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Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs.
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Mit zunehmender Elektromobilität wächst das Bedürfnis beziehungsweise das Erfordernis, Elektrofahrzeuge einfach und bequem aufzuladen. Bei derzeitigen Ladekonzepten ist teilweise immer noch vorgesehen, dass ähnlich wie bei einem klassischen Tankvorgang mit Kraftstoff manuell eine Steckverbindung hergestellt werden soll.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2012 018 010 A1 beschreibt ein mobiles Laden von Elektrofahrzeugen entlang von Ladestrecken mit Oberleitungen. Ein Aufladen von Akkumulatoren oder Batterien für Kraftfahrzeuge mit Elektromotor erfolgt während einer Fahrt über Oberleitungen entlang von Ladestrecken. Dazu sind eine Stromabnehmer- und eine Oberleitungsladeeinheit vorgesehen. Diese sind mobil in einer Art eines Dachgepäckträgers angeordnet. Der Stromabnehmer beziehungsweise die Oberleitungsladeeinheit können auch als Stangen- oder Scherenabnehmer mit Schleifleisten ausgestaltet sein. An einem Straßenrand kann eine Ladestrecke aus Oberleitungen angeordnet sein.
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Die Druckschrift
US 2018/0281611 A1 betrifft ein Aufladegerät für ein Fahrzeug. Das Ladegerät ist an einem Teil des Fahrzeugs montiert, wobei das Ladegerät ein bewegbares Kontaktelement beinhaltet. Das Ladegerät umfasst weiter einen Aktuator zum Bewegen des beweglichen Kontaktierungselements zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position. Ein stationäres Kontaktelement der Ladevorrichtung kann durch das Ladegerät erreicht werden. Ein Schutzelement ist vorgesehen, um einen Zugang zum beweglichen Kontaktelement und dem stationären Kontaktelement einzuschränken, wenn die beiden Kontaktelemente miteinander in Kontakt stehen.
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Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein alternatives oder besseres Verfahren zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen dieser Anmeldung gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen und alternative Ausführungsformen ergeben sich anhand der Unteransprüche, den Figuren sowie der Beschreibung.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass hinsichtlich eines automatisierten Aufladens von Elektrofahrzeugen weiteres Verbesserungspotential besteht. Idealerweise soll es nicht nötig sein, manuell einen Ladestecker in das Fahrzeug hineinstecken zu müssen. Aufgrund teils sehr hoher Ladeströme, um das Elektrofahrzeug in akzeptabler Zeit aufladen zu können, ist ein automatisierter Aufladevorgang ohne manuellen Eingriff bereits aus Sicherheitsaspekten sinnvoll. Ein automatisierter Aufladevorgang oder ein automatisiertes Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Steckverbindung sollte dabei die Toleranzen in der Fahrzeugpositionierung oder etwaige Unwägbarkeiten beim Positionieren der jeweiligen Steckverbindungseinheiten berücksichtigen. Nachfolgend wird ein Konzept erläutert, welches diese Herausforderung meistern kann.
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Die Erfindung sieht eine Ladevorrichtung zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs vor. Die Ladevorrichtung weist eine Schiene auf, welche einen entlang der Schiene verfahrbaren Schlitten aufweist. Die Ladevorrichtung weist ferner eine erste Steckverbindungseinheit auf, welche an einem ersten Ende der Schiene angeordnet ist und zum elektrischen Koppeln an eine zweite Steckverbindungseinheit des Fahrzeugs eingerichtet ist. Die Ladevorrichtung weist ein an dem Schlitten angeordnetes Auffangelement auf, welches eingerichtet ist, die zweite Steckverbindungseinheit des Fahrzeugs aufzunehmen und zum Laden zur ersten Steckverbindungseinheit zu verfahren.
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Ergänzend kann der Schlitten beziehungsweise das Auffangelement dazu eingerichtet sein, eine elektrische Steckverbindung zwischen der ersten und zweiten Steckverbindungseinheit herzustellen. Die Schiene mit dem verfahrbaren Schlitten kann insbesondere in einem an einem Boden angeordneten Spalt angeordnet sein. Der Boden kann dabei ein Parkplatz für das Fahrzeug sein. Die Schiene kann geradlinig ausgebildet sein. Somit kann der Schlitten mithilfe der Schiene verfahren werden. Dabei kann das Auffangelement die zweite Steckverbindungseinheit des Fahrzeugs fangen, fassen beziehungsweise aufnehmen.
