Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum autonomen Laden von elektrischen Fahrzeugen mit einer Führungsbahn und einem auf der Führungsbahn verfahrbar angeordneten Führungsschlitten, auf dem ein Roboterarm mit einem mit Strom versorgten Ladedockanschluss angeordnet ist, wobei zum Steuern des Führungsschlittens, des Roboterarms und der Stromversorgung eine Steuereinheit vorgesehen ist.

Stand der Technik

Aus der US9770993B2 ist eine Vorrichtung zum Laden von elektrischen Fahrzeugen bekannt. Hierzu ist ein Roboterarm mit einem endabschnittseitigen Ladedockanschluss auf einem Führungsschlitten angeordnet, der entlang einer Führungsbahn verfahrbar angeordnet ist. Der Ladedockanschluss ist über einen stationären, zentralen Stromversorgungskreis versorgt. Über eine Steuereinheit können der Führungsschlitten und der Roboterarm angesteuert werden, sodass ein weitgehend autonomes Laden eines Fahrzeugs ohne Zutun eines außenstehenden Benutzers erfolgen kann. Die Steuereinheit regelt darüber hinaus die Stromversorgung, sodass die von dem zentralen Stromversorgungskreis vorgegebene Leistung, Spannung bzw. Stromstärke angepasst werden kann. Aufgrund dieser Vorgabe durch den zentralen Stromversorgungskreis resultiert allerdings der Nachteil, dass trotz eines potentiellen Einsatzes mehrerer je auf einem Führungsschlitten angeordneter Roboterarmen verschiedene Autos allesamt den gleichen Ladebedingungen ausgesetzt sind, sodass grundsätzlich lediglich Fahrzeuge mit ähnlichen Ladeanforderungen gleichzeitig versorgt werden können.

Andere aus dem Stand der Technik bekannte Roboterarme mit einem Ladedockanschluss zum Laden von elektrischen Fahrzeugen weisen eine Batterie als Pufferspeicher auf, die ein vom stationären, zentralen Stromversorgungskreis temporär unabhängiges Laden ermöglichen. Eine solche Zwischenspeicherung bedingt allerdings speicherbedingte Wirkungsgradverluste und ist aufgrund der begrenzten Kapazität des Pufferspeichers zeitlich begrenzt, sodass der Ladeprozess grundsätzlich eine geringere Effizienz aufweist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum autonomen Laden von elektrischen Fahrzeugen vorzuschlagen, die unabhängig von den Ladeanforderungen eines oder mehrerer Fahrzeuge zu jedem Zeitpunkt eine effiziente Ladung ermöglicht.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Ladedockanschluss über eine entlang der Führungsbahn verlaufende Stromleitung, insbesondere Stromschiene, mit Strom versorgt ist, wobei der mit Wechselstrom beaufschlagten Stromleitung und dem Ladedockanschluss ein gemeinsam mit dem Führungsschlitten verfahrbar angeordneter Gleichrichter zwischengeschaltet ist.

