WO2024078687A1 - Ladesystem und verfahren - Google Patents

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WO2024078687A1
WO2024078687A1 PCT/EP2022/078104 EP2022078104W WO2024078687A1 WO 2024078687 A1 WO2024078687 A1 WO 2024078687A1 EP 2022078104 W EP2022078104 W EP 2022078104W WO 2024078687 A1 WO2024078687 A1 WO 2024078687A1
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contact
charging
contacts
contact carrier
carrier
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PCT/EP2022/078104
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French (fr)
Inventor
Marcel Stein
Bjoern BRUENINGK-WEISSHAR
Dennis Hofmann
Felix Richard FREIHERR VON LUEDINGHAUSEN GENANNT WOLFF
Original Assignee
Schunk Transit Systems Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a charging system and a method for charging electrically powered vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses or the like, with a charging system
  • the charging system comprises a contact device, a charging contact device and a positioning device
  • the charging contact device can be arranged on or in a vehicle floor of a vehicle and comprises a charging contact carrier which has charging contacts
  • the contact device can be arranged on or at least partially in a surface below the vehicle that can be driven on with the vehicle and comprises a contact carrier which has contacts
  • the charging contacts can each be contacted with the contacts to form a contact pair
  • the positioning device the contact carrier can be positioned in a contact position relative to the charging contact carrier in such a way that an electrically conductive connection can be formed between the vehicle and a stationary charging station.
  • Such charging systems are already known from the state of the art and are regularly used to charge electrically powered vehicles at a stopping point, for example. A distinction is made between charging systems that are arranged on the roof of a vehicle or underneath the floor of the vehicle.
  • Charging systems can also consist of a plug-socket connection, although this usually only allows low currents to be transmitted, which increases the charging time. Furthermore, a manual coupling of the plug and socket by an operator is often required and special electrical safety requirements must be met to protect people, which is usually not the case with automated charging systems that are out of reach of people. It is therefore advisable to arrange charging systems underneath vehicles such as cars, trucks or buses, as this allows particularly high currents, for example 500 amps to 1000 amps with a voltage of up to 750 volts, to be transmitted.
  • a charging contact device arranged under a vehicle floor is contacted by a contact device of the same design.
  • a contact carrier is guided into a contact position by means of a positioning device of the charging system, with contacts in the contact position contacting charging contacts on the charging contact device to form an electrically conductive connection.
  • Contact pairs are formed for a charging current circuit and for, for example, a control line, grounding or data transmission. It is therefore always intended to contact a plurality of contacts with respective assigned charging contacts.
  • Such a rapid charging system is known, for example, from DE 10 2009 001 080 A1.
  • the contact device or the contacts are positioned relative to the charging contacts of the charging contact device to produce contact pairs. must be brought into the position provided for them. During the charging process, this position or contact position must not be changed as this would interrupt the contact pairs and thus the charging process. This can easily happen if the vehicle is moved during the charging process, for example by people getting in and out or loading and unloading the vehicle.
  • the positioning device must therefore be designed in such a way that movement of the vehicle is compensated and a sufficiently high contact force is formed between the contact device and the charging contact device, which prevents accidental separation of the contact device and charging contact device or individual contact pairs.
  • the contact force between the respective contacts and charging contacts should be relatively uniform so that the contact resistances of the respective contact pairing do not differ significantly from one another. Otherwise, undesirable heating or even the formation of arcs in the area of a contact pairing can occur. Overall, this requires the formation of a very high contact force between the contact device and the charging contact device, which requires a correspondingly robust structural design of the contact device and the charging contact device and in particular the positioning device with which the contact force is applied. This structural design results in higher costs for manufacturing the charging system, and an interruption in charging cannot be completely ruled out.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing a charging system and a method for charging electrically powered vehicles that enables secure contacting using simple means. This object is achieved by a charging system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 17.
  • the charging system for electrically powered vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses or the like, comprises a contact device, a charging contact device and a positioning device, wherein the charging contact device can be arranged on or in a vehicle floor of a vehicle and comprises a charging contact carrier which has charging contacts, wherein the contact device can be arranged on or at least partially in a surface below the vehicle that can be driven on with the vehicle and comprises a contact carrier which has contacts, wherein the charging contacts can each be contacted with the contacts to form a contact pair, wherein the contact carrier can be positioned in a contact position relative to the charging contact carrier by means of the positioning device in such a way that an electrically conductive connection can be formed between the vehicle and a stationary charging station, wherein the charging system has a holding device for detachably connecting the contact carrier to the charging contact carrier in the contact position, wherein the holding device has at least one holding device which comprises a connecting extension and a locking element which can be connected to the connecting extension in a form-fitting manner.
  • the charging system according to the invention therefore enables the formation of a positive connection between the contact carrier and the charging contact carrier in the contact position for the duration of a charging process using the holding device.
  • the positive connection can be separated again using the holding device, so that the contact carrier and the charging contact carrier can also be separated from one another again.
  • the positive connection can be formed particularly easily in that the at least one holding direction only comprises a connecting extension and a locking element.
  • the connection extension is arranged on the contact carrier or the charging contact carrier and the locking element is arranged on the charging contact carrier or the contact carrier.
  • the connection extension and the locking element are designed in such a way that they can engage with one another in a form-fitting manner if required.
  • the form-fitting connection can then be formed or released by moving the connection extension and/or the locking element.
  • the form-fitting connection achieves a significantly higher level of safety when charging the vehicle, since the form-fitting connection cannot be easily separated.
  • a contact force no longer has to be applied by the positioning device alone, which is why the positioning device as well as the contact device and the charging contact device can be dimensioned or designed in a less complex manner.
  • the holding device can have at least two or more holding devices that are arranged on the contact carrier and the charging contact carrier at the same or matching relative distance to a center of symmetry or symmetry point of the contact carrier and/or the charging contact carrier.
  • the two holding devices can thus be arranged opposite one another relative to the center of symmetry, for example in an axis of symmetry of the contact carrier and/or the charging contact carrier. If only one holding device is to be used, it can be arranged in the center of symmetry of the contact carrier and/or the charging contact carrier.
  • the holding devices can then be arranged in such a way that a contact force between the contact carrier and the charging contact carrier can be distributed as evenly as possible.
  • the contact carrier can have a projection with the contacts arranged thereon and the charging contact carrier can have an opening with the charging contacts arranged thereon or vice versa, whereby the projection and the opening can each be designed with contact surfaces with a matching geometric shape. If the projection and the opening are designed to fit into one another, a correct alignment of the contacts and the charging contacts relative to one another can also be ensured if the projection and opening are arranged in the correct position relative to one another.
  • the projection can be formed on the contact carrier or on the charging contact carrier and the opening can be formed on the charging contact carrier or on the contact carrier.
  • the respective contact surfaces of the projection and the opening which come into contact with one another in the contact position, can have a matching geometric shape at least in sections, which enables a secure and correct positioning of the charging contact carrier and contact carrier.
  • a contour of the projection i.e. a line running along a circumference of the projection or a line running along the contact surface of the projection, can in principle be of any shape, circular, polygonal or oval.
  • the contacts and the charging contacts can be designed in any geometric shape and arranged in the area of the projection or opening. Overall, this makes it possible to ensure safe and reliable functioning of the charging system using simple means.
  • the connecting extension can project beyond the contact surface, whereby the connecting extension can be resiliently mounted by means of a spring device such that the connecting extension can be designed to be retractable into the contact surface at least in sections, preferably completely. This ensures that when the contact carrier and charging contact carrier are brought together, the connecting extension does not hinder the correct positioning when the connecting extension hits or slides off the opposite contact surface.
  • the connecting extension can then be pushed against a spring force the spring device must be sunk into the contact surface so far that the contact carrier and the charging contact carrier can be brought into the contact position without hindrance.
  • the spring device can be formed, for example, by a simple spiral spring or a tension spring or a compression spring.
  • the locking element can be arranged in a recess in the contact surface into which the connecting extension can engage. If the connecting extension protrudes beyond the contact surface, it can then engage in the recess in the opposite contact surface.
  • the locking element can be arranged within this recess and can be connected to the connecting extension in a form-fitting manner. By arranging the locking element in the recess, it can be particularly easily protected against external influences and damage.
  • connection extension can be designed with an undercut, whereby the locking element can be designed with a wedge or an eccentric, whereby the locking element can be designed to be movable in such a way that the locking element can engage in the undercut and press the contact carrier with a force onto the charging contact carrier.
  • the undercut can be a recess, groove, opening or the like in the connection extension into which the wedge or the eccentric can at least partially engage. This makes it possible to connect the locking element to the connection extension in a form-fitting manner.