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Im weiteren Verlauf kann der Schlitten das Auffangelement zusammen mit der gefangenen zweiten Steckverbindungseinheit des Fahrzeugs weiter bewegen. Idealerweise wird so die zweite Steckverbindungseinheit zur ersten Steckverbindungseinheit verfahren, um eine elektrische Steckverbindung herzustellen und somit das Fahrzeug elektrisch aufzuladen. Insbesondere kann damit ein elektrischer Speicher des Fahrzeugs wie zum Beispiel eine Hochvolt-Batterie des Fahrzeugs aufgeladen werden.
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Die Erfindung sieht ebenfalls ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs vor. Dabei werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt. Zunächst wird ein Ladekabel mit einer zweiten Steckverbindungseinheit an einer Unterseite des Fahrzeugs herabgelassen. Idealerweise wird das Ladekabel so weit herabgelassen, dass es einen Untergrund berührt, auf dem das Fahrzeug befindlich ist. Dies gilt bevorzugt im Bereich von Parkplätzen, welche eine entsprechende Ladeinfrastruktur aufweisen. Während des Herablassens des Ladekabels und/oder nach einem erfolgten Herablassen des Ladekabels kann das Fahrzeug in Bewegung sein. Bevorzugt bewegt sich dabei das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit etwa im Bereich einer Schrittgeschwindigkeit.
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Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird die zweite Steckverbindungseinheit mittels eines an einem verfahrbaren Schlitten angeordneten Auffangelements erfasst. Dazu wird insbesondere der Schlitten auf der Schiene verfahren. Dadurch kann das Auffangelement die zweite Steckverbindungseinheit erfassen. Das Erfassen der zweiten Steckverbindungseinheit kann auch als Greifen oder Fangen bezeichnet werden. Die zweite Steckverbindungseinheit wird zu einer ersten Steckverbindungseinheit verfahren, um die beiden Steckverbindungseinheiten elektrisch zu koppeln und das Fahrzeug zu laden. Durch das Verfahren des Auffangelements durch Bewegen des Schlittens kann die zweite Steckverbindungseinheit zur ersten Steckverbindungseinheit befördert werden. Die im Zusammenhang mit der Ladevorrichtung angeführten Beispiele und Vorteile gelten sinngemäß und analog für das Verfahren. Ebenso können die Erläuterungen und Vorteile des Verfahrens auf die Ladevorrichtung entsprechend übertragen werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der einzigen Fig. näher erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die einzige Fig. lediglich ein bevorzugtes Beispiel der Erfindung beschreibt, ohne dabei die Erfindung einzuschränken. Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung der Ladevorrichtung mit den entsprechenden Komponenten.
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Fig. zeigt ein Fahrzeug 20, welches sich auf einem Parkplatz 35 befindet. Das Fahrzeug 20 kann dabei stationär sein, also die Geschwindigkeit 0 aufweisen oder in Bewegung sein. In diesem Fall würde das Fahrzeug 20 sich langsam (Schrittgeschwindigkeit) in x-Richtung bewegen. Das Fahrzeug 20 weist ein Ladekabel 24 auf, welches mit einer zweiten Steckverbindungseinheit 22 verbunden ist. An der zweiten Steckverbindungseinheit 22 kann ein Haken 23 angeordnet sein.
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In dem Parkplatz 35 ist ein Spalt 30 angedeutet. Dieser Spalt 30 kann als Vertiefung oder Mulde der Oberfläche des Parkplatzes 35 betrachtet werden. Die Vertiefung des Spalts 30 ist der einzigen Fig. schematisch durch eine Schraffur angedeutet. Der Haken 23 ist dabei insbesondere derart ausgestaltet, dass er bei einem Überfahren oder Überstreichen des Spalts 30 sich in dem Spalt 30 verhakt. In dem Spalt 30 ist insbesondere eine nicht sichtbare Schiene 38 angeordnet. Diese Schiene 38 weist einen verfahrbaren Schlitten 34 auf. Der Spalt 30 weist ein erstes Ende auf, an dem eine erste Steckverbindungseinheit 31 angeordnet ist. Der Schlitten 34 ist auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Spalts 30 angeordnet.
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Der Schlitten 34 kann ein Auffangelement 32 aufweisen, welches V-förmig oder halbkreisförmig ausgestaltet ist. In der einzigen Fig. ist der Schlitten 34 in dem Spalt 30 lediglich angedeutet. Da der Schlitten 34 üblicherweise in dem Spalt 30 angeordnet ist, ist der Schlitten 34 häufig nicht direkt zu sehen.
