WO2019011648A1 - Verfahren zur herstellung einer elektrischen verbindung einer fahrzeugkontakteinheit, fahrzeugverbindungsvorrichtung und fahrzeug - Google Patents

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Hermann STOCKINGER
Manuel LAUBLAETTNER
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrical
  • the invention further relates to a vehicle connection device for the electrical connection of a vehicle contact unit and a vehicle with such a vehicle connection device.
  • the batteries of the vehicles must be recharged regularly, preferably after each journey.
  • the vehicle is connected by means of a vehicle connection system with the charging infrastructure.
  • vehicle connection systems with a contact unit of the charging infrastructure which is provided on the ground, are known.
  • This ground-contacting ground contact unit is physically contacted by means of a movable vehicle contact unit which can move down from the underbody of the vehicle. In this way, an electrical connection of the vehicle with the charging infrastructure is made possible.
  • a method for producing an electrical connection of a vehicle contact unit of an at least partially electrically driven vehicle which has a vehicle battery, provided with a ground contact unit of an electrical charging infrastructure.
  • the charging infrastructure has a plurality of electrical contact surfaces, of which at least two must be touched by the vehicle contact unit for charging the vehicle battery.
  • the method comprises the step of detecting at least one of the electrical contact surfaces and / or at least one insulation surface surrounding the electrical contact surfaces for establishing an electrical connection by means of at least one camera on the vehicle.
  • the electrical contact surfaces and their position are detected directly or indirectly via the surrounding insulating surface. This means that the electrical contact surfaces can be selectively controlled, whereby an electrical connection of the vehicle contact unit with the ground contact unit with high quality and low losses can be ensured.
  • a camera is understood to mean any optical detection means, such as e.g. a CCD camera, an array of photodiodes or the like.
  • the detection of the electrical contact surfaces can also be carried out indirectly via the detection of markings which are provided in the vicinity (approximately 2 to 5 m away) of a corresponding ground contact unit and which can be used to deduce the position of the electrical contact surfaces of the ground contact unit.
  • the ground contact unit can also be detected when it is completely covered by leaves, for example.
  • the method may additionally comprise the step of determining with the aid of at least one camera on the vehicle which electrical contact surfaces of the vehicle Floor contact unit for the electrical connection are suitable.
  • An electrical contact surface is considered here to be suitable for the electrical connection if it is either exposed, ie not covered and in particular not soiled, or is only slightly soiled, so that an electrical connection with little or no power loss can be produced when contacting.
  • an electrical contact surface is further suitable for the electrical connection only if it has no mechanical damage that significantly affects the electrical connection. If the vehicle and / or the vehicle contact unit has a cleaning device or a cleaning function, a more heavily contaminated or even completely concealed electrical contact surface may also be considered suitable for the electrical connection.
  • Examples of removable contaminants or objects which may obscure electrical contact surfaces are liquids, in particular water or oil, salt crusts, pollen, tire abrasion, brake dust, roll splits, leaves and paper.
  • the image data of the camera can be compared with one or more reference images.
  • not all electrical contact surfaces of the ground contact unit must be in the field of vision of the camera. It may also be sufficient to observe only a portion of the ground contact unit. In this step, it is thus determined which electrical contact surfaces of the ground contact unit are in principle suitable for the electrical connection and which are not due to their position, arrangement and / or condition.
  • step b) of the method it is further possible to determine with the aid of the at least one camera on the vehicle which contact surfaces for the electrical connection are exposed and / or whether contamination of the ground contact unit precludes safe charging.
  • An electrical contact surface is considered to be exposed for the electrical connection if it is not covered and in particular not dirty or only slightly dirty, so that when contacting an electrical connection with little or no power losses can be produced.
  • the image data of the at least one camera can also be compared here with one or more reference images. In this way, the electrical contact surfaces are identified, which are directly available for a high-quality electrical connection with low losses.
  • step b) of the method with the aid of the at least one camera on the vehicle it can be ascertained which electrical contact surfaces for the electrical connection are not exposed and have contamination that is in particular cleanable.
  • electrical contact surfaces for the electrical connection are not exposed and have contamination that is in particular cleanable.
  • These include electrical contact surfaces that can not be detected directly by at least one camera, for example, because they are completely covered by a leaf.
  • Which type of soiling counts as cleanable basically depends on the cleaning device or the cleaning function of the vehicle and / or the vehicle contact unit.
  • the method comprises the step of selecting a region of the ground contact unit which is to be controlled for electrical connection.
  • the area has a composite of exposed contact surfaces, by means of which the electrical connection can be made.
  • the composite corresponds exactly to the number of electrical contact surfaces in exactly the arrangement required for establishing an electrical connection.
  • the area consists of the composite. This ensures a secure electrical connection with high quality.
  • the method may include the step of selecting a region of the ground contact unit which is to be controlled for electrical connection.
  • the area has at least one contact surface which is not exposed for establishing an electrical connection.
  • the area corresponds exactly to the number of electrical contact surfaces in exactly the arrangement required for establishing an electrical connection.
  • the method comprises performing a fully automatic cleaning step.
  • step b) is performed in order to again determine which electrical contact surfaces are suitable for the electrical connection after cleaning.
  • the cleaning can remove dirt and electrical contact surfaces are exposed, which are then available for establishing an electrical connection.
  • There may be several cleaning steps are provided, especially if the cleaning was not successful, for example, heavy soiling, which require a greater cleaning effort.
  • the vehicle is automatically controlled after selecting the range or optical steering signals are output in the interior for the driver for manual steering of the vehicle to bring the vehicle contact unit in a position in which it can be coupled to the selected contact surfaces is.
  • the required for coupling maneuver of the vehicle for the driver can be facilitated or adopted, whereby the comfort is increased and a secure establishing of the electrical connection between the vehicle contact unit and the ground contact unit can be ensured.
  • an underbody camera and / or a front camera and / or a rear camera of the vehicle can be used.
  • the underbody camera has the advantage that the ground contact unit or the electrical contact surfaces can also be detected when the vehicle is above the ground contact unit.
  • a vehicle connecting device for the electrical connection of a vehicle contact unit of an at least partially electrically driven one is also used to achieve the above-mentioned object Vehicle, which has a vehicle battery, provided with a ground contact unit of an electrical charging infrastructure.
  • the ground contact unit has a plurality of electrical contact surfaces, of which at least two must be touched by the vehicle contact unit for charging the vehicle battery.
  • the vehicle connection device comprises the vehicle contact unit, at least one camera and a controller coupled to the camera.
  • the vehicle connection device is designed in particular for carrying out the method according to the invention.
  • the controller is designed in such a way that it can determine, by means of the at least one camera, exposed electrical contact surfaces of the ground contact unit.
  • exposed contact surfaces can be specifically activated for the electrical connection of the vehicle contact unit with the ground contact unit, and an electrical connection with high quality and low losses during charging of the vehicle battery can be provided.
  • the vehicle connection device may comprise a cleaning device, which is provided for exposing or cleaning the electrical contact surfaces of the ground contact unit at least in the selected area.
  • the selected area is the area which is provided for the electrical connection of the vehicle contact unit with the ground contact unit.
  • the control for a positioning aid by means of which the vehicle can be automatically positioned in a steering manner relative to a ground contact unit of an electrical charging infrastructure, is designed such that it can detect optical features deposited in the control as a reference on the ground contact unit. Additionally or alternatively, optical features can be detected, which are provided in the vicinity, ie up to 3m away from the ground contact unit, for example in the parking lot or the parking lot boundary of the ground contact unit. These features, which are for example markers or codes, are intended for orientation and facilitate the navigation as well as the detection of the ground contact unit and / or the electrical contact surfaces.
  • the electrical contact surfaces of the ground contact unit can for this purpose form an optical feature for the positioning aid, for example due to their arrangement, their shape and / or markings, which are provided directly on the electrical contact surfaces, such as notches. Since the electrical contact surfaces usually consist of a resistant metallic material, the feature can be permanently provided in this way.
  • the optical feature may also include a reflection and / or the intensity of the reflection of the light of a lighting device of the vehicle contact unit at the contact surfaces.
  • the contact surfaces can be recognized by their stronger reflection compared to the reflection of the insulation surface.
  • the invention further relates to a vehicle with a vehicle connection device for the electrical connection of a vehicle contact unit of an at least partially electrically driven vehicle with a ground contact unit of an electrical charging infrastructure.
  • the vehicle connection device here is in particular a vehicle connection device according to the invention.
  • the vehicle further includes a sub-floor camera for optically detecting the ground contact unit.
  • the underbody camera is a camera, which sees the ground under the vehicle and in particular is arranged on the vehicle underside.
  • the vehicle contact unit is also in the field of view of the underbody camera, in particular in the extended state of the vehicle contact unit.
  • monitoring of the ground contact unit during charging is possible, for example, to initiate a protective reaction when an animal enters the ground contact unit and / or touches or shifts the vehicle contact unit.
  • a protective response may be to emit an auditory signal to expel the animal or to reduce or shut off the voltage of the electrical pads.
  • the electrical contacts can be controlled more accurately and security can be increased.
  • the vehicle has a protective device which covers the lens of the underbody camera, in particular for protection against soiling and / or damage.
  • the protection device is designed or is controlled such that it releases the lens when a method for electrical connection of the vehicle contact unit with a ground contact unit of an electrical charging infrastructure is initiated. After the connection is made or after charging is complete, the lens is covered again. As a result, the lens or the camera is protected in the time in which it is not used, whereby functional errors are avoided, such as a faulty detection of exposed electrical contact surfaces due to a soiled or scratched lens.
  • the vehicle may further comprise a lighting device which is provided for illuminating the receiving area of the underbody camera in order to improve the quality of the image data and thus the detection capability.
  • the illumination device can, in particular, provide light in a specific wavelength range, such as UV, which makes appropriately designed markings particularly well detectable and thus additionally improves the capabilities for detecting the marking or for determining the electrical contact surfaces.
  • the illumination device comprises, for example, one or more LEDs.
  • the vehicle may have an electronic control for autonomous steering.
  • the controller can provide a positioning aid, by means of which the vehicle can be positioned automatically in a steering manner relative to a ground contact unit of an electrical charging infrastructure.
  • the controller may additionally or alternatively be connected to an optical direction indicator in the vehicle interior, which can indicate where the driver should steer the vehicle, so that an electrical connection of a vehicle contact unit of the vehicle with the ground contact unit can be produced. If the vehicle connection device has a control, this control can be identical to the control of the Be vehicle connection device. In this way, the driver can be assisted in a Ankoppelmanöver by the controller or the controller takes over the maneuvering of the vehicle for establishing an electrical connection independently. This increases the comfort for the driver and ensures that the electrical connection between the vehicle contact unit and the ground contact unit can be made correctly.
  • the positioning aid further sensors or devices such as GPS, WLAN, ultrasound or NFC can be provided. Furthermore, in the positioning aid the wheel deflection and the wheel speed of one or more wheels of the vehicle can be taken into account.
  • At least one coil and / or at least one radio transmitter is arranged in at least one predetermined point in the ground contact unit and the vehicle contact unit has a corresponding receiver for electromagnetic signals and / or radio signals. Based on the signals received by the receiver, which were generated by the coil or the radio transmitter, the position of the vehicle contact unit relative to the ground contact unit, for example by means of triangulation, can be determined.
  • FIG. 1 shows schematically a vehicle according to the invention with a vehicle connection device according to the invention
  • FIG. 2 shows a greatly simplified and schematic sectional view of the vehicle contact unit of the vehicle connection device according to FIG. 1
  • FIGS. 3 a and 3 b show sectional views of the vehicle contact unit in the region of an electrode in various embodiments for the resilient mounting of the electrode
  • FIGS. 3c shows an enlarged view of a single electrode with a grinding actuator
  • FIGS. 4a and 4b are highly simplified schematic sectional views of the vehicle connecting device according to FIG. 1 in longitudinal or cross section
  • FIGS. 5a to 5c show various steps during the establishment of the electrical connection between the vehicle contact unit and a ground contact unit
  • FIG. 6 shows a schematic representation of further devices of the vehicle from FIG. 1,
  • FIG. 7 is a perspective view of a ground contact unit with different soiling
  • FIG. 8 shows a top view of a ground contact unit with different optical features for orientation
  • FIG. 7 is a perspective view of a ground contact unit with different soiling
  • FIG. 8 shows a top view of a ground contact unit with different optical features for orientation
  • FIG. 8 is a perspective view of a ground contact unit with different optical features for orientation
  • Figure 9 in a plan view of a parking lot with various optical features for orientation.
  • FIG. 1 shows a vehicle 10, for example a battery-operated vehicle or a plug-in hybrid vehicle, which is parked on or above a ground contact unit 12 with contact surfaces 13 of an electrical charging infrastructure (not shown).
  • vehicle 10 for example a battery-operated vehicle or a plug-in hybrid vehicle, which is parked on or above a ground contact unit 12 with contact surfaces 13 of an electrical charging infrastructure (not shown).
  • the electrical charging infrastructure serves to recharge the batteries of the vehicle 10, in particular after a journey.
