Die Erfindung betrifft einen Laderoboter zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines (Kraft-) Fahrzeugs.

Fahrzeuge mit Elektroantrieb (insbesondere Elektrofahrzeuge oder Plugin-Hybrid Fahrzeuge) umfassen elektrische Energiespeicher (z.B. Batterien), die über eine Ladevorrichtung des Fahrzeugs an eine Ladestation angeschlossen und aufgeladen werden können. Zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher existieren verschiedene konduktive, d.h. kabelgebundene, Ladetechnologien. Bei dem sogenannten AC- Laden oder Wechselstromladen befindet sich das Ladegerät, welches den Gleichstrom (auch als DC-Strom bezeichnet) zur Aufladung des elektrischen Energiespeichers umwandelt, im Fahrzeug. Auf einem Ladekabel zwischen der Ladestation, insbesondere der Wallbox, und dem Fahrzeug wird ein AC- (Alternating Current) oder Wechselstrom übertragen. Bei dem sogenannten DC-Laden oder Gleichstromladen wird auf dem Ladekabel ein DC- (Direct Current) oder Gleichstrom übertragen. Das DC-Laden wird häufig auch als Schnellladen bezeichnet, da die Ladeleistung beim DC-Laden typischerweise über der Ladeleistung des AC -Ladens liegt.

Das manuelle Anstecken des Ladesteckers einer Ladestation an die Ladedose eines Fahrzeugs kann von einem Nutzer als unkomfortabel empfunden werden. Es kann daher ein Laderoboter verwendet werden, der eingerichtet ist, die Steckverbindung zwischen Ladestecker und Ladedose automatisch herzustellen.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen besonders effizienten Laderoboter zum Laden des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 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 Laderoboter zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines (Kraft-) Fahrzeugs (insbesondere eines Personenkraftwagens oder Lastkraftwagens oder Bus oder Motorrads) beschrieben. Der Laderoboter umfasst eine Basiseinheit, die ein Schnittstellenmodul eines ersten Typs aufweist, das ausgebildet ist, mit einem Schnittstellenmodul einer Ladestation (insbesondere einer Wallbox) eines komplementären zweiten Typs eine Steckverbindung zu bilden. Die Basiseinheit kann ausgebildet sein, an einer Wand befestigt zu werden (z.B. neben der Ladestation, insbesondere der Wallbox).

Ein Schnittstellenmodul des ersten Typs kann eine Ladedose oder Ladebuchse, insbesondere eine Ladedose oder Ladebuchse gemäß IEC 62196-3, umfassen bzw. sein. Ein Schnittstellenmodul des zweiten Typs kann einen Ladestecker, insbesondere einen Ladestecker gemäß IEC 62196-3, umfassen oder sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte auf beliebige Formen von Schnittstellenmodulen, insbesondere auf beliebige Standards, anwendbar sind.

Der Laderoboter umfasst ferner eine Robotereinheit, die ein Roboter- Schnittstellenmodul aufweist, das ausgebildet ist, mit einem Fahrzeug- Schnittstellenmodul eines Fahrzeugs eine elektrisch leitende Verbindung, insbesondere eine Steckverbindung, zu bilden. In einem bevorzugten Beispiel ist das Roboter-Schnittstellenmodul ein Schnittstellenmodul des zweiten Typs. Ferner ist in einem bevorzugten Beispiel das Fahrzeug-Schnittstellenmodul ein Schnittstellenmodul des ersten Typs.

Die Roboter einheit kann ausgebildet sein, sich und/oder das Roboter- Schnittstellenmodul der Robotereinheit über einem Boden zu bewegen, um das Roboter-Schnittstellenmodul der Robotereinheit relativ zu dem Fahrzeug- Schnittstellenmodul eines Fahrzeugs zu positionieren (und um so automatisch eine elektrisch leitende Verbindung, insbesondere eine Steckverbindung, zwischen den beiden Schnittstellenmodulen herzustellen). Zu diesem Zweck kann die Roboter einheit ein oder mehrere Sensoren umfassen, die ausgebildet sind, Sensordaten in Bezug auf das Umfeld der Robotereinheit zu erfassen, und/oder ein oder mehrere Aktoren (z.B. elektrische Motoren) umfassen, die ausgebildet sind, die Robotereinheit und/oder das Roboter-Schnittstellenmodul der Robotereinheit zu bewegen.

