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Die Erfindung betrifft eine Ladesteckdose für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Das Aufladen einer Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist sowohl mittels Wechselstrom (AC) als auch mittels Gleichstrom (DC) möglich. In beiden Fällen wird zum Aufladen ein entsprechender, infrastrukturseitiger Ladestecker in eine entsprechende, fahrzeugseitige Ladesteckdose gesteckt. Während eines Ladevorgangs soll ein Ladestecker mit einer Ladesteckdose verriegelt werden. Die Verriegelung ist für manche Anwendungsfälle gesetzlich vorgeschrieben. Dies soll zum einen sicherheitstechnischen Aspekten Rechnung tragen, zum anderen verhindert dies auch ein ungewolltes Trennen des Ladesteckers von der Ladesteckdose.
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Das Aufladen mittels AC-Ladesysteme kann an vielen bereits vorhandene AC Steckdosen oder Ladesäulen erfolgen, DC-Ladesysteme bieten den Vorteil, dass mit weit höheren Ladeströmen geladen werden kann, mit denen auch eine Schnellaufladung einer Traktionsbatterie möglich ist.
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Der Trend geht daher dahin, dass die Automobilhersteller ihre elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeuge auch mit Kombinations-Ladesteckdosen ausrüsten, welche das Einstecken sowohl eines AC-Ladesteckers als auch eines DC-Ladesteckers ermöglichen.
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In jedem Fall muss jedoch eine Verriegelung des jeweiligen Ladesteckers in der Ladesteckdose gewährleistet sein.
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Aus der
DE 196 42 687 A1 ist eine Verriegelungsvorrichtung zur Absicherung einer Ladesteckdose bekannt. Konkret ist über der Ladesteckdose ein Schwenkdeckel angeordnet, welcher mittels eines durch ein Schaltsignal betätigbares Stellglied in einer solchen Stellung fixierbar ist, in der es einen in die Ladesteckdose hineingesteckten Ladestecker abdeckt und unentnehmbar schützt.
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In der
DE 10 2011 050 536 A1 wird ein Steckverbinder zum elektrischen Anschließen eines Elektrofahrzeugs an eine Ladeeinrichtung beschrieben. Der Steckverbinder weist einen durch einen elektrischen Impuls ansteuerbaren Aktuator zum Verriegeln bzw. Entriegeln des Steckverbinders auf. Ferner ist der Steckverbinder mit einer Energiequelle zum Erzeugen des elektrischen Impulses ausgestattet. Wenn der elektrische Impuls durch die Ladeeinrichtung und/oder durch einen dem Elektrofahrzeug zugeordneten Fahrzeugakkumulator nicht erzeugbar ist, verbindet eine Umschalteinrichtung des Steckverbinders die Energiequelle des Steckverbinders mit dem Aktuator. Auf diese Weise ist es möglich, den Aktuator auch bei Ausfall des Bordnetzes zu betätigen.
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Schließlich beschreibt die
DE 10 2013 017 845 A1 eine elektrische Steckverbindung für Elektrofahrzeuge mit einem Verriegelungselement, welches bewegungsmäßig über ein Bowdenzugkabel mit einem Aktuator gekoppelt ist. Insbesondere ist das Verriegelungselement an das Bowdenzugkabel angeformt.
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Vor dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ladesteckdose für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereitzustellen, welche eine zuverlässige Verriegelung sowohl eines AC-Ladesteckers als auch eines DC-Ladesteckers ermöglicht und dabei kostengünstig aufgebaut ist.
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Die vorliegende Aufgabe wird mit einer Ladesteckdose mit den Merkmalen vom Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung geht aus von einer Ladesteckdose für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug zum Herstellen einer elektrischen Steckverbindung bei einem Ladevorgang. Das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder auch ein rein elektrisch antreibbares Fahrzeug sein.
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Die Ladesteckdose weist einen ersten Steckbereich für einen Wechselstrom-Ladestecker und einen zweiten Steckbereich für einen Gleichstrom-Ladestecker auf. Ferner ist wenigstens eine Verriegelungsvorrichtung vorhanden zum Verriegeln eines jeweils eingesteckten, geeigneten Ladesteckers mit der Ladesteckdose.
