so auszurichten, dass sie passend mit den Kontakten der Ladebuchse 51 verbunden werden. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften während des Einführens 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 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen für das Einführen eines Kontaktkopfs 21 in eine Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5. Um den Einführvorgang des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 zu erleichtern, ist in der in Figur 4a dargestellten Ausführungsform ein Führungselement 52 vor der Ladebuchse 51 angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei dem
Führungselement 52 um eine Platte, eine Schiene, einen Stab, oder eine Anordnung aus mehreren Stäben oder ähnlichem handeln. Insbesondere ist es auch möglich, dass es sich bei der Führungsvorrichtung 52 um eine Abdeckung vor der Ladebuchse 51 handelt, die vor dem Einführen des Ladekopfs 21 nach außen aufgeklappt wird. Nähert sich der Kontaktkopf 21 während des
Einführvorgangs in die Ladebuchse 51 der Ladebuchse 51 und trifft dabei auf die Führung 52, so kann der Kontaktkopf 21 an der Führung 52 entlang in Richtung der Ladebuchse 51 geführt werden. Somit können eventuell vorhandene horizontale oder vertikale Abweichungen der Positionierung des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 automatisch korrigiert werden. Insbesondere ist es möglich, dass ein an dem Kontaktkopf 21 angeordnetes Justiermittel 201 durch die Führung 52 so geführt wird, dass sich der Kontaktkopf 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 richtig ausrichtet. Dabei ist es auch möglich, dass der Kontaktkopf 21 eine Drehbewegung ausführt. Somit können die Kontakte des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Kontakte der Ladebuchse 51 korrekt ausgerichtet werden.
Figur 4b zeigt eine alternative Ausführungsform für eine Ladebuchse 51 mit einer Führung 52. In dieser Ausführungsform ist die Führung 52 unterhalb der
Ladebuchse 51 angeordnet. Beispielsweise kann es sich auch hierbei um eine Abdeckung der Ladebuchse 51 handeln, die vor dem Einführen des Kontaktkopfs 21 nach unten geklappt wird. Aber auch weitere Ausgestaltungsformen für eine Führung 52 sind möglich. Analog zu Figur 4a kann auch hierbei der Kontaktkopf 21 entlang der Führung 52 während des Einführens in die Ladebuchse 51 geführt werden und dabei ein automatisches Ausrichten des Kontaktkopfs 21 erfolgen.
Auch hierbei können Justiermittel 201 an dem Ladekopf 21 mit der Führung 52 an der Ladebuchse 51 zusammenspielen, um eine Ausrichtung des Kontaktkopfs 21 zu ermöglichen. Die Figuren 5a bis 5d zeigen jeweils beispielhaft eine Draufsicht auf einen
Kontaktkopf 21. In Figur 5a 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 5b zeigt eine weitere Draufsicht auf eine Ausführungsform eines
Kontaktkopfs 21. 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 5b 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 5c und 5d zeigen kreisförmige Kontaktköpfe 21. In Figur 5c 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 5d 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 5d 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 5a bis 5d 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 5a und 5b 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 Einführvorrichtung 20 weisende 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 51 möglich.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Kontaktkopf 21 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.
Die zuvor beschriebene Vorrichtung 2 einer Ladestation 1 zum automatischen elektrischen Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 eines
Fahrzeugs 5 ermöglicht eine große Flexibilität bei der Verbindung zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 5. Insbesondere können bereits durch die
