AT507879B1 - Beidseitig verriegelbares hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter schaltfunktion - Google Patents

Abstract

Ein Hochstromsteckverbindungssystem zum Strombetanken von Elektrofahrzeugen hat eine Buchse (1), eine integrierte elektromechanische Schaltfunktion und ein Schütz. Normalerweise weist ein Schütz an zwei gegenüberliegenden Seiten Anschlusskontakte (10, 11) auf. Bei dem erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbindungssystem hat der Schütz eine der Steckverbindung zugeordnete Seite (= geschaltete Seite) und eine der Steckverbindung abgewandte Seite. Der Unterschied zu einem bekannten Schütz ist, dass die in der Regel mit Schrauben versehenen Anschlusskontakte (10) am Schütz selbst an der geschalteten Seite fehlen und diese nun Bestandteil eines abnehmbaren Steckers (2) mit den entsprechenden Steckzungen sind.Die Steckerkontakte (9) sind mit Buchsenkontakten über Schaltkontakte (5) nach elektrischer Ansteuerung einer Spule (3) derart leitend verbunden, dass das Hochstromsteckverbindungssystem im geschalteten Zustand, d.h. bei elektrischer Ansteuerung der Spule (3), durch eine Verriegelung verriegelt und im ungeschaltetem Zustand trennbar ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 507879 B1 2013-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Hochstromsteckverbindungssystem zum Strombetanken von Elektrofahrzeugen.

[0002] Grundsätzlich können vier Lösungen zum Betanken von Elektrofahrzeugen angeführt werden.

[0003] Erste Überlegung ist das automatische Austauschen von Batteriepaketen bei Tankstellen über Roboter und das Laden der Batteriepakete bei der Tankstelle. Zweite Überlegung ist die kontaktlose Übertragung über Spulen und hochfrequenten Strömen (z.B. Magnet Charge von GM). Dritte Überlegung ist die Bereitstellung einer Tankstelleninfrastruktur mit bereits angeschlossenen Hochstromladekabeln und entsprechendem Stecker zum Elektrofahrzeug. Vierte Überlegung ist die Bereitstellung einer Tankstelleninfrastruktur mit entsprechenden Hochstromsteckern, an denen man ein mitgeführtes Ladekabel sicher anschließen kann.

[0004] Das erfindungsgemäße Hochstromsteckverbindungssystem kann unter anderem die unter der dritten und vierten Überlegung beschriebenen Probleme lösen.

[0005] Moderne Stromtankstellen müssen hinsichtlich Verbindung zwischen Elektrofahrzeug und Stromtankstelle folgende Kriterien erfüllen: Selbstbedienung, geringster Kraftaufwand bei der Herstellung der Verbindung, hohe Steckzyklen, manipulationssicher (Stromdiebstahl), ausgereifte Schutzelektronik zur Vermeidung elektrischer Unfälle, Stromfreischaltung sowie Verriegelung der Steckverbindung, um unbefugtes Entfernen der Stecker oder Kabel zu verhindern. Wesentlich ist die Beherrschung von Spannungen bis zu 400 VAC und Ströme bis zu 63 A.

[0006] Herkömmliche Industriestecker für hohe Stromstärken (z.B. 63 A bei 400 V) bedingen einen Kraftaufwand von mehreren Kilopond (kp) und sind meist nur mit entsprechenden Hebeln zu bedienen. Außerdem sind die Steckzyklen bei herkömmlichen Industriesteckern sehr gering und es muss sichergestellt werden, dass das Hochstromsteckverbindungssystem während dem Stecken und Trennen nicht unter Spannung steht.

[0007] Steckverbinder, die mit der Höhe eines Stromflusses die mechanische Kontaktkraft zwischen einem Stecker und einer Buchse erhöhen sind aus der US 4 445 732 A und der US 4 867 713 A bekannt. Elektromechanische Verriegelungssysteme für Steckverbinder sind aus der EP 1 961 367 A1 und der GB 2 313 240 A bekannt. Weitere Steckverbindungen sind aus der DE 16 90 065 A, der DE 74 35 502 U1 und der DE 567 467 C bekannt.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Hochstromsteckverbindungssystem mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion so zu gestalten, dass zumindest alle genannten Kriterien erfüllt werden.

