DE102014208930A1

DE102014208930A1 - Energieübertragungsanordnung für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102014208930A1
Application number: DE102014208930.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hill
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Elektrofahrzeuge mit Akkumulatoren benötigen eine regelmäßige Aufladung der Akkumulatoren, wobei das Aufladen beispielsweise in sogenannten Stromtankstellen erfolgen kann. Bislang ist es üblich, dass derartige Stromtankstellen ein Kabel mit einem Stecker zur Verfügung stellen, welcher in eine Buchse des Elektrofahrzeugs eingesteckt werden kann, um das Elektrofahrzeug konduktiv zu kontaktieren und mit dem Ladestrom zu versorgen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieübertragungsanordnung für ein Elektrofahrzeug vorzuschlagen, welche einen besonders geringen Aufwand für den Benutzer der Energieübertragungsanordnung für einen sicheren und komfortablen Lagevorgang erfordert. Hierzu wird eine Energieübertragungsanordnung 3 für ein Elektrofahrzeug 1, mit einer Ladeempfangsvorrichtung 5 zur Integration in dem Elektrofahrzeug 1, wobei die Ladeempfangsvorrichtung 5 eine Empfangsspuleneinrichtung 8 aufweist, mit einer stationären Ladesendevorrichtung 4, wobei die Ladesendeeinrichtung 4 eine Sendespuleneinrichtung 9 zur induktiven Übertragung einer elektrischen Energie an die Empfangsspuleneinrichtung 8 der Ladeempfangsvorrichtung 5, ein Unterteil 12 zur stationären Anordnung der Ladesendevorrichtung 4, und ein Oberteil 11 umfasst, wobei die Sendespuleneinrichtung 9 in dem Oberteil 11 angeordnet ist und wobei das Oberteil 11 relativ zu dem Unterteil 12 bewegbar angeordnet ist, wobei die Ladesendevorrichtung 4 zur bodenseitigen Anordnung in einem Parkplatz 2 für das Elektrofahrzeug 1 und/oder die Ladeempfangsvorrichtung 5 zur Anordnung an einer Unterseite des Elektrofahrzeugs 1 ausgebildet ist bzw. sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieübertragungsanordnung für ein Elektrofahrzeug mit einer Ladeempfangsvorrichtung zur Integration in dem Elektrofahrzeug, wobei die Ladeempfangsvorrichtung eine Empfangsspuleneinrichtung aufweist, mit einer stationären Ladesendevorrichtung, wobei die Ladesendeeinrichtung eine Sendespuleneinrichtung zur induktiven Übertragung einer elektrischen Energie an die Empfangsspuleneinrichtung der Ladeempfangsvorrichtung, ein Unterteil zur stationären Anordnung der Ladesendevorrichtung, und ein Oberteil umfasst, wobei die Sendespuleneinrichtung in dem Oberteil angeordnet ist und wobei das Oberteil relativ zu dem Unterteil bewegbar angeordnet ist.
Elektrofahrzeuge mit Akkumulatoren benötigen eine regelmäßige Aufladung der Akkumulatoren, wobei das Aufladen beispielsweise in sogenannten Stromtankstellen erfolgen kann. Bislang ist es üblich, dass derartige Stromtankstellen ein Kabel mit einem Stecker zur Verfügung stellen, welcher in eine Buchse des Elektrofahrzeugs eingesteckt werden kann, um das Elektrofahrzeug konduktiv zu kontaktieren und mit dem Ladestrom zu versorgen. Neben dem konduktiven Energieübertragungsprinzip ist es jedoch auch bekannt, Energie induktiv zu übertragen. Prinzipiell hat das induktive Energieübertragungsprinzip Vorteile, da im Gegensatz zu Steckverbindern bei konduktiven Energieübertragungssystemen alle stromführenden Metallteile sicher in einer dauerhaften Isolierung gekapselt werden können, sodass auch bei einer Fehlnutzung kein Gefährdungspotenzial für einen Benutzer entstehen kann.
Ein Beispiel für eine derartige Stromtankstelle ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2012 006 836 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart. Die darin beschriebene, kombinierte Abstell- und Auflageeinrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug umfasst eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei die Aufnahmeeinheit wenigstens eine Energieübertragungsanordnung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie umfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Energieübertragungsanordnung mittels induktiver oder konduktiver Kopplung mit dem in der Abstellposition angeordneten Elektro- oder Hybridfahrzeug zum Aufladen des Energiespeichers in Wirkverbindung bringbar. Es wird vorgeschlagen, dass die Kopplung in einem vorderen Bereich des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, insbesondere in einem Bereich, in welchem ein Nummernschild des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeordnet ist, erfolgt. In den Figuren ergibt sich diese Ausführungsform als eine Art Puffer, an die das Elektro- oder Hybridfahrzeug in Fahrtrichtung herangefahren wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieübertragungsanordnung für ein Elektrofahrzeug vorzuschlagen, welche einen besonders geringen Aufwand für den Benutzer der Energieübertragungsanordnung für einen sicheren und komfortablen Lagevorgang erfordert. Diese Aufgabe wird durch eine Energieübertragungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird somit eine Energieübertragungsanordnung, insbesondere eine Aufladeanordnung vorgeschlagen, welche für ein Elektrofahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Elektrofahrzeug kann es sich um ein ausschließlich elektrisch betriebenes Fahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug handeln, welches parallel elektrisch und verbrennungsmotorisch betrieben werden kann. Insbesondere ist das Elektrofahrzeug als ein Automobil mit zum Beispiel vier Rädern, verteilt auf zwei Achsen, ausgebildet. Das Elektrofahrzeug weist eine Energiespeichereinheit, insbesondere einen Akkumulator, auf, der über die Energieübertragungsanordnung aufgeladen werden soll. In einer möglichen Ausgestaltung ist die Energieübertragungsanordnung ausgebildet, Energie in Richtung des Fahrzeugs zu übertragen. Ergänzend ist es möglich, dass Energie in Gegenrichtung übertragbar ist.
