Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden des elektrischen

Energiespeichers eines Lahrzeugs.

Lahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen über eine Batterie (d.h. über einen elektrischen Energiespeicher), in der elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem

Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem

Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.

Bei einem drahtgebundenen Ladevorgang steckt der Nutzer eines Fahrzeugs den Stecker eines Ladekabels an die Ladebuchse des Fahrzeugs. Diese manuelle Tätigkeit kann für den Nutzer unangenehm sein (z.B. weil sich der Nutzer dabei beschmutzen kann). Das Anstecken des Ladekabels kann daher automatisch durch einen Roboterarm erfolgen. Die Bereitstellung eines Roboterarms ist jedoch mit einem relativ hohen Aufwand und mit relativ hohen Kosten verbunden.

Insbesondere kann der Aufwand für das automatische Herstellen einer

galvanischen Steckverbindung relativ hoch sein. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein effizientes und zuverlässiges Stecksystem bereitzustellen, das einen

automatischen drahtgebundenen Ladevorgang ermöglicht. Insbesondere soll dabei das effiziente Herstellen einer Steckverbindung ermöglicht werden. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem

unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Gemäß einem Aspekt wird ein Stecksystem für einen drahtgebundenen

Ladevorgang zum Laden eines elektrischen Energiespeichers einer zumindest teilweise elektrisch betriebenen Vorrichtung. Die zumindest teilweise elektrisch betriebene Vorrichtung kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein

Straßenkraftfahrzeug, sein. Das Stecksystem kann dazu ausgebildet sein, den elektrischen Energiespeicher mit einer elektrischen Energieversorgung (z.B. einer Ladesäule) galvanisch zu koppeln. Dabei kann das Stecksystem ausgebildet sein, Ladeleistungen von lkW, lOkW, 20kW, oder mehr zu übertragen. Beispielhafte Spannungen sind 300V oder mehr. Die Herstellung der Steckverbindung des Stecksystems erfolgt bevorzugt automatisch. Das Stecksystem umfasst eine an der elektrisch betriebenen Vorrichtung angeordnete Ladedose. Die Ladedose kann zwei oder mehr Kontaktteile aufweisen, über die jeweils eine galvanisch leitende Verbindung hergestellt werden kann, um elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers zu übertragen. Das Stecksystem umfasst ferner eine Ladevorrichtung (in diesem Dokument auch als Laderoboter bezeichnet). Die Ladevorrichtung kann mit der elektrischen Energieversorgung verbunden sein, und kann eingerichtet sein, elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers bereitzustellen. Die Ladevorrichtung umfasst einen Ladestecker, der durch eine translatorische Bewegung zu der Ladedose ausgefahren und/oder geführt werden kann. Dabei kann der Ladestecker an oder in einem (bevorzugt fahrbaren) Gehäuse der Ladevorrichtung angeordnet sein. Der Ladestecker kann somit aus dem Gehäuse herausgefahren werden, um eine Steckverbindung mit der Ladedose herzustellen. Dabei weist der Ladestecker typischerweise ein oder mehrere Kontaktteile auf, die mit den entsprechenden ein oder mehreren Kontaktteilen der Ladedose jeweils eine galvanisch leitende Verbindung aufbauen können. Die Ladevorrichtung kann einen elektrisch betriebenen Aktor (z.B. einen Elektromotor) umfassen, der eingerichtet ist, automatisch die translatorische Bewegung des Ladestreckers zu bewirken.

Die Ladedose kann eine Abdeckung aufweisen, um die Kontaktteile der Ladedose vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Abdeckung kann die Kontaktteile der Ladedose bedecken, wenn keine Steckverbindung zu einem Ladestecker besteht. Andererseits kann die Abdeckung ein oder mehrere wiederverschließbare

Kontaktteil-Durchbrüche bzw. Löcher aufweisen, die geöffnet werden können, um eine Steckverbindung mit einem Ladestecker herzustellen.

Der Ladestecker kann ausgebildet sein, durch die translatorische Bewegung die ein oder mehreren wiederverschließbaren Kontaktteil-Durchbrüche in der Abdeckung zu erzeugen bzw. zu öffnen, durch die hindurch im Rahmen der translatorischen Bewegung die Kontaktteile des Ladesteckers geführt werden können, um mit den entsprechenden Kontaktteilen der Ladedose jeweils paarweise galvanisch leitende Verbindungen zu bilden. Das Öffnen der ein oder mehreren Kontakteil-Durchbrüche kann dabei automatisch in Reaktion auf die translatorische Bewegung des Ladesteckers erfolgen. Des Weiteren kann der Ladestecker ausgebildet sein, durch eine von der Ladedose wegführende inverse translatorische Bewegung die ein oder mehreren Kontaktteil- Durchbrüche wieder zu verschließen, um die Kontaktteile der Ladedose vor Umwelteinflüssen zu schützen. Das Öffnen und/oder Schließen der ein oder mehreren Kontaktteil-Durchbrüche kann dabei passiv erfolgen, d.h. ohne

Verwendung eines elektrisch angetriebenen Aktuators innerhalb der Ladedose.

Es wird somit ein effizientes und zuverlässiges Stecksystem zum Laden eines elektrischen Energiespeichers beschrieben, das ein automatisches An- und Abstecken eines Ladesteckers ermöglicht.

Der Ladestecker kann einen Führungsbolzen aufweisen. Des Weiteren kann die Abdeckung einen Bolzen-Durchbruch zur Aufnahme des Führungsbolzens aufweisen. Dabei kann der Bolzen-Druckbruch eine dem Führungsbolzen entsprechende Form und/oder Größe aufweisen, so dass der Führungsbolzen in definierter Weise in die Abdeckung bewegt werden kann.

Der Ladestecker und die Abdeckung können derart ausgebildet sein, dass die ein oder mehreren Kontaktteil-Durchbrüche in Reaktion darauf gebildet werden, dass der Führungsbolzen im Rahmen der translatorischen Bewegung innerhalb des Bolzen-Durchbruchs bewegt wird (insbesondere in den Bolzen-Durchbruch hineingeführt wird. Der Führungsbolzen kann ein konusförmiges Ende aufweisen, das der Abdeckung des Ladedose zugewandt ist. Durch die Verwendung eines Führungsbolzens kann in zuverlässiger Weise eine Steckverbindung hergestellt werden. Insbesondere kann durch den Führungsbolzen und den Bolzen-

Durchbruch eine definierte Ausrichtung zwischen Ladestecker und Ladedose bewirkt werden. Des Weiteren können die ein oder mehreren Kontaktteil- Durchbrüche mittels eines Führungsbolzens in effizienter und zuverlässiger Weise geöffnet und wieder verschlossen werden. Die Kontaktteile des Ladesteckers können derart an dem Ladestecker angeordnet sein, dass im Rahmen der translatorischen Bewegung zunächst der

Führungsbolzen in den Bolzen-Durchbruch eindringt, bevor die Kontakteile die Abdeckung erreichen. Durch eine derartige Anordnung kann gewährleistet werden, dass die ein oder mehreren Kontaktteil-Durchbrüche zeitnah kurz vor Erreichen der Kontaktteile des Ladesteckers geöffnet werden, und zeitnah nach dem Herausziehen der Kontaktteile des Ladesteckers wieder geschlossen werden. Somit können Verschmutzungen der Ladedose zuverlässig vermieden werden.