Da der Gleichrichter zum Versorgen des Ladedockanschlusses, über den das zu ladende Fahrzeug energiebeaufschlagt wird, mit dem Führungsschlitten mitfährt, genügt grundsätzlich eine einfach zentral gespeiste Energieversorgung, weil die für die zu ladenden Fahrzeuge notwendige Anpassung der Stromversorgung, also der Stromstärke, der Stromspannung und/oder der Leistung erst vom dem Laderoboter zugeordneten Gleichrichter erfolgt. Als Laderoboter wird im Rahmen der Erfindung eine Einheit umfassend den Führungsschlitten und den Roboterarm samt Ladedockanschluss gesehen. Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung des Gleichrichters kann somit auf eine wirkungsgradverlustbehaftete Pufferspeicherung mittels Batterien auf den Laderobotern verzichtet werden. Die zentrale Energieversorgung kann auch bei einem Einsatz mehrerer Laderoboter erfolgen, da die notwendige Anpassung bezüglich Stromstärke, Stromspannung und/oder Leistung auch in diesem Fall erst vom dem jeweiligen Laderoboter zugeordneten Gleichrichter erfolgt, sodass mehrere Laderoboter mit demselben Wechselstrom versorgt werden können und dennoch ohne Pufferspeicher gleichzeitig unterschiedliche Fahrzeuge mit unterschiedlicher Stromstärke, Stromspannung und/oder Leistung versorgen können. Die Stromversorgung des bzw. der Gleichrichter des/der Laderoboter erfolgt dabei über eine entlang der Führungsbahn verlaufende Stromleitung, vorzugsweise eine Stromschiene, die selbst mit direkt einem Stromnetz entnehmbarem Wechselstrom beaufschlagt ist, und diesen ohne erforderliche Umwandlungsschritte zum Gleichrichter des jeweiligen Laderoboters leitet. Im Gleichrichter erfolgt die Gleichrichtung des Wechselstroms zum Gleichstrom in Abhängigkeit einer Steuereinheit, die die Stromstärke, Stromspannung und/oder Leistung des Ladestroms vorgibt. Hierzu kann die Steuereinheit einen Speicher umfassen, auf dem die notwendigen Ladeanforderungsdaten für die zu ladenden Fahrzeuge hinterlegt sind. Zur Erkennung des Fahrzeugs kann der Steuereinheit eine Empfangseinheit zugeordnet sein, die beispielsweise mit einer App eines Endgeräts kommuniziert, auf der die Fahrzeugdaten des zu ladenden Fahrzeugs und dessen Ladeanforderungsdaten, wie benötigte Stromstärke, Stromspannung und/oder Leistung, hinterlegt sind. Die Steuereinheit kann jedoch auch auf etwaige Videosensoren der Vorrichtung zugreifen, die eine automatisierte Erkennung des Fahrzeugs erlauben. Über die Strom leitung vorzugsweise Stromschiene kann neben dem Ladedockanschluss auch der Führungsschlitten und/oder der Roboterarm mit Energie versorgt werden, sodass auch diese elektrisch angetrieben werden können. Auch dem Führungsschlitten und/oder dem Roboterarm kann der Gleichrichter zwischengeschaltet sein. Der Gleichrichter kann am Roboterarm, vorzugsweise jedoch am Führungsschlitten angeordnet sein, da dadurch die Bewegungsfreiheit des Roboterarms uneingeschränkt bleibt und das Gewicht des Roboterarms gering gehalten werden kann. Grundsätzlich erfolgt die Ansteuerung des Führungsschlittens, des Roboterarms, sowie die Regulierung der Stromversorgung über die Steuereinheit, wodurch ein autonomes Laden eines elektrischen Fahrzeugs durchgeführt werden kann. Hierzu kann ein Fahrzeug im Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgestellt werden und beispielsweise über eine Empfangseinheit der Steuereinheit mit der Steuereinheit kommuniziert werden, wodurch die Position und die Ladeanforderungsdaten des Fahrzeugs vorgegeben bzw. erkannt werden können. Anschließend wird der Laderoboter von der Steuereinheit angesteuert, sodass sich dieser entlang der Führungsbahn zum Fahrzeug begibt. Der Roboterarm dockt danach mit seinem Ladedockanschluss an den Fahrzeugladeanschluss an, wonach die Steuereinheit den Gleichrichter zur Versorgung des Ladedockanschlusses in Abhängigkeit von fahrzeugspezifischen hinterlegten Ladeanforderungsdaten ansteuert und den Gleichrichter damit zum Laden des Fahrzeugs freigibt, sodass das Fahrzeug mit der erforderlichen Stromstärke, Stromspannung und/oder Leistung beaufschlagt wird. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere Laderoboter aufweisen.

Um einerseits die Elektronik selbst und andererseits etwaige Benutzer von dieser zu schützen, wird vorgeschlagen, dass die Führungsbahn ein Gehäuse ausbildet, in dessen Innenraum eine Stromschiene als Stromleitung verläuft und dass das Gehäuse einen Durchbruch für einen in den Innenraum ragenden Führungsfortsatz des Führungsschlittens aufweist. Das Gehäuse schützt dabei die innenliegende Elektronik, insbesondere die Stromschiene samt dem der Stromschiene zugeordneten Stromabnehmer vor äußeren, witterungsbedingten Einflüssen, sodass insbesondere eine Korrosionsbildung verhindert werden kann, was wiederum zu erhöhten Standzeiten ohne notwendige Wartungsarbeiten führt. Das Gehäuse verhindert gleichzeitig ein Interagieren von Unbefugten mit der Elektronik.

