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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher und mit einer Ladevorrichtung zum Laden des Energiespeichers an einer externen Ladequelle mit einem Ladekabel.
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Hybrid- und Elektrofahrzeuge umfassen einen elektrifizierten Antriebsstrang und einem elektrischen Energiespeicher. Der Energiespeicher ist üblicherweise während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs über eine elektrische Maschine in generatorischem Betrieb ladbar. Im Stand des Fahrzeugs ist der Energiespeicher an einer äußeren Ladequelle ladbar. Bei kabelgebundenem Laden erfolgt dies über ein Ladekabel an einer Ladestation.
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Mit dem Ladekabel wird eine Ladeverbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation über eine Steckverbindung hergestellt. Das Fahrzeug weist dazu meist eine Ladedose oder Ladebuchse auf, in welche der Benutzer oder eine automatisierte Apparatur einen Gegenstecker des Ladekabels steckt, um das Fahrzeug zu laden.
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Die Ladedose ist beispielsweise nach der Schrift
US 6,157,162 A im Bereich des Seitenwagens integriert und mit einer Schutzklappe versehen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher und mit einer Ladevorrichtung zum Laden des Energiespeichers an einer externen Ladequelle mit einem Ladekabel anzugeben.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug eine Aufnahmevorrichtung, das Ladekabel ein Steckverbindungsstück und die Ladevorrichtung ein Steckverbindungsgegenstück auf, wobei zum Laden des Energiespeichers das Steckverbindungsstück und das Steckverbindungsgegenstück elektrisch und mechanisch miteinander verbindbar sind und das Steckverbindungsgegenstück mit der Aufnahmevorrichtung des Fahrzeugs verbunden ist.
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Dies bedeutet, dass zum Laden des Fahrzeugs bzw. des Energiespeichers des Fahrzeugs eine Steckverbindung zwischen dem Ladekabel und dem Fahrzeug hergestellt wird. Ein Steckelement der Steckverbindung zwischen dem Fahrzeug und dem Ladekabel, bspw. ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine Ladedose oder Ladebuchse, ist dabei fahrzeugseitig befindlich. Ein weiteres Steckelement, bspw. ein Ladestecker, ist fest mit dem Ladekabel verbunden. Die Ladedose befindet sich an dem Aufnahmevorrichtung oder des Fahrzeugs. Daraus entsteht der Vorteil, dass die Ladedose nicht fest in die Außenhaut des Fahrzeugs integriert ist.
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Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist die Aufnahmevorrichtung als Kupplungsarm ausgeführt und es weist das Fahrzeug im Bereich des Hinterwagens einen Kupplungsträger und der Kupplungsarm ein Trägerende und ein Kuppelende auf, wobei der Kupplungsarm am Trägerende mit dem Kupplungsträger schwenkbar verbunden ist, der Kupplungsarm in einem Ausschwenkzustand arretierbar ist und der Kupplungsarm in einem Einschwenkzustand arretierbar ist.
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Somit ist das mit dem Kupplungsarm verbundene Steckverbindungsgegenstück, also bspw. die Ladedose, relativ zum Fahrzeug beweglich.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Ausschwenkzustand das Steckverbindungsgegenstück von außen zugänglich ist, im Ausschwenkzustand das Steckverbindungsstück mit dem Steckverbindungsgegenstück verbindbar ist, im Einschwenkzustand der Kupplungsarm und das Steckverbindungsgegenstück einen Bauraum im Bereich des Hinterwagens des Fahrzeugs einnehmen und der Einschwenkbauraum innerhalb eines Raumes befindlich ist, der von der Außenhaut des Hinterwagens, vom Unterboden des Fahrzeugs und vom Mittelwagen des Fahrzeugs begrenzt ist.
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Dadurch ist gewährleistbar, dass im Ausschwenkzustand die Ladedose zum Herstellen einer Steckverbindung mit dem Ladekabel von der äußeren Fahrzeugumgebung zugänglich ist. Im Einschwenkzustand hingegen ist die Ladedose geschützt in einem Bauraum innerhalb des Fahrzeugs befindlich, der von außen bei bestimmungsgemäßer Verwendung nicht zugänglich und nicht sichtbar ist. Bestimmungsgemäße Verwendung umfasst hierbei, den gewöhnlichen Gebrauch des Fahrzeugs durch den Nutzer. Davon sind Instandhaltungsmaßnahmen, Wartung und Reparatur nicht umfasst. Der Umstand, dass die Ladedose im Einschwenkzustand nicht zugänglich und nicht sichtbar ist, bietet einerseits den Vorteil, dass die Ladedose z. B. vor Schmutzeintrag, Beschädigung, Vandalismus, etc. geschützt ist und somit die Lebensdauer verlängert wird. Andererseits ist das Äußere des Fahrzeugs im Einschwenkzustand von der Ladedose unbeeinflusst. Dies erhöht die Gefälligkeit des Designs des Fahrzeugs. Fugen oder Überstände von Bauteilen über die Außenhaut des Fahrzeugs entfallen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kupplungsträger bezüglich der Fahrzeugquerachse im Bereich der Mitte des Hinterwagens befindlich.
