WO2013041133A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufladen eines elektrofahrzeugs - Google Patents

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Siemens AG
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Definitions

  • the invention relates to the charging of electric vehicles. This is usually done using charging cables that power the electric vehicle.
  • the electric vehicle has an electrical charging interface, via which a built-in electrical energy store or a vehicle battery of the electric vehicle can be charged.
  • the electrical charging interface is usually a plug connection.
  • For charging the electric vehicles is connected to imaging with the aid of a charging cable for example with a forth ⁇ conventional socket which is brought arrival at a loading column.
  • the electrical connection is made in this case between the plug of the charging cable and the socket of La ⁇ dekla.
  • the charging cable can also be firmly connected to the La ⁇ dekladle and plugged into a socket, socket or coupling of the vehicle.
  • the charging cable can have a plug connector at both ends, so that it is plugged into both the charging station and the electric vehicle.
  • the charging interface i.
  • the connector component, in which the plug of the charging cable is plugged, is thus either on the charging station or on the electric vehicle.
  • the charging interface in today's electric vehicles is due to the habit, but also because of the use of existing vehicle bodies of fuel-powered vehicles, at the position of the former fuel filler neck.
  • a connector establishes an electrical connection by plugging a male connector component into a female connector component.
  • the male component is called a plug.
  • the femal ⁇ che component is carried out, for example, as a sleeve, socket or clutch.
  • electrical contacts protrude as plug contacts. see ladder from the plug, which engage in corresponding Ausappelun ⁇ conditions of the opposite connector component.
  • the plug contacts it is also possible for the plug contacts to protrude from the oppositely fixed plug-in connection component into which the plug is inserted. Therefore, each movable and einsteckba ⁇ re plug connection component is referred to as a connector hereinafter.
  • the device for charging an electric vehicle comprises a camera which is set up to record an image of a charging ⁇ interface. It further includes a re unit area, which is for calculating a target position of a connector of a charging cable based on the image of the camera per ⁇ programmed, the plug is inserted into the target position in the charging interface or inserted.
  • the device comprises a means of transport, which is set up for transporting the plug into the destination position.
  • the electric vehicle has a charge interface located on the front of the electric vehicle, which is accessible to the device for producing a plug connection.
  • the device is part of a charging station.
  • the electric vehicle itself is equipped with the device and thereby able to make a plug connection with a charging interface of a charging station.
  • the method and the device have the advantage that a user no longer has to manually establish the plug connection for charging the electric vehicle. This eliminates the corresponding effort for the user. Also, the user does not need to have a separate charging cable ready. Basically, the automated production of the
  • Plug connection also has the advantage that the user does not have to touch the charging cable or the plug itself, whereby the user is protected from supposed or actual dangers by an electric shock.
  • a user controls a movement of the charging unit, by which the plug connection is made.
  • the user confirms le ⁇ diglich that the electric vehicle is to be charged, after which the connector is made fully automated.
  • the device is designed as a charging unit of a charging station. It has a carriage, which is mounted horizontally movable on a rail. The device further comprises a carriage drive means with which the carriage can be moved along the rail. It also has a height-adjustable element which is mounted on the carriage and carries the means of transport.
  • the apparatus along the rail on the respective position of the parked electric vehicles can drive, and also the amount of the respective electric vehicle or the height of the loading interface adjust ⁇ tools.
  • the charging station for charging a plurality of electric vehicles comprises the device described above simply or repeatedly. It also includes a rail, which is mounted in a Hö ⁇ heights of less than one meter, in particular 50 cm, on a parking space for several electric vehicles, and on which the device is movably mounted so that they witness different, side by side parked electric vehicles is positionable.
  • the charging station has the advantage that many vehicles can be operated with only one device. Up to now, each electric vehicle required its own charging station. In contrast, the arrangement allows a maxima ⁇ le utilization of the device. Conversely, the use of the charging station can save stand-alone charging stations and their capital expenditure.
  • FIG. 1 shows an electric vehicle, which is connected by means of a charging cable ⁇ with a charging station
  • FIG. 2 shows a plug which can be plugged into a charging interface of an electric vehicle
  • FIG. 3 a charging unit for charging an electric vehicle
  • FIG. 4 shows a charging unit for charging an electric vehicle, which can be moved on a rail.
  • 1 shows an electric vehicle 200, which is connected via a charging cable ⁇ 300 with a charging station 100th This corresponds ⁇ saith the known from the prior art suitsswei- se to charge an electric vehicle.
  • FIG. 2 shows a plug 11 of a charging cable, which is set up for plugging into a charging interface 12 of an electric vehicle or a charging station.
  • plugs 11 and charging interfaces 12 are known from the prior
  • the charging interface 12 is designed as a socket, socket or coupling.
