Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Laden eines

Fahrzeugs.

Aus der EP 2 039 557 A1 ist eine Vorrichtung zum elektrischen Laden eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Vorrichtung mindestens eine Ladeschnittstelle und mindestens eine

Stelleinrichtung aufweist. Die Stelleinrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass diese die Ladeschnittstelle mindestens von einer ersten Position in eine zweite angehobene Position und umgekehrt bewegen kann. Die Ladeschnittstelle ist elektrisch mit einer

Ladungsspannungsquelle verbunden, die die Ladeschnittstelle mit einer Ladespannung versorgt. Die Ladeschnittstelle ist dabei derart ausgebildet, dass diese in der zweiten Position mit einer Schnittstelle eines Kraftfahrzeugs in elektrischen Kontakt kommt, um das

Kraftfahrzeug zu laden. Dabei ist die Ladeschnittstelle in der ersten Position spannungslos und wird erst auf dem Weg in die zweite Position mit Spannung beaufschlagt. Dabei ist weiter offenbart, dass nach Beendigung des Ladevorgangs die Spannungsversorgung der

Stelleinrichtung abgeschaltet wird und die Stelleinrichtung durch die Entspannung einer Feder wieder in die erste Position bewegt wird.

Eine weitere Vorrichtung zum Laden eines Fahrzeugs ist aus der DE 10 2012 204 021 A1 bekannt, wobei dort eine induktive Ladung über die Ladeschnittstelle offenbart ist. Dabei erfolgt zu Beginn des Ladevorgangs die Übertragung eines Identifikationssignals vom Kraftfahrzeug an ein der Vorrichtung zugeordnetes Steuergerät. Dabei wird vorgeschlagen, die Kommunikations- Schnittstelle des Kraftfahrzeugs redundant auszubilden.

Aus der DE 10 201 1 105 421 A1 ist eine Vorrichtung zum Aufladen von wenigstens einer Batterie eines mindestens teilweise mit Strom betreibbaren Fahrzeugs, insbesondere

Landfahrzeugs, bekannt, umfassend wenigstens eine Ladeschnittstelle zum Verbinden der wenigstens einen Batterie mit einer Stromquelle. Dabei ist die Ladeschnittstelle zum Verbinden der wenigstens einen Batterie mit der Stromquelle in einer Fahrbahn versenkbar und zum Aufladen der wenigstens einen Batterie des mit Strom betreibbaren Fahrzeugs freigebbar angeordnet. Die Ladeschnittstelle ist dabei an einem Trägerelement als Stelleinrichtung angeordnet, wobei das Trägerelement relativ zur Fahrbahn beweglich ist. Das Trägerelement ist dabei vorzugsweise mittels einer eigenen Antriebs- und/oder Versorgungsleitung verbunden. Dabei erfolgt die Ladung mittels eines Kabels, wobei die Vorrichtung hierzu zwei

Ladeschnittstellen aufweist. Vorzugsweise ist den zwei Ladeschnittstellen und/oder dem

Trägerelement eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Betriebes der zwei

Ladeschnittstellen und/oder des Trägerelements zugeordnet. Durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung erfolgt eine Betätigung und Aktivierung der zwei Ladeschnittstellen und/oder des Trägerelements vor Ort. Beispielsweise erhält das Trägerelement entsprechende Signale zum Ein- oder Ausfahren vor bzw. nach Beendigung der Aufladung der Batterie. Ebenso lässt sich mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung etwa eine Freischaltung der jeweiligen

Ladeschnittstelle erhalten, um die Aufladung nach An-/Einsteckung entsprechender Kabel und den Anschluss mit der aufzuladenden Batterie vorzunehmen und die Aufladung definiert zu beginnen sowie zu beenden. Des Weiteren ist den zwei Ladeschnittstellen eine zentrale Einrichtung zugeordnet. Die zentrale Einrichtung dient etwa der Identifizierung eines Fahrers eines Fahrzeugs, dessen Batterie aufgeladen werden soll, der Freischaltung der zwei

Ladeschnittstellen ganz allgemein, der Überwachung der Ladesteuerung, des

Überspannungsschutzes, des Überstromschutzes, der Isolation und vielen anderem mehr. Die zentrale Einrichtung ist beispielsweise in mittelbarer Nähe von mehreren Vorrichtungen platziert, kann aber auch in einer Art Überwachungs- und Koordinationsraum am Sitz des Betreibers sein, von welchem sich sämtliche der installierten Vorrichtungen oder daraus gebildete separierte Netze Vorrichtungen ansteuern und regeln oder in sonstige Weise betätigen lassen. Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung, die zum Betrieb der zwei Ladeschnittstellen und/oder des Trägerelements vorgesehen ist, direkt von dem Fahrer des Fahrzeugs ansteuer- und betätigbar oder aktivierbar. In alternativer oder kumulativer Ausgestaltung ist allerdings eine Ansteuerung und Betätigung oder Aktivierung dessen indirekt durch den Fahrer gleichermaßen möglich, beispielsweise durch Zwischenschaltung der zentralen Einrichtung.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die Betriebssicherheit einer Vorrichtung zum elektrischen Laden weiter zu verbessern. Ein weiteres technisches Problem besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierzu weist die Vorrichtung zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs mindestens eine