  • a vehicle connection device 14 Attached to the underbody of the vehicle 10 is a vehicle connection device 14 that can electrically connect the vehicle 10 to the charging infrastructure, more specifically the one vehicle contact unit 16 to the ground contact unit 12.
  • the vehicle connection device 14 has, in addition to the vehicle contact unit 16, a contacting actuator 18 and a grinding actuator 20 (FIG. 3c).
  • the contacting actuator 18 may include a bellows 22 having an interior 24 and a base portion 26 and a compressed air source 27, such as a compressor 28.
  • a compressed air source 27 such as a compressor 28.
  • In the interior 24 of the bellows 22 or in one Air supply channel to the bellows 22 may also be provided a heating coil 29 which heats the air in the interior 24 of the bellows 22.
  • the compressed air source 27 is in fluid communication with the inner space 24, so that the compressed air source 27 can inflate the bellows 22.
  • a vehicle-side first end of the bellows 22 is fixed by means of the base portion 26 on the vehicle 10, in particular on the underbody of the vehicle.
  • the vehicle contact unit 16 is attached.
  • the vehicle contact unit 16 is shown in Figure 2 and has a base 30, for example in the form of a plate, in particular a circular plate which closes the second end of the bellows 22.
  • the plate is made of plastic in particular.
  • the base 30 has a contacting region 32, in which at least two electrodes 34 are arranged.
  • an air outlet 36 is also provided, which is fed on the one hand from the interior 24 and on the other hand opens in the contacting region 32.
  • the air outlet 36 may also be designed as an air nozzle.
  • the air outlet 36 opens between two electrodes 34 and in the center of the base 30, ie centrally and in the region of the middle of the contacting region 32.
  • the air outlet 36 is in a region in front of the contacting region 32, ie in a region between base 30 and ground contact unit 12 directed.
  • the air outlet 36 is connected to the interior 24 by means of a controllable valve 38, which may be designed as a throttle, so that air can be blown out of the interior 24 as required from the air outlet 36.
  • the base 30 has a sealing lip 40, which is provided on the outer circumference of the base 30 and which rotates the base 30 and the contacting region 32 closed.
  • the electrodes 34 are resiliently mounted in the base 30 in each case in a cavity 41 of the base 30.
  • the electrodes 34 are designed as pins and have a contact tip 42, a base body 44 and a shoulder 46, which is arranged between the base body 44 and the contact tip 42.
  • the shoulder 46 and parts of the base body 44 are arranged in the cavity 41, whereas the contact tip 42 in the contacting area 32 extends out of the cavity 41 and protrudes with respect to the front side of the base 30.
  • a spring 50 is also provided, which rests on the one hand on the contacting region 32 facing away from the wall of the cavity 41 and on the other hand on the shoulder 46.
  • the spring 50 is a compression spring, so that it acts on the shoulder 46 and thus the entire electrode 34 in the direction of the contacting region 32 with a force.
  • the spring 50 is a leaf spring, which acts on the contact tip 42 remote from the end of the main body 44.
  • the grinding actuator 20 of the first embodiment provided on each of the electrodes 34 is shown.
  • the grinding actuator 20 has three magnets. Two of the three magnets are electromagnets 52, d. H. switchable, and disposed in the base 30 at the respective electrode 34 on opposite sides of the electrode 34.
  • the third magnet is a permanent magnet 54 provided in the electrode 34 so as to be sandwiched between the two electromagnets 52.
  • FIG. 4 shows a guide device 56 of the contacting actuator 18, which is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • the guide device 56 has a rear part drive 58 and tension elements 60.
  • the rear part drive 58 has a relative to the vehicle 10 rotatably mounted spindle 59, tension members 60 and a coil spring 61st
  • the coil spring 61 is attached at one end to the spindle 59 and fixed at its other end to the vehicle 10, so that the coil spring 61, the spindle 59 can act on a torque. It is also conceivable that, instead of or in addition to the spiral spring 61, an electromotive drive 61 ', such as an electric motor, is provided for rotating the spindle 59. In FIG. 4 a, such an electromotive drive 61 'designed as an electric motor is shown by dashed lines.
  • the tension members 60 may be bands, cords or ropes and are also attached to one end of the spindle 59, so that the tension members 60 are rolled upon rotation of the spindle 59 on the spindle 59.
  • each of the tension members 60 is connected to the base 30 at a connection point 62.
  • three tension elements 60 are provided which are connected to the base 30 at a respective connection point 62.
  • connection points 62 are arranged in an equilateral triangle whose center is also the center of the base 30.
  • the tension members 60 run from the connection points 62 in the interior 24 of the bellows 22 vertically from the base 30 in the direction of the base portion 26.
  • pulleys 64 which may be provided in the interior 24, the tension members 60 are deflected and then guided to the spindle 59 out.
  • the length of the tension elements 60 is chosen such that the three connection points 62 and thus the base 30 are always aligned horizontally. Thus, the base 30 is always parallel to the ground contact unit 12.
  • a first locking element 66 and a second locking element 68 are also provided in the middle of the base 30 in the interior 24 and on the opposite side of the base portion 26, which are designed as latching hooks in the first embodiment shown.
  • the second locking element 68 so the latching hook on the base portion 26, pivotally mounted and can be pivoted from its vertical position.
  • FIGS. 5 a to c show various steps during the contacting of the vehicle contact unit 16 with the ground contact unit 12.
  • the vehicle contact unit 16 can be moved toward and away from the ground contact unit 12.
  • the direction of movement in this case runs perpendicular to the ground contact unit 12 and perpendicular to the contacting region 32 and is referred to below as contacting direction R K.
  • the vehicle contact unit 16 is moved by the contacting actuator 18 not only in the contacting direction R K , but at the same time a component of movement may be added in another direction when lowering the vehicle contact unit 16. This is the case, for example, when the contacting actuator 18 is a swivel arm.
  • the bellows 22 is pushed together and the locking hooks, ie the first locking element 66 and the second locking element 68, intermesh.
  • the locking elements 66, 68 thus hold the bellows 22 in its collapsed position.
  • the vehicle contact unit 16 is lowered, that is, moved toward the ground contact unit 12.
  • the second locking member 68 is pivoted, so that the bellows 22 is released and can be inflated.
  • the compressed air source 27, in this case the compressor 28, is activated and leads the interior 24 of the bellows 22 compressed air.
  • the bellows 22 is inflated and stretched by the compressed air, whereby the vehicle contact unit 16 is moved to the ground contact unit 12 in the contacting direction RK.
  • the tension elements 60 are unrolled uniformly by the spindle 59, so that the horizontal orientation of the base 30 of the vehicle contact unit 16 is maintained even during the movement.
  • the spiral spring 61 is tensioned by the rotation of the spindle 59, so that the spiral spring 61 urges the spindle 59 against the rolling direction of the tension elements 60 with a torque.
  • the vehicle contact unit 16 is first lowered so far until a gap 70 between the base 30 and the ground contact unit 12 has formed. At this time, the electrodes 34 do not touch the contact surfaces 13 of the ground contact unit 12. In this position, the ground contact unit 12 is blown out.
  • FIG. 5a The free blowing is illustrated in FIG. 5a.
  • the valve 38 of the air outlet 36 is opened so that the compressed air can escape from the interior 24 of the bellows 22. Since the air outlet 36 is directed into the area in front of the contacting region 32, in which the ground contact unit 12 is now located, the air flow from the air outlet 36 strikes the ground contact unit 12.
  • a plurality of air outlets 36 may be provided, from which compressed air from the interior 24 can flow to the Free blow soil contact unit. It is also conceivable that the individual air outlets 36 can be opened or closed separately or in groups.
  • the air impinging on the ground contact unit 12 then flows at high speed radially outward through the gap 70. Cleanable soils such as dirt, leaves or liquid located on the ground contact unit 12 are also conveyed to the outside by the strong air flow. At temperatures below freezing or already existing snow or ice layer, the heater 29 is actuated so that the snow or ice layer removed and the contacts are dried.
  • the steady stream of air makes it possible for the ground contact unit 12 to be blown open in the area that is now opposite the contacting area 32 of the vehicle connecting device 14, so that the contact areas 13 in this area are free from soiling such as dirt, leaves or liquid.
  • an air cushion is formed in the gap 70 by the compressed air, as a result of which the vehicle contact unit 16 can be moved more easily relative to the ground contact unit 12, which facilitates a lateral alignment of the vehicle contact unit 16 on the ground contact unit 12.
  • the vehicle contact unit 16 is lowered further, i. H. moved in the direction of the ground contact unit 12 out. In this case, air can continue to flow out of the air outlet 36.
  • the gap 70 decreases and the sealing lip 40 and the electrodes 34 finally come into contact with the ground contact unit 12.
  • the guide device 56 ensures that the vehicle contact unit 16 is parallel to the ground contact unit 12, so that it is always ensured that all the electrodes 34 rest on the ground contact unit 12.
  • the extended charging position of the vehicle contact unit 16 has been reached. In this position, the sealing lip 40 closes the gap 70 in the radial direction, so that no dirt, leaves or liquid can get back into the gap 70.
  • no sealing lip 40 is provided. In this case, it can be prevented by permanently elevated air pressure within the gap 70 that no contaminants pass back into the gap 70.
  • the spindle 59 or the coil spring 61 can be blocked, so that no tensile force acts on the tension members 60, which pulls the vehicle contact unit 16 from the loading position to the top.
  • the power of the compressed air source 27, in this case of the compressor 28, during charging can be reduced.
  • the contact surfaces 13 of the ground contact unit 12 If now the electrodes 34 have come into contact with the contact surfaces 13 of the ground contact unit 12, the contact surfaces 13, as indicated in Figure 5b, freerieben or ground to an oxide layer formed on the contact surfaces 13 and / or the electrodes 34 could have to remove.
  • the electrodes 34 are moved in their transverse direction, as described for FIG. 3 c.
  • the direction of movement which is referred to below as the grinding direction R s , runs parallel to the front side of the base 30 and the surface of the contact surfaces 13 and transversely to the contacting direction RK.
  • the electrodes 34 are thus moved along the contact surfaces 13 and thus grind over the contact surfaces 13, ie a possible oxide layer is removed, so that an electrical connection between the electrodes 34 and the contact surfaces 13 is realized with a very low resistance.
  • the vehicle 10 is now electrically connected to the charging infrastructure and can be charged.
  • the vehicle contact unit 16 must be retracted.
  • the compressed air from the interior 24 of the bellows 22 is first let out and the compressed air source 27 is deactivated, so here the compressor 28 is turned off.
  • the pressure from the interior 24 may be discharged from the bellows 22 either by means of the air outlet 36 and / or by another valve (not shown).
  • the rear part drive 58 is activated.
  • the lock of the spindle 59 or the spiral fields 61 is released, so that the coil spring 61, the spindle 59 is acted upon by a torque counter to the rotational direction when rolling.
  • the torque leads to a rotation of the spindle 59, so that a tensile force acts on the tension elements 60, which pulls the tension elements 60 towards the spindle 59.
  • the spindle 59 can of course also be driven by it or the spiral spring 61 can be supported by it.
  • the tension members 60 are thereby rolled up onto the spindle 59, whereby the base 30 is moved away evenly upward from the ground contact unit 12 and the bellows 22 is pushed together.
  • the technical system of the compressed air source 27 can be switched to generate the overpressure in a negative pressure mode, so that it empties the bellows 22 and this contracts.
  • the two locking elements 66, 68 engage each other and hold the bellows 22 in this position.
  • the vehicle contact unit 16 is now safely stowed on the underbody of the vehicle 10 and the vehicle 10 can be moved safely.
  • vehicle connecting device 14 in detail with its cleaning device, in the form of the air outlet 36 and the compressed air source 27, the following describes how the vehicle 10 or the vehicle connecting device 14 is positioned relative to the ground contact unit 12 in order to establish the electrical connection between of the vehicle connecting device 14 and the ground contact unit 12.
  • the vehicle 10 includes a controller 72 and an underbody camera 74, a front camera 76, a rear camera 78 and two flank cameras 80 (see FIG. 6), wherein only one flank camera 80 is shown in FIG.
  • the controller 72 is constituted by the on-board computer of the vehicle 10 which also constitutes the controller 72 of the vehicle connecting device 14 at the same time.
  • separate controls may be provided for the vehicle 10 and the vehicle connection device 14 that are preferably in communication with each other.
  • the cameras 74, 76, 78, 80 are coupled to the controller 72 and provide image data that can be evaluated by the controller 72, for example, to determine the electrical contact surfaces 13 of a ground contact unit 12 and / or to allow autonomous driving, even at higher speeds.
  • the fields of view 82 of the underbody camera 74, the front camera 76 and the rear camera 78 are shown in FIG. 6 by dotted lines and correspondingly point to the ground under the vehicle 10 and to the area in front of and behind the vehicle 10.
  • the fields of view of the edge cameras 80 point towards the areas laterally adjacent to the vehicle 10 are not shown in Figure 6.
  • the underbody camera 74 is in the illustrated embodiment behind the vehicle contact unit 16, that is, closer to the rear of the vehicle 10, respectively.