  • the engagement of the locking element in the undercut can be brought about by a movement of the locking element, or alternatively by a movement of the connection extension.
  • the form-fitting connection can be released with a corresponding opposite movement.
  • a force or pressure force can be formed between the contact carrier and the charging contact carrier.
  • the wedge can or eccentric can be moved so far that it rests against a surface of the undercut and clamps the contact carrier to the charging contact carrier.
  • the undercut can be designed with a wedge or a ramp.
  • a force- or friction-locking connection can then be formed between the contact carrier and the charging contact carrier. A displacement of the contact carrier relative to the charging contact carrier in the contact position due to transverse forces can thus be prevented.
  • the locking element can be moved by means of an electric actuator in such a way that a tensile force can be exerted in the direction of a longitudinal axis of the connecting extension.
  • the electric actuator can be, for example, an electric motor that acts directly on the locking element or that additionally has a gear with which the speed of the electric motor can be reduced.
  • the gear can be formed by a few intermeshing gears. Alternatively, the gear can be formed by a belt drive or another type of gear.
  • the use of a gear opens up the possibility of arranging the motor or electric motor in a structurally favorable position on the contact device or the charging contact device. The installation space for the contact device or the charging contact device can thus be made relatively small.
  • the connecting extension can be designed as a pin, which can be arranged with its longitudinal axis in a vertical direction, wherein the locking element can be designed with an eccentric shaft, which can be arranged with its axis of rotation transverse to the longitudinal axis, wherein the shaft can be rotatable in the contact position such that the shaft and the pin can engage in a form-fitting manner.
  • the pin can have any cross-section, preferably a round one.
  • the pin can then extend in the vertical direction with its longitudinal axis such that it can be leading from contact device and charging contact device extends between contact device and charging contact device.
  • the vertical direction can be viewed as a direction that runs transversely to the base, which can be viewed as horizontal.
  • the vertical direction can also be understood to mean that the contact device or the charging contact device forms a corresponding horizontal reference plane. If the locking element is designed with an eccentric shaft, this eccentric shaft can engage in the pin or vice versa in such a way that when the shaft rotates the positive connection between locking element and connecting extension or eccentric shaft and pin is formed or released. This can ensure that the positive connection is not formed accidentally and that the positive connection is also safely separated.
  • the shaft can be designed with a radial recess for the pin, into which the pin can be inserted with one end.
  • a radial recess is understood to mean an opening in the shaft on a circumference of the shaft.
  • the radial recess can then be designed in such a way that the pin can be easily inserted with its end into the radial recess in the contact position.
  • An eccentric ramp can be formed in the radial recess, which can engage behind an extension of the pin.
  • the extension can therefore be formed at the end of the pin and can be formed by an undercut, radial groove, cross hole or the like.
  • the eccentric ramp can be formed on the shaft in the form of a hook, a rounded wedge or the like.
  • the eccentric ramp can be formed within the radial recess, i.e. independently of the circumference of the shaft.
  • the radial recess can be formed with a V-shaped opening.
  • the V-shaped opening can then be formed in a direction of rotation of the shaft, so that when the shaft rotates, the pin is centered in the opening. This allows an additional position correction of the contact device and charging contact device to be carried out.
  • the V-shaped opening can ensure that the pin is positioned precisely in the opening when the shaft engages the pin to form the positive connection.
  • the opening can also be formed with a wedge protruding into the opening, which in turn can then engage in an opening, bore or the like formed in the pin.
  • the contacts and the charging contacts can be arranged in a contact plane parallel to the vehicle floor and/or the ground.
  • the contact carrier and the charging contact carrier can then rest against each other in the contact plane in the contact position with the respective contact surfaces.
  • the contacts or charging contacts can be arranged opposite each other.
  • the charging system can thus have particularly large contact surfaces for transmitting high currents and also a low overall height.
  • the contacts and/or the charging contacts can be essentially flat and have no further protruding projections or recesses.
  • the contact carrier and the charging contact carrier can each be designed to match and form inclined jacket surfaces relative to the contact plane, so that when the contact carrier and charging contact carrier are brought together by means of the positioning device, the contact carrier and charging contact carrier can be centered.
  • the jacket surface When brought together, the surfaces can slide along each other until the contact position is reached.
  • the inclination of the lateral surfaces can be comparatively large, so that the lateral surfaces can be formed at an obtuse angle in relation to the contact plane.
  • the contact carrier and/or the charging contact carrier can have springs which can exert a spring force on the respective contacts and/or charging contacts in such a way that the respective contact and/or charging contact can be pressed in the direction of an opposite charging contact or contact.
  • the spring can then exert a spring force on the contact or charging contact in such a way that the contact is pressed in the direction of a charging contact or vice versa.
  • a spring-loaded mounting of the contact or charging contact can be formed by a compression spring, in particular a spiral spring. As a result, a point contact or a surface contact between the contact and the charging contact can be formed in the contact position under spring preload.
  • a spring force can be selected in such a way that the contact or charging contact is always pressed in the direction of the charging contact or contact and moved into a front end position when no contact pairing is formed.
  • the contact and the charging contact can be designed in such a way that in the contact position a current of 500 amperes to 1000 amperes at a voltage of up to 1500 volts, preferably 340 amperes at a voltage of 800 volts, can be transmitted.
  • a power of 750 kW to 1500 kW, preferably of at least 272 kW, can be transmitted via the rapid charging system.
  • at least two contacts or charging contacts can protrude at different heights relative to the respective contact surface, so that it is then possible to ensure a defined sequence in the production of the contact pairs when forming at least two contact pairs between one contact and one charging contact.
  • the contacts and the charging contacts can each be made of circuit boards, wherein the circuit boards can be arranged within a surface of a contact carrier element of the contact carrier made of a dielectric material and/or a charging contact carrier element of the charging contact carrier.
  • the contact carrier element and/or the charging contact carrier element can be made of a plastic material.
  • the circuit boards can be embedded in the plastic material or protrude a little beyond a surface of the plastic material.
  • the circuit boards can be essentially round, oval or strip-shaped.
  • the contact device or the charging contact device can have the positioning device, wherein the positioning device can be formed from at least one pantograph, a pivot lever, a swing arm or a telescopic guide, by means of which the contact carrier or the charging contact carrier can be positioned in at least a vertical direction.
  • a linear drive, a pneumatic cylinder, a hydraulic cylinder, a scissor lifting device, a threaded spindle or combinations thereof can also be used.
  • the positioning device can thus be arranged or formed on the ground or the vehicle. In principle, it is also possible to use a positioning device on the contact device and the charging contact device. It is essential that the positioning device can move the contact carrier or the charging contact carrier in the vertical direction. However, it can also be provided that, depending on the design of the positioning device, a horizontal movement takes place at the same time as the vertical movement is carried out.
  • the positioning device can be formed by a level control of the vehicle, by means of which the charging contact device can be positioned in at least a vertical direction.
  • the level control can be formed by a chassis of the vehicle supported by air pressure and can lower the vehicle relative to the ground. By lowering the vehicle, the charging contact carrier can be brought together with the contact carrier.
  • the charging contact device and the contact device can be designed in such a way that at least five, preferably seven contact pairs can be formed, whereby at least two contact pairs can form power contacts, two contact pairs can form data contacts and one contact pair can form a grounding contact.
  • Power contacts can be provided here, for example, to transmit a particularly high power. If the contact elements or the charging contact elements are arranged at different heights relative to a surface of the contact carrier or charging contact carrier, a defined sequence can be ensured when producing the contact pairs of contact elements and charging contacts. For example, it can be provided that the grounding contact is contacted first, then the power contacts and then the data contact.
  • the positive connection of the connection extension with the locking element can form at least one data contact or one grounding contact. It is then no longer necessary to provide contacts and charging contacts specifically for the formation of the data contact or the grounding contact. If the holding device has at least two holding devices, these holding devices can be used to form the data contacts or the grounding contact. This can then also ensure that the actual charging process via power contacts only takes place after a positive connection of the holding device or of the contact device and the charging contact device. It is also possible to check the formation of the positive connection by checking a possible electrical connection via a holding device or holding devices is detected.
  • a further subject matter according to the invention can be a vehicle, in particular a passenger car, truck, bus or the like, which comprises a charging system according to the invention. Further advantageous embodiments of a vehicle emerge from the descriptions of the features of the subclaims referring back to claim 1.
