DE102011085043A1 - Charging device for plug-in-vehicle e.g. electric vehicle, has electrical drive moving charging plug from insertion position into charging position for establishing charging connection between plug and charging socket for charging vehicle - Google Patents

Charging device for plug-in-vehicle e.g. electric vehicle, has electrical drive moving charging plug from insertion position into charging position for establishing charging connection between plug and charging socket for charging vehicle Download PDF

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Abstract

The device has a charging cable comprising a charging plug (1) for a vehicle-external charging source and a vehicle-side charging socket (2). A charging connection is established between the plug and the socket for charging a plug-in-vehicle at the source. A charging device has an electrical drive (3) i.e. electric motor, that is formed as a component of the vehicle. The drive moves the plug from an insertion position into a charging position to establish the charging connection. The plug has two electrical contacts i.e. pins, and the sleeve has two electrical poles i.e. wire spring contacts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für ein Plug-In-Fahrzeug, die ein Ladekabel mit einem Ladestecker für eine fahrzeugexterne Ladequelle und eine fahrzeugseitige Ladebuchse umfasst und bei der zum Laden des Fahrzeugs an der Ladequelle eine Ladeverbindung zwischen dem Stecker und der Buchse herstellbar ist,The invention relates to a charging device for a plug-in vehicle, which comprises a charging cable with a charging plug for a vehicle-external charging source and a vehicle-side charging socket and in which for charging the vehicle to the charging source, a charging connection between the plug and the socket can be produced

Typischerweise verfügen Plug-In-Fahrzeuge über einen elektrifizierten Antriebsstrang. Aufgrund der Möglichkeit, Fahrzeuge mit teil- oder vollelektrischem Antrieb wie Hybrid- oder Elektrofahrzeuge an einer äußeren Energiequelle kabelgebunden elektrisch zu laden, werden Fahrzeuge des betreffenden Typs auch als Plug-In-Fahrzeuge bezeichnet.Typically, plug-in vehicles have an electrified powertrain. Due to the possibility of electrically charging partially or fully electrically powered vehicles, such as hybrid or electric vehicles, to an external power source, vehicles of the type in question are also referred to as plug-in vehicles.

Plug-In-Fahrzeuge weisen einen elektrischen Energiespeicher auf, der meist als Hochvoltbatterie ausgeführt ist. Bei einem Ladevorgang wird der Energiespeicher an einer externen Ladequelle geladen. Die elektrische Ladeverbindung wird mit einem Ladekabel zwischen dem Fahrzeug und der Ladequelle hergestellt. Hierfür weist das Fahrzeug eine elektrische Ladebuchse auf, die Bestandteil einer Ladeelektrik des Fahrzeugs ist. Das Ladekabel ist mit einem Ladestecker versehen, den der Fahrzeugnutzer zur Herstellung einer Ladeverbindung mit der Buchse mechanisch verbindet. Bei bestimmungsgemäßer Stecker-Buchse-Verbindung ist auch eine elektrische Verbindung zum Laden zwischen dem Fahrzeug und der Ladequelle hergestellt.Plug-in vehicles have an electrical energy storage, which is usually designed as a high-voltage battery. During a charging process, the energy store is charged to an external charging source. The electrical charging connection is made with a charging cable between the vehicle and the charging source. For this purpose, the vehicle has an electrical charging socket, which is part of a charging electrical system of the vehicle. The charging cable is provided with a charging plug, which the vehicle user mechanically connects to the socket to make a charging connection. At the intended plug-socket connection and an electrical connection for charging between the vehicle and the charging source is made.

Die Ladebedienung durch den Fahrzeugnutzer ähnelt der Vorgehensweise bei einer Kraftstofftankstelle für ein Verbrennungskraftfahrzeug, d. h. der Benutzer appliziert den Stecker gleichsam einer Tankpistole in der einer Tanköffnung entsprechenden Buchse, um die Ladevorgang einzuleiten.The load operation by the vehicle user is similar to the procedure for a fuel station for an internal combustion vehicle, d. H. The user applies the plug as it were a tank gun in the socket corresponding to a tank opening to initiate the charging process.

Nach dem heutigen Stand der Technik ist die Stecker-Buchse-Verbindung mit einem bestimmten Kraftaufwand durch den Fahrzeugnutzer verbunden. Aufgrund der hohen Ladeleistungen weisen das Ladekabel, der Ladestecker und die Ladebuchse eine minimale Baugröße auf, die bei der Handhabung durch den Fahrzeugnutzer insbesondere eines Premium-Fahrzeugs den Eindruck eines mangelnden Ladekomforts hinterlassen können.In the current state of the art, the male-female connection is connected with a certain amount of force by the vehicle user. Due to the high charging power, the charging cable, the charging plug and the charging socket on a minimum size, which can leave the impression of a lack of charging comfort when handled by the vehicle user in particular a premium vehicle.

Dieser Eindruck kann dadurch verstärkt sein, dass eine Plug-In-Fahrzeug mitunter weitaus häufiger nachgeladen wird als ein verbrennungsmotorisches Fahrzeug betankt werden muss.This impression can be exacerbated by the fact that a plug-in vehicle is sometimes recharged much more often than an internal combustion engine vehicle must be fueled.

