DE102021002039A1

DE102021002039A1 - Ladeanordnung und Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021002039A1
Application number: DE102021002039.1A
Authority: DE
Inventors: Giovanni La Placa
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeanordnung (100) zum Laden eines Energiespeichers (60) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (30), wenigstens umfassend eine stationäre Ladestation (10) mit einer ersten Kontakteinheit (12), welche aus der Ladestation (10) in einer Kontaktierungsrichtung (14) herausfahrbar, insbesondere sensorgesteuert herausfahrbar, angeordnet ist, eine an Bord des Fahrzeugs (30) angeordnete zweite Kontakteinheit (32), wobei eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontakteinheit (12) und der zweiten Kontakteinheit (32) bei Annäherung des Fahrzeugs (30) an die Ladestation (10) mittels einer Relativbewegung (38) zwischen der ersten Kontakteinheit () und der zweiten Kontakteinheit () in Kontaktierungsrichtung (14) herstellbar ist, wobei wenigstens eine der beiden Kontakteinheiten (12, 32) wenigstens in der Kontaktierungsrichtung (14) federnd gelagert angeordnet ist und wobei die andere der beiden Kontakteinheiten (32, 12) wenigstens in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung (14) verlaufenden Richtungen federnd gelagert angeordnet ist.Die Erfindung betrifft ferner eine stationäre Ladestation (10) sowie ein Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeanordnung zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, sowie eine stationäre Ladestation und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Ladeanordnung.
Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge müssen für den Betrieb geladen werden. Insbesondere das Laden an sogenannten Ladesäulen führt immer wieder zu Problemen. Sind diese beispielsweise an öffentlichen Straßen angeordnet, ist das Parken, bzw. Laden an solch einer Station nur für jeweils ein Fahrzeug möglich.
Die DE 10 2018 203 162 A1 offenbart ein Stecksystem für einen drahtgebundenen Ladevorgang zum Laden eines elektrischen Energiespeichers einer zumindest teilweise elektrisch betriebenen Vorrichtung. Die zumindest teilweise elektrisch betriebene Vorrichtung kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, sein. Das Stecksystem umfasst eine an der elektrisch betriebenen Vorrichtung angeordnete Ladedose. Das Stecksystem umfasst ferner eine Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung umfasst einen Ladestecker, der durch eine translatorische Bewegung zu der Ladedose ausgefahren werden kann. Die Ladedose weist eine Abdeckung auf, um Kontaktteile der Ladedose vor Umwelteinflüssen zu schützen. Der Ladestecker ist ausgebildet, durch die translatorische Bewegung ein oder mehrere wiederverschließbare Kontaktteil-Durchbrüche in der Abdeckung zu erzeugen, durch die hindurch im Rahmen der translatorischen Bewegung Kontaktteile des Ladesteckers geführt werden, um mit den entsprechenden Kontaktteilen der Ladedose jeweils paarweise galvanisch leitende Verbindungen zu bilden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ladeanordnung zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine stationäre Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer verbesserten Ladeanordnung zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer verbesserten Ladeanordnung bereitzustellen.
Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Ladeanordnung zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vorgeschlagen, wenigstens umfassend eine stationäre Ladestation mit einer ersten Kontakteinheit, welche aus der Ladestation in einer Kontaktierungsrichtung herausfahrbar, insbesondere sensorgesteuert herausfahrbar, angeordnet ist, eine an Bord des Fahrzeugs angeordnete zweite Kontakteinheit, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontakteinheit und der zweiten Kontakteinheit bei Annäherung des Fahrzeugs an die Ladestation mittels einer Relativbewegung zwischen der ersten Kontakteinheit und der zweiten Kontakteinheit in Kontaktierungsrichtung herstellbar ist. Dabei ist wenigstens eine der beiden Kontakteinheiten wenigstens in der Kontaktierungsrichtung federnd gelagert angeordnet ist und die andere der beiden Kontakteinheiten ist wenigstens in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung verlaufenden Richtungen federnd gelagert angeordnet.
Die erfindungsgemäße Ladeanordnung umfasst im Wesentlichen eine Ladekomponente an einer stationären Ladestation, beispielsweise einer Ladesäule, sowie wenigstens eine in ein batteriebetriebenes Fahrzeug integrierte Ladekomponente im Bereich des vorderen oder des hinteren Stoßfängers des Fahrzeugs.
Die Ladekomponente an der Ladestation umfasst im Wesentlichen eine in horizontaler Richtung ausfahrbare erste Kontakteinheit. Dabei kann der Ausbringmechanismus beispielsweise mittels eines elektrisch betriebenen Zahnstangenantriebes oder alternativ pneumatisch oder hydraulisch ausgebildet sein.