  • the charging system comprises a contact device, a charging contact device and a positioning device, wherein the charging contact device is arranged on or in a vehicle floor of a vehicle and comprises a charging contact carrier which has charging contacts, wherein the contact device is arranged on or at least partially in a surface that can be driven on with the vehicle below the vehicle and comprises a contact carrier which has contacts, wherein the charging contacts are contacted with the contacts and contact pairs are formed, wherein the contact carrier is positioned in a contact position relative to the charging contact carrier by means of the positioning device in such a way that an electrically conductive connection is formed between the vehicle and a stationary charging station, wherein a detachable connection of the contact carrier to the charging contact carrier in the contact position is formed by means of a holding device of the charging system, wherein the holding device has at least one holding device which comprises a connecting extension and a locking element that can be connected to the connecting extension in
  • An electrically conductive connection can be formed between the connecting extension and the locking element. This makes it It is possible to detect or check the formation of the positive connection between the locking element and the connecting extension.
  • the connecting extension and the locking element can also be used as a contact or charging contact.
  • the connecting extension and the locking element can also be made of an electrically conductive metal.
  • the connecting extension and the locking element can be connected to current-conducting lines of the contact device or the charging contact device. If several holding devices are used, a circuit or contact loop can be formed that is conducted via the holding devices, with which the electrically conductive connection of all holding devices can be checked.
  • the holding device can have at least two holding devices, wherein a data contact and/or a grounding contact can be formed via the holding devices, wherein a control device of the charging system can check the formation of the data contact and/or grounding contact and initiate a charging vehicle via power contacts of the charging system.
  • the control device can check the intended positive connection of the holding devices via the respective holding devices before the control device enables the actual charging process via the power contacts.
  • the holding devices can also be used to form the data contact and/or grounding contact. Since lower currents are usually transmitted via the data contact and/or the grounding contact than via the respective power contacts, the use of the holding devices for this purpose can be enabled and the formation of contacts and charging contacts specifically intended for this purpose can be dispensed with.
  • the invention can be used for any type of electric vehicle that is powered by batteries that need to be recharged.
  • a preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
  • Fig. 1 is a perspective view of a contact device and a charging contact device in a contact position
  • Fig. 2 is a perspective view of the contact device
  • Fig. 3 is a perspective view of the charging contact device
  • Fig. 4 is another perspective view of the charging contact device
  • Fig. 5 is a perspective sectional view of the contact device and the charging contact device
  • Fig. 6 is a sectional view of the contact device and the charging contact device.
  • FIG. 1 to 6 shows a contact device 10 and a charging contact device 11 of a charging system for electrically powered vehicles, in particular passenger cars, trucks, buses or the like, wherein the charging system further comprises a positioning device, which is not shown in detail here.
  • the charging contact device 11 is designed to be arranged on or in a vehicle floor of a vehicle.
  • the contact device 10 can be arranged on or at least partially in a surface that the vehicle can drive on underneath the vehicle.
  • the contact device 11 comprises a contact carrier 12, which comprises contacts (not shown in detail here) that are arranged in openings 13 in a contact surface 14 of a body 15 of the contact carrier 12.
  • the charging contact device 11 also has charging contacts (not shown) that are on or in a contact surface 16 of a body 17 of a charging contact carrier 18 of the charging contact device 1 1.
  • a projection 20 formed on the contact carrier 12 enters an opening 21 formed on the charging contact carrier 18. This is done by bringing the contact carrier 12 and the charging contact carrier 18 together until the contact position 19 is reached, in which contact pairs are then formed between contacts and charging contacts, which enable charging of the vehicle in question or a battery of the vehicle.
  • the contact surface 14 of the contact device 10 comes into contact with the contact surface 16 of the charging contact device 11.
  • a lateral surface 22 of the projection 20 comes into contact with the contact surface 16 of the opening 21.
  • the lateral surface 22 is inclined relative to a contact plane 23 running parallel to a vehicle floor or a subsurface and can slide along a lateral surface 24 of the receptacle 21 when brought together, so that the contact carrier 12 is centered when brought together and a precise positioning takes place. This is also made possible in particular by the fact that the lateral surfaces 22 and 24 are oval at least in sections.
  • the charging system is further designed with a holding device 25, which in turn has two holding devices 26, each of which comprises a connecting extension 27 and a locking element 28.
  • the connecting extension 27 can be connected to the locking element 28 in a form-fitting manner.
  • the connecting extension 27 is designed here as a pin 29, which is arranged with its longitudinal axis 30 in a vertical direction.
  • the locking element 28 is designed with an eccentric shaft 31, which is arranged so as to be rotatable with its rotation axis 32 transverse to the longitudinal axis 30.
  • the pin 29 is spring-mounted by means of a spring device 34 formed by a spring 33 and can thus avoid obstacles or partially or completely be permanently sunk into the contact surface 14.
  • the locking element 28 or the shaft 3 1 is arranged in a recess 35 in the contact surface 16. When the contact carrier 12 and the charging contact carrier 18 are brought together, the pin 29 can engage in the recess 35 and come into contact with the shaft 3 1.
  • An extension 36 with an undercut 37 is formed on the pin 29.
  • the shaft 3 1 is formed with a radial recess 38 with a V-shaped opening 39.
  • An eccentric ramp 40 is formed in the radial recess 38, which can engage behind the extension 36 at the undercut 37. This is done by rotating the shaft 3 1 in sections.
  • the rotation of the shaft is caused by an electric actuator 41, which is formed from a motor 42 and a gear 43.
  • the pin 29 is then pulled into the recess 35 or the opening 21 in the direction of the longitudinal axis 30 and the contact surfaces 14 and 16 are pressed against one another.
  • the connecting extension 27 and the locking element 28 are separated by rotating the shaft 3 1 in the opposite direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladesystem und ein Verfahren zum Laden elektrisch angetriebener Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, mit einem Ladesystem, wobei das Ladesystem eine Kontaktvorrichtung (10), eine Ladekontaktvorrichtung (11) und eine Positioniereinrichtung umfasst, wobei die Ladekontaktvorrichtung an oder in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs anordbar ist und einen Ladekontaktträger (18) umfasst, der Ladekontakte aufweist, wobei die Kontaktvorrichtung auf oder zumindest teilweise in einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs anordbar ist und einen Kontaktträger (12) umfasst, der Kontakte aufweist, wobei mit dem Kontakten jeweils die Ladekontakte zur Ausbildung einer Kontaktpaarung kontaktierbar sind, wobei mittels der Positioniereinrichtung der Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in einer Kontaktposition (19) positionierbar ist, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist, wobei das Ladesystem eine Haltevorrichtung (25) zur lösbaren Verbindung des Kontaktträgers mit dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition aufweist, wobei die Haltevorrichtung zumindest eine Halteeinrichtung (26) aufweist, die einen Verbindungsfortsatz (27) und einen mit dem Verbindungsfortsatz formschlüssig verbindbares Riegelelement (28) umfasst.

Description

Ladesystem und Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Ladesystem sowie ein Verfahren zum Laden elektrisch angetriebener Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, mit einem Ladesystem, wobei das Ladesystem eine Kontaktvorrichtung, eine Ladekontakteinrichtung und eine Positioniereinrichtung umfasst, wobei die Ladekontakteinrichtung an oder in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs anordbar ist und einen Ladekontaktträger umfasst, der Ladekontakte aufweist, wobei die Kontaktvorrichtung auf oder zumindest teilweise in einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs anordbar ist und einen Kontaktträger umfasst, der Kontakte aufweist, wobei mit den Kontakten j eweils die Ladekontakte zur Ausbildung einer Kontaktpaarung kontaktierbar sind, wobei mittel s der Positioniereinrichtung der Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in einer Kontaktposition positionierbar ist, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist.
Derartige Ladesysteme sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden regelmäßig zur Ladung elektrisch angetriebener Fahrzeuge an beispielsweise einem Haltepunkt eingesetzt. Hierbei wird zwischen Ladesystemen unterschieden, die auf einem Dach eines Fahrzeugs oder unterhalb eines Bodens des Fahrzeugs angeordnet sind.
Ladesysteme können auch aus einer Stecker-Dose-Verbindung bestehen, wobei hier regelmäßig j edoch nur geringe Ströme übertragen werden können, was eine Ladedauer verlängert. Weiter ist häufig eine manuelle Kopplung von Stecker und Dose mittels eines Bedieners erforderlich und es müssen besondere Anforderungen an die elektrische Sicherheit zum Schutz von Personen eingehalten werden, was bei automatisierten Ladesystemen außerhalb der Reichweite von Personen in der Regel nicht der Fall ist. Es bietet sich daher an, Ladesysteme unterhalb von Fahrzeugen, wie Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Busse, anzuordnen, da dann besonders hohe Ströme, beispielsweise 500 Ampere bis 1000 Ampere mit einer Spannung von bis zu 750 Volt übertragen werden können.