[0009] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Hochstromsteckverbindungssystem, welches die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

[0010] Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbindungssystems sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0011] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Schütz an der geschalteten Seite hinsichtlich Anschlusskontakten für die Steckverbindung anschlusskontaktfrei ausgestaltet und Teil der Buchse des Hochstromsteckverbindungssystems ist, dass die Anschlusskontakte für die Steckverbindung an einem mit Steckerkontakten versehenen, abnehmbaren Stecker angeordnet sind und dass die Steckerkontakte mit Buchsenkontakten über Schaltkontakte nach elektrischer Ansteuerung einer Spule derart leitend verbunden sind, dass das Hochstromsteckverbindungssystem im geschalteten Zustand, d.h. bei elektrischer Ansteuerung der Spule, durch eine Verriegelung verriegelt und im ungeschaltetem Zustand trennbar ist. Es wird ein Hochstromsteckverbindungssystem zur Verfügung gestellt, bei dem ein Schütz derart umgestaltet ist, dass dieser Teil der Buchse ist und auch als Gehäuseeinbaugerät gestaltet werden kann. Normalerweise weist ein Schütz an zwei gegenüberliegenden Seiten Anschlusskontakte auf. Bei dem erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbindungssystem hat der Schütz eine der Steckverbindung zugeordnete Seite (= geschaltete Seite) und eine der Steckverbindung abgewandte Seite. 1 /10 österreichisches pstentamt AT 507879 B1 2013-12-15

Es ist vorgesehen, dass der Schütz an der geschalteten Seite anschlusskontaktfrei (d.h. die Anschlusskontakte für die Steckverbindung fehlen an der geschalteten Seite des Schützes) ausgestaltet und Teil der Buchse des Hochstromsteckverbindungssystems ist und dass die Anschlusskontakte an einem mit Steckerkontakten versehenen, abnehmbaren Stecker angeordnet sind. Der Unterschied zu einem bekannten Schütz ist, dass die in der Regel mit Schrauben versehenen Anschlusskontakte am Schütz selbst an der geschalteten Seite fehlen und diese nun Bestandteil eines abnehmbaren Steckers mit den entsprechenden Steckzungen sind. Das erfindungsgemäße Hochstromsteckverbindungssystem eignet sich somit besonders für hohe Steckzyklen, wobei der Kraftaufwand zum Herstellen bzw. Trennen der Verbindung zwischen der Stromquelle und dem Stromverbraucher (Steckverbindung) sehr gering ist.

[0012] Beim erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbindungssystems ist vorgesehen, dass die Steckverbindung nach elektrischer Ansteuerung einer Spule die Steckerkontakte mit Buchsenkontakten über Schaltkontakte mit hohem Kraftaufwand leitend verbindet, was ein Trennen der Verbindung im geschalteten Zustand in Verbindung mit einem Verriegelungssystem verhindert und im ungeschalteten Zustand ohne Kraftaufwand wieder freigibt.

[0013] Im Rahmen der Erfindung ist der Schütz ein 1-, 2- oder mehrpoliger Schütz.

[0014] Das erfindungsgemäße Hochstromsteckverbindungssystem kann überall dort zur Anwendung kommen, wo Hochstromverbindungen zwischen einem mobilen Gerät (Stecker) mit einer Stromversorgungsquelle (Buchse) unter wenig Kraftaufwand sehr häufig geschlossen und wieder getrennt werden müssen und die Verbindung erst dann bespannt (Zuschalten der elektrischen Spannung) werden darf, wenn sicher gestellt ist, dass es sich um einen registrierten Nutzer handelt, was durch Codierung des Steckers festgestellt wird, und wenn beim mobilen Gerät keine Fehler registriert werden, was durch Impendanz-messung oder dergleichen erfolgt.