Die Energieübertragungsanordnung weist eine Ladeempfangsvorrichtung auf, welche zur Integration in dem Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Insbesondere kann die Ladeempfangsvorrichtung an dem Elektrofahrzeug befestigt werden, sodass diese stets von dem Elektrofahrzeug mitgeführt wird. Die Ladeempfangsvorrichtung umfasst eine Empfangsspuleneinrichtung.
Ferner weist die Energieübertragungsanordnung eine stationäre Ladesendevorrichtung auf. Die Ladesendevorrichtung umfasst eine Sendespuleneinrichtung, wobei die Empfangsspuleneinrichtung und Sendespuleneinrichtung einen induktiven Übertragungsweg zur Übertragung von elektrischer Energie bilden. Besonders bevorzugt sind die Empfangsspuleneinrichtung und die Sendespuleneinrichtung elektrisch isoliert, sodass strom- oder spannungsführende Teile für einen Benutzer taktil nicht zugänglich sind. Die Ladesendevorrichtung umfasst ein Unterteil, welches zur stationären Anordnung ausgebildet ist, sowie ein Oberteil, welches die Sendespuleneinrichtung aufnimmt. Das Oberteil ist relativ zu dem Unterteil bewegbar, insbesondere verschiebbar und/oder verdrehbar, angeordnet. Die Bewegbarkeit des Oberteils relativ zu dem Unterteil hat den Vorteil, dass die Position der Sendespuleneinrichtung relativ zu der Position der Empfangsspuleneinrichtung eingestellt werden kann. Insbesondere ist der Verfahrweg des Oberteils auf eine Breite des Fahrzeugs oder auf die Länge des Fahrzeugs begrenzt.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ladesendevorrichtung zur bodenseitigen Anordnung in einem Parkplatz für das Elektrofahrzeug und/oder die Ladeempfangsvorrichtung zur Anordnung an einer Unterseite des Elektrofahrzeugs ausgebildet ist beziehungsweise sind. Der Parkplatz kann z.B. in Garagen, Parkhäusern oder Firmenparkplätzen angeordnet sein. Insbesondere ist die Ladesendevorrichtung vollständig innerhalb eines Flächenbereichs angeordnet, welcher unter dem Elektrofahrzeug angeordnet ist.
Somit wird im Rahmen der Erfindung beansprucht, dass die Energieübertragungsanordnung, wie diese bislang beschrieben wurde, insbesondere die Ladeempfangsvorrichtung und die Ladesendevorrichtung, in dem Ladezustand unter dem Elektrofahrzeug angeordnet sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Benutzer für den Ladevorgang das Elektrofahrzeug nur in eine Parkposition auf den Parkplatz bringen muss, um den Ladevorgang zu ermöglichen. Im Vergleich zu dem Stand der Technik ist es dem Benutzer zudem möglich, das Elektrofahrzeug nach dem Abstellen und während des Ladenvorgangs zu umrunden. Ferner ist die Energieübertragungsstrecke zwischen der Sendespuleneinrichtung und der Empfangsspuleneinrichtung unter dem Elektrofahrzeug angeordnet, sodass die Möglichkeit eines versehentlichen Eingriffs in die Übertragungsstrecke praktisch ausgeschlossen ist.
Um den Gedanken der Erfindung zu unterstreichen, wird besonders bevorzugt beansprucht, dass die Übertragungsrichtung der elektrischen Energie zwischen der Sendespuleneinrichtung und der Empfangspuleneinrichtung aufrecht, insbesondere senkrecht zu dem Parkplatz und/oder zu der Unterseite des Elektrofahrzeugs ausgerichtet und/oder sogar lotrecht orientiert ist. Das Oberteil ist relativ zu dem Unterteil bewegbar angeordnet, um es zu ermöglichen, dass das Oberteil relativ zu dem Elektrofahrzeug positioniert wird, um die Luftstrecke zwischen der Sendespuleneinrichtung und der Empfangsspuleneinrichtung möglichst gering zu halten und/oder um die Überdeckung in Draufsichtrichtung zwischen Sendespuleneinrichtung und Empfangsspuleneinrichtung möglichst groß zu halten. Lange Luftstrecken würden den Widerstand in der Übertragungsstrecke erhöhen und würden höhere Sendeleistungen erfordern, wodurch die Sendespuleneinrichtung und die Empfangsspuleneinrichtung entweder größer gebaut werden müssten oder eine geringere Effizienz aufweisen würden. Insbesondere dient die relative Bewegbarkeit zwischen Oberteil und Unterteil dazu, die Sendespuleneinrichtung relativ zu der Empfangsspuleneinrichtung auszurichten.
Besonders bevorzugt umfasst die Energieübertragungsanordnung eine Warneinrichtung zur Ausgabe eines Warnsignals für den Fall, dass die Sendespuleneinrichtung und die Empfangsspuleneinrichtung zueinander dejustiert sind und/oder nicht ausreichend oder optimal ausgerichtet sind.