Bei den bekannten Ladesystemen wird eine unter einem Fahrzeugboden angeordnete Ladekontaktvorrichtung von einer übereinstimmend ausgebildeten Kontaktvorrichtung kontaktiert. Ein Kontaktträger wird dabei mittels einer Positioniereinrichtung des Ladesystems in eine Kontaktposition geführt, wobei Kontakte in der Kontaktposition Ladekontakte an der Ladekontaktvorrichtung zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung kontaktieren. Dabei werden Kontaktpaarungen für einen Ladestromstromkreis und für beispielsweise eine Steuerleitung, Erdung oder eine Datenübertragung ausgebildet. Es ist daher stets vorgesehen, eine Mehrzahl von Kontakten mit j eweils zugeordneten Ladekontakten zu kontaktieren. Ein derartiges Schnellladesystem ist beispielsweise aus der DE 10 2009 001 080 Al bekannt.
Bei einer Zusammenführung von Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung mittels der Positioniereinrichtung besteht stets das Problem, dass die Kontaktvorrichtung bzw. die Kontakte relativ zu den Ladekontakten der Ladekontaktvorrichtung zur Herstellung von Kontaktpaarun- gen in die dafür vorgesehene Position gebracht werden müssen. Während des Ladevorgangs darf dann diese Position bzw. Kontaktposition nicht mehr verändert werden, da es dann zu einer Unterbrechung der Kontaktpaarungen und damit des Ladevorgangs kommt. Dies kann leicht dadurch erfolgen, dass das Fahrzeug während des Ladevorgangs bewegt wird, beispiel sweise durch Ein- und Aussteigen von Personen oder einer Be- und Entladung des Fahrzeugs. Die Positioniereinrichtung muss daher so ausgebildet sein, dass eine Bewegung des Fahrzeugs ausgeglichen und eine ausreichend hohe Kontaktkraft zwischen der Kontaktvorrichtung und der Ladekontaktvorrichtung ausgebildet wird, die ein unbeabsichtigtes Trennen von Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung bzw. einzelner Kontaktpaarungen verhindert.
Weiter sollte eine Kontaktkraft zwischen den j eweiligen Kontakten und Ladekontakten vergleichsweise gleichmäßig groß sein, so dass Übergangswiderstände der j eweiligen Kontaktpaarung nicht wesentlich voneinander abweichen. Andernfalls kann es zu einer unerwünschten Erwärmung oder sogar zur Bildung von Lichtbögen im Bereich einer Kontaktpaarung kommen. Insgesamt erfordert dies die Ausbildung einer sehr hohen Kontaktkraft zwischen Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung, was eine entsprechend robuste konstruktive Gestaltung der Kontaktvorrichtung und der Ladekontaktvorrichtung sowie insbesondere der Positioniereinrichtung, mit der die Kontaktkraft aufgebracht wird, erfordert. Diese konstruktive Auslegung resultiert in höheren Kosten zur Herstellung des Ladesystems, wobei eine Ladeunterbrechung nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ladesystem sowie ein Verfahren zum Laden elektrisch angetriebener Fahrzeuge vorzuschlagen, dass eine sichere Kontaktierung mit einfachen Mitteln ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Ladesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
Das erfindungsgemäße Ladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, umfasst eine Kontaktvorrichtung, eine Ladekontaktvorrichtung und eine Positioniereinrichtung, wobei die Ladekontaktvorrichtung an oder in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs anordbar ist und einen Ladekontaktträger umfasst, der Ladekontakte aufweist, wobei die Kontaktvorrichtung auf oder zumindest teilweise in einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs anordbar ist und einen Kontaktträger umfasst, der Kontakte aufweist, wobei mit den Kontakten j eweils die Ladekontakte zur Ausbildung einer Kontaktpaarung kontaktierbar sind, wobei mittel s der Positioniereinrichtung der Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in einer Kontaktposition positionierbar ist, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist, wobei das Ladesystem eine Haltevorrichtung zur lösbaren Verbindung des Kontaktträgers mit dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition aufweist, wobei die Haltevorrichtung zumindest eine Halteeinrichtung aufweist, die einen Verbindungsfortsatz und einen mit dem Verbindungsfortsatz formschlüssig verbindbares Riegelelement umfasst.
Das erfindungsgemäße Ladesystem ermöglicht folglich mit der Haltevorrichtung die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktträger und dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition für die Dauer eines Ladevorgangs. Nach dem Ladevorgang kann mittels der Haltevorrichtung die formschlüssige Verbindung wieder getrennt werden, so dass der Kontaktträger und der Ladekontaktträger ebenfalls wieder voneinander getrennt werden können. Die formschlüssige Verbindung ist besonders einfach dadurch ausbildbar, dass die zumindest eine Halterichtung lediglich einen Verbindungsfortsatz und ein Riegelelement umfasst. Der Verbindungsfortsatz ist an dem Kontaktträger oder dem Ladekontaktträger sowie das Riegelelement an dem Ladekontaktträger oder dem Kontaktträger angeordnet. Der Verbindungsfortsatz und das Riegelelement sind dabei so ausgebildet, dass diese bei Bedarf formschlüssig ineinandergreifen können. Die formschlüssige Verbindung kann dann dabei durch eine Bewegung des Verbindungsfortsatzes und/oder des Riegelelements ausgebildet oder gelöst werden. Im Gegensatz zu einer alleine durch eine Kraft bewirkte Verbindung von Kontaktträger und Ladekontaktträger wird durch die formschlüssige Verbindung eine wesentlich höhere Sicherheit bei einem Ladevorgang des Fahrzeuges erzielt, da die formschlüssige Verbindung nicht ohne weiteres trennbar ist. Darüber hinaus muss eine Kontaktkraft auch nicht mehr von der Positioniereinrichtung alleine aufgebracht werden, weshalb die Positioniereinrichtung sowie auch die Kontaktvorrichtung und die Ladekontaktvorrichtung weniger aufwendig dimensioniert bzw. ausgebildet sein können.
Die Haltevorrichtung kann zumindest zwei oder mehr Halteeinrichtungen aufweisen, die an dem Kontaktträger und dem Ladekontaktträger in einem gleichen bzw. übereinstimmenden Relativab stand zu einem Symmetriezentrum bzw. Symmetriepunkt des Kontaktträgers und/oder des Ladekontaktträgers angeordnet sind. So können die zwei Halteeinrichtungen relativ bezogen auf das Symmetriezentrum aneinander gegenüberliegend, beispielsweise in einer Symmetrieachse des Kontaktträgers und/oder des Ladekontaktträgers angeordnet sein. Wenn alleine eine Halteeinrichtung Verwendung finden sollte, kann diese im Symmetriezentrum des Kontaktträgers und/oder des Ladekontaktträgers angeordnet sein. Die Halteeinrichtungen können dann so angeordnet sein, dass eine Kontaktkraft zwischen Kontaktträger und Ladekontaktträger möglichst gleichmäßig verteilt werden kann. So kann dann auch sichergestellt werden, dass der Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition nicht kippt oder verschoben wird, wenn die formschlüssige Verbindung an j eweils den Halteeinrichtungen ausgebildet wird. Der Kontaktträger kann einen Vorsprung mit den daran angeordneten Kontakten und der Ladekontaktträger eine Öffnung mit den daran angeordneten Ladekontakten aufweisen oder umgekehrt, wobei der Vorsprung und die Öffnung j eweils mit Anlageflächen mit einer übereinstimmenden geometrischen Form ausgebildet sein können. Wenn der Vorsprung und die Öffnung ineinanderpassend ausgebildet sind, kann bei einer lagerichtigen Anordnung von Vorsprung und Öffnung relativ zueinander eine lagerichtige Ausrichtung der Kontakte und der Ladekontakte auch relativ zueinander gewährleistet werden. Der Vorsprung kann an dem Kontaktträger oder an dem Ladekontaktträger sowie die Öffnung an dem Ladekontaktträger oder an dem Kontaktträger ausgebildet sein. Die j eweiligen Anlageflächen des Vorsprungs und der Öffnung, die in der Kontaktposition aneinander zur Anlage gelangen, können zumindest ab schnittsweise eine übereinstimmende geometrische Form aufweisen, die eine sichere und lagerichtige Positionierung von Ladekontaktträger und Kontaktträger ermöglicht. Eine Kontur des Vorsprungs, d. h. eine an einem Umfang des Vorsprungs verlaufende Linie oder eine entlang der Anlagefläche des Vorsprungs verlaufende Linie, kann prinzipiell beliebig, kreisförmig, polygonal, oder oval ausgebildet sein. Die Kontakte und die Ladekontakte können beliebig hinsichtlich ihrer geometrischen Gestalt ausgebildet und im Bereich des Vorsprungs bzw. der Öffnung angeordnet sein. Insgesamt wird es so möglich mit einfachen Mitteln eine sichere und verlässliche Funktion des Ladesystems zu gewährleisten.