Dem beschriebenen Nachteil wird etwa in der Schrift US 7,999,506 B1 dadurch begegnet, dass anstelle des Nutzers ein Roboterarm den Stecker automatisiert in die Ladebuchse steckt.The described disadvantage is approximately in the Scriptures US Pat. No. 7,999,506 B1 This is countered by the fact that instead of the user, a robot arm automatically inserts the plug into the charging socket.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ladevorrichtung für ein Fahrzeug zu beschreiben.It is an object of the invention to describe an improved loading device for a vehicle.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ladevorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a charging device according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß weist die Ladevorrichtung einen elektrischen Antrieb auf, der Bestandteil des Plug-In-Fahrzeugs ist und der zum Herstellen der Ladeverbindung den Ladestecker in der Ladebuchse ausgehend von einer Vorsteckposition in eine Ladeposition bewegt.According to the invention, the charging device has an electric drive which is part of the plug-in vehicle and which, for producing the charging connection, moves the charging plug in the charging socket from a pre-insertion position into a loading position.

Der elektrische Antrieb bewegt den in der Ladebuchse befindlichen Stecker, um eine Ladeverbindung herzustellen. Dies bedeutet, dass eine Ladeverbindung nicht aufgrund der Tatsache, dass der Stecker in der Buchse befindlich ist, hergestellt ist. Beispielsweise befindet sich der Ladestecker in der Vorsteckposition in der Ladebuchse, ohne dass eine elektrische Ladeverbindung hergestellt ist. Befindet sich der Ladestecker innerhalb der Ladebuchse in der Ladeposition ist eine Ladeverbindung hergestellt. Der elektrische Antrieb gewährleistet eine Verschiebung des Ladesteckers von der Vorsteckposition in die Ladeposition.The electric drive moves the plug located in the charging socket to make a charging connection. This means that a charging connection is not made due to the fact that the plug is located in the socket. For example, the charging plug is in the Vorsteckposition in the charging socket without an electrical charging connection is made. If the charging plug is located in the charging socket in the charging position, a charging connection is established. The electric drive ensures a displacement of the charging plug from the Vorsteckposition to the loading position.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung bewegt der elektrische Antrieb zum Lösen der Ladeverbindung den Ladestecker in der Ladebuchse ausgehend von der Ladeposition in die Vorsteckposition.According to a further variant of the invention, the electric drive moves to release the charging connection, the charging plug in the charging socket, starting from the loading position in the Vorsteckposition.

Gemäß dieser Variante wird die elektrische Ladeverbindung in der Ladedose dadurch getrennt, dass der elektrische Antrieb den Stecker von der Ladeposition in die Vorsteckposition bewegt.According to this variant, the electrical charging connection in the charging socket is separated by the fact that the electric drive moves the plug from the loading position to the prefacing position.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ladestecker mindestens zwei elektrische Kontakte und die Ladebuchse mindestens zwei elektrische Pole auf. Bei hergestellter Ladeverbindung bildet jeder der mindestens zwei elektrischen Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung mit einem vorbestimmten Pol der mindestens zwei elektrischen Pole, wobei ein elektrischer Kontakt der mindestens zwei elektrischen Kontakte des Ladesteckers als Vorsteckkontakt ausgebildet und ein elektrischer Pol der mindestens zwei elektrischen Pole der Ladebuchse als Vorsteckpol ausgebildet ist. In der Vorsteckposition ist der Ladestecker in der Ladebuchse befindlich, es besteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Vorsteckkontakt und dem Vorsteckpol und die weiteren elektrischen Kontakte sind von den weiteren elektrischen Polen elektrisch getrennt.According to a further embodiment of the invention, the charging plug has at least two electrical contacts and the charging socket has at least two electrical poles. When the charging connection is established, each of the at least two electrical contacts forms an electrically conductive connection with a predetermined pole of the at least two electrical poles, wherein an electrical contact of the at least two electrical contacts of the charging plug forms a plug-in contact and an electrical pole of the at least two electrical poles of the charging socket Vorsteckpol is formed. In the Vorsteckposition the charging plug is located in the charging socket, there is an electrically conductive connection between the Vorsteckkontakt and the Vorsteckpol and the other electrical contacts are electrically isolated from the other electrical poles.

Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Vorsteckposition durch eine elektrische Verbindung zwischen dem Vorsteckkontakt und dem Vorsteckpol detektierbar ist. In other words, this means that the Vorsteckposition is detectable by an electrical connection between the Vorsteckkontakt and the Vorsteckpol.

Vorzugsweise können die elektrischen Kontakte jeweils als Stift ausgeführt und die elektrischen Pole jeweils als Drahtfederkontakt ausgeführt sein. Bei hergestellter Ladeverbindung arretiert jeweils ein Drahtfederkontakt den jeweiligen Stift mechanisch.Preferably, the electrical contacts can each be designed as a pin and the electrical poles can be designed in each case as a wire spring contact. When the charging connection is made, one wire spring contact mechanically locks the respective pin.

Diese Kontaktkraft zwischen dem Drahtfederkontakt und dem Stift minimiert den Übergangswiderstand zwischen dem Stift und dem Drahtfederkontakt.This contact force between the wire spring contact and the pin minimizes the contact resistance between the pin and the wire spring contact.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ausgehend von von der Ladebuchse getrenntem Ladestecker der elektrische Antrieb zum Herstellen einer Ladeverbindung durch Einstellen der Vorsteckposition aktivierbar.According to a further embodiment of the invention, the electric drive for producing a charging connection can be activated by setting the pre-insertion position, starting from the charging socket separate from the charging socket.

