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Die Erfindung betrifft eine Ladeanordnung zum Laden eines ersten Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, wobei die Ladeanordnung einen fahrbaren Laderoboter zum automatischen Herstellen eines elektrischen, galvanischen Kontakts zwischen einer vom Laderoboter umfassten ersten Anschlusseinrichtung und einer zweiten Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs aufweist, und wobei der Laderoboter ein elektrisch an die erste Anschlusseinrichtung angeschlossenes Ladekabel aufweist, das ein erstes Ende umfasst, das mit dem Laderoboter verbunden ist, und ein zweites Ende zum Koppeln mit einer Stromquelle aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
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Fahrbare Laderoboter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher fahrbarer Laderoboter ist beispielsweise in der
DE 10 2015 015 698 A1 offenbart. Dieser ist frei unter einem Kraftfahrzeug verlagerbar und dabei selbstfahrend ausgebildet. Der Roboter weist dabei eine zum Beispiel als Stecker ausgebildete Anschlusseinrichtung auf, die durch den Roboter in vertikaler Richtung verlagerbar ist, um so eine Steckverbindung zu einer unterseitig am Kraftfahrzeug angeordneten korrespondierenden Buchse herzustellen. Der Laderoboter ist dabei über ein Ladekabel an eine Stromquelle angebunden. Dieses Ladekabel ist dabei elektrisch mit dem Stecker verbunden.
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Neben einem solchen Laderoboter gibt es noch zahlreiche weitere Möglichkeiten, einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, zu laden. Die einfachste Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Ladekabels, welches der Fahrer einerseits am Kraftfahrzeug anschließen kann und welches andererseits an einer Ladestation oder einem Hausnetzanschluss anschließbar ist oder an einer Wallbox anschließbar ist oder angeschlossen ist. Das manuelle Hersteller solcher Steckverbindungen ist für einen Benutzer jedoch aufwendig, zumindest im Vergleich zu Systemen, die eine automatische Kontaktierung, insbesondere eine galvanische oder induktive Kontaktierung ermöglichen.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2018 123 350 A1 eine Ladevorrichtung zum Laden einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, die eine Bodeneinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, einen Ladestrom bereitzustellen und eine Kopplungsvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Bodeneinheit und die Fahrzeugeinheit zur Übertragung eines Ladestroms automatisch miteinander zu koppeln, wobei das Koppeln durch eine Relativbewegung der Bodeneinheit und der Fahrzeugeinheit in Fahrzeuglängsrichtung erreicht wird. Mit anderen Worten kann hierdurch beim regulären Prozess des Einparkens beziehungsweise Abstellens eines Elektrofahrzeugs, welches sich in seiner Fahrzeuglängsrichtung bewegt, automatisch eine Kontaktierung hergestellt werden.
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Auch bei induktiven Ladesystemen lässt es sich vermeiden, dass ein Ladekontakt manuell hergestellt werden muss. Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2018 203 371 A1 eine kontaktlose Ladeeinrichtung zum kontaktlosen Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs. Solche kontaktlose Ladeeinrichtungen weisen jedoch üblicherweise den Nachteil auf, dass durch diese keine sonderlich hohen Ladeleistungen bereitstellbar sind beziehungsweise dass diese einen relativ niedrigen Wirkungsgrad aufweisen. Andererseits lässt sich hierdurch jedoch eine sehr komfortable Kopplungsmöglichkeit zu einer kraftfahrzeugseitigen induktiven Einheit bereitstellen, die ohne die Notwendigkeit eines manuell auszuführenden Steckvorgangs auskommt. Gemäß der
DE 10 2018 203 371 A1 weist die kontaktlose Ladeeinrichtung zudem eine Schnittstelle zur kommunikativen und zur kabelgebundenen elektrischen Kopplung mit einer Ladestation, zum Beispiel einer Wallbox, auf, die zum kabelgebundenen Laden des Energiespeichers ausgebildet ist. Über die Wallbox kann die induktive Ladeeinrichtung mit Energie versorgt werden oder alternativ kann die Wallbox auch selbst direkt zum Laden des Energiespeichers verwendet werden. Dadurch ist dem Benutzer die Wahlmöglichkeit bereitgestellt, um zwischen einem direkten Laden durch die Wallbox mit hoher Ladeleistung und dem Laden durch die induktive Ladeeinheit mit komfortabler Kopplung zu wählen.
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Wünschenswert wäre es jedoch, nicht zwischen hohen Ladeleistungen und komfortabler Kopplungsmöglichkeit wählen zu müssen, sondern stattdessen diese beiden Eigenschaften in einer Ladeanordnung vereinen zu können. Dies lässt sich prinzipiell durch oben genannte Systeme umsetzen, zum Beispiel einem Laderoboter oder der Ladevorrichtung zum Laden der Traktionsbatterie, die ein automatisches Koppeln beim Einparken ermöglicht. Allerdings sind derartige Systeme relativ aufwendig und teuer in der Anschaffung. Ein weiteres Problem besteht zudem darin, dass viele aktuelle Elektrofahrzeuge lediglich über Anschlüsse am Fahrzeug verfügen, die ein manuelles Stecken eines Ladesteckers erfordern. Somit besteht aktuell die einzige Möglichkeit, um höhere Ladeleistungen auch zu Hause erzielen zu können, darin, zum Laden in eine Wallbox zu investieren. Weisen zukünftige Elektrofahrzeuge weitere Lademöglichkeiten und Kopplungsmöglichkeiten auf, zum Beispiel die Möglichkeit zum induktiven Laden durch eine bodenseitige Ladeeinheit oder eine bodenseitige Buchseneinheit oder anderer unterseitiger Anschlusseinrichtungen zum galvanischen automatischen Koppeln, zum Beispiel mittels eines Laderoboters, so muss ein Benutzer, der bereits in eine Wallbox investiert hat, nochmal erneut für ein solches automatisches Ladesystem bezahlen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ladeanordnung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine Bereitstellung hoher Ladeleistungen und gleichzeitig eine für einen Benutzer sehr komfortable Kopplungsmöglichkeit bereitstellen, und dies auf möglichst kostengünstige Art und Weise.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladeanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Ladeanordnung zum Laden eines ersten Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs weist einen fahrbaren Laderoboter zum automatischen Herstellen eines elektrischen, galvanischen Kontakts zwischen einer vom Laderoboter umfassten ersten Anschlusseinrichtung und einer zweiten Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs auf, wobei der Laderoboter ein elektrisch an die erste Anschlusseinrichtung angeschlossenes Ladekabel aufweist, das ein erstes Ende umfasst, das mit dem Laderoboter verbunden ist, und ein zweites Ende zum Koppeln mit einer Stromquelle aufweist. Dabei weist die Ladeanordnung eine dritte Anschlusseinrichtung auf, die mit dem zweiten Ende des Ladekabels verbunden ist, und die zum galvanischen elektrischen Koppeln mit einer vierten Anschlusseinrichtung ausgebildet ist, die von einer eine Ladesteuereinrichtung umfassenden Ladeeinheit umfasst ist, die zum kabelgebundenen Laden des ersten Energiespeichers ausgebildet ist.
