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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrokupplung für ein Elektrofahrzeug, ein Elektrofahrzeug mit einer solchen Elektrokupplung sowie ein Verfahren zum Überführen eines Ladesteckverbinders einer solchen Elektrokupplung von einer Park- in eine Verbindungsstellung.
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Elektrofahrzeuge müssen insbesondere zum Aufladen von Energiespeichern mit einer Ladestation verbunden werden. Aus der
DE 10 2009 053 408 A1 ist hierzu eine Steckverbindung mit einer fahrzeuginnenseitigen Ladekupplung bekannt, die mit einem Ladestecker verbindbar ist. Hierzu muss der Ladestecker durch eine Öffnung in der Fahrzeugaußenwand eingeführt werden. Insbesondere bei größeren Ladesteckern wie dem derzeit als Standard angestrebten Combo-Ladestecker erfordert dies nachteilig entsprechend große Freiräume und Öffnungen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Verbindung eines Ladesteckverbinders einer Elektrokupplung eines Elektrofahrzeugs mit einem Gegensteckverbinder zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Elektrokupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 8 und 10 stellen ein Elektrofahrzeug mit einer solchen Elektrokupplung bzw. ein Verfahren zum Überführen eines Ladesteckverbinders einer solchen Elektrokupplung von einer Park- in eine Verbindungsstellung unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Elektrokupplung eines Elektrofahrzeugs einen Ladesteckverbinder zur Verbindung mit einem Gegensteckverbinder auf. Die Elektrokupplung kann insbesondere zum Aufladen eines Energiespeichers des Elektrofahrzeugs vorgesehen sein, der seinerseits vorzugsweise zur Energieversorgung eines Antriebs, insbesondere eines Elektromotors, des Elektrofahrzeugs eingerichtet sein kann. Unter einem Ladesteckverbinder und Gegensteckverbinder im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere zwei Bauteile verstanden, die lösbar, vorzugsweise form- und/oder reibschlüssig, insbesondere durch Stecken, miteinander verbindbar sind und im verbundenen Zustand eine oder mehrere Leiter des Ladesteckverbinders und des Gegensteckverbinders elektrisch leitend miteinander verbinden. Einer von dem Ladesteckverbinder und dem Gegensteckverbinder kann in einer bevorzugten Ausführung ein oder mehrere Vorsprünge und/oder Aussparungen aufweisen, die in Aussparungen bzw. in die Vorsprünge des anderen von dem Ladesteckverbinder und dem Gegensteckverbinder form- und/oder reibschlüssig eingreifen, wenn Ladesteckverbinder und Gegensteckverbinder miteinander verbunden sind. Einer von dem Ladesteckverbinder und dem Gegensteckverbinder kann in einer bevorzugten Ausführung als Ladestecker, der anderen von dem Ladesteckverbinder und dem Gegensteckverbinder als Ladebuchse ausgebildet sein.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kinematik zum, insbesondere reversiblen, Überführen des Ladesteckverbinders von einer Parkstellung in eine Verbindungsstellung vorgesehen. Hierdurch kann der Ladesteckverbinder vorteilhafterweise in der Parkstellung kompakt, insbesondere mit wenig Laderaum und/oder innerhalb einer kleinen Öffnung in einer Fahrzeugaußenwand, gestaut werden und/oder in der Verbindungsstellung gut für den Gegensteckverbinder zugänglich sein. In einer bevorzugten Ausführung ist der Ladesteckverbinder in der Parkstellung teilweise oder vollständig innenseitig einer Fahrzeugaußenwand, insbesondere in einem Lade- bzw. Stauraum, angeordnet und steht in der Verbindungsstellung wenigstens teilweise über diese Fahrzeugaußenwand nach außen hervor, so dass vorteilhafterweise ein Gegensteckverbinder nicht oder nur teilweise in den Laderaum eingeführt werden muss, in dem der Ladesteckverbinder gestaut wird.
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Die Kinematik kann ein oder mehrere translatorische und/oder rotatorische Freiheitsgrade darstellen und hierzu ein oder mehrere translatorische und/oder rotatorische Gelenke, insbesondere Schienen, Schub- bzw. Linearführungen, Scharniere oder dergleichen aufweisen. Vorteilhafterweise kann ein Ladesteckverbinder, der mit einem Freiheitsgrad translatorisch zwischen Park- und Verbindungsstellung verfahrbar ist, stabil und/oder platzsparend ausgebildet werden. In einer bevorzugten Ausführung ist der Ladesteckverbinder in der Park- und/oder Verbindungsstellung arretierbar, insbesondere durch eine lösbare Verriegelung. Diese kann insbesondere mechanisch, beispielsweise durch Haken, Sperren oder dergleichen, (elektro)magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromotorisch ver- bzw. entriegelt werden.