Dabei kann das Oberteil relativ zu dem Unterteil verschiedene Freiheitsgrade aufweisen:
Es ist möglich, dass das Oberteil translatorisch in einer Querrichtung relativ zu dem Unterteil bewegbar ist. Die Querrichtung kann zum einen senkrecht zu einer Einfahrrichtung des Elektrofahrzeugs in den Parkplatz definiert und/oder zum anderen achsparallel zu den Radachsen des Elektrofahrzeugs ausgerichtet sein. Insbesondere ist das Oberteil in Querrichtung bewegbar, wenn das Oberteil in Längsrichtung richtig relativ zu der Ladeempfangsvorrichtung positioniert ist.
Alternativ oder ergänzend ist das Oberteil translatorisch in eine Längsrichtung bewegbar, wobei die Längsrichtung zum einen durch die Einfahrrichtung des Elektrofahrzeugs in den Parkplatz definiert und/oder senkrecht zu der Längserstreckung der Radachsen des Fahrzeugs ausgerichtet sein kann. Ein möglicher Verfahrweg beträgt z.B. +/–50 mm.
Alternativ oder ergänzend ist das Oberteil translatorisch relativ zu dem Unterteil in einer Höhenrichtung bewegbar, wobei die Höhenrichtung aufrecht, insbesondere senkrecht, zu dem Parkplatz und/oder zu der Unterseite des Elektrofahrzeugs ausgerichtet ist.
Alternativ oder ergänzend ist das Oberteil rotatorisch um eine Hochachse relativ zu dem Unterteil bewegbar angeordnet, wobei die Hochachse aufrecht, insbesondere senkrecht, zu dem Parkplatz und/oder zu der Unterseite des Elektrofahrzeugs ausgerichtet ist. Ein möglicher Drehwinkelbereich wäre z.B +/–10 Grad um die Hochachse.
Durch die Bewegbarkeit in der Querrichtung kann die Position der Sendespuleneinrichtung auf die seitliche Position der Empfangsspuleneinrichtung des eingeparkten Elektrofahrzeugs eingestellt werden. Dies ist besonders wichtig, da es den meisten Benutzern nicht möglich ist, das Elektrofahrzeug reproduzierbar stets in der gleichen Position in Bezug auf die Querrichtung auf einem Parkplatz abzustellen.
Der Vorteil der Bewegbarkeit in der Längsrichtung liegt darin, dass durch diese Bewegbarkeit kompensiert werden kann, wenn das Elektrofahrzeug etwas weiter oder weniger weit in den Parkplatz eingefahren wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass die Energieübertragungsanordnung eine Endpositionskontrolleinrichtung aufweist, welche eine reproduzierbare Positionierung des Elektrofahrzeugs in dem Parkplatz sicherstellt. Eine derartige Endpositionskontrolleinrichtung kann beispielsweise durch eine simple Rampe, Vertiefung oder eine Anfahrrolle ausgebildet sein, wobei ein Benutzer das Elektrofahrzeug gegen die Rampe oder die Rolle fährt und dadurch stets die gleiche Position in Längsrichtung sichergestellt ist. Alternativ hierzu kann auch eine elektrische Endpositionskontrolleinrichtung vorgesehen sein, die z.B. optisch, insbesondere wie bei einer Ampel, die richtige Position des Elektrofahrzeugs in Längsrichtung anzeigt.
Der Vorteil der Bewegbarkeit des Oberteils relativ zu dem Unterteil in der Höhenrichtung liegt darin, dass ein verbleibender Luftspalt zwischen der Empfangsspuleneinrichtung und der Sendespuleneinrichtung verringert werden kann, um die induktive Übertragung zu verbessern.
Der rotatorische Freiheitsgrad um die Hochachse hat den Vorteil, dass das Oberteil auch auf das Elektrofahrzeug eingestellt werden kann, wenn dieses in den Parkplatz schräg einfährt und/oder die Achsausrichtung des Elektrofahrzeugs und die Querrichtung zueinander verdreht sind. Gerade bei Parkplätzen, welche keine seitliche Begrenzung aufweisen, kann ein schräges Einfahren des Elektrofahrzeugs erfolgen, was durch den Bewegungsfreiheitsgrad um die Hochachse kompensiert werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Energieübertragungsanordnung eine Koppeleinrichtung auf, welche zur Einstellung der Relativlage des Oberteils zu dem Unterteil in Abhängigkeit der Position des Fahrzeugs und somit in Abhängigkeit zu der Position der Ladeempfangsvorrichtung und/oder der Empfangsspuleneinrichtung ausgebildet ist. Die Koppeleinrichtung ermöglicht es damit, dass das Oberteil der Ladesendevorrichtung an dem Elektrofahrzeug oder Fahrzeugteilen des Elektrofahrzeugs referenziert wird, wobei vorzugsweise eine Referenzierung an der Position von mindestens einem oder genau oder mindestens zwei der Räder des Elektrofahrzeugs erfolgt. Alternativ hierzu kann eine Referenzierung über einen anderen Referenzpunkt des Elektrofahrzeugs umgesetzt werden. Die Nutzung der Räder des Fahrzeugs hat jedoch den Vorteil, dass diese mechanisch sehr stabil sind, um z.B. eine taktile Erfassung umzusetzen und/oder dass diese an jedem Elektrofahrzeug vorhanden sind, so dass keine typenabhängigen, grundlegend unterschiedliche Ausführungsformen der Energieübertragungsanordnung erstellt werden müssen.
Besonders bevorzugt ist die Energieübertragungsanordnung mit einem sich mechanisch selbst, insbesondere passiv, ausrichtende Ladesendevorrichtung ausgebildet.
Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann die Koppeleinrichtung ein Ausrichtgestell aufweisen, welches mit dem Oberteil, insbesondere starr gekoppelt ist und mindestens ein Tastorgan zum Erfassen von mindestens einem Rad des Elektrofahrzeugs aufweist. Mit dem Ausrichtgestell ist es möglich, die Position des mindestens einen Rads als Referenzierung tastend zu erfassen und das Oberteil aufgrund der mechanischen Kopplung entsprechend auszurichten. Beispielsweise ist das mindestens eine Tastorgan als eine in Draufsicht von oben rampenförmige Führungsschiene ausgebildet. Bei einem Einfahren des Elektrofahrzeugs in den Parkplatz tastet sich das Tastorgan an einem oder an zwei Rädern des Fahrzeugs entlang und wird dadurch insbesondere in Querrichtung mit einem Druck beaufschlagt. Aufgrund der Druckbelastung wird das Ausrichtgestell und das mit dem Ausrichtgestell gekoppelte Oberteil in Druckrichtung verschoben. Das Oberteil mit der Ladeempfangsvorrichtung und somit der Empfangsspuleneinrichtung ist derart relativ zu dem Ausrichtgestell angeordnet, so dass durch die Verschiebung des Ausrichtgestells die Empfangsspuleneinrichtung in die korrekte Position relativ zu der Sendespuleneinrichtung eingestellt wird.
Bei einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladesendevorrichtung eine Schlitteneinrichtung auf, wobei eine der Schlittenhälften mit dem Unterteil und die andere der Schlittenhälften mit dem Oberteil gekoppelt sind und wobei durch die Druckbeaufschlagung über das Ausrichtgestell das Oberteil in Querrichtung über die Schlitteneinrichtung verschoben wird.
Es ist möglich, dass ein Tastorgan in Querrichtung auf jeder Seite des Ausrichtgestells angeordnet ist, sodass sich das Ausrichtgestell in seiner Gesamtheit symmetrisch zwischen zwei Rädern einer gemeinsamen Achse des Elektrofahrzeugs positioniert. Alternativ hierzu weist das Ausrichtgestell nur auf einer Seite ein Tastorgan auf, wobei dieses Tastorgan besonders bevorzugt zwei insbesondere rampenförmige Führungsschienen aufweist, welche in Draufsicht gemeinsam eine Trichterstruktur bilden, sodass das Tastorgan zu dem Rad zentriert wird und dadurch das Oberteil in die korrekte Lage gebracht wird.
Die korrekte Längsausrichtung des Oberteils in Bezug auf die Ladeempfangsvorrichtung kann zum einen dadurch sichergestellt werden, dass das Elektrofahrzeug gegen die Endpositionskontrolleinrichtung gefahren ist und/oder sein Position in Längsrichtung mit Unterstützung der Endpositionskontrolleinrichtung eingenommen hat. Alternativ hierzu weist die Energieübertragungsanordnung eine Mitnehmereinrichtung auf, welche das Oberteil mit dem Elektrofahrzeug in der Längsrichtung bei einem Einfahren des Elektrofahrzeugs in den Parkplatz lösbar koppelt, sodass auf diese Weise das Oberteil von dem Elektrofahrzeug in Längsrichtung mitgenommen und dadurch positioniert wird.
Bei einer weiteren, möglichen Ergänzung der Erfindung ist zwischen dem Oberteil und dem Unterteil der Ladesendevorrichtung ein Ringlager angeordnet, welches eine Drehung des Oberteils relativ zu dem Unterteil um eine Hochachse ermöglicht. Auch die Drehposition kann passiv durch die Führung über das mindestens eine Tastorgan des Ausrichtgestells umgesetzt werden.
In der bislang beschriebenen Ausführungsform ist die Koppeleinrichtung als eine passive mechanische Koppeleinrichtung ausgebildet, welche die Relativpositionierung zwischen Oberteil der Ladesendevorrichtung und der Ladeempfangsvorrichtung fremdenergiefrei, insbesondere ohne Stellmotoren und dergleichen, umsetzt. Es kann bei den beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass eine Erstjustage der Energieübertragungsanordnung notwendig ist, um diese an einen spezifischen Fahrzeugtypen anzupassen.
Alternativ hierzu kann die Koppeleinrichtung als eine aktive Koppeleinrichtung ausgebildet sein, wobei die Relativpositionierung durch Stellmotoren erfolgt oder zumindest unterstützt wird.
Bei einer möglich Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Tastorgan als ein ausfahrbarer Tastfinger ausgebildet, wobei der ausfahrbare Tastfinger gegen eines der Räder ausfährt, sich daran abstützt und dadurch das Ausrichtgestell und das mit dem Ausrichtgestell gekoppelte Oberteil relativ zu dem Elektrofahrzeug positioniert.
Es ist auch möglich, dass in Querrichtung betrachtet in beide Richtungen ein derartiger Tastfinger angeordnet ist und ausgefahren werden kann, um das Ausrichtgestell zwischen den Rädern einer gemeinsamen Achse zu zentrieren.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Koppeleinrichtung als eine Sensor-Aktor-Einrichtung ausgebildet, wobei durch den Sensor eine Lage von mindestens einem Rad oder von dem Elektrofahrzeug detektiert und durch den Aktor auf Basis der detektierten Lage des Elektrofahrzeugs die Relativlage zwischen dem Oberteil und dem Unterteil eingestellt wird, um die Relativlage zwischen dem Oberteil mit der Sendespuleneinrichtung und der Ladeempfangsvorrichtung des Elektrofahrzeugs mit der Empfangsspuleneinrichtung einzustellen. Der Sensor kann beispielsweise als ein Laserentfernungssensor ausgebildet sein, welcher einen aktuellen Abstand von dem Oberteil zu den Rädern misst und über eine angetriebene Achse das Oberteil in Querrichtung so verfährt, bis eine gewünschte Ist-Lage eingestellt ist. Es ist ferner möglich, dass über den Sensor ein allgemeiner Referenzpunkt oder mehrere Referenzpunkte des Elektrofahrzeugs aufgenommen werden und nachfolgend der Aktor angesteuert wird, um das Oberteil entsprechend einer abgelegten Definition zu positionieren. Dabei ist es möglich, dass die Positionierung des Oberteils in Querrichtung, Längsrichtung, Hochrichtung und/oder in einer rotatorischen Umdrehungsrichtung erfolgt.
