WO2016012173A1 - Fahrzeugladestation mit einem gelenkarm - Google Patents

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Florian BÜHS
Peter Enenkel
Jürgen FRANCKE
Andre Rompe
Frank Voss
Andreas Laske
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Definitions

  • Vehicle charging station with an articulated arm Vehicle charging station with an articulated arm
  • the invention generally relates to the technical field of electric vehicles, in particular a charging station and a method for charging an energy store in one
  • the batteries are partly at the roof or at the rear of the vehicle
  • Construction volume which limits the passage height of the electric bus. Manual switching operations are required for charging. It would be desirable but an automatic charging process.
  • the invention is based on the consideration that when charging the energy storage of a stationary, located in a predefined parking position electric vehicle, not a vehicle-side contact device to a
  • Contact device is movable.
  • the charging station according to the invention comprises
  • Parking position is arranged; b) a pivot arm, which is rotatably mounted with its one end to in a mounted on the base rotary drive about an axis and at its other end by means of a second pivot joint with a station-side in
  • Contact device is located above the vehicle roof, and a working position ( Figure 1), in which an electrical contact between the station-side in contact device and a fixed on the vehicle roof contact device is made adjustable.
  • the vehicle-side contact device can be easily performed, for example by
  • strip-shaped contacts elements which are arranged substantially flush with the vehicle silhouette on the vehicle roof.
  • the contact device on the vehicle roof is therefore robust and less prone to interference from the effects of weather.
  • the loading procedure can be automated.
  • Arrangement of at least two elongated contact strips formed. Due to their size, these contact strips are dimensioned in such a way that reliable electrical connection can be established between the charging voltage-carrying contacts brought about by the pivoting movement of the swivel arm and the vehicle-side contacts within a predetermined parking position tolerance.
  • the contact strips can either in the direction of
  • the station-side contact device has four arranged in the form of a cross contact strip, which cooperate with corresponding contact strips which are arranged on the vehicle roof in the form of a quadrangle. It is advantageous if the contact strips of the cross have the same length, and form the contact strips of the quadrilateral side portions of a square. This results in both the direction of travel and across the
  • predefined parking position of the vehicle It is sufficient if the vehicle parking position lies within these limits.
  • the station-side contact device that contact device which is lowered by the pivoting movement on the vehicle roof, consists of four in the form of a square or rectangle arranged contact strip, and on the vehicle roof contact portions in the form of a cross are arranged.
  • the rotary drive is an electrical position drive and the second rotary joint is operatively coupled with this rotary drive, that in the working position (loading position) contact elements of the feed contact device are aligned substantially parallel to the vehicle roof level and with spring force abut against corresponding contact elements of the receiving contact device.
  • the object set out above is also achieved by a method for charging the energy store in a battery-powered vehicle, wherein the vehicle is in a predefined Parking position is brought and wherein a charging station is used which has the following:
  • Rotary drive is mounted rotationally driven about an axis and is connected at its other end by means of a second rotary joint with a contact device;
  • the method comprises the following step: iii. the contact device is characterized by a pivoting movement between a rest position
  • Vehicle roof arranged contact device is made, pivoted.
  • pivoting movement between the rest position and the working position takes place in a pivot plane which is arranged substantially perpendicular to the direction of the longitudinal extension of the parked in the parking position vehicle.
  • the invention also relates to a battery powered vehicle in which on the vehicle roof or on a side wall, a receiving contact device is fixedly mounted, which has elongated contact strips, which are arranged either in the form of a cross or in the form of a square / rectangle.
  • a receiving contact device is fixedly mounted, which has elongated contact strips, which are arranged either in the form of a cross or in the form of a square / rectangle.
  • the position of the vehicle in the parking position can then vary within the limits defined by the cross or square shape and needs to be less accurate.
  • the individual contact strips or contact strips are made of an electrically highly conductive material, e.g. Copper are executed and in one
  • the contact plate is a truncated pyramid, which is firmly mounted with its base surface on the vehicle roof.
  • the contact strips are arranged on the side facing away from the base surface top surface of the truncated pyramid and can protrude from this top surface.
  • FIG. 1 shows a vehicle loading station with an articulated arm according to the invention in a schematic side view
  • Figure 2 is a plan view of Figure 1; Figure 3 rest positions of the joint arm;
  • Figure 5 shows a preferred variant of the invention with a
  • the vehicle charging station 1 shows a vehicle loading station 1 in a front view.
  • the vehicle charging station 1 essentially consists of a stationary base or frame 2 and an articulated arm 4 mounted therein.
  • a parking vehicle 5 is located on a carriageway 6 in a predefined manner
  • the columnar base 2 is arranged at a distance 13 at the edge of the roadway.
  • a hinge 3 is arranged at a height 23 from the roadway 6.
  • the articulated arm 4 is mounted with its one end.
  • the articulated arm 4 about an axis 25 ( Figure 2) is pivotable. In Figure 1, this pivoting movement is indicated by the double-arrow 26.
  • the articulated arm 4 functions with its other end as a carrier of a station-side contact device by wearing with its facing away from the base 2 end a dining contact device 8.
  • This food contact device 8 is electrically connected to a not shown in the drawings energy supply network (traction voltage network).
  • This energy supply network is the charging process for the vehicle-side energy storage 17
  • Swivel 7 operatively connected to the rotary drive 31.
  • FIG. 1 shows the articulated or swivel arm 4 in a so-called working position.
  • This working position corresponds to a battery charging position, i.
  • the energy store 17 of the vehicle 5 is charged.
  • the articulated arm 4 from a rest position in which the feed contact device 8 was located above the vehicle roof 10 (see Figure 3a, 3b, 3c) lowered into the working position by a pivoting movement.