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Die Erfindung schlägt nun vor, dass jedem Einsteckbereich wenigstens ein Verriegelungselement zugeordnet ist, durch das ein in den Steckbereich eingesteckter Ladestecker verriegelbar ist. Dabei ist ein ansteuerbarer Aktuator vorhanden, durch den sowohl wenigstens ein dem ersten Steckbereich zugeordnetes Verriegelungselement als auch wenigstens ein dem zweiten Steckbereich zugeordnetes Verriegelungselement entweder in eine Verriegelungs- oder in eine Entriegelungsposition bringbar sind.
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Auf diese Weise wird es also ermöglicht, mit nur einem einzigen Aktuator eine Verriegelung von Ladesteckern in beiden Steckbereichen der Ladesteckdose zu bewerkstelligen. Es kann also wenigstens ein Aktuator eingespart werden, was zu Platz- und Kosteneinsparungen führt.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung sind die Verriegelungselemente durch den Aktuator gleichzeitig entweder in ein Verriegelungs- oder in eine Entriegelungsposition bringbar. Dies trägt zu einer Vereinfachung des Schaltaufwands bei, da beide Verriegelungselemente auf diese Weise in ihrer Bewegung synchronisiert sind. Zusätzlich kann ein zweiter Aktuator eingespart werden.
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In einer anderen, vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, dass der Aktuator in unmittelbarer Nähe eines der Steckbereiche angeordnet ist und über ein flexibles Betätigungselement mit dem wenigstens einen Verriegelungselement bewegungsmäßig gekoppelt ist, welches dem anderen der Steckbereiche zugeordnet ist.
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Hierdurch ist eine Kopplung der den unterschiedlichen Steckbereichen zugeordneten Verriegelungselemente auch bei ungünstigen Platzverhältnissen möglich, da ein flexibles Betätigungselement leicht an verschiedenste geometrische Verhältnisse anpassbar ist.
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Beispielsweise ist es denkbar, dass der Aktuator in unmittelbarer Nähe des Steckbereichs für einen Gleichstrom-Ladestecker angeordnet ist und über ein als Bowdenzugkabel ausgebildetes, flexibles Betätigungselement mit dem wenigstens einen Verriegelungselement in Wirkverbindung steht, welches dem Steckbereich für einen Wechselstrom-Ladestecker zugeordnet ist.
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Auf diese Weise lässt sich ein sehr einfacher, robuster Aufbau der Ladesteckdose realisieren.
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Es ist jedoch auch denkbar, den Aktuator in unmittelbarer Nähe des Steckbereichs für einen Wechselstrom-Ladestecker anzuordnen und über das als Bowdenzugkabel ausgebildete, flexible Betätigungselement mit dem Verriegelungselement in Wirkverbindung zu bringen, welches dem Steckbereich für den Gleichstrom-Ladestecker zugeordnet ist.
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In einer anderen Ausbildung der Erfindung ist das wenigstens ein Verriegelungselement stiftartig ausgebildet ist und es ist wenigstens eine ladesteckdosenseitige Vertiefung oder Öffnung vorhanden, in die das Verriegelungselement in seiner Verriegelungsposition zusätzlich eingreift. Auf diese Weise ist eine besonders stabile Halterung eines verriegelten Ladesteckers in der Ladesteckdose möglich. Denn das Verriegelungselement der Ladesteckdose greift nicht nur verriegelnd in eine Durchgangsbohrung vom Gehäuse des Ladesteckers ein, sondern stützt sich zusätzlich noch am Gehäuse der Ladesteckdose ab.
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Schließlich soll mit der Erfindung auch Schutz begehrt werden für ein Kraftfahrzeug, welches mit einer erfindungsgemäßen Ladesteckdose ausgestattet ist.
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Es gibt AC- und DC- Ladestecker mit Verriegelungshaken. Bei Ladesteckern mit Verriegelungshaken werden sowohl die AC- als auch die DC-Ladestecker durch eine ladesteckdosenseitige Blockiereinrichtung, die das Entriegeln des ladesteckerseitigen Verriegelungshakens verhindert, am Herausziehen blockiert. Bei Ladesteckern ohne Verriegelungshaken fährt ein ladesteckdosenseitig angebrachtes, stiftartiges Verriegelungselement in eine hierzu normativ vorgesehene Öffnung im Ladestecker und verhindert so das Herausziehen des Ladesteckers.