Falls der Nutzer des Fahrzeugs die Vorsteckposition des Ladesteckers in der Ladebuchse einstellt, ist dies über den Vorsteckkontakt und den Vorsteckpol detektierbar und dadurch der elektrische Antrieb aktivierbar. Der elektrische Antrieb bewegt den Ladestecker in der Ladebuchse von der Vorsteckposition in die Ladeposition.If the user of the vehicle adjusts the Vorsteckposition of the charging plug in the charging socket, this can be detected via the Vorsteckkontakt and the Vorsteckpol and thereby the electric drive can be activated. The electric drive moves the charging plug in the charging socket from the Vorsteckposition to the loading position.

Weiterhin kann es nützlich sein, wenn bei hergestellter Ladeverbindung ein Ladevorgang zum Laden des Plug-In-Fahrzeugs startbar ist, und am Ende des Ladevorgangs der elektrische Antrieb den Ladestecker in der Ladebuchse ausgehend von der Ladeposition in die Vorsteckposition bewegt wird.Furthermore, it may be useful if a charging process for charging the plug-in vehicle can be started at the established charging connection, and at the end of the charging process, the electric drive, the charging plug in the charging socket, starting from the loading position is moved to the Vorsteckposition.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Antrieb zum Lösen der Ladeverbindung durch eine Eingabe am Fahrzeug oder an der externen Ladequelle oder automatisch mit dem Ende des Ladens aktivierbar ist.In addition, it is advantageous if the electric drive for releasing the charging connection can be activated by an input on the vehicle or at the external charging source or automatically with the end of the charging.

Ein Ladevorgang ist bei hergestellter Ladeverbindung durchführbar. Nach einem Ladevorgang ist die Ladeverbindung zu lösen, um den Fahrbetrieb wieder aufnehmen zu können. Die Ladeverbindung wird dadurch gelöst, dass der Ladestecker von dem elektrischen Antrieb von der Ladeposition in die Vorsteckposition bewegt wird. Der elektrische Antrieb ist durch den Nutzer aktivierbar, indem eine Eingabe (z. B. ein Knopfdruck am Fahrzeugschlüssel oder eine Touchpadbestätigung an der Ladequelle) erfolgt. Alternativ wird der elektrische Antrieb automatisch bei Beendigung des Ladevorgangs in Betrieb gesetzt, wobei das Ende des Ladevorgangs durch den Abschluss einer Laderoutine zwischen Plug-In-Fahrzeug und Ladequelle gegeben ist.A charging process can be carried out when the charging connection is established. After a charging process, the charging connection is to be released in order to resume driving. The charging connection is achieved in that the charging connector is moved by the electric drive from the loading position to the Vorsteckposition. The electric drive can be activated by the user by an input (eg a push of a button on the vehicle key or a touchpad confirmation at the charging source). Alternatively, the electric drive is automatically put into operation upon completion of the charging process, the end of the charging process being due to the completion of a charging routine between the plug-in vehicle and the charging source.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung treibt der elektrische Antrieb bei Aktivierung eine exzenterartige Vorrichtung, wobei der elektrische Antrieb bei Aktivierung die exzenterartige Vorrichtung zum Herstellen der Ladeverbindung in einer Steckrichtung treibt und zum Lösen der Ladeverbindung in einer Löserichtung treibt. Die exzenterartige Vorrichtung weist einen mechanischen Mitnehmer auf, der Ladestecker einen mechanischen Aufnehmer.According to a further embodiment of the invention, when activated, the electric drive drives an eccentric device, the electric drive, when activated, driving the eccentric device for producing the charging connection in a plugging direction and driving it to release the charging connection in a release direction. The eccentric device has a mechanical driver, the charging connector a mechanical pickup.

Bei Betrieb des elektrischen Antriebs in Steckrichtung oder in Löserichtung wird ein bewegendes Moment auf die exzenterartige Vorrichtung sowie den mechanische Mitnehmer übertragen.When operating the electric drive in the insertion direction or in the release direction, a moving moment is transmitted to the eccentric device and the mechanical driver.

Weiterhin ist in der Vorsteckposition und bei in Steckrichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung eine mechanische Verbindung zwischen dem Mitnehmer und dem Aufnehmer herstellbar. Dabei bewirkt die mechanische Verbindung die Bewegung des Ladesteckers in der Ladebuchse zum Herstellen der Ladeverbindung und die Bewegung des Ladesteckers in der Ladebuche zum Lösen der Ladeverbindung. Die mechanische Verbindung zwischen dem Mitnehmer und dem Aufnehmer ist in der Vorsteckposition und bei in Löserichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung lösbar.Furthermore, a mechanical connection between the driver and the transducer can be produced in the Vorsteckposition and operated in the plug-in direction eccentric device. The mechanical connection causes the movement of the charging plug in the charging socket for making the charging connection and the movement of the charging plug in the charging bag to release the charging connection. The mechanical connection between the driver and the transducer is in the Vorsteckposition and operated in the release direction exzenterartiger device solvable.