  • FIG. 3 shows a loading unit 1 which rests on a carriage which is movably mounted on a rail 2.
  • the charging unit 1 has a camera 4, which records an image of an electric vehicle parked in the vicinity of the charging unit 1. In this recorded image, a computing unit of the charging unit 1 determines a position of a charging interface of the electric vehicle by means of image recognition.
  • a height-adjustable head 3 of the loading unit 1 is vertically positioned so that a arranged in or on the height-adjustable head 3 transport when plugging in the direction of the charging interface plug a charging cable can insert directly into this.
  • the means of transport is not shown in detail in FIG. It is designed, for example, as a robotic gripping arm or as an extendable rod.
  • the transport means can also be constructed of beechi ⁇ gen other mechanical elements with electrical, pneumatic or hydraulic drives.
  • the plug and the charging cable can be firmly installed in the trans ⁇ port means, so that this is itself the plug.
  • the means of transport As soon as the means of transport has plugged the plug of the charging cable into the charging interface of the electric vehicle and, if necessary, other conditions (security, payment processing, etc.) are met, it will be charged.
  • the corresponding conditions are checked, for example, by a computing unit in the charging unit 1 or by an on-board computer of the electric vehicle.
  • Transport means can be controlled fully automatically by software, al ⁇ ternatively, however, also by a user.
  • the user is for this purpose, for example, in a control room, in which on a screen, the image of the camera 4 is output to the user.
  • the user also has a suitable input means, Example ⁇ as a mouse or a joystick with which it the loading unit 1, the head 3 and / or the transport means can unit does positi ⁇ so that the plug of the charging cable is inserted.
  • control can also take place from the cockpit of the electric vehicle.
  • the image of the camera 4 is displayed on a display in the vehicle cockpit ⁇ .
  • the user sits in the vehicle cockpit and controls the movement of the means of transport, for example via a commercially available multifunction button, which is available in the vehicle cockpit as a control.
  • the movements are automatically controlled by software, it makes sense to at least to confirm a vehicle driver in advance that the electric vehicle Anlagenla ⁇ to be the.
  • the charging of electric vehicles by means of the movable loading unit 1 with- the aid of the carriage system and the automated charging cable ⁇ feed is automated. It is sufficient for this purpose to park an electric vehicle frontally in front of the rail 2.
  • the loading interface may have appropriate visual features. Particularly advantageous lamps, markers or reflectors are visible in the visible or in the infrared range.
  • the camera 4 itself can capture an infrared image for this purpose.
  • the camera may be supplemented by a lighting means 4, wel ⁇ ches illuminates the loading interface, whereby the Bilderken ⁇ planning is simplified.
  • the image recognition is performed by a computing unit within the loading unit 1.
  • the Rechenein ⁇ standardized, calculates a target position of the plug of the charging cable from the image of the camera 4 in which the plug is inserted into the target position in the charging interface or directly inserted.
  • the loading unit 1 has drive means with which the carriage of the loading unit 1 can be moved along the rail 2.
  • the rail has a drive system, for example an electric motor with a drive chain, via which the carriage can be moved.
  • Thecontractor ⁇ ment of the head is also made via electric motors.
  • pneumatic or hydraulic drives can also be used for this purpose.
  • FIG. 4 shows another example of the charging unit ⁇ 1.
  • the above statements relating to Figure 3 apply similarly to Figure 4.
  • the loading unit 1 is shown here in a broader context. It again has a camera 4 and a head 3, which as described above has a means of transport for the plug.
  • the loading unit 1 is seated on a carriage, which can be moved over a rail 2 again. As shown in Figure 4, the loading unit 1 thereby a plurality of parking lots, which on a
  • Parking space 5 are located, start.
  • the electric vehicles are parked frontally in accordance with the markings on the parking space 5.
  • the rail 2 is mounted on an asphalt bottom of the car parking space 5 at a height of less than 1 meter in ⁇ play, in a height of 5 cm, 20 cm, 30 cm or 50 cm.
  • the head 3 can be adjusted by height adjustment to different bodies and vehicle types, so that the trans ⁇ port means of the charging unit 1 can plug the plug into the charging section ⁇ point of the respective electric vehicle.
  • the electric vehicles are frontal, for example, next to the radiator grille or below a headlight, equipped with the charging interface, which is optionally protected by a flap.
  • the charging process is synchronized between the electric vehicle and the charging unit 1. So usually a activa ⁇ tion charging, or at least an acknowledgment by the driver is required, which can, for example from the vehicle cockpit.
  • an on-board computer of the electric vehicle communicates with the charging unit 1.
  • the communication can be made via WLAN.
  • both the charging unit 1 and the electric vehicle have a suitable WLAN port.
  • each an infrared port, or any other drahtlo ⁇ se radio interface can be used.