Um ein wirkungsgradverlustarmes Laden weiter zu begünstigen, kann der Führungsfortsatz einen in die Stromschiene ragenden Stromabnehmer aufweisen, dessen Versorgungsleitung für den Gleichrichter entlang des Führungsfortsatzes geführt oder gebildet ist. Zufolge dieser Merkmale kann eine äußerst kurze Versorgungsleitung zwischen Gleichrichter und Stromschiene erreicht werden. Der Führungsfortsatz kann ein Hohlprofil sein, in dem die Versorgungsleitung geführt ist. Der Führungsfortsatz kann auch elektrisch leitend ausgebildet sein und somit selbst die Versorgungsleitung bilden.

Damit nicht nur die Elektronik, sondern auch der Antrieb ausreichend geschützt ist, wird vorgeschlagen, dass zum Antreiben des Führungsschlittens ein im Gehäuse angeordneter Antrieb, insbesondere ein Riemenantrieb, vorgesehen ist, der mit dem Führungsfortsatz wirkverbunden ist. Der Führungsfortsatz kann hierzu starr mit dem Führungsschlitten verbunden sein, sodass die vom Antrieb auf den Führungsfortsatz übertragene Kraft in einer Vorschubbewegung des Führungsschlittens resultiert. Der Antrieb kann über die Stromschiene mit Strom versorgt sein.

Um unabhängig von vorbekannten Daten bezüglich des zu ladenden Fahrzeugs ein autonomes und schnelles Andocken des Laderoboters zu ermöglichen, ohne dabei auf komplexe Regelungsalgorithmen zurückgreifen zu müssen, kann als Ladedockanschluss ein CCS-Stecker vorgesehen sein, in dessen Ladedockanschlussgehäuse ein Videosensor angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Positionierung des Ladedockanschlusses lediglich relativ zum Kamerabild erfolgen muss, sodass verhältnismäßig einfache auf Computervision basierende Regelalgorithmen eingesetzt werden können. Des Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass der Videosensor gegen äußere Einflüsse geschützt ist. Als Videosensor kann eine Kamera, insbesondere eine Digitalkamera, eingesetzt werden.

Damit vor allem bei einer nur begrenzten Anzahl an Parkmöglichkeiten im Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein möglichst großer Durchsatz an zu ladenden Fahrzeugen erzielt werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit eine Sendeeinheit zur Übermittlung des Ladezustands eines angedockten Fahrzeugs an ein Endgerät umfasst. Das Endgerät kann ein Mobiltelefon mit einer App sein, die mit der Sendeeinheit kommuniziert. Ist das Fahrzeug fertig aufgeladen, kann eine Nachricht an das Endgerät eines Benutzers übermittelt werden, sodass dieser das Fahrzeug wegfahren kann und somit Platz für andere Fahrzeuge geschaffen wird. Ein besonders einfach handzuhabender Initiiervorgang bzw. Beendigungsvorgang des autonomen Ladens ergibt sich, wenn die Steuereinheit eine mit einem Endgerät verbindbare Empfangseinheit zum Starten und/oder Beenden des autonomen Ladens aufweist. Als Endgerät kann wiederum ein Mobiltelefon eines Benutzers mit einer App eingesetzt werden, die mit der Empfangseinheit kommuniziert. Über das Endgerät kann sich der Benutzer bei der Empfangseinheit anmelden und seinen gegebenenfalls bereits hinterlegten Fahrzeugtyp angegeben, wonach der autonome Ladeprozess gestartet wird. Soll der Ladeprozess frühzeitig vor einem vollständigen Ladezustand abgebrochen werden, kann dies ebenfalls über das Endgerät erfolgen.