Ladeschnittstelle und mindestens eine Stelleinrichtung auf, wobei die Stelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese die Ladeschnittstelle mindestens von einer ersten Position in eine zweite angehobene Position und umgekehrt bewegen kann. Die Ladeschnittstelle ist mit einer Ladungsspannungsquelle verbunden, die die Ladeschnittstelle mit einer Ladespannung versorgt. Die Stelleinrichtung ist derart ausgebildet, dass die Stelleinrichtung automatisch bei einem Ausfall der Ladespannung an der Ladeschnittstelle von der zweiten Position in die erste Position bewegt wird. Hierdurch wird verhindert, dass eine Situation entsteht, wo der

Ladevorgang einerseits nicht fortgesetzt werden kann, weil keine Ladespannung vorhanden ist, andererseits das Fahrzeug nicht wegbewegt werden kann, weil die Stelleinrichtung in der zweiten Position sich befindet. Dies wird auch nicht durch die EP 2 039 557 A1 gelöst, da Fälle denkbar sind, wo zwar keine Ladespannung vorhanden ist (z.B. wegen eines Kabelbruchs), aber die Ladungsspannungsquelle weiterhin die Stelleinrichtung mit Spannung versorgt. Die Ladespannungsquelle kann dabei eine ein- oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichspannungsquelle sein. Die Ladeschnittstelle kann für ein induktives oder ein galvanisches Laden ausgebildet sein

In einer Ausführungsform ist die Stelleinrichtung mit einer separaten Spannungsversorgung ausgebildet und weist eine Messschaltung zur Erfassung einer Spannung an der

Ladeschnittstelle auf. Hierdurch ist sichergestellt, dass auch bei Ausfall der

Ladungsspannungsquelle die Stelleinrichtung sicher in die erste Position bewegbar ist.

Die separate Spannungsversorgung ist dabei in einer Ausführungsform als Energiespeicher ausgebildet. Beispielsweise ist der Energiespeicher eine Batterie oder ein Kondensator.

Vorzugsweise wird dabei der elektrische Energiespeicher über die Ladungsspannungsquelle geladen, beispielsweise über einen AC/DC-Wechselrichter oder einen DC/DC-Wandler.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Stelleinrichtung derart ausgebildet, dass die zweite Position derart mechanisch oder magnetisch verriegelt ist, dass diese ohne elektrische

Energiezufuhr gehalten wird. Insbesondere wenn die Stelleinrichtung relativ lange in der zweiten Position ist, wird so erheblich Energie eingespart.

In einer alternativen Ausführungsform wird die Stelleinrichtung über die

Ladungsspannungsquelle versorgt, vorzugsweise über die Ladeschnittstelle, wobei die

Stelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass das Halten der Stelleinrichtung in der zweiten Position durch die Ladespannung erfolgt. Hierdurch wird bei Ausfall der Ladespannung automatisch die Stelleinrichtung in die erste Position bewegt, beispielsweise allein aufgrund der Gewichtskraft.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Stelleinrichtung eine Federanordnung auf, die derart ausgebildet ist, dass die Federanordnung bei einer Bewegung von der ersten Position in die zweite Position gespannt wird. Hierdurch wird die Rückstellung aufgrund der Gewichtskraft durch die Entspannung der Federanordnung unterstützt.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens eine erste

Kommunikations-Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Fahrzeug und mindestens eine zweite Kommunikations-Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Zentrale auf. Dabei ist die Vorrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Stelleinrichtung mittels eines

Steuerbefehls von der zweiten Position in die erste Position bewegt wird, der an der ersten Kommunikations-Schnittstelle oder zweiten Kommunikations-Schnittstelle empfangen wird. Somit kann ein Kraftfahrzeug entweder über die erste Kommunikations-Schnittstelle oder über die Zentrale die Stelleinrichtung zurück in die erste Position bewegen, sodass auch bei einer Störung der ersten Kommunikations-Schnittstelle die Stelleinrichtung angesprochen werden kann.

Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum elektrischen Laden eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Position,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer zweiten

Position,

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum elektrischen Laden eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Position iin einer weiteren Ausführungsform und Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. 3 in einer zweiten

Position.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Laden eines nicht dargestellten Fahrzeugs dargestellt. In der dargestellten ersten Position P1 liegt die Vorrichtung 1 unterhalb des Bodens 100. Die erste Position P1 kann jedoch auch derart gewählt werden, dass die Vorrichtung 1 oberhalb des Bodens 100 liegt, so lange sichergestellt ist, dass durch die Vorrichtung 1 eine Bewegung des Fahrzeugs nicht behindert wird. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Stelleinrichtung 2, die einen ausfahrbaren Kolben 4 aufweist. Mit dem Kolben 4 ist eine Ladeschnittstelle 5 verbunden, mittels derer ein Fahrzeug galvanisch oder induktiv geladen werden kann. Weiter weist die Vorrichtung 1 eine Ladespannungsquelle 6, einen AC/DC- Wechselrichter 7, eine Batterie 8, ein Steuergerät 9, eine Leistungselektronik 10 und eine Messeinrichtung V zur Erfassung einer Ladespannung an der Ladeschnittstelle 5 auf. Das Steuergerät 9 ist mit einer ersten Kommunikations-Schnittstelle 1 1 und einer zweiten

Kommunikations-Schnittstelle 12 ausgebildet. Die Ladespannungsquelle 6 ist direkt mit der Ladeschnittstelle 5 verbunden und lädt darüber hinaus die Batterie 8 über den AC/DC- Wechselrichter 7. Über die erste Kommunikations-Schnittstelle 1 1 kann das Steuergerät 9 mit dem Fahrzeug und über die zweite Kommunikations-Schnittstelle 12 kann das Steuergerät 9 mit einer Zentrale 13 kommunizieren. Die beiden Kommunikations-Schnittstellen 1 1 , 12 können dabei jeweils als drahtlose oder drahtgebundene Schnittstellen ausgebildet sein.

Befindet sich ein Fahrzeug oberhalb der Ladeschnittstelle 5, um elektrisch geladen zu werden, so kann das Fahrzeug einen entsprechenden Steuerbefehl an die erste Kommunikations- Schnittstelle 1 1 übermitteln, worauf das Steuergerät 9 über die Leistungselektronik 10 die Stelleinrichtung 2 ansteuert. Der Kolben 4 wird dann ausgefahren, sodass die Ladeschnittstelle 5 in eine zweite angehobene Position P2 gelangt, was in Fig. 2 dargestellt ist.

Nach Beendigung des Ladevorganges kann dann das Fahrzeug über einen weiteren Befehl der Vorrichtung 1 die Beendigung des Ladevorganges signalisieren. Bei einem Defekt der

Kommunikations-Schnittstelle 1 1 kann dies über die Zentrale 13 erfolgen, wozu das Fahrzeug einen Befehl an die Zentrale 13 übermittelt, die dann über die zweite Kommunikations- Schnittstelle 12 das Steuergerät 9 anspricht.

Ist die Ladeschnittstelle 5 spannungslos, so kann der Ladevorgang nicht beendet werden. Eine solche Situation wird von der Masseeinrichtung V erfasst und an das Steuergerät 9 übermittelt. Das Steuergerät 9 steuert entsprechend die Leistungselektronik 10 an, sodass die Ladeschnittstelle 5 wieder in die erste Position P1 bewegt wird, wobei die Energieversorgung durch die Batterie 8 sichergestellt ist. Dabei ist noch anzumerken, dass die zweite Position P2 durch eine mechanische Verriegelung selbsthaltend ist und daher aktiv durch eine Bewegung der Stelleinrichtung 2 bzw. des Kolbens 4 der Wechsel von der zweiten Position P2 zur ersten Position P1 erfolgen muss.

In den Fig. 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 dargestellt. Der wesentliche Unterschied ist, dass die Ladespannungsquelle 6 über den AC/DC-Wechselrichter 7 direkt das Steuergerät 9 versorgt. Auch die Stelleinrichtung 2 wird über die

Leistungselektronik 10 aus der Ladespannungsquelle 6 versorgt. Die Stelleinrichtung 2 ist dabei derart ausgebildet, dass diese durch Ansteuerung über die Leistungselektronik 10 von der ersten Position P1 (siehe Fig. 3) in die zweite Position P2 bewegt wird (siehe Fig. 4), wobei die Haltekraft durch die elektrische Energie der Leistungselektronik 10 aufgebracht wird. Bei der Bewegung von der ersten Position P1 in die zweite Position P2 wird eine Federanordnung 14 gespannt. Kommt es nun zu einem Ausfall der Ladespannung an der Ladeschnittstelle 5, so wird auch die Haltekraft nicht mehr aufgebracht. Die Federanordnung 14 entspannt sich und zusammen mit der Gewichtskraft wird die Stelleinrichtung 2 mit der Ladeschnittstelle 5 automatisch wieder in die erste Position P1 bewegt.