Der Verbindungsfortsatz kann die Anlagefläche überragen, wobei der Verbindungsfortsatz mittels einer Federeinrichtung derart federnd gelagert sein kann, dass der Verbindungsfortsatz zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, in der Anlagefläche versenkbar ausgebildet sein kann. Damit kann sichergestellt werden, dass bei einem Zusammenführen von Kontaktträger und Ladekontaktträger der Verbindungsfortsatz die lagerichtige Zusammenführung nicht behindert, wenn der Verbindungsfortsatz an der gegenüberliegenden Anlagefläche anstößt oder abgleitet. Der Verbindungsfortsatz kann dann entgegen einer Federkraft der Federeinrichtung so weit in der Anlagefläche versenkt werden, dass der Kontaktträger und der Ladekontaktträger ungehindert in die Kontaktposition gebracht werden können. Die Federeinrichtung kann beispielsweise durch eine einfache Spiralfeder bzw. eine Zugfeder oder eine Druckfeder ausgebildet sein.
Das Riegelelement kann in einer Ausnehmung in der Anlagefläche angeordnet sein, in die der Verbindungsfortsatz eingreifen kann. Wenn der Verbindungsfortsatz die Anlagefläche überragt, kann dieser dann in die Ausnehmung in der gegenüberliegenden Anlagefläche eingreifen. Innerhalb dieser Ausnehmung kann das Riegelelement angeordnet sein, welches formschlüssig mit dem Verbindungsfortsatz verbunden werden kann. Durch die Anordnung des Riegelelements in der Ausnehmung kann dieses besonders einfach gegen äußere Einflüsse und Beschädigungen geschützt werden.
Der Verbindungsfortsatz kann mit einer Hinterschneidung ausgebildet sein, wobei das Riegelelement mit einem Keil oder einem Exzenter ausgebildet sein kann, wobei das Riegelelement derart bewegbar ausgebildet sein kann, dass das Riegelelement in die Hinterschneidung eingreifen und den Kontaktträger mit einer Kraft an den Ladekontaktträger drücken kann. Die Hinterschneidung kann eine Ausnehmung, Nut, Öffnung oder dergleichen in dem Verbindungsfortsatz sein in die der Keil oder der Exzenter zumindest teilweise eingreifen kann. Dadurch ist es möglich, das Riegelelement mit dem Verbindungsfortsatz formschlüssig zu verbinden. Der Eingriff des Riegelelements in die Hinterschneidung kann durch eine Bewegung des Riegelelements, oder alternativ durch eine Bewegung des Verbindungsfortsatzes bewirkt werden. Eine Lösung der formschlüssigen Verbindung kann mit einer entsprechenden entgegengesetzten Bewegung erfolgen. Mit dem Keil oder dem Exzenter kann zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung mit dem Eingriff des Riegelelementes eine Kraft bzw. Andruckkraft zwischen dem Kontaktträger und dem Ladekontaktträger ausgebildet werden. Dabei kann der Keil oder Exzenter so weit bewegt werden, dass dieser an einer Fläche der Hinterschneidung anliegt und den Kontaktträger mit dem Ladekontaktträger verspannt. Alternativ kann die Hinterschneidung mit einem Keil oder einer Rampe ausgebildet sein. Insgesamt kann dann so auch eine kraft- bzw. reibschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktträger und dem Ladekontaktträger ausgebildet werden. Eine Verschiebung von Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition durch Querkräfte kann so verhindert werden.
Das Riegelelement kann mittels eines elektrischen Stellantrieb s derart bewegbar sein, dass eine Zugkraft in Richtung einer Längsachse des Verbindungsfortsatzes bewirkt werden kann. Der elektrische Stellantrieb kann beispielsweise ein Elektromotor sein, der direkt auf das Riegelelement wirkt oder der ergänzend ein Getriebe aufweist, mit dem eine Drehzahl des Elektromotors untersetzt werden kann. Das Getriebe kann durch wenige, ineinandergreifende Zahnräder ausgebildet sein. Alternativ kann das Getriebe durch einen Riementrieb oder eine andere Art eines Getriebes gebildet sein. Gleichzeitig eröffnet die Verwendung eines Getriebes die Möglichkeit, den Motor bzw. Elektromotor in einer konstruktiv günstigen Position an der Kontaktvorrichtung oder der Ladekontaktvorrichtung anzuordnen. Ein Bauraum der Kontaktvorrichtung bzw. der Ladekontaktvorrichtung kann so verhältnismäßig klein ausgebildet werden.
Der Verbindungsfortsatz kann als ein Stift ausgebildet sein, der mit seiner Längsachse in einer vertikalen Richtung angeordnet sein kann, wobei das Riegelelement mit einer exzentrischen Welle ausgebildet sein kann, die mit ihrer Rotationsachse quer zu der Längsachse angeordnet sein kann, wobei die Welle in der Kontaktposition derart drehbar sein kann, dass die Welle und der Stift formschlüssig ineinandergreifen können. Der Stift kann einen beliebigen, vorzugsweise runden Querschnitt aufweisen. Der Stift kann sich dann in der vertikalen Richtung mit seiner Längsachse so erstrecken, dass er sich bei einem Zusammen- führen von Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung zwischen Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung erstreckt. Die vertikale Richtung kann als eine Richtung angesehen werden, die quer zu dem Untergrund, der als horizontal angesehen werden kann, verläuft. Die vertikale Richtung kann auch so verstanden werden, dass die Kontaktvorrichtung oder die Ladekontaktvorrichtung eine entsprechende horizontale Bezugsebene ausbildet. Wenn nun das Riegelelement mit einer exzentrischen Welle ausgebildet ist, kann diese exzentrische Welle derart in den Stift eingreifen oder umgekehrt, dass bei einer Rotation der Welle die formschlüssige Verbindung zwischen Riegelelement und Verbindungsfortsatz bzw. exzentrische Welle und Stift ausgebildet oder gelöst wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die formschlüssige Verbindung nicht versehentlich ausgebildet wird und auch eine Trennung der formschlüssigen Verbindung sicher gewährlei stet ist.
Die Welle kann mit einer radialen Ausnehmung für den Stift ausgebildet sein, in die der Stift mit einem Ende eingesetzt werden kann. Unter einer radialen Ausnehmung wird eine Öffnung in der Welle an einem Umfang der Welle verstanden. Die radiale Ausnehmung kann dann so ausgebildet sein, dass der Stift mit seinem Ende in die radiale Ausnehmung in der Kontaktposition leicht eingeführt werden kann.
In der radialen Ausnehmung kann eine exzentrische Rampe ausgebildet sein, die einen Fortsatz des Stiftes hintergreifen kann. An dem Ende des Stiftes kann folglich der Fortsatz ausgebildet sein, der durch eine Hin- terschneidung, radiale Nut, Querbohrung oder dergleichen ausgebildet sein kann. Die exzentrische Rampe kann in Art eines Hakens, eines gerundeten Keils oder dergleichen an der Welle ausgebildet sein. So kann die exzentrische Rampe beispielsweise innerhalb der radialen Ausnehmung, d. h. unabhängig von dem Umfang der Welle, ausgebildet sein. Mittels einer Drehung der Welle kann die exzentrische Rampe den Fortsatz des Stifts hintergreifen und, im Falle einer Keilform des Stifts, den Stift in Richtung seiner Längsachse an die Welle heranziehen. Dadurch kann eine besonders große Kraft auch mit einer nur abschnittsweisen Drehung der Welle bewirkt werden. Beispielsweise kann die Welle bereits durch eine Vierteldrehung oder halbe Drehung mit dem Stift formschlüssig verbunden werden.
Die radiale Ausnehmung kann mit einer V-förmigen Öffnung ausgebildet sein. Die V-förmige Öffnung kann dann in einer Rotationsrichtung der Welle ausgebildet sein, so dass bei einer Drehung der Welle der Stift in der Öffnung zentriert wird. Hierdurch kann eine ergänzende Lagekorrektur von Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die V-förmige Öffnung dafür sorgen, dass der Stift positionsgenau in der Öffnung angeordnet ist, wenn die Welle in den Stift zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung eingreift. Alternativ kann die Öffnung auch mit einem in die Öffnung hineinragenden Keil ausgebildet sein, der dann wiederum in eine in dem Stift ausgebildete Öffnung, Bohrung oder dergleichen, eingreifen kann.