In einer möglichen, variablen und fahrzeugtypunabhängigen Ausführungsform erhält die Ladesendevorrichtung über eine vorzugsweise drahtlose Kommunikation, insbesondere eine Funkkommunikation eine fahrzeugtypabhängige Sollposition der Sendespuleneinrichtung relativ zu dem Elektrofahrzeug übertragen. Ferner wird die Istposition des Elektrofahrzeugs über den Sensor erfasst. Dann kann die Ladesendevorrichtung die korrekte Position der Sendespuleneinrichtung relativ zu der Empfangsspuleneinrichtung über den oder die Aktoren einstellen. In Abhängigkeit der Position der Empfangsspuleneinrichtung kann der Stellbereich der Ladesendevorrichtung ausgelegt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Energieübertragungsanordnung das Elektrofahrzeug, wobei die Ladeempfangsvorrichtung an der Unterseite des Elektrofahrzeugs angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist die Ladeempfangsvorrichtung zur Ankopplung der stationären Ladesendevorrichtung ausgerichtet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Energieübertragungsanordnung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Seitenansicht der Energieübertragungsanordnung der 1;
3 eine schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A;
4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung einer Ladesendevorrichtung in den vorhergehenden Figuren;
5a, b, c Details der Koppeleinrichtung in der 4;
6 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Energieübertragungsanordnung;
7 ein schematische Draufsicht auf eine weiteres Ausführungsbeispiel der Energieübertragungsanordnung.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind mit jeweils einander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht eine Draufsicht von oben auf ein Elektrofahrzeug 1, welches auf einem Parkplatz 2 abgestellt ist, und welches mit einer Energieübertragungsanordnung 3 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgeladen wird.
Das Elektrofahrzeug 1 weist eine nicht dargestellte Energiespeichereinrichtung in Form eines Akkumulators oder einer Batterie auf, welche über die Energieübertragungsanordnung 3 aufgeladen werden kann. Die Energieübertragungsanordnung 3 umfasst eine stationäre Ladesendevorrichtung 4 sowie eine an dem Elektrofahrzeug 1 angeordnete Ladeempfangsvorrichtung 5 auf. Die Ladeempfangsvorrichtung 5 ist an einer Unterseite, insbesondere an einem Unterboden, des Elektrofahrzeugs 1 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Ladeempfangsvorrichtung 5 in einem Bereich, welcher sich zwischen zwei Rädern 6 einer gemeinsamen Achse des Elektrofahrzeugs 1 erstreckt, angeordnet. Die Ladesendevorrichtung 4 ist dagegen stationär auf oder in dem Parkplatz 2 angeordnet und beispielsweise mit Schrauben 7 an dem Parkplatz 2 befestigt.
Die 2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Energieübertragungsanordnung 3 in der 1. Dabei ist zu erkennen, dass die Ladeempfangsvorrichtung 5 eine Empfangsspuleneinrichtung 8 als eine Empfangseinheit und die Ladesendevorrichtung 4 eine Sendespuleneinrichtung 9 als Sendeeinheit aufweist. Die Sendespuleneinrichtung 9 und die Empfangsspuleneinrichtung 8 sind gemeinsam zur Umsetzung einer induktiven Übertragung einer elektrischen Energie ausgebildet. Ein Übertragungsweg 10 verläuft dabei aufrecht, senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht beziehungsweise lotrecht oder im Wesentlichen lotrecht zu der Grundfläche des Parkplatzes 2. Die Empfangsspuleneinrichtung 8 und die Sendespuleneinrichtung 9 können beispielsweise durch einen Kunststoffüberzug elektrisch isoliert sein, um betriebssicher ausgestaltet zu sein.
Die Sendespuleneinrichtung 9 ist in einem Oberteil 11 der Ladesendevorrichtung 4 angeordnet, welches gegenüber einem Unterteil 12 bei dem Ausführungsbeispiel in den 1, 2 und 3 in einer Querrichtung Q translatorisch verschiebbar ist. Das Unterteil 12 ist über eine Bodenplatte 13 über die Schrauben 7 mit dem Parkplatz verschraubt. Zwischen dem Oberteil 11 und dem Unterteil 12 ist eine Koppeleinrichtung 14 zum Einstellen einer Relativlage zwischen dem Oberteil 11 und dem Unterteil 12 angeordnet. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel in den 1, 2, 3 ist die Koppeleinrichtung 14 als eine Linearführung mit einem Schlitten 15 und Führungsschienen 16 ausgebildet, wobei das Oberteil 11 mit dem Schlitten 15 und das Unterteil 12 mit den Führungsschienen 16 verbunden ist, sodass der Schlitten 15 und damit das Oberteil 11 und die Sendespuleneinrichtung 9 in der Querrichtung Q relativ zu dem Unterteil 12 verschiebbar ist.