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Bei der Ladeeinheit kann es sich zum Beispiel um eine Wandladeeinheit beziehungsweise Wallbox handeln. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass solche Ladeeinheiten, wie zum Beispiel Wallboxen, über eine durch die Ladesteuereinrichtung bereitgestellte Ladeintelligenz verfügen, und zum Beispiel auch diverse Schaltelemente, zum Beispiel ein Relais, sowie eine Kommunikationsmöglichkeit zur Kommunikation mit dem Kraftfahrzeug, wenn dieses an die Ladeeinheit angeschlossen ist. Diese zahlreichen Funktionalitäten sind üblicherweise auch in herkömmliche fahrbare Laderoboter integriert, die letztendlich die gleichen Funktionen wie eine Wallbox bereitstellen können, nur eben zusätzlich zum automatischen Fahren und zum automatischen Herstellen der Steckverbindung zum Kraftfahrzeug ausgebildet sind. Die Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, dass wenn ein Benutzer beispielsweise bereits über eine Wallbox verfügt, die durch eine solche Ladeeinheit bereitgestellten Funktionalitäten entsprechend auch durch den fahrbaren Laderoboter genutzt werden können, so dass dieser selbst nicht mehr die genannten Funktionalität, insbesondere die Ladeintelligenz und sonstige mit dem Laden in Zusammenhang stehenden Funktionen aufweisen und bereitstellen muss, und dadurch deutlich einfacher und kostengünstiger ausgestaltet werden kann. Die erfindungsgemäße Ladeanordnung mit dem Laderoboter fungiert dann sozusagen als Verlängerungskabel für die Wallbox mit automatischer Kontaktierungsfunktion. Somit kann ein Benutzer, der zum Beispiel eine komfortable Kopplungsmöglichkeit zum Laden seines Kraftfahrzeugs wünscht, seine bestehende Wallbox einfach durch eine solch einfach ausgebildete Ladeanordnung auf besonders kostengünstige Weise nachrüsten. Durch das Vorsehen der dritten Anschlusseinrichtung ist es also vorteilhafterweise möglich, den Laderoboter mit der Wallbox, die vorliegend im Allgemeinen als Ladeeinheit bezeichnet wird, zu koppeln. Die Wallbox kann dann einfach die Energieversorgung zum Laden des Energiespeichers über die dritte Anschlusseinrichtung, das Ladekabel, den Roboter und dessen erste Anschlusseinrichtung, die er automatisch mit der zweiten Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs kontaktieren kann, bereitstellen. Ist also der Laderoboter über das Ladekabel und über die dritte Anschlusseinrichtung mit der Wallbox gekoppelt, so kann der Laderoboter einfach unter das Kraftfahrzeug fahren, die erste Anschlusseinrichtung mit der zweiten kraftfahrzeugseitigen Anschlusseinrichtung kontaktieren, ohne dass der Benutzer also manuell diese Kontaktierung vornehmen muss. Dann kann der Ladevorgang beginnen, wobei die Steuerung des Ladevorgangs selbst von der bestehenden Wallbox übernommen werden kann. Ein besonders großer Vorteil der Ladeanordnung, die also zur Kopplung mit einer Wallbox ausgebildet ist und gleichzeitig einen automatischen Kontaktierungsvorgang zum Kraftfahrzeug ermöglicht, besteht vor allem darin, dass ein Benutzer hierbei nicht zwischen hohen Ladeleistungen und einer komfortablen Kopplungsmöglichkeit wählen muss. Da der Laderoboter die elektrische Kopplung zum Kraftfahrzeug automatisch durchführen kann, und diese nicht durch eine induktive Kopplung, sondern durch einen galvanischen Kontakt bereitgestellt ist, können hierbei also vorteilhafterweise sehr hohe Ladeleistungen mit hohen Wirkungsgraden erzielt werden und gleichzeitig eine automatische und daher komfortable Kopplung. Dies lässt sich nunmehr zudem auf besonders kostengünstige Weise ermöglichen, da die Ladeanordnung an eine Ladeeinheit, zum Beispiel eine bereits vorhandene Wallbox, anschließbar ist und daher selbst keinerlei Ladeintelligenz mitbringen muss, was eine sehr einfache und kostengünstige Ausbildung der Ladeanordnung erlaubt. Bestehende Ladeeinheiten können so auf einfache Weise durch eine kostengünstige Ladeanordnung nachgerüstet werden. Zusatzkosten für die bereits vorhandenen Wallboxfunktionen in der automatischen Ladevorrichtung, das heißt in der Ladeanordnung, können somit gespart werden. Da viele Benutzer eines Elektrofahrzeugs bereits eine Wallbox haben oder diese ohnehin gerne für ihr Fahrzeug unabhängig von einer zusätzlichen automatischen Lademöglichkeit haben wollen, können durch die Ladeanordnung vorteilhafterweise die gleichen Ressourcen und Funktionen genutzt werden.
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Der Laderoboter ist, wie beschrieben, fahrbar ausgebildet und kann sich entsprechend auf einem Untergrund in verschiedene Bewegungsrichtungen bewegen, die zumindest zum Teil und vorzugsweise vollständig parallel zum Untergrund gerichtet sind. Der Laderoboter selbst soll aber an keiner Stelle mechanisch am Untergrund fixiert sein. Zum Fahren kann der Laderoboter beispielsweise eines oder mehrere Räder und einen Antrieb aufweisen. Auch kann der Laderoboter Sensoren aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, eine Umgebung des Laderoboters zu erfassen, wobei der Laderoboter weiterhin dazu ausgelegt sein kann, auf Basis der erfassten Sensordaten sich in seiner Umgebung zu orientieren, die zweite Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs aufzufinden und sich korrekt in Bezug auf die zweite Anschlusseinrichtung zu positionieren. Solche Sensoren können zum Beispiel einen Laserscanner beziehungsweise Lidar umfassen, Ultraschallsensoren, eine Kamera, einen Radar oder ähnliches. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Laderoboter zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen der ersten Anschlusseinrichtung und der zweiten Anschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, welche an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, insbesondere in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs. Um den Kontakt herzustellen, kann der Laderoboter also einfach unter das Kraftfahrzeug fahren, sich korrekt in Bezug auf die zweite Anschlusseinrichtung ausrichten und den elektrischen Kontakt herstellen. Dies kann beispielsweise unter Verwendung einer Hubeinrichtung erfolgen, die Anschlusseinrichtung nach oben fahren kann, bis der Kontakt zur zweiten Anschlusseinrichtung bestimmungsgemäß hergestellt ist, zum Beispiel bis der Ladestecker als Beispiel für eine erste Anschlusseinrichtung in die fahrzeugseitige Ladebuchse als Beispiel für eine zweite Anschlusseinrichtung eingesteckt ist. Der Laderoboter kann also zum Beispiel eine Bodeneinheit zur Positionierung auf einem Untergrund aufweisen, welcher auch die oben beschriebenen Räder umfassen kann, um den Laderoboter auf dem Untergrund zu fahren. Die erste Anschlusseinrichtung kann dann entsprechend mittels der Hubeinrichtung gegenüber der Bodeneinheit des Laderoboters bewegt werden. Auch der Aussteckvorgang nach dem Ladevorgang kann automatisiert durch den Laderoboter erfolgen. Nach dem Trennen des galvanischen Kontakts zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung kann der Roboter die erste Anschlusseinrichtung mittels der Hubeinrichtung wieder nach unten fahren und sich unter dem Fahrzeug vor bewegen, zum Beispiel an eine vorbestimmte Parkposition der Laderoboters.