Die Ladekontakte der ersten Kontakteinheit können sich dabei beispielsweise oberhalb und unterhalb einer vorzugsweisen keilförmigen Unterkonstruktion, welche als Einführschräge ausgebildet ist, befinden. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass ein Pol der Ladekontakte sich, in einer Kontaktierungsrichtung gesehen, im vorderen, dem Fahrzeug zugewandten Bereich, der andere Pol im abgewandten Bereich befindet. Durch eine federnde Lagerung, beispielsweise mittels einer Feder oder eines Elastomers, kann ein Spielausgleich während des Kontaktierungsvorganges ermöglicht werden.
Die wenigstens eine Ladekomponente am Fahrzeug umfasst im Wesentlichen eine zweite Kontakteinheit, welche beispielsweise im vorderen oder im hinteren Stoßfänger integriert ist. Diese zweite Kontakteinheit, vorzugsweise im vorderen Stoßfänger angeordnet, dient dazu, die Kontaktierung mit der Ladestation herzustellen. Eine weitere dritte Kontakteinheit, beispielsweise im hinteren Stoßfänger integriert, kann zur Weiterleitung des Ladestromes an ein weiteres Fahrzeug dienen, welches sich in Längsrichtung hinter dem ersten Fahrzeug positioniert.
Sind mehrere Fahrzeuge mit den oben beschriebenen zweiten und dritten Kontakteinheiten ausgestattet, ist es möglich, mehrere Fahrzeuge, welche sich in Längsrichtung hintereinander befinden, sozusagen „in Reihe“ zu laden.
Alternativ zu dem Ausfahren der ersten Kontakteinheit aus der Ladestation auf die zweite Kontakteinheit des Fahrzeugs zu kann auch die zweite Kontakteinheit aus dem Fahrzeug auf die erste Kontakteinheit der Ladestation zu bewegt werden. Außerdem wäre auch möglich, dass beide Kontakteinheiten aufeinander zu bewegt werden.
Bei der zweiten Kontakteinheit im vorderen Stoßfänger weist der Stoßfänger selbst im vorderen Bereich mindestens eine schwenkbare Verschlussklappe auf. Diese Verschlussklappe kann insbesondere aus mehreren Segmenten aufgebaut sein, so dass immer nur das Segment, bzw. die Segmente nach innen klappen, welche durch die Kontakteinheit der Ladestation geöffnet werden. Dadurch ist gewährleistet, dass die Bereiche links und rechts von der fahrzeugseitigen zweiten Kontakteinheit verschlossen bleiben.
Die fahrzeugseitige zweite Kontakteinheit ist komplementär zu der ersten Kontakteinheit der Ladestation ausgebildet und dient zur Aufnahme derselben. Dabei kann die fahrzeugseitige zweite Kontakteinheit insbesondere über die gesamte Breite innerhalb des vorderen Stoßfängers ausgeführt sein. Dadurch ist es möglich, dass das zu ladende Fahrzeug in einem sehr breiten Bereich vor der Ladesäule angefahren, bzw. positioniert werden kann. Dies ist für die Praxis als wesentlicher Vorteil zu betrachten.
Die fahrzeugseitige zweite Kontakteinheit ist ebenfalls quer zur Kontaktierungsrichtung federnd gelagert, beispielsweise über Federn oder Elastomere, sodass Höhenunterschied, bzw. Toleranzen ausgeglichen werden können. Des Weiteren sind bei der fahrzeugseitigen zweiten Kontakteinheit Kontakte analog der Kontakte der ersten Kontakteinheit der Ladestation angeordnet.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich zwischen den Kontakten der fahrzeugseitigen zweiten Kontakteinheit über die gesamte Breite sowohl in vertikaler Richtung auf einer Oberseite als auch einer Unterseite ein Magnet-Kontaktstreifen als Verbindungselement angebracht ist, welcher eine zuverlässige Kontaktierung zwischen den Kontakten der ersten und der zweiten Kontakteinheit gewährleistet.
An der ersten Kontakteinheit der Ladestation befindet sich dazu an den korrespondierenden Stellen jeweils beispielsweise ein Blechstreifen. Diese Anordnung kann zwischen den beiden Kontakteinheiten auch vertauscht ausgeführt sein. Die Magnetverbindung dient dazu, dass die beiden Kontakteinheiten während des Kontaktierungsvorganges eine sichere Verbindung eingehen und sich während des Ladevorganges nicht verschieben können. Alternativ kann diese magnetische Verbindung auch mit einer elektromagnetisch wirkenden Variante ausgebildet sein.
Der Ladevorgang selbst kann beispielsweise durch Näherungssensoren ausgelöst, bzw. gestartet werden, welche sich beispielsweise an der Ladestation befinden. Durch drahtlose Übertragung können alle notwendigen Informationen zwischen Ladestation und Fahrzeug ausgetauscht werden.