Zusätzlich kann die exzenterartige Vorrichtung eine mechanische Verbindungseinheit mit der Ladebuchse aufweisen. Durch Kraftübertragung über die mechanische Verbindungseinheit ist die Ladebuchse von dem elektrischen Antrieb bewegbar. Zur Herstellung der Ladeverbindung bei in Steckrichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung ist die Ladebuchse relativ zum Ladestecker bewegbar, zur Lösung der Ladeverbindung bei in Löserichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung ist die Ladebuchse relativ zum Ladestecker bewegbar.In addition, the eccentric device may have a mechanical connection unit with the charging socket. By transferring power via the mechanical connection unit, the charging socket is movable by the electric drive. To produce the charging connection when operated in the plug-in direction eccentric device the charging socket is movable relative to the charging plug, to solve the charging connection in operated in the release direction exzenterartiger device, the charging socket is movable relative to the charging plug.

Auf diese Weise sind der Ladestecker und die Ladebuchse zum Herstellen der Ladeverbindung und zum Lösen der Ladeverbindung jeweils gegenläufig zueinander bewegbar. Dies kann vorteilhaft sein, um die Kontaktkraft zwischen den steckerseitigen Kontaktstiften und die buchsenseitigen Drahtfederkontakten, die die mechanische Arretierung der Stifte in den Drahtfederkontakten bewirkt, zum Abstecken bzw. Anstecken zu überwinden. Für den Fahrzeugnutzer ist der Kraftaufwand zum Laden des Fahrzeugs also darauf beschränkt, zur Durchführung eines Ladevorgangs den Stecker in die Vorsteckposition zu bringen und den Stecker nach dem Laden aus der Vorsteckposition zu entfernen.In this way, the charging plug and the charging socket for producing the charging connection and for releasing the charging connection are each movable in opposite directions to each other. This may be advantageous for overcoming the contact force between the plug-side contact pins and the female-side wire spring contacts, which causes the mechanical locking of the pins in the wire spring contacts for staking or plugging. For the vehicle user, the force required to charge the vehicle is thus limited to bringing the plug into the pre-insertion position for carrying out a charging operation and to remove the plug after loading from the pre-insertion position.

Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Ladestecker für Plug-In-Fahrzeuge sind nach heutigem Entwicklungsstand geometrisch relativ groß und mit Kraftaufwand zu stecken (z. B. „Mennekes”-Stecker oder „Yazaki”-Stecker). Für das Laden mit Gleichstrom bei hohen Stromstärken (Gleichstromladen) kommen zudem Stecker in Betracht, die größer und schwerer als der „Mennekes”-Stecker oder „Yazaki”-Stecker sind. Diese Stecker sind mitunter bei gesteckter Verbindung mit dem Fahrzeug elektrisch verriegelbar, um ein unbeabsichtigtes oder unberechtigtes Abziehen zu verhindern. Um Ladestecker einem breiten Nutzerkreis in bedienerfreundlicher Art und Weise zugänglich machen zu können, wird vorgeschlagen, den Ladestecker und die fahrzeugseitige Ladedose mit einer mechanischen Steckhilfe auszustatten. Das Funktionsprinzip der Steckhilfe kann an das bekannte Funktionsprinzip von Zuziehhilfen bei Fahrzeugkofferraumdeckeln angelehnt sein. Die Steckhilfe ist auch zum Entriegeln des Steckers verwendbar.The invention is based on the following considerations:
Charging plugs for plug-in vehicles are geometrically relatively large according to the current state of development and put with force (eg "Mennekes" plug or "Yazaki" plug). For loading with DC at high currents (DC charging) are also considered plugs that are larger and heavier than the "Mennekes" plug or "Yazaki" plug. These plugs can sometimes be electrically locked with plugged connection with the vehicle to prevent unintentional or unauthorized removal. In order to make charging plug accessible to a wide circle of users in a user-friendly manner, it is proposed to equip the charging plug and the vehicle-side charging socket with a mechanical plug-in aid. The operating principle of the plug-in aid can be based on the known operating principle of Zuziehhilfen in vehicle trunk lid. The plug-in aid can also be used to unlock the plug.

Die Steckhilfe kann einen zur fahrzeugseitigen Ladedose gehörenden Elektromotor umfassen, der z. B. über einen angetriebenen Exzenter, einen Mitnehmer auf den Stecker in einer Vorsteckposition zubewegt. Der Mitnehmer fasst den Stecker an einer Kerbe oder einem Steg und zieht den Stecker aus Sicht des Nutzers automatisch aus der Vorsteckposition über die fortsetzende Exzenterbewegung in die Ladedose. Bei Abschluss der Exzenterbewegung ist die Stecker-Buchse-Verbindung hergestellt und die elektrischen Kontakte zwischen Buchse und Stecker bestimmungsgemäß verbunden. Zum Entriegeln ist die Drehrichtung des Exzenters bzw. des Elektroantriebs umkehrbar.The plug-in aid may include a belonging to the vehicle-side charging socket electric motor, the z. B. via a driven eccentric, a driver on the plug in a Vorsteckposition moved. The driver grasps the plug at a notch or a bridge and pulls the plug from the user's perspective automatically from the Vorsteckposition on the continuing eccentric movement in the socket. At the conclusion of the eccentric movement, the male-female connection is made and the electrical contacts between the socket and plug connected as intended. To unlock the direction of rotation of the eccentric or the electric drive is reversible.