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Beispielsweise ist die dritte Anschlusseinrichtung zum reversiblen elektrischen Koppeln mit der vierten Anschlusseinrichtung ausgebildet. Dies erlaubt ein einfaches Nachrüsten ohne aufwendige Elektroinstallation. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kopplungsmöglichkeiten zwischen der ersten Anschlusseinrichtung und der zweiten Anschlusseinrichtung sowie auch zwischen der dritten Anschlusseinrichtung und der korrespondierenden vierten Anschlusseinrichtung als reversible elektrische Kopplungsmöglichkeiten, beispielsweise als Steckverbindungen ausgestaltet sind, also als wieder lösbare Steckverbindungen. Jeweils eine Anschlusseinrichtung dieser beiden Anschlusspaare kann also als Stecker und die andere als korrespondierende Buchse ausgebildet sein beziehungsweise eine der beiden Anschlusseinrichtungen kann einen Stecker und die andere eine Buchse umfassen. Nichtsdestoweniger wäre eine festverdrahtete elektrische Verbindung als Kopplung zwischen der dritten und vierten Anschlusseinrichtung auch denkbar. Unabhängig davon sind bevorzugt beide Kopplungsmöglichkeiten, das heißt zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung sowie zwischen der dritten und vierten Anschlusseinrichtung, als galvanische elektrische Verbindungen ausgestaltet. Hierdurch lassen sich entsprechend höhere Ladeleistungen bereitstellen im Vergleich zu induktiven Kopplungen.
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Die Ladesteuereinrichtung der Ladeeinheit ist dazu ausgebildet, den Ladevorgang zum Laden des ersten Energiespeichers des Kraftfahrzeugs zu steuern. Zu diesem Zweck kann die Ladesteuereinrichtung ein Relais der Ladeeinheit ansteuern, um den Ladestromfluss freizugeben, insbesondere zu Beginn des Ladevorgangs, und/oder den Stromfluss zu unterbrechen, insbesondere zum Beenden des Ladevorgangs oder zum Abbruch des Ladevorgangs. Die Ladesteuereinrichtung kann auch eine Überwachungsfunktion aufweisen, um den Ladevorgang zu überwachen. Zudem kann die Ladesteuereinrichtung den Ladestrom hinsichtlich seiner Größe steuern. Auch Umrichter und dergleichen können in die Ladeeinheit integriert sein. Eine Stromumrichtung findet entsprechend im Laderoboter selbst nicht statt. Der Laderoboter kann selbst dennoch eine Steuereinrichtung aufweisen, um beispielsweise oben beschriebene Hubeinrichtung zu steuern, sowie auch die Fahrbewegung des Laderoboters abhängig von den Sensorsignalen der Umfeldsensoren. Eine Steuerung des Ladevorgangs durch den Laderoboter ist jedoch nicht erforderlich. Nichts desto weniger kann unter Umständen durch den Laderoboter dennoch eine Art Notabschaltfunktion bereitstellbar sein, sowie eine später näher erläuterte Überwachung der Kommunikation zwischen Kraftfahrzeug und Ladeeinheit.
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Auch muss der Laderoboter keine Schalteinrichtung, zum Beispiel in Form eines Relais, aufweisen, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Ende des Ladekabels und der ersten Anschlusseinrichtung herzustellen oder zu unterbrechen. Mit anderen Worten kann das erste Ende des Ladekabels, welches mit dem Laderoboter verbunden ist, auch ohne Unterbrechung elektrisch mit der ersten Anschlusseinrichtung verbunden sein, optional auch ohne Unterbrechungsmöglichkeit wie Trennschalter. Das Ladekabel kann dabei im Allgemeinen mehrere elektrische Leitungen umfassen, insbesondere analog zu herkömmlichen Ladekabeln. Beispielsweise kann das Ladekabel analog zu einem Mode-2-Ladekabel oder Mode-3-Ladekabel ausgebildet sein und entsprechende elektrische Leitungen umfassen.
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Wie bereits beschrieben ist es bevorzugt, dass die Ladeeinheit eine Wandladestation beziehungsweise eine Wallbox darstellt. Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die dritte Anschlusseinrichtung zur Kopplung mit der vierten Anschlusseinrichtung der als eine Wandladestation, insbesondere Wallbox, ausgebildeten Ladeeinheit ausgebildet ist. Dabei gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, wie die dritte Anschlusseinrichtung ausgestaltet sein kann, um diese mit einer solchen Wallbox zu koppeln. Dies hängt wiederum von der Ausbildung der Wallbox selbst ab. Oftmals haben Wallboxen selbst ein festinstalliertes Ladekabel. Es führt also ein solches Ladekabel direkt in die Wallbox und am anderen Ende eines solchen Wallboxladekabels befindet sich ein Ladestecker, der in eine entsprechende Buchse am Kraftfahrzeug zum kabelgebundenen Laden des Kraftfahrzeugs einsteckbar ist. Ein solcher Ladestecker kann zum Beispiel als Typ-II-Ladestecker oder erweiterter Typ-II-Ladestecker ausgebildet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die dritte Anschlusseinrichtung beispielsweise ebenfalls als korrespondierende Buchse ausgebildet ist, in welchen dieser Wallboxstecker eingesteckt werden kann. Entsprechend kann die dritte Anschlusseinrichtung korrespondierend, insbesondere identisch zu einer Anschlusseinrichtung am Kraftfahrzeug ausgebildet sein, in welcher der Wallboxanschluss direkt einsteckbar ist.
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Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die dritte Anschlusseinrichtung zur elektrisch leitenden reversiblen Kopplung mit der vierten Anschlusseinrichtung der Ladeeinheit ausgebildet ist, die wiederum auch zur direkten elektrischen Kopplung mit einer fünften Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs zum kabelgebundenen Laden des ersten Energiespeichers des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Wallbox kann also mittels der vierten Anschlusseinrichtung auch direkt mit dieser fünften Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs gekoppelt werden, um das Kraftfahrzeug direkt zu laden, das heißt, unabhängig vom Laderoboter. Entsprechend kann die fünfte Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs auch identisch zur dritten Anschlusseinrichtung der Ladeanordnung ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann der Ladestecker von der Wallbox wahlweise in die dritte Anschlusseinrichtung der Ladeanordnung eingesteckt werden, um die automatische Kopplungsmöglichkeit über den Laderoboter zu nutzen, oder alternativ direkt in das Kraftfahrzeug beziehungsweise dessen fünfte Anschlusseinrichtung eingesteckt werden, insbesondere manuell durch einen Benutzer. Dies entspricht dann der herkömmlichen Kopplungsmöglichkeit. Eine kraftfahrzeugseitige Anschlusseinrichtung ist herkömmlicherweise als Buchse ausgebildet.