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Die Kinematik kann passiv sein. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die Kinematik nur eine mechanische Führung des Ladesteckverbinders darstellt und ein Bediener den Ladesteckverbinder manuell in die Park- und/oder Verbindungsstellung überführen kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Kinematik passiv-unterstützt sein, indem der Ladesteckverbinder, insbesondere durch ein elastisches Mittel wie eine Feder, in die Park- oder Verbindungsstellung vorgespannt ist. Nach einem Entriegeln einer Arretierung überführt die passiv-unterstützte Kinematik den Ladesteckverbinder dann selbsttätig in die Park- bzw. Verbindungsstellung oder unterstützt den Bediener bei der manuellen Überführung.
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Gleichermaßen kann die Kinematik aktiv bzw. aktuiert sein, insbesondere elektromotorisch und/oder hydraulisch. Hierzu kann ein Aktuator vorgesehen sein, insbesondere ein Elektromotor, ein Hydraulikzylinder oder dergleichen. Durch entsprechende Ansteuerung des Aktuators stellt dieser den Ladesteckverbinder in die Park- und/oder Verbindungsstellung. Der Aktuator kann, wie vorstehend beschrieben, dadurch unterstützt sein, dass der Ladesteckverbinder, insbesondere durch ein elastisches Mittel wie eine Feder, in die Park- oder Verbindungsstellung vorgespannt ist.
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Vorzugsweise ist ein Lade- bzw. Stauraum, in dem der Ladesteckverbinder in der Parkstellung aufgenommen bzw. gestaut ist, durch eine öffenbare Abdeckung, insbesondere eine Klappe, verschließbar. In einer bevorzugten Ausführung ist die Kinematik mit der öffenbaren Abdeckung gekoppelt, so dass der Ladesteckverbinder infolge eines Öffnens der Abdeckung in die Verbindungsstellung und/oder infolge eines Schließens der Abdeckung in die Parkstellung überführt wird.
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Eine solche Kopplung kann insbesondere mechanisch sein, etwa als Zwangskopplung bzw. Führung derart, dass eine Bewegung der öffenbaren Abdeckung mechanisch, insbesondere über einen oder mehrere Seilzüge, Gelenke, Gelenkstangen oder dergleichen, den Ladesteckverbinder bewegt.
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Gleichermaßen kann eine solche Kopplung auch steuerungstechnisch sein. Insbesondere kann ein Aktuator einer, insbesondere elektromotorisch und/oder hydraulisch, aktuierten Elektrokupplung derart angesteuert werden, dass er den Ladesteckverbinder infolge eines Öffnens der Abdeckung in die Verbindungsstellung und/oder infolge eines Schließens der Abdeckung in die Parkstellung überführt. Vorzugsweise kann dies mit einer, insbesondere vorgegebenen, Zeitverzögerung derart erfolgen, dass der Ladesteckverbinder erst nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach einem Öffnen der Abdeckung in die Verbindungsstellung überführt wird. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Schließen der Abdeckung erst nach einer vorgegebenen Zeitdauer erfolgt, nachdem der Ladesteckverbinder in die Parkstellung überführt worden ist.
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In einer bevorzugten Ausführung weist die Elektrokupplung eine Leiteranordnung mit einer oder mehreren Leiterbasen und relativ zu diesen mit dem Ladesteckverbinder beweglichen Leiterenden auf. Eine Leiterbasis, die vorzugsweise fahrzeugfest sein kann, und ein Leiterende, das vorzugsweise zum Kontaktieren des Gegensteckverbinders eingerichtet ist, können insbesondere einen Gleitkontakt aufweisen, so dass Leiterbasis und Leiterende einander wenigstens in der Verbindungsstellung elektrisch kontaktieren. Leiterbasis und Leiterende können insbesondere auch durch einen elastisch verformbaren, insbesondere dehnbaren und/oder auf- bzw. entwickelbaren Zwischenleiter, beispielsweise eine Drahtfeder oder dergleichen, miteinander verbunden sein. In einer bevorzugten Ausführung ist in der Parkstellung eine elektrische Verbindung zwischen Leiterbasis/Leiterbasen und Leiterende(n) unterbrochen, beispielsweise durch entsprechend gestaltete Gleitkontakte, um einen unbeabsichtigten elektrischen Kontakt in der Parkstellung zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausführung definiert der Ladesteckverbinder und der Gegensteckverbinder eine Combo-Ladestecker-Schnittstelle, insbesondere vom Typ 1 oder 2.