Die Bewegung des Elektromotors der Steckhilfe wird in der Vorsteckposition initialisiert. In der Vorsteckposition kommt ein elektrischer Kontakt zwischen einem Kontakt des Steckers und einem Kontakt der Ladedose zustande. Um die Vorsteckposition zu erreichen, hält der Nutzer den Ladestecker an die Ladedose oder führt eine Steckbewegung lediglich ansatzweise und ohne Kraftaufwand aus.The movement of the electric motor of the plug-in aid is initialized in the Vorsteckposition. In the Vorsteckposition comes an electrical contact between a contact of the plug and a contact of the charging socket. To reach the Vorsteckposition, the user holds the charging plug to the charging socket or performs a plugging movement only rudimentary and without any effort.

Das Entriegeln kann beispielsweise durch Drücken eines Knopfes an der Ladestation oder am Ladestecker ausgelöst werden. Ein entsprechender Druckknopf kann auch am Funkschlüssel des Fahrzeugs befindlich sein.The unlocking can be triggered for example by pressing a button on the charging station or on the charging plug. A corresponding push button can also be located on the radio key of the vehicle.

Darüber hinaus kann die Exzenterbewegung zweistufig ausgeführt sein, wobei eine zweite, der ersten nachfolgenden Bewegung zusätzlich ausgeführt wird. Diese Bewegung dient einer Kontaktkrafterhöhung zwischen den zu verbindenden Kontakten, z. B. bei Drahtfedersteckverbindung.In addition, the eccentric movement can be performed in two stages, wherein a second, the first subsequent movement is additionally performed. This movement serves to increase the contact force between the contacts to be connected, eg. B. wire spring connector.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematischHereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. This results in further details, preferred embodiments and further developments of the invention. In detail, show schematically

1 Ladevorrichtung für ein Plug-In-Fahrzeug 1 Charger for a plug-in vehicle

2 Ein stiftartiger Ladesteckerkontakt und ein Drahtfederkontakt als Ladebuchsenkontakt 2 A pen-like charging plug contact and a wire spring contact as a charging book contact

1 zeigt eine Ladevorrichtung für ein Plug-In-Fahrzeug. Das Fahrzeug weist eine Ladebuchse (2) auf, die vorzugsweise im Bereich der Außenhaut integriert ist. Zum Laden des Plug-In-Fahrzeugs ist mit einem Ladestecker (1), der an einem Ladekabel angebracht ist, eine Ladeverbindung herzustellen. Dies ist manuell durch den Fahrzeugnutzer bewerkstelligbar, indem der Anwender den Stecker gleichsam einem Stromstecker im Hausgebrauch in die dafür vorgesehene Steckdose steckt. Eine bestimmungsgemäße elektrische Verbindung besteht, wenn ein elektrischer Kontakt zwischen elektrischen Kontakten im Stecker und vorbestimmten elektrischen Polen der Ladebuchse besteht. 1 shows a charging device for a plug-in vehicle. The vehicle has a charging socket ( 2 ), which is preferably integrated in the region of the outer skin. To charge the plug-in vehicle, use a charging plug ( 1 ), which is attached to a charging cable to establish a charging connection. This can be done manually by the vehicle user by plugging the plug into a household power outlet in the socket provided. A proper electrical connection exists when there is electrical contact between electrical contacts in the plug and predetermined electrical poles of the charging socket.

Nach 2 weist der Stecker mehrere elektrische Kontakte auf, die Ladebuche mehrere elektrische Pole. Bei einer hergestellten Ladeverbindung ist jeder Kontakt des Steckers mit einem vorbestimmten elektrischen Pol der elektrischen Pole verbunden. Die elektrischen Kontakte sind jeweils als Stift (7) ausgeführt, die elektrischen Pole jeweils als Drahtfederkontakt (8). Ein Drahtfederkontakt nimmt den Stift bei Überwindung einer Kontaktkraft auf und gibt den Stift bei Überwindung der Kontaktkraft frei.To 2 the plug has several electrical contacts, the charging bag has several electrical poles. In a manufactured charging connection, each contact of the plug is connected to a predetermined electrical pole of the electrical poles. The electrical contacts are each as a pen ( 7 ), the electrical poles each as a wire spring contact ( 8th ). A wire spring contact takes the pin in overcoming a contact force and releases the pin in overcoming the contact force.

Der Ladestecker ist vom Nutzer in eine Vorsteckposition (9a) zu bringen, siehe 1. Dies kann ohne den Einsatz von Kraftaufwand erfolgen, der über das Eigengewicht des Steckers hinausgeht. In der Vorsteckposition befindet sich der Stecker mechanisch in der Ladedose ohne dass eine Ladeverbindung hergestellt ist. Dies kann beispielsweise durch einen Schutzkragen der Ladedose erfolgen. Dieser ist derart ausgeführt, dass die Höhe des Kragens das Einführen des Ladesteckers in die Ladebuchse ermöglicht, dass die elektrischen Kontakte des Steckers und der Ladedose räumlich berührungsfrei getrennt sind. Der Ladestecker wird durch den Schutzkragen in der Ladedose geführt.The charging plug is in a Vorsteckposition from the user ( 9a ), see 1 , This can be done without the use of force that goes beyond the weight of the plug. In the Vorsteckposition the plug is mechanically in the socket without a charge connection is made. This can be done for example by a protective collar of the charging socket. This is designed such that the height of the collar allows the insertion of the charging plug into the charging socket, that the electrical contacts of the plug and the charging socket are spatially separated without contact. The charging plug is guided through the protective collar in the charging socket.