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Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die dritte Anschlusseinrichtung eine Buchse aufweist, in welche die als Ladestecker der Ladeeinheit ausgebildete vierte Anschlusseinrichtung einsteckbar ist. Dadurch lässt sich also auf einfache Weise die dritte Anschlusseinrichtung mit einer herkömmlichen Wallbox über herkömmliche üblicherweise fest mit der Wallbox verdrahtete Ladestecker koppeln.
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Beispielsweise kann die dritte Anschlusseinrichtung eine Buchse aufweisen, die korrespondierend zu einem Typ-II-Ladestecker oder einem erweiterten Typ-II-Ladestecker ausgebildet ist, beziehungsweise zur Aufnahme eines solchen Ladesteckers ausgebildet ist. Die gebräuchlichen Ladesteckertypen können jedoch von Land zu Land und von Zeit zu Zeit variieren, so dass die dritte Anschlusseinrichtung grundsätzlich auch eine beliebig anders ausgebildete Buchse oder auch einen anders ausgebildeten Stecker aufweisen kann. Üblicherweise unterliegend solche Ladestecker jedoch bestimmten, insbesondere Länderspezifischen, Standards, so dass die dritte Anschlusseinrichtung ebenfalls gemäß einem solchen Standard ausgebildet sein kann. In jedem Fall kann gemäß dieser Ausführungsform der Benutzer einfach den Stecker aus einer bestehenden Wallbox anstatt in das Fahrzeug zu stecken in eine Buchse der dritten Anschlusseinrichtung stecken, die mit dem automatischen Ladesystem verbunden ist, welches durch den fahrbaren Laderoboter bereitgestellt ist.
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Denkbar ist es jedoch auch, dass die Wallbox selbst zum Beispiel einen bestehenden Anschluss aufweist, zum Beispiel in Form einer Buchse, in die ein Stecker der dritten Anschlusseinrichtung einfach eingesteckt werden kann. Zum Koppeln der Ladeanordnung und der Wallbox muss also nicht notwendigerweise das Wallboxladekabel selbst verwendet werden. Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die dritte Anschlusseinrichtung als ein Stecker ausgebildet ist, der die als Buchse ausgebildete vierte Anschlusseinrichtung der Ladeeinheit einsteckbar ist, insbesondere wobei die Ladeeinheit eine von der vierten Anschlusseinrichtung verschiedene sechste Anschlusseinrichtung zur direkten elektrischen Kopplung mit einer fünften Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs zum kabelgebundenen Laden des ersten Energiespeichers des Kraftfahrzeugs aufweist. In diesem Fall ist es also bevorzugt, dass die vierte Anschlusseinrichtung der Ladeeinheit nicht das Ende eines herkömmlichen Ladesteckers darstellt, welcher auch zum Laden des Kraftfahrzeugs verwendet wird, sondern dass diese vielmehr eine in das Gehäuse der Ladeeinheit integrierte Buchse darstellt, so dass in diesem Fall die vierte Anschlusseinrichtung mit einer Haupteinheit der Ladeeinheit, welche auch die Ladesteuereinrichtung umfasst, nicht über ein Kabel verbunden ist, sondern in diese integriert ist. In diesem Fall kann also die dritte Anschlusseinrichtung zum Beispiel einfach als Stecker ausgebildet sein, der am zweiten Ende des Ladekabels angeordnet ist. Dieser Stecker wird dann in die Wallbox eingesteckt werden, wodurch die elektrische Kopplung zwischen der Ladeanordnung und der Wallbox hergestellt ist. Teilweise existieren bereits jetzt schon Wallboxen, die kein fest verdrahtetes Ladekabel aufweisen, sondern die eine korrespondierende Buchse aufweisen, in welche herkömmliche Ladekabel mit Ladesteckern, die zum Beispiel auch für öffentliche Ladesäulen verwendet werden, eingesteckt werden können. Denkbar ist es also auch, dass die dritte Anschlusseinrichtung als Stecker ausgebildet ist, der in eine derartige Buchse der Wallbox einsteckbar ist, in welcher normalerweise das herkömmliche Ladekabel zum Laden des Kraftfahrzeugs eingesteckt wird. In diesem Fall muss durch die Wallbox nicht notwendigerweise ein zusätzlicher Anschluss, wie der oben erwähnte sechste Anschluss beziehungsweise die sechste Anschlusseinrichtung, bereitgestellt sein. Es kann aber auch sein, dass die Buchse zum Koppeln mit der dritten Anschlusseinrichtung als zusätzliche Kopplungsmöglichkeit bereitgestellt ist. Mit anderen Worten kann die Ladeeinheit zusätzlich zu dieser vierten Anschlusseinrichtung, welche dann exklusiv zur Kopplung mit der Ladeanordnung vorgesehen ist, noch die oben genannte sechste Anschlusseinrichtung aufweisen, die dann zur direkten elektrischen Kopplung mit einer fünften Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs zum kabelgebundenen Laden des ersten Energiespeichers des Kraftfahrzeugs koppelbar ist. Die fünfte Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs kann oben bereits beschriebene herkömmliche Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs darstellen, die üblicherweise als Buchse ausgebildet ist, und die auch jetzt schon verwendet wird, um ein Ladekabel mit einem Ladestecker manuell mit dem Fahrzeug zu koppeln. Die sechste Anschlusseinrichtung der Ladeeinheit stellt also ein zusätzliches Ladekabel mit einem Ladestecker dar. Dieses kann dann optional alternativ zum Laden des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Entsprechend kann in diesem Fall die Ladeeinheit zusätzlich mit einer Umschalteinrichtung ausgestaltet sein, die zwischen den beiden Ausgängen geeignet umschalten kann, das heißt, zwischen dem mit der sechsten Anschlusseinrichtung gekoppelten Ausgang der Ladeeinheit und zwischen dem mit der vierten Anschlusseinrichtung der Ladeeinheit gekoppelten Ausgang, je nachdem, ob die dritte Anschlusseinrichtung an der vierten Anschlusseinrichtung angeschlossen ist oder das Kraftfahrzeug direkt über die sechste Anschlusseinrichtung der Ladeeinheit geladen wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die dritte Anschlusseinrichtung einen Stromanschluss zum direkten Koppeln mit einem Stromnetz auf, wobei die Ladeanordnung eine Stromversorgungsleitung vom