  • an electrical contact between the corresponding contact elements of the feed-contact device 8 and located on the vehicle roof 10 receiving contact device 9 is made.
  • this pivoting movement takes place in the clockwise direction.
  • the double arrow 26 in Figure 1 but already suggests, it is of course also possible to load not only this illustrated in Figure 1 vehicle 5, but also a located on the other side of the base 1 vehicle 5 alternately by the articulated arm 4th not in the figure 1
  • the vehicle 5 is first brought into a predetermined parking position 24 and parked there. Subsequently, the feed contact device 8 of the articulated arm 4 is lowered onto the vehicle roof 10 by a pivoting movement, so that an electrical connection between contacts of the feed contact device 8 with
  • the rotary drive 31 is driven.
  • the rotary drive 31 is a position-controlled electric drive, which is coupled in an operative connection with the rotary joint 7.
  • This coupling can be mechanical (linkage), or by the joint 7 is also driven by a drive, not shown.
  • a defined position of the contact device 8 with respect to the roadway 6 or vehicle roof 10 can be adjusted, for example parallel to the road surface 6.
  • Contact device 9 and 6 road can be compensated. These differences in height may, for example, result from different loads, unevenly distributed cargo, changing tire pressure or vehicle types.
  • the rotary drive 31 does not have to be electric, but may also be a controlled pneumatic or hydraulic drive.
  • the individual contact elements of the feed contact device 8 can be designed differently, for example metal brushes, which are tensioned with a spring before.
  • the drawing of Figure 1 shows the arrangement of the joint 3 and rotary drive 31 at a height 23 to the roadway 6.
  • a linear drive device is provided, with which the height 23 can be set within limits.
  • the drawing of Figure 2 shows the working position in a plan view.
  • On the vehicle roof 10 is a vehicle-side receiving contact device 9, which consists of three directed in the direction of the longitudinal extent of the vehicle 5 contact strip or contact strips.
  • the axis of rotation 25 of the rotary joint 3 runs approximately parallel to the roadway 6 or to the longitudinal extent of the parked vehicle 5 (x-direction).
  • the receiving contact device 9 is stationary on the vehicle roof 10, and has no moving parts. It consists of contact strips or contact strips which are embedded in a plane parallel to the plane of the vehicle roof 10 in an insulator contact plate.
  • the electrical energy for charging the vehicle battery 17 is a non-illustrated
  • the charging process is controlled by a arranged in the base 2 control device 18.
  • the controller 18 also controls the
  • Rotary drive 31 so that the production of the electrical contact and the charging process is automatically initiated when the vehicle 5 is within predetermined limits of a predefined parking position 24 and is released for loading.
  • a position detection device 15 monitors the correct parking position 24 of the vehicle 5.
  • This position detection device 15 may, for example, a device for measuring the distance 13 (y-direction) between the columnar base 2 and the side wall 16 of the vehicle 5, and a position detection in the direction of travel (x direction). If the vehicle 5 is outside a predefined parking position 24, an automatic charging process is not carried out and this incorrect position of the vehicle 5 is displayed by an acoustic and / or optical signal. As drawn in FIG. 2, the vehicle parking position 24 is defined by markings. The pivoting movement of
  • Articulated arm 4 takes place about the axis of rotation 25, which runs approximately parallel to the direction of travel (x-direction) of the vehicle 5.
  • the position of the vehicle 5 is detected or checked prior to the charging process, ie, the lateral distance 13 between the base 2 and the side wall 16 of the vehicle 5 (distance in the y direction) and the distance 14 in the direction of travel (x). Direction). Only if that is Vehicle 5 in a predetermined tolerance field of
  • the rest position of the articulated arm 4 may be different depending on the circumstances of the site. In the illustration of Figure 3a, a rest position is shown, in which the height is limited. In Figure 3b and Figure 3c is on
  • the height is not limited, the articulated arm 4 is stretched out.
  • Figure 3b show the contact strips of the feed contact device 8 down (z-direction). They are thus largely protected from the weather.
  • the rest position of the articulated arm 4 shown in FIG. 3c shows a rest position in which the clearance profile of large-height vehicles passing by on the roadway 6 is not impaired.
  • FIG. 4 shows, in a top view of the vehicle roof 10, two possible arrangements of the vehicle-side receiving contact device 9.
  • the station-side feed-contact device 8 either consists of four contact strips not connected to each other, either in the form of a square or rectangle 11 or in
  • Shape of a cross 12 are arranged. If the
  • vehicle-side contact device 9 contact strips in shape a square, the contact strips of the station-side contact device 8 are arranged in the form of a cross, and vice versa. As a result, the docking of the contact devices 8, 9 simplified considerably.
  • the individual contact strips or contact strips are made of copper and each in contact plates 19,22 of a
  • FIG. 5b shows a possible embodiment in which the contact strips 4 arranged on side lengths of a square are embedded in a contact plate 19 designed as a truncated pyramid.
  • the truncated pyramid has a height 20.
  • the contact strips 11 are on the surface facing away from the base surface of the truncated pyramid
  • Contact plate 19 is arranged with the base surface on a vehicle roof 10 lying on, incident rainwater from the contacts 11 is well derived.
  • FIG. 5c shows the counterpart associated with FIG. 5b with a cross-shaped contact arrangement 12, which are likewise correspondingly embedded in a contact plate 22 made of an insulator.