In der Kontaktposition können die Kontakte und die Ladekontakte in einer Kontaktebene parallel relativ zu dem Fahrzeugboden und/oder dem Untergrund angeordnet sein. Der Kontaktträger und der Ladekontaktträger können dann in der Kontaktebene in der Kontaktposition mit den j eweiligen Anlageflächen aneinander anliegen. Innerhalb dieser Anlageflächen können die Kontakte bzw. Ladekontakte aneinander gegenüberliegend angeordnet sein. Das Ladesystem kann so besonders große Kontaktflächen zur Übertragung hoher Strömung und gleichfalls eine geringe Bauhöhe aufweisen. Die Kontakte und/oder die Ladekontakte können dabei im Wesentlichen eben ausgebildet sein und keine weiteren hervorstehenden Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweisen. Der Kontaktträger und der Ladekontaktträger können j eweils übereinstimmend ausgebildet und relativ zu der Kontaktebene geneigte Mantelflächen ausbilden, so dass bei einem Zusammenführen von Kontaktträger und Ladekontaktträger mittels der Positioniereinrichtung eine Zentrierung von Kontaktträger und Ladekontaktträger erfolgen kann. Die Mantelflä- chen können bei dem Zusammenführen aneinander entlanggleiten, bis die Kontaktposition erreicht ist. Eine Neigung der Mantelflächen kann vergleichsweise groß sein, so dass die Mantelflächen in Bezug auf die Kontaktebene mit einem stumpfen Winkel ausgebildet sein können.
Der Kontaktträger und/oder der Ladekontaktträger kann Federn aufweisen, die eine Federkraft auf j eweils Kontakte und/oder Ladekontakte bewirken können, derart, dass der j eweilige Kontakt und/oder Ladekontakt in Richtung eines gegenüberliegenden Ladekontakts oder Kontakts gedrückt werden kann. Mittels der Feder kann dann eine Federkraft auf den Kontakt bzw. Ladekontakt bewirkt werden, derart, dass der Kontakt in Richtung zu einem Ladekontakt gedrückt wird oder umgekehrt. Eine federnde Lagerung des Kontakts bzw. Ladekontakts kann durch eine Druckfeder, insbesondere Spiralfeder ausgebildet werden. Infolgedessen kann so ein punktueller Kontakt oder ein Flächenkontakt von Kontakt und Ladekontakt in der Kontaktposition unter einer Federvorspannung ausgebildet werden. Eine Federkraft kann so gewählt werden, dass der Kontakt bzw. Ladekontakt stets in Richtung zu dem Ladekontakt bzw. Kontakt gedrückt und in eine vordere Endlage bewegt wird, wenn keine Kontaktpaarung ausgebildet ist.
Der Kontakt und der Ladekontakt können so ausgebildet sein, dass in der Kontaktposition ein Strom von 500 Ampere bis 1000 Ampere bei einer Spannung von bi s zu 1500 Volt, vorzugsweise 340 Ampere bei einer Spannung von 800 Volt übertragbar ist. So ist eine Leistung von 750 kW bis 1500 kW, vorzugsweise von zumindest 272 kW über das Schnellladesystem übertragbar. Im Fall einer Federvorspannung können zumindest zwei Kontakte bzw. Ladekontakte relativ zu der j eweiligen Anlagefläche in unterschiedlichen Höhen hervorstehen, so dass es dann möglich ist, bei der Ausbildung von zumindest zwei Kontaktpaarungen zwischen j eweils einem Kontakt und einem Ladekontakt eine definierte Reihenfolge bei der Herstellung der Kontaktpaarungen sicherzustellen. Die Kontakte und die Ladekontakte können j eweils aus Leiterplatten ausgebildet sein, wobei die Leiterplatten innerhalb einer Oberfläche eines aus einem dielektrischen Material ausgebildeten Kontaktträgerelements des Kontaktträgers und/oder eines Ladekontaktträgerelements des Ladekontaktträgers angeordnet sein können. Beispielsweise kann das Kontaktträgerelement und/oder das Ladekontaktträgerelement aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Die Leiterplatten können in dem Kunststoffmaterial eingebettet sein oder ein Stück weit eine Oberfläche des Kunststoffmaterials überragen. Die Leiterplatten können im Wesentlichen rund, oval oder streifenförmig ausgebildet sein.
Die Kontaktvorrichtung oder die Ladekontaktvorrichtung können die Positioniereinrichtung aufweisen, wobei die Positioniereinrichtung aus zumindest einem Pantografen, einem Schwenkhebel, einer Schwinge oder einer Teleskopführung ausgebildet sein kann, mittels dem bzw. der der Kontaktträger oder der Ladekontaktträger in zumindest vertikaler Richtung positioniert werden kann. Dabei können auch ein Linearantrieb, ein Pneumatikzylinder, ein Hydraulikzylinder, eine Scheerenhubvorrichtung, eine Gewindespindel oder Kombinationen davon zum Einsatz kommen. So kann die Positioniereinrichtung an den Untergrund oder dem Fahrzeug angeordnet bzw. ausgebildet sein. Prinzipiell ist es auch möglich, an der Kontaktvorrichtung und der Ladekontaktvorrichtung j eweils eine Positioniereinrichtung zu verwenden. Wesentlich ist, dass die Positioniereinrichtung den Kontaktträger bzw. den Ladekontaktträger in der vertikalen Richtung bewegen kann. Es kann j edoch auch vorgesehen sein, dass, je nach Ausbildung der Positioniereinrichtung, während der Ausführung der vertikalen Bewegung gleichzeitig eine horizontale Bewegung erfolgt.
Alternativ kann die Positioniereinrichtung von einer Niveauregulierung des Fahrzeugs ausgebildet sein, mittels der die Ladekontaktvorrichtung in zumindest vertikaler Richtung positionierbar sein kann. Die Niveauregulierung kann durch ein mit Luftdruck unterstütztes Fahrwerk des Fahrzeugs ausgebildet sein und ein Absenken des Fahrzeugs relativ zu dem Untergrund ermöglichen. Durch das Absenken des Fahrzeugs kann der Ladekontaktträger mit dem Kontaktträger zusammengeführt werden. Besonders vorteilhaft ist hier, dass es keiner speziellen Ausbildung einer Positioniereinrichtung bedarf und die ohnehin an dem Fahrzeug vorhandenen Niveauregulierung des Fahrwerks als Positioniereinrichtung genutzt werden kann.
Die Ladekontaktvorrichtung und die Kontaktvorrichtung können derart ausgebildet sein, dass zumindest fünf, bevorzugt sieben Kontaktpaarungen ausbildbar sind, wobei zumindest zwei Kontaktpaarungen Leistungskontakte, zwei Kontaktpaarungen Datenkontakte und eine Kontaktpaarung einen Erdungskontakt, ausbilden können. Zur Übertragung einer besonders hohen Leistung können beispielsweise hier Leistungskontakte vorgesehen sein. Sofern die Kontaktelemente oder die Ladekontaktelemente relativ zu einer Oberfläche des Kontaktträgers bzw. Ladekontaktträgers in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, kann eine definierte Reihenfolge bei der Herstellung der Kontaktpaarungen von Kontaktelementen und Ladekontakten sichergestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zuerst der Erdungskontakt, danach die Leistungskontakte und im Nachfolgenden der Datenkontakt kontaktiert werden.