Der Laderoboter umfasst ferner ein Verbindungselement (insbesondere ein Verbindungskabel), das ausgebildet ist, das Schnittstellenmodul der Basiseinheit elektrisch leitend mit dem Roboter-Schnittstellenmodul der Robotereinheit zu verbinden (insbesondere über einzelne elektrische Leitungen).

Das Schnittstellenmodul der Basiseinheit und das Roboter-Schnittstellenmodul der Robotereinheit können jeweils mehrere Leistungs-Kontaktteile zur Übertragung von elektrischer Energie zum Laden des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs umfassen. Das Verbindungselement des Laderoboters kann mehrere Leitungen aufweisen, die jeweils ausgebildet sind, die entsprechenden Leistungs-Kontaktteile des Schnittstellenmoduls der Basiseinheit und des Roboter-Schnittstellenmoduls der Robotereinheit jeweils Eins-zu-Eins elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Alternativ oder ergänzend können das Schnittstellenmodul der Basiseinheit und das Roboter-Schnittstellenmodul der Robotereinheit jeweils ein oder mehrere Kommunikations-Kontaktteile zur Übertragung von Daten zur Steuerung eines Ladevorgangs umfassen. Das Verbindungselement des Laderoboters kann ein oder mehrere Leitungen aufweisen, die jeweils ausgebildet sind, die ein oder mehreren entsprechenden Kommunikations-Kontaktteile des Schnittstellenmoduls der Basiseinheit und des Roboter-Schnittstellenmoduls der Robotereinheit jeweils Eins-zu-Eins elektrisch leitend miteinander zu verbinden.

Das Verbindungselement des Laderoboters kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass über das Verbindungselement ein Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers eines mit dem Roboter- Schnittstellenmodul der Robotereinheit gekoppelten Fahrzeugs von einer mit dem Schnittstellenmodul der Basiseinheit gekoppelten Ladestation gesteuert werden kann. Es kann somit eine von dem Laderoboter separate Ladestation dazu genutzt werden, einen Ladevorgang, der über den Laderoboter erfolgt, zu steuern (z.B. gemäß einer bestimmten Norm, etwa IEC 62196 oder IEC 61851.

Ferner kann das Verbindungselement des Laderoboters derart ausgebildet sein, dass über das Verbindungselement elektrische Energie zum Laden des elektrischen Energiespeichers von der Ladestation bereitgestellt werden kann. Die Wandlung der elektrischen Energie für einen Ladevorgang (insbesondere eine AC/DC Wandlung), der über den Laderoboter erfolgt, kann somit in der von dem Laderoboter separaten Ladestation bewirkt werden. Es muss somit innerhalb des Laderoboters kein Ladegerät bereitgestellt werden.

Der Laderoboter kann insbesondere ausgebildet sein, anhand einer mit der Basiseinheit gekoppelten Ladestation einen DC-Ladevorgang und/oder einen AC- Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers eines mit der Roboter einheit gekoppelten Fahrzeugs zu bewirken. Es wird somit ein Laderoboter beschrieben, der ausgebildet ist, eine separate Ladestation, insbesondere eine Wallbox, dazu zu nutzen, Ladevorgänge, die über den Laderoboter erfolgen, zu steuern und/oder mit elektrischer Energie zu versorgen. So kann ein besonders effizienter Laderoboter bereitgestellt werden.

Der Laderoboter kann einen Verriegelungsmechanismus zum Verriegeln der Steckverbindung zwischen dem Schnittstellenmodul der Basiseinheit und dem Schnittstellenmodul einer Ladestation aufweisen. Ferner kann der Laderoboter ein Entriegelungselement (z.B. einen Entriegelungstaster und/oder einen Entriegelungssensor) aufweisen, der ausgebildet ist, es einem Nutzer zu ermöglichen, die von dem Verriegelungsmechanismus bewirkte Verriegelung zu lösen. Durch die Bereitstellung einer lösbaren Verriegelung können besonders sichere Ladevorgänge über den Laderoboter bewirkt werden.

Der Laderoboter, insbesondere die Basiseinheit, kann ein Stromversorgungsmodul umfassen, das ausgebildet ist, elektrische Energie zum Betrieb von ein oder mehreren Komponenten des Laderoboters, insbesondere von ein oder mehreren Sensoren und/oder Aktoren, des Laderoboters, aus einem elektrischen Versorgungsnetz (z.B. aus einem 230V Netz) bereitzustellen. So kann ein zuverlässiger und effizienter Betrieb des Laderoboters ermöglicht werden.