  • the station-side contact device 8 can basically be formed either according to FIG. 5b or according to FIG. 5c. It just depends on that
  • the arrangement of the vehicle-side contact device 9 can on one half of the vehicle roof 10 or both be arranged. In the latter case, a charging process in both directions of entry into the vehicle 5
  • the articulated arm is formed from individual rotary-driven partial articulated arms, each of these arms being provided with individual contacts,
  • one arm per pole is formed.
  • the partial arms can be mounted individually or jointly in the joint 3.

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Abstract

Fahrzeugladestation zum Laden des Energiespeichers (17) in einem batteriebetriebenen Fahrzeug (5), insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug (5) während des Ladevorgangs in einer vordefinierten Parkposition (24) parkt, umfassend: a) eine Basis (2), die in der Nähe der vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist; b) einen Gelenkarm (4), der mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk (3) an der Basis (2) gelagert und mittels eines Drehantriebs (31) drehangetrieben ist, und der mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (7) mit einer Speise-Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, so dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) durch eine Schwenkbewegung des Gelenkarms (4) zwischen einer Ruhestellung, in welcher die Speise-Kontaktvorrichtung (8) sich oberhalb des Fahrzeugdaches (10) befindet, und einer Arbeitsstellung, in welcher zum Zweck des Ladens ein elektrischer Kontakt zwischen der Speise-Kontaktvorrichtung (8) und einer auf dem Fahrzeugdach (10) stationär angeordneten Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9) hergestellt ist, verstellbar ist.

Description

Beschreibung
Fahrzeugladestation mit einem Gelenkarm
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet von Elektrofahrzeugen, insbesondere eine Ladestation und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers in einem
Elektrofahrzeug .
Stand der Technik Im öffentlichen Nahverkehr sind seit langem
batteriebetriebene Transportsysteme bekannt, beispielsweise aus der DE 24 05 198. Neuerdings werden auch vollelektrische Busse eingesetzt, deren gesamter Energiebedarf über das mitgeführte Batteriesystem gedeckt wird. Im Stadtgebiet Wiens werden heute bereits derartige Vollelektrobusse betrieben, die ihre Antriebsleistung vollständig aus mehreren
mitgeführten Lithium-Ferrit-Batterien mit einer
Gesamtkapazität von etwa 100 kWh beziehen. Die Batterien sind dabei teilweise am Dach bzw. am Heck des Fahrzeugs
untergebracht. Nachgeladen werden diese Batterien innerhalb von etwa 15 Minuten während der Betriebszeit jeweils in einer Endstation der Buslinie und über Nacht, wenn der
Vollelektrobus nicht in Betrieb ist. Zum Laden wird per Knopfdruck ein am Fahrzeugdach des Elektrobusses vorgesehener Stromabnehmer ausgefahren und mit einem Fahrleitungsnetz oberhalb des Elektrobusses in Kontakt gebracht. Vor Antritt der Fahrt wird wieder durch eine manuelle Schalthandlung der Kontakt mit dem Fahrleitungsnetz getrennt. Von Nachteil ist dabei, dass der Stromabnehmer samt der Hebebzw. Absenkvorrichtung auf dem Fahrzeugdach mitgeführt wird. Dies erfordert zusätzliche Antriebsenergie und verringert die Nutzlast des Vollelektrobusses. Außerdem besteht die Hebe- bzw. Absenkvorrichtung aus mehreren bewegten Teilen. Sie sind samt Antriebstechnik auf dem Dach der Witterung ausgesetzt und störanfällig. Außerdem beansprucht der Aufbau des ausfahrbaren Stromabnehmers auf dem Fahrzeugdach ein
Bauvolumen, welches die Durchfahrtshöhe des Elektrobusses begrenzt. Für den Ladevorgang sind manuelle Schalthandlungen erforderlich. Wünschenswert wäre aber ein automatisch ablaufender Ladevorgang.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und einen Ansatz zu
schaffen, mit dem zum Laden des Energiespeichers eines batteriebetriebenen Fahrzeugs möglichst keine fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung mit bewegten Teilen erforderlich ist und wobei der Ladevorgang weitgehend automatisierbar ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7, sowie durch ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass beim Laden des Energiespeichers eines stillstehenden, sich in einer vordefinierten Parkposition befindlichen Elektrofahrzeugs , nicht eine fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung an ein
Fahrleitungsnetz andockt, sondern die stationsseitige
Kontaktvorrichtung beweglich ist.
Die Ladestation gemäß der Erfindung umfasst
a) eine Basis, die in der Nähe der vordefinierten
Parkposition angeordnet ist; b) einen Schwenkarm, der mit seinem einen Ende an in einem an der Basis angebrachten Drehantriebs um eine Achse drehangetrieben gelagert ist und an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks mit einer stationsseitige in
Kontaktvorrichtung verbunden ist, so dass die stationsseitige Kontaktvorrichtung durch eine Schwenkbewegung zwischen einer Ruhestellung (Figur 3) , in welcher die stationsseitige
Kontaktvorrichtung sich oberhalb des Fahrzeugdaches befindet, und einer Arbeitsstellung (Figur 1), in welcher eine elektrischer Kontakt zwischen der stationsseitige in Kontaktvorrichtung und einer auf dem Fahrzeugdach fix montierten Kontaktvorrichtung hergestellt ist, verstellbar ist.
Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich daraus, dass
fahrzeugseitig kein Stromabnehmer mit beweglichen Teilen mehr erforderlich ist. Entsprechend geringer fällt das Gewicht pro Fahrzeug aus. Die fahrzeugseitige Kontakteinrichtung kann einfach ausgeführt werden, beispielsweise durch
streifenförmigen Kontakte Elemente, die im Wesentlichen bündig mit der Fahrzeugsilhouette am Fahrzeugdach angeordnet sind. Die Kontaktvorrichtung am Fahrzeugdach ist daher robust und wenig störanfällig gegenüber Einflüssen der Witterung. Der Ablauf beim Laden ist automatisierbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die auf dem
Fahrzeugdach angeordnete Kontaktvorrichtung durch eine
Anordnung von zumindest zwei länglichen Kontaktstreifen gebildet. Diese Kontaktstreifen sind aufgrund ihrer Größe so bemessen, dass innerhalb einer vorgegebenen Parkposition- Toleranz zuverlässig eine elektrische Verbindung zwischen den durch die Schwenkbewegung des Schwenkarms an das Fahrzeug herangeführten Ladespannung-führenden Kontakten und den fahrzeugseitigen Kontakten hergestellt werden kann. Die Kontaktstreifen können dabei entweder in Richtung der
Längserstreckung des Fahrzeugs oder quer dazu auf dem Fahrzeugdach angeordnet sein. Dadurch wird die Parkposition- Toleranzgrenze im erstgenannten Fall in Fahrtrichtung , im zweitgenannten Fall quer zur Fahrtrichtung erhöht.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführung kann
vorgesehen sein, dass die stationsseitige Kontaktvorrichtung vier in Form eines Kreuzes angeordnete Kontaktstreifen aufweist, die mit korrespondierenden Kontaktstreifen, die auf dem Fahrzeugdach in Form eines Viereckes angeordnet sind, zusammenwirken. Günstig ist dabei, wenn die Kontaktstreifen des Kreuzes gleiche Länge aufweisen, und die Kontaktstreifen des Vierecks Seitenabschnitte eines Quadrats bilden. Dadurch ergibt sich sowohl in Fahrtrichtung als auch quer zur
Fahrtrichtung ein günstiger Toleranzbereich der
vordefinierten Parkposition des Fahrzeugs. Es reicht aus, wenn die Fahrzeug-Parkposition innerhalb dieser Grenzen liegt .
In einer anderen bevorzugten Ausführung kann auch umgekehrt vorgesehen sein, dass die stationsseitige Kontaktvorrichtung, also jene Kontaktvorrichtung die durch die Schwenkbewegung auf das Fahrzeugdach abgesenkt wird, aus vier in Form eines Quadrates oder Rechtecks angeordneten Kontaktstreifen besteht, und auf dem Fahrzeugdach Kontaktabschnitte in Form eines Kreuzes angeordnet sind.
Hinsichtlich einer guten Kontaktierung kann es günstig sein wenn der Drehantrieb ein elektrischer Positionsantrieb ist und das zweite Drehgelenk mit diesem Drehantrieb derart wirkgekoppelt ist, dass in der Arbeitsstellung (Ladestellung) Kontaktelemente der Speise-Kontaktvorrichtung im Wesentlichen parallel zur Ebene des Fahrzeugdachs ausgerichtet sind und mit Federkraft an korrespondierenden Kontaktelementen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung anliegen .
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Laden des Energiespeichers in einem batteriebetriebenen Fahrzeug gelöst, wobei das Fahrzeug in eine vordefinierte Parkposition gebracht wird und wobei eine Ladestation verwendet wird die folgendes aufweist:
i. eine Basis, die in der Nähe der vordefinierten Parkposition angeordnet ist;
ii . einen Schwenkarm, der mit seinem einen Ende an in einem an der Basis angebrachten
Drehantriebs um eine Achse drehangetrieben gelagert ist und an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks mit einer Kontaktvorrichtung verbunden ist;
Wobei das Verfahren folgenden Verfahrensschritt aufweist: iii . die Kontaktvorrichtung wird durch eine Schwenkbewegung zwischen einer Ruhestellung
(Figur 3) , in welcher die Kontaktvorrichtung sich oberhalb des Fahrzeugdaches befindet, in eine Arbeitsstellung (Figur 1), in welcher eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktvorrichtung und einer auf dem
Fahrzeugdach angeordneten Kontaktvorrichtung hergestellt ist, geschwenkt.
Günstig ist dabei, wenn die Schwenkbewegung zwischen der Ruhestellung und der Arbeitsstellung in einer Schwenkebene erfolgt, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Richtung der Längserstreckung des in der Parkposition parkenden Fahrzeugs angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass der Gelenkarm, sowohl auf ein Fahrzeug das auf der einen Seite der Basis parkt, wechselweise als auch auf ein Fahrzeug, das auf der gegenüberliegenden Seite der Basis parkt, schwenkt und den Kontakt zum Laden herstellt.
Wenn der Drehantrieb von einer elektrischen Steuereinrichtung gesteuert wird, welcher das Signal einer Parkposition- Erkennungseinrichtung zugeleitet ist, ist es möglich, dass der Ladevorgang vollständig automatisch abläuft. Die Erfindung betrifft auch ein batteriebetriebenes Fahrzeug, bei dem auf dem Fahrzeugdach oder auf einer Seitenwand eine Aufnahme-Kontaktvorrichtung fix angebracht ist, welche längliche Kontaktstreifen aufweist, die entweder in Form eines Kreuzes oder in Form eines Quadrates/Rechteckes angeordnet sind. Wie bereits gesagt, kann die Position des Fahrzeugs in der Parkposition dann innerhalb der durch die Kreuz- bzw. Quadrat-Form vorgegebenen Grenzen variieren und braucht weniger genau zu sein.
Hierbei ist vorteilhaft, wenn die einzelnen Kontaktstreifen bzw. Kontaktleisten aus einem elektrischen gut leitenden Material, z.B. Kupfer ausgeführt sind und in einer
Kontaktplatte aus einem elektrischen Isolator zumindest teilweise eingebettet sind.