  • the vehicle contact unit 16 lies in the field of view 82 of the underbody camera 74 at least in the extended loading position (so that the underbody camera 74 can in particular see the area that is provided for establishing an electrical connection of the vehicle contact unit 16 with the ground contact unit 12.
  • fewer or more cameras 74, 76, 78 80 may be provided for the vehicle 10 and the vehicle connection device 14, respectively.
  • cameras 74, 76, 78 80 may be provided with intersecting fields of view 82 which receive the same area from different perspectives. In this way, more information can be provided for the evaluation, which facilitates image analysis. Furthermore, the reliability improves due to the redundancy.
  • a lighting device 84 is mounted between the underbody camera 74 and the vehicle contact unit 16 on the underbody of the vehicle 10 and adapted to illuminate, at least in sections, the area in the field of view of the underbody camera 74 to increase the image quality of the images of the underbody camera 74 and thus a Evaluation of the image data easier.
  • the lighting device 84 comprises a lighting means (not shown), for example one or more light emitting diodes, a gas discharge or incandescent lamp.
  • a protective device in the form of a protective flap 86 is provided on the underbody of the vehicle 10.
  • the protective flap 86 or protective cap is for this purpose adjustable between a closed position and an open position. In the closed position (see FIG. 6), the protective flap 86 shields the underbody camera 74 from the surroundings of the vehicle, so that in particular the lens of the underbody camera 74 is concealed and, for example, can not be damaged by falling rocks or dirt can be contaminated.
  • the open position shown by dashed lines in FIG.
  • the underbody camera 74 is released, so that the field of view of the underbody camera 74 is essentially not restricted by the protective flap 86 and, in particular, the area can be viewed that is used to establish an electrical connection between the vehicle contact unit 16 and the vehicle body Ground contact unit 12 is provided.
  • the protective flap 86 may for example be slidably or rotatably mounted so that the protective flap 86 can be displaced or pivoted in front of the underbody camera 74.
  • an actuator (not shown) is provided to move the guard 86 from the closed position to the open position.
  • the protective device 86 is controlled via the controller 72.
  • the controller 72 is designed such that the protective device 86 is moved to the open position only when the underbody camera 74 is used to detect the ground contact unit 12 and the contact surfaces 13, and closed in all other states remains. For example, when approaching a ground contact unit 12 to less than 10 m and at a low traveling speed, such as less than 10 km / h, the underbody camera 74 may be released.
  • the information that the vehicle 10 is located in the vicinity of a ground contact unit 12, the controller 72, for example, by wireless communication, such as WLAN, Bluetooth, GPS or wireless detect.
  • the driver informs the controller 72 by means of an input that a docking maneuver, i. a maneuver in which an electrical connection of the vehicle contact unit 16 is made with a ground contact unit 12, to be performed.
  • a docking maneuver i. a maneuver in which an electrical connection of the vehicle contact unit 16 is made with a ground contact unit 12, to be performed.
  • the controller 72 closes the guard 86 automatically when the loading is complete or when it is apparent that no docking maneuver is being performed, for example, when the vehicle speed exceeds 20 km / h. In this way it is ensured that the underbody camera 74 is protected when not in use.
  • the protective device 86 may be a diaphragm, in particular an iris diaphragm. In the embodiment shown, the protective device 86 is provided on the vehicle 10. Alternatively, the protection device 86 may be provided directly on the underbody camera 74.
  • the controller 72 is designed such that it can perform various analyzes, for example pattern recognition, using the image data of the cameras 74, 76, 78, 80.
  • at least one reference image of the ground contact unit 12 is stored in the controller 72.
  • a plurality of reference images of the ground contact unit 12 in different perspectives and in different States deposited, for example, with and without contamination (see Figure 7).
  • the controller 72 may include image analysis software provided for evaluating the image data of the cameras 74, 76, 78 80. In this way, the controller 72 can detect the ground contact unit 12 of a charging infrastructure and detect the electrical contact surfaces 13 of the ground contact unit 12 and an insulating surface 88 (see Figure 7) surrounding the electrical contact surfaces 13 and electrically isolated from each other.
  • controller 72 can determine which contact surfaces 13 are exposed and thus directly suitable for producing an electrical connection.
  • the controller 72 may further determine which contact surfaces 13 are not exposed and thus are not directly suitable for making an electrical connection.
  • Non-exposed contact surfaces 13, are characterized in particular by the fact that they are at least partially hidden, for example because the contact surface 13 is dirty or is covered by an object.
  • the controller 72 may distinguish between cleanable soils, such as water pools 90 or roll splits, and non-cleanable soils, such as larger bricks 91 having a volume of several cm 3 or a wood block 93. Cleanable contaminants here are only contaminants that can be removed with the cleaning device of the vehicle connection device 14, ie in particular by blowing.
  • the controller 72 also recognize and classify as non-cleanable pollution and treat as such.
  • a composite of three exposed contact surfaces 13 is required, each contact surface 13 adjacent to each of the other two contact surfaces 13, so that a Art triangle is described.
  • the region 92 has at least one such composite, while the region 94 does not include such a composite.
  • both the number and positions of the exposed contact surfaces 13 of the composite required to make an electrical connection may differ.
  • only two exposed contact surfaces 13 may be required for this purpose.
  • the controller 72 After the controller 72 has determined the exposed contact surfaces 13, it can select a region 92 of the ground contact unit 12, which is to be controlled to establish the electrical connection.
  • the region 92 can be larger than the required composite of exposed contact surfaces 13 in order to take into account the dimensions of the vehicle contact unit 16 and thus ensure that the entire vehicle contact unit 16 rests in parallel on the ground contact unit 12.
  • the controller 72 may also incorporate non-exposed but cleanable pads 13, i. the region may include one or more non-exposed but cleanable contact surfaces 13. In this case, a cleaning step is performed to expose the contact surface 13.
  • a cleaning step may be performed even if no contamination has been detected, i. the controller 72 classifies all contact surfaces 13 in the area to be contacted as exposed. In this way, unrecognizable cleanable contaminants can be removed, whereby the quality of the electrical connection can be increased.
  • the controller 72 further provides a positioning aid that assists the driver in positioning the vehicle 10 or the vehicle connection device 14 relative to the ground contact unit 12 or autonomously engages the vehicle 10 controls this position, in which an electrical connection of the vehicle contact unit 16 with the ground contact unit 12 can be produced. In particular, this function serves to control the area 92, which is to be controlled for the production of the electrical connection. If the positioning aid supports the driver, the controller 72 provides optical signals, such as direction information, to the driver via a display device, for example a display, for orientation.
  • ground contact unit 12 In order to be able to more accurately determine the relative position of the vehicle 10 relative to the ground contact unit 12 or the individual contact surfaces 13, various features can be provided on the ground contact unit 12 (see FIG. 8). The features may also facilitate the detection of the ground contact unit 12 or the individual contact surfaces 13 and / or provide additional information, such as the identification number of the ground contact unit 12.
  • the following features are provided on the ground contact unit 12: a QR code 96, various binary bar codes or lines 97, 98, 99, 110, a pattern 101 of equidistant points arranged around individual contact surfaces 13, three triangular symbols 102, the middle of which is aligned with the center of the ground contact unit 12, arrow-shaped markings 103 which emphasize the contour of individual contact surfaces 13, and a contact surface 104 which is distinguished by a contrast which differs from the other contact surfaces 13, for example due to a specific coloration.
  • the contact surfaces 13 may form one or more features by their shape, orientation and / or arrangement.
  • the positioning aid can by means of the features and when using a high-resolution camera 74, 76, 78, 80, in particular the underbody camera 74, the positioning of the vehicle 10 relative to the ground contact unit 12 and the individual contact surfaces 13 with an accuracy of ⁇ 40 mm, in particular ⁇ 10 mm. Additionally or alternatively, features may be provided in the vicinity of about 3 m of the ground contact unit 12, which make it easier for the controller 72 to determine the position or orientation of the vehicle 10 or to suggest the presence of a ground contact unit 12, even if these (yet) has not been detected directly, for example, because it is covered by a leaf or snow layer.
  • FIG. 9 shows a parking space 106 with a ground contact unit 12, which is provided as a parking space for the vehicle 10 during the charging process.
  • the parking lot 106 has a boundary 108 in the form of a ground mark, which is formed from a border of three parallel lines. Characterized in that the distance of the lines to the center of the parking lot 106 decreases, it is indicated on which side of the boundary 108, the ground contact unit 12 of the parking lot 106 is located.
  • transmitters 110 are provided which provide an electromagnetic signal that can be used by the controller 72 for orientation.
  • a plurality of lines 1 12 are provided within the boundary 108, which extend parallel to an edge of the ground contact unit 12.
  • the distance between the lines 1 12 to each other increases with increasing distance to the ground contact unit 12, so that from the distance of the lines 1 12 can be closed to the distance to the ground contact unit 12.
  • controller 72 The above features are stored in the controller 72 as a reference and can thereby be recognized and interpreted by the controller 72.
  • the vehicle 10 approaches a ground contact unit 12, the spatial proximity of which is detected by the GPS position stored in a map or by reception of the wireless communication signal, such as WLAN, Bluetooth or radio.
  • the vehicle 10 reduces the speed to less than 10 km / h and releases the underbody camera 74 by opening the optional protection device 86.
  • the cameras 74, 76, 78, 80 are used to determine the position and orientation of the ground contact unit 12.
  • the controller uses Figure 72 shows the features on the parking lot 106 and on the ground contact unit 12 for orientation. After the ground contact unit 12 has been detected, the controller 72 uses the image data of the cameras 74, 76, 78, 80 to determine which contact surfaces 13 are suitable for establishing an electrical connection.
  • the vehicle autonomously controls the area with the selected composite of contact surfaces 13 or assist the driver in doing so.
  • the vehicle contact unit 16 is lowered and a cleaning step is performed to remove debris and improve the quality of the electrical connection.
  • the vehicle contact unit 16 is raised again and the cleaning success with the underbody camera 74 is checked. Depending on the contamination, further cleaning steps can now follow to expose the contact surfaces 13.
  • another area on the ground contact unit 12 can be controlled. This can be done either by the fact that the vehicle contact unit 16 is also adjusted laterally and / or that the vehicle is moved autonomously.
  • the vehicle contact unit 16 is moved downwards against the ground contact unit 12 and optionally a cleaning step is carried out.
  • the contacted contact surfaces 13 are switched on and the charging process of the vehicle battery begins.
  • the ground contact unit 12 is monitored by means of the underbody camera 74 in order, for example, to initiate a protective reaction when an animal approaches the vehicle contact unit 16. If the charging process is finished or should be canceled, the contacted contact surfaces 13 are switched off again and the vehicle contact unit 16 retracted. Finally, the guard 86 is closed to shield the underbody camera 74, and the vehicle 10 is ready to travel. In this way, electrical connection of the vehicle contact unit 16 to the ground contact unit 12 of the charging infrastructure can be provided with high quality and low losses.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit (16) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (10), mit einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur ist vorgesehen. Die Bodenkontakteinheit (12) weist mehrere elektrische Kontaktflächen auf, von denen zumindest zwei für das Laden der Fahrzeugbatterie durch die Fahrzeugkontakteinheit (16) berührt werden müssen. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass zumindest einer der elektrischen Kontaktflächen und/oder zumindest einer die elektrischen Kontaktflächen umgebenden Isolationsfläche mithilfe mindestens einer Kamera (74, 76, 78, 80) am Fahrzeug (10) für die Herstellung einer elektrischen Verbindung erfasst wird. Des Weiteren sind eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung (14) zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit (16) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (10) mit einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur und ein Fahrzeug (10) mit einer Fahrzeugverbindungsvorrichtung (14) vorgesehen.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ELEKTRISCHEN VERBINDUNG EINER FAHRZEUGKONTAKTEINHEIT,
FAHRZEUGVERBINDUNGSVORRICHTUNG UND FAHRZEUG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen
Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen
Ladeinfrastruktur. Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugverbindungsvorrichtung.
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wie Plug-in-Hybridfahrzeugen und reinen Elektrofahrzeugen müssen die Batterien der Fahrzeuge regelmäßig, am besten nach jeder Fahrt, aufgeladen werden. Hierzu wird das Fahrzeug mittels eines Fahrzeugverbindungssystems mit der Ladeinfrastruktur verbunden.
Bekannt sind beispielsweise Fahrzeugverbindungssysteme mit einer Kontakteinheit der Ladeinfrastruktur, die am Boden vorgesehen ist. Diese am Boden angeordnete Bodenkontakteinheit wird mittels einer verfahrbaren Fahrzeugkontakteinheit, die sich aus dem Unterboden des Fahrzeugs nach unten bewegen kann, physisch kontaktiert. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung des Fahrzeugs mit der Ladeinfrastruktur ermöglicht.