Der Laderoboter, insbesondere die Basiseinheit, kann eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, den Laderoboter zu steuern, um eine elektrisch leitende Verbindung, insbesondere eine Steckverbindung, zwischen dem Roboter- Schnittstellenmodul der Robotereinheit und dem Fahrzeug-Schnittstellenmodul eines Fahrzeugs herzustellen. Des Weiteren kann das Verbindungselement ein oder mehrere Leitungen zur Kommunikation mit und/oder zur Energieversorgung von ein oder mehreren Komponenten, insbesondere ein oder mehreren Sensoren und/oder Aktoren, der Robotereinheit umfassen. So kann ein besonders zuverlässiger und effizienter Betrieb des Laderoboters ermöglicht werden. 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. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.

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

Figur 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ladesystems;

Figur 2 eine beispielhafte Belegung von Kontaktteilen einer Ladedose eines Fahrzeugs; und

Figur 3 einen beispielhaften Laderoboter.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung eines besonders effizienten Laderoboters. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein Blockdiagram eines beispielhaften Ladesystems mit einer Ladestation 110 (z.B. einer Wallbox) und einem Fahrzeug 100. Das Fahrzeug 100 umfasst einen elektrischen Energiespeicher (nicht dargestellt), der mit elektrischer Energie aus der Ladestation 110 aufgeladen werden kann. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Ladedose 101 (allgemein als Schnittstellenmodul bezeichnet), an der ein entsprechender (Lade-) Stecker 111 eines Ladekabels 112 angesteckt werden kann. Die Ladedose 101 und der Stecker 111 bilden typischerweise ein Stecksystem. Das Ladekabel 112 kann fest mit der Ladestation 110 verbunden sein (wie dargestellt). Andererseits kann das Ladekabel 112 über eine Steckverbindung mit der Ladestation 110 verbunden sein (z.B. beim AC- Laden). Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Ladedose 101 am Fahrzeug 100 angebracht. Es existieren verschiedene Steckervarianten gemäß der Steckemorm IEC 62196-3: Combo 1, Combo 2, DC-Typl, DC-Typ 2. Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Combo 2 - Ladedose 101 mit einer Vielzahl von Kontaktteilen 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 211, 212. Das Kontaktteil (auch als Pin bezeichnet) 202 kann für die Übertragung eines Pilotsignals verwendet werden (und mit einer Pilotleitung des Ladekabels 112 verbunden werden). Das Kontaktteil 201 kann für die Übertragung eines Proxy Signals verwendet werden. Die Kontaktteile 201, 202 können auch als Kommunikations-Kontaktteile bezeichnet werden, da sie eingerichtet sind, Kommunikationssignale für eine Kommunikation zwischen der Ladestation 110 und dem Fahrzeug 100 in Bezug auf eine Steuerung des Ladevorgangs zu übertragen. Das Kontaktteil 205 kann für den N-Leiter eines AC-Stroms verwendet werden und das Kontaktteil 203 kann für eine erste Phase LI des AC-Stroms verwendet werden. Das Kontaktteil 207 kann für eine zweite Phase L2 des AC-Stroms verwendet werden. Des Weiteren kann das Kontaktteil 206 für eine dritte Phase L3 des AC-Stroms verwendet werden. Die Kontaktteile 203, 205, 206, 207 können als Leistungs-Kontaktteile oder AC -Kontaktteile bezeichnet werden, da sie eingerichtet sind, elektrischen Strom zum Laden des elektrischen Speichers des Fahrzeugs 100 zu übertragen. Das Kontaktteil 204 kann eine Verbindung zur Masse bereitstellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die oben genannte Belegung der Kontaktteile einer Ladedose 101 beispielhaft ist, und andere Belegungen möglich sind. Das Ladekabel 112 umfasst zu den Kontaktteilen 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 entsprechende Leitungen (ggf. nur für einen Teil der Kontaktteile 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207).

Die Ladedose umfasst ferner Kontaktteile 211, 212 für DC-Laden, die z.B. für eine Minus-Polarität bzw. für eine Plus-Polarität des DC-Stroms verwendet werden können. Die Kontaktteile 211, 212 können als DC-Kontaktteile und/oder als Leistungs-Kontaktteile bezeichnet werden. Eine Ladestation 110 kann ggf. ausgebildet sein, nur über DC-Kontaktteile 211, 212 oder nur über AC- Kontaktteile 203, 205, 206, 207 elektrische Energie für einen Ladevorgang bereitzustellen.