Mit Vorteil ist die Kontaktplatte ein Pyramidenstumpf, der mit seiner Basisfläche auf dem Fahrzeugdach fest montiert ist. Die Kontaktleisten sind auf der von der Basisfläche abgewandten Deckfläche des Pyramidenstumpfes angeordnet und können von dieser Deckfläche abstehen. Durch die schrägen Seitenflächen des Pyramidenstumpfs wird auftreffendes
Regenwasser gut abgeleitet.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels zu entnehmen sind.
Es zeigen: Figur 1 eine Fahrzeugladestation mit einem Gelenkarm gemäß der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht;
Figur 2 eine Draufsicht gemäß Figur 1; Figur 3 Ruhestellungen des Gelenksarms;
Figur 4 auf einem Fahrzeugdach angeordnete Kontaktleisten;
Figur 5 eine bevorzugte Variante der Erfindung mit einer
Kontaktvorrichtung bestehend aus vier
Kontaktleisten .
Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in einer Frontansicht eine Fahrzeugladestation 1. Die Fahrzeugladestation 1 besteht im Wesentlichen aus einer ortsfesten Basis oder Gestell 2 und einem darin gelagerten Gelenkarm 4. Ein parkendes Fahrzeug 5, befinde sich auf einer Fahrbahn 6 in einer vordefinierten
Parkposition 24 (Figur 2) . Das Fahrzeug 5 ist
batteriebetrieben, nicht schienengebunden, zum Beispiel ein eingangs genannter Vollelektrobus. Neben dem Fahrzeug 5 ist in einem Abstand 13 am Fahrbahnrand die säulenförmige Basis 2 angeordnet. An einem oberen Ende der säulenförmigen Basis 2, ist in einer Höhe 23 von der Fahrbahn 6 ein Drehgelenk 3 angeordnet. In diesem Drehgelenk 3 ist der Gelenkarm 4 mit seinem einen Ende gelagert. Mittels eines Drehantriebs 31 ist der Gelenkarm 4 um eine Achse 25 (Figur 2) schwenkbar. In Figur 1 ist diese Schwenkbewegung durch den Doppel-Pfeil 26 angedeutet. Der Gelenkarm 4 fungiert mit seinem anderen Ende als Träger einer stationsseitigen Kontaktvorrichtung, indem er mit seinem von der Basis 2 abgewandten Ende eine Speise- Kontaktvorrichtung 8 trägt. Diese Speise-Kontaktvorrichtung 8 ist elektrisch mit einem in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Energieversorgungsnetz (Fahrspannungsnetz ) verbunden . Diesem Energieversorgungsnetz wird die für den Ladevorgang des fahrzeugseitigen Energiespeichers 17
erforderliche elektrische Energie entnommen. Die mechanische Verbindung zwischen dem Gelenkarm 4 und der
Kontaktvorrichtung 8 stellt ein weiteres Drehgelenk 7 her. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, ist das
Drehgelenk 7 mit dem Drehantrieb 31 wirkverbunden.
Die Figur 1 zeigt den Gelenk- oder Schwenkarm 4 in einer so genannten Arbeitsstellung. Diese Arbeitsstellung entspricht einer Batterie-Ladestellung, d.h. es wird der Energiespeicher 17 des Fahrzeugs 5 geladen. Hierfür wurde zuvor der Gelenkarm 4 aus einer Ruhestellung, in welcher die Speise- Kontaktvorrichtung 8 sich oberhalb des Fahrzeugdaches 10 befand (siehe Figur 3a, 3b, 3c) in die Arbeitsstellung durch eine Schwenkbewegung abgesenkt. In der Arbeitsstellung ist ein elektrischer Kontakt zwischen den korrespondierenden Kontaktelementen der Speise-Kontaktvorrichtung 8 und der auf dem Fahrzeugdach 10 befindlichen Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9 hergestellt. In der Darstellung der Figur 1 erfolgt diese Schwenkbewegung in Richtung des Uhrzeigersinns. Wie der Doppel-Pfeil 26 in Figur 1 aber bereits andeutet, ist es selbstverständlich auch möglich, nicht nur dieses in Figur 1 dargestellte Fahrzeug 5, sondern auch ein auf der anderen Seite der Basis 1 befindliches Fahrzeug 5 wechselweise zu laden, indem der Gelenkarm 4 in Figur 1 nicht im
Uhrzeigersinn sondern entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird . Zum Laden des Energiespeichers 17 des batteriebetriebenen Fahrzeugs 5 wird also zunächst das Fahrzeug 5 in eine vorgegebene Parkposition 24 gebracht und dort abgestellt. Anschließend wird durch eine Schwenkbewegung die Speise- Kontaktvorrichtung 8 des Gelenkarms 4 auf das Fahrzeugdach 10 abgesenkt, so dass eine elektrische Verbindung zwischen Kontakten der Speise-Kontaktvorrichtung 8 mit
korrespondierenden Kontakten der Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9 hergestellt werden kann. Dieses Absenken erfolgt wie gesagt durch eine Drehbewegung des Gelenksarms 4, der im Drehgelenk 3 der Basis 2 gelagert ist und von einem nicht näher
dargestellten Drehantrieb 31 angetrieben ist. Der Drehantrieb 31 ist ein positionsgeregelter elektrischer Antrieb, der in einer Wirkverbindung mit dem Drehgelenk 7 gekoppelt ist. Diese Kopplung kann mechanisch ausgeführt sein (Gestänge) , oder indem das Gelenk 7 ebenfalls durch einen nicht näher dargestellten Antrieb angetrieben ist. Auf diese Weise kann eine definierte Lage der Kontaktvorrichtung 8 bezüglich der Fahrbahn 6 bzw. Fahrzeugdach 10 eingestellt werden, beispielsweise parallel zur Straßenoberfläche 6.