Die dritte Kontakteinheit im hinteren Stoßfänger des Fahrzeuges kann im Wesentlichen der Ausführung der ersten Kontakteinheit der Ladestation entsprechen. Dadurch ist es möglich, dass mehrere, hintereinander positionierte Fahrzeuge ebenfalls geladen werden können.
Die Fahrzeuge können intern über entsprechende durchschleifende Ladekabel verfügen, sodass über eine Parallelverzweigung die Ladeströme direkt an die entsprechenden Kontakteinheiten weitergeleitet werden können. Die Erfassung, bzw. Abrechnung der geladenen Einheiten kann beispielsweise über entsprechende Stromzähler, bzw. Funksignale an die Ladesäule erfolgen.
Zusätzlich kann die dritte Kontakteinheit aber auch beispielsweise dazu benutzt werden, einem Elektrofahrzeug mit leerer Batterie sozusagen „Starthilfe“ zu geben.
Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Ladeanordnung ein Fahrzeug an einer Ladestation geladen werden, ohne dass ein Ladekabel angeschlossen werden muss.
Das Fahrzeug kann dabei lateral in einem breiten Bereich vor der Ladestation positioniert werden.
Mehrere Fahrzeuge können hintereinander gestellt an nur einer Ladesäule geladen werden.
Bei leerem Energiespeicher eines Fahrzeugs kann der Energiespeicher günstigerweise auch über ein zweites Fahrzeug geladen werden, welches davor oder dahinter positioniert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanordnung kann die erste und die zweite Kontakteinheit mit zueinander komplementären, schräg zur Kontaktierungsrichtung verlaufenden Einführschrägen ausgebildet sein, insbesondere mit einem Öffnungswinkel größer 5°, bevorzugt größer 10°, ausgebildet sein, mittels welcher eine der beiden Kontakteinheiten durch die jeweils andere Kontakteinheit bei der Relativbewegung aufeinander zu geführt ist. Die Einführschräge ermöglicht dabei bei der Relativbewegung der beiden Kontakteinheiten aufeinander zu eine Selbstzentrierung der korrespondierenden Kontakte. Durch die Einführschräge kann so die erste Kontakteinheit in die zweite Kontakteinheit eintauchen und eine sichere elektrische Verbindung der Kontakte schaffen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanordnung können elektrische Kontakte entlang der Einführschrägen jeweils korrespondierend in der ersten Kontakteinheit zu der zweiten Kontakteinheit in Kontaktierungsrichtung hintereinander und auf den Einführschrägen jeweils spiegelbildlich zueinander angeordnet sein.
Insbesondere können die erste Kontakteinheit und die zweite Kontakteinheit als komplementäre Elemente einer Steckverbindung vorgesehen sein. Insbesondere können die erste Kontakteinheit als Stecker und die zweite Kontakteinheit als Buchse ausgebildet sein. Durch die Einführschräge kann die erste Kontakteinheit in die zweite Kontakteinheit eintauchen und eine sichere elektrische Verbindung der Kontakte schaffen. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass ein Pol der Ladekontakte sich, in einer Kontaktierungsrichtung gesehen, im vorderen, dem Fahrzeug zugewandten Bereich, der andere Pol im abgewandten Bereich befindet. In den beiden Kontakteinheiten liegen die korrespondierenden Pole der beiden Kontakte jeweils quer zur Kontaktierungsrichtung einander gegenüber.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanordnung kann die zweite Kontakteinheit eine Querausdehnung über eine Fahrzeugbreite, insbesondere über eine Breite eines Stoßfängers des Fahrzeugs aufweisen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug über einen entsprechenden Raum quer zur Ladestation positioniert werden und dennoch eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakteinheiten aufgebaut werden. Dadurch ist es möglich, dass das zu ladende Fahrzeug in einem sehr breiten Bereich vor der Ladesäule angefahren, bzw. positioniert werden kann
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanordnung kann eine der beiden Kontakteinheiten durch die Ladestation zum Herstellen der elektrischen Verbindung in Kontaktierungsrichtung auf die jeweils andere Kontakteinheit pressbar vorgesehen sein. Dadurch kann eine besonders zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakteinheiten geschaffen werden, welche insbesondere hohe Ladeströme trägt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanordnung können die beiden Kontakteinheiten Verbindungselemente, insbesondere magnetische Verbindungselemente, aufweisen, welche eine mechanische Verbindung der jeweilig korrespondierenden Kontakte der beiden Kontakteinheiten herstellen. Mit den Verbindungselementen, welche insbesondere als ein magnetischer Streifen auf der einen Kontakteinheit und einem entsprechenden Blechstreifen auf der anderen Kontakteinheit ausgebildet sein kann, kann eine sichere Verbindung zwischen den jeweiligen Kontakten der beiden Kontakteinheiten hergestellt