Die Steuereinheit der Ladestation 110 kann eingerichtet sein, durch Puls-Weiten- Modulation (z.B. zwischen 7% und 97% Duty Cycle) des Pilotsignals dem Fahrzeug 100 mitzuteilen, welche Stromstärke bzw. Ladeleistung (ggf. maximal) von der Ladestation 110 bereitgestellt werden kann. Das Pilotsignal kann dabei mit einer vordefinierten Frequenz (z.B. 1kHz) zwischen zwei vordefinierten Pegeln oszillieren.

Ein Beispiel für ein derartiges Pegel- und/oder PWM-basiertes Kommunikations- Protokoll ist der IEC 61851-1 Standard. Dieser Standard definiert verschiedene Modi, wobei insbesondere der Mode 3 und der Mode 4 in Zusammenhang mit dem Laden an einer Ladestation 110 relevant sind. Insbesondere sind der Mode 3 für das AC -Laden und der Mode 4 für das DC-Laden an einer Ladestation 110 relevant. Ein weiterer beispielhafter Standard für Ladevorgänge ist, wie weiter oben beschrieben, IEC 62196.

Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte auf beliebige Lade-Standards und/oder auf proprietäre Lösungen anwendbar sind.

Die Ladestation 110 kann als Laderoboter ausgebildet sein, der ausgebildet ist, den Ladestecker 111 automatisch in die Ladedose 101 eines Fahrzeugs 100 zu stecken. Der Laderoboter weist zu diesem Zweck eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, mit dem Fahrzeug 100 zu kommunizieren, um einen Ladevorgang zu steuern. Ferner weist der Laderoboter ggf. einen AC/DC oder AC/AC Wandler auf, der eingerichtet ist, die Ladeleistung für den Ladevorgang bereitzustellen und/oder zu steuern. Die Bereitstellung eines derartigen Laderoboters ist mit einem relativ hohen Hardware- und Software- Aufwand verbunden. Fig. 3 zeigt ein System 300 mit einem Laderoboter 350, der ausgebildet ist, Komponenten einer bereits bestehenden Ladestation 110, insbesondere einer bereits bestehenden Wallbox, zu nutzen, sodass der Laderoboter 350 in besonders effizienter Weise bereitgestellt werden kann. Der Laderoboter 350 umfasst eine Basiseinheit 310, die z.B. an einer Wand 302 befestigt werden kann. Ferner weist der Laderoboter 350 eine Robotereinheit 320 auf, die beweglich ausgebildet ist, insbesondere um den Ladestecker 111 des Laderoboters 350, der an der Robotereinheit 320 angeordnet ist, an der Ladedose 101 eines Fahrzeugs 100 zu positionieren und in die Ladedose des Fahrzeugs 100 zu stecken. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist die Robotereinheit 320 ausgebildet, sich über den Boden 301 zu bewegen, z.B. um eine Steckverbindung mit einer am Unterboden eines Fahrzeugs 100 angeordneten Ladedose 101 herstellen zu können. Alternativ oder ergänzend kann die Robotereinheit 320 einen Roboterarm aufweisen, z.B. um den Ladestecker 111 an einer Seite des Fahrzeugs 100 platzieren zu können.

Die Basiseinheit 310 des Laderoboters 350 umfasst eine Ladedose 101, in die der Ladestecker 111 der Ladestation 110 gesteckt werden kann. Diese Ladedose 101 ist über ein Verbindungselement 312 der Basiseinheit 310 mit dem Ladestecker 111 der Roboter einheit 320 verbunden. Dabei können die einzelnen Kontaktteile 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 211, 212 der Ladedose 101 der Basiseinheit 310 Eins-zu-Eins mit den entsprechenden Kontaktteilen 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 211, 212 des Ladesteckers 111 der Robotereinheit 320 verbunden sein (durch jeweils einzelne Leitungen in dem Verbindungselement 312).