Damit die Vorrichtung auf für den Benutzer einfache Weise mit eindeutigen Informationen über die Position des zu ladenden Fahrzeugs versorgt werden kann, wird vorgeschlagen, dass entlang der Führungsbahn markierte Parkplätze vorgesehen sind, denen eine auf der Steuereinheit hinterlegte Identifikationskennzeichnung zugeordnet ist. Die Identifikationskennzeichnung kann ein auf dem Parkplatz angeordneter Code sein, vorzugsweise ein QR-Code, der über ein Endgerät, beispielsweise über ein Mobiltelefon, eingelesen werden kann, wenn das Fahrzeug am jeweiligen Parkplatz abgestellt wird, woraufhin eine auf dem Endgerät installierte App eine Kommunikationsverbindung mit der Steuereinheit der Vorrichtung aufbaut und die Steuereinheit auf Basis der Identifikationskennzeichnung eindeutig die Position des Fahrzeugs eruiert und den Laderoboter nach Start des Ladeprozesses zur erfassten Position schickt.

Um Fahrzeuge unabhängig von deren Ausrichtung der Fahrzeugladeanschlüsse autonom laden zu können, können entlang der Führungsbahn markierte Parkplätze vorgesehen sein, wobei wenigstens ein Parkplatz parallel und wenigstens ein Parkplatz quer zur Führungsbahn angeordnet ist. Auf diese Weise können sowohl Fahrzeuge mit heck- bzw. frontseitigen Fahrzeugladeanschlüssen als auch seitlich angebrachten Fahrzeugladeanschlüssen autonom geladen werden. Um unabhängig von der Ausrichtung der Fahrzeuge im Parkplatz die Fahrzeugladenanschlüsse vom Laderoboter erreicht werden können, ohne dass der Roboterarm übermäßig große Dimensionen aufweisen muss, wird vorgeschlagen, dass entlang der Führungsbahn markierte Parkplätze vorgesehen sind, wobei die Längsachsen der Parkplätze nach Vorbild eines Fischgrätenmusters beiderseits schräg zur Führungsbahn angeordnet sind. Auf diese Weise können sowohl vorne, seitlich, als auch heckseitig am Fahrzeug angeordnete Fahrzeugladeanschlüsse erreicht werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laden von elektrischen Fahrzeugen,

Fig. 2 eine teilgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laden von elektrischen Fahrzeugen in größerem Maßstab und

Fig. 3 eine Detailansicht einer perspektivischen Darstellung eines erfindungsgemäßen Ladedockanschlusses in noch größerem Maßstab.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu autonomen Laden von elektrischen Fahrzeugen 1 , weist, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, eine Führungsbahn 2 auf, auf der ein Laderoboter 3, umfassend einen Führungsschlitten 4 und einen Roboterarm 5 mit einem Ladedockanschluss 6, angeordnet ist und entlang der Führungsbahn 2 verfahren werden kann. Wie im Detail in der Fig.2 offenbart wird, erfolgt die Stromversorgung des Ladedockanschlusses 6 über eine an ein Versorgungsstromnetz 7 angeschlossene Stromschiene 8, welche mit Wechselstrom beaufschlagt ist. Alternativ könnte zur Stromversorgung eine in einer Panzerkette geführte Stromleitung vorgesehen sein. Erfindungsgemäß ist der Stromschiene 8 und dem Ladedockanschluss 6 ein Gleichrichter 9 elektrisch zwischengeschaltet, der dem Führungsschlitten 4 zugeordnet ist und somit ebenfalls entlang der Führungsbahn 2 verfahrbar angeordnet ist. Zufolge dieser Maßnahme kann der Laderoboter 3 weitgehend unabhängig vom Versorgungsstromnetz 7 und ohne einen den Wirkungsgrad herabsetzenden Pufferspeicher Fahrzeuge 1 mit unterschiedlichen Ladenanforderungen aufladen. Insbesondere können je Vorrichtung auch mehrere Laderoboter 3 eingesetzt werden, die über dieselbe Stromschiene 8 versorgt werden und aufgrund des jeweils zugeordneten Gleichrichters 9 gleichzeitig verschiedene Fahrzeuge 1 mit unterschiedlichen Ladeanforderungen versorgen können, ohne dabei das Versorgungsstromnetz 7 anpassen zu müssen. Zum Steuern des Führungsschlittens 4, der beispielsweise mit Rollen 10 ausgestattet sein kann, ist eine Steuereinheit 11 vorgesehen. Über die Steuereinheit 11 kann auch der Gleichrichter 9 zur Vorgabe der Stromstärke, der Stromspannung und/oder der Leistung des Ladestroms, welche vom Ladedockanschluss 6 an ein zu ladendes Fahrzeug 1 übergeben wird, angesteuert werden. Die Steuereinheit 11 kann auch den Roboterarm 5 ansteuern, sodass dieser den Ladedockanschluss 6 zu einem Fahrzeugladeanschluss der Fahrzeuge 1 führen kann und den Ladedockanschluss 6 an diesen ankuppeln kann.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, kann die Führungsbahn 2 ein Gehäuse 12 ausbilden. Im Innenraum 13 des Gehäuses 12 kann die Stromschiene 8 angeordnet sein und entlang der Führungsbahn 2 verlaufen. Das 12 Gehäuse kann einen Durchbruch 14 aufweisen, durch den ein Führungsfortsatz 15 des Führungsschlittens 4 in den Innenraum 13 ragt.