Die Abdeckung kann mindestens zwei Abdeckscheiben mit jeweils ein oder mehreren Löchern aufweisen. Die Abdeckscheiben können gegeneinander verdrehbar sein, so dass die Positionen der ein oder mehrere Löcher der ersten Abdeckscheibe gegenüber den Positionen der ein oder mehreren Löcher der zweiten Abdeckscheibe verändert werden können. Insbesondere können die Löcher der Abdeckscheiben in einem verschlossenen Zustand nicht übereinander angeordnet sein, so dass die Abdeckung verschlossen ist. Andererseits können die Löcher der Abdeckscheiben in einem geöffneten Zustand zumindest

bereichsweise übereinander angeordnet sein, so dass die Abdeckung geöffnet ist, insbesondere so dass sich die ein oder mehreren Kontaktteil-Durchbrüche bilden.

Der Führungsbolzen und die Abdeckscheiben können derart ausgebildet sein, dass die Abdeckscheiben in Reaktion auf die translatorische Bewegung des

Führungsbolzens innerhalb des Bolzen-Durchbruchs gegeneinander verdreht werden, so dass Föcher der Abdeckscheiben übereinander ausgerichtet werden, und so die ein oder mehreren Kontaktteil- Durchbrüche bilden. Durch die

Verwendung von Abdeckscheiben können in effizienter Weise

wiederverschließbare Kontaktteil-Durchbrüche bereitgestellt werden.

Die Verdrehung der Abdeckscheiben kann durch den Führungsbolzen bewirkt werden. Insbesondere kann die Fadedose derart passiv ausgebildet sein, dass die Fadedose keinen elektrisch betriebenen Antrieb zur Verdrehung der Abdeckscheiben aufweist. Andererseits kann der Führungsbolzen eine Kulisse aufweisen, die ausgebildet ist, mit einem Kulissenstein an zumindest einer der Abdeckscheiben zu interagieren, um die Abdeckscheiben gegeneinander zu verdrehen. In einem entsprechend umgekehrten Fall können der Kulissenstein an dem Führungsbolzen und eine Kulisse an zumindest einer der Abdeckscheiben angeordnet sein. Durch die Verwendung einer Kulisse kann mittels einer translatorischen Bewegung des Führungsbolzens in effizienter Weise eine Drehbewegung zumindest einer Abdeckscheibe bewirkt werden.

Zwischen den beiden Abdeckscheiben kann zumindest eine Dichtung angeordnet sein. So kann der Schutz der Ladedose vor Verschmutzung weiter erhöht werden.

Die Ladedose kann ein Druckelement (z.B. eine Druckfeder) aufweisen, das eingerichtet ist, eine Druckkraft auf die beiden Abdeckscheiben auszuüben, um die Abdeckscheiben zusammenzudrücken. Dabei kann die Ladedose derart ausgebildet sein, dass in Reaktion auf die translatorische Bewegung des

Führungsbolzens innerhalb des Bolzen-Durchbruchs die Druckkraft reduziert wird. Durch die Bereitstellung eines Druckelements kann die Ladedose zuverlässig vor Verschmutzungen geschützt werden.

Der Führungsbolzen kann ausgebildet sein, eine galvanisch leitende Verbindung mit einem Kontaktelement der Ladedose zu bilden. Mit anderen Worten, der Führungsbolzen kann (zusätzlich zu den Kontaktteilen des Ladesteckers) dazu verwendet werden, eine galvanisch leitende Verbindung mit der Ladedose zu bilden (z.B. um Daten zu übertragen). So kann die Effizienz des Stecksystems weiter erhöht werden.

Der Ladestecker und die Ladedose können derart ausgebildet sein, dass im Rahmen der translatorischen Bewegung eine Verriegelung der Kontaktteile miteinander erfolgt. So kann die Zuverlässigkeit des Stecksystems weiter erhöht werden. Ein Kontaktteil des Ladesteckers und ein entsprechendes Kontaktteil der

Ladedose können komplementäre Profile aufweisen. Durch die komplementären Profile kann eine Haltekraft bewirkt werden, wenn die Kontaktteile

ineinandergesteckt sind. Alternativ oder ergänzend kann durch die

komplementären Profile eine im Vergleich zu einem planaren Profil vergrößerte Kontaktoberfläche zwischen den Kontaktteilen bereitgestellt werden. So kann die Zuverlässigkeit einer Steckverbindung weiter erhöht werden. Wie bereits oben dargelegt, kann die Ladevorrichtung ein fahrbares Gehäuse aufweisen, an oder in dem der Ladestecker angeordnet ist. Des Weiteren kann die Ladevorrichtung eine Wickelrolle umfassen, die eingerichtet ist, ein Ladekabel aufzuwickeln, über das der Ladestecker mit einer Stromversorgung bzw. mit einer elektrischen Energieversorgung verbunden ist bzw. verbunden werden kann. Dabei kann die Wickelrolle bevorzugt ausgebildet sein, bei einer Bewegung der Ladevorrichtung das Ladekabel derart ab bzw. aufzuwickeln, dass das Ladekabel zwischen der Stromversorgung und der Ladevorrichtung (stets) gespannt ist. Die Wickelrolle kann drehbar um eine vertikale Hoch- Achse der Ladevorrichtung an einer Außenwand des Gehäuses angeordnet sein. Durch die Bereitstellung einer Wickelrolle kann eine zuverlässige Bewegung und ggf. Orientierung der

Ladevorrichtung ermöglicht werden.

Wie bereits oben dargelegt, kann die zumindest teilweise elektrisch betriebene Vorrichtung ein Straßenkraftfahrzeug sein. Die Ladedose kann an einem

Unterboden des Straßenkraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Ladevorrichtung kann ausgebildet sein, den Ladestecker entlang einer vertikal verlaufenden

translatorischen Bewegung in die Ladedose zu stecken. So kann in besonders zuverlässiger Weise eine Steckverbindung zum Laden des Antriebsspeichers eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Lahrzeugs hergestellt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt werden eine Ladevorrichtung und/oder eine Ladedose für das in diesem Dokument beschriebene Stecksystem beschrieben.

Insbesondere wird eine Ladedose für ein Stecksystem beschrieben, wobei das Stecksystem einen drahtgebundenen Ladevorgang zum Laden eines elektrischen Energiespeichers einer zumindest teilweise elektrisch betriebenen Vorrichtung ermöglicht. Die Ladedose ist ausgebildet, an der elektrisch betriebenen

Vorrichtung angeordnet zu werden. Das Stecksystem umfasst ferner eine

Ladevorrichtung mit einem Ladestecker, der durch eine (ggf. ausschließlich) translatorische Bewegung zu der Ladedose ausgefahren werden kann.