werden, welche selbst hält und gegen ein Verschieben der Kontakte gesichert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanordnung kann die Ladestation eine Abdeckung über der ersten Kontakteinheit aufweisen, welche insbesondere bei Annäherung des Fahrzeugs sensorgesteuert aufschiebbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann dabei das Fahrzeug wenigstens eine Verschlussklappe zum Schutz der zweiten Kontakteinheit, insbesondere vor Verschmutzung und/oder Feuchtigkeit, aufweisen, wobei die wenigstens eine Verschlussklappe sensorgesteuert betätigbar und/oder einen Rückfedermechanismus und/oder eine Dichtung aufweist. Insbesondere kann die wenigstens eine Verschlussklappe mit einzeln betätigbaren Segmenten ausgebildet sein. Mittels der an der Ladestation angeordneten Abdeckung kann die ausgefahrene Kontakteinheit vor Niederschlag in Form von Regen oder Schnee geschützt werden. Verschlussklappen am Fahrzeug, welche insbesondere segmentartig unterteilt sein können, können die zweite Kontakteinheit vor Verschmutzung während dem Betrieb des Fahrzeugs, insbesondere beim Fahren, schützen. Außerdem kann so ein Berührschutz der Kontakteinheit gewährleistet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanordnung kann an Bord des Fahrzeugs eine dritte Kontakteinheit angeordnet sein, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der dritten Kontakteinheit und einer an Bord eines weiteren Fahrzeugs angeordneten zweiten Kontakteinheit mittels einer Relativbewegung des weiteren Fahrzeugs entlang der Kontaktierungsrichtung auf das Fahrzeug zu herstellbar ist. Dabei kann die dritte Kontakteinheit wenigstens in der Kontaktierungsrichtung und/oder in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung verlaufenden Richtungen federnd gelagert angeordnet sein.
Die dritte Kontakteinheit, beispielsweise im hinteren Stoßfänger des Fahrzeuges, kann im Wesentlichen der Ausführung der ersten Kontakteinheit der Ladestation entsprechen. Mittels dieser dritten Kontakteinheit ist es möglich, dass mehrere, hintereinander positionierte Fahrzeuge ebenfalls geladen werden können. Ein weiteres Fahrzeug kann an das an der Ladestation befindliche Fahrzeug, welches gerade am Laden ist, heranfahren und mit seiner zweiten Kontakteinheit die dritte Kontakteinheit des Fahrzeugs an der Ladestation kontaktieren.
Die Fahrzeuge können intern über entsprechende durchschleifende Ladekabel verfügen, sodass über eine Parallelverzweigung die Ladeströme direkt an die entsprechenden Kontakteinheiten weitergeleitet werden können. Auf diese Weise kann das weitere Fahrzeug über die Kontakteinheiten des Fahrzeugs an der Ladestation geladen werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine stationäre Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vorgeschlagen, mit einer ersten Kontakteinheit, welche für eine elektrische Verbindung mit einer an einem Fahrzeug angeordneten zweiten Kontakteinheit herausfahrbar vorgesehen ist, wobei die elektrische Verbindung mit der zweiten Kontakteinheit mittels einer Relativbewegung des Fahrzeugs entlang einer Kontaktierungsrichtung auf die Ladestation zu herstellbar ist. Dabei ist die erste Kontakteinheit wenigstens in der Kontaktierungsrichtung federnd gelagert angeordnet ist und/oder wenigstens in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung verlaufenden Richtungen federnd gelagert angeordnet. Mittels einer solchen Ladestation kann ein Energiespeicher eines Fahrzeugs in der vorgeschlagenen Ladeanordnung vorteilhaft geladen werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Ladeanordnung vorgeschlagen, wobei wenigstens die Schritte durchgeführt werden: Einfahren des Fahrzeugs entgegen einer Kontaktierungsrichtung auf eine Ladestation mit einer ersten Kontakteinheit zu; Öffnen der Verschlussklappe einer zweiten Kontakteinheit des Fahrzeugs; Herausfahren der ersten Kontakteinheit aus der Ladestation in Kontaktierungsrichtung mittels eines Ausbringmechanismus; Bewegen der ersten Kontakteinheit auf die zweite Kontakteinheit zu, bis ein Kontakt zwischen der ersten Kontakteinheit und der zweiten Kontakteinheit hergestellt ist; Herstellen einer elektrischen Verbindung durch Verschnappen der Kontakteinheiten mittels, insbesondere magnetischer, Verbindungselemente; Laden des Fahrzeugs; nach Ladeende Lösen der elektrischen Verbindung durch Ausfahren des Fahrzeugs von der Ladestation; sowie Schließen der Verschlussklappe der zweiten Kontakteinheit.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Fahrzeug vorteilhaft an eine Ladestation herangefahren, automatisch kontaktiert und geladen werden. Die automatische Kontaktierung kann sensorgesteuert oder durch Steuerung des Fahrers angestoßen werden, sodass der weitere Ladevorgang selbsttätig ablaufen kann.
Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Ladeanordnung ein Fahrzeug an einer Ladestation geladen werden, ohne dass ein Ladekabel angeschlossen werden muss.
Das Fahrzeug kann dabei lateral in einem breiten Bereich vor der Ladestation positioniert werden.
Mehrere Fahrzeuge können hintereinander gestellt an nur einer Ladesäule geladen werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer Ladeanordnung zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht;
2 eine vergrößerte Darstellung der stationären Ladestation der Ladeanordnung nach 1;
3 eine vergrößerte Darstellung der Fahrzeugfront des Fahrzeugs der Ladeanordnung nach 1;
4 eine Prinzipdarstellung auf die Ladeanordnung nach 1 von oben in einer mittleren Anfahr-Position;
5 eine Prinzipdarstellung auf die Ladeanordnung nach 1 in einer ersten Anfahr-Position;
6 eine Prinzipdarstellung auf die Ladeanordnung nach 1 in einer zweiten Anfahr-Position
7 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs der Ladeanordnung nach 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer dritten Kontakteinheit in Seitenansicht; und
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Ladeanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ladeanordnung 100 zum Laden eines Energiespeichers 60 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs 30 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der stationären Ladestation 10 der Ladeanordnung 100 nach 1, während in 3 eine vergrößerte Darstellung der Fahrzeugfront 44 des Fahrzeugs 30 erkennbar ist.
Die Ladeanordnung 100 umfasst dabei die stationäre Ladestation 10 mit einer ersten Kontakteinheit 12, welche aus der Ladestation 10 in einer Kontaktierungsrichtung 14 herausfahrbar, insbesondere sensorgesteuert herausfahrbar, angeordnet ist, sowie eine an Bord des Fahrzeugs 30 angeordnete zweite Kontakteinheit 32. Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontakteinheit 12 und der zweiten Kontakteinheit 32 kann bei Annäherung des Fahrzeugs 30 an die Ladestation 10 mittels einer Relativbewegung 38 zwischen der ersten Kontakteinheit 12 und der zweiten Kontakteinheit in Kontaktierungsrichtung 14 hergestellt werden.
Die erste Kontakteinheit 12 ist in der Kontaktierungsrichtung 14 mittels eines Federelements 52 federnd gelagert angeordnet, während die zweite Kontakteinheit 32 im Fahrzeug 30 wenigstens in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung 14 verlaufenden Richtungen mittels weiterer Federelemente 54 ebenfalls federnd gelagert angeordnet ist.
Die erste und die zweite Kontakteinheit 12, 32 sind mit zueinander komplementären, schräg zur Kontaktierungsrichtung 14 verlaufenden Einführschrägen 16, 36 ausgebildet. Öffnungswinkel 17, 37 der Einführschrägen 16, 36, wie in den 2 und 3 dargestellt, können dabei größer 5°, bevorzugt größer 10°, ausgebildet sein. Durch die Einführschrägen 16, 36 kann eine der beiden Kontakteinheiten 12, 32 durch die jeweils andere Kontakteinheit 32, 12 bei der Relativbewegung 38 aufeinander zu geführt sein. Auf diese Weise erfolgt eine Selbstzentrierung der beiden Kontakteinheiten 12, 32 beim Aufeinanderzubewegen in Kontaktierungsrichtung 14.
Elektrische Kontakte 22, 23, 42, 43 der beiden Kontakteinheiten 12, 32 sind entlang der Einführschrägen 16, 36 jeweils korrespondierend in der ersten Kontakteinheit 12 zu der zweiten Kontakteinheit 32 in Kontaktierungsrichtung 14 hintereinander und auf den Einführschrägen 16, 36 jeweils spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Dabei sind die erste Kontakteinheit 12 und die zweite Kontakteinheit 32 als komplementäre Elemente einer Steckverbindung vorgesehen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist insbesondere die erste Kontakteinheit 12 als Stecker 40 und die zweite Kontakteinheit 32 als Buchse 20 ausgebildet, sodass die erste Kontakteinheit 12 zur Kontaktierung in die zweite Kontakteinheit 32 eingesteckt werden kann.
Um eine zuverlässige elektrische Verbindung herzustellen, kann eine der beiden Kontakteinheiten 12, 32 durch die Ladestation 10 in Kontaktierungsrichtung 14 auf die jeweils andere Kontakteinheit 32, 12 gepresst werden.