In der Vorsteckposition ist einer der elektrischen Kontakte des Steckers, der als Vorsteckkontakt ausgeführt ist, mit einem elektrischen Pol der Ladebuchse verbunden. Diese elektrische Verbindung ist von der Ladevorrichtung detektierbar bspw. durch ein von der Ladestation gesendetes und vom Fahrzeug auswertbaren Stromsignals. Durch die detektierte Verbindung ist die Einstellung der Vorsteckposition feststellbar.In the Vorsteckposition one of the electrical contacts of the plug, which is designed as a Vorsteckkontakt, connected to an electrical pole of the charging socket. This electrical connection can be detected by the charging device, for example by a current signal which is sent by the charging station and can be evaluated by the vehicle. By the detected connection, the setting of the Vorsteckposition can be determined.

Bei der festgestellten Vorsteckposition wird ein im Fahrzeug befindlicher elektrischer Antrieb (3), der als Elektromotor ausgeführt sein kann, in einer Drehrichtung betrieben, die als Steckrichtung bezeichnet ist. Über die Drehung der Welle des Elektromotors wird eine mechanische Einheit bewegt, die in 1 als Exzenterscheibe (4) ausgeführt ist. Die Welle des Elektromotors kann zentrisch oder exzentrisch an der Exzenterscheibe ansetzten. An der Exzenterscheibe ist exzentrisch ein mechanischer Mitnehmer (5) angebracht, der bei Drehbewegung der Exzenterscheibe in Steckrichtung in einen mechanischen Aufnehmer (6) am in der Vorsteckposition befindlichen Ladestecker greift. Über diese mechanische Verbindung wird die Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung des Ladesteckers in der Ladedose umgesetzt.In the detected Vorsteckposition an in-vehicle electric drive ( 3 ), which may be designed as an electric motor, in operated a direction of rotation, which is referred to as plugging direction. About the rotation of the shaft of the electric motor, a mechanical unit is moved in 1 as eccentric disc ( 4 ) is executed. The shaft of the electric motor can attach centric or eccentric to the eccentric disc. At the eccentric eccentric is a mechanical driver ( 5 ), which upon rotation of the eccentric disc in the insertion direction in a mechanical transducer ( 6 ) engages the charging plug located in the Vorsteckposition. About this mechanical connection, the rotational movement of the electric motor is converted into a translational movement of the charging plug in the charging socket.

Die translatorische Bewegung des Ladesteckers in der Ladedose bewegt den Ladestecker von der Vorsteckposition in eine Ladeposition (9b). In der Ladeposition ist die Ladeverbindung hergestellt, d. h. die elektrischen Kontakte des Steckers sind in der Weise mit den Polen der Ladebuchse elektrische verbunden, dass Ladeleistung über das Ladekabel von einer externen Ladequelle in das Fahrzeug und weiter in einem im Fahrzeug befindlichen Energiespeicher übertragen wird.The translational movement of the charging plug in the charging socket moves the charging plug from the pre-insertion position into a loading position ( 9b ). In the loading position, the charging connection is made, ie the electrical contacts of the plug are connected in such a way with the poles of the charging socket electrical that charging power is transmitted via the charging cable from an external charging source in the vehicle and further in an energy storage located in the vehicle.

An der Exzenterscheibe kann ein weiterer mechanischer Aufnehmer mit einer Umlenkmechanik befestigt sein, der bei Drehung der Exzenterscheibe in Steckrichtung zusätzlich eine Bewegung der Ladebuchse oder zumindest der elektrischen Pole der Ladebuchse bewirkt. In diesem Fall ist die Ladebuchse translatorisch beweglich in das Fahrzeug integriert oder es sind zumindest die elektrischen Pole über eine den Polen gemeinsame Halterung (8') innerhalb der Ladedose beweglich.On the eccentric disc, a further mechanical transducer may be secured with a deflection mechanism, which additionally causes a movement of the charging socket or at least the electrical poles of the charging socket upon rotation of the eccentric disc in the insertion direction. In this case, the charging socket is translationally movably integrated into the vehicle or at least the electric poles are connected via a holder common to the poles ( 8th' ) movable within the charging socket.

Bei Erreichen der Ladeposition endet der Betrieb des Elektromotors und die Ladeverbindung zum Laden des Fahrzeugs ist hergestellt.Upon reaching the loading position, the operation of the electric motor ends and the charging connection for charging the vehicle is established.

In der Wahrnehmung des Anwenders bedeutet diese Ausführungsform, dass nach Positionierung des Ladesteckers in der Vorsteckposition der eigentliche Steckvorgang automatisiert von der Ladevorrichtung ausgeführt wird. Die Bewegung des Ladesteckers in der Ladedose, die für den Anwender aufgrund der massiven Ausführung von Stecksystemen für Plug-In-Fahrzeuge mit erheblichem Kraftaufwand verbunden ist, wird vom Elektromotor bewirkt. Insbesondere die Aufwendung der Kontaktkraft zwischen den Ladesteckerkontakten und den Ladebuchsenpolen zur Herstellung der bestimmungsgemäßen Ladeverbindung bleibt dem Nutzer des Fahrzeugs erspart. Diese für den Nutzer komfortable Art und Weise der Herstellung einer Ladeverbindung vermittelt dem Nutzer einen ähnlichen Eindruck wie beispielsweise Zuziehhilfen von Fahrzeugtüren oder Kofferraumdeckeln.In the perception of the user, this embodiment means that after positioning the charging plug in the Vorsteckposition the actual plugging operation is performed automatically by the loading device. The movement of the charging plug in the charging socket, which is connected to the user due to the massive design of plug systems for plug-in vehicles with considerable effort, is effected by the electric motor. In particular, the expenditure of the contact force between the charging plug contacts and the charging socket poles for producing the intended charging connection remains spared the user of the vehicle. This user-friendly way of producing a charging connection gives the user a similar impression as, for example, closing aids of vehicle doors or trunk lids.