Diese Fahrzeugverbindungssysteme benötigen physischen Kontakt zwischen den Elektroden der Fahrzeugkontakteinheit und den Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit. Bei diesen Systemen treten Probleme dadurch auf, dass die Fahrzeugkontakteinheit nicht korrekt auf den Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit aufliegt, beispielsweise aufgrund von verschmutzten, verdeckten oder beschädigten Kontaktflächen, und hierdurch ein Ladungstransfer zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug nicht oder nicht effizient erfolgen kann. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung bereitzustellen, die eine elektrische Verbindung der am Fahrzeug angeordneten Kontakteinheit mit einer am Boden angeordneten Kontakteinheit der Ladeinfrastruktur mit hoher Qualität und geringen Verlusten bereitstellen können. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugverbindungsvorrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, das eine Fahrzeugbatterie hat, mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur vorgesehen. Die Ladeinfrastruktur weist mehrere elektrische Kontaktflächen auf, von denen zumindest zwei für das Laden der Fahrzeugbatterie durch die Fahrzeugkontakteinheit berührt werden müssen. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass zumindest eine der elektrischen Kontaktflächen und/oder zumindest eine die elektrischen Kontaktflächen umgebenden Isolationsfläche für die Herstellung einer elektrischen Verbindung mithilfe mindestens einer Kamera am Fahrzeug erfasst wird. Somit werden die elektrischen Kontaktflächen sowie deren Position direkt bzw. indirekt über die umgebende Isolationsfläche erfasst. Das bedeutet, dass die elektrischen Kontaktflächen gezielt angesteuert werden können, wodurch eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit mit hoher Qualität und geringen Verlusten gewährleistet werden kann.
Unter einer Kamera wird im Rahmen dieser Erfindung jedes optische Erkennungsmittel verstanden, wie z.B. eine CCD-Kamera, ein Array aus Fotodioden oder dergleichen.
Alternativ kann das Erfassen der elektrischen Kontaktflächen auch indirekt über das Erfassen von Markierungen erfolgen, die im Nahbereich (ca. 2 - 5m entfernt) einer entsprechenden Bodenkontakteinheit vorgesehen sind und auf die Position der elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit schließen lassen. Auf diese Weise kann die Bodenkontakteinheit auch dann erfasst werden, wenn diese beispielsweise vollständig von Laubblättern verdeckt ist.
Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt umfassen, dass mithilfe mindestens einer Kamera am Fahrzeug ermittelt wird, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit für die elektrische Verbindung geeignet sind. Eine elektrische Kontaktfläche gilt hierbei als für die elektrische Verbindung geeignet, wenn sie entweder frei liegt, d.h. nicht verdeckt und insbesondere nicht verschmutzt ist, oder lediglich geringfügig verschmutzt ist, sodass bei einer Kontaktierung eine elektrische Verbindung mit keinen oder nur geringen Leistungsverlusten herstellbar ist. Insbesondere gilt eine elektrische Kontaktfläche ferner nur dann als für die elektrische Verbindung geeignet, wenn sie keine mechanische Beschädigung aufweist, die die elektrische Verbindung wesentlich beeinträchtigt. Weist das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugkontakteinheit eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Reinigungsfunktion auf, kann auch eine stärker verschmutzte oder sogar vollständig verdeckte elektrische Kontaktfläche als für die elektrische Verbindung geeignet gelten. Beispiele für entfernbare Verschmutzungen bzw. Objekte, die elektrische Kontaktflächen verdecken können, sind Flüssigkeiten, insbesondere Wasser oder Öl, Salzkrusten, Blütenstaub, Reifenabrieb, Bremsstaub, Rollsplit, Laub sowie Papier. Um zu ermitteln, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit für die elektrische Verbindung geeignet sind, können insbesondere die Bilddaten der Kamera mit einem oder mehreren Referenzbildern verglichen werden. Ferner müssen nicht alle elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit im Blickfeld der Kamera liegen. Es kann auch ausreichen, nur einen Abschnitt der Bodenkontakteinheit zu observieren. In diesem Schritt wird somit ermittelt, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit aufgrund ihrer Position, Anordnung und/oder Beschaffenheit prinzipiell für die elektrische Verbindung geeignet sind und welche nicht. In Schritt b) des Verfahrens kann ferner mithilfe der mindestens einen Kamera am Fahrzeug ermittelt werden, welche Kontaktflächen für die elektrische Verbindung freiliegen und/oder ob eine Verschmutzung der Bodenkontakteinheit einem sicheren Ladevorgang entgegen steht. Eine elektrische Kontaktfläche gilt hierbei als für die elektrische Verbindung freiliegend, wenn sie nicht verdeckt und insbesondere nicht verschmutzt oder lediglich geringfügig verschmutzt ist, sodass bei einer Kontaktierung eine elektrische Verbindung mit keinen oder nur geringen Leistungsverlusten herstellbar ist.
Außerdem können bestimmte Verschmutzungen einem sicheren Ladevorgang entgegenstehen. Solche Verschmutzungen würden dazu führen, sofern trotz dieser Verschmutzungen ein Ladevorgang durchgeführt werden würde, dass nur ein schlechter oder gar unzureichender elektrischer Kontakt zwischen der verschmutzten Kontaktfläche und der entsprechenden Elektrode erreicht werden kann und/oder dass die Verschmutzung, z.B. eine Wasserlache, zwei Kontaktflächen miteinander elektrisch verbindet, sodass sich Kriechströme zwischen den betroffenen Kontaktflächen ausbilden oder gar ein Kurzschluss entsteht, die bzw. der ein sicheres Laden verhindert.
Um zu ermitteln, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit für die elektrische Verbindung freiliegen, können auch hier insbesondere die Bilddaten der mindestens einen Kamera mit einem oder mehreren Referenzbildern verglichen werden. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontaktflächen identifiziert, die direkt für eine elektrische Verbindung mit hoher Qualität und geringen Verlusten bereitstehen.
Zusätzlich oder alternativ kann in Schritt b) des Verfahrens mithilfe der mindestens einen Kamera am Fahrzeug ermittelt werden, welche elektrischen Kontaktflächen für die elektrische Verbindung nicht freiliegen und eine Verschmutzung aufweisen, die insbesondere reinigbar ist. Hierzu zählen auch elektrische Kontaktflächen, die nicht direkt von mindestens einen Kamera erfasst werden kann, beispielsweise weil sie vollständig von einem Laubblatt verdeckt sind. Welche Art von Verschmutzung als reinigbar zählt, hängt grundsätzlich von der Reinigungseinrichtung bzw. der Reinigungsfunktion des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugkontakteinheit ab.
Als nicht reinigbar gelten Verschmutzung, die beispielsweise aufgrund ihrer Masse, Konsistenz und/oder adhäsiven Eigenschaften nicht oder nicht effizient von der Reinigungseinrichtung bzw. der Reinigungsfunktion des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugkontakteinheit entfernt werden können.
Hierzu zählen insbesondere Objekte mit einer Masse von mehr als 10g, wie größere Steine, sowie Kaugummi und Kot. Mechanische Beschädigungen der elektrischen Kontaktflächen, die die elektrische Verbindung wesentlich beeinträchtigen, können ebenfalls als nicht entfernbare Verschmutzung zählen. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontaktflächen ermittelt, die für eine elektrische Verbindung prinzipiell bereitstehen, jedoch zuvor eine Reinigung erfordern. Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt, dass ein Bereich der Bodenkontakteinheit ausgewählt wird, der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Der Bereich weist dabei einen Verbund an freiliegenden Kontaktflächen auf, mittels dem die elektrische Verbindung hergestellt werden kann. Der Verbund entspricht insbesondere genau der Anzahl von elektrischen Kontaktflächen in genau der Anordnung, die zum Herstellen einer elektrischen Verbindung erforderlich sind. Vorzugsweise besteht der Bereich aus dem Verbund. Hierdurch wird eine sichere elektrische Verbindung mit hoher Qualität gewährleistet. Ferner kann das Verfahren den Schritt umfassen, dass ein Bereich der Bodenkontakteinheit ausgewählt wird, der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Der Bereich weist dabei zumindest eine Kontaktfläche auf, die nicht zum Herstellen einer elektrischen Verbindung freiliegt. Insbesondere entspricht der Bereich genau der Anzahl von elektrischen Kontaktflächen in genau der Anordnung, die zum Herstellen einer elektrischen Verbindung erforderlich sind. Bei der Auswahl werden ausschließlich elektrische Kontaktflächen mit einbezogen, die geeignet sind sowie freiliegen oder als reinigbar gelten. Das bedeutet, dass stark beschädigte oder schwer verschmutzte elektrische Kontaktflächen nicht Teil des Bereichs der Bodenkontakteinheit sind, der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Somit können auch Bereiche mit verschmutzten aber reinigbaren elektrischen Kontaktflächen zum Herstellen einer elektrischen Verbindung genutzt werden, wodurch das Herstellen der elektrischen Verbindung nicht nur einfacher und schneller erfolgen kann, sondern auch Bodenkontakteinheiten zum Herstellen einer elektrischen Verbindung nutzbar sind, die sonst nicht nutzbar wären, weil sie keinen entsprechenden Verbund an freiliegenden Kontaktflächen aufweisen, mittels dem eine elektrische Verbindung hergestellt werden kann.
Nach dem Auswählen des Bereichs kann es vorgesehen sein, dass die Fahrzeugkontakteinheit nach unten gegen die Bodenkontakteinheit gefahren wird, um die elektrische Verbindung herzustellen. Hierbei wird die elektrische Verbindung insbesondere in dem ausgewählten Bereich hergestellt, sodass eine elektrische Verbindung mit hoher Qualität und geringen Verlusten sichergestellt ist. In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Durchführen eines vollautomatischen Reinigungsschritts. Insbesondere wird im Anschluss an den Reinigungsschritt Schritt b) durchgeführt, um erneut zu ermitteln, welche elektrischen Kontaktflächen nach der Reinigung für die elektrische Verbindung geeignet sind. Durch die Reinigung können Verschmutzungen entfernt und elektrische Kontaktflächen freigelegt werden, die dann zum Herstellen einer elektrischen Verbindung bereitstehen. Es können mehrere Reinigungsschritte vorgesehen sein, insbesondere wenn die Reinigung nicht erfolgreich war, beispielsweise bei starken Verschmutzungen, die einen größeren Reinigungsaufwand erfordern.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Fahrzeug nach Auswählen des Bereichs selbsttätig steuernd verfahren wird oder optische Lenksignale im Innenraum für den Fahrer zur manuellen Lenkung der Fahrzeugs ausgegeben werden, um die Fahrzeugkontakteinheit in eine Position zu bringen, in der sie an die ausgewählten Kontaktflächen ankoppelbar ist. Auf diese Weise kann das zum Ankoppeln erforderliche Manöver des Fahrzeugs für den Fahrer erleichtert oder übernommen werden, wodurch der Komfort erhöht wird und ein sicheres Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit gewährleistet werden kann. Zur Durchführung des Schritts a) und/oder b) kann eine Unterbodenkamera und/oder eine Frontkamera und/oder Heckkamera des Fahrzeugs verwendet werden. Die Unterbodenkamera hat den Vorteil, dass die Bodenkontakteinheit bzw. die elektrischen Kontaktflächen auch dann erfasst werden können, wenn sich das Fahrzeug über der Bodenkontakteinheit befindet. Ferner kann vorgesehen sein, erst nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit eine bestimmte Anzahl von elektrischen Kontaktflächen, insbesondere im ausgewählten Bereich, elektrisch zuzuschalten. Vorzugsweise werden hierbei nur die elektrischen Kontaktflächen zugeschaltet, die für den Ladungstransfer erforderlich sind.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, das eine Fahrzeugbatterie hat, mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur vorgesehen. Die Bodenkontakteinheit weist mehrere elektrische Kontaktflächen auf, von denen zumindest zwei für das Laden der Fahrzeugbatterie durch die Fahrzeugkontakteinheit berührt werden müssen. Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung umfasst die Fahrzeugkontakteinheit, zumindest eine Kamera sowie eine mit der Kamera gekoppelte Steuerung. Ferner ist die Fahrzeugverbindungsvorrichtung insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Die Steuerung ist derart ausgebildet, dass sie mittels der zumindest einen Kamera freiliegende elektrische Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit ermitteln kann. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Bilddaten der Kamera mit einem oder mehreren Referenzbildern verglichen werden. Damit können freiliegende Kontaktflächen gezielt zur elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit angesteuert und eine elektrische Verbindung mit hoher Qualität und geringen Verlusten beim Laden der Fahrzeugbatterie bereitgestellt werden.
Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung kann eine Reinigungseinrichtung umfassen, die zum Freilegen bzw. Reinigen der elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit zumindest im ausgewählten Bereich vorgesehen ist. Der ausgewählte Bereich ist dabei der Bereich, der zur elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit vorgesehen ist. Mittels der Reinigungseinrichtung können elektrische Kontaktflächen gereinigt bzw. freigelegt werden, indem Verschmutzungen und/oder Fremdkörper entfernt werden. Hierdurch kann die Qualität der elektrischen Verbindung verbessert und es können somit Leistungsverluste verringert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung für eine Positionierhilfe, mittels der das Fahrzeug relativ zu einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur selbsttätig lenkend positioniert werden kann, so ausgebildet, dass sie optische, in der Steuerung als Referenz hinterlegte Merkmale an der Bodenkontakteinheit erfassen kann. Zusätzlich oder alternativ können optische Merkmale erfasst werden, die im Nahbereich, d.h. bis zu 3m entfernt, von der Bodenkontakteinheit vorgesehen sind, beispielsweise auf dem Parkplatz bzw. der Parkplatzbegrenzung der Bodenkontakteinheit. Diese Merkmale, die beispielsweise Markierungen oder Codes sind, sind zur Orientierung vorgesehen und erleichtern die Navigation sowie das Erfassen der Bodenkontakteinheit und/oder der elektrischen Kontaktflächen.