  • the electric vehicle can also fully automate the
  • the communication between the charging unit 1 and the electric vehicle can also cause the electric vehicle fully automatically forward or backward a few centimeters to allow the insertion of the plug.
  • the embodiment shown in Figure 4 with theSICflä ⁇ speaking parking 5 has the advantage that a plurality of electric vehicles frontal parking right angles to the rail 2 and can be supplied via the loading unit 1 with the charging current to advantage.
  • different variants are described below for the embodiments described above.
  • a charging cable for use with the loading unit 1 the plug is inserted through the loading unit 1 in the charging ⁇ interface of the electric vehicle exists.
  • the transport is designed in this variant as a simple ausfahr ⁇ bare rod, within which the cable is guided and at the end of the plug is firmly mounted.
  • the charging unit 1 remains in the Zielpo ⁇ position until the charging of the electric vehicle is submitschlos ⁇ sen.
  • several freight units 1 can well be disposed on the same rail 2, so that they pa rallel ⁇ different electric vehicles can be supplied with electric current.
  • the charging unit 1 can access a plurality of charging cables.
  • Charging cable with plug is arranged.
  • the transport of the loading unit 1 is in this case designed as a robot arm and ent ⁇ takes the housing, the charging cable by picking up the plug of the La ⁇ deraits of a suspension. Then he puts the plug of the charging cable into the charging interface of the
  • the housing vorzugswei ⁇ se has an automatic winding for the charging cable to support the extraction and return of the charging cable.
  • the charging unit 1 can also be installed in the electric vehicle.
  • the charging cable and the plug belong to the equipment of the electric vehicle.
  • the charging unit 1 puts the plug in this variant in a charging interface, so a socket or socket, a charging station, such as a charging station, a.
  • a charging station such as a charging station, a.
  • WEI Furthermore, the electric vehicle can carry out a part or all of the movements necessary for the production of the plug connection as a driving maneuver similar to a parking automatic.
  • the movements required for the production of the plug connection can also be carried out jointly by the charging station and the electric vehicle or be divided among them.
  • the electric vehicle controls by means of maneuvers with an already extended plug to a socket of the charging station.
  • the socket is adjusted vertically by the charging station to a height suitable for the electric vehicle.
  • the socket between ⁇ vertically aligned guides arranged and adjustable to a height between 30 and 70 cm. The horizontal alignment and the approach, however, are made by the driving maneuvers of the electric vehicle.
  • the camera can also be arranged on the side of the charging station, but its image is evaluated by an on-board computer of the vehicle, and vice versa.
  • the required movements by a computing unit of the Electric vehicle or the charging station calculated, but by the other component.

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Abstract

Eine auf einem Schienensystem verfahrbare Ladeeinheit ermöglicht es, eine Vielzahl abgestellter Elektrofahrzeuge auf einem Parkplatz durch eine einzige Ladeeinheit vollautomatisch aufzuladen. Hierzu wird mit Bilderkennung und aus der Robotik bekannten mechanischen Mitteln vollautomatisch eine Steckverbindung mit einer Ladeschnittstelle des Elektrofahrzeugs hergestellt. Gegenüber herkömmlichen Ladesäulen wird somit eine erheblich bessere Auslastung der Ladeeinheit erzielt. Weiterhin entfallen für den Benutzer des Elektrofahrzeugs der Aufwand sowie das Restrisiko beim Herstellen der Steckverbindung. Alternativ kann auch das Elektrofahrzeug ausgerüstet sein, um die Steckverbindung selbst durchzuführen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs Die Erfindung betrifft das Aufladen von Elektrofahrzeugen . Dies geschieht in der Regel mithilfe von Ladekabeln, welche das Elektrofahrzeug mit Strom versorgen. Das Elektrofahrzeug verfügt hierzu über eine elektrische Ladeschnittstelle, über welche ein eingebauter elektrischer Energiespeicher bzw. eine Fahrzeugbatterie des Elektrofahrzeugs aufladbar ist. Bei der elektrischen Ladeschnittstelle handelt es sich in der Regel um eine Steckverbindung. Zum Aufladen wird das Elektrofahr- zeug mit Hilfe eines Ladekabels beispielsweise mit einer her¬ kömmlichen Steckdose verbunden, welche an einer Ladesäule an- gebracht ist. Die elektrische Verbindung wird in diesem Fall zwischen dem Stecker des Ladekabels und der Steckdose der La¬ desäule hergestellt. Das Ladekabel kann auch fest mit der La¬ desäule verbunden sein und in eine Steckdose, Buchse oder Kupplung des Fahrzeugs eingesteckt werden. Alternativ kann das Ladekabel an beiden Enden einen Steckverbinder aufweisen, so dass es sowohl an der Ladesäule als auch am Elektrofahr- zeug eingesteckt wird.