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Die Erfindung kann bei beiden Verriegelungsarten verwendet werden.
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Bei Ladesteckern ohne Verriegelungshaken kann an der Schnittstelle zwischen dem Verriegelungsaktuator und dem beispielsweise als Bowdenzug ausgebildeten Betätigungselement noch ein Hebel vorhanden sein, der durch Betätigung mittels eines geeigneten Werkzeuges das durch den Aktuator in die Verriegelungsstellung gefahrene Verriegelungselement entriegeln kann. Mit diesem Hebel kann z.B. im Falle eines Ausfalls der 12 V-Bordnetzspannung der Ladestecker manuell notentriegelt werden
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dadurch werden auch noch weitere Vorteile der Erfindung deutlich. Gleiche Bezugszeichen, auch in unterschiedlichen Figuren, beziehen sich auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile. Dabei werden entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht, auch wenn eine wiederholte Beschreibung oder Bezugnahme darauf nicht erfolgt. Die Figuren sind nicht immer maßstabsgetreu. In manchen Figuren können Proportionen übertrieben dargestellt sein, um Merkmale eines Ausführungsbeispiels deutlicher hervorheben zu können.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Ladesteckdose,
- 2 die erfindungsgemäße Ladesteckdose mit der Verriegelungsvorrichtung für die Steckbereiche und
- 3 eine Prinzip-Schnittansicht gemäß Schnittverlauf III aus 2, für die Ausführung des Ladesteckers mit Verriegelungshaken.
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In 1 ist ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug K ersichtlich. Das Kraftfahrzeug K ist als reines Elektrofahrzeug ausgebildet. Es weist einen Elektromotor 7 auf, der im Motorbetrieb mit der elektrischen Energie einer Traktionsbatterie 6 versorgbar ist. Umgekehrt kann die Traktionsbatterie 6 im Generatorbetrieb (Rekuperation) durch den Elektromotor 7 aufgeladen werden. Die Erfindung kann aber auch an einem Plug-In-Hybrid-Fahrzeug angebracht werden, bei dem die Traktionsbatterie 6 sowohl an einer DC-Ladeeinrichtung als auch an einer AC-Ladeeinrichtung geladen werden kann.
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Ferner ist das Kraftfahrzeug K mit einer kombinierten Ladesteckdose 1 ausgestattet, welche hinter einer Abdeckklappe 4 angeordnet ist. Die Ladesteckdose 1 ist also für den Anschluss sowohl eines AC-Ladesteckers als auch eines DC-Ladesteckers geeignet. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
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Rein beispielhaft ist zwischen der Ladesteckdose 1 und der Traktionsbatterie 6 ein geeignetes Ladegerät 5 zwischengeschaltet. Das Ladegerät 5 startet und regelt einen Ladevorgang in geeigneter Weise, so dass beispielsweise eine Überladung oder Überhitzung der Traktionsbatterie 6 und damit deren Beschädigung ausgeschlossen wird. Ferner dient es zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung, falls ein AC-Ladestecker an die Ladesteckdose 1 angeschlossen ist. Abweichend vom Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass das Ladegerät 5 infrastrukturseitig, beispielsweise also in einer Ladestation vorgehalten wird.
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Anhand der 2 wird nun die Ladesteckdose 1 für einen AC-Ladestecker mit Verriegelungshaken und einen DC-Ladestecker ohne Verriegelungshaken im Detail beschrieben. Das Prinzip der Erfindung kann auch an einer kombinierten Ladesteckdose ohne jegliche Verriegelungshaken angewandt werden:
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Die Ladesteckdose 1 weist ein Gehäuse 10 auf, welches im in der Figur ersichtlichen, oberen Teil mit einem Steckbereich 11 für einen Wechselstrom-Ladestecker und im unteren Bereich mit einem Steckbereich 12 für einen Gleichstrom-Ladestecker versehen ist.