Zum Lösen der Ladeverbindung wird die Exzenterscheibe vom Elektromotor in Löserichtung betrieben, die der Steckrichtung entgegen gerichtet ist. Der Ladestecker wird translatorisch von der Ladeposition in die Vorsteckposition gebracht. Die Bewegung des Elektromotors und der Exzenterscheibe endet in einer Position, in welcher keine mechanische Verbindung zwischen Aufnehmer und Mitnehmer besteht, d. h. der Mitnehmer aus dem Aufnehmer greift. In dieser Position ist der Ladestecker mechanisch in der Ladebuchse durch den Schutzkragen gegen selbständiges Heraus- oder Herunterfallen gesichert. Der Ladestecker ist ohne die Gewichtskraft übersteigenden Kraftaufwand vom Nutzer vollständig vom Fahrzeug trennbar. Erst nach Entfernung des Ladesteckers aus der Vorsteckposition, d. h. nach Trennung des Vorsteckkontakts vom Vorsteckpol, ist neuerlich eine Ladeverbindung durch Einstellen der Vorsteckposition herstellbar.To release the charging connection, the eccentric disc is operated by the electric motor in the release direction, which is directed opposite to the plugging direction. The charging plug is translationally brought from the loading position to the Vorsteckposition. The movement of the electric motor and the eccentric disc ends in a position in which there is no mechanical connection between the transducer and driver, d. H. the driver from the picker attacks. In this position, the charging plug is mechanically secured in the charging socket by the protective collar against falling out or falling down. The charging plug is completely separable from the vehicle by the user without the force of gravity exceeding the force of the weight. Only after removal of the charging plug from the Vorsteckposition, d. H. after separation of the Vorsteckkontakts from Vorsteckpol, a charging connection by setting the Vorsteckposition is again produced.

Der Betrieb des Elektromotors in Löserichtung wird durch eine Eingabe des Nutzers an der Ladestation getriggert, z. B. durch einen Knopfdruck oder eine Spracheingabe. Alternativ kann bei Beendigung des Ladevorgangs, z. B. aufgrund des maximalen Ladezustands der Batterie, automatisch die Vorsteckposition des Ladesteckers eingestellt werden.The operation of the electric motor in the release direction is triggered by an input of the user at the charging station, z. B. by pressing a button or a voice input. Alternatively, at the completion of the charging process, for. B. due to the maximum state of charge of the battery, the Vorsteckposition the charging plug are automatically adjusted.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7999506 B1 [0007] US 7999506 B1 [0007]

Claims (10)