Die Ladedose umfasst Kontaktteile, die eingerichtet sind, elektrische Energie zum Laden des elektrischen Energiespeichers zu übertragen. Außerdem umfasst die Ladedose eine Abdeckung, um Kontaktteile der Ladedose vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Ladedose ist ausgebildet, in Reaktion auf die translatorische Bewegung der Ladevorrichtung ein oder mehrere wiederverschließbare

Kontaktteil-Durchbrüche in der Abdeckung zu öffnen, durch die hindurch im Rahmen der translatorischen Bewegung Kontaktteile des Ladesteckers geführt werden können, um mit den entsprechenden Kontaktteilen der Ladedose jeweils paarweise galvanisch leitende Verbindungen zu bilden.

Dabei weisen die ein oder mehreren wiederverschließbaren Kontaktteil- Durchbrüche bevorzugt eine Lorm bzw. ein Profil auf, das einer Lorm bzw. einem Profil der Kontaktteile des Ladesteckers entspricht. Mit anderen Worten, Lorm und/oder Größe der Kontaktteil-Durchbrücke können an die Lorm bzw. Größe der Kontaktteile des Ladesteckers angepasst bzw. darauf abgestimmt sein.

Insbesondere kann für jedes Kontaktteil des Ladesteckers ein passender

Kontaktteil-Druckbruch gebildet werden. An anderen Stellen kann die Abdeckung weiterhin die Ladedose bedecken, so dass auch bei einer bestehenden

Steckverbindung weiterhin ein zuverlässiger Schutz vor Umwelteinflüssen besteht. Die Kontaktteil-Durchbrüche können derart sein, dass die Kontaktteil- Durchbrüche durch die entsprechenden Kontaktteile des Ladesteckers im

Wesentlichen abgedichtet werden.

Des Weiteren wird in diesem Dokument eine Ladevorrichtung für ein

Stecksystem beschrieben. Das Stecksystem ermöglicht dabei einen

drahtgebundenen Ladevorgang zum Laden eines elektrischen Energiespeichers einer zumindest teilweise elektrisch betriebenen Vorrichtung. Die

Ladevorrichtung umfasst einen Ladestecker, der durch eine (ggf. rein)

translatorische Bewegung zu einer an der zumindest teilweise elektrisch betriebenen Vorrichtung angeordneten Ladedose ausgefahren werden kann.

Insbesondere kann der Ladestecker darauf beschränkt sein, eine rein

translatorische Bewegung (und z.B. keine Drehung) auszuführen. Des Weiteren umfasst die Ladedose eine Abdeckung, um Kontaktteile der Ladedose vor Umwelteinflüssen zu schützen. Der Ladestecker ist ausgebildet, durch die translatorische Bewegung ein oder mehrere wiederverschließbare Kontaktteil- Durchbrüche in der Abdeckung zu erzeugen, durch die hindurch im Rahmen der translatorischen Bewegung Kontaktteile des Ladesteckers geführt werden können, um mit den entsprechenden Kontaktteilen der Ladedose jeweils paarweise galvanisch leitende Verbindungen zu bilden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Ladedose umfasst.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ladesäule beschrieben, die die in diesem Dokument beschriebene Ladevorrichtung umfasst.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument

beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument

beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der

Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figuren la und lb eine beispielhafte Ladevorrichtung in einer Seitenansicht; Figur lc eine beispielhafte Ladevorrichtung in einer Draufsicht;

Figur ld ein beispielhaftes Ladesystem zum Laden eines Fahrzeugs;

Figur 2a eine beispielhafte Wickelrolle zur Aufnahme eines Ladekabels;

Figur 2b eine beispielhafte Kabelführung für ein Ladekabel;

Figur 3 a ein beispielhaftes Stecksystem für ein drahtgebundenes Ladesystem; Figur 3b unterschiedliche Stellungen einer Verschlussscheibe eines

fahrzeugseitigen Steckmoduls; und

Figur 4 unterschiedliche Ausführungen des Stecksystems.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Durchführung eines automatischen,

drahtgebundenen Ladevorgangs. Insbesondere befasst sich das vorliegende Dokument dabei mit dem effizienten Herstellen einer galvanisch leitenden Steckverbindung zwischen einem Ladekabel und einer Ladebuchse eines Fahrzeugs.

Eines der Hemmnisse für die Akzeptanz und Verbreitung der Elektromobilität ist ein relativ zeitaufwendiger und umständlicher Ladevorgang zum Laden der Traktionsbatterien von rein elektrischen Fahrzeugen (BEV) und Plug-In Hybrid Fahrzeugen (PHEV). Prinzipiell kann zwischen konduktiven und induktiven Ladevorgängen unterschieden werden. Bei beiden Typen von Ladevorgängen ist meist eine aktive Beteiligung des Fahrzeugbenutzers erforderlich. Bei einem konduktiven Ladevorgang ist meist das manuelle Anstecken des Ladekabels erforderlich. Ein induktiver Ladevorgang erfordert die exakte Positionierung und Ausrichtung des Fahrzeuges relativ zu einer Bodenspule sowie die Installation der Bodenspule am Abstellplatz des Fahrzeuges. Induktive Ladesysteme befinden sich derzeit noch in der Entwicklungsphase. Daher erfolgt ein Ladevorgang derzeit fast ausschließlich konduktiv. Dabei muss nach dem Abstellen des Fahrzeuges vor dem Ladevorgang über ein geeignetes Ladekabel mit Stecksystem das Fahrzeug an ein Stromnetz bzw. an eine Ladesäule angeschlossen werden. Ebenso ist nach dem Ladevorgang das Ladekabel wieder abzustecken und entsprechend zu verstauen.

Für die Akzeptanz von elektrifizierten Fahrzeugen ist es vorteilhaft, den

Ladevorgang für einen Nutzer möglichst angenehm zu gestalten. Insbesondere sollte ein Ladevorgang möglichst autonom, aufwandslos, platzsparend, kostengünstig und ohne Rückwirkungen auf oder Beeinträchtigungen des Fahrzeugs, des Nutzer und der Ladeinfrastruktur durchgeführt werden können. Es besteht somit ein Bedarf an einem System zum automatischen Aufladen der Traktionsbatterie elektrifizierter Fahrzeuge.

Die Figuren la bis ld zeigen eine Ladevorrichtung 100 (insbesondere einen Laderoboter), die in effizienter und zuverlässiger Weise ein automatisches, konduktives Laden ermöglicht. Die Ladevorrichtung 100 kann ein Gehäuse bzw. eine Fahreinheit 108 mit ein oder mehreren Antriebsrädern 104 und ein oder mehrere Stütz- bzw. Bugräder 105 aufweisen, die es der Ladevorrichtung 100 ermöglichen, sich über einen Untergrund zu bewegen. Insbesondere kann die Ladevorrichtung 100 dabei unter den Unterboden eines Fahrzeugs 120 gefahren werden (wie in Fig. ld dargestellt).