Die Koppeleinrichtung 14 weist ferner ein Ausrichtgestell 17 auf, welches in der Draufsicht in der 1 besonders gut zu erkennen ist. Das Ausrichtgestell 17 weist zwei sich in Querrichtung Q erstreckende Ausleger 18a, b auf, welche in dem Außenbereich jeweils eine rampenförmige Führungsschiene 19a, b aufweisen. Die Führungsschienen 19a, b sind als Gleitschienen ausgebildet. Bezogen auf eine Längsrichtung L der Energieübertragungsanordnung 3 und/oder des Parkplatzes 2, welcher eine Einfahrrichtung definiert, bilden die Ausleger 18a, b in der Draufsicht gemeinsam eine keilförmige Kontur, welche so geformt ist, dass das Ausrichtgestell 17 durch ein Gleiten über die als Gleitschienen ausgebildeten Führungsschienen 19a, b in eine Mittenposition zwischen den Rädern 6 ausgerichtet wird. Die Führungsschienen 19a, b arbeiten dabei jeweils als ein Tastorgan, welche jeweils eines der Räder 6 des Elektrofahrzeugs 1 erfassen. Die Kontur der Führungsschienen 19a, b ist in der Draufsicht kreissegmentförmig ausgebildet, wobei in der gezeigten Parkposition des Elektrofahrzeugs 1 die Räder 6 in etwa tangential an dem Kreissegment anliegen.
Bei einem Einfahren des Elektrofahrzeugs 1 in Längsrichtung L auf den Parkplatz 2 treten somit mindestens eines der Räder 6 zunächst mit einem der Führungsschienen 19a, b in Kontakt und verschiebt diese aufgrund einer Druckbelastung in Querrichtung Q. Nachdem die Breite B des Ausrichtgestells 17 aufgrund der rampenförmigen Ausgestaltung der Führungsschienen 19a, b stetig größer wird, wird das Ausrichtgestell 17 und damit das mit dem Ausrichtgestell 17 verbundene Oberteil 11, mit der Sendespuleneinrichtung 9 in eine Soll-Position zwischen den Rädern 6 überführt, welche so ausgelegt ist, dass die Sendespuleneinrichtung 9 in einer Draufsicht deckungsgleich zu der Empfangsspuleneinrichtung 8 angeordnet ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der innere Radabstand zwischen den Rädern 1.400 Millimeter und der zusätzliche Versatzweg des Schlittens 15 +/–150 Millimeter beträgt. In diesem Fall hat das Ausrichtgestell 17 eine anfängliche Breite von zum Beispiel 1.100 Millimetern, wobei die Führungsschienen 19a, b die Breite B des Ausrichtgestells 17 über die keilförmige Kontur von anfänglich 1.100 Millimeter auf 1.400 Millimeter verbreitern. Fährt das Elektrofahrzeug 1 mit den insbesondere Vorderrädern 6 an dem Ausrichtgestell 17 vorbei, so schiebt das Rad 6, das näher an dem Ausrichtgestell 17 ist, die dahinter angeordnete Führungsschiene 19a, b in Querrichtung Q, bis auch das andere Rad 6 von der zweiten Führungsschiene 19b, a berührt wird. Das Ausrichtgestell 17 ist dann exakt zwischen den beiden Rädern 6 des Elektrofahrzeugs 1 ausgerichtet oder zentriert. Für den Fall, dass das Elektrofahrzeug 1 zu weit seitlich versetzt einfährt, so dass das Ausrichtgestell 17 den Querversatz über den Versatzweg nicht ausgleichen kann, so fährt das Fahrzeug auf das Ausrichtgestell 17 auf, so dass es für den Fahrer erkennbar oder spürbar ist, dass er sein Elektrofahrzeug 1 zu stark versetzt eingefahren hat und die Position nochmals korrigieren muss.
Die Höhenlage des Oberteils 11 und damit die Höhenlage der Sendespuleneinrichtung 9 kann beispielsweise einmalig manuell über Stellschrauben bei der Montage eingestellt werden.
Um eine ausreichende Anlagefläche der Führungsschienen 19a, b an den Rädern 6 zu erreichen, weisen die Führungsschienen 19a, b einen Abstand von mehreren Zentimetern, beispielsweise 5 bis 10 Zentimeter, zur Grundfläche des Parkplatzes 2 auf, sodass ein flächiger, streifenförmiger Kontakt zwischen den Führungsschienen 19a, b und den Rädern 6 entsteht.
Um eine entsprechende Längsposition in Längsrichtung L des Elektrofahrzeugs 1 zu erreichen, umfasst die Energieübertragungsanordnung 3 eine Rampe 20, welche sich in Querrichtung Q erstreckt und welche eine Endpositionskontrolleinrichtung bildet. Der Fahrer des Elektrofahrzeugs 1 bewegt das Elektrofahrzeug 1 in Längsrichtung L, bis er den Widerstand der Rampe 20 spürt und stellt dann das Elektrofahrzeug 1 ab. Auf diese Weise ist die Längsposition des Elektrofahrzeugs 1 genau eingestellt. Ergänzend zu der Rampe 20 kann vor dieser eine Walze angeordnet sein, welche so positioniert ist, dass die Räder 6 zwar bis zur Rampe 20 gelangen, dann jedoch sich nur noch an der Walze abstoßen können, sodass die Rampe 20 mit dem Elektrofahrzeug 1 nicht überfahren werden kann. ergänzend kann eine Schwelle vor der Rampe ein Zurückrollen des Elektrofahrzeugs 1 hindern.
In der 4 ist eine weitere Ausführungsform der Ladesendevorrichtung 4 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Auflageanordnung 3 gezeigt. Die Ladesendevorrichtung 4 in der 4 weist als Koppeleinrichtung 14 ein erstes Linearlager 21 in Querrichtung Q und in der 4 zudem ein zweites Linearlager 22 in Längsrichtung L und ein Ringlager 23 zum Verdrehen des Oberteils 11 relativ zu dem Unterteil 12 auf.