Stromanschluss der dritten Anschlusseinrichtung zum Laderoboter zur Bereitstellung einer Energieversorgung für den Laderoboter aufweist. Unter einer direkten Kopplung mit einem Stromnetz soll dabei eine Kopplung verstanden werden, die eben nicht über die Ladeeinheit bereitgestellt ist. Mit anderen Worten kann auch die dritte Anschlusseinrichtung direkt zum Beispiel an einen 230 Volt-Stromanschluss oder an einen Power-over-ethernet-Anschluss angeschlossen sein beziehungsweise werden, zum Beispiel durch einen Elektroinstallateur, um eine Stromversorgung für den Laderoboter bereitzustellen. Mit anderen Worten wird über diesen Stromanschluss lediglich der Laderoboter selbst mit elektrischer Energie versorgt, die nicht zum Laden des ersten Energiespeichers des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Um den Laderoboter dabei mit Energie versorgen zu können, muss dieser sich dann vorteilhafterweise nicht in einem über die dritte Anschlusseinrichtung mit der vierten Anschlusseinrichtung der Wallbox elektrisch gekoppelten Zustand befinden. Die dritte Anschlusseinrichtung kann darüber hinaus beispielsweise ähnlich zu einer Wallbox ebenfalls zur Befestigung an einer Wand ausgebildet beziehungsweise vorgesehen sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die dritte Anschlusseinrichtung nicht als Stecker zum Einstecken in die Wallbox ausgebildet ist. Die dritte Anschlusseinrichtung kann dann über den Stromanschluss eine Energieversorgung für den Laderoboter bereitstellen sowie eine Buchse aufweisen, in die der Ladestecker der Wallbox steckbar ist. Dabei kann die Leitung, das heißt, die genannte Stromversorgungsleitung, auch in das Ladekabel integriert sein. Mit anderen Worten können die elektrischen Leitungen für das elektrische Laden des ersten Energiespeichers und die Stromversorgungsleitung zur Stromversorgung des Laderoboters in einer gemeinsamen Kabelhülle geführt sein. Am ersten Ende des Ladekabels kann dann entsprechend die Stromversorgungsleitung beziehungsweise die Stromversorgungsleitungen herausgeführt sein und mit den entsprechenden mit Strom zu versorgenden Laderoboterkomponenten gekoppelt sein, während die restlichen Ladeleitungen zum elektrisch Laden des ersten Energiespeichers mit der ersten Anschlusseinrichtung gekoppelt sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Laderoboter einen aufladbaren zweiten Energiespeicher auf. Der Laderoboter kann zum Beispiel auch ähnlich einem Staubsaugerroboter zu einer Basisstation oder Ladestation an seiner Parkposition fahren, an welcher der zweite Energiespeicher des Laderoboters wieder aufgeladen werden kann. Vorteilhaft ist es vor allem auch, wie dies gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass der zweite Energiespeicher mit dem ersten Ende des Ladekabels elektrisch gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei die Ladeanordnung derart eingerichtet ist, dass der zweite Energiespeicher des Laderoboters über das Ladekabel zum Aufladen des zweiten Energiespeichers mit Energie versorgbar ist, wenn der erste Energiespeicher nicht über das Ladekabel geladen wird. Mit anderen Worten kann die Wallbox und das Ladekabel auch genutzt werden, um den zweiten Energiespeicher des Laderoboters aufzuladen. Dies geht insbesondere nur dann, wenn gerade kein Ladevorgang zum Laden des ersten Energiespeichers des Kraftfahrzeugs stattfindet. Zu diesem Zweck kann der Laderoboter auch eine entsprechende Steuerung beinhalten, so dass der Roboter aus der Wallbox Energie beziehen kann. Damit stellt er „scheinbar“ eine Ladeverbindung für die Wallbox dar. Wenn das Fahrzeug geladen werden soll, kann sich der Laderoboter entsprechend aus der Ladeverbindung herausnehmen, indem er zum Beispiel die Leitungen zwischen Fahrzeug und Wallbox durchschaltet.
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Alternativ kann die Wallbox beziehungsweise im Allgemeinen die Ladeeinheit bereits so ausgelegt sein, dass sie über zusätzliche Anschlüsse für das automatische Ladesystem, das heißt den Roboter, verfügt, incl. der Energieversorgung für den Laderoboter. Damit kann der Stecker der Wallbox für das normale Stecken benutzt werden, d.h. dieser wird dann nicht mit der dritten Anschlusseinrichtung gekoppelt, da die Wallbox hierfür einen separaten Anschluss bereitstellt. Die Wallbox kann in diesem Fall die Auswahl des Ladens über den Stecker oder das automatische Ladesystem selbst steuern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladeanordnung, insbesondere der Laderoboter und/oder die dritte Anschlusseinrichtung, eine Überwachungseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, eine Kommunikation zwischen der Ladeeinheit und dem Kraftfahrzeug über das Ladekabel zu überwachen, und insbesondere zu manipulieren, um eine von der Ladeeinheit zum Laden des ersten Energiespeichers bereitgestellte Ladeleistung in Abhängigkeit von einem dem Ladekabel zugeordneten Maximalwert zu begrenzen. Ist eine solche Überwachungseinrichtung in den Laderoboter integriert, so kann diese zum Beispiel ebenfalls mit dem ersten Ende des Ladekabels elektrisch gekoppelt sein. Ist die Überwachungseinrichtung stattdessen in die Anschlusseinrichtung integriert, so ist sie entsprechend mit dem zweiten Ende des Ladekabels elektrisch gekoppelt. Theoretisch ist es auch denkbar, sowohl eine solche Überwachungseinrichtung im Roboter als auch in der dritten Anschlusseinrichtung vorzusehen, jedoch ist dies nicht bevorzugt, da dann eine Überwachungseinrichtung überflüssig ist. Vorteilhafterweise kann also so der Laderoboter oder die dritte Anschlusseinrichtung die Energieübertragung zwischen dem Laderoboter und der Ladeeinheit überwachen, so dass die maximalen Leistungswerte des Laderoboters, der Ladeleitung, diverser anderer Leitungen und Koppelstellen, nicht überschritten werden. Optional kann hierzu eine Voreinstellung beim Roboter bei der Installation zu einer bestimmten Wallbox vorgesehen werden.