Dadurch ist es möglich, dass innerhalb von Grenzen
Höhenunterschiede zwischen fahrzeugseitiger
Kontaktvorrichtung 9 und Fahrbahn 6 ausgeglichen werden können. Diese Höhenunterschiede können beispielsweise durch unterschiedliche Beladung, ungleich verteilte Ladung, sich ändernden Reifendruck bzw. Fahrzeugtypen herrühren. Der Drehantrieb 31 muss nicht elektrisch sein, sondern kann auch ein gesteuerter pneumatischer oder hydraulischer Antrieb sein. Die einzelnen Kontakteelemente der Speise- Kontaktvorrichtung 8 können unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise Metallbürsten, die mit einer Feder vor gespannt sind.
Die Zeichnung der Figur 1 zeigt die Anordnung des Gelenks 3 bzw. Drehantriebs 31 in einer Höhe 23 zur Fahrbahn 6. Um Fahrzeuge 5 mit einer unterschiedlichen Höhe (z-Richtung) zwischen Fahrzeugdach 10 und Fahrbahn 6 laden zu können, ist in der Basis 2 eine lineare Antriebsvorrichtung vorgesehen, mit der die Höhe 23 innerhalb von Grenzen eingestellt werden kann . Die Zeichnung der Figur 2 zeigt die Arbeitsstellung in einer Draufsicht. Auf dem Fahrzeugdach 10 befindet sich eine fahrzeugseitige Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9, die aus drei in Richtung der Längserstreckung des Fahrzeugs 5 gerichteten Kontaktstreifen oder Kontaktleisten besteht. Die Drehachse 25 des Drehgelenks 3 verläuft etwa parallel zur Fahrbahn 6 bzw. zur Längserstreckung des parkenden Fahrzeugs 5 (x-Richtung) . Die Aufnahme-Kontaktvorrichtung 9 ist stationär auf dem Fahrzeugdach 10 angeordnet, und weist keine beweglichen Teile auf. Sie besteht aus Kontaktleisten bzw. Kontaktstreifen, die in einer Ebene parallel zur Ebene des Fahrzeugdachs 10 in einer Isolator-Kontaktplatte eingebettet sind.
Die elektrische Energie zum Laden der Fahrzeugbatterie 17 wird dabei einem nicht näher dargestellten
Energieversorgungsnetz entnommen. Der Ladevorgang wird dabei von einer in der Basis 2 angeordneten Steuereinrichtung 18, gesteuert. Die Steuereinrichtung 18 steuert auch den
Drehantrieb 31, so dass die Herstellung des elektrischen Kontakts und der Ladevorgang automatisch eingeleitet wird, sobald sich das Fahrzeug 5 innerhalb von vorgegebenen Grenzen einer vordefinierten Parkposition 24 befindet und zur Ladung freigegeben ist.
Dabei überwacht eine Position-Erkennungseinrichtung 15 die korrekte Parkposition 24 des Fahrzeugs 5. Diese Position- Erkennungseinrichtung 15 kann beispielsweise eine Einrichtung zur Messung des Abstandes 13 (y-Richtung) zwischen der säulenförmigen Basis 2 und der Seitenwand 16 des Fahrzeugs 5, sowie eine Positionserfassung in Fahrtrichtung (x-Richtung) beinhalten. Befindet sich das Fahrzeug 5 außerhalb einer vordefinierten Parkposition 24, so wird ein automatischer Ladevorgang nicht ausgeführt und diese Fehlposition des Fahrzeugs 5 durch ein akustisches und/oder optisches Signal zur Anzeige gebracht. Wie in Figur 2 gezeichnet, ist die Fahrzeug-Parkposition 24 durch Markierungen festgelegt. Die Schwenkbewegung des
Gelenkarms 4 erfolgt um die Drehachse 25, die etwa parallel zur Fahrtrichtung (x-richtung) des Fahrzeugs 5 verläuft. Wie bereits gesagt, wird die Position des Fahrzeugs 5 vor dem Ladevorgang erfasst bzw. kontrolliert, d.h. es wird der seitliche Abstand 13 zwischen Basis 2 und Seitenwand 16 des Fahrzeugs 5 (Abstand in y-Richtung) und der Abstand 14 in Fahrtrichtung (x-Richtung) gemessen. Nur dann, wenn sich das Fahrzeug 5 in einem vorgegebenen Toleranzfeld der
Parkposition 24 befindet, wird ein automatischer Ladevorgang ausgelöst . Die Ruheposition des Gelenkarms 4 kann je nach Gegebenheit des Einsatzortes unterschiedlich sein. In der Darstellung der Figur 3a ist eine Ruheposition dargestellt, bei der die Höhe eingeschränkt ist. In der Figur 3b und Figur 3c ist am
Aufstellungsort der Basis 2 die Bauhöhe nicht eingeschränkt, der Gelenkarm 4 ist durchgestreckt. In der Ruheposition der Figur 3b zeigen die Kontaktleisten der Speise- Kontaktvorrichtung 8 nach unten (z-Richtung) . Sie sind dadurch von Witterungseinflüssen weitgehend geschützt. Die in Figur 3c gezeigte Ruhestellung des Gelenkarms 4 zeigt eine Ruheposition, in welcher das Lichtraumprofil von auf der Fahrbahn 6 vorbeifahrender Fahrzeuge großer Bauhöhe nicht beeinträchtigt ist.