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Die Achslagen im Standardbezugssystem eines Fahrzeugs sind dem Fachmann bekannt. Im Ausschwenkzustand ist der Kupplungsarm im Wesentlichen entlang der Hauptausdehnung auf der Verlängerung der mittigen Längsachse des Fahrzeugs befindlich.
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Weiterhin ist es sinnvoll, wenn am Kuppelende ein Kugelkopf befindlich ist und der Kugelkopf, der Kupplungsarm und der Kupplungsträger eine schwenkbare Anhängerkupplung des Fahrzeugs bilden.
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Das Schwenken kann mechanisch oder elektrisch erfolgen. In diesem Fall verfügt das Fahrzeug über eine ein-/ausschwenkbare oder klappbare Anhängerkupplung, an deren Kupplungsarm neben dem Kugelkopf zum Auflegen einer Kugelpfanne einer Anhängerdeichsel auch die Ladedose zum Herstellen einer Steckverbindung mit einem Ladekabel befindlich ist. Im Einschwenkzustand sind der Kugelkopf, der Kupplungsarm und die Ladedose im Einschwenkbauraum befindlich.
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Vorzugsweise umfasst die Ladevorrichtung einen Verbindungskabelstrang zwischen dem Steckverbindungsgegenstück und weiteren Komponenten der Ladevorrichtung des Fahrzeugs. Der Kupplungsarm ist weiterhin im Wesentlichen als Hohlkörper ausgebildet ist und der Verbindungskabelstrang verläuft zumindest teilweise innerhalb des Hohlkörpers des Kupplungsarms.
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Damit ist sichergestellt, dass die an der Ladedose ansetzenden elektrischen Verbindungskabel innerhalb der Aufnahmevorrichtung geführt sind, so dass im Ausschwenkzustand diese Kabel von der äußeren Fahrzeugumgebung her nicht sichtbar und nicht zugänglich sind.
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Außerdem ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kupplungsarm einen elektromotorischen Antrieb aufweist und der schwenkbare Kupplungsarm von dem elektromotorischen Antrieb bewegbar ist, um den Kupplungsarm vom Einschwenkzustand in den Ausschwenkzustand zu bewegen oder vom Ausschwenkzustand in den Einschwenkzustand zu bewegen.
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Mit anderen Worten kann die Ladedose durch Aktivierung des elektromechanischen Antriebs aus dem Einschwenkbauraum in die äußere Fahrzeugumgebung bewegt werden, um deren äußere Zugänglichkeit herzustellen und um die Steckverbindung herstellen zu können. Das Fahrzeugladen, das auch längere Zeit in der Größenordnung von Stunden in Anspruch nehmen kann, kann sowohl im Ausschwenkzustand als auch im Einschwenkzustand erfolgen. Auch im Fahrbetrieb oder Standbetrieb des Fahrzeugs ohne Laden kann die Ladedose von dem elektromechanischen Antrieb vom Ausschwenkzustand in den Einschwenkzustand bewegt und somit gleichsam in der Außenhaut des Fahrzeugs versenkt werden. Die Aktivierung des elektromechanischen Antriebs kann bspw. durch den Fahrzeugnutzer durch Betätigung eines Schalters oder durch eine externe Ladestation durch Entsendung eines Signals erfolgen.
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Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen: Hybrid- oder Elektrofahrzeuge mit einem Hochvoltspeicher werden in der Entwicklung häufig von einem vorbrennungsmotorisch betriebenen Basisfahrzeug abgeleitet. Deshalb steht zunächst kein Zugang zum Fahrzeug für das Laden des Fahrzeugs an einer externen Ladequelle zur Verfügung.
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Für das kabelgebundene Laden des Fahrzeugs ist die Integration einer Ladedose oder Ladebuchse erforderlich.
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Die Ladedose kann gleichsam einer elektromechanischen Anhängevorrichtung im Fahrzeug untergebracht werden. Durch die Elektromechanik kann die Ladedose automatisch ausgefahren werden. Die Ladedose kann dabei den Kugelkopf einer Anhängerkupplung ersetzen oder die Anhängerkupplung um die Ladedose ergänzen.
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Bei eingefahrener Anhängevorrichtung sind die Ladedose oder die Ladedose mit Ladestecker des Ladekabels vor Verschmutzung, Vandalismus oder Parkschäden geschützt Bei vertikaler Ausrichtung der Ladedose ergibt sich bei ausgefahrener Anhängevorrichtung eine ergonomisch vorteilhafte Steckrichtung beim Verbinden mit einem Ladekabel.
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Die Integration der Ladedose durch eine Modifikation der Anhängevorrichtung stellt eine kostengünstige Variante dar, da Anhängerkupplungen im Automobilbau lange bekannt sind. Anpassungen zur Gewichtsreduzierung durch Materialtausch und geometrischen Änderungen sind optional umsetzbar.
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Dadurch ist der Aufwand für die Anpassung des konstruktiven Fahrzeugkonzepts und der Anhängevorrichtung und sowie der entsprechenden Werkzeuge überschaubar. Dies gilt ebenso für die Aufwände bei Absicherung und Erprobung.
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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 schematisch
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1 Aufnahmevorrichtung mit Steckverbindungsgegenstück
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2 Aufnahmevorrichtung mit Steckverbindungsgegenstück und Kugelkopf
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3 Ein- und