Die elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit können hierzu ein optisches Merkmal für die Positionierhilfe bilden, beispielsweise aufgrund ihrer Anordnung, ihrer Form und/oder Markierungen, die direkt auf den elektrischen Kontaktflächen vorgesehen sind, wie Kerben. Da die elektrischen Kontaktflächen meist aus einem widerstandsfähigen metallischen Werkstoff bestehen, kann auf diese Weise das Merkmal dauerhaft bereitgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das optische Merkmal auch eine Reflektion und/oder die Stärke der Reflektion des Lichtes einer Beleuchtungsvorrichtung der Fahrzeugkontakteinheit an den Kontaktflächen umfassen. Beispielsweise können die Kontaktflächen anhand ihrer stärkeren Reflektion im Vergleich zur Reflektion der Isolationsfläche erkannt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugverbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur. Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung ist hierbei insbesondere eine erfindungsgemäße Fahrzeugverbindungsvorrichtung. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Unterbodenkamera zum optischen Erfassen der Bodenkontakteinheit. Die Unterbodenkamera ist eine Kamera, die den Boden unter dem Fahrzeug einsieht und insbesondere an der Fahrzeugunterseite angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Fahrzeugkontakteinheit ebenfalls im Sichtfeld der Unterbodenkamera, insbesondere im ausgefahrenen Zustand der Fahrzeugkontakteinheit. Ferner ist eine Überwachung der Bodenkontakteinheit beim Laden möglich, beispielsweise um eine Schutzreaktion einzuleiten, wenn ein Tier die Bodenkontakteinheit betritt und/oder die Fahrzeugkontakteinheit berührt oder verschiebt. Eine Schutzreaktion kann zum Beispiel darin bestehen, ein akustisches Signal abzugeben, um das Tier zu vertreiben, oder die Spannung der elektrischen Kontaktflächen zu reduzieren bzw. abzuschalten. Auf diese Weise können die elektrischen Kontakte genauer angesteuert und die Sicherheit erhöht werden. Weist das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugkontakteinheit eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Reinigungsfunktion auf, kann die Unterbodenkamera ferner das Ergebnis eines Reinigungsschritts ermitteln, ohne dass hierzu das Fahrzeug bewegt werden muss.
In einer alternativen Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Schutzeinrichtung auf, die die Linse der Unterbodenkamera verdeckt, insbesondere zum Schutz vor Verschmutzung und/oder Beschädigung. Die Schutzeinrichtung ist derart ausgebildet bzw. wird derart gesteuert, dass sie die Linse freigibt, wenn ein Verfahren zur elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur eingeleitet wird. Nachdem die Verbindung hergestellt wurde oder nach Abschluss des Ladevorgangs, wird die Linse wieder verdeckt. Hierdurch wird die Linse bzw. die Kamera in der Zeit geschützt, in der sie nicht verwendet wird, wodurch Funktionsfehler vermieden werden, wie eine fehlerhafte Erfassung von freiliegenden elektrischen Kontaktflächen aufgrund einer verschmutzten oder verkratzten Linse. Das Fahrzeug kann ferner eine Beleuchtungseinrichtung aufweisen, die zur Beleuchtung des Aufnahmebereichs der Unterbodenkamera vorgesehen ist, um die Qualität der Bilddaten und damit die Detektionsfähigkeit zu verbessern. Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere Licht in einem speziellen Wellenlängenbereich wie UV bereitstellen, das entsprechend gestaltete Markierungen besonders gut detektierbar macht und somit die Fähigkeiten zur Erfassung der Markierung bzw. zur Ermittlung der elektrischen Kontaktflächen zusätzlich verbessern. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst beispielsweise eine oder mehrere LEDs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Fahrzeug eine elektronische Steuerung zur autonomen Lenkung haben. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung eine Positionierhilfe bereitstellen, mittels der das Fahrzeug relativ zu einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur selbsttätig lenkend positioniert werden kann. Ferner kann die Steuerung zusätzlich oder alternativ mit einer optischen Richtungsanzeige im Fahrzeuginneren verbunden sein, die anzeigen kann, wohin der Fahrer das Fahrzeug lenken soll, sodass eine elektrische Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit des Fahrzeugs mit der Bodenkontakteinheit herstellbar ist. Weist die Fahrzeugverbindungsvorrichtung eine Steuerung auf, kann diese Steuerung identisch zur Steuerung der Fahrzeugverbindungsvorrichtung sein. Auf diese Weise kann der Fahrer bei einem Ankoppelmanöver durch die Steuerung unterstützt werden oder die Steuerung übernimmt das Manövrieren des Fahrzeugs zum Herstellen einer elektrischen Verbindung selbstständig. Hierdurch wird der Komfort für den Fahrer erhöht sowie sichergestellt, dass die elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit korrekt hergestellt werden kann.
Zum Bereitstellen einer genaueren Positionierhilfe können weitere Sensoren bzw. Einrichtungen wie GPS, WLAN, Ultraschall oder NFC vorgesehen sein. Ferner können bei der Positionierhilfe der Radeinschlag und die Raddrehzahl von einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Denkbar ist es auch, dass in der Bodenkontakteinheit wenigstens eine Spule und/oder wenigstens ein Funksender an wenigstens einem vorbestimmten Punkt angeordnet ist und die Fahrzeugkontakteinheit einen entsprechenden Empfänger für elektromagnetische Signale und/oder Funksignale aufweist. Anhand der vom Empfänger empfangenen Signale, die von der Spule bzw. dem Funksender erzeugt wurden, kann die Position der Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit, zum Beispiel mittels Triangulation, bestimmt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugverbindungsvorrichtung,
Figur 2 eine stark vereinfachte und schematische Schnittansicht der Fahrzeugkontakteinheit der Fahrzeugverbindungsvorrichtung nach Figur 1 , die Figuren 3a und 3b Schnittansichten der Fahrzeugkontakteinheit im Bereich einer Elektrode in verschiedenen Ausführungsformen zur federnden Halterung der Elektrode,
Figur 3c eine vergrößerte Ansicht einer einzelnen Elektrode mit einem Schleifaktuator, die Figuren 4a und 4b stark vereinfachte schematische Schnittansichten der Fahrzeugverbindungsvorrichtung gemäß Figur 1 im Längs- bzw. Querschnitt, die Figuren 5a bis 5c verschiedene Schritte während des Herstellens der elektrischen Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit mit einer Bodenkontakteinheit,
Figur 6 in einer schematischen Darstellung weitere Einrichtungen des Fahrzeugs aus Figur 1 ,
Figur 7 in einer perspektivischen Ansicht eine Bodenkontakteinheit mit verschiedenen Verschmutzungen, - Figur 8 in einer Draufsicht eine Bodenkontakteinheit mit verschiedenen optischen Merkmalen zur Orientierung, und
Figur 9 in einer Draufsicht einen Parkplatz mit verschiedenen optischen Merkmalen zur Orientierung.
In Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, beispielsweise ein batteriebetriebenes Fahrzeug oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug, das auf oder über einer Bodenkontakteinheit 12 mit Kontaktflächen 13 einer elektrischen Ladeinfrastruktur (nicht gezeigt) abgestellt ist.
Die elektrische Ladeinfrastruktur dient dazu, die Batterien des Fahrzeugs 10, insbesondere nach einer Fahrt, wieder aufzuladen. Am Unterboden des Fahrzeugs 10 ist eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 befestigt, die das Fahrzeug 10 mit der Ladeinfrastruktur, genauer gesagt die eine Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 elektrisch verbinden kann.
Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 weist neben der Fahrzeugkontakteinheit 16 einen Kontaktierungsaktuator 18 und einen Schleifaktuator 20 (Figur 3c) auf.
Der Kontaktierungsaktuator 18 kann einen Faltenbalg 22 mit einem Innenraum 24 und einem Basisabschnitt 26 sowie eine Druckluftquelle 27, wie einen Kompressor 28, umfassen. Im Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 oder in einem Luftzufuhrkanal zum Faltenbalg 22 kann zudem eine Heizwendel 29 vorgesehen sein, die die Luft im Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 aufheizt.
Die Druckluftquelle 27 steht mit dem Innenraum 24 in fluidischer Verbindung, sodass die Druckluftquelle 27 den Faltenbalg 22 aufblasen kann. Ein fahrzeugseitiges erstes Ende des Faltenbalgs 22 ist mittels des Basisabschnitts 26 am Fahrzeug 10, insbesondere am Unterboden des Fahrzeugs, befestigt. An dem vom Fahrzeug 10 abgewandten zweiten Ende des Faltenbalgs 22 ist die Fahrzeugkontakteinheit 16 befestigt.
Die Fahrzeugkontakteinheit 16 ist in Figur 2 dargestellt und weist einen Sockel 30, beispielsweise in Form einer Platte, insbesondere einer kreisförmigen Platte auf, die das zweite Ende des Faltenbalgs 22 verschließt. Die Platte ist insbesondere aus Kunststoff.
An der dem Fahrzeug 10 abgewandten Vorderseite des Sockels 30, also der der Bodenkontakteinheit 12 zugewandten Seite des Sockels 30, weist der Sockel 30 einen Kontaktierungsbereich 32 auf, in dem wenigstens zwei Elektroden 34 angeordnet sind.
Im Sockel 30 ist zudem ein Luftauslass 36 vorgesehen, der einerseits aus dem Innenraum 24 gespeist wird und andererseits im Kontaktierungsbereich 32 mündet. Der Luftauslass 36 kann auch als Luftdüse ausgeführt sein. Beispielsweise mündet der Luftauslass 36 zwischen zwei Elektroden 34 und im Mittelpunkt des Sockels 30, also zentral und im Bereich der Mitte des Kontaktierungsbereiches 32. Dadurch ist der Luftauslass 36 in einen Bereich vor dem Kontaktierungsbereich 32, also in einen Bereich zwischen Sockel 30 und Bodenkontakteinheit 12 gerichtet. Der Luftauslass 36 ist mittels eines steuerbaren Ventils 38, das als Drossel ausgebildet sein kann, mit dem Innenraum 24 verbunden, sodass Luft aus dem Innenraum 24 bei Bedarf aus dem Luftauslass 36 geblasen werden kann.
Zudem weist der Sockel 30 eine Dichtlippe 40 auf, die am Außenumfang des Sockels 30 vorgesehen ist und die den Sockel 30 und den Kontaktierungsbereich 32 geschlossen umläuft. Wie in Figur 3a zu erkennen, sind die Elektroden 34 im Sockel 30 federnd in je einem Hohlraum 41 des Sockels 30 gelagert.
Die Elektroden 34 sind als Stifte ausgeführt und weisen eine Kontaktspitze 42, einen Grundkörper 44 und eine Schulter 46 auf, die zwischen dem Grundkörper 44 und der Kontaktspitze 42 angeordnet ist.
Die Schulter 46 und Teile des Grundkörpers 44 sind im Hohlraum 41 angeordnet, wohingegen sich die Kontaktspitze 42 im Kontaktierungsbereich 32 aus dem Hohlraum 41 heraus erstreckt und gegenüber der Vorderseite des Sockels 30 vorsteht. Im Hohlraum 41 ist außerdem eine Feder 50 vorgesehen, die einerseits an der dem Kontaktierungsbereich 32 abgewandten Wand des Hohlraumes 41 und andererseits an der Schulter 46 anliegt.
Die Feder 50 ist eine Druckfeder, sodass sie die Schulter 46 und damit die gesamte Elektrode 34 in Richtung zum Kontaktierungsbereich 32 mit einer Kraft beaufschlagt.
Denkbar ist auch, wie in Figur 3b dargestellt, dass die Feder 50 eine Blattfeder ist, die an dem der Kontaktspitze 42 abgewandten Ende des Grundkörpers 44 angreift.
In Figur 3c ist der Schleifaktuator 20 der ersten Ausführungsform gezeigt, der an jeder der Elektroden 34 vorgesehen ist. Der Schleifaktuator 20 weist drei Magneten auf. Zwei der drei Magneten sind Elektromagneten 52, d. h. schaltbar, und im Sockel 30 an der jeweiligen Elektrode 34 auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode 34 angeordnet.
Der dritte Magnet ist ein Permanentmagnet 54, der in der Elektrode 34 so vorgesehen ist, dass er zwischen den beiden Elektromagneten 52 liegt.