Die Figur 4 zeigt in einer Draufsicht auf das Fahrzeugdach 10 zwei mögliche Anordnungen der fahrzeugseitigen Aufnahme- Kontaktvorrichtung 9. In Figur 4a besteht die
Kontaktvorrichtung 9 aus drei parallel zueinander
angeordneten Kontaktstreifen, die in Längserstreckung des Fahrzeuges (Figur 4a) und quer zur Längserstreckung des Fahrzeuges (Figur 4b) ausgerichtet sind. Beim Andocken mit der stationsseitigen Kontaktvorrichtung 8 ist im ersten Fall die Toleranz in Fahrtrichtung (x-Richtung) , im zweiten Fall, quer zur Fahrtrichtung (d.h. in y-Richtung) weniger stark eingeschränkt .
Eine besonders günstige Ausführung der Erfindung ist in Figur 5a schematischer dargestellt. Sie ermöglicht eine größere Toleranz sowohl in x- als auch in y-Richtung. Dabei besteht die stationsseitige Speise-Kontaktvorrichtung 8 entweder aus vier miteinander nicht verbundenen Kontaktleisten, die entweder in Form eines Quadrates oder Rechteckes 11 bzw. in
Form eines Kreuzes 12 angeordnet sind. Wenn die
fahrzeugseitige Kontaktvorrichtung 9 Kontaktleisten in Form eines Quadrates aufweist, sind die Kontaktleisten der stationsseitigen Kontaktvorrichtung 8 in Form eines Kreuzes angeordnet, und umgekehrt. Dadurch vereinfacht sich das Andocken der Kontaktvorrichtungen 8, 9 erheblich. Die
Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit des Fahrzeugs 5 in der Parkposition 24 sind dadurch weniger stringent (je nach Ausbildung von Rechteckform und korrespondierende Kreuzform) . Sowohl in Fahrtrichtung als auch quer zur Fahrtrichtung sind unterschiedliche und vergleichsweise größere Abweichungen zulässig. Die Sensorik zum Erfassen Parkposition des
Fahrzeugs kann dadurch einfacher aufgebaut sein.
Die einzelnen Kontaktstreifen bzw. Kontaktleisten sind aus Kupfer und jeweils in Kontaktplatten 19,22 aus einem
elektrischen Isolator eingebettet.
In Figur 5b ist eine mögliche Ausführungsform dargestellt, in welcher die auf Seitenlängen eines Quadrates angeordneten Kontaktstreifen 4 in einer als Pyramidenstumpf ausgebildeten Kontaktplatte 19 eingebettet sind. Der Pyramidenstumpf weist eine Höhe 20 auf. Die Kontaktleisten 11 sind auf der von der Grundfläche abgewandten Fläche des Pyramidenstumpfes
angeordnet und stehen von dieser Fläche ab. Wenn diese
Kontaktplatte 19 mit der Basisfläche auf einem Fahrzeugdach 10 auf liegend angeordnet ist, wird auftreffendes Regenwasser von den Kontakten 11 gut abgeleitet.
In Figur 5c ist das zu Figur 5b gehörige Gegenstück mit einer kreuzförmigen Kontaktanordnung 12 dargestellt, die ebenfalls in einer Kontaktplatte 22 aus einem Isolator entsprechend eingebettet sind. Die stationsseitige Kontaktvorrichtung 8 kann grundsätzlich entweder gemäß Figur 5b oder gemäß Figur 5c ausgebildet sein. Es kommt lediglich auf das
korrespondierende Gegenstück an (entweder Rechteck/Quadrat mit Kreuz, oder Kreuz mit Rechteck/Quadrat) .
Die Anordnung der fahrzeugseitigen Kontaktvorrichtung 9 kann auf einer Hälfte des Fahrzeugdaches 10 oder an beiden angeordnet sein. Im letztgenannten Fall ist für das Fahrzeug 5 ein Ladevorgang in beiden Einfahrtrichtungen in die
Parkposition 24 möglich.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können von Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Es ist beispielsweise denkbar, dass der Gelenkarm aus einzelnen drehangetriebenen Teil-Gelenkarmen ausgebildet ist, wobei jede dieser Arme mit einzelnen Kontakten,
beispielsweise ein Arm pro Pol ausgebildet ist. Die Teil-Arme können einzeln oder gemeinsam im Gelenk 3 gelagert sein.
In den Zeichnungen sind die Kontaktleisten als Rechteck dargestellt; selbst verständlich sind auch andere Formen denkbar .