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Ein herkömmlicher Typ-II-Ladekabelstecker weist üblicherweise fünf Standardanschlüsse für Drehstrom (PE, N, L1, L2, L3) und noch zwei Extrakontaktpins auf. Einer dieser Kontaktpins stellt eine Datenleitung bereit, die mit CP (Controll Pilot) bezeichnet wird und der andere stellt einen Kommunikationskontakt bereit, der üblicherweise mit PP (Proximety Pilot) bezeichnet wird. Beide dieser Kontaktpins dienen der Kommunikation zwischen Elektroauto und Ladesäule. Während über den CP-Kontakt Ladedaten übermittelt werden, dient die PP-Leitung dazu zu erkennen, mit wie viel Strom das angeschlossene Ladekabel maximal belastet werden darf. Über dieses PP-Kontaktelement kann dabei sowohl das Fahrzeug als auch die Ladestation beziehungsweise Wallbox den maximalen Ladestrom ermitteln. Bewerkstelligt wird dies üblicherweise über einen Widerstand, der zwischen dem Schutzleiter PE und dem PP-Kontakt im Stecker verbaut ist. Der Wert dieses Widerstands kann normativ festgelegt sein und spiegelt die gängigen Stromtragfähigkeiten von Ladekabeln wider. Da im vorliegenden Fall die Ladeanordnung sozusagen als Verlängerungskabel für die Wallbox fungiert, kann durch die Manipulation der Kommunikation zwischen Wallbox und Kraftfahrzeug durch die Ladeanordnung diese Codierung entsprechend bei Bedarf manipuliert werden, um sicherzustellen, dass auch die ladeanordnungsseitigen Strom- und Leistungsgrenzen eingehalten werden, selbst wenn beispielsweise durch die Wallbox und das durch diese bereitgestellte Wallbox-Ladekabel selbst höhere Ladeleistungen und Ströme bereitstellbar wären. Durch die Überwachungseinrichtung kann es zum Beispiel erreicht werden, dass die Verbindung bei Inkompatibilität ein Laden unterbinden kann oder die Kommunikation so verändert beziehungsweise manipuliert wird, dass die übertragene Leistung nicht die Leistungsgrenzen der Verbindung selbst übersteigt. Hierbei ist insbesondere die Verbindung von der Ladeeinheit bis zum Kraftfahrzeug als Ganzes zu verstehen. Der Laderoboter oder die dritte Anschlusseinrichtung kann also zum Beispiel dazu ausgebildet sein, den CP-Kontakt aktiv zu unterbrechen, zum Beispiel zur Umsetzung einer Notabschaltung, oder es kann durch die Ladeanordnung auch eine PE-Codierung umgesetzt sein, insbesondere auch rein hardwaretechnisch, um analog der Ladeeinheit die maximal zulässigen Leistungsgrenzen mitzuteilen. Dadurch kann die Sicherheit weiter gesteigert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladeanordnung auch die Ladeeinheit auf. Diese kann wie oben bereits beschrieben ausgeführt sein. Auch die kraftfahrzeugseitige zweite Anschlusseinrichtung kann optional als Teil der Ladeanordnung selbst aufgefasst werden, sowie auch das Kraftfahrzeug mit der zweiten Anschlusseinrichtung, sowie optionaler weiterer Anschlusseinrichtungen selbst. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Laden eines ersten Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mittels einer Ladeanordnung, die einen fahrbaren Laderoboter zum automatischen Herstellen eines elektrischen, galvanischen Kontakts zwischen einer vom Laderoboter umfassten ersten Anschlusseinrichtung und einer zweiten Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs aufweist, wobei der Laderoboter ein elektrisch an die erste Anschlusseinrichtung angeschlossenes Ladekabel aufweist, das ein erstes Ende umfasst, das mit dem Laderoboter verbunden ist, und ein zweites Ende zum Koppeln mit einer Stromquelle aufweist. Dabei weist die Ladeanordnung eine dritte Anschlusseinrichtung auf, die mit dem zweiten Ende des Ladekabels verbunden ist, und die mit einer vierten Anschlusseinrichtung einer eine Ladesteuereinrichtung umfassenden Ladeeinheit galvanisch elektrisch koppelbar ist, die auch zum kabelgebundenen Laden des ersten Energiespeichers ausgebildet ist, wobei, wenn die dritte Anschlusseinrichtung mit der vierten Anschlusseinrichtung elektrisch gekoppelt ist, zum Laden des ersten Energiespeichers ein Ladestrom von der Ladeeinheit über die mit der dritten Anschlusseinrichtung gekoppelte vierte Anschlusseinrichtung und über das Ladekabel an der über den Laderoboter mit der ersten Anschlusseinrichtung verbundenen zweiten Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird.
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Die für die erfindungsgemäße Ladeanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladeanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ladeanordnung mit einem Laderoboter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 eine schematische Darstellung einer Ladeanordnung mit einem Laderoboter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladeanordnung 10 mit einem fahrbaren Laderoboter 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Ladeanordnung 10 ist dazu vorgesehen und dazu ausgelegt, einen vorliegend nicht dargestellten Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs 14 zu laden. Dazu weist das Kraftfahrzeug 14 eine unterseitig am Kraftfahrzeug angeordnete Kraftfahrzeugladeeinheit 16 auf. Diese umfasst eine Anschlusseinrichtung 18, welche im Folgenden auch als zweite Anschlusseinrichtung 18 bezeichnet wird, und die zum Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs 14 mit einer Stromquelle koppelbar ist. Diese zweite Anschlusseinrichtung 18 kann zum Beispiel in Form einer Buchse ausgebildet sein, die zur Aufnahme eines korrespondierenden Ladesteckers ausgestaltet ist. Im Allgemeinen ist diese zweite Anschlusseinrichtung 18 dazu ausgelegt, mit einer korrespondierenden ersten Anschlusseinrichtung 20 durch Herstellung eines galvanischen Kontakts mit dieser ersten Anschlusseinrichtung 20 verbunden zu werden. Diese erste Anschlusseinrichtung 20 ist dabei vom fahrbaren Laderoboter 12 umfasst und kann zum Beispiel durch eine hier nicht näher dargestellte Hubmechanik in ihrer Höhe verändert werden, insbesondere gegenüber einem Untergrund 22. Der Laderoboter 12 ist dazu ausgelegt, sich frei auf dem Untergrund 22, insbesondere in der hier dargestellten x-y-Ebene zu bewegen. Dazu kann der Laderoboter 12 beispielsweise ebenfalls nicht dargestellte Räder aufweisen, sowie eine Antriebseinrichtung, eine Steuereinrichtung zum Steuern der Bewegung des Laderoboters 12, sowie auch eine Umfeldsensorik, zum Beispiel einen Lidarsensor und/oder Ultraschallsensor und/oder Radar und/oder eine Kamera, um sich in der Umgebung 24 zu orientieren. Soll ein Ladevorgang zum Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs 14 durchgeführt werden, so kann der Laderoboter 12 automatisch zur Kraftfahrzeugladeeinheit 16 fahren, sich direkt unter der zweiten Anschlusseinrichtung 18 positionieren und durch Anheben der ersten Anschlusseinrichtung 20 die galvanische Verbindung zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 20, 18 herstellen. Die erste Anschlusseinrichtung 20 ist dabei mit einer Stromquelle gekoppelt, durch welche der Ladestrom bereitstellbar ist. Zu diesem Zweck umfasst die Ladeanordnung 10 ein Ladekabel 26 und eine dritte Anschlusseinrichtung 28. Die dritte Anschlusseinrichtung 28 ist in diesem Beispiel als eine Wandanschlusseinheit ausgebildet. Das Ladekabel 26 weist ein erstes Ende 26a auf, welches mit dem Laderoboter 12 verbunden ist, und ein zweites Ende 26b, welches mit der dritten Anschlusseinrichtung 28 verbunden ist. Das erste Ende 26a des Ladekabels 26 ist dabei elektrisch an die erste Anschlusseinrichtung 20 des Laderoboters 12 angeschlossen. Das Ladekabel 26 kann dabei insbesondere mehrere elektrische Leitungen umfassen, zum Beispiel analog zu einem Mode-2-Ladekabel oder einem Mode-3-Ladekabel. Das Ladekabel 26 verläuft von der dritten Anschlusseinrichtung 28 zum Laderoboter 12 zumindest teilweise frei beweglich, insbesondere im Bereich des ersten Endes 26a und des daran angrenzenden Kabelabschnitts des Ladekabels 26. Dieser frei bewegliche Kabelabschnitt des Ladekabels 26 kann zum Beispiel eine Länge zwischen 0,5 Metern und 2 Metern oder auch mehr, aufweisen. Damit ist ein ausreichend großer Aktionsradius für den Laderoboter 12 bereitgestellt, um sich mit dem an ihm angeschlossenen Ladekabel 26 zur Kraftfahrzeugladeeinheit 16 zu bewegen. Die dritte Anschlusseinrichtung 28 kann dagegen fest an einer Wand oder einem Ständer oder einem anderen Bauteil angeordnet sein.