Die Ladevorrichtung 100 ist über ein Ladekabel 102 mit einer Energieversorgung 140 verbunden. Das Ladekabel 102 kann auf einer Wickelrolle 103 aufgewickelt sein. Dabei kann die Wickelrolle 103 um die z- bzw. Hoch- Achse drehbar sein. Über das Ladekabel 102 kann elektrische Energie (z.B. ein AC- und/oder ein DC- Strom) von der Energieversorgung 140 an einen Ladestecker 110 (in diesem Dokument auch als Steckarm bezeichnet) der Ladevorrichtung 100 übertragen werden. Der Ladestecker 110 kann für einen Ladevorgang automatisch in eine Ladebuchse 130 eines Lahrzeugs 120 gesteckt werden, um über eine galvanisch leitende Verbindung einen elektrischen Energiespeicher 123 des Lahrzeugs 120 aufzuladen. Insbesondere kann dabei der Ladestecker 110 in vertikaler Richtung (z.B. in z-Richtung des Lahrzeugs 100) aus der Ladevorrichtung 100

herausgefahren werden, um den Ladestecker 110 in die am Unterboden des Lahrzeugs 100 angeordnete Ladedose 130 zu stecken (siehe Lig. ld). So kann in zuverlässiger und effizienter Weise automatisch eine (galvanisch leitende) Steckverbindung zwischen Ladevorrichtung 100 und Lahrzeug 120 hergestellt werden.

Die ein oder mehreren Antriebsräder 104 der Ladevorrichtung 100 können über einen beweglichen Arm 107 aus einem Gehäuse 108 der Ladevorrichtung 100 herausgefahren werden bzw. darin gefedert werden, um eine flexible Bewegung der Ladevorrichtung 100 zu ermöglichen. Andererseits können die ein oder mehreren Antriebsräder 104 in das Gehäuse 108 der Ladevorrichtung 100 versenkt werden, um zu bewirken, dass die Ladevorrichtung 100 fest an einer bestimmten Position (z.B. unterhalb der Ladedose 130) steht (siehe Lig. lb).

Die Ladevorrichtung 100 kann ein oder mehrere Umfeldsensoren 106 umfassen, die eingerichtet sind, Sensordaten in Bezug auf ein Umfeld der Ladevorrichtung 100 zu erfassen. Beispielhafte Umfeldsensoren 106 sind: ein Abstandsensor, ein Radarsensor, ein Ultraschallsensor, ein Bildsensor, eine Kamera, etc. Lemer umfasst die Ladevorrichtung 100 eine Steuereinheit 101, die eingerichtet ist, die Ladevorrichtung 100 zu steuern. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, eine Bewegung der Ladevorrichtung 100 in Abhängigkeit von den Sensordaten der ein oder mehreren Umfeldsensoren 106 zu steuern. Dabei kann die Ladevorrichtung 100 auf Basis der Sensordaten unter der Ladedose 130 eines Lahrzeugs 120 positioniert werden. Des Weiteren kann durch die Steuereinheit 101 veranlasst werden, dass der Ladestecker 110 aus der

Ladevorrichtung 100 herausgefahren wird, um eine Steckverbindung mit der Ladebuchse 130 herzustellen.

Fig. 2a zeigt eine beispielhafte Wickelrolle 103, auf der das Ladekabel 104 aufgewickelt werden kann. Dabei kann das Ladekabel 104, z.B. durch ein auf die Wickelrolle 103 wirkendes Drehmoment, von der Wickelrolle 103 gezogen werden, um zu bewirken, dass das Ladekabel 104 bei einer Bewegung der Ladevorrichtung 100 immer wieder aufgewickelt und straff gehalten wird. Dabei weist die Wickelrolle 103 bevorzugt ein V-förmiges Profil auf, um ein zuverlässiges Aufwickeln des Ladekabels 104 zu ermöglichen.

Fig. 2b zeigt eine beispielhafte Kabelführung, mit der das Ladekabel 104 aus dem Gehäuse 108 der Ladevorrichtung 100 heraus oder in das Gehäuse 108 der Ladevorrichtung 100 hinein geführt werden kann. Die Kabelführung kann angetriebene Rollen 201 aufweisen, zwischen denen das Ladekabel 104 durchgeführt wird. Die Rollen 201 können über Federn 202 an das Ladekabel 104 gedrückt werden. Über die angetriebenen Rollen 201 kann das Ladekabel 104 kontrolliert ab- oder aufgewickelt werden. Des Weiteren kann die Bewegung der Rollen 201 für eine Navigation der Ladevorrichtung 100 verwendet werden.

Wie bereits oben dargelegt, kann ein Ladestecker 110 aus der Ladevorrichtung 100 herausgefahren und in die Ladebuchse 130 eines Fahrzeugs 120 gesteckt werden. Fig. 3a zeigt einen beispielhaften Ladestecker 110 eines Stecksystems 300, wobei der Ladestecker 110 über ein oder mehrere Aktoren 305 (z.B. ein oder mehrere Elektromotoren) aus dem Gehäuse 108 der Ladevorrichtung 100 heraus oder in das Gehäuse 108 hereingefahren werden kann. Insbesondere kann dabei ein Führungsbolzen 302 des Ladesteckers 110 in vertikaler Richtung bewegt werden. An dem Führungsbolzen 302 kann ein Stecker 301 mit ein oder mehreren elektrischen Kontaktteilen 304 (z.B. Pins) angeordnet sein. Über die ein oder mehreren Kontaktteile 304 kann jeweils eine elektrisch und galvanisch leitende Verbindung mit entsprechenden Kontaktteilen 314 (z.B. Kontaktlöchern) der Ladebuchse 130 hergestellt werden.

Die Ladebuchse 130 kann mehrere (Abdeck-) Scheiben 311, 313 aufweisen, die dazu verwendet werden können, die ein oder mehreren Kontaktteile 314 der Ladebuchse 130 zu verschließen oder zu öffnen. Insbesondere kann durch die Scheiben 311, 313 ein Verschmutzen der Kontaktteile 314 der Ladebuchse 130 vermieden werden. Die Scheiben 311, 313 können jeweils einen Durchbruch 316 (z.B. eine Bohrung) aufweisen, in die der Führungsbolzen 302 des Ladesteckers 110 eingeführt werden kann. Der Ladestecker 110, insbesondere der

Führungsbolzen 302, kann an dem der Ladebuchse 130 zugewandten Ende konusförmig sein, so dass der Führungsbolzen 302 zuverlässig in den Durchbruch 316 gesteckt werden kann.

Wenn der Führungsbolzen 302 in den (Bolzen-) Durchbruch 316 gesteckt wird, bewirkt dies ein Verdrehen der beiden Scheiben 311, 313 relativ zueinander. Zu diesem Zweck kann der Führungsbolzen 302 z.B. eine Kulisse 303 aufweisen, die mit zumindest einer der Scheiben 311, 313 interagiert und dabei die relative Verdrehung der Scheiben 311, 313 bewirkt. Infolge der relativen Verdrehung der Scheiben 311, 313 können ein oder mehrere Löcher 317 durch die Scheiben 311, 313 geöffnet werden, durch die die entsprechenden ein oder mehreren

Kontaktteile 304 des Ladesteckers 110 hindurchgeführt werden können, um die entsprechenden ein oder mehreren Kontaktteile 314 der Ladebuchse 130 zu kontaktieren. Andererseits kann beim Herausziehen des Führungsbolzens 302 eine relative Verdrehung der Scheiben 311, 313 bewirkt werden, durch die die ein oder mehreren Löcher 317 wieder verschlossen werden. Fig. 3b zeigt die Scheiben 311, 313 in einem verschlossenen Zustand (linke Seite) und in einem geöffneten Zustand (rechte Seite).