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Der Schlitten 34 sowie die zweite Steckverbindungseinheit 22 können magnetisch ausgebildet sein. Dadurch kann die zweite Steckverbindungseinheit 22 durch das Auffangelement 32 leichter gefangen beziehungsweise fixiert werden.
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An der zweiten Steckverbindungseinheit 22 kann der Haken 23 genutzt werden, um bei einem Überstreichen des Spalts 30 durch den Haken 23 diesen darin zu verhaken und somit die zweite Steckverbindungseinheit 22 zumindest teilweise zu fixieren. Der Haken 23 kann somit entlang einer Oberfläche des Parkplatzes 35 gezogen werden und bei einem Erreichen des Spalts 30 sich dort verhaken. Das Ziehen des Hakens 23 entlang der Oberfläche des Parkplatzes 35 kann auch als „Schleifen“ bezeichnet werden. Der Haken 23 wird insbesondere vor dem Verhaken auf der Oberfläche des Parkplatzes 35 in x- und/oder y-Richtung bewegt. Dies geschieht bevorzugt durch eine entsprechende Bewegung des Fahrzeugs 20 mit dem herabgelassenen Ladekabel 24. Das Herablassen des Ladekabels 24 erfolgt in Fig. in negativer z-Richtung.
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Zusätzlich oder alternativ kann die erste Steckverbindungseinheit 31 magnetisch ausgebildet sein. Die zweite Steckverbindungseinheit 22 sowie das Ladekabel 24 sind bevorzugt an einer Unterseite des Fahrzeugs 20 angeordnet.
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Der Schlitten 34 kann in dem Spalt 30 angeordnet sein und der Haken 23, der mit der zweiten Steckverbindungseinheit 22 verbunden ist, kann sich bei einem Einparkvorgang des Fahrzeugs 30 in dem Spalt 30 verhaken. Dadurch kann der Haken 23 durch das Auffangelement 32 erfasst werden und/oder die zweite Steckverbindungseinheit 22 kann durch Bewegen des Hakens 23 durch das Auffangelement 23 zu der ersten Steckverbindungseinheit 31 verfahren werden. Der Schlitten 34 kann die zweite Steckverbindungseinheit 22 in negative y-Richtung verfahren.
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Im Folgenden werden weitere Beispiele hinsichtlich der Erfindung beschrieben. Auf einem Boden des Parkplatzes 35 ist bevorzugt quer über den Parkplatz 35 der Spalt 30 angeordnet. Dieser Spalt 30 ist in dem Boden eingelassen. Unterhalb der zweiten Steckverbindungseinheit 22 können ein oder mehrere Haken 23 angeordnet sein. Dabei sind der Spalt 30 sowie der Haken 23 bevorzugt so ausgestaltet, dass der Haken 23 sich beim Überfahren über den Spalt 30 darin einhakt. Somit kann sich der Haken 23 bei einem „Rüberziehen“ über den Spalt 30 darin einhaken beziehungsweise verhaken. Am Spalt 30 oder im Spalt 30 kann die Schiene 38 angeordnet sein. An der Schiene 38 ist bevorzugt der Schlitten 34 angeordnet. Dieser Schlitten 34 kann von dem ersten Ende des Spalts 30 zu dem zweiten Ende des Spalts 30 verfahren.
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Bevorzugt ist der Schlitten 34 gegenüber der ersten Steckverbindungseinheit 31 platziert, wenn der Vorgang zum elektrischen Laden des Fahrzeugs 20 noch nicht eingeleitet wurde. Die erste Steckverbindungseinheit 31 oder der dazugehörige elektromagnetische Kontakt befinden sich an dem ersten Ende des Spaltes 30, während sich der Schlitten 34 beziehungsweise das Auffangelement 32 sich am gegenüberliegenden anderen Ende befinden. Dies gilt insbesondere vor dem Herablassen des Ladekabels 24 und somit vor einem Beginn des Verfahrens. Der Schlitten 34 beziehungsweise das Auffangelement 32 sind dabei so ausgestaltet, dass sie bei einem Verfahren von einer Parkposition in Richtung der ersten Steckverbindungseinheit 31 den eingehakten Haken 23 greifen können und entsprechend mitbefördern können. Dabei soll der Haken 23 nicht von dem Auffangelement 32 abrutschen. Aus diesem Grund ist das Auffangelement 32 bevorzugt V-förmig oder halbkreisförmig ausgestaltet. Eine dazugehörige Öffnung ist dabei bevorzugt in Richtung der Ladedose ausgerichtet.