Werden nun die beiden Elektromagnete 52 so betrieben, dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wird der Permanentmagnet 54 innerhalb der Elektrode 34 von einem der Elektromagneten 52 angezogen und vom anderen abgestoßen. Dadurch bewegt sich die Elektrode 34 seitlich, d. h. quer zu ihrer Längserstreckung in einer Schleifrichtung Rs. Wenn dann die Polaritäten der Elektromagneten 52 umgekehrt werden, wird die Elektrode 34 in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Dadurch kann die Elektrode 34 durch schnelles Umschalten der Elektromagnete 52 seitlich hin und her bewegt werden. In Figur 4 ist eine Führungsvorrichtung 56 des Kontaktierungsaktuators 18 dargestellt, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 1 nicht gezeigt ist. Andererseits wurde in Figur 4 auf die Darstellung des Luftauslasses 36 und des Kompressors 28 verzichtet. Die Führungsvorrichtung 56 weist einen Rücksteilantrieb 58 und Zugelemente 60 auf. Der Rücksteilantrieb 58 hat eine gegenüber dem Fahrzeug 10 drehbar gelagerte Spindel 59, Zugelemente 60 und eine Spiralfeder 61 .
Die Spiralfeder 61 ist mit ihrem einen Ende an der Spindel 59 befestigt und mit ihrem anderen Ende am Fahrzeug 10 fixiert, sodass die Spiralfeder 61 die Spindel 59 mit einem Drehmoment beaufschlagen kann. Denkbar ist auch, dass anstelle oder zusätzlich zur Spiralfeder 61 ein elektromotorischer Antrieb 61 ', wie ein Elektromotor, zur Rotation der Spindel 59 vorgesehen ist. In Figur 4a ist ein solcher als Elektromotor ausgeführter elektromotorischer Antrieb 61 ' gestrichelt dargestellt.
Die Zugelemente 60 können Bänder, Schnüre oder Seile sein und sind mit einem Ende ebenfalls an der Spindel 59 befestigt, sodass die Zugelemente 60 bei einer Rotation der Spindel 59 auf die Spindel 59 aufgerollt werden.
Das andere Ende jedes der Zugelemente 60 ist an einem Verbindungspunkt 62 mit dem Sockel 30 verbunden.
In der gezeigten Ausführungsform sind, wie in Figur 4b zu erkennen, drei Zugelemente 60 vorgesehen, die an jeweils einem Verbindungspunkt 62 mit dem Sockel 30 verbunden sind.
Die Verbindungspunkte 62 sind in einem gleichseitigen Dreieck angeordnet, dessen Mittelpunkt gleichzeitig der Mittelpunkt des Sockels 30 ist.
Die Zugelemente 60 laufen von den Verbindungspunkten 62 im Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 senkrecht von Sockel 30 aus in Richtung des Basisabschnittes 26. Mittels Umlenkrollen 64, die im Innenraum 24 vorgesehen sein können, werden die Zugelemente 60 umgelenkt und dann zur Spindel 59 hin geführt.
Die Länge der Zugelemente 60 ist dabei derart gewählt, dass die drei Verbindungspunkte 62 und damit der Sockel 30 stets horizontal ausgerichtet sind. Somit ist der Sockel 30 immer parallel zur Bodenkontakteinheit 12.
Zur Arretierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 in ihrer eingefahrenen Position sind zudem in der Mitte des Sockels 30 im Innenraum 24 und auf der entgegengesetzten Seite am Basisabschnitt 26 ein erstes Arretierelement 66 und ein zweites Arretierelement 68 vorgesehen, die in der ersten gezeigten Ausführungsform als Rasthaken ausgeführt sind.
Dabei ist das zweite Arretierelement 68, also der Rasthaken am Basisabschnitt 26, schwenkbar gelagert und kann aus seiner senkrechten Position verschwenkt werden.
In den Figuren 5a bis c sind verschiedene Schritte während der Kontaktierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 dargestellt.
Mithilfe des Kontaktierungsaktuators 18 kann die Fahrzeugkontakteinheit 16 zur Bodenkontakteinheit 12 hin und von ihr weg bewegt werden. Die Bewegungsrichtung verläuft dabei senkrecht zur Bodenkontakteinheit 12 und senkrecht zum Kontaktierungsbereich 32 und wird im Folgenden Kontaktierungsrichtung RK genannt.
Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 durch den Kontaktierungsaktuator 18 nicht nur in Kontaktierungsrichtung RK bewegt wird, sondern beim Absenken der Fahrzeugkontakteinheit 16 gleichzeitig eine Bewegungskomponente in eine andere Richtung hinzukommen kann. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Kontaktierungsaktuator 18 ein Schwenkarm ist.
Befindet sich die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 in ihrer eingefahrenen Position, d. h. dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 nahe an den Basisabschnitt 26 herangezogen ist, ist der Faltenbalg 22 zusammengeschoben und die Arretierhaken, d. h. das erste Arretierelement 66 und das zweite Arretierelement 68, greifen ineinander ein. Die Arretierelemente 66, 68 halten damit den Faltenbalg 22 in seiner zusammengeschobenen Position.
Wird nun das Fahrzeug 10 oberhalb einer Bodenkontakteinheit 12 abgestellt, soll das Fahrzeug geladen werden. Hierzu wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 abgesenkt, also zur Bodenkontakteinheit 12 hin bewegt.
Zunächst wird das zweite Arretierelement 68 verschwenkt, sodass der Faltenbalg 22 freigegeben wird und aufgeblasen werden kann.
Dann wird die Druckluftquelle 27, hier also der Kompressor 28, aktiviert und führt dem Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 Druckluft zu. Der Faltenbalg 22 wird durch die Druckluft aufgeblasen und gestreckt, wodurch die Fahrzeugkontakteinheit 16 zur Bodenkontakteinheit 12 in Kontaktierungsrichtung RK bewegt wird.
Dabei werden die Zugelemente 60 von der Spindel 59 gleichmäßig abgerollt, sodass die horizontale Ausrichtung des Sockels 30 der Fahrzeugkontakteinheit 16 auch während der Bewegung erhalten bleibt. Gleichzeitig wird die Spiralfeder 61 durch die Rotation der Spindel 59 gespannt, sodass die Spiralfeder 61 die Spindel 59 mit einem Drehmoment entgegen der Abrollrichtung der Zugelemente 60 beaufschlagt.
Die Fahrzeugkontakteinheit 16 wird zunächst soweit heruntergelassen, bis sich ein Spalt 70 zwischen dem Sockel 30 und der Bodenkontakteinheit 12 ausgebildet hat. Zu diesem Zeitpunkt berühren die Elektroden 34 noch nicht die Kontaktflächen 13 der Bodenkontakteinheit 12. In dieser Stellung wird die Bodenkontakteinheit 12 freigeblasen.
Das Freiblasen ist in Figur 5a veranschaulicht. Zum Freiblasen wird das Ventil 38 des Luftauslasses 36 geöffnet, sodass die Druckluft aus dem Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 entweichen kann. Da der Luftauslass 36 in den Bereich vor dem Kontaktierungsbereich 32 gerichtet ist, in dem sich nun die Bodenkontakteinheit 12 befindet, trifft der Luftstrom aus dem Luftauslass 36 auf die Bodenkontakteinheit 12. Selbstverständlich können auch mehrere Luftauslässe 36 vorgesehen sein, aus denen Druckluft aus dem Innenraum 24 strömen kann, um die Bodenkontakteinheit freizublasen. Denkbar ist auch, dass die einzelnen Luftauslässe 36 separat oder in Gruppen geöffnet oder geschlossen werden können.
Die auf die Bodenkontakteinheit 12 auftreffende Luft strömt dann mit hoher Geschwindigkeit radial nach außen durch den Spalt 70. Dabei werden durch den starken Luftstrom reinigbare Verschmutzungen wie Dreck, Laub oder Flüssigkeit, die sich auf der Bodenkontakteinheit 12 befunden haben, ebenfalls nach außen befördert. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt oder bereits vorhandener Schnee- oder Eisschicht wird die Heizung 29 betätigt, sodass die Schnee- oder Eisschicht entfernt und die Kontakte getrocknet werden.
Durch den stetigen Luftstrom wird ermöglicht, dass die Bodenkontakteinheit 12 in dem Bereich, der nun dem Kontaktierungsbereich 32 der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 gegenüberliegt, freigeblasen wird, sodass die Kontaktflächen 13 in diesem Bereich frei von Verschmutzungen wie Dreck, Laub oder Flüssigkeit sind.
Gleichzeitig bildet sich durch die Druckluft ein Luftkissen im Spalt 70 aus, wodurch die Fahrzeugkontakteinheit 16 leichter gegenüber der Bodenkontakteinheit 12 verschoben werden kann, was eine laterale Ausrichtung der Fahrzeugkontakteinheit 16 an der Bodenkontakteinheit 12 erleichtert. Nachdem die Bodenkontakteinheit 12 freigeblasen wurde, wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 weiter abgesenkt, d. h. in Richtung zur Bodenkontakteinheit 12 hin bewegt. Dabei kann weiterhin Luft aus dem Luftauslass 36 ausströmen.
Beim Absenken verkleinert sich der Spalt 70 und die Dichtlippe 40 und die Elektroden 34 kommen schließlich mit der Bodenkontakteinheit 12 in Berührung. Durch die Führungsvorrichtung 56 ist gewährleistet, dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 parallel zur Bodenkontakteinheit 12 ist, sodass stets sichergestellt ist, dass alle Elektroden 34 auf der Bodenkontakteinheit 12 aufliegen. Die ausgefahrene Ladeposition der Fahrzeugkontakteinheit 16 ist erreicht. In dieser Position verschließt die Dichtlippe 40 den Spalt 70 in radialer Richtung, sodass kein Dreck, Laub oder Flüssigkeit zurück in den Spalt 70 gelangen kann.
Denkbar ist auch, dass keine Dichtlippe 40 vorgesehen ist. In diesem Fall kann durch permanent erhöhten Luftdruck innerhalb des Spaltes 70 verhindert werden, dass keine Verunreinigungen zurück in den Spalt 70 gelangen.
Außerdem kann die Spindel 59 oder die Spiralfeder 61 blockiert werden, sodass keine Zugkraft auf die Zugelemente 60 wirkt, die die Fahrzeugkontakteinheit 16 aus der Ladeposition nach oben zieht. Dadurch kann die Leistung der Druckluftquelle 27, hier also des Kompressors 28, beim Laden verringert werden.
Wenn nun die Elektroden 34 mit den Kontaktflächen 13 der Bodenkontakteinheit 12 in Berührung gekommen sind, werden die Kontaktflächen 13, wie in Figur 5b angedeutet, freigerieben oder -geschliffen, um eine Oxidschicht, die sich auf den Kontaktflächen 13 und/oder den Elektroden 34 gebildet haben könnte, zu entfernen.
Mittels der Schleifaktuatoren 20 werden die Elektroden 34, wie zu Figur 3c beschrieben, in ihrer Querrichtung bewegt. Die Bewegungsrichtung, die im Folgenden als Schleifrichtung Rs bezeichnet wird, verläuft parallel zur Vorderseite des Sockels 30 und der Oberfläche der Kontaktflächen 13 sowie quer zur Kontaktierungsrichtung RK. Die Elektroden 34 werden also entlang der Kontaktflächen 13 bewegt und schleifen damit über die Kontaktflächen 13, d. h. eine etwaige Oxidschicht wird entfernt, sodass eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 34 und den Kontaktflächen 13 mit einem sehr geringen Widerstand realisiert ist.
Auf diese Weise ist das Fahrzeug 10 nun mit der Ladeinfrastruktur elektrisch verbunden und kann geladen werden.
Beim Laden fließen durch die Elektroden 34 elektrischer Strom, der zur Erwärmung der Elektroden 34 und damit zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes innerhalb der Elektroden 34 und zur thermischen Belastung der Elektroden 34 sowie der umliegenden Bauteile führt. Um die Elektroden 34 zu kühlen, kann während des gesamten Ladevorgangs das Ventil 38 des Luftauslasses 36 geöffnet sein, sodass ein stetiger Luftstrom durch den Spalt 70 strömt, der die Elektroden 34 kühlt. Auf diese Weise werden Verluste beim Laden des Fahrzeugs 10 verringert und höhere Ladeleistungen realisiert.
Ist das Fahrzeug 10 vollständig geladen oder soll das Fahrzeug 10 bewegt werden, muss die Fahrzeugkontakteinheit 16 eingefahren werden.
Hierzu wird zunächst die Druckluft aus dem Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 herausgelassen und die Druckluftquelle 27 wird deaktiviert, hier also der Kompressor 28 abgeschaltet. Der Druck aus dem Innenraum 24 kann entweder mittels des Luftauslasses 36 und/oder durch ein weiteres Ventil (nicht gezeigt) am Faltenbalg 22 ausgelassen werden.
Daraufhin wird der Rücksteilantrieb 58 aktiviert. Hierzu wird die Sperre der Spindel 59 oder der Spiralfelder 61 gelöst, sodass die Spiralfeder 61 die Spindel 59 mit einem Drehmoment entgegen der Drehrichtung bei Abrollen beaufschlagt. Das Drehmoment führt zu einer Rotation der Spindel 59, sodass auf die Zugelemente 60 eine Zugkraft wirkt, die die Zugelemente 60 zur Spindel 59 hin zieht.