Die Ladeschnittstelle, d.h. die Steckverbindungskomponente, in die der Stecker des Ladekabels eingesteckt wird, befindet sich also wahlweise an der Ladesäule oder am Elektrofahrzeug . In letzterem Fall liegt die Ladeschnittstelle bei heutigen Elektrofahrzeugen aus Gründen der Gewohnheit, aber auch wegen dem Rückgriff auf vorhandene Fahrzeug-Karosserien von kraft- stoffbetriebenen Fahrzeugen, an der Position des früheren Tankstutzens .
Eine Steckverbindung stellt eine elektrische Verbindung her, indem eine männliche Steckverbindungs-Komponente in eine weibliche Steckverbindungs-Komponente eingesteckt wird. Die männliche Komponente wird als Stecker bezeichnet. Die weibli¬ che Komponente ist beispielsweise als Buchse, Steckdose oder Kupplung ausgeführt. Häufig ragen als Steckkontakte elektri- sehe Leiter aus dem Stecker, die in entsprechende Ausnehmun¬ gen der gegenüberliegenden Steckverbindungs-Komponente eingreifen. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Steckkontakte aus der gegenüberliegenden fest montierten Steckverbin- dungs-Komponente herausragen, in die der Stecker eingesteckt wird. Darum wird im Folgenden jede bewegliche und einsteckba¬ re Steckverbindungs-Komponente als Stecker bezeichnet.
Aus dem Dokument "Ladesysteme für Elektrofahrzeuge" , erhält- lieh im Internet am 16.03.2011 unter
http : //www.mennekes . de/web/binaryid?BINARYID=binary%2Ffile%2F menPlf31e37b%3A123ff7fe87c%3A-76ca%2Fapplication%2Fpdf%2F, sind Steckverbinder zum Laden von Elektrofahrzeugen bekannt. Steckverbinder zum Laden von Elektrofahrzeugen sind in den
USA als SAE J1772 standardisiert, siehe das entsprechend Do¬ kument "SAE J1772", erhältlich im Internet am 10. März 2011 unter http : //en . wi kipeäia . org/' iki/sae j 1772. Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrich¬ tung zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs anzugeben, mit denen ein Aufladen von Elektrofahrzeugen einfach und sicher durchführbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Elektrofahrzeug in der Nähe einer Ladestation abgestellt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine La¬ deeinheit zumindest teilautomatisiert eine Steckverbindung herstellt, über welche das Elektrofahrzeug im Anschluss gela- den wird.
Die Vorrichtung zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs umfasst eine Kamera, welche eingerichtet ist, um ein Bild einer Lade¬ schnittstelle aufzuzeichnen. Sie beinhaltet ferner eine Re- cheneinheit, welche zur Berechnung einer Zielposition eines Steckers eines Ladekabels anhand des Bilds der Kamera pro¬ grammiert ist, wobei der Stecker in der Zielposition in der Ladeschnittstelle eingesteckt oder einsteckbar ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Transportmittel, welches zum Transport des Steckers in die Zielposition eingerichtet ist.
Das Elektrofahrzeug weist eine frontal am Elektrofahrzeug an- geordnete Ladeschnittstelle auf, welche für die Vorrichtung zur Herstellung einer Steckverbindung zugänglich ist. In diesem Fall ist die Vorrichtung Teil einer Ladestation.
Alternativ ist das Elektrofahrzeug selbst mit der Vorrichtung ausgerüstet und dadurch in der Lage, eine Steckverbindung mit einer Ladeschnittstelle einer Ladestation herzustellen.
Das Verfahren und die Vorrichtung weisen den Vorteil auf, dass ein Benutzer die Steckverbindung zum Aufladen des Elekt- rofahrzeugs nicht mehr manuell herstellen muss. Hierdurch entfällt für den Benutzer der entsprechende Aufwand. Auch muss der Benutzer kein gesondertes Ladekabel bereithalten. Grundsätzlich bietet die automatisierte Herstellung der
Steckverbindung auch den Vorteil, dass der Benutzer das Lade- kabel bzw. den Stecker nicht selbst berühren muss, wodurch der Benutzer vor vermeintlichen oder tatsächlichen Gefahren durch einen elektrischen Schlag geschützt wird.
In einer Weiterbildung des Verfahrens steuert ein Benutzer eine Bewegung der Ladeeinheit, durch welche die Steckverbindung hergestellt wird. Alternativ bestätigt der Benutzer le¬ diglich, dass das Elektrofahrzeug aufgeladen werden soll, woraufhin die Steckverbindung vollautomatisiert hergestellt wird .