Die Ladebuchse 130 kann Druckmittel 315 (z.B. ein oder mehrere Federn) umfassen, durch die die beiden Scheiben 311, 313 zusammengepresst werden. Des Weiteren kann zwischen den Scheiben 311, 313 eine Dichtung 312 angeordnet sein. So können ein zuverlässiges Verschließen der Löcher 317 und ein zuverlässiger Schutz der Kontaktteile 314 der Ladebuchse 130 vor

Verschmutzung ermöglicht werden.

Fig. 4 zeigt unterschiedliche Ausgestaltungen der Kontaktteile 304 des

Ladesteckers 100 und der Ladebuchse 130. In dem auf der linken Seite dargestellten Beispiel haben die Kontaktteile 304 die Form von Kreissegmenten. In dem auf der rechten Seite dargestellten Beispiel haben die Kontaktteile 304 eine kreisförmige Form. Die Löcher 317 der Scheiben 311, 312 (in diesem Dokument auch als Kontaktteil-Durchbrüche bezeichnet) weisen dann eine jeweils entsprechende Form auf.

Wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Spitze des Führungsbolzens 302 als Kontaktteil 404 verwendet werden, z.B. um eine gemeinsame Masse zwischen der

Ladevorrichtung 100 und der Ladebuchse 130 zu definieren und/oder um Daten zu übertragen.

Es wird somit ein Laderoboter 100 für einen automatisierten Ladevorgang für BEVs und PHEVs mit Schwerpunkt konduktiver Leistungsübertragung beschrieben. So können manuelle Tätigkeiten entfallen und können durch eine autonome Ladeeinrichtung 100 auf Basis Robotik ersetzt werden. Die

beschriebene Ladevorrichtung 100 umfasst eine Fahreinheit 108 (mit ein oder mehreren Antriebsrädern 105), einen ausfahrbaren Ladestecker bzw. Steckarm 110, ein Kabelmanagement, Aktorik 305, Sensorik 106 (inkl. Position-, Umfeld- und Nahfelderkennung) und eine Steuereinheit 101. Der beschriebene

Laderoboter 100 kann alle, einzelne oder eine Kombination der in diesem

Dokument beschriebenen Eigenschaften umfassen.

Die Fahreinheit 108 trägt den Steckarm 110 und die Einheit 103 für das

Kabelmanagement. Die Fahreinheit 108 dient dazu den Laderoboter 100 inkl. Ladekabel 102 und Stecker 110 zu einem Fahrzeug 120 zu bewegen und für den Steckvorgang zu positionieren. Des Weiteren dient die Fahreinheit 108 dazu, nach dem Ladevorgang den Laderoboter 100 wieder aus dem Fahrbereich des

Fahrzeuges 120 zu bringen und ggf. an seine Ausgangsposition zurückzufahren. Der Steckarm 110 ist während der Fahrt vorzugsweise kompakt

zusammengeklappt oder eingefahren.

Der Fahrantrieb der Ladevorrichtung 100 umfasst bevorzugt mindestens drei Räder 104, 105, von denen mindestens ein Rad 104 angetrieben und mindestens ein Rad 104 drehbar ist. Eine beispielhafte Ausführung besteht aus zwei einzeln angetriebenen Rädern 104, die eine Achse bilden, und einem frei drehbaren Rad 105 vor oder hinter dieser Achse (siehe Fig. la). Die Lenkung erfolgt hierbei über eine Momenten- und/oder Drehzahlsteuerung der beiden angetriebenen Räder 104. Alternativ können die beiden angetriebenen Räder 104 über einen

gemeinsamen Antrieb verfügen und die Lenkung kann über das dritte aktiv drehbare Rad 105 erfolgen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel weist vier Räder 104, 105 auf, die paarweise an zwei Achsen angeordnet sind, von denen eine angetrieben wird und die zweite zur Lenkung dient. Alternativ kann die Lenkung als Knicklenkung ausgeführt sein. Alle oder auch ein Teil der Räder 104, 105, bevorzugt die Räder an der angetriebenen Achse bzw. die Achse selbst, können gefedert gelagert sein, um auch bei geringer statischer Bodenfreiheit Hindernisse überfahren zu können. Eine bewegliche und/oder federnde Lagerung eines Rades 104 ist in Fig. lb dargestellt.

Um Stolperstellen zu vermeiden und um das Risiko des Verhedderns des

Ladekabels 102 mit dem Laderoboter 100 zu vermeiden, wird das Ladekabel 102 bevorzugt auf möglichst direktem Weg zur Ladebuchse 130 eines Fahrzeugs 120 verlegt und nach dem Ladevorgang wieder entfernt. Dies erfolgt über eine Einheit für das Kabelmanagement, die immer genau so viel freies Ladekabel 102 zur Verfügung stellt, dass die Fahreinheit 108 unbehindert manövrieren kann. Die freie Kabellänge kann aktiv (z.B. über einen Stellmotor) oder passiv (z.B. über ein Federsystem) reguliert werden. Des Weiteren kann (z.B. für Navigationszwecke) die Länge des freien Ladekabels 102 bestimmt werden.

Die Kabelmanagementeinheit kann als runde Wickelrolle 103 ausgebildet sein. Dabei kann die Wickelrolle 103 am äußeren Umfang des Laderoboters 100 angeordnet sein (wie in Fig. la dargestellt). Es handelt sich hierbei z.B. um eine runde Wickelrolle 103, die drehbar (um die z-Achse) im Laderoboter 100 gelagert ist und über eine Kabelführung 201, 202 das Ladekabel 102 an einer bestimmten Stelle des Laderoboters 100 nach außen führt.

Fig. 2a zeigt ein Beispiel für eine Wickelrolle 103. Eine V- oder C-förmige Kontur der Wickelrolle 103 erlaubt eine zuverlässige Führung des Ladekabels 102. Die Wickelrolle 103 kann passiv (über ein Federsystem) das Aufrollen des Ladekabels 102 (Abrollen erfolgt durch Antrieb des Laderoboters 100) oder aktiv (z.B. über einen Elektromotor) das Auf- und Abrollen des Ladekabels 102 bewirken.

Fig. 2b zeigt einen beispielhaften Kabelaustritt mit optionaler Kabelführung 201, 202. Über entsprechend gelagerte Rollen 201 kann die Abrollrichtung des Ladekabels 102 erfasst werden. Diese Information kann z.B. zur Unterstützung der Routenplanung oder zur Detektion eines verhakten Ladekabels 102 bzw. zum „Freifahren“ eines verhakten Ladekabels 102 verwendet werden. Um ein möglichst problemloses Auf- und Abwickeln des Ladekabels 102 zu ermöglichen, wird das Ladekabel 102 bevorzugt unter leichter Spannung auf- und abzuwickeln.

Die Einheit für das Kabelmanagement kann dazu verwendet werden, um nach dem Ladevorgang den Laderoboter 100 wieder in die Ausgangsposition zurück zu navigieren, indem der Laderoboter 100 am Ladekabel 102 entlang zurückfährt oder sich am Ladekabel 102 entlang zurückzieht. Nach erfolgter Positionierung des Laderoboters 100 in Reichweite zu der Ladedose 130 am Fahrzeug 120 erfolgt der Ansteckvorgang über einen ausfahrbaren Ladestecker bzw. Steckarm 110. Der Steckarm 110 umfasst eine Einheit 305 zum Ausfahren und Bewegen eines Steckers 301 des Steckarms 110. Der Steckarm 110 ist bevorzugt so ausgeführt, dass der Steckarm 110 mit relativ einfacher Kinematik den Stecker 301 in die Ladedose 130 steckt. Hierzu wird mindestens ein (und ggf. genau ein) aktuierter Freiheitsgrad verwendet.