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Der Steckbereich 11 weist in bekannter Weise ein „Wechselstrom-Steckgesicht“ auf, welches durch stromführende Eingänge (Phasen) 13 und durch einen nichtstromführenden Eingang (Nullleiter) 14 gekennzeichnet ist. Weitere, als Signalleitungen, Schutzleiter oder Steckerjustierung dienende Eingänge sind nicht näher beziffert.
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Gleichermaßen weist der Steckbereich 12 das bekannte „Gleichstrom-Steckgesicht“ auf, mit einem stromführenden Eingang 15 (Pluspol) und einem Eingang 16. Des Weiteren sind Berührschutzzylinder 15a und 16a ersichtlich, die die genannten Eingänge 15 und 16 schützend umgeben und Teil des Gehäuses 10 der Ladesteckdose 1 sind. Weitere der Signalübermittlung oder der Steckerjustierung dienende Eingänge sind nicht näher beziffert. Dies ist für das Verständnis der Erfindung auch nicht vonnöten.
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Wie bereits erwähnt, bietet die Ladesteckdose 1 nun die Möglichkeit, entweder einen Gleichstrom-Ladestecker in den Steckbereich 12 oder einen Wechselstrom-Ladestecker in den Steckbereich 11 zu stecken.
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In der Figur sind Konturen eines eingesteckten Ladesteckers 3 für Gleichstrom ersichtlich. Diese sind einer inneren Kontur des Gehäuses 10 im Bereich der Eingänge 15 und 16 bzw. im Bereich der Berührschutzzylinder 15a und 16a nachgeführt. Ferner ist ersichtlich, dass außen am Gehäuse 10 der Ladesteckdose 1, in unmittelbarer Nähe des Steckbereichs 12, ein ansteuerbarer Aktuator 21 angeordnet ist. Der Aktuator 21 wird vorzugsweise elektronisch durch ein geeignetes Steuergerät (nicht dargestellt) angesteuert. Es ist aber auch durchaus denkbar, einen Aktuator einzusetzen, der auf andere Weise, beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch angesteuert wird.
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Zunächst dient der Aktuator 21 nun zur Bewegung eines stiftartigen Verriegelungselementes 17. Das Verriegelungselement 17 ist in der Figur in einer Verriegelungsstellung dargestellt, in der es durch eine Durchgangsöffnung 18 im Gehäuse 10 der Ladesteckdose 1 hindurchragt und in eine Durchgangsöffnung 30 vom Gehäuse des Ladesteckers 3 derart eintaucht, dass der Ladestecker 3 nicht mehr aus der Ladesteckdose 1 herausgezogen werden kann.
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Dabei ist es sogar denkbar, dass das Verriegelungselement 17 so weit durch die Durchgangsöffnung 30 hindurchragt, bis es in einer radialen Öffnung oder Vertiefung 16b des Berührschutzzylinders 16a eingreift. Auf diese Weise ist ein in die Ladesteckdose 1 eingesteckter Ladestecker 3 besonders sicher mit der Ladesteckdose 1 verriegelt.
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Wie weiter anhand der Figur ersichtlich wird, ist der Aktuator 21 über ein flexibles Betätigungselement 22 bewegungsmäßig mit einem weiteren Verriegelungselement 23 gekoppelt. Das flexible Betätigungselement 22 ist im Ausführungsbeispiel als Bowdenzugkabel ausgebildet, welches zudem von einem gummiartigen Schutzüberzug 24 umgeben ist. Das Verriegelungselement 23 ist im Ausführungsbeispiel als an das Betätigungselement 22 angeformtes Element ausgebildet.
Der im Einzelnen nicht näher dargestellte Aktuator 21 wirkt in der Weise, dass er bei Erhalt eines geeigneten Schaltimpulses durch das ihm zugeordnete Steuergerät sowohl das dem Steckbereich 12 zugeordnete Verriegelungselement 17 als auch das dem Steckbereich 11 zugeordnete Verriegelungselement 23 gleichzeitig entweder in eine Verriegelungsposition (wie dargestellt) oder in eine Entriegelungsposition bringen kann.
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Ist beispielsweise anstatt des Ladesteckers 3 im Steckbereich 12 ein Ladestecker für Wechselstrom im Steckbereich 11 der Ladesteckdose 1 hineingesteckt, so verhindert das Verriegelungselement 23 in der dargestellten Verriegelungsposition die Bewegung eines ladesteckerseitigen Verriegelungshakens 25 in einer vertikalen Bewegungsrichtung R2.