Gemäß einer Aus führungs form ist die Vorrichtung als Ladeeinheit einer Ladestation ausgebildet. Sie weist einen Schlitten auf, welcher auf einer Schiene horizontal beweglich gelagert ist. Die Vorrichtung weist ferner ein Schlitten-Antriebs- mittel auf, mit dem der Schlitten entlang der Schiene verfahrbar ist. Sie besitzt weiterhin ein höhenverstellbares Element, welches auf dem Schlitten montiert ist und das Transportmittel trägt. Durch diese Aus führungs form kann die Vorrichtung entlang der Schiene auf die jeweilige Position der geparkten Elektrofahr- zeuge fahren und sich auch der Höhe des jeweiligen Elektro- fahrzeugs bzw. der Höhe der jeweiligen Ladeschnittstelle an¬ passen .
Die Ladestation zum Aufladen mehrerer Elektrofahrzeuge um- fasst die zuvor beschriebene Vorrichtung einfach oder mehr- fach. Sie beinhaltet ferner eine Schiene, welche in einer Hö¬ he von weniger als einem Meter, insbesondere 50 cm, auf einem Abstellplatz für mehrere Elektrofahrzeuge montiert ist, und auf welcher die Vorrichtung verfahrbar gelagert ist, sodass sie vor verschiedenen, nebeneinander parkenden Elektrofahr- zeugen positionierbar ist.
Die Ladestation hat den Vorteil, dass sehr viele Fahrzeuge mit nur einer Vorrichtung bedient werden können. Bisher war pro Elektrofahrzeug jeweils eine eigene Ladesäule erforder- lieh. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Anordnung eine maxima¬ le Auslastung der Vorrichtung. Umgekehrt lassen sich durch den Einsatz der Ladestation alleinstehende Ladesäulen sowie deren Investitionsaufwand einsparen. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: ein Elektrofahrzeug, welches mithilfe eines Lade¬ kabels mit einer Ladesäule verbunden ist,
Figur 2 : einen Stecker, welcher in eine Ladeschnittstelle eines Elektrofahrzeugs einsteckbar ist,
Figur 3: eine Ladeeinheit zum Aufladen eines Elektrofahr- zeugs ,
Figur 4 : eine Ladeeinheit zum Aufladen eines Elektrofahr- zeugs, welche auf einer Schiene verfahrbar ist. Figur 1 zeigt ein Elektrofahrzeug 200, welches über ein Lade¬ kabel 300 mit einer Ladesäule 100 verbunden ist. Dies ent¬ spricht der aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehenswei- se zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs .
Figur 2 zeigt einen Stecker 11 eines Ladekabels, welcher zum Einstecken in eine Ladeschnittstelle 12 eines Elektrofahr- zeugs oder einer Ladesäule eingerichtet ist. Derartige Ste- cker 11 und Ladeschnittstellen 12 sind aus dem Stand der
Technik bekannt. Die Ladeschnittstelle 12 ist als Steckdose, Buchse oder Kupplung ausgeführt.
Figur 3 zeigt eine Ladeeinheit 1, welche auf einem Schlitten aufsetzt, der auf einer Schiene 2 verfahrbar gelagert ist.
Die Ladeeinheit 1 verfügt über eine Kamera 4, welche ein Bild eines in der Nähe der Ladeeinheit 1 abgestellten Elektrofahr- zeugs aufzeichnet. In diesem aufgezeichneten Bild ermittelt eine Recheneinheit der Ladeeinheit 1 mittels Bilderkennung eine Position einer Ladeschnittstelle des Elektrofahrzeugs .
Daraufhin wird die Ladeeinheit 1 entlang der Schiene 2 so po¬ sitioniert, dass sie genau gegenüber der Ladeschnittstelle des Elektrofahrzeugs zu liegen kommt. Ein höhenverstellbarer Kopf 3 der Ladeeinheit 1 wird vertikal so positioniert, dass ein in oder auf dem höhenverstellbaren Kopf 3 angeordnetes Transportmittel bei einem Ausfahren in Richtung der Ladeschnittstelle einen Stecker eines Ladekabels direkt in diese einstecken kann. Das Transportmittel ist in Figur 3 nicht näher gezeigt. Es ist beispielsweise als Robotergreifarm oder als ausfahrbare Stange ausgeführt. Das Transportmittel kann auch aus beliebi¬ gen anderen mechanischen Elementen mit elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieben konstruiert sein. Wei- terhin können der Stecker sowie das Ladekabel fest im Trans¬ portmittel verbaut sein, sodass dieses selbst zum Stecker wird . Sobald das Transportmittel den Stecker des Ladekabels in die Ladeschnittstelle des Elektrofahrzeugs eingesteckt hat und ggf. noch weitere Bedingungen (Sicherheit, Zahlungsabwicklung etc.) erfüllt sind, wird dieses aufgeladen. Die entsprechen- den Bedingungen werden z.B. von einer Recheneinheit in der Ladeeinheit 1 oder von einem Bordcomputer des Elektrofahr- zeugs überprüft.