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In einer bevorzugten Ausführung ist eine elastische Dichtung mit dem Ladesteckverbinder verbunden. Dies kann vorteilhafterweise eine Abdichtung eines Lade- bzw. Stauraums trotz Ein- und Ausfahren des Ladesteckverbinders ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausführung wird der Ladesteckverbinder in Abhängigkeit von einem Fahrzeugzustand von der Park- in die Verbindungsstellung und/oder von der Verbindungs- in die Parkstellung überführt. Ein Fahrzeugzustand kann beispielsweise den Zustand einer öffenbaren Abdeckung eines Lade- bzw. Stauraums des Ladesteckverbinders umfassen, der beispielsweise durch einen Sensor erfassbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Fahrzeugzustand einen Zündzustand, einen Bewegungszustand, einen Bremsenzustand (offene/geschlossene Feststellbremse) oder dergleichen des Elektrofahrzeugs umfassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Ladesteckverbinder nur bei ausgeschalteter Zündung, stehendem Elektrofahrzeug und/oder geschlossener Feststellbremse in die Verbindungsstellung überführt und/oder infolge eines Einschaltens der Zündung, Bewegung des Elektrofahrzeugs und/oder Lösen einer Feststellbremse in die Parkstellung überführt wird.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 eine Elektrokupplung eines Elektrofahrzeugs nach zwei Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Schnitt in einer Parkstellung;
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2 die Elektrokupplung der 1 in einer Verbindungsstellung;
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3 eine Elektrokupplung eines Elektrofahrzeugs nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung; und
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4 ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt in einem Schnitt eine Elektrokupplung eines Elektrofahrzeugs nach der vorliegenden Erfindung, wobei zur kompakteren Darstellung zwei Ausführungen gemeinsam dargestellt sind.
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In einer Fahrzeugaußenwand 3 eines Elektrofahrzeugs ist ein Lade- bzw. Stauraum vorgesehen, der durch eine öffenbare Abdeckung in Form einer Klappe 2 verschließbar ist.
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Ein Ladesteckverbinder 1, der mit einem angesteckten Gegensteckverbinder 10 (vgl. 2) eine Combo-Ladestecker-Schnittstelle bildet, ist in einer Parkstellung (1) innenseitig der Fahrzeugaußenwand 3, d. h. zum Inneren des Elektrofahrzeugs hin bzw. auf der einer Außenseite abgewandten Seite der Fahrzeugaußenwand 3 angeordnet und mit der Fahrzeugaußenwand 3 bzw. dem Lade- bzw. Stauraum durch eine elastische Dichtung 8 verbunden.
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Die Elektrokupplung weist eine Kinematik zum reversiblen Überführen des Ladesteckverbinders 1 von der Parkstellung (1) in eine Verbindungsstellung (2, 3) auf, in der der Ladesteckverbinder 1 teilweise über die Fahrzeugaußenwand 3 nach außen hervorsteht, so dass der Gegensteckverbinder 10 nicht in den Laderaum und insbesondere nicht durch die durch die Abdeckung 2 verschließbare Öffnung in der Fahrzeugaußenwand 3 eingeführt werden muss, was – wie in 2 ersichtlich, bei einem großen Gegensteckverbinder 10 nicht möglich wäre.
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Die Kinematik umfasst eine Schub- bzw. Linearführung, beispielsweise in Form eines in einer offenen Zylinderbasis translatorisch mit einem Freiheitsgrad (vertikal in 1–3) verschiebbaren Kolbens.
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Der Ladesteckverbinder 1 ist in der Park- und der Verbindungsstellung durch eine lösbare Verriegelung arretierbar (nicht dargestellt).
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In einer Ausführung (rechts in 1, 2) weist die Kinematik einen hydraulischen oder elektromotorischen Aktuator auf, der den Ladesteckverbinder 1 zwischen Park- und Verbindungsstellung verstellt. Hierzu wird ein Kolben 4.1, der mit dem Ladesteckverbinder 1 gekoppelt ist, in einem fahrzeugfesten Zylinder 4.2 des Aktuators verfahren.
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Die Kinematik ist mit der öffenbaren Abdeckung 2 steuerungstechnisch gekoppelt, so dass der Ladesteckverbinder infolge eines Öffnens der Abdeckung 2 (1 → 2) in die Verbindungsstellung und infolge eines Schließens der Abdeckung 2 in die Parkstellung überführt wird (2 → 1).