Ladevorrichtung für ein Plug-In-Fahrzeug, die ein Ladekabel mit einem Ladestecker (1) für eine fahrzeugexterne Ladequelle und eine fahrzeugseitige Ladebuchse (2) umfasst und bei der zum Laden des Fahrzeugs an der Ladequelle eine Ladeverbindung zwischen dem Stecker und der Buchse herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ladevorrichtung einen elektrischen Antrieb (3) umfasst, – der elektrische Antrieb Bestandteil des Plug-In-Fahrzeugs ist, und – zum Herstellen der Ladeverbindung der elektrische Antrieb den Ladestecker in der Ladebuchse ausgehend von einer Vorsteckposition in eine Ladeposition bewegt.Charging device for a plug-in vehicle that has a charging cable with a charging plug ( 1 ) for a vehicle-external charging source and a vehicle-side charging socket ( 2 ) and in which a charging connection between the plug and the socket can be produced for charging the vehicle at the charging source, characterized in that - the charging device has an electric drive ( 3 ), - the electric drive is part of the plug-in vehicle, and - for producing the charging connection, the electric drive moves the charging plug in the charging socket from a pre-insertion position to a loading position. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – zum Lösen der Ladeverbindung der elektrische Antrieb den Ladestecker in der Ladebuchse ausgehend von der Ladeposition in die Vorsteckposition bewegt.Loading device according to claim 1, characterized in that - To release the charging connection of the electric drive moves the charging plug in the charging socket, starting from the loading position in the Vorsteckposition. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ladestecker mindestens zwei elektrische Kontakte (7) aufweist, – die Ladebuchse mindestens zwei elektrische Pole (8) aufweist, – bei hergestellter Ladeverbindung jeder der mindestens zwei elektrischen Kontakte eine elektrisch leitende Verbindung mit einem vorbestimmten Pol der mindestens zwei elektrischen Pole bildet, – ein elektrischer Kontakt der mindestens zwei elektrischen Kontakte des Ladesteckers als Vorsteckkontakt ausgebildet ist, – ein elektrischer Pol der mindestens zwei elektrischen Pole der Ladebuchse als Vorsteckpol ausgebildet ist, und – in der Vorsteckposition der Ladestecker in der Ladebuchse befindlich ist, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Vorsteckkontakt und dem Vorsteckpol besteht und die weiteren elektrischen Kontakte von den weiteren elektrischen Polen elektrisch getrennt sind.Charging device according to one of claims 1 or 2, characterized in that - the charging plug at least two electrical contacts ( 7 ), - the charging socket has at least two electrical poles ( 8th ), - produced at charging connection each of the at least two electrical contacts forms an electrically conductive connection with a predetermined pole of the at least two electrical poles, - an electrical contact of the at least two electrical contacts of the charging plug is formed as a Vorsteckkontakt, - an electrical pole of at least two electrical poles of the charging socket is designed as Vorsteckpol, and - is located in the Vorsteckposition the charging plug in the charging socket, an electrically conductive connection between the Vorsteckkontakt and the Vorsteckpol and the other electrical contacts are electrically isolated from the other electrical poles. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die elektrischen Kontakte jeweils als Stift ausgeführt sind, – die elektrischen Pole jeweils als Drahtfederkontakt ausgeführt sind, und – bei hergestellter Ladeverbindung jeweils ein Drahtfederkontakt den jeweiligen Stift mechanisch arretiert.Loading device according to claim 3, characterized in that - The electrical contacts are each designed as a pen, - The electric poles are each designed as a wire spring contact, and - When manufactured charging connection each a wire spring contact the respective pin mechanically locked. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von von der Ladebuchse getrenntem Ladestecker der elektrische Antrieb zum Herstellen einer Ladeverbindung durch Einstellen der Vorsteckposition aktivierbar ist.Loading device according to claim 3, characterized in that - Starting from separate from the charging socket charging plug, the electric drive for producing a charging connection by setting the Vorsteckposition is activated. Ladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – bei hergestellter Ladeverbindung ein Ladevorgang zum Laden des Plug-In-Fahrzeugs startbar ist, und – am Ende des Ladevorgangs der elektrische Antrieb den Ladestecker in der Ladebuchse ausgehend von der Ladeposition in die Vorsteckposition bewegt.Loading device according to claim 2, characterized in that - when the charging connection is established, a charging process for charging the plug-in vehicle can be started, and - At the end of the charging process, the electric drive moves the charging plug in the charging socket, starting from the loading position in the Vorsteckposition. Ladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der elektrische Antrieb zum Lösen der Ladeverbindung durch eine Eingabe am Fahrzeug oder an der externen Ladequelle oder automatisch mit dem Ende des Ladens aktivierbar ist.Loading device according to claim 2, characterized in that - The electric drive for releasing the charging connection can be activated by an input on the vehicle or at the external charging source or automatically with the end of the loading. Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der elektrische Antrieb bei Aktivierung eine exzenterartige Vorrichtung (4) treibt, – der elektrische Antrieb bei Aktivierung die exzenterartige Vorrichtung zum Herstellen der Ladeverbindung in einer Steckrichtung treibt, – der elektrische Antrieb bei Aktivierung die exzenterartige Vorrichtung zum Lösen der Ladeverbindung in einer Löserichtung treibt, – die exzenterartige Vorrichtung einen mechanischen Mitnehmer (5) aufweist, und – der Ladestecker einen mechanischen Aufnehmer (6) aufweist.Loading device according to one of the preceding claims, characterized in that - the electric drive when activated an eccentric device ( 4 ) drives, - the electric drive when activated drives the eccentric device for producing the charging connection in a plugging direction, - the electric drive when activated drives the eccentric device for releasing the charging connection in a release direction, - the eccentric device a mechanical driver ( 5 ), and - the charging plug has a mechanical pickup ( 6 ) having. Ladevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Vorsteckposition und bei in Steckrichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung eine mechanische Verbindung zwischen dem Mitnehmer und dem Aufnehmer herstellbar ist, – die mechanische Verbindung die Bewegung des Ladesteckers in der Ladebuchse zum Herstellen der Ladeverbindung bewirkt, – die mechanische Verbindung die Bewegung des Ladesteckers in der Ladebuche zum Lösen der Ladeverbindung bewirkt, und – in der Vorsteckposition und bei in Löserichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung die mechanische Verbindung zwischen dem Mitnehmer und dem Aufnehmer lösbar ist.Loading device according to claim 8, characterized in that - In the Vorsteckposition and operated in the plug-in direction eccentric device, a mechanical connection between the driver and the transducer is produced, The mechanical connection causes the movement of the charging plug in the charging socket to establish the charging connection, - The mechanical connection causes the movement of the charging plug in the charging bag to release the charging connection, and - In the Vorsteckposition and operated in the release direction eccentric device, the mechanical connection between the driver and the picker is solvable. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die exzenterartige Vorrichtung eine mechanische Verbindungseinheit mit der Ladebuchse aufweist, – die Ladebuchse von dem elektrischen Antrieb durch Kraftübertragung von der mechanischen Verbindungseinheit bewegbar ist, – zur Herstellung der Ladeverbindung bei in Steckrichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung die Ladebuchse relativ zum Ladestecker bewegbar ist, und – zur Lösung der Ladeverbindung bei in Löserichtung betriebener exzenterartiger Vorrichtung die Ladebuchse relativ zum Ladestecker bewegbar ist.Loading device according to one of claims 8 or 9, characterized in that - the eccentric device has a mechanical connection unit with the charging socket, - The charging socket of the electric drive by power transmission of the mechanical connection unit is movable, - The charging socket relative to the charging connector is movable to produce the charging connection operated in the plug-in direction eccentric device, and - to solve the charging connection in operated in the release direction exzenterartiger device, the charging socket relative to the charging plug is movable.
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