Die Bewegungen der Ladeeinheit 1, des Kopfes 3 bzw. des
Transportmittels können vollautomatisch durch Software, al¬ ternativ jedoch auch durch einen Benutzer gesteuert werden. Der Benutzer befindet sich hierzu beispielsweise in einem Kontrollraum, in welchem auf einem Bildschirm das Bild der Kamera 4 an den Benutzer ausgegeben wird. Der Benutzer verfügt weiterhin über ein geeignetes Eingabemittel, beispiels¬ weise eine Maus oder einen Joystick, mit welchem er die Ladeeinheit 1, den Kopf 3 und/oder das Transportmittel so positi¬ onieren kann, dass der Stecker des Ladekabels eingesteckt wird .
Alternativ kann eine derartige Steuerung auch aus dem Cockpit des Elektrofahrzeugs heraus erfolgen. In diesem Fall wird das Bild der Kamera 4 auf einem Display im Fahrzeug-Cockpit aus¬ gegeben. Der Benutzer sitzt im Fahrzeug-Cockpit und steuert die Bewegung des Transportmittels beispielsweise über einen handelsüblichen Multifunktionsknopf, welcher im Fahrzeug- Cockpit als Bedienelement verfügbar ist.
Wenn die Bewegungen vollautomatisch durch Software gesteuert werden, bietet es sich zumindest an, einen Fahrzeugführer vorab bestätigen zu lassen, dass das Elektrofahrzeug aufgela¬ den werden soll.
Durch den beschriebenen Mechanismus wird das Aufladen von Elektrofahrzeugen mittels der verfahrbaren Ladeeinheit 1 mit- hilfe des Schlittensystems und der automatisierten Ladekabel¬ zuführung automatisiert. Es genügt hierfür, ein Elektrofahrzeug frontal vor der Schiene 2 abzustellen. Zur Vereinfachung der Bilderkennung kann die Ladeschnittstelle über geeignete visuelle Merkmale verfügen. Vorteilhaft sind insbesondere geeignete Lampen, Markierungen oder Reflek- toren im sichtbaren oder im Infrarot-Bereich. Auch die Kamera 4 selbst kann hierzu ein Infrarotbild erfassen. Weiterhin kann die Kamera 4 durch ein Leuchtmittel ergänzt werden, wel¬ ches die Ladeschnittstelle beleuchtet, wodurch die Bilderken¬ nung vereinfacht wird.
Die Bilderkennung wird von einer Recheneinheit innerhalb der Ladeeinheit 1 durchgeführt. Hierbei berechnet die Rechenein¬ heit eine Zielposition des Steckers des Ladekabels anhand des Bildes der Kamera 4, wobei der Stecker in der Zielposition in der Ladeschnittstelle eingesteckt oder unmittelbar einsteckbar ist.
Die Ladeeinheit 1 verfügt über Antriebsmittel, mit denen der Schlitten der Ladeeinheit 1 entlang der Schiene 2 verfahrbar ist. Alternativ verfügt die Schiene über ein Antriebssystem, beispielsweise einen Elektromotor mit einer Antriebskette, über welche der Schlitten verfahrbar ist. Die Höhenverstel¬ lung des Kopfes wird ebenfalls über Elektromotoren vorgenommen. Alternativ können hierfür auch pneumatische oder hydrau- lische Antriebe zum Einsatz kommen.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Lade¬ einheit 1. Die obigen Ausführungen zu Figur 3 gelten analog für Figur 4. Die Ladeeinheit 1 ist hier in einem größeren Kontext gezeigt. Sie verfügt erneut über eine Kamera 4 und einen Kopf 3, welcher wie zuvor beschrieben über ein Transportmittel für den Stecker verfügt. Die Ladeeinheit 1 setzt auf einem Schlitten auf, welcher über einer Schiene 2 erneut verfahrbar ist. Wie in Figur 4 gezeigt, kann die Ladeeinheit 1 hierdurch eine Vielzahl von Parkplätzen, welche auf einem
Abstellplatz 5 eingezeichnet sind, anfahren. Die Elektrofahr- zeuge werden hierzu frontal entsprechend der Markierungen auf dem Abstellplatz 5 eingeparkt. Die Schiene 2 ist in einer Höhe von weniger als 1 Meter, bei¬ spielsweise in einer Höhe von 5 cm, 20 cm, 30 cm oder 50 cm über einem Asphaltboden des Abstellplatzes 5 montiert. Der Kopf 3 kann durch Höhenverstellung an unterschiedliche Karosserien und Fahrzeugtypen angepasst werden, sodass das Trans¬ portmittel der Ladeeinheit 1 den Stecker in die Ladeschnitt¬ stelle des jeweiligen Elektrofahrzeugs einstecken kann. Hierzu sind die Elektrofahrzeuge frontal, beispielsweise neben dem Kühlergrill oder unterhalb eines Scheinwerfers, mit der Ladeschnittstelle ausgerüstet, welche gegebenenfalls durch eine Klappe geschützt ist.