Positioniervorrichtung 10 Variationen der Position einer Ladebuchse 51 an unterschiedlichen Fahrzeugen 5 berücksichtigt werden, und dabei jeweils eine passende Position für das Einführen des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 angesteuert werden. Die automatische Feinjustierung des Kontaktkopfs 21 während des Einführens in die Ladebuchse 51 ermöglicht es dabei, nur geringe Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierungsvorrichtung 10 zu stellen. Darüber hinaus können, wie bereits auch in Figur 1 dargestellt, durch einen großen Aktionsradius der Positionierungsvorrichtung 10 mehrere nebeneinander abgestellte Fahrzeuge 5 nacheinander durch ein und dieselbe Ladestation 1 bedient werden. Hierzu kann nacheinander jeweils der Kontaktkopf 21 in eine der Ladebuchsen 51 von mehreren nebeneinander abgestellten Fahrzeugen 5 eingeführt werden und der entsprechende Energiespeicher 50 des jeweiligen Fahrzeugs 5 aufgeladen werden. Nachdem der Energiespeicher 50 vollständig aufgeladen worden ist, oder beliebige andere Abbruchkriterien erfüllt worden sind, kann der Kontaktkopf 21 wieder aus der jeweiligen Ladebuchse 51 herausgezogen werden und anschließend in die Ladebuchse 51 des nächsten Fahrzeugs eingeführt werden. Anschließend kann der Energiespeicher 50 des nächsten Fahrzeugs 5 aufgeladen werden. Auf diese Weise sind flexible Ladekonzepte für das Aufladen mehrerer Fahrzeuge mittels einer Ladestation möglich. Insbesondere können dabei bei der Erstellung der Ladekonzepte auch von dem Fahrzeug 5 an die Kommunikationsvorrichtung 40 übertragene Daten mit berücksichtigt werden. Somit können für mehrere Fahrzeuge an einer Ladestation 5 jeweils optimale Ladekonzepte berechnet und ausgeführt werden. Beispielsweise können auch die Energiespeicher 50 mehrere Fahrzeuge 5 jeweils zunächst erst teilweise aufgeladen werden. Nachdem alle
Energiespeicher 50 jeweils vorgegebene Mindestladestände aufweisen, können anschließend die Energiespeicher 50 der Fahrzeuge 5 nacheinander weiter aufgeladen werden. Somit kann sichergestellt werden, dass zunächst alle Fahrzeuge fahrbereit sind, und anschließend kann durch weiteres Aufladen die Reichweite der Fahrzeuge erhöht werden. Weitere flexible Ladekonzepte sind darüber hinaus ebenso möglich. Durch das automatische Kontaktieren und Dekontaktieren der Fahrzeuge 5 ist für das Aufladen mehrerer Elektrofahrzeuge durch eine einzige Ladestation 1 kein manueller Benutzereingriff nötig. Somit kann der Komfort und auch die Sicherheit während des Aufladens erhöht werden.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation 1 mit einer Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 zugrunde liegt. In Schritt 110 ist zunächst ein Kontaktkopf 21 bereitgestellt. Dieser Kontaktkopf 21 und insbesondere die Kontakte dieses Kontaktkopfs 21 können mit einer Spannungsquelle 30 der Ladestation 1 elektrisch verbunden sein. Insbesondere kann der Kontaktkopf 21 an einer Einführvorrichtung 20 angeordnet sein, wie sie zuvor bereits
beschrieben worden ist. Anschließend werden in Schritt 120 der Kontaktkopf 21 an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 positioniert. Bei dieser vorbestimmten Position handelt es sich um eine Position vor der Ladebuchse 51, aus der heraus ein Einführen des Ladekopfs 21 in die Ladebuchse 51 möglich ist. Bei dieser vorbestimmten Position kann es sich insbesondere um einen vorgegebenen räumlichen Bereich handeln. Die
Abmessungen dieses Bereichs können einige Zentimeter, bis hin zu 10 oder gar 20 cm umfassen. Je nach Ausgestaltung des Kontaktkopfs 21 und der
Ladebuchse 51 sind darüber hinaus auch größere räumliche Bereiche möglich. Daraufhin wird in Schritt 130 der Kontaktkopf 21 in die Ladebuchse 51 des Fahrzeugs 5 eingeführt. Während dieses Einführens des Kontaktkopfs 21 in die Ladebuchse 51 erfolgt in Schritt 150 ein automatisches Ausrichten des
Kontaktkopfs 21. Für dieses automatische Ausrichten des Kontaktkopfs 21 in Bezug auf die Ladebuchse 51 kann der Kontaktkopf 21 Justiermittel 201 umfassen, wie sie zuvor bereits beschrieben worden sind.