Optional verfügt der Steckarm 110 über die Möglichkeit in Verbindung mit einer geeigneten Ladedose 130 eine Abdichtung des Steckers 301 bzw. der Ladedose 130 vor dem galvanischen Verbinden zu öffnen und optional nach dem galvanischen Verbinden eine Verriegelung von Stecker 301 und Ladedose 130 zu bewirken. Hierzu kann die Kinematik des Steckvorgangs mitgenutzt werden. Alternativ oder ergänzend kann ein zusätzlicher aktuierter Freiheitsgrad verwendet werden. Somit können in einer integrierten Bewegung des Steckarms 110 eine Abdichtung der Fadedose 130 an einem Fahrzeug 120 geöffnet werden, der eigentliche Steckvorgang („galvanische Verbindung“) durchgeführt und/oder eine Verriegelung durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass die aktiven Robotikelemente auf den Faderoboter 100 beschränkt werden und eine rein passive Fadedose 130 an einem Fahrzeug 120 verwendet werden kann. Alternativ können das Öffnen der abgedichteten Fadedose 130 und/oder das Verriegeln von Stecker 301 und Fadedose 130 durch eine in die Fadedose 130 integrierte Aktorik erfolgen.

Der Steckarm 110 kann eine geeignete optionale Zentrier- und Ausrichteinheit aufweisen (z.B. in Form eines konusförmigen Führungsbolzens 302). In diesem Fall kann die Positionierung des Steckarms 110 durch die Fahreinheit 108 nur in der Genauigkeit erfolgen, in der eine z.B. konusförmige Zentrierung greift. In diesem Fall weist der Steckarm 110 bevorzugt Bewegungsfreiheiten auf, die es erlauben, dass sich der Steckarm 110 (ggf. ohne Verschiebung der Fahreinheit 108) gegenüber der Fadedose 130 ausrichtet und zentriert. Dies kann z.B. über eine geeignete Lagerung oder Elastizität des Steckarms 110 in der Fahreinheit 108 erfolgen (z.B. elastische Lagerung, elastischer Steckarm 110, Linearführungen senkrecht zur Ausfahrbewegung, etc.)

Ein Beispiel für einen Laderoboter 100 mit einem zentral angeordneten ausfahrbaren Steckarm 110 ist in den Figuren la bis ld dargestellt. In diesem Beispiel wird die Fahreinheit 108 direkt unter der z.B. im Unterbodenbereich eines Fahrzeugs 100 angebrachten Ladedose 130 positioniert. Durch Ausfahren des Steckarms 110 nach oben („z-Richtung“) wird der Steckvorgang initiiert. Z.B. über eine Drehung des Steckarms 110 um die z- Achse kann ein Öffnungsvorgang der Ladedose 130 inkl. der Abdichtung 312 sowie ggf. eine Ver- und Entriegelung erfolgen (wie in Fig. 3a dargestellt). Die Drehung um die Achse des Steckarms 110 kann über eine geeignete Aktuierung aktiv erfolgen oder passiv über eine geeignete kombinierte Kinematik (z.B. kann die translatorische Bewegung in z- Richtung über eine geeignete Kulisse 303 in eine rotatorische Bewegung für den Verriegelung s- und/oder Öffnungsvorgang der Ladedose 130 umgewandelt werden). Hierbei ist es möglich, dass der Steckarm 110 um seine Achse rotiert. Alternativ oder ergänzend kann eine translatorische Bewegung des Steckarms 110 und einer Rotation des Gegenstücks der Ladedose 130 (insbesondere einer Scheibe 311, 313) erfolgen. Bei Verwendung eines entsprechenden konischen Zentrier-/ Ausrichtungssystems erfolgt die exakte Positionierung der Kontaktteile 304 des Steckers 301 und der Kontaktteile 314 der Ladedose 130 erst direkt vor dem Herstellen der galvanischen Verbindung. Zu diesem Zweck kann der

Steckarm 110 in der x-y Ebene beweglich gelagert werden und/oder der Steckarm 110 kann ausgebildet sein, über ein elastisches Element den erforderlichen Ausgleich zu ermöglichen.

Fig. 3a zeigt ein beispielhaftes Steckerkonzept mit optionaler Zentrier- / Ausrichtungseinheit. Das Steckerkonzept ermöglicht eine sichere galvanische Verbindung eines Steckers 301 (am Laderoboter 100) und eines Gegensteckers der Ladedose 130 (an einem Fahrzeug 120). Des Weiteren wird eine Abdichtung des Stecker 301 und Gegensteckers vor Schmutz und Feuchtigkeit gewährleistet (insbesondere für die an einem Fahrzeug 120 angebrachte Ladedose 130).

Am Laderoboter 100 kann eine Abdeckung und/oder Abdichtung beispielsweise über einen relativ einfachen Klappenmechanismus bereitgestellt werden, der z.B. durch den ausfahrenden Steckarm 110 aufgedrückt wird oder aktiv über einen Aktor geöffnet wird.

Die Ladedose 130 kann über eine eigene Aktorik verfügen, die vor dem

Steckvorgang eine abgedichtete Klappe oder einen Lamellenverschluss öffnet. Vorzugsweise wird eine passive Einheit an der Ladedose 130 verwendet, die durch den Steckarm 110 betätigt wird. Optional ist dem eigentlichen galvanischen Steckvorgang ein Zentrierungs- und Ausrichtungsvorgang über eine entsprechend geeignete Einheit vorgelagert, um dadurch die Anforderungen an die

Positionierung der Fahreinheit 108 zu reduzieren. Ein Beispiel für eine derartige Zentriereinheit ist ein konusförmiger Führungsbolzen 302, der auch bei ungenauer relativer Positionierung von Laderoboter 100 und Ladedose 130 in ein

entsprechendes Gegenstück (insbesondere in ein entsprechendes Loch) 316 der Ladedose 130 eingreift. Beim weiteren Einführen des konusförmigen

Führungsbolzens 302 in das Gegenstück 316 der Ladedose 130 zentriert sich der Führungsbolzen 302 im Gegenstück 316 und richtet so die Kontaktteile 304 des Steckers 301 und die entsprechenden Kontaktteile 314 der Ladedose 130 zueinander passend aus. Ein Beispiel für ein kombiniertes Stecksystem (Abdichtung, Stecken und