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Das Fahrzeug 20 kann auf einer Unterseite des Fahrzeugs 20 das Ladekabel 24 sowie die zweite Steckverbindungseinheit 22 aufweisen. Mithilfe einer nicht dargestellten Antriebseinheit kann die zweite Steckverbindungseinheit 22 sowie das Ladekabel 24 bei einem Einfahren in den Parkplatz 35 herabgelassen werden. In diesem Fall fährt das Fahrzeug 20 auf den Parkplatz 35 und lässt das Ladekabel 24 herab. Der Haken 23 ist dabei bevorzugt derart ausgestaltet, dass er leicht in den Spalt 30 fallen kann und sich dort entsprechend verhaken kann. Dies kann mithilfe einer fahrzeugexternen Steuereinheit sowie vom Fahrzeug 20 selbst detektiert werden. Das Ladekabel 24 wird insbesondere vom Fahrzeug 20 weiter herabgelassen. Zugleich verfährt der Schlitten 34 zusammen mit dem Auffangelement 32 in Richtung der ersten Steckverbindungseinheit 31. Dabei kann das Auffangelement 32 den Haken 23 oder die zweite Steckverbindungseinheit 22 erfassen und entsprechend in Richtung der ersten Steckverbindungseinheit 31 bewegen beziehungsweise vor sich herschieben.
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Mithilfe eines elektromagnetischen Systems kann die zweite Steckverbindungseinheit 22 in die erste Steckverbindungseinheit 31 gezogen werden. So kann eine elektrische Steckverbindung hergestellt werden. Anschließend kann das Fahrzeug 20 elektrisch aufgeladen werden. Insbesondere wird dabei ein elektrischer Speicher oder eine Hochvolt-Batterie des Fahrzeugs 20 geladen. Bei einem Abschluss des Ladevorgangs wird insbesondere die elektromagnetische Verbindung aufgehoben und das Ladekabel 24 wird durch das Fahrzeug 20 wieder eingezogen. Dies kann mithilfe einer entsprechenden Kabeltrommel bewerkstelligt werden.
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Um das Ladekabel 24 wieder freizugeben, ist es sinnvoll, an wenigstens einem Ende des Spaltes 30 eine große Öffnung vorzusehen, welche mindestens einen Durchmesser der zweiten Steckverbindungseinheit 22 oder des Hakens 23 hat. Dadurch kann das mit dem Spalt 30 verhakte Ladekabel 24 freigegeben werden. Bevorzugt weist die erste Steckverbindungseinheit 31 in ihrer Mitte eine Aussparung auf. Diese Aussparung in der ersten Steckverbindungseinheit 31 ist dabei bevorzugt ausgestaltet, während der Kontaktierung mit der zweiten Steckverbindungseinheit 22 den Haken 23 zu verstauen. Damit kann vermieden werden, dass der Haken 23 das Herstellen der elektrischen Steckverbindung zwischen den beiden Steckverbindungseinheiten behindert. Bevorzugt weist jene Seite des Spalts 30 mit der ersten Steckverbindungseinheit 31 die Öffnung auf.
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Es ist jedoch auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich das gegenüberliegende Ende des Spaltes 30 (rechts in der einzigen Fig.) die große Öffnung aufweist.
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Mithilfe des Schlittens 34 und des Auffangelements 32, welche mithilfe der Schiene 38 verfahren werden können, kann eine Konstruktion bereitgestellt werden, welche ein bequemes automatisiertes Laden des Fahrzeugs 20 ermöglicht. Dabei können große Positionstoleranzen des Fahrzeugs 20 bei einem Einparkvorgang ausgeglichen werden. Zusätzlich können unterschiedliche Fahrzeugtypen dieselbe Infrastruktur zum Laden benutzen. Somit kann eine Ladevorrichtung bereitgestellt werden, welche ein bequemes und einfaches Herstellen einer elektrischen Steckverbindung zum Aufladen des Fahrzeugs 20 ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ladevorrichtung
- 20
- Fahrzeug
- 22
- zweite Steckverbindungseinheit
- 23
- Haken
- 24
- Ladekabel
- 30
- Spalt
- 31
- erste Steckverbindungseinheit
- 32
- Auffangelement
- 34
- Schlitten
- 35
- Parkplatz
- 38
- Schiene
- x
- x-Richtung
- y
- y-Richtung
- z
- z-Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012018010 A1 [0003]
- US 2018/0281611 A1 [0004]