Der Führungsfortsatz 15 kann einen Stromabnehmer 16 für die Stromschiene 8 umfassen. Der Führungsfortsatz 15 kann dabei ein Gehäuse für eine die Stromschiene 8 mit dem Gleichrichter 9 verbindende Versorgungsleitung 17 ausbilden, oder aber selbst als Versorgungsleitung 17 dienen.

Im Innenraum 13 des Gehäuses 12 kann auch der Antrieb, beispielsweise ein Riemenantrieb 18, für den Führungsschlitten 4 vorgesehen sein. Der Antrieb ist zum Antreiben des Führungsschlittens 4 mit dessen Führungsfortsatzes 15 antriebsverbunden. Die Steuereinheit 11 kann eine Sendeeinheit zur Übermittlung des Ladezustands eines angedockten Fahrzeugs 1 an ein Endgerät 19 und/oder eine mit einem Endgerät 19 verbindbare Empfangseinheit zum Starten und/oder Beenden des autonomen Ladens aufweisen.

Wie in Fig. 1 angedeutet ist, können den entlang der Führungsbahn 2 angeordneten, markierten Parkplätzen 20 Identifikationskennzeichnungen 21 zugeordnet sein, über die eine eindeutige Zuordenbarkeit der Steuereinheit 11 zum entsprechenden Parkplatz 20 erfolgen kann. Beispielsweise kann dadurch ein Fahrzeug 1 auf einen bestimmten Parkplatz 20 gestellt werden und die Identifikationskennzeichnung 21 des entsprechenden Parkplatzes 20 der Steuereinheit 11 übergeben werden, in dem die Identifikationskennzeichnung 21 beispielsweise von einem Endgerät 19 eingescannt und an die Steuereinheit 11 übermittelt wird. Daraufhin wird der Laderoboter 3 zum korrekten Parkplatz 20 gesendet. Insbesondere kann wenigstens ein Parkplatz 20 parallel und wenigstens ein Parkplatz 20 quer zur Führungsbahn 2 angeordnet sein.

Fig. 3 zeigt, dass als Ladedockanschluss 6 ein CCS-Stecker vorgesehen sein kann, in dessen Ladedockanschlussgehäuse 22 ein Videosensor 23 angeordnet ist. Durch den Videosensor 23 kann eine exakte Ausrichtung des Ladedockanschlusses 6 relativ zum Fahrzeugladeanschluss erfolgen, ohne dabei auf komplexe Regelalgorithmen angewiesen zu sein. Das Ladedockanschlussgehäuse 22 kann den Videosensor 23, beispielsweise eine Digitalkamera vor witterungsbedingten Einflüssen schützen.