Verriegeln) ist in den Figuren 3a und 3b dargestellt. Die Ladedose weist neben den Kontaktteilen 314 des Gegensteckers eine Abdichtungseinheit 311, 312, 313 auf, die durch drehen geöffnet werden kann und auch darüber hinaus gleichzeitig eine Verriegelungsfunktion bereitstellen kann. Die Abdichtungseinheit 311, 312, 313 kann zwei Scheiben 311, 313 mit außermittigen Aussparungen 317 für die stromführenden Kontaktteile 304 (insbesondere Pins) des Steckarms 110 aufweisen. Des Weiteren können zwischen den Scheiben 311, 313 Abdichtungen 312 angeordnet sein. Optional kann eine Federvorspannung 315 bereitgestellt werden, um Druck auf die Dichtungen 312 auszuüben. Die Scheiben 311, 313 sind relativ zueinander drehbar gelagert, so dass zumindest zwei unterschiedliche Konfigurationen, Positionen oder Zustände auftreten. In einer ersten Position sind die Aussparungen 317 in den beiden Scheiben 311, 313 so gestaffelt, dass die Kombination der beiden Scheiben 311, 313 eine abgedichtete Einheit darstellt. In einer zweiten Position sind die

Aussparungen 317 der Scheiben 311, 313 direkt übereinander angeordnet, so dass die stromführenden Pins bzw. Buchsen 304 des Steckers 301 durch die

Aussparungen 317 der Scheiben 311, 313 hindurch auf die entsprechenden Pins bzw. Buchsen 314 des Gegensteckers gesteckt werden können.

Beide Scheiben 311, 313 können mittig eine Aussparung 316 zur Aufnahme des (konusförmigen) Führungsbolzens 302 aufweisen (insbesondere für die

Zentrierung/ Ausrichtung). In dem Führungsbolzen 302 kann eine Kulisse 303 angeordnet sein, die mit einem entsprechenden Gegenstück auf einer oder beiden Scheiben 311, 313 interagiert, so dass die translatorische Bewegung des

Führungsbolzens 302 entlang der Scheibenachse zu einer relativen Drehbewegung der beiden Scheiben 311, 313 gegeneinander führt. Das Öffnen der Abdichtung 312 erfolgt durch Drehung der Scheiben 311, 313 relativ zueinander, optional in Verbindung mit einer translatorischen Kraftwirkung zur Verringerung der optionalen Vorspannkraft auf die Dichtungen 312. Die Verriegelung kann ebenfalls über die Kontur der Kulisse 303 in Verbindung mit einem oder mehreren Gegenstücken erfolgen.

Die Kontaktteile 304 für die galvanische Verbindung sind bevorzugt

rotationssymmetrisch um den Führungsbolzen 302 für die Zentrierung angeordnet. Optional kann mittig am Ende des Führungsbolzens 302 ein weiteres Kontaktteil 404 angeordnet sein (z.B. für eine Daten Verbindung).

Ein Stecksystem mit integriertem Zentrierungs- / Ausrichtungseinheit kann als Zentrier- und Ausrichtungseinheit z.B. einen Konus mit Schaft aufweisen. Das Stecksystem zur galvanischen Verbindung ist dabei bevorzugt

rotationssymmetrisch zum Konus angeordnet. Des Weiteren kann ein

Abdichtungssystem bereitgestellt werden. Fig. 4 zeigt auf der linken Seite eine Steckereinheit mit ringförmig, konzentrisch angeordneten Kontaktflächen bzw. Kontaktteilen 304. Dabei weist ein Stecksystem typischerweise mindestens zwei Kontaktteile 304 auf. Vorteilhafterweise wird ein solches Stecksystem mit einer Drehbewegung während des Steckvorgangs kombiniert, so dass die

Kontaktstellen gegeneinander bewegt werden. Dies führt zu einer Reduzierung des Übergangswiderstands. Optional verfügen die oberen Stirnflächen der Kontaktteile 304 über eine geeignete Kontur, die in Verbindung mit der

Gegenkontur der Kontaktteile 314 des Gegensteckers einen sicheren und guten Kontakt sicherstellen, z.B. durch Vergrößerung der Kontaktfläche, und/oder durch Bereitstellung einer Klemmfunktion oder Zentrierfunktion.

Die Ladevorrichtung 100 kann Aktorik für die Fahreinheit 108, das

Kabelmanagement und/oder den Steckarm 110 aufweisen. Je nach Ausführung des Laderoboters 100 und der verbauten optionalen Komponenten sind beispielhafte Aktoren: Aktorik für Radantrieb und Lenkung; Aktorik für die Wickelrolle 103; Aktorik 305 für das Ausfahren des Ladesteckers 301; Aktorik für die Drehung des Ladesteckers 301; und/oder Aktorik zum Öffnen der Abdeckklappe des Ladesteckers 301.

Die Erfassung der Umgebung des Laderoboters 100 kann über Abstandssensoren (z.B. Ultraschall, ...) und/oder über mindestens einen Fotosensor in Verbindung mit einer Bilderkennung erfolgen. Zur Auswertung des Fotosensors können als charakteristisches Erkennungsmerkmal für ein Fahrzeug 120 die Reifen des Fahrzeugs 120 dienen (runde, schwarze Objekte). Des Weiteren kann über einen relativ einfachen Hell-/Dunkel- oder Konturabgleich erkannt werden, ob sich der Zustand eines Stellplatzes für einen Ladevorgang (Fahrzeug 120 vorhanden oder nicht) verändert hat.

Die ein oder mehreren Abstandssensoren 106 sind bevorzugt parallel zum

Untergrund ausgerichtet. Mindestens zwei Abstandssensoren 106 können dazu benutzt werden, um beim Einfahren des Laderoboters 100 unter ein Fahrzeug 120 den Abstand zu den Reifen des Fahrzeugs 120 zu vermessen. Mit dieser

Information kann eine Positionsbestimmung des Laderoboters 100 relativ zu dem Lahrzeug 120, eine Winkel-Ausrichtung des Laderoboters 100 relativ zum

Lahrzeug 120 sowie eine Erkennung, ob sich der Laderoboter 100 seitlich oder vor bzw. hinter dem Lahrzeug 120 befindet, durchgeführt werden.

Zur Erkennung des Lahrzeugs 120 aus der Entfernung können evtl ein oder mehrere der Sensoren 106 leicht nach oben geneigt sein (z.B. max. 45°). Optional ist mindestens ein zusätzlicher Abstandssensor 106 senkrecht zum Untergrund ausgerichtet. Hierüber kann beim Einfahren des Laderoboters 100 unter ein Lahrzeug 120 ein Höhenprofil des Lahrzeugunterbodens erfasst werden, welches zur Identifizierung des Lahrzeugs 120 (insbesondere eines Lahrzeugtyps) und/oder zur Orientierung/Positionsbestimmung des Laderoboters 100 unter dem Lahrzeug 120 verwendet werden kann. Optional kann ein Abstandssensor 106 im Steckarm 110 verbaut sein und somit auch zur Positionsbestimmung des Steckarms 110 relativ zu der Ladedose 130 verwendet werden.

Optional kann ein Leuchtfeuer an der Ladebuchse 130 (z.B. ein Infrarotlicht oder ein Magnetfeld) zur Lern- und Nahfeldpositionierung des Laderoboters 100 verbaut sein. Der Laderoboter 100 kann entsprechende Gegensensoren 106 zur Erfassung des Leuchtfeuers aufweisen. Bei Verwendung von mindestens drei Umfeldsensoren 106 an dem Laderoboter 100 kann eine hochgenaue

Positionsbestimmung über Triangulation ermöglicht werden. Die Nahfelderkennung, insbesondere die Annäherung des Steckarms 110 an die Ladedose 130, sowie die Steuerung und Überwachung des Ladevorgangs kann über einen evtl zusätzlichen Fotosensor 106 an dem Laderoboter 100 erfolgen, wobei der Fotosensor 106 derart ausgerichtet ist, dass die Ladedose 130 im Sichtfeld des Fotosensor 106 ist.