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Die dritte Anschlusseinrichtung 28 ist nun vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass diese elektrisch leitend mit einer vierten Anschlusseinrichtung 30 einer Wandladestation 34 koppelbar ist, die im Folgenden auch einfach als Wallbox 34 bezeichnet wird. Die vierte Anschlusseinrichtung 30 ist in diesem Beispiel als Ladestecker 32 ausgebildet. Der Ladestecker 32 der Wallbox 34 ist dabei mit einem Basiskörper 36 der Wallbox 34 über ein weiteres Wallboxladekabel 38 verbunden. Der Basiskörper 36 der Wallbox 34 kann dabei ebenfalls an einer Wand oder einem Ständer oder einem anderen Trägerbauteil befestigt sein. Die Wallbox 34 kann dabei insbesondere wie eine herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Wallbox 34 ausgebildet sein. Diese ist mit einer nicht dargestellten Stromversorgung gekoppelt. Die Stromversorgung kann durch einen Hausstromnetzanschluss, insbesondere einen Starkstromanschluss bereitgestellt sein. Die Wallbox 34 kann dabei zum AC (Wechselstrom)- und/oder DC (Gleichstrom)-Laden ausgebildet sein. Zu diesem Zweck kann die Wallbox 34 geeignete Wandlereinrichtungen umfassen. Weiterhin umfasst die Wallbox 34 eine Ladesteuereinrichtung 38, die ebenfalls Teil der Basiseinheit 36 ist. Diese ist dazu ausgelegt, den Ladevorgang zum Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs 14 zu steuern. Insbesondere kann eine solche Wallbox 34 über den Ladestecker 32 an eine entsprechende Anschlusseinrichtung 40 des Kraftfahrzeugs 14 angeschlossen werden, um hierüber den Energiespeicher des Kraftfahrzeugs 14 zu laden. Mit anderen Worten kann die Wallbox 34 auch direkt an das Kraftfahrzeug 14 angeschlossen werden, indem der Stecker 32 in die Ladebuchse 40 des Kraftfahrzeugs 14 eingesteckt wird. Dieser Steckvorgang ist dabei manuell von einem Benutzer auszuführen. Dieser Ladeanschluss 40 ist dabei typischerweise nicht im Unterbodenbereich, sondern entsprechend an einer für einen Benutzer leicht zugänglichen Position des Kraftfahrzeugs 14 angeordnet. Der Ladestecker 32 kann als handelsüblicher Ladestecker ausgebildet sein, zum Beispiel als Typ-I-Ladestecker oder Typ-II-Ladestecker oder ähnliches.
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Wird der Ladestecker 32 zum Laden des Kraftfahrzeugs 14 an den Ladeanschluss 40 angeschlossen, so wird der Ladevorgang durch die Ladesteuereinrichtung 38 der Wallbox 34 gesteuert. Dieser steuert also die Freischaltung des Ladestroms, bestimmt den maximal zulässigen Ladestrom, steuert den Ladestrom entsprechend während des Ladevorgangs, überwacht den Ladevorgang, initialisiert unter Umständen eine Notabschaltung während des Ladevorgangs, und beendet den Ladevorgang durch Abschalten des Ladestroms, zum Beispiel mittels Ansteuerung eines von der Basiseinheit 36 umfassten Relais. Die Steuereinrichtung 38 übernimmt während des Ladevorgangs und insbesondere bereits davor die Kommunikation mit dem Kraftfahrzeug 14. Dies erfolgt über eine im Ladekabel 38 integrierte Kommunikationsleitung.
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Nun ist die Ladeanordnung 10 mit dem Laderoboter 12, dem Ladekabel 26 und der dritten Anschlusseinrichtung 28 vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass der Ladestecker 32 der Wallbox 34 auch einfach mit der dritten Anschlusseinrichtung 28 elektrisch kontaktier- und koppelbar ist. Zu diese Zweck kann die dritte Anschlusseinrichtung 28 einfach eine zum Stecker 32 korrespondierende Ladebuchse 31 umfassen. Anstatt also den Ladestecker 32 direkt in den Ladeanschluss 40 des Kraftfahrzeugs 14 einzustecken, kann dieser stattdessen in die Buchse 31 der dritten Anschlusseinrichtung 28 der Ladeanordnung 10 eingesteckt werden. Im eingesteckten Zustand kann nun vorteilhafterweise der Laderoboter 12 dazu verwendet werden, um den Kontaktierungsvorgang zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung 20, 18 vorzunehmen, und zwar automatisch ohne das Zutun eines Benutzers. Ein Benutzer muss also zum Beispiel nur einmalig den Ladestecker 32 der Wallbox 34 mit der Anschlusseinrichtung 28 koppeln, woraufhin dann für jeden nachfolgenden Ladevorgang der Laderoboter 12 genutzt werden kann. Die Ladeanordnung 10 mit dem Laderoboter 12 fungiert dann im Wesentlichen lediglich als Verlängerungskabel für die Wallbox 34. Ladesteuerfunktionen müssen entsprechend nicht in die Ladeanordnung 10 und insbesondere nicht in den Laderoboter 12 integriert sein. Die im Wallboxladekabel 38 integrierten Leitungen werden also ganz einfach von der dritten Anschlusseinrichtung 28 bis zur ersten Anschlusseinrichtung 20 des Laderoboters 12 analog fortgesetzt und durchgeschleift. Der Laderoboter 12 ist entsprechend nur für den automatisierten Steckvorgang zum Einstecken in die Buchse 18 zuständig. Der Benutzer kann also einfach den Stecker aus einer bestehenden Wallbox 34 anstatt in das Fahrzeug 14 zu stecken in eine Buchse 31 an der Wand stecken, die mit dem automatischen Ladesystem 12 verbunden ist. Somit können Zusatzkosten für die Wallboxfunktionen in der automatischen Ladevorrrichtung 12 gespart werden. Da viele Benutzer bereits eine Wallbox 34 haben beziehungsweise diese gerne für ihr Fahrzeug 14 unabhängig von der automatischen Ladevorrichtung 12 haben wollen, kann in vorteilhafter Weise die gleichen Ressourcen und Funktionen genutzt werden. Dies erlaubt eine deutlich kostengünstigere Ausbildung des Laderoboters 12 und der Ladeanordnung 10 insgesamt, und ermöglicht somit eine besonders kostengünstige Nachrüstung einer Wallbox 34 durch ein solches automatisches Ladesystem 10. Das automatische Ladesystem, das heißt, vor allem der Laderoboter 12, stellt eine Ladeverbindung unter dem Fahrzeug 14 her. Diese Ladeverbindung, das heißt, die Kontaktierung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss 20, 18, erfüllt dabei die Verbindungsstandards für das Laden von Elektrofahrzeugen 14. Vom Roboter 12 werden die notwendigen Leitungen entsprechend wie beschrieben in einem Kabel 26 von der Ladeverbindung, das heißt, der ersten Anschlusseinrichtung 20, zu einer Steckerbuchse 31 oder Anschlussstelle für eine Wallbox 34 geführt, wobei diese Anschlussstelle vorliegend durch die dritte Anschlusseinrichtung 28 bereitgestellt ist. Die Steckerbuchse 31 für die Anschlussstelle befindet sich also in einer Einheit, nämlich der dritten Anschlusseinrichtung 28, die darüber hinaus optional mit einer Energiequelle 40 (zum Beispiel 230 Volt) für die Energieversorgung des Roboters 12 verbunden ist. Die Energieversorgungsleitungen von dieser Stromquelle beziehungsweise Energiequelle 40 können ebenfalls durch das Ladekabel 26 bis zum Roboter 20 geführt sein und die entsprechenden Roboterkomponenten mit Strom versorgen. Das Ladekabel 26, welches von der Einheit, das heißt, der dritten Anschlusseinrichtung 28, zur automatischen Ladeeinheit, das heißt, zum Roboter 12, führt, leitet dabei die Anschlüsse von der Steckerbuchse 31 1:1 zur Ladeverbindung, das heißt, der ersten Anschlusseinrichtung 20, weiter, plus die notwendigen Versorgungsanschlüsse für den Roboter 12. Dieser Ansatz kann sowohl für DC- aber auch für AC-Laden umgesetzt werden.