Die beiden Kontakteinheiten 12, 32 weisen Verbindungselemente 24, 34, insbesondere magnetische Verbindungselemente 24, 34, auf, welche eine mechanische Verbindung der jeweilig korrespondierenden Kontakte 22, 23, 42, 43 der beiden Kontakteinheiten 12, 32 herstellen. Beim Anlegen der ersten Kontakteinheit 12 an die zweite Kontakteinheit 32 können die beiden Kontakteinheiten 12, 32 dadurch verschnappen, sodass die Kontakte 22, 23, 42, 43 eine zuverlässige Verbindung aufweisen und nicht verschoben werden können.
Die Ladestation 10 weist eine Abdeckung 18 über der ersten Kontakteinheit 12 auf, welche insbesondere bei Annäherung des Fahrzeugs 30 sensorgesteuert aufschiebbar ist. Dadurch kann die erste Kontakteinheit 12 im ausgefahrenen Zustand vor Niederschlag wie Regen oder Schnee geschützt werden.
Das Fahrzeug 30 weist wenigstens eine Verschlussklappe 26 zum Schutz der zweiten Kontakteinheit 32, insbesondere vor Verschmutzung und/oder Feuchtigkeit, auf. Die Verschlussklappe 26 kann sensorgesteuert betätigbar ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Verschlussklappe 26 einen Rückfedermechanismus aufweisen, welcher ein Schließen der Verschlussklappe 26 nach Beendigung des Ladeprozesses ermöglicht. Weiter kann die Verschlussklappe 26 zur zuverlässigen Abdichtung eine Dichtung aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Verschlussklappe 26 mit einzeln betätigbaren Segmenten 28 ausgebildet sein, sodass jeweils nur die Segmente 28 im Bereich der ersten Kontakteinheit 12 geöffnet sein müssen.
Die erste Kontakteinheit 12 kann, wenn das Fahrzeug 30 an die Ladestation 10 herangefahren ist und seine Verschlussklappe 26 geöffnet hat, mittels des Ausbringmechanismus 58 aus der Ladestation 10 herausgefahren werden und in Kontaktierungsrichtung 14 an die zweite Kontakteinheit 32 angelegt werden. So werden die jeweiligen Kontakte 22, 23, 42, 43 aufeinander gepresst und stellen die elektrische Verbindung her. Damit kann der Ladevorgang des Energiespeichers 60 beginnen.
4 zeigt eine Prinzipdarstellung auf die Ladeanordnung 100 nach 1 in einer mittleren Anfahr-Position des Fahrzeugs 30 von oben.
Die zweite Kontakteinheit 32 kann eine Querausdehnung 50 über eine Fahrzeugbreite 46, insbesondere über eine Breite eines Stoßfängers 48 des Fahrzeugs 30 aufweisen.
Auf diese Weise kann das Fahrzeug 30 über einen entsprechenden Raum quer zur Ladestation 10 positioniert werden und dennoch eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontakteinheiten 12, 32 aufgebaut werden. Dadurch ist es möglich, dass das zu ladende Fahrzeug 30 in einem sehr breiten Bereich vor der Ladestation 10 angefahren, bzw. positioniert werden kann.
In den beiden 5 und 6 sind jeweils eine rechte und eine linke Anfahr-Position des Fahrzeugs 30 vor der Ladestation 10 dargestellt. Die erste Kontakteinheit 12 kann dabei auf einer linken Seite des Fahrzeugs 30, bzw. auf einer rechten Seite des Fahrzeugs 30 die zweite Kontakteinheit 32 des Fahrzeugs 30 kontaktieren.
7 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs 30 der Ladeanordnung 100 nach 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer dritten Kontakteinheit 62 in Seitenansicht.
An Bord des Fahrzeugs 30 ist eine dritte Kontakteinheit 62 im Fahrzeugheck 56 angeordnet, welche einer ersten Kontakteinheit 12 einer Ladestation 10 entspricht. Das Fahrzeug 30 verfügt über einen entsprechenden Ausbringmechanismus 64, mittels dessen die dritte Kontakteinheit 62 in Kontaktierungsrichtung 14 auf eine (nicht dargestellte) zweite Kontakteinheit 32 eines weiteren Fahrzeugs ausgefahren und angelegt werden kann. Die dritte Kontakteinheit 62 weist analog zu einer ersten Kontakteinheit 12 entsprechend angeordnete Kontakte 68, 70 auf, welche sich mit Kontakten 22, 23 der zweiten Kontakteinheit 32 des weiteren Fahrzeugs verbinden lassen.