Für eine hohe Robustheit in Bezug auf Verschmutzung sind typischerweise Ultraschall- und/oder Magnetfeld-basierte Umfeldsensoren 106 vorteilhaft.

In einem Beispiel weist ein Laderoboter folgende Umfeldsensoren 106 auf:

Abstandssensoren (Ultraschall), die eingerichtet sind, in x-y Ebene zu erfassen (z.B. 4 Stück); zumindest einen Abstandssensor (Ultraschall), der eingerichtet ist, in z-Richtung zu erfassen; ein CCD Array Sensor (Fotosensor, Bilderkennung); IR-Sensoren oder Magnetfeldsensor (z.B. 3 Stück); und/oder Winkelsensoren (Antriebsräder) (z.B. 2 Stück; einer pro angetriebenem Rad 104)

Weitere Sensorik kann für das Kabelmanagement/Wickelsystem (z.B. ein

Winkelsensor, ein Sensor zur Erkennung der Abwicklungsrichtung und/oder der Kabelspannung) und für das Stecksystem bereitgestellt werden.

Wie bereits dargelegt, umfasst der Laderoboter 100 eine Steuereinheit 101.

Beispielhafte Aufgaben der Steuereinheit 101 sind: die Ansteuerungslogik der Aktoren, die Auswertung und Verarbeitung der Sensordaten der Sensoren 106, die Umfeld- und Nahfelderkennung, die Positionsbestimmung, die

Trajektorienplanung der Fahreinheit 108 und/oder weitere Funktionen z.B. für die Interaktion mit einem Nutzer des Laderoboters 100. Die erstgenannten Funktionen ergeben sich aus der verwendeten Sensorik und Aktorik.

Weitere beispielhafte Aufgaben der Steuereinheit 101 sind: • Steuerung (z.B. Start und Stopp) des Laderoboters 100, ggf. über eine App- Anbindung mittels eines externen elektronischen Geräts (z.B. eines Smartphones). Die Steuerung kann manuell durch einen Nutzer ausgelöst werden, zeitgesteuert erfolgen und/oder nach anderen Kriterien (z.B.

Strompreis bzw. Smart-Grid Technologie) erfolgen.

• Rückmeldung eines Status des Ladevorgangs (z.B. Ladezustand,

voraussichtliche Ladedauer, ...) über eine App- / Intemetanwendung. Bei einem verbautem Fotosensor 106 kann Bild- und/oder Videomaterial (z.B. Unterbodensicht) an einen Nutzer übertragen werden.

• Informationen aus dem Unterbodenbereich (Bildmaterial, Sensorik) eines Fahrzeugs 120 können neben der eigentlichen Funktion des Laderoboters 100 zur Zustandserkennung eines Fahrzeugs 120 oder einer

Fahrzeugkomponente verwendet werden, z.B. mit dem Ziel einen

Wartungsbedarf zu erkennen.

• Steuerung des Ladevorgangs z.B. über virtuelle Tasten, die vom

Laderoboter 100 auf den Boden projiziert werden und z.B. per Fuß betätigt werden können. Hierzu können z.B. die Abstandssensorik oder der Fotosensor verwendet werden, um die Betätigung einer virtuellen Taste zu detektieren.

• Über eine Verbindung zu dem zu ladenden Fahrzeug 120 kann die

Sensorik (z.B. park distance control, Rückfahrkamera, Umgebungskamera, Ortung Funkschlüssel, etc.) des Fahrzeugs 120 mitbenutzt werden, z.B. für die Positionsbestimmung und Navigation des Laderoboters 100. Des Weiteren wird über diese Schnittstelle zum Fahrzeug 100 eine

Rückübermittlung von Daten zum Fahrzeug 120 ermöglicht.

• Der Laderoboter 100 kann z.B. als Zusatzfunktion einen Marderschutz bereitstellen. Sobald z.B. über einen Fotosensor 106 des Laderoboters 100 ein Tier bzw. bewegtes Objekt in Mardergröße erkannt wird, kann der Laderoboter 100 z.B. über Zufahren auf das Objekt versuchen, dieses zu vertreiben. Optional kann der Laderoboter 100 zusätzliche Einheiten zur Vertreibung und Abschreckung von Mardern umfassen. Der Laderoboter 100 kann als eine sich am Boden bewegende Einheit konzipiert sein. Alternativ kann der Laderoboter 100 ausgebildet sein, sich an einer Decke (z.B. an einer Garagendecke) zu bewegen, um ein am Boden liegendes Ladekabel 102 zu vermeiden. Über eine geeignete Aufnahmeeinheit kann der Laderoboter 100 über einem Lahrzeug 120 angebracht werden. Diese Aufnahmeeinheit kann mindestens eine Lührungs schiene aufweisen, an der entlang der Laderoboter 100 über seinen eigenen Antrieb oder mit Hilfe einer zusätzlichen Aktorik verfahren werden kann. Auf diese Weise definiert sich ein zumindest eindimensionaler Arbeitsraum in dem der Laderoboter 100 relativ zu dem Lahrzeug 120 positioniert werden kann. Eine Lührungsschiene kann drehbar gelagert sein, um den

Arbeitsbereich zu vergrößern und auf zwei Dimensionen zu erweitern.

Der Laderoboter 100 kann derart positioniert werden, dass der Laderoboter 100 hinter, vor oder seitlich von einem Lahrzeug 120 zum Boden abgelassen werden kann. Das Ablassen kann über eine eigene Ablassvorrichtung erfolgen oder kann in die Vorrichtung für das Kabelmanagement des Laderoboters 100 integriert sein. Am Boden angekommen, fährt der Laderoboter 100, wie in diesem Dokument beschrieben, zu der Ladedose 130 des Lahrzeugs 100. Nach dem Ladevorgang kann der Laderoboter 100 über die Ablassvorrichtung wieder auf seine

ursprüngliche Position hochgezogen werden.

Alternativ kann die über dem Lahrzeug 120 installierte Einrichtung nur für die Kabelführung verwendet werden, um ein am Boden liegendes Ladekabel 102 zu vermeiden bzw. zu minimieren. Der Laderoboter 100 kann sich dann

ausschließlich auf dem Boden bewegen.

In diesem Dokument wird somit eine Ladevorrichtung bzw. ein Laderoboter 100 beschrieben, die in effizienter und zuverlässiger Weise ein automatisiertes Laden von Traktionsbatterien 123 in elektrifizierten Lahrzeugen (PHEV, BEV, etc.) ermöglichen. Die Ladevorrichtung 100 ist besonders effizient auf lokal begrenzten Flächen (z.B. Garagen, Tiefgaragen, Stellplätzen, Parkhäuser, etc.) einsetzbar. Die Ladevorrichtung 100 kann dabei in Zusammenhang mit unterschiedlichen Typen von Fahrzeugen 120 verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.