[0015] Weiters ist es eine wesentliche Funktion des erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbindungssystems sicherzustellen, dass nur eine berechtigte Person und nur unter bestimmten Bedingungen (unbespannt) die Verbindung zwischen der Stromquelle und dem Stromverbraucher wieder lösen kann, was durch ein entsprechendes Verriegelungssystem sichergestellt wird.

[0016] Das erfindungsgemäße Hochstromsteckverbindungssystem kann unter anderem auch bei Stromtankstellen zur Ladung von Batterien von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Im Einsatzbereich der "Elektromobilität" werden Elektrofahrzeuge in der Regel über das öffentliche Stromnetz mit elektrischer Energie "betankt". Es gibt diesbezüglich noch keine standardisierten Stromtankstellen- bzw. Betankungssysteme, da weder Ladezeiten (z.B. zwischen 30 Minuten und 8 Stunden) noch Energiekapazität der Batterien (z.B. Reichweiten bis zu 300 km und mehr) noch Batteriesysteme (z.B. Ionen Lithium) definiert werden können.

[0017] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist.

[0018] Es zeigt: [0019] Fig. 1 bis 9 Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbin dungssystems.

[0020] In den Fig. 1 bis 9 sind Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Hochstromsteckverbindungssystemen dargestellt, bei der ein Schütz derart umgestaltet wird, dass dieser Teil der Buchse 1 ist und auch als Gehäuseeinbaugerät 8 gestaltet werden kann. Am Schütz fehlen die in der Regel mit Schrauben versehenen Anschlusskontakte an der geschalteten Seite. Diese sind am mit Steckerkontakten 9 versehenen, abnehmbaren Stecker 2 angeordnet. Die Steckverbindung 1,2 verbindet nach elektrischer Ansteuerung einer Spule 3 die Steckerkontakte 9 mit Buchsenkontakten über Schaltkontakte 5 mit hohem Kraftaufwand leitend.

[0021] Der Stecker 2 weist konusförmige Führungsnasen 12 und entsprechende buchsenseitige Ausnehmungen 13 auf. Zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Buchse konusförmige Führungsnasen 6 und entsprechende steckerseitige Ausnehmungen 7 aufweist und dass die steckerseitige Führungsnase 12 beim Einführen des Steckers 2 in die Buchse 1 eine 2/10 österreichisches pstentamt AT 507879 B1 2013-12-15

Schutzklappe 14 so bewegt, dass diese Buchsenöffnungen 15 freigibt. Somit ist das Einführen des Steckers 2 in die Buchse 1 exakt und ohne Kraftanstrengung möglich, wobei das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit verhindert wird. Zudem bietet die Schutzklappe 14 einen Berührungsschutz, womit die Sicherheit für den Benutzer erhöht wird.

[0022] Das Hochstromsteckverbindungssystem ist buchsen- und/oder steckerseitig, d.h. beidseitig, verriegelt. Das Hochstromsteckverbindungssystem verwendet die Kraft des Magnetfelds der Schützspule 3 zum einen für die buchsenseitige Verriegelung der Steckverbindung 1,2 und zum anderen zur Erhöhung der Anpresskräfte zwischen den Buchsenkontakten 9 und den Schaltkontakten 5, was beim Schalten von hohen Stromstärken unbedingt notwendig ist. Die buchsenseitige Verriegelung (Fig. 5) funktioniert derart, dass zwei entsprechend angebrachte Riegel 4, welche am Schützantrieb 16 direkt gekoppelt sind, in eine Ausnehmung 17 der steckerseitigen Führungsnasen 12 einrastet. Durch entsprechende Formgebung der Führungsnasen 12 und der Riegel 4 ist sichergestellt, dass der Schütz nur schließen kann, wenn der Stecker 2 richtig eingeführt wurde und dass geringste unbeabsichtigte Schräglagen beim Schließen des Schützes ausgeglichen (zurechtgerückt) werden. Das buchsenseitige Verriegelungssystem verhindert zuverlässig ein unter Spannung stehendes Abziehen des Steckers 2.