Die Basiseinheit 310 kann ausgebildet sein, die Steckverbindung zwischen dem Ladestecker 111 der Ladestation 110 und der Ladedose 101 der Basiseinheit 310 zu verriegeln. Es kann ein Entriegelungselement 313 (z.B. ein Taster und/oder ein Sensor) an der Basiseinheit 310 bereitgestellt werden, der es ermöglicht, diese Verriegelung zu entriegeln. Durch die Bereitstellung einer Verriegelung kann ein besonders sicherer Ladevorgang ermöglicht werden, da zuverlässig vermieden werden kann, dass die Steckverbindung zwischen Ladestecker 111 der

Ladestation 110 und Ladedose 101 der Basiseinheit 310 unter Last gelöst wird.

In dem in Fig. 3 dargestellt Beispiel ist das Roboter-Schnittstellenmodul 111 der Robotereinheit 320 als Ladestecker ausgebildet (entsprechend zu dem Ladestecker 111 der Ladestation 110). Ferner ist das Fahrzeug-Schnittstellenmodul 101 eines Fahrzeug 100 als Ladedose ausgebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass für die elektrisch leitende (Steck-) Verbindung zwischen der Robotereinheit 320 und einem Fahrzeug 100 auch ein anderweitiger Verbindungstyp verwendet werden kann. Die Verwendung des gleichen Verbindungstyps wie zwischen Ladestation

110 und Basiseinheit 310 ist jedoch vorteilhaft, wenn als Fahrzeug- Schnittstellenmodul 101 für die Verbindung mit dem Roboter-Schnittstellenmodul

111 der Roboter einheit 320 die Ladedose des Fahrzeugs 100 verwendet werden soll, die auch zur direkten Anbindung an eine Ladestation 110 verwendet wird.

Die Basiseinheit 310 kann ein Energieversorgungsmodul 311, z.B. mit einem AC/DC Wandler, umfassen, das eingerichtet ist, elektrische Energie aus einem Stromversorgungsnetz, z.B. aus einem 230V Netz, bereitzustellen, um den Laderoboter 350 zu betreiben. Das Energieversorgungsmodul 311 kann z.B. (etwa über eine Steckverbindung) mit einem Stromversorgungsnetz (etwa mit einer Steckdose 303 des Stromversorgungsnetzes) verbunden werden. Das Energieversorgungsmodul 311 kann einen Spannungswandler umfassen. Die elektrische Energie zum Laden des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs 100 wird jedoch nicht über das Energieversorgungsmodul 311, sondern über die Ladedose 101 der Basiseinheit 310 von der Ladestation 110 bereitgestellt.

Der Laderoboter 350, insbesondere die Basiseinheit 310, kann eine Steuereinheit 315 aufweisen, die eingerichtet ist, die Robotereinheit 320 zu steuern, um automatisch die Steckverbindung zwischen dem Ladestecker 111 der Robotereinheit 320 und der Ladedose 101 eines Fahrzeugs 100 herzustellen. Zu diesem Zweck können an dem Laderoboter 350, insbesondere an der Robotereinheit 320, ein oder mehrere Sensoren (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, die ausgebildet sind, das Umfeld der Robotereinheit 320 zu erfassen. Das Verbindungselement 312 zwischen Basiseinheit 310 und Robotereinheit 320 kann ein oder mehrere zusätzliche Leitungen (zusätzlich zu den Leitungen des Ladekabels 112 der Ladestation 110) aufweisen, z.B. um ein oder mehrere Komponenten der Robotereinheit 320 mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder um die ein oder mehreren Komponenten der Robotereinheit 320 zu steuern.

Es können somit ein oder mehrere Funktionen in einer Basiseinheit 310 eines Laderoboters 350 bereitgestellt werden,

• Standard Ladeinterface 101 für die Weiterverwendung einer AC bzw. DC- Wallbox 110, welche ggf. bereits installiert ist und gleichzeitig mit ein oder mehreren anderen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen 100 (z.B. einem BEV, Batterie Electric Vehicle, oder PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) genutzt werden kann, welche nicht über eine Laderobotervorrichtung im Fahrzeug 100 verfügen.

• einen Spannungswandler (z.B. 230 Volt zu Niedervolt) für die dauerhafte Spannungsversorgung der elektrischen Komponenten des Laderoboters 350 (z.B. als Teil des Energieversorgungsmoduls 311).

• einen Temperatursensor (zur Überwachung des Laderoboters 350).

• eine Steckerverriegelung (zur Erhöhung der Sicherheit eines Ladevorgangs).

Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann ein besonders effizienter Laderoboter 350 bereitgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.