Der Ladevorgang wird zwischen dem Elektrofahrzeug und der La- deeinheit 1 synchronisiert. So ist in der Regel eine Aktivie¬ rung des Ladevorgangs oder zumindest eine Bestätigung durch den Fahrzeugführer erforderlich, die beispielsweise aus dem Fahrzeug-Cockpit heraus erfolgen kann. Hierzu kommuniziert ein Bordcomputer des Elektrofahrzeugs mit der Ladeeinheit 1. Die Kommunikation kann über WLAN erfolgen. In diesem Fall verfügen sowohl die Ladeeinheit 1 als auch das Elektrofahr- zeug über einen geeigneten WLAN-Port. Alternativ kann auch jeweils ein Infrarot-Port oder eine beliebige andere drahtlo¬ se Funkschnittstelle zum Einsatz kommen. Im Zuge der Synchro- nisation kann das Elektrofahrzeug auch vollautomatisch die
Klappe der Ladeschnittstelle öffnen, damit der Stecker durch die Ladeeinheit 1 eingesteckt werden kann. Die Kommunikation zwischen der Ladeeinheit 1 und dem Elektrofahrzeug kann auch dazu führen, dass das Elektrofahrzeug vollautomatisch einige Zentimeter vor- oder zurückfährt, um das Einstecken des Steckers zu ermöglichen.
Das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel mit dem großflä¬ chigen Abstellplatz 5 hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen rechtwinklig zur Schiene 2 frontal parken und über die Ladeeinheit 1 mit dem Ladestrom versorgt werden können . In Bezug auf die Handhabung des Ladekabels werden im Folgenden für die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele unterschiedliche Varianten beschrieben. In einer ersten Variante existiert nur ein Ladekabel zur Verwendung mit der Ladeein- heit 1, dessen Stecker durch die Ladeeinheit 1 in die Lade¬ schnittstelle des Elektrofahrzeugs eingesteckt wird. Das Transportmittel ist in dieser Variante als einfache ausfahr¬ bare Stange ausgeführt, innerhalb derer das Kabel geführt wird und an deren Ende der Stecker fest montiert ist. In die- sem Fall verbleibt die Ladeeinheit 1 so lange in der Zielpo¬ sition, bis der Ladevorgang des Elektrofahrzeugs abgeschlos¬ sen ist. Dabei können jedoch durchaus mehrere Ladeeinheiten 1 auf der gleichen Schiene 2 angeordnet sein, sodass diese pa¬ rallel unterschiedliche Elektrofahrzeuge mit elektrischem Strom versorgen können.
In einer anderen Variante der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele kann die Ladeeinheit 1 auf mehrere Ladekabel zugreifen. Beispielsweise befindet sich dann am Kopfende je- des eingezeichneten Parkplatzes ein Gehäuse, in welchem ein
Ladekabel mit Stecker angeordnet ist. Das Transportmittel der Ladeeinheit 1 ist hierbei als Roboterarm ausgeführt und ent¬ nimmt dem Gehäuse das Ladekabel, indem er den Stecker des La¬ dekabels von einer Aufhängung abgreift. Anschließend steckt er den Stecker des Ladekabels in die Ladeschnittstelle des
Elektrofahrzeugs ein. Hierbei verfügt das Gehäuse vorzugswei¬ se über eine automatische Aufwicklung für das Ladekabel, um das Ausziehen und Rückführen des Ladekabels zu unterstützen. Abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Ladeeinheit 1 auch im Elektrofahrzeug verbaut sein. In diesem Fall gehören das Ladekabel und der Stecker zur Ausrüstung des Elektrofahrzeugs . Die Ladeeinheit 1 steckt den Stecker in dieser Variante in eine Ladeschnittstelle, also eine Buchse oder Steckdose, einer Ladestation, beispielsweise einer Ladesäule, ein. Bezüglich des Automatisierungsgrades, der Benutzersteuerung sowie der technischen Mittel gelten alle obigen Ausführungen analog auch für diese Variante. Wei- terhin kann das Elektrofahrzeug einen Teil ode sämtliche fü die Herstellung der Steckverbindung notwendige Bewegungen als Fahrmanöver ähnlich einer Einparkautomatik elbst durch- führen .