Dadurch kann eine elektrische Verbindung zwischen der dritten Kontakteinheit 62 und der an Bord des weiteren Fahrzeugs angeordneten zweiten Kontakteinheit 32 mittels einer Relativbewegung des weiteren Fahrzeugs entlang der Kontaktierungsrichtung 14 auf das Fahrzeug 30 zu hergestellt werden. Die dritte Kontakteinheit 62 ist zum Ausgleichen eines Spiels beim Kontaktieren wenigstens in der Kontaktierungsrichtung 14 und/oder in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung 14 verlaufenden Richtungen mittels Federelementen 66 federnd gelagert angeordnet. Die Verbindung mit einer zweiten Kontakteinheit 32 eines anderen Fahrzeugs kann über, insbesondere magnetische, Verbindungselemente 72, gesichert werden.
In 8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Laden eines Energiespeichers 60 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs 30 mit einer Ladeanordnung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S100, in dem das Fahrzeug 30 entgegen einer Kontaktierungsrichtung 14 auf eine Ladestation 10 mit einer ersten Kontakteinheit 12 zu eingefahren wird.
Danach wird im Schritt S102 die Verschlussklappe 26 einer zweiten Kontakteinheit 32 des Fahrzeugs 30 geöffnet.
Im nächsten Schritt S104 wird die erste Kontakteinheit 12 aus der Ladestation 10 in Kontaktierungsrichtung 14 mittels eines Ausbringmechanismus 58 herausgefahren.
Danach wird in Schritt S106 mittels des Ausbringmechanismus 58 die erste Kontakteinheit 12 auf die zweite Kontakteinheit 32 zu bewegt, bis ein Kontakt zwischen der ersten Kontakteinheit 12 und der zweiten Kontakteinheit 32 hergestellt ist.
In Schritt S108 wird eine elektrische Verbindung durch Verschnappen der Kontakteinheiten 12, 32 mittels magnetischer Verbindungselemente 24, 34 hergestellt, bevor in Schritt S110 das Fahrzeug 30 geladen wird.
Nach Ladeende wird in Schritt 112 die elektrische Verbindung durch Ausfahren des Fahrzeugs 30 von der Ladestation 10 gelöst, und danach in Schritt S114 die Verschlussklappe 26 der zweiten Kontakteinheit 32 geschlossen.
Bezugszeichenliste

10: Ladestation
12: erste Kontakteinheit
14: Kontaktierungsrichtung
16: Einführschräge
17: Öffnungswinkel
18: Abdeckung
20: Buchse
22: Kontakt
23: Kontakt
24: Verbindungselement
26: Verschlussklappe
28: Segment
30: Fahrzeug
32: zweite Kontakteinheit
34: Verbindungselement
36: Einführschräge
37: Öffnungswinkel
38: Relativbewegung
40: Stecker
42: Kontakt
43: Kontakt
44: Fahrzeugfront
46: Fahrzeugbreite
48: Stoßfänger
50: Querausdehnung
52: Federelement
54: Federelement
56: Fahrzeugheck
58: Ausbringmechanismus
60: Energiespeicher
62: dritte Kontakteinheit
64: Ausbringmechanismus
66: Federelement
68: Kontakt
70: Kontakt
72: Verbindungselement
100: Ladeanordnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018203162 A1 [0003]

Claims

Ladeanordnung (100) zum Laden eines Energiespeichers (60) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (30), wenigstens umfassend - eine stationäre Ladestation (10) mit einer ersten Kontakteinheit (12), welche aus der Ladestation (10) in einer Kontaktierungsrichtung (14) herausfahrbar, insbesondere sensorgesteuert herausfahrbar, angeordnet ist, - eine an Bord des Fahrzeugs (30) angeordnete zweite Kontakteinheit (32), wobei eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontakteinheit (12) und der zweiten Kontakteinheit (32) bei Annäherung des Fahrzeugs (30) an die Ladestation (10) mittels einer Relativbewegung (38) zwischen der ersten Kontakteinheit (12) und der zweiten Kontakteinheit (32) in Kontaktierungsrichtung (14) herstellbar ist, wobei wenigstens eine der beiden Kontakteinheiten (12, 32) wenigstens in der Kontaktierungsrichtung (14) federnd gelagert angeordnet ist und wobei die andere der beiden Kontakteinheiten (32, 12) wenigstens in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung (14) verlaufenden Richtungen federnd gelagert angeordnet ist.
Ladeanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Kontakteinheit (12, 32) mit zueinander komplementären, schräg zur Kontaktierungsrichtung (14) verlaufenden Einführschrägen (16, 36) ausgebildet sind, insbesondere mit einem Öffnungswinkel (17, 37) größer 5°, bevorzugt größer 10°, ausgebildet sind, mittels welcher eine der beiden Kontakteinheiten (12, 32) durch die jeweils andere Kontakteinheit (32, 12) bei der Relativbewegung (38) aufeinander zu geführt ist.