[0023] Die Buchse 1 besitzt weiters zwei buchsenseitige Führungsnasen 6, welche in die steckerseitigen Ausnehmungen 7 eingeführt werden. Hier befindet sich das steckerseitige Verriegelungssystem (Fig. 6), bestehend aus wenigstens einem am Stecker 2 angeordneten Riegel 18, einer Ausnehmung 19 und einem Entriegelungssystem 20. Das Verriegelungs-system kann ein- oder beidseitig ausgeführt werden und sichert zum einen den korrekten Sitz des Steckers 2, bevor das buchsenseitige Verriegelungssystem in Kraft ist, und verhindert zum anderen das unbefugte Entfernen bzw. das Herausfallen des Steckers 2 bei entriegelter Buchse 1. Das steckerseitige Verriegelungssystem wird in der Regel elektrisch angesteuert, kann aber auch eine mechanische Übertragung auf den Riegel 18 aufweisen, so dass es auch mit einem Schlüssel bedient werden kann.

[0024] Im Rahmen der Erfindung kann die buchsenseitige Verrieglung sowohl elektrisch als auch über ein mechanisches Schloßsystem entriegelt werden kann.

[0025] Das Hochstromsteckverbindungssystem ist mit einer thermischen Überwachung ausgerüstet. Dazu wird im Steckerkörper ein temperaturabhängiger Widerstand (z.B. PTC, PT100) oder ein temperaturabhängiger Halbleiter 26 eingebracht. Über eine in der Buchse 1 oder im Stecker 2 integrierten Auswerteelektronik werden die Temperaturen entsprechend ausgewertet und, und bei Temperaturerhöhung, das System ausgeschaltet. Die thermische Überwachung kann auch im Buchsenteil 27 untergebracht werden. Damit ist auch sicher gestellt, dass es in Folge von Verschmutzung oder in Folge anderer Umstände zu keiner thermischen Zerstörung der Steckverbindung 1,2 durch vorzeitige Abschaltung kommen kann.

[0026] Das erfindungsgemäße System ist in den Fig. 3-polig ausgeführt, kann jedoch mit mehreren Hauptkontakten 9 (z.B. 1-polig, 3-polig, 4-polig, Erdleiter) und auch mit Hilfskontakten 21 ausgeführt sein. Dies kann dadurch gelöst werden, dass eine steckerseitige Führungsnase 12 erforderliche Kontaktierungen 21 aufweisen kann, welche mit den in der buchsenseitigen Ausnehmung 13 angebrachten Schleif- oder Steckkontakten 22 verbunden werden können. Die Kontaktierungen können sowohl steckerseitig als auch buchsenseitig jeweils über die Führungsnasen und den entsprechenden Ausnehmungen realisiert werden. Diese Hilfskontakte können für die Hilfsspannungsversorgung und/oder für Bussysteme und/oder für die Temperaturüberwachung und/oder für die Identifizierung des Steckers 2 verwendet werden.

[0027] Eine Sonderform des erfindungsgemäßen Systems für die Identifizierung des Steckers 2 ist die Bestückung einer steckerseitigen Führungsnase 12 oder des Steckers 2 selbst mit einem Transponderchip 23, welcher über einen in der Buchse 1 angebrachten Empfänger 24 ausgewertet werden kann.