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Hierzu wird der Aktuator 4.1, 4.2 derart angesteuert, dass er den Ladesteckverbinder 1 infolge eines Öffnens der Abdeckung 2 in die Verbindungsstellung und infolge eines Schließens der Abdeckung 2 in die Parkstellung überführt.
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In einer anderen Ausführung (links in 1, 2), die zur kompakteren Darstellung gemeinsam dargestellt ist, ist diese Kopplung mechanisch ausgebildet. Hierzu spannt ein elastisches Mittel in Form einer Feder 5.1 den Ladesteckverbinder 1 in die Parkstellung vor. Ein Seilzug 5.2 wird beim Öffnen der Abdeckung 2 um deren Gelenkwelle 7 aufgewickelt und zieht dabei den Ladesteckverbinder 1 in die Verbindungsstellung, wobei die Druckfeder 5.1 gespannt wird. Beim Schließen der Abdeckung 2 wickelt sich der Seilzug 5.2 von der Gelenkwelle 7 ab, die sich entspannende Druckfeder 5.1 stellt den Ladesteckverbinder 1 in die Parkstellung zurück.
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3 zeigt eine weitere Ausführung, wobei hier die mechanische Koppelung zwischen Abdeckung 2 und Ladesteckverbinder 1 als Zwangsführung 6, beispielsweise in Form eines Kniehebels 6, ausgebildet ist. Seilzug 5.2 und Kniehebel 6 sind rein exemplarisch für mechanisch gekoppelte Kinematiken.
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Die Elektrokupplung weist eine Leiteranordnung mit exemplarisch drei Leiterenden auf, von denen in 1 bis 3 die zwei äußeren Leiterenden 1.1A, 1.2A gestrichelt eingezeichnet sind. Diese sind fest mit dem Ladesteckverbinder 1 verbunden und mit diesem gemeinsam relativ zu fahrzeugfesten Leiterbasen beweglich, von denen in 1 bis 3 die zwei äußeren 1.1B, 1.2B gestrichelt eingezeichnet sind.
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In einer Ausführung (rechts in 1 bis 3) ist die Leiterbasis 1.2B und das Leiterende 1.2A durch einen elastisch verformbaren Zwischenleiter in Form einer Drahtfeder miteinander verbunden.
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In einer anderen Ausführung (links in 1 bis 3), die zur kompakteren Darstellung gemeinsam dargestellt ist, weisen die Leiterbasis 1.1A und das Leiterende 1.1B einen Gleitkontakt auf. Dieser kann so gestaltet sein, dass in der Parkstellung eine elektrische Verbindung zwischen Leiterbasis 1.1A und Leiterende 1.1B unterbrochen ist.
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Ein Verfahren nach einer Ausführungen der vorliegenden Erfindung zum Überführen des Ladesteckverbinders 1 von der Parkstellung in die Verbindungsstellung ist durch die Figurenfolge 1 → 2 → 1 sowie in 4 dargestellt: in einem Schritt 1 → 2 wird der Aktuator 4.1, 4.2 in Abhängigkeit von einem Fahrzeugzustand von der Park- in die Verbindungsstellung überführt. Hierzu kann beispielsweise eine Steuerung des Zylinders 4.2 den Kolben 4.1 nur ausfahren, wenn der Bediener eine Taste zur Aktivierung des Ladesteckverbinders 1 betätigt hat und eine Feststellbremse geschlossen ist. In einem Schritt 2 → 1 wird der Aktuator 4.1, 4.2 nach erneuter Betätigung der Taste durch den Bediener von der Verbindungs- in die Parkstellung überführt. Hierzu fährt die Steuerung des Zylinders 4.2 den Kolben 4.1 wieder ein.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
| 1 | Ladesteckverbinder |
| 1.1A, 1.2A | Leiterende |
| 1.1B, 1.2B | Leiterbasis |
| 2 | Klappe (öffenbare Abdeckung) |
| 3 | Fahrzeugaußenwand |
| 4.1 | Kolben eines elektromotorischen oder hydraulischen Aktuators |
| 4.2 | Zylinder des elektromotorischen oder hydraulischen Aktuators |
| 5.1 | Druckfeder (elastisches Mittel) |
| 5.2 | Seilzug (mechanische Koppelung) |
| 6 | Kniehebel (mechanische Zwangsführung, Koppelung) |
| 7 | Gelenkwelle |
| 8 | elastische Dichtung |
| 10 | Gegensteckverbinder |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009053408 A1 [0002]