Die Funktion des ersten Linearlagers 21 entspricht der Funktion der Schlittenführungsschienenkombination 15/16 in den vorhergehenden Figuren, sodass auf diese Beschreibung verwiesen wird. Das zweite Linearlager 22 erlaubt ein relatives translatorisches Verschieben des Oberteils 11 relativ zu dem Unterteil 12 in Längsrichtung L, wobei diese Relativbewegung durch Federn oder Dämpfungselemente gehemmt oder gedämpft wird. Hierbei fährt das Elektrofahrzeug 1 beim Abstellen gegen einen weichen Widerstand und kann in Längsrichtung L variabler auf dem Parkplatz 2 abgestellt werden. Das Elektrofahrzeug 1 rollt z.B. langsam gegen einen nicht gezeigten Mitnehmer an dem Oberteil 11, so dass das Elektrofahrzeug 1 das Oberteil 11 in Längsrichtung L mitnimmt und wird von diesem gebremst, wobei der gedämpfte Abbremsweg beispielsweise 100 Millimeter betragen kann. Bei dem Abbremsvorgang wird das Oberteil 11 in Längsrichtung L ausgelenkt, sodass Empfangsspuleneinrichtung 8 und Sendespuleneinrichtung 9 stets richtig in Längsrichtung L zueinander positioniert sind.
Durch das Ringlager 23 wird eine Positionskompensation erreicht, dass das Elektrofahrzeug 1 auch schräg auf dem Parkplatz 2 abgestellt werden kann, wobei das Ausrichtgestell 17 durch die Ausrichtung durch die Räder 6 das Oberteil 11 um eine Hochachse H dreht und auf diese Weise korrekt ausrichtet. Während bei dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3 die Führungsschienen 19a, b die Räder 6 des Elektrofahrzeugs 1 ausrichten, kann bei dem Ausführungsbeispiel in der 4 das Elektrofahrzeug 1 auch leicht schräg eingefahren werden.
Die 5a, b, c zeigen jeweils eine Ausführungsform für das Ringlager 23 und für die Linearlager 21/22. Das Ringlager 23 weist eine Oberplatte 24 und eine Unterplatte 25 auf, welche über Gleitlager 26 miteinander drehbar verbunden sind. Die Drehbewegung wird über Rückstellfedern 27 eingeschränkt beziehungsweise Oberplatte 24 und Unterplatte 25 werden durch die Rückstellfedern 27 in eine Ausgangsposition elastisch zurückgeführt.
Die Linearlager 21/22 weisen ebenfalls eine Oberplatte 28 und eine Unterplatte 29 auf, welche über Gleitlager 26 miteinander translatorisch bewegbar verkoppelt sind. Zwischen der Oberplatte 28 und der Unterplatte 29 sind Rückstellfedern 30 angeordnet, welche Oberplatte 28 und Unterplatte 29 in eine Ausgangsposition zurückführen.
In der 5c ist eine Alternative zu den Linearlagern 21/22 in der 5b gezeigt, wobei Oberplatte 28 und Unterplatte 29 über Laufrollen 31 bewegbar miteinander gekoppelt sind. Die Rückrollbewegung erfolgt über Rückstellfedern 32.
In der 6 ist eine alternative Ausgestaltung der Erfindung in einer Draufsicht von oben wie in der 1 gezeigt, wobei im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen das Ausrichtgestell 17 nur durch ein einzelnes Rad 6 ausgerichtet wird. Hierfür weist es zwei Führungsschienen 33a, b auf, welche in Draufsicht gemeinsam eine Trichterstruktur bilden, in die das Rad 6 einrollt und dadurch das Ausrichtgestell 17 in Querrichtung Q zentriert. Die Verbindung zwischen den Führungsschienen 33a, b und dem stationären Unterteil 12 erfolgt über eine Rückstellfeder 34. Die Führungsscheinen 33a, b untereinander und mit der Koppeleinrichtung 14 sind jedoch in Querrichtung Q steif ausgebildet, um die Positionsinformation richtig zu übertragen. Die Koppeleinrichtung 14 ist wieder als eine Schlitteneinrichtung ausgebildet.
In der 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, welche die Ausrichtung des Oberteils 9 stets fremdenergiefrei und/oder passiv umgesetzt haben, eine aktive Querausrichtung erfolgt. Das Ausrichtgestell 17 ist nicht wie zuvor als ein starres Ausrichtgestell, sondern als ein Ausrichtgestell 17 mit zwei ausfahrbaren Tastfingern 35a, b ausgebildet, welche zum Beispiel durch einen Elektromotor zeitgleich ausgefahren werden. Grundgedanke dieser Ausbildung ist es, dass das Elektrofahrzeug 1 in Längsrichtung L zum Beispiel über die Rampe 20 korrekt positioniert wird. Nachfolgend wird die Kopplungseinrichtung 14 aktiviert, sodass die Tastfinger 35a, b ausfahren. Beispielsweise sind die Tastfinger als Spindelstangen realisiert. Sobald einer der Tastfinger 35a, b eines der Räder 6 berührt, wird das Oberteil 11 aufgrund der Druckbeaufschlagung in Richtung des anderen Rads 6 bewegt. Somit justiert oder zentriert sich das Oberteil 11 selbsttätig zwischen den Rädern 6 aus.
Bei anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Koppeleinrichtung 14 als eine Aktorik ausgebildet, sodass die Position in Querrichtung Q, Längsrichtung L, Höhe H und/oder in Umlaufrichtung um die Hochachse H durch Fremdenergie eingestellt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass statt der Tastfinger 35a, b Abstandssensoren verwendet werden, die bei Ankunft des Elektrofahrzeugs 1 den Abstand zu den Rädern 6 oder zu anderen Referenzpunkten an dem Elektrofahrzeug 1 messen und dann die Koppeleinrichtung 14 selbsttätig eine dazu passende Soll-Position anfährt.