[0028] Das erfindungsgemäße Stromübertragungssystem kann auch mit einem Rückstellsystem 25, z.B. zum Rücksteilen eines ausgelösten Schutzautomaten, ausgerüstet werden. Das Rückstellsystem 25 wird in die buchsenseitige Ausnehmung 13 eingebracht und kann durch erneutes Einstecken des Steckers 2 mittels steckerseitiger Führungsnase 12 bewegt werden. 3/10

Claims (12)

1. österreichisches Patentamt AT 507879 B1 2013-12-15 Patentansprüche 1. Hochstromsteckverbindungssystem zum Strombetanken von Elektrofahrzeugen, mit einer Buchse (1), mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion und mit einem Schütz, dadurch gekennzeichnet, dass der Schütz an der geschalteten Seite hinsichtlich Anschlusskontakten für die Steckverbindung anschlusskontaktfrei ausgestaltet und Teil der Buchse (1) des Hochstromsteckverbindungssystems ist, dass die Anschlusskontakte (10) für die Steckverbindung an einem mit Steckerkontakten (9) versehenen, abnehmbaren Stecker (2) angeordnet sind und dass die Steckerkontakte (9) mit Buchsenkontakten über Schaltkontakte (5) nach elektrischer Ansteuerung einer Spule (3) derart leitend verbunden sind, dass das Hochstromsteckverbindungssystem im geschalteten Zustand, d.h. bei elektrischer Ansteuerung der Spule (3), durch eine Verriegelung verriegelt und im unge-schaltetem Zustand trennbar ist.
2. 2. Hochstromsteckverbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (2) konusförmige Führungsnasen (12) und entsprechende buchsenseitige Ausnehmungen (13) aufweist.
3. 3. Hochstromsteckverbindungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnase (12) des Steckers (2) beim Einführen des Steckers (2) in die Buchse (1) eine Schutzklappe (14) so bewegt, dass diese die Buchsenöffnungen (15) freigibt.
4. 4. Hochstromsteckverbindungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (1) konusförmige Führungsnasen (6) und entsprechende steckerseitige Ausnehmungen (7) aufweist.
5. 5. Hochstromsteckverbindungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie steckerseitig verriegelt ist und dass die steckerseitige Verriegelung wenigstens einen am Stecker (2) angeordneten Riegel (18) und eine entsprechende Ausnehmung (19) aufweist.
6. 6. Hochstromsteckverbindungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der steckerseitigen Verrieglung ein Entriegelungsmechanismus (20) zugeordnet ist.
7. 7. Hochstromsteckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie buchsenseitig verriegelt ist und dass für die buchsenseitige Verriegelung wenigstens ein am Schützantrieb (16) direkt gekoppelter Riegel (4) unter Kraft des Magnetfeldes der Schützspule (3) in eine entsprechende Ausnehmung (17) der Führungsnasen (12) des Steckers einrastbar sind.
8. 8. Hochstromsteckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Stecker (2) und/oder in der Buchse (1) ein temperaturabhängiger Widerstand oder ein temperaturabhängiger Halbleiter (26) angeordnet ist.
9. 9. Hochstromsteckverbindungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Stecker (2) und/oder in der Buchse (1) eine Auswerteelektronik angeordnet ist, welche die Temperatur auswertet und bei Überschreitung eines vorgegebenen Wertes die Stromübertragung abschaltet.
10. 10. Hochstromsteckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über wenigstens eine Führungsnase (12) am Stecker (2), der entsprechenden buchsenseitigen Ausnehmung (13) und über Kontakte (21) Hilfsverbindungen für eine Hilfsspannungsversorgung und/oder für Bussysteme und/oder für eine Temperaturüberwachung und/oder für das Identifizieren des Steckers (2) herstellbar sind.
11. 11. Hochstromsteckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Führungsnase (12) des Steckers (2) oder der Stecker (2) einen Transponderchip (23), welcher über einen in der Buchse (1) angebrachten Empfänger (24) auswertbar ist, aufweist. 4/10 österreichisches Patentamt AT 507879 B1 2013-12-15
12. 12. Hochstromsteckverbindungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Rückstellsystem (25) aufweist, dass in der buchsenseitigen Ausnehmung (13) angeordnet und beim Einstecken des Steckers (2) durch die Führungsnase (12) des Steckers (2) bewegbar ist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 5/10