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Eine solche Bewegungsrichtung R2 ist jedoch erforderlich, damit der Verriegelungshaken 25 eines eingesteckten Wechselstrom-Ladesteckers 2 (sein Gehäuse ist lediglich gestrichelt angedeutet) über einen Schwenkpunkt S manuell nach oben verschwenkt und ein hakenartiger Vorsprung 25a aus einer länglichen Nut 26 des Gehäuses 10 herausbewegt werden kann (vergleiche auch 3).
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Wird also ein Schaltsignal zum Entriegeln an den Aktuator 21 gesendet, so wird durch den Aktuator 21 das Verriegelungselement 17 in einer horizontalen Bewegungsrichtung R1 nach rechts aus der Vertiefung 16b und auch aus der Durchgangsöffnung 30 hinausbewegt.
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Der Aktuator 21 ist aber auch über das flexible Betätigungselement 22 derart bewegungsmäßig mit dem Verriegelungselement 23 gekoppelt, dass dieses gleichzeitig mit einer ebenso horizontalen Bewegungsrichtung R3 nach rechts in eine Entriegelungsposition gebracht wird (vgl. 23'), in der die steckerseitige Verriegelungslasche 25 nach oben ausreichend Bewegungsbereich hat. Sie kann somit angehoben werden und der Stecker 2 ist von der Ladesteckdose 1 wieder abziehbar.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, anstatt des Aktuators 21 einen Aktuator auf der anderen Seite des Steckbereichs 12, also in unmittelbarer Nähe des stromführenden Eingangs 15 anzuordnen (gestrichelt angedeutet; vgl. 17', 21' und 24',).
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Ebenso ist es denkbar, einen Aktuator in unmittelbarer Nähe des Steckbereichs 11 anzuordnen, der dort ein dem Steckbereich 11 zugeordnetes Verriegelungselement betätigen kann und der über ein flexibles Betätigungselement mit einem dem Steckbereich 12 zugeordneten Verriegelungselement bewegungsmäßig gekoppelt ist.
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Ferner ist in der 2 eine Notentriegelungsvorrichtung 21a ersichtlich. Die Notentriegelungsvorrichtung 21a kann beispielsweise als Hebel ausgebildet sein, der durch Betätigung mittels eines geeigneten Werkzeugs (nicht dargestellt) das durch den Aktuator 21 in die Verriegelungsstellung gefahrene Verriegelungselement 17 entriegeln kann. Mit diesem Hebel kann z.B. im Falle eines Ausfalls der 12 V- Bordnetzspannung der Ladestecker 3 manuell notentriegelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ladesteckdose
- 2
- Ladestecker für Wechselstrom
- 3
- Ladestecker für Gleichstrom
- 4
- Abdeckklappe
- 5
- Ladegerät
- 6
- Traktionsbatterie
- 7
- Elektromotor
- 10
- Gehäuse der Ladesteckdose
- 11
- Steckbereich für Wechselstrom-Ladestecker
- 12
- Steckbereich für Gleichstrom-Ladestecker
- 13
- stromführende Eingänge (Phasen)
- 14
- nicht stromführender Eingang (Nulleiter)
- 15
- stromführender Eingang (Pluspol)
- 15a
- Berührschutzzylinder
- 16
- nicht stromführender Eingang
- 16a
- Berührschutzzylinder
- 16b
- Vertiefung
- 17, 17'
- Verriegelungselement
- 18
- Durchgangsöffnung
- 21
- Aktuator
- 21a
- Notentriegelungsvorrichtung
- 22
- flexibles Betätigungselement, Bowdenzugkabel
- 23, 23'
- Verriegelungselement
- 24
- Schutzüberzug
- 25
- steckerseitiger Verriegelungshaken
- 25a
- hakenartiger Vorsprung
- 26
- längliche Nut
- 30
- Durchgangsöffnung
- K
- Kraftfahrzeug
- R1, R2, R3
- Bewegungsrichtungen
- S
- Schwenkpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19642687 A1 [0006]
- DE 102011050536 A1 [0007]
- DE 102013017845 A1 [0008]