Für ein flexibles Verbinden der Ladestation 1 mit der Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 kann das Verfahren darüber hinaus einen Schritt zum Ermitteln der vorbestimmten Position für das Positionieren des Kontaktkopfs in Bezug auf die
Ladebuchse aufweisen. Für einen solchen Schritt können insbesondere Daten von dem Fahrzeug 5 empfangen und ausgewertet werden. Diese Daten können entweder direkt die Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5
spezifizieren, oder sie können fahrzeugspezifische Daten umfassen, aus denen heraus die Position der Ladebuchse 51 an dem Fahrzeug 5 bestimmt werden kann. Beispielsweise kann hierzu basierend auf den empfangenen
fahrzeugspezifischen Daten aus einer Datenbank die Position der Ladebuchse 51 an dem jeweiligen Fahrzeug 5 ausgelesen werden. Ist die Ladebuchse 51 eines Fahrzeugs 5 durch eine Abdeckung geschützt, oder ist die Ladebuchse 51 gegebenenfalls zunächst in das Fahrzeuginnere geklappt, so kann darüber hinaus in einem weiteren Schritt eine solche Ladebuchse 51 zunächst freigegeben werden, indem eine Abdeckung aufgeklappt wird, oder die Ladebuchse herausgeklappt wird. Hierzu können gegebenenfalls an der Vorrichtung 2 zum elektrischen Verbinden der Ladestationl mit der Ladebuchse
51 weitere Mittel angeordnet sein. Beispielsweise kann das Freigeben der Ladebuchse 51 mechanisch ausgeführt werden. Alternativ kann auch mittels einer Funkschnittstelle oder ähnlichem dem Fahrzeug 5 ein bevorstehender Kontaktvorgang signalisiert werden, worauf das Fahrzeug 5 selbständig die Ladebuchse 51 freigibt.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit der Ladebuchse eines Fahrzeugs. Hierzu wird ein mit einer Spannungsquelle verbundener Kontaktkopf vor einer Ladebuchse eines Fahrzeugs positioniert und anschließend in die Ladebuchse eingeführt. Für ein sicheres und zuverlässiges Ausrichten des Kontaktkopfs während des Einführens in die Ladebuchse weist der Kontaktkopf dabei Justiermittel auf, die den Kontaktkopf während des Einführens in die Ladebuchse automatisch ausrichten. Auf diese Weise können die Anforderungen für die Positionierung des Kontaktkopfs vor dem Einführen gesenkt werden und die Sicherheit des Kontaktierens der Ladestation mit dem aufzuladenden Fahrzeug kann gesteigert werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (2) zum elektrischen Verbinden einer Ladestation (1) mit einer Ladebuchse (51) eines Fahrzeugs (5), mit:
einen Kontaktkopf (21), der mit einer Spannungsquelle (30) der Ladestation (1) elektrisch verbunden ist;
einer Einführvorrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf (21) in die Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5) einzuführen;
wobei der Kontaktkopf (21) Justiermittel aufweist, die dazu ausgelegt sind, den Kontaktkopf (21) während des Einführens in die Ladebuchse (51) auszurichten.
2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 mit einer Positionierungsvorrichtung (10), die dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf (21) an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5) zu positionieren.
3. Vorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Positionierungsvorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf (21) innerhalb eines vorbestimmten räumlichen Toleranzbereiches in Bezug auf die Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5) zu positionieren.
4. Vorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der
Kontaktkopf (21) ein Ausgleichselement (24) umfasst, das dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Kontaktkopfs (21) während des Einführens in die Ladebuchse (51) anzupassen.
5. Vorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei das Ausgleichselement (24) ein Gelenk, eine Federelement und/oder ein Elastomer umfasst. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Justiermittel eine Drehvorrichtung (23) umfasst, die dazu ausgelegt ist, den Kontaktkopf (21) um eine vorbestimmte Achse zu drehen.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Justiermittel Vertiefungen umfasst, die sich in Richtung des Inneren des Kontaktkopfs (21) verjüngen.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Justiermittel ein Kugelrad, eine Rolle, eine Schiene, einen Zapfen, eine Nut und/oder ein weiteres Führungselement aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kontaktkopf (21) eine rotationssymmetrische Außengeometrie aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kontaktkopf (21) eine nicht-rotationssymmetrische Anordnung von Kontakten aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung ferner eine Kommunikationsvorrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, Daten von dem Fahrzeug (5) zu empfangen.
Ladestation (1) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum elektrischen Verbinden der Ladestation (1) mit einer Ladebuchse (51) eines Fahrzeugs (5).
Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Ladestation (1) mit einer Ladebuchse (51) eines Fahrzeugs (5), mit den Schritten:
Bereitstellen (110) eines Kontaktkopfs (21), der mit einer Spannungsquelle (30) der Ladestation (1) elektrisch verbunden ist;
Positionieren (120) des Kontaktkopfs (21) an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5); Einführen (130) des Kontaktkopfs (21) in die Ladebuchse (51) des
Fahrzeugs (5); und
Automatisches Ausrichten (140) des Kontaktkopfs (21) während des Einführens der Kontaktkopfs (21) in die Ladebuchse (51) mittels
Justiermittel an den Kontaktkopf (21).
14. Verfahren nach Anspruch 13, mit einem Schritt zum Ermitteln der
vorbestimmten Position zum positionieren des Kontaktkopfs (21) in Bezug auf die Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5).
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, mit einem Schritt zum Freigeben der Ladebuchse (51) des Fahrzeugs (5), bevor der Kontaktkopf (21) in die Ladebuchse (51) eingeführt wird.
PCT/EP2015/073913 2014-12-22 2015-10-15 Vorrichtung und verfahren zum elektrischen verbinden einer ladestation mit einer ladebuchse eines fahrzeugs WO2016102099A1 (de)

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