Ferner können die zur Herstellung der Steckverbindung erforderlichen Bewegungen auch gemeinsam von der Ladestation und dem Elektrofahrzeug vorgenommen werden bzw. unter diesen aufgeteilt werden. In diesem Fall steuert das Elektrofahrzeug mittels Fahrmanövern mit einem bereits ausgefahrenen Stecker eine Steckdose der Ladestation an. Die Steckdose wird durch die Ladestation ggf. vertikal auf eine für das Elektrofahr- zeug passende Höhe eingestellt. Hierzu ist die Steckdose zwi¬ schen vertikal ausgerichteten Führungen angeordnet und auf eine Höhe zwischen 30 und 70 cm einstellbar. Die horizontale Ausrichtung sowie die Annäherung erfolgen hingegen durch die Fahrmanöver des Elektrofahrzeugs .
Ebenso ist es denkbar, die Ladeeinheit 1 aus Figur 4 im Kopf 3 mit einer Steckdose bzw. Buchse als Ladeschnittstelle aus¬ zurüsten. Da die Ladeinheit 1 horizontal auf der Schiene 2 verfahrbar ist und sich der Kopf vertikal auf die benötigte Höhe einstellen kann, muss sich das Elektrofahrzeug nur noch mit ausgefahrenem Stecker an die Schiene 2 annähern. Die Ladeeinheit 1 fährt daraufhin in die korrekte Position, wertet im Bild der Kamera 4 die Höhe des Steckers am Elektrofahrzeug aus und bringt den Kopf 3 in die passende Höhe. Daraufhin signalisiert die Ladeeinheit 1 dem Elektrofahrzeug, sich vollständig anzunähern, wodurch der Stecker 1 in die Steckdose des Kopfes 3 eingesteckt wird. Für diese Variante wie auch für alle anderen Ausführungsbeispiele können unterstützend Abstandssensoren, beispielsweise auf Ultraschallbasis, einge¬ setzt werden.
Auch kann die Kamera zwar auf Seiten der Ladestation angeordnet, deren Bild aber von einem Bordcomputer des Fahrzeugs ausgewertet werden, und umgekehrt. Insbesondere können auch die erforderlichen Bewegungen durch eine Recheneinheit des Elektrofahrzeugs oder der Ladestation berechnet, aber von der jeweils anderen Komponente ausgeführt werden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Ausführungsformen, Weiterbildungen und Varianten lassen sich frei miteinander kombinieren .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (200),
bei der ein Elektrofahrzeug (200) in der Nähe einer Lade¬ station abgestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ladeeinheit (1) zumindest teilautomatisiert eine Steckverbindung herstellt, über welche das Elektrofahrzeug (200) im Anschluss geladen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem ein Benutzer eine Bewegung der Ladeeinheit (1) steuert, durch die die Steckverbindung hergestellt wird, oder
bei dem der Benutzer bestätigt, dass das Elektrofahrzeug (200) aufgeladen werden soll, woraufhin die Steckverbindung vollautomatisiert hergestellt wird.
3. Vorrichtung zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (200), mit einer Kamera (4), welche eingerichtet ist, um ein Bild einer Ladeschnittstelle (12) aufzuzeichnen,
mit einer Recheneinheit, welche zur Berechnung einer Ziel¬ position eines Steckers (11) eines Ladekabels (300) anhand des Bilds der Kamera (4) programmiert ist, wobei der Ste¬ cker (11) in der Zielposition in der Ladeschnittstelle (12) eingesteckt oder einsteckbar ist, und
mit einem Transportmittel, welches zum Transport des Ste¬ ckers (11) in die Zielposition eingerichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
eingerichtet als Ladeeinheit (1) einer Ladestation, mit einem Schlitten, welcher auf einer Schiene (2) horizontal beweglich gelagert ist,
mit einem Schlitten-Antriebsmittel, mit dem der Schlitten entlang der Schiene (2) verfahrbar ist, und
mit einem höhenverstellbaren Element, insbesondere einem Kopf (3), welches auf dem Schlitten montiert ist und das Transportmittel für den Stecker (11) trägt.
5. Ladestation zum Aufladen mehrerer Elektrofahrzeuge (200), mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 4, und mit einer Schiene (2), welche in einer Höhe von weniger als einem Meter, insbesondere 50 cm, auf einem Abstell¬ platz (5) für mehrere Elektrofahrzeuge (200) montiert ist, und auf welcher die mindestens eine Vorrichtung verfahrbar gelagert ist, sodass sie vor verschiedenen nebeneinander parkenden Elektrofahrzeugen (200) positionierbar ist.
6. Elektrofahrzeug (200),
mit einer frontal am Elektrofahrzeug (200) angeordneten
Ladeschnittstelle (12), welche für eine Vorrichtung nach
Anspruch 3 oder 4 zur Herstellung einer Steckverbindung zugänglich ist.
7. Elektrofahrzeug (200),
welches mit einer Vorrichtung nach Anspruch 3 ausgerüstet ist, sodass eine Steckverbindung mit einer Ladeschnitt¬ stelle (12) einer Ladesäule automatisch herstellbar ist.
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