Die Anordnung der Kontaktleisten in einem Rechteck oder in einem unterbrochenen Kreuz ist selbst verständlich nicht nur auf die in der Zeichnung dargestellten und beschriebenen Formen begrenzt, sondern kann auch andere Formen mit jeweils mehr als vier stationsseitigen bzw. fahrzeugseitigen
Kontaktstreifen umfassen.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Fahrzeugladestation
2 Basis, ortsfestes Grundgestell
3 Drehgelenk
4 Gelenkarm
5 Fahrzeug
6 Fahrbahn
7 zweites Drehgelenk,
8 Speise-KontaktVorrichtung
9 Aufnahme-Kontaktvorriehtung
10 Fahrzeugdach
11 Kontaktleisten, in einem Viereck angeordnet
12 Kontaktleisten, in einem Kreuz angeordnet
13 Abstand zwischen 2 und 5
14 Abstand in Fahrzeugrichtung
15 Parkposition-Erkennungseinrichtung
16 Seitenwand
17 Energiespeicher, fahrzeugseitig
18 Steuereinrichtung
19 Kontaktplatte, fahrzeugseitig
20 Plattendicke
21 Schräge
22 Kontaktplatte
23 Abstand zwischen 3 und 6
24 Parkposition
25 Drehachse
26 Pfeil 31 Drehantrieb

Claims

Fahrzeugladestation zum Laden des Energiespeichers (17) in einem batteriebetriebenen Fahrzeug (5), insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug (5) während des Ladevorgangs in einer vordefinierten Parkposition (24) parkt, umfassend:
a) eine Basis (2), die in der Nähe der
vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist; b) einen Gelenkarm (4), der mit seinem einen Ende in einem Drehgelenk (3) an der Basis
(2) gelagert und mittels eines Drehantriebs (31) drehangetrieben ist, und der mit seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks (7) mit einer Speise-Kontaktvorrichtung ( 8 ) verbunden ist, so dass die Speise-Kontaktvorrichtung ( 8 ) durch eine Schwenkbewegung des Gelenkarms (4) zwischen einer Ruhestellung, in welcher die Speise-Kontaktvorrichtung ( 8 ) sich oberhalb des Fahrzeugdaches (10) befindet, und einer Arbeitsstellung, in welcher zum Zweck des Ladens ein elektrischer Kontakt zwischen der Speise- Kontaktvorrichtung ( 8 ) und einer auf dem
Fahrzeugdach (10) stationär angeordneten
Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9) hergestellt ist, verstellbar ist.
Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung ( 8 ) dazu eingerichtet ist, mit Kontaktstreifen einer
Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die im wesentlichen in einer Ebene des Fahrzeugdachs (10) oder in einer hierzu parallelen Ebene angeordnet sind, einen elektrischen Kontakt herzustellen.
3. Fahrzeugladestation nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung ( 8 ) dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Kontakt mit zumindest zwei länglichen Kontaktstreifen der Aufnahme- Kontaktvorrichtung (9), die in ihrer Längserstreckung entweder in Richtung oder quer zur Richtung der
Längserstreckung des Fahrzeugs (5) angeordnet sind, herzustellen .
4. Fahrzeugladestation nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Speise-Kontaktvorrichtung (8) aus vier Kontaktstreifen besteht, die in Form eines
Kreuzes angeordnet sind, um mit korrespondierenden Kontaktstreifen der Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die in Form eines Quadrates auf dem Fahrzeugdach (10) angeordnet sind, einen elektrischen Kontakt
herzustellen.
5. Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 2 -4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (31) ein elektrischer Positionsantrieb ist und das zweite
Drehgelenk (7) mit diesem Drehantrieb (31) derart wirkgekoppelt ist, dass in der Arbeitsstellung
Kontaktelemente der Speise-Kontaktvorrichtung (8) im Wesentlichen parallel zur Ebene des Fahrzeugdachs (10) ausgerichtet sind und mit Federkraft an
korrespondierenden Kontaktelementen der Aufnahme-
Kontaktvorrichtung (9) anliegen.
6. Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 2-4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (31) an der Basis (2) in einer Höhe (23) angeordnet ist, wobei die
Höhe (23) mittels eines Antriebs verstellbar ist.
Verfahren zum Laden des Energiespeichers (17) m einem batteriebetriebenen Fahrzeug (5), insbesondere einem Elektrobus oder Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug (5) zum Zweck des Ladens in eine vordefinierte Parkposition (24) gebracht wird, mit einer Ladestation (1),
umfassend : i. eine Basis (2), die in der Nähe der
vordefinierten Parkposition (24) angeordnet ist;
ii. einen Gelenkarm (4), der mit seinem einen Ende in einem an der Basis (2) angebrachten
Drehgelenk (3) gelagert und mittels Drehantriebs (31) um eine Achse (25)
drehangetrieben ist, und an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Drehgelenks
(7) mit einer Speise-Kontaktvorrichtung (8) verbunden ist, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt :
iii. die Speise-Kontaktvorrichtung (8) wird zum
Laden des Energiespeichers mittels des
Drehantriebs (31) von einer Ruhestellung, in welcher die Speise-Kontaktvorrichtung (8) sich in einer Position oberhalb des Fahrzeugdaches (10) befindet, in eine Arbeitsstellung, in welcher eine elektrische Verbindung zwischen korrespondierenden Kontakten der Speise- Kontaktvorrichtung
(8) und einer auf dem Fahrzeugdach (10) angeordneten Aufnahme- Kontaktvorrichtung
(9) hergestellt ist, geschwenkt .
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung zwischen der Ruhestellung und der Arbeitsstellung in einer Schwenkebene erfolgt, die im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung der
Längserstreckung des in der Parkposition (24) parkenden Fahrzeugs (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (31) von einer Steuereinrichtung (18) gesteuert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (18) ein Fahrzeug- Positionssignal einer Parkposition-Erkennungseinrichtung (15) zugeleitet ist, wodurch die Schwenkbewegung und der Ladevorgang automatisch ausgelöst wird.
11. Batteriebetriebenes, nicht schienengebundenes
Fahrzeug (5) mit einer Aufnahme-Kontaktvorrichtung (9), die auf dem Fahrzeugdach (10) fest angebracht ist und längliche Kontaktstreifen aufweist, die entweder in Form eines Kreuzes oder in Form eines Quadrates oder
Rechteckes angeordnet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass die Kontaktleisten (11) zumindest teilweise in einer aus einem elektrischen Isolator gebildeten
Kontaktplatte (16) eingebettet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (16) die Form eines
Pyramidenstumpfes aufweist und die Kontaktleisten (11) im Bereich der Kanten der Deckfläche des
Pyramidenstumpfes angeordnet sind.
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