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Optional kann der Roboter 12 oder die Einheit, das heißt die dritte Anschlusseinrichtung 28, die Energieübertragung zwischen Roboter 12 und Wallbox 34 überwachen, so dass die maximalen Leistungswerte des Roboters 12, der Leitungen und Koppelstellen nicht überschritten werden. Eine sichere Voreinstellung beim Roboter 12 bei der Installation zu einer bestimmten Wallbox 34 kann gegebenenfalls vorgesehen werden. Mit anderen Worten kann also zum Beispiel die Steuereinrichtung des Roboters 12 oder eine in der dritten Anschlusseinrichtung 28 integrierte Steuereinrichtung auch die Verbindung zwischen Ladebox, das heißt, der Wallbox 34, und dem Fahrzeug 14 überwachen, insbesondere die Kommunikation zum Bestimmen der zulässigen Leistungsgrenzen. Die Verbindung kann bei Inkompatibilität ein Laden unterbinden oder die Kommunikation so verändern, dass die übertragene Leistung nicht die Leistungsgrenzen der Verbindung übersteigt. Mit anderen Worten kann zum Beispiel der Laderoboter 12 die Kommunikation zwischen Wallbox 34 und Kraftfahrzeug 14 so manipulieren, dass die Wallbox 34 den Ladestrom so steuert, dass die Leistungsgrenzen auch unter Berücksichtigung der Leistungsgrenzen für die Komponenten der Ladeanordnung 10 nicht überschritten werden. Sollte beispielsweise das Ladekabel 26 weniger leistungsstark ausgebildet sein als das Wallboxladekabel 38, so kann der Laderoboter 12 die Kommunikation zwischen Wallbox 34 und dem Kraftfahrzeug 14 so manipulieren, dass die Wallbox 34 entsprechend mit reduzierter Leistung lädt, die die Grenzen für das Ladekabel 26 nicht übersteigt. Diese Manipulation der Kommunikation muss nicht notwendigerweise durch eine Steuereinrichtung der Ladeanordnung 10 ausgeführt werden, sondern kann auch rein durch eine Hardwarecodierung erfolgen, zum Beispiel analog dazu, wie typischerweise auch die Leistungsgrenzen für Ladekabel durch einen integrierten Widerstand codiert werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladeanordnung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese kann insbesondere wie zu 1 beschrieben ausgebildet sein, insbesondere auch die Wallbox 34, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. Zukünftig können Wallboxen, wie die exemplarisch dargestellte Wallbox 34, bereits für ein Nachrüsten durch eine Ladeanordnung 10 mit einem Laderoboter 12 ausgebildet sein. Beispielsweise kann in die Basiseinheit 36 dann direkt ein entsprechender Anschluss 30, der zuvor als vierte Anschlusseinrichtung 30 bezeichnet wurde, integriert sein. Dann kann die dritte Anschlusseinrichtung 28 zum Beispiel einfach als korrespondierender Stecker 31' ausgebildet sein, der in diese in die Wallbox 34 integrierte Buchse 30 eingesteckt werden kann. In diesem Beispiel ist also die vierte Anschlusseinrichtung 30 separat vom Ladestecker 32 der Wallbox 34 ausgeführt, der zum Laden des Kraftfahrzeugs 14 in den Ladeanschluss 40 eingesteckt werden kann. Die Stromversorgung des Laderoboters 12 kann dann ebenfalls durch die Wallbox 34, insbesondere durch eine zusätzliche Versorgungsleitung im Ladekabel 26 bereitgestellt sein. Die Wallbox 34 kann also so ausgebildet sein, dass sie über zusätzliche Anschlüsse 30 für das automatische Ladesystem, insbesondere den Laderoboter 12 verfügt, incl. der Energieversorgung für den Roboter 12. Damit kann der Stecker 32 der Wallbox 34 für das normale Stecken in den Ladeanschluss 40 benutzt werden. Die Wallbox 34 würde in diesem Fall die Auswahl des Ladens über den Stecker 32 oder über das automatische Ladesystem mit dem Laderoboter 12 selbst steuern. Beispielsweise kann die Wallbox 34 entsprechende Ausgänge für den Ladestecker 32 und den Laderoboter 12 in Abhängigkeit davon umschalten, ob der Ladestecker 32 am Kraftfahrzeug 14 gesteckt ist oder nicht oder in Abhängigkeit von einem anderen Steuerparameter.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass der Roboter 12 eine Steuerung beinhaltet, so dass der Roboter 12 aus der Wallbox 34 Energie für seine Stromversorgung beziehen kann. Er stellt somit scheinbar eine Ladeverbindung für die Wallbox 34 dar. Dazu kann der Roboter 12 über einen Energiespeicher verfügen, der über diese Verbindung geladen wird. Wenn stattdessen das Fahrzeug 14 geladen werden soll, würde sich der Roboter 12 aus der Ladeverbindung herausnehmen, indem er die Leitung zwischen Fahrzeug 14 und Wallbox 34 durchschaltet.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Steckereinheit passend zu Standardladesteckern für ein automatisches Ladesystem, insbesondere mit einem Laderoboter, bereitgestellt werden kann. Somit können Zusatzkosten reduziert werden und ein einfaches und kostengünstiges Nachrüsten einer Wallbox durch ein automatisches Ladesystem mit einem Laderoboter ermöglicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015015698 A1 [0002]
- DE 102018123350 A1 [0004]
- DE 102018203371 A1 [0005]