Sofern ein elektromotorischer Antrieb 61 ' der Spindel 59 vorgesehen ist, kann die Spindel 59 natürlich auch durch diesen angetrieben bzw. die Spiralfeder 61 durch diesen unterstützt werden. Die Zugelemente 60 werden dadurch auf die Spindel 59 aufgerollt, wodurch der Sockel 30 gleichmäßig nach oben von der Bodenkontakteinheit 12 wegbewegt und der Faltenbalg 22 zusammengeschoben wird. Alternativ hierzu kann das technische System der Druckluftquelle 27 zur Erzeugung des Überdrucks auch in einen Unterdruckmodus umgeschaltet werden, sodass es den Faltenbalg 22 entleert und sich dieser zusammenzieht.
Wenn der Faltenbalg 22 seine zusammengeschobene Position erreicht hat, rasten die beiden Arretierelemente 66, 68 ineinander ein und halten den Faltenbalg 22 in dieser Position.
Die Fahrzeugkontakteinheit 16 ist nun sicher am Unterboden des Fahrzeugs 10 verstaut und das Fahrzeug 10 kann gefahrlos bewegt werden. Nachdem zuvor die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 mit ihrer Reinigungseinrichtung, in Form des Luftauslasses 36 bzw. der Druckluftquelle 27, detailliert beschrieben wurde, wird im Folgenden beschrieben, wie das Fahrzeug 10 bzw. die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 relativ zur Bodenkontakteinheit 12 positioniert wird, um die elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 und der Bodenkontakteinheit 12 herzustellen.
Hierzu umfasst das Fahrzeug 10 eine Steuerung 72 sowie eine Unterbodenkamera 74, eine Frontkamera 76, eine Heckkamera 78 und zwei Flankenkameras 80 (siehe Figur 6), wobei in Figur 6 lediglich eine Flankenkamera 80 dargestellt ist.
Die Steuerung 72 wird durch den Bordcomputer des Fahrzeugs 10 gebildet der gleichzeitig auch die Steuerung 72 der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 bildet. In einer alternativen Ausführungsform können für das Fahrzeug 10 und die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 separate Steuerungen vorgesehen sein, die vorzugsweise miteinander kommunikativ in Verbindung stehen.
Die Kameras 74, 76, 78, 80 sind mit der Steuerung 72 gekoppelt und liefern Bilddaten, die von der Steuerung 72 ausgewertet werden können, beispielsweise um die elektrischen Kontaktflächen 13 einer Bodenkontakteinheit 12 zu ermitteln und/oder ein autonomes Fahren zu ermöglichen, auch bei höheren Geschwindigkeiten.
Die Blickfelder 82 der Unterbodenkamera 74, der Frontkamera 76 und der Heckkamera 78 sind in Figur 6 durch gepunktete Linien dargestellt und weisen entsprechend zum Grund unter dem Fahrzeug 10 sowie zum Bereich vor und hinter dem Fahrzeug 10. Die Blickfelder der Flankenkameras 80 weisen zu den Bereichen seitlich neben dem Fahrzeug 10, sind in Figur 6 jedoch nicht dargestellt.
Die Unterbodenkamera 74 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel hinter der Fahrzeugkontakteinheit 16, d.h. näher zum Heck des Fahrzeugs 10, angeordnet. Die Fahrzeugkontakteinheit 16 liegt hierbei zumindest in der ausgefahrenen Ladeposition (in Figur 6 strichliniert dargestellt) im Blickfeld 82 der Unterbodenkamera 74, sodass die Unterbodenkamera 74 insbesondere den Bereich einsehen kann, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen ist. In einer alternativen Ausführungsform können weniger oder mehr Kameras 74, 76, 78 80 für das Fahrzeug 10 bzw. die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 vorgesehen sein. Ferner können Kameras 74, 76, 78 80 mit sich überschneidenden Blickfeldern 82 vorgesehen sein, die denselben Bereich aus verschiedenen Perspektiven aufnehmen. Auf diese Weise können mehr Informationen zur Auswertung bereitgestellt werden, wodurch Bildanalysen erleichtert werden. Ferner verbessert sich durch die Redundanz die Funktionssicherheit.
Eine Beleuchtungseinrichtung 84 ist zwischen der Unterbodenkamera 74 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 am Unterboden des Fahrzeugs 10 angebracht und dazu eingerichtet, zumindest abschnittsweise den Bereich zu beleuchten, der im Blickfeld der Unterbodenkamera 74 liegt, um die Bildqualität der Aufnahmen der Unterbodenkamera 74 zu erhöhen und damit eine Auswertung der Bilddaten zu erleichtern. Die Beleuchtungseinrichtung 84 umfasst ein Leuchtmittel (nicht dargestellt), beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden, eine Gasentladungs- oder Glühlampe.
Um die Unterbodenkamera 74 zu schützen, ist am Unterboden des Fahrzeugs 10 eine Schutzeinrichtung in Form einer Schutzklappe 86 vorgesehen. Die Schutzklappe 86 oder Schutzkappe ist hierzu zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position verstellbar. In der geschlossenen Position (siehe Figur 6) schirmt die Schutzklappe 86 die Unterbodenkamera 74 gegenüber der Fahrzeugumgebung ab, sodass insbesondere die Linse der Unterbodenkamera 74 verdeckt ist und beispielsweise nicht durch Steinschlag beschädigt oder Dreck verschmutzt werden kann. In der offenen Position (in Figur 6 strichliniert dargestellt) ist die Unterbodenkamera 74 freigegeben, sodass das Blickfeld der Unterbodenkamera 74 im Wesentlichen nicht durch die Schutzklappe 86 eingeschränkt wird und insbesondere der Bereich einsehbar ist, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen ist.
Hierzu kann die Schutzklappe 86 beispielsweise verschiebbar oder drehbar gelagert sein, sodass die Schutzklappe 86 vor die Unterbodenkamera 74 verschoben bzw. geschwenkt werden kann. Um die Schutzeinrichtung 86 von der geschlossenen Position in die offene Position zu verstellen, ist ein Aktuator (nicht dargestellt) vorgesehen.
Die Schutzeinrichtung 86 wird über die Steuerung 72 angesteuert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuerung 72 derart ausgebildet ist, dass die Schutzeinrichtung 86 nur dann in die offene Position verstellt wird, wenn die Unterbodenkamera 74 zum Erfassen der der Bodenkontakteinheit 12 bzw. der Kontaktflächen 13 verwendet wird, und in allen anderen Zuständen geschlossen bleibt. Beispielsweise kann sich bei Annäherung an eine Bodenkontakteinheit 12 auf weniger als 10 m und bei gleichzeitiger geringer Fahrgeschwindigkeit, wie etwa weniger als 10 km/h, die Unterbodenkamera 74 freigegeben werden. Die Information, dass sich das Fahrzeug 10 in der Nähe einer Bodenkontakteinheit 12 befindet, kann die Steuerung 72 beispielsweise durch drahtlose Kommunikation, wie WLAN, Bluetooth, GPS oder Funk, erkennen.
Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Fahrer mittels einer Eingabe der Steuerung 72 mitteilt, dass ein Andockmanöver, d.h. ein Manöver, bei dem eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit einer Bodenkontakteinheit 12 hergestellt wird, durchgeführt werden soll. Vorzugsweise schließt die Steuerung 72 die Schutzeinrichtung 86 automatisch, wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist oder wenn offensichtlich ist, dass kein Andockmanöver durchgeführt wird, beispielsweise wenn die Fahrgeschwindigkeit 20 km/h überschreitet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Unterbodenkamera 74 geschützt ist, wenn sie nicht in Gebrauch ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Schutzeinrichtung 86 eine Blende, insbesondere eine Irisblende, sein. In der gezeigten Ausführungsform ist die Schutzeinrichtung 86 am Fahrzeug 10 vorgesehen. Alternativ kann die Schutzeinrichtung 86 direkt an der Unterbodenkamera 74 vorgesehen sein.
Die Steuerung 72 ist derart ausgebildet, dass sie mithilfe der Bilddaten der Kameras 74, 76, 78, 80, verschiedene Analysen durchführen kann, beispielsweise Mustererkennung. Hierzu ist in der Steuerung 72 zumindest ein Referenzbild der Bodenkontakteinheit 12 hinterlegt. Vorzugsweise sind mehrere Referenzbilder der Bodenkontakteinheit 12 in unterschiedlichen Perspektiven und in verschiedenen Zuständen hinterlegt, beispielsweise mit und ohne Verschmutzungen (siehe Figur 7). Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 72 eine Bildanalysesoftware umfassen, die zur Auswertung der Bilddaten der Kameras 74, 76, 78 80 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Steuerung 72 die Bodenkontakteinheit 12 einer Ladeinfrastruktur erkennen und die elektrischen Kontaktflächen 13 der Bodenkontakteinheit 12 sowie eine Isolationsfläche 88 (siehe Figur 7) erfassen, die die elektrischen Kontaktflächen 13 umgibt und voneinander elektrisch isoliert.
Ferner kann die Steuerung 72 ermitteln, welche Kontaktflächen 13 freiliegen und damit zur Herstellung einer elektrischen Verbindung direkt geeignet sind.
Die Steuerung 72 kann weiter ermitteln, welche Kontaktflächen 13 nicht freiliegen und damit nicht direkt zur Herstellung einer elektrischen Verbindung geeignet sind. Nicht freiliegende Kontaktflächen 13, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie zumindest teilweise verdeckt sind, beispielsweise weil die Kontaktfläche 13 verschmutzt ist oder von einem Objekt verdeckt wird. Dabei kann die Steuerung 72 zwischen reinigbaren Verschmutzungen, wie Wasserlachen 90 oder Rollsplit, und nicht reinigbaren Verschmutzungen, wie größeren Steinen 91 mit einem Volumen von mehreren cm3 oder einem Holzklotz 93, unterscheiden. Reinigbare Verschmutzungen sind hierbei ausschließlich Verschmutzungen, die mit der Reinigungseinrichtung der Fahrzeugverbindungseinrichtung 14 entfernt werden können, d.h. insbesondere durch Freiblasen.
Kontaktflächen 13, die beschädigt sind oder vollständig fehlen, kann die Steuerung 72 ebenfalls erkennen und als nicht reinigbare Verschmutzung einstufen und als solche behandeln. Um eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 herzustellen, die zum Laden der Batterie des Fahrzeugs 10 geeignet ist, ist ein Verbund von drei freiliegenden Kontaktflächen 13 erforderlich, wobei jede Kontaktfläche 13 an jede der anderen beiden Kontaktflächen 13 angrenzt, so dass eine Art Dreieck beschrieben wird. In Figur 8 weist der Bereich 92 mindestens einen solchen Verbund auf, während der Bereich 94 keinen solchen Verbund beinhaltet. ln einer alternativen Ausführungsform können sowohl die Anzahl als auch die Positionen der freiliegenden Kontaktflächen 13 des Verbunds, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung erforderlich ist, abweichen. Insbesondere können gemäß einer Ausführungsform hierzu lediglich zwei freiliegende Kontaktflächen 13 erforderlich sein.
Es werden optional bei der Überprüfung der freiliegenden oder reinigbaren Kontaktflächen nur solche Abschnitte der Boderkontakteinheit herangezogen, die von der Fahrzeugkontakteinheit 16 auch erreichbar sind.
Nachdem die Steuerung 72 die freiliegenden Kontaktflächen 13 ermittelt hat, kann sie einen Bereich 92 der Bodenkontakteinheit 12 auswählen, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Der Bereich 92 kann dabei größer als der erforderliche Verbund an freiliegenden Kontaktflächen 13 sein, um die Abmessungen der Fahrzeugkontakteinheit 16 zu berücksichtigen und auf diese Weise zu gewährleisten, dass die gesamte Fahrzeugkontakteinheit 16 auf der Bodenkontakteinheit 12 parallel anliegt.
Bei der Auswahl des Bereichs der Bodenkontakteinheit 12, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung angesteuert werden soll, kann die Steuerung 72 auch nicht freiliegende, aber reinigbare Kontaktflächen 13 mit einbeziehen, d.h. der Bereich kann eine oder mehrere nicht freiliegende aber reinigbare Kontaktfläche 13 umfassen. In diesem Fall wird ein Reinigungsschritt durchgeführt, um die Kontaktfläche 13 freizulegen.
Ein Reinigungsschritt kann auch dann durchgeführt werden, wenn keine Verschmutzung erkannt wurde, d.h. die Steuerung 72 alle Kontaktflächen 13 im zu kontaktierenden Bereich als freiliegend einstuft. Auf diese Weise können nicht erkannte reinigbare Verschmutzungen entfernt werden, wodurch die Qualität der elektrischen Verbindung erhöht werden kann.
Nach jedem Reinigungsschritt kann, ohne dass das Fahrzeug 10 bewegt werden muss, der Erfolg der Reinigung überprüft werden, indem der Zustand der Kontaktflächen 13 mittels der Unterbodenkamera 74 ermittelt wird. Die Steuerung 72 stellt ferner eine Positionierhilfe bereit, die den Fahrer beim Positionieren des Fahrzeugs 10 bzw. der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 relativ zur Bodenkontakteinheit 12 unterstützt oder das Fahrzeug 10 autonom in diese Position steuert, in der eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 herstellbar ist. Insbesondere dient diese Funktion dazu den Bereich 92 anzusteuern, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Unterstützt die Positionierhilfe den Fahrer, stellt die Steuerung 72 optische Signale, wie Richtungsangaben, über eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise ein Display, dem Fahrer zur Orientierung bereit.