Die beschriebene induktive Energieübertragungsvorrichtung ermöglicht einen Energiefluss in beide Richtungen. Es ist somit möglich, dass das Fahrzeug auch Energie aus seiner Batterie zurück ins Versorgungsnetz einspeisen kann.
Bezugszeichenliste

1: Elektrofahrzeug
2: Parkplatz
3: Energieübertragungsanordnung
4: Ladesendevorrichtung
5: Ladeempfangsvorrichtung
6: Räder
7: Schrauben
8: Empfangsspuleneinrichtung
9: Sendespuleneinrichtung
10: Übertragungsweg
11: Oberteil
12: Unterteil
13: Bodenplatte
14: Koppeleinrichtung
15: Schlitten
16: Führungsschienen
17: Ausrichtgestell
18a, b: Ausleger
19a, b: Führungsschienen
20: Rampe
21: Linearlager in Querrichtung
22: Linearlager in Längsrichtung
23: Ringlager
24: Oberplatte
25: Unterplatte
26: Gleitlager
27: Rückstellfedern
28: Oberplatte
29: Unterplatte
30: Rückstellfedern
31: Laufrollen
32: Rückstellfedern
33a, b: Führungsschienen
34: Rückstellfedern
35a, b: Tastfinger
H: Hochachse
L: Längsrichtung
Q: Querrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012006836 A1 [0003]

Claims

Energieübertragungsanordnung (3) für ein Elektrofahrzeug (1), mit einer Ladeempfangsvorrichtung (5) zur Integration in dem Elektrofahrzeug (1), wobei die Ladeempfangsvorrichtung (5) eine Empfangsspuleneinrichtung (8) aufweist, mit einer stationären Ladesendevorrichtung (4), wobei die Ladesendevorrichtung (4) eine Sendespuleneinrichtung (9) zur induktiven Übertragung einer elektrischen Energie an die Empfangsspuleneinrichtung (8) der Ladeempfangsvorrichtung (5), ein Unterteil (12) zur stationären Anordnung der Ladesendevorrichtung (4), und ein Oberteil (11) umfasst, wobei die Sendespuleneinrichtung (9) in dem Oberteil (11) angeordnet ist und wobei das Oberteil (11) relativ zu dem Unterteil (12) bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesendevorrichtung (4) zur bodenseitigen Anordnung in einem Parkplatz (2) für das Elektrofahrzeug (1) und/oder die Ladeempfangsvorrichtung (5) zur Anordnung an einer Unterseite des Elektrofahrzeugs (1) ausgebildet ist bzw. sind.
Energieübertragungsanordnung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsrichtung (10) der elektrischen Energie aufrecht zu dem Parkplatz (2) und/oder zu der Unterseite des Elektrofahrzeugs (1) ausgerichtet ist.
Energieübertragungsanordnung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (11) translatorisch in einer Querrichtung (Q), wobei die Querrichtung (Q) senkrecht zu einer Einfahrrichtung des Elektrofahrzeugs (1) in den Parkplatz (2) und/oder achsparallel zu den Radachsen des Elektrofahrzeugs (1) ausgerichtet ist, in einer Längsrichtung (L), wobei die Längsrichtung (L) in Einfahrrichtung des Elektrofahrzeugs (1) in den Parkplatz (2) und/oder senkrecht zu den Radachsen des Elektrofahrzeugs (1) ausgerichtet ist, in einer Höhenrichtung (H), wobei die Höhenrichtung aufrecht zu dem Parkplatz (2) und/oder zu der Unterseite des Elektrofahrzeugs (1) ausgerichtet ist, und/oder rotarisch um eine Hochachse (H) bewegbar angeordnet ist, wobei die Hochachse (H) aufrecht zu dem Parkplatz (1) und/oder zu der Unterseite des Elektrofahrzeugs (1) ausgerichtet ist.
Energieübertragungsanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Endpositionskontrolleinrichtung zur Kontrolle und/oder zur Überwachung der Längsposition des Elektrofahrzeugs (1) in dem Parkplatz (2) in Längsrichtung (L).
Energieübertragungsanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Koppeleinrichtung (14) zur Einstellung der Relativlage des Oberteils (11) in Abhängigkeit der Position des Elektrofahrzeugs (1).
Energieübertragungsanordnung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (14) ein Ausrichtgestell (17) aufweist, welches mit dem Oberteil (11) gekoppelt ist und mindestens ein Tastorgan (19a, b, 35a, b) zum Erfassen von mindestens einem Rad (6) des Elektrofahrzeugs (1) aufweist.
Energieübertragungsanordnung (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Tastorgan (19a, b ) als mindestens eine in Draufsicht rampenförmige Führungsschiene (19a, b) ausgebildet ist.
Energieübertragungsanordnung (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Tastorgan (25a, b) als mindestens ein ausfahrbarer Tastfinger (35a, b) ausgebildet ist.
Energieübertragungsanordnung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (14) als eine Sensor-Aktoreinrichtung ausgebildet ist, wobei durch den Sensor eine Lage von mindestens einem Rad (6) oder von dem Elektrofahrzeug (1) detektiert und durch den Aktor die Relativlage zwischen dem Oberteil (11) und dem Unterteil (13) eingestellt wird.
Energieübertragungsanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Elektrofahrzeug (1), wobei die Ladeempfangsvorrichtung (5) an der Unterseite des Elektrofahrzeugs (1) angeordnet ist.