Ladeanordnung nach Anspruch 2, wobei elektrische Kontakte (22, 23, 42, 43) entlang der Einführschrägen (16, 36) jeweils korrespondierend in der ersten Kontakteinheit (12) zu der zweiten Kontakteinheit (32) in Kontaktierungsrichtung (14) hintereinander und auf den Einführschrägen (16, 36) jeweils spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, insbesondere wobei die erste Kontakteinheit (12) und die zweite Kontakteinheit (32) als komplementäre Elemente einer Steckverbindung vorgesehen sind, insbesondere wobei die erste Kontakteinheit (12) als Stecker (40) und die zweite Kontakteinheit (32) als Buchse (20) ausgebildet ist.
Ladeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kontakteinheit (32) eine Querausdehnung (50) über eine Fahrzeugbreite (46), insbesondere über eine Breite eines Stoßfängers (48) des Fahrzeugs (30) aufweist.
Ladeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der beiden Kontakteinheiten (12, 32) durch die Ladestation (10) zum Herstellen der elektrischen Verbindung in Kontaktierungsrichtung (14) auf die jeweils andere Kontakteinheit (32, 12) pressbar vorgesehen ist.
Ladeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Kontakteinheiten (12, 32) Verbindungselemente (24, 34), insbesondere magnetische Verbindungselemente (24, 34), aufweisen, welche eine mechanische Verbindung der jeweilig korrespondierenden Kontakte (22, 23, 42, 43) der beiden Kontakteinheiten (12, 32) herstellen.
Ladeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (10) eine Abdeckung (18) über der ersten Kontakteinheit (12) aufweist, welche insbesondere bei Annäherung des Fahrzeugs (30) sensorgesteuert aufschiebbar ist und/oder wobei das Fahrzeug (30) wenigstens eine Verschlussklappe (26) zum Schutz der zweiten Kontakteinheit (32), insbesondere vor Verschmutzung und/oder Feuchtigkeit, aufweist, wobei die wenigstens eine Verschlussklappe (26) sensorgesteuert betätigbar und/oder einen Rückfedermechanismus und/oder eine Dichtung aufweist, insbesondere wobei die wenigstens eine Verschlussklappe (26) mit einzeln betätigbaren Segmenten (28) ausgebildet ist.
Ladeanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an Bord des Fahrzeugs (30) eine dritte Kontakteinheit (62) angeordnet ist, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der dritten Kontakteinheit (62) und einer an Bord eines weiteren Fahrzeugs angeordneten zweiten Kontakteinheit (32) mittels einer Relativbewegung des weiteren Fahrzeugs entlang der Kontaktierungsrichtung (14) auf das Fahrzeug (30) zu herstellbar ist, wobei die dritte Kontakteinheit (62) wenigstens in der Kontaktierungsrichtung (14) und/oder in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung (14) verlaufenden Richtungen federnd gelagert angeordnet ist.
Stationäre Ladestation (10) zum Laden eines Energiespeichers (60) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (30), mit einer ersten Kontakteinheit (12), welche für eine elektrische Verbindung mit einer an einem Fahrzeug (30) angeordneten zweiten Kontakteinheit (32) herausfahrbar vorgesehen ist, wobei die elektrische Verbindung mit der zweiten Kontakteinheit (32) mittels einer Relativbewegung (34) des Fahrzeugs (30) entlang einer Kontaktierungsrichtung (14) auf die Ladestation (10) zu herstellbar ist, wobei die erste Kontakteinheit (12) wenigstens in der Kontaktierungsrichtung (14) federnd gelagert angeordnet ist und/oder wenigstens in einer oder mehreren quer zur Kontaktierungsrichtung (14) verlaufenden Richtungen federnd gelagert angeordnet ist.
Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (30) mit einer Ladeanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenigstens die Schritte durchgeführt werden: - Einfahren des Fahrzeugs (30) entgegen einer Kontaktierungsrichtung (14) auf eine Ladestation (10) mit einer ersten Kontakteinheit (12) zu; - Öffnen der Verschlussklappe (26) einer zweiten Kontakteinheit (32) des Fahrzeugs (30); - Herausfahren der ersten Kontakteinheit (12) aus der Ladestation (10) in Kontaktierungsrichtung (14) mittels eines Ausbringmechanismus (58); - Bewegen der ersten Kontakteinheit (12) auf die zweite Kontakteinheit (32) zu, bis ein Kontakt zwischen der ersten Kontakteinheit (12) und der zweiten Kontakteinheit (32) hergestellt ist; - Herstellen einer elektrischen Verbindung durch Verschnappen der Kontakteinheiten (12, 32) mittels, insbesondere magnetischer, Verbindungselemente (24, 34); - Laden des Fahrzeugs (30); - nach Ladeende Lösen der elektrischen Verbindung durch Ausfahren des Fahrzeugs (30) von der Ladestation (10); - Schließen der Verschlussklappe (26) der zweiten Kontakteinheit (32).