Die formschlüssige Verbindung des Verbindungsfortsatzes mit dem Riegelelement kann zumindest einen Datenkontakt oder einen Erdungskontakt ausbilden. Es ist dann nicht mehr erforderlich, eigens zur Ausbildung des Datenkontaktes oder des Erdungskontaktes Kontakte und Ladekontakte vorzusehen. Sofern die Haltevorrichtung zumindest zwei Halteeinrichtungen aufweist, können diese Halteeinrichtungen zur Ausbildung der Datenkontakte bzw. des Erdungskontakts genutzt werden. Damit kann dann auch sichergestellt werden, dass erst nach einer formschlüssigen Verbindung der Haltevorrichtung bzw. von Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung der eigentliche Ladevorgang über Leistungskontakte erfolgt. Gleichfalls ist es möglich, die Ausbildung der formschlüssigen Verbindung dadurch zu prüfen, dass eine mögliche elektrische Verbindung über eine Halteeinrichtung bzw. die Halteeinrichtungen detektiert wird.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand kann ein Fahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus oder dergleichen sein, welcher ein erfindungsgemäßes Ladesystem umfasst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Fahrzeugs ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laden elektrisch angetriebener Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, mit einem Ladesystem, umfasst das Ladesystem eine Kontaktvorrichtung, eine Ladekontaktvorrichtung und eine Positioniereinrichtung, wobei die Ladekontaktvorrichtung an oder in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs angeordnet wird und einen Ladekontaktträger umfasst, der Ladekontakte aufweist, wobei die Kontaktvorrichtung auf oder zumindest teilweise in einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs angeordnet wird und einen Kontaktträger umfasst, der Kontakte aufweist, wobei mit den Kontakten j eweils die Ladekontakte kontaktiert werden und Kontaktpaarungen ausgebildet werden, wobei mittel s der Positioniereinrichtung der Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in einer Kontaktposition positioniert wird, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausgebildet wird, wobei mittels einer Haltevorrichtung des Ladesystems eine lösbar Verbindung des Kontaktträgers mit dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition ausgebildet wird, wobei die Haltevorrichtung zumindest eine Halteeinrichtung aufweist, die einen Verbindungsfortsatz und ein mit dem Verbindungfortsatz formschlüssig verbindbares Riegelelement umfasst. Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Ladesystems verwiesen.
Zwischen dem Verbindungsfortsatz und dem Riegelelement kann eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet werden. Dadurch wird es möglich, die Ausbildung der formschlüssigen Verbindung zwischen Riegelelement und Verbindungsfortsatz zu detektieren bzw. zu überprüfen. Gleichfalls kann dann auch der Verbindungsfortsatz und das Riegelelement als Kontakt bzw. Ladekontakt genutzt werden. Insofern können dann auch der Verbindungsfortsatz und das Riegelelement aus einem elektrisch leitenden Metall ausgebildet sein. Der Verbindungsfortsatz und das Riegelelement können mit stromleitenden Leitungen der Kontaktvorrichtung bzw. der Ladekontaktvorrichtung verbunden sein. Werden mehrere Halteeinrichtungen verwendet, kann ein über die Halteeinrichtungen geleiteter Stromkreis bzw. eine Kontaktschleife ausgebildet werden, mit der die j eweils elektrisch leitende Verbindung sämtlicher Halteeinrichtungen geprüft werden kann.
Folglich kann die Haltevorrichtung zumindest zwei Halteeinrichtungen aufweisen, wobei über die Halteeinrichtungen ein Datenkontakt und/oder ein Erdungskontakt ausgebildet werden kann, wobei eine Steuervorrichtung des Ladesystems die Ausbildung des Datenkontakts und/oder Erdungskontakts prüfen und über Leistungskontakte des Ladesystems ein ladendes Fahrzeug initiieren kann. Demnach kann die Steuervorrichtung über die j eweiligen Halteeinrichtungen die vorgesehene formschlüssige Verbindung der Halteeinrichtungen prüfen, bevor die Steuervorrichtung den eigentlichen Ladevorgang über die Leistungskontakte freigibt. Gleichfalls können auch die Halteeinrichtungen zur Ausbildung des Datenkontaktes und/oder Erdungskontaktes genutzt werden. Da regelmäßig über den Datenkontakt und/oder den Erdungskontakt weniger hohe Ströme als über die j eweiligen Leistungskontakte übertragen werden, kann die Nutzung der Halteeinrichtungen für diesen Zweck ermöglicht und auf die Ausbildung eigens dafür vorgesehener Kontakte und Ladekontakte verzichtet werden.
Die Erfindung ist prinzipiell für jede Art von Elektrofahrzeug nutzbar, welches mit Batterien betrieben wird, die nachgeladen werden müssen. Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kontaktvorrichtung und einer Ladekontaktvorrichtung in einer Kontaktposition;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Kontaktvorrichtung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Ladekontaktvorrichtung;
Fig. 4 eine weitere perspektivische Ansicht der Ladekontaktvorrichtung;
Fig. 5 eine perspektivische Schnittansicht der Kontaktvorrichtung und der Ladekontaktvorrichtung;
Fig. 6 eine Schnittansicht der Kontaktvorrichtung und der Ladekontaktvorrichtung.
Eine Zusammenschau der Fig. 1 bis 6 zeigt eine Kontaktvorrichtung 10 und eine Ladekontaktvorrichtung 1 1 eines Ladesystems für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, wobei das Ladesystem weiter eine Positioniereinrichtung umfasst, die hier nicht näher dargestellt ist. Die Ladekontaktvorrichtung 1 1 ist zur Anordnung an oder in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs ausgebildet. Die Kontaktvorrichtung 10 kann auf oder zumindest teilweise in einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs angeordnet werden. Die Kontaktvorrichtung 1 1 umfasst einen Kontaktträger 12, der hier nicht näher dargestellte Kontakte umfasst, die in Öffnungen 13 in einer Anlagefläche 14 eines Korpus 15 des Kontaktträgers 12 angeordnet sind. Die Ladekontaktvorrichtung 1 1 weist ebenfalls nicht dargestellte Ladekontakte auf, die an bzw. in einer Anlagefläche 16 eines Korpus 17 eines Ladekontaktträgers 18 der Ladekontaktvorrichtung 1 1 angeordnet sind.
In einer in den Fig. 1 , 5 und 6 dargestellten Kontaktposition 19 gelangt ein an dem Kontaktträger 12 ausgebildeter Vorsprung 20 in eine am Ladekontaktträger 18 ausgebildete Öffnung 21 . Dies erfolgt durch ein Zusammenführen von Kontaktträger 12 und Ladekontaktträger 18 bis die Kontaktposition 19 erreicht ist, in der dann Kontaktpaarungen zwischen Kontakten und Ladekontakten ausgebildet werden, die ein Laden des betreffenden Fahrzeuges bzw. einer Batterie des Fahrzeugs ermöglichen. In der Kontaktposition 19 gelangt dann die Anlagefläche 14 der Kontaktvorrichtung 10 in Kontakt mit der Anlagefläche 16 der Ladekontaktvorrichtung 1 1 . Weiter gelangt eine Mantelfläche 22 des Vorsprungs 20 in Kontakt mit der Anlagefläche 16 der Öffnung 21. Die Mantelfläche 22 ist relativ zu einer parallel zu einem Fahrzeugboden bzw. einem Untergrund verlaufenden Kontaktebene 23 geneigt ausgebildet und kann bei dem Zusammenführen an einer Mantelfläche 24 der Aufnahme 21 entlanggleiten, so dass der Kontaktträger 12 bei dem Zusammenführen zentriert wird und eine lagegenaue Positionierung erfolgt. Dies wird insbesondere auch dadurch möglich, dass die Mantelflächen 22 und 24 zumindest ab schnittswei se oval ausgebildet sind.
Das Ladesystem ist weiter mit einer Haltevorrichtung 25 ausgebildet, die ihrerseits zwei Halteeinrichtungen 26 aufweist, die j eweils einen Verbindungsfortsatz 27 und ein Riegelelement 28 umfassen. In der Kontaktposition 19 ist der Verbindungsfortsatz 27 mit dem Riegelelement 28 formschlüssig verbindbar. Der Verbindungsfortsatz 27 ist hier als ein Stift 29 ausgebildet, der mit seiner Längsachse 30 in einer vertikalen Richtung angeordnet ist. Das Riegelelement 28 ist mit einer exzentrischen Welle 3 1 ausgebildet, die mit ihrer Rotationsachse 32 quer zu der Längsachse 30 drehbar angeordnet i st. Der Stift 29 ist mittels einer durch eine Feder 33 ausgebildete Federeinrichtung 34 federnd gelagert und kann so Hindernissen ausweichen bzw. abschnittsweise bzw. voll- ständig in der Anlagefläche 14 versenkt werden. Das Riegelelement 28 bzw. die Welle 3 1 ist in einer Ausnehmung 35 in der Anlagefläche 16 angeordnet. Der Stift 29 kann bei einem Zusammenführen von Kontaktträger 12 und Ladekontaktträger 18 in die Ausnehmung 35 eingreifen und mit der Welle 3 1 in Kontakt gelangen.