Um die Relativposition des Fahrzeugs 10 zur Bodenkontakteinheit 12 bzw. den einzelnen Kontaktflächen 13 genauer bestimmen zu können, können an der Bodenkontakteinheit 12 verschiedene Merkmale vorgesehen sein (siehe Figur 8). Die Merkmale können auch das Erfassen der Bodenkontakteinheit 12 bzw. den einzelnen Kontaktflächen 13 erleichtern und/oder zusätzliche Informationen bereitzustellen, beispielsweise die Identifikationsnummer der Bodenkontakteinheit 12. In Figur 8 sind die folgenden Merkmale auf der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen: ein QR-Code 96, verschiedene binäre Strichcodes bzw. Linien 97, 98, 99, 1 10, ein Muster 101 aus äquidistanten Punkten, die um einzelne Kontaktflächen 13 angeordnet sind, drei Dreiecksymbole 102, von denen das mittlere auf das die Mitte der Bodenkontakteinheit 12 ausgerichtet ist, pfeilförmige Markierungen 103, die die Kontur einzelner Kontaktflächen 13 hervorheben, sowie eine Kontaktfläche 104, die sich durch einen von den anderen Kontaktflächen 13 unterscheidenden Kontrast auszeichnet, beispielsweise aufgrund einer bestimmten Farbgebung. Ferner können die Kontaktflächen 13 durch ihre Form, Ausrichtung und/oder Anordnung ein oder mehrere Merkmale bilden. Die Positionierhilfe kann mittels der Merkmale und bei Verwendung einer hochauflösenden Kamera 74, 76, 78 80, insbesondere der Unterbodenkamera 74, die Positionierung des Fahrzeugs 10 relativ zur Bodenkontakteinheit 12 bzw. den einzelnen Kontaktflächen 13 mit einer Genauigkeit von ±40 mm, insbesondere von ±10 mm bereitstellen. Zusätzlich oder alternativ können Merkmale im Nahbereich von ca. 3 m der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen sein, die es der Steuerung 72 erleichtern, die Position bzw. Ausrichtung des Fahrzeugs 10 zu bestimmen oder auf das Vorhandensein einer Bodenkontakteinheit 12 schließen lassen, selbst wenn diese (noch) nicht direkt erkannt wurde, beispielsweise weil sie durch eine Laub- oder Schneeschicht verdeckt ist.
In Figur 9 ist ein Parkplatz 106 mit einer Bodenkontakteinheit 12 gezeigt, der als Stellplatz für das Fahrzeug 10 während des Ladevorgangs vorgesehen ist. Der Parkplatz 106 hat eine Begrenzung 108 in Form einer Bodenmarkierungen, die aus einer Umrandung aus drei parallelen Linien gebildet wird. Dadurch, dass der Abstand der Linien zur Mitte des Parkplatzes 106 abnimmt, wird angezeigt, auf welcher Seite der Begrenzung 108 sich die Bodenkontakteinheit 12 des Parkplatzes 106 befindet. An zwei der Ecken des Parkplatzes 106 sind Sender 1 10 vorgesehen, die ein elektromagnetisches Signal bereitstellen, das von der Steuerung 72 zur Orientierung genutzt werden kann.
Von der Bodenkontakteinheit 12 weglaufend sind mehrere Linien 1 12 innerhalb der Begrenzung 108 vorgesehen, die parallel zu einer Kante der Bodenkontakteinheit 12 verlaufen. Der Abstand der Linien 1 12 zueinander nimmt mit zunehmendem Abstand zur Bodenkontakteinheit 12 zu, sodass aus dem Abstand der Linien 1 12 auf die Distanz zur Bodenkontakteinheit 12 geschlossen werden kann.
Die oben genannten Merkmale sind in der Steuerung 72 als Referenz hinterlegt und können hierdurch von der Steuerung 72 erkannt und gedeutet werden.
Zusammenfassend wird nachfolgend der Ablauf zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit einer Bodenkontakteinheit 12 einer elektrischen Ladeinfrastruktur skizziert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel nähert sich das Fahrzeug 10 einer Bodenkontakteinheit 12, deren räumliche Nähe durch die in einer Karte hinterlegte GPS Position bzw. durch Empfang des drahtlosen Kommunikationssignals, wie WLAN, Bluetooth oder Funk erkannt wird. Im Nahbereich der Bodenkontakteinheit 12 reduziert das Fahrzeug die 10 die Geschwindigkeit auf weniger als 10 km/h und gibt die Unterbodenkamera 74 frei, indem die optionale Schutzeinrichtung 86 geöffnet wird. Die Kameras 74, 76, 78, 80 werden verwendet, um die Position und Ausrichtung der Bodenkontakteinheit 12 zu ermitteln. Hierbei nutzt die Steuerung 72 die Merkmale am Parkplatz 106 und an der Bodenkontakteinheit 12 zur Orientierung. Nachdem die Bodenkontakteinheit 12 erfasst wurde, ermittelt die Steuerung 72 anhand der Bilddaten der Kameras 74, 76, 78, 80, welche Kontaktflächen 13 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung geeignet sind. Nun steuert das Fahrzeug autonom den Bereich mit dem ausgewählten Verbund an Kontaktflächen 13 an bzw. assistiert dem Fahrer dabei. Ist die Position erreicht, in der die Fahrzeugkontakteinheit 16 sich senkrecht über dem ausgewählten Bereich befindet, wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 abgesenkt und ein Reinigungsschritt durchgeführt, um Verschmutzungen zu entfernen und die Qualität der elektrischen Verbindung zu verbessern.
Wurde eine starke Verschmutzung in dem ausgewählten Bereich erkannt, wird anschließend die Fahrzeugkontakteinheit 16 wieder angehoben und der Reinigungserfolg mit der Unterbodenkamera 74 überprüft. Je nach Verschmutzung können nun weitere Reinigungsschritte folgen, um die Kontaktflächen 13 freizulegen. Alternativ kann auch ein anderer Bereich auf der Bodenkontakteinheit 12 angesteuert werden. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 auch seitlich verstellt wird und/oder dass das Fahrzeug autonom verfahren wird.
Wurde der Bereich gereinigt oder wurde im ausgewählten Bereich keine Verschmutzung erkannt, wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 nach unten gegen die Bodenkontakteinheit 12 gefahren und optional ein Reinigungsschritt durchgeführt. Wenn die der Kontakt zwischen den Elektroden 34 und den Kontaktflächen 13 hergestellt ist, werden die kontaktierten Kontaktflächen 13 zugeschaltet und der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie beginnt. Während des Ladevorgangs wird mittels der Unterbodenkamera 74 die Bodenkontakteinheit 12 überwacht, um beispielsweise eine Schutzreaktion einzuleiten, wenn sich ein Tier der Fahrzeugkontakteinheit 16 nähert. Wenn der Ladevorgang beendet ist oder abgebrochen werden soll, werden die kontaktierten Kontaktflächen 13 wieder abgeschaltet und die Fahrzeugkontakteinheit 16 eingefahren. Abschließend wird die Schutzeinrichtung 86 geschlossen, um die Unterbodenkamera 74 abzuschirmen, und das Fahrzeug 10 ist zur Weiterfahrt bereit. Auf diese Weise kann eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 der Ladeinfrastruktur mit hoher Qualität und geringen Verlusten bereitgestellt werden.
Die beschriebenen Ausführungen sind lediglich als beispielhafte Ausführungen zu sehen. Selbstverständlich können die beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit (16) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (10), mit einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur, die mehrere elektrische Kontaktflächen (13) aufweist, von denen zumindest zwei für das Laden der Fahrzeugbatterie durch die Fahrzeugkontakteinheit (16) berührt werden müssen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: a) Erfassen zumindest einer der elektrischen Kontaktflächen (13) und/oder zumindest einer die elektrischen Kontaktflächen (13) umgebenden Isolationsfläche (88), für die Herstellung einer elektrischen Verbindung mithilfe mindestens einer Kamera (74, 76, 78, 80) am Fahrzeug (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: b) Ermitteln mithilfe mindestens einer Kamera (74, 76, 78, 80) am Fahrzeug (10), welche Kontaktflächen (13) der Bodenkontakteinheit (12) für die elektrische Verbindung geeignet sind und/oder ob eine Verschmutzung der Bodenkontakteinheit (12) einem sicheren Ladevorgang entgegen steht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) mithilfe der mindestens einen Kamera (74, 76, 78, 80) am Fahrzeug (10) ermittelt wird, welche Kontaktflächen (13) für die elektrische Verbindung freiliegen.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) mithilfe der mindestens einen Kamera (74, 76, 78 ,80) am Fahrzeug (10) ermittelt wird, welche Kontaktflächen (13) für die elektrische Verbindung nicht freiliegen und eine Verschmutzung aufweisen, die insbesondere reinigbar ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: c) Auswählen eines Bereichs (92) der Bodenkontakteinheit (12), der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll, wobei der Bereich (92) einen Verbund an freiliegenden Kontaktflächen (13) aufweist, mittels dem die elektrische Verbindung hergestellt werden kann.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: d) Auswählen eines Bereichs der Bodenkontakteinheit (12), der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll, wobei der Bereich zumindest eine Kontaktfläche (13) aufweist, die nicht zum Herstellen einer elektrischen Verbindung freiliegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkontakteinheit (16) nach dem Auswählen des Bereichs nach unten gegen die Bodenkontakteinheit (12) gefahren wird, um die elektrische Verbindung herzustellen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: e) Durchführen eines Reinigungsschritts, insbesondere wobei anschließend Schritt b) durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) nach Auswählen des Bereichs selbsttätig steuernd verfahren wird oder optische Lenksignale im Innenraum für den Fahrer zur manuellen Lenkung der Fahrzeugs (10) ausgegeben werden, um die Fahrzeugkontakteinheit (16) in eine Position zu bringen, in der sie an die ausgewählten Kontaktflächen (13) ankoppelbar ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterbodenkamera (74) und/oder eine Front- und/oder Heckkamera (76, 78) des Fahrzeugs (10) zur Durchführung des Schritts a) und/oder b) verwendet wird.
1 1 . Fahrzeugverbindungsvorrichtung (14) zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit (16) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (10) mit einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur, die mehrere elektrische Kontaktflächen (13) aufweist, von denen zumindest zwei für das Laden der Fahrzeugbatterie durch die Fahrzeugkontakteinheit (16) berührt werden müssen, mit der Fahrzeugkontakteinheit (16), zumindest einer Kamera (74, 76, 78 80) und einer mit der Kamera (74, 76, 78, 80) gekoppelten Steuerung (72), insbesondere wobei die Fahrzeugverbindungsvorrichtung (14) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (72) derart ausgebildet ist, dass sie mittels der zumindest einen Kamera (74, 76, 78, 80) freiliegende elektrische Kontaktflächen (13) der Bodenkontakteinheit (12) ermitteln kann.
12. Fahrzeugverbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugverbindungsvorrichtung (14) eine
Reinigungseinrichtung (27, 36) umfasst, die zum Freilegen der elektrischen Kontaktflächen (12) der Bodenkontakteinheit (12) zumindest im ausgewählten Bereich vorgesehen ist.
13. Fahrzeugverbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (72) für eine Positionierhilfe so ausgebildet ist, dass sie optische, in der Steuerung (72) als Referenz abgelegte Merkmale (96, 97, 98, 99, 100, 101 , 102, 103, 104) an der Bodenkontakteinheit (12) erfassen kann.
14. Fahrzeugverbindungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktflächen (13) der
Bodenkontakteinheit (12) ein optisches Merkmal für die Positionierhilfe bilden.
15. Fahrzeug (10) mit einer Fahrzeugverbindungsvorrichtung (14) zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit (16) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (10) mit einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei eine Unterbodenkamera (74) zum optischen Erfassen der Bodenkontakteinheit (12) vorhanden ist.
16. Fahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) eine Schutzeinrichtung (86) aufweist, die die Linse der Unterbodenkamera (74) verdeckt, wobei die Schutzeinrichtung (86) die Linse freigibt, wenn ein Verfahren zur elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit (16) mit einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur eingeleitet wird.
17. Fahrzeug nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) eine Beleuchtungseinrichtung (84) aufweist, die den Aufnahmebereich (82) der Unterbodenkamera (74) illuminieren kann.
18. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (10) eine Steuerung (72) umfasst, wobei die Steuerung (72) eine Steuerung zur autonomen Lenkung bildet, die eine Positionierhilfe bereitstellt, mittels der das Fahrzeug (10) relativ zu einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur selbsttätig lenkend positioniert werden kann, und/oder dass die Steuerung (72) mit einer optischen Richtungsanzeige im Fahrzeuginneren verbunden ist, die anzeigen kann, wohin der Fahrer das Fahrzeug (10) lenken soll, sodass eine elektrische Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit (16) des Fahrzeugs (10) mit der Bodenkontakteinheit (12) herstellbar ist.
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