An dem Stift 29 ist ein Fortsatz 36 mit einer Hinterschneidung 37 ausgebildet. Die Welle 3 1 ist mit einer radialen Ausnehmung 38 mit einer V- förmigen Öffnung 39 ausgebildet. In der radialen Ausnehmung 38 ist eine exzentrische Rampe 40 ausgebildet, die den Fortsatz 36 an der Hinterschneidung 37 hintergreifen kann. Dies erfolgt durch eine abschnittsweise Drehung der Welle 3 1. Die Drehung der Welle wird durch einen elektrischen Stellantrieb 41 , der aus einem Motor 42 und einem Getriebe 43 gebildet ist, bewirkt. Dabei wird dann der Stift 29 in Richtung der Längsachse 30 in die Ausnehmung 35 bzw. die Öffnung 21 hineingezogen und die Anlageflächen 14 und 16 aneinandergepresst. Eine Trennung von Verbindungsfortsatz 27 und Riegelelement 28 erfolgt durch eine entgegengesetzte Drehung der Welle 3 1.

Claims

Patentansprüche Ladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, wobei das Ladesystem eine Kontaktvorrichtung ( 10), eine Ladekontaktvorrichtung ( 1 1 ) und eine Positioniereinrichtung umfasst, wobei die Ladekontaktvorrichtung an oder in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs anordbar ist und einen Ladekontaktträger ( 18) umfasst, der Ladekontakte aufweist, wobei die Kontaktvorrichtung auf oder zumindest teilweise in einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs anordbar ist und einen Kontaktträger 12 umfasst, der Kontakte aufweist, wobei mit den Kontakten j eweils die Ladekontakte zur Ausbildung einer Kontaktpaarung kontaktierbar sind, wobei mittels der Positioniereinrichtung der Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in einer Kontaktposition ( 19) positionierbar ist, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausbildbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ladesystem eine Haltevorrichtung (25) zur lösbaren Verbindung des Kontaktträgers mit dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition aufweist, wobei die Haltevorrichtung zumindest eine Halteeinrichtung (26) aufweist, die einen Verbindungsfortsatz (27) und ein mit dem Verbindungsfortsatz formschlüssig verbindbares Riegelelement (28) umfasst. Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Haltevorrichtung (25) zumindest zwei oder mehr Halteeinrichtungen (26) aufweist, die an dem Kontaktträger (12) und dem Ladekontaktträger (18) in einem gleichen Relativabstand zu einem Symmetriezentrum des Kontaktträgers und/oder des Ladekontaktträgers angeordnet sind. Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontaktträger (12) einen Vorsprung (20) mit den daran angeordneten Kontakten und der Ladekontaktträger (18) eine Öffnung (21) mit den daran angeordneten Ladekontakten aufweist oder umgekehrt, wobei der Vorsprung und die Öffnung j eweils mit Anlageflächen (14, 16) mit einer übereinstimmenden geometrischen Form ausgebildet sind. Ladesystem nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbindungsfortsatz (27) die Anlagefläche (14) überragt, wobei der Verbindungsfortsatz mittels einer Federeinrichtung (34) derart federnd gelagert ist, dass der Verbindungsfortsatz zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, in der Anlagefläche versenkbar ausgebildet ist. Ladesystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Riegelelement (28) in einer Ausnehmung (35) in der Anlagefläche (16) angeordnet ist, in die der Verbindungsfortsatz (27) eingreifen kann. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbindungsfortsatz (27) mit einer Hinterschneidung (37) ausgebildet ist, wobei das Riegelelement (28) mit einem Keil oder einem Exzenter ausgebildet ist, wobei das Riegelelement derart bewegbar ausgebildet ist, dass das Riegelelement in die Hinterschneidung eingreifen und den Kontaktträger (12) mit einer Kraft an den Ladekontaktträger (18) drücken kann. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Riegelelement (28) mittels eines elektrischen Stellantriebs (41) derart bewegbar ist, dass eine Zugkraft in Richtung einer Längsachse (30) des Verbindungsfortsatzes (27) bewirkbar ist. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbindungsfortsatz (27) als ein Stift (29) ausgebildet ist, der mit seiner Längsachse (30) in einer vertikalen Richtung angeordnet ist, wobei das Riegelelement mit einer exzentrischen Welle (31) ausgebildet ist, die mit ihrer Rotationsachse (32) quer zu der Längsachse angeordnet ist, wobei die Welle in der Kontaktposition (19) derart drehbar ist, dass die Welle und der Stift formschlüssig ineinandergreifen. Ladesystem nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Welle (31) mit einer radialen Ausnehmung (38) für den Stift (29) ausgebildet ist, in die der Stift mit einem Ende einsetzbar ist. Ladesystem nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in der radialen Ausnehmung (38) eine exzentrische Rampe (40) ausgebildet ist, die einen Fortsatz (36) des Stifts (29) hintergreifen kann. Ladesystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die radiale Ausnehmung (38) mit einer V-förmigen Öffnung (39) ausgebildet ist. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Kontaktposition (19) die Kontakte und die Ladekontakte in einer Kontaktebene (23) parallel relativ zu dem Fahrzeugboden und/oder dem Untergrund angeordnet sind. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontaktträger (12) und/oder Ladekontaktträger (18) Federn aufweisen, die eine Federkraft auf jeweils Kontakte und/oder Ladekontakte bewirken, derart, dass der jeweilige Kontakt und/oder Ladekontakt in Richtung eines gegenüberliegenden Kontakts oder Ladekontakts gedrückt wird. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktvorrichtung (10) oder die Ladekontaktvorrichtung (11) die Positioniereinrichtung aufweist, wobei die Positioniereinrichtung aus zumindest einem Pantografen, einem Schwenkhebel, einer Schwinge oder einer Teleskopführung ausgebildet ist, mittels dem bzw. der der Kontaktträger (12) oder der Ladekontaktträger (18) in zumindest vertikaler Richtung positionierbar ist. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ladekontaktvorrichtung (11) und die Kontaktvorrichtung (10) derart ausgebildet sind, dass zumindest fünf, bevorzugt sieben Kontaktpaarungen ausbildbar sind, wobei zumindest zwei Kontaktpaarungen Leistungskontakte, zwei Kontaktpaarungen Datenkontakte und eine Kontaktpaarung einen Erdungskontakt, ausbilden. Ladesystem nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die formschlüssige Verbindung des Verbindungsfortsatzes (27) mit dem Riegelelement (28) zumindest einen Datenkontakt oder einen Erdungskontakt ausbildet. Verfahren zum Laden elektrisch angetriebener Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse oder dergleichen, mit einem Ladesystem, wobei das Ladesystem eine Kontaktvorrichtung (10), eine Ladekontaktvorrichtung (11) und eine Positioniereinrichtung umfasst, wobei die Ladekontaktvorrichtung an oder in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeugs angeordnet wird und einen Ladekontaktträger (18) umfasst, der Ladekontakte aufweist, wobei die Kontaktvorrichtung auf oder zumindest teilweise in einem mit dem Fahrzeug befahrbaren Untergrund unterhalb des Fahrzeugs angeordnet wird und einen Kontaktträger (12) umfasst, der Kontakte aufweist, wobei mit den Kontakten jeweils die Ladekontakte kontaktiert werden und Kontaktpaarungen ausgebildet werden, wobei mittels der Positioniereinrichtung der Kontaktträger relativ zu dem Ladekontaktträger in einer Kontaktposition (19) positioniert wird, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer stationären Ladestation ausgebildet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels einer Haltevorrichtung (25) des Ladesystems eine lösba- re Verbindung des Kontaktträgers mit dem Ladekontaktträger in der Kontaktposition ausgebildet wird, wobei die Haltevorrichtung zumindest eine Halteeinrichtung 26 aufweist die einen Verbindungsfortsatz
(27) und ein mit dem Verbindungsfortsatz formschlüssig verbindba- res Riegelelement (28) umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Verbindungsfortsatz (27) und dem Riegelelement
(28) eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet wird. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Haltevorrichtung (25) zumindest zwei Halteeinrichtungen (26) aufweist, wobei über die Halteeinrichtungen ein Datenkontakt und/oder ein Erdungskontakt ausgebildet wird, wobei eine Steuervor- richtung des Ladesystems die Ausbildung des Datenkontakts und/oder Erdungskontakts prüft und über Leistungskontakte des Ladesystems ein Laden des Fahrzeugs initiiert.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102009001080A1 (de) 2009-02-23 2010-08-26 Robert Bosch Gmbh Autonome Ladevorrichtung für Plugln-Hybrid-Fahrzeuge
DE102017218226A1 (de) * 2017-03-20 2018-09-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Unterflur-Kontaktsystem
CN111628351A (zh) * 2020-06-29 2020-09-04 国创新能源汽车智慧能源装备创新中心(江苏)有限公司 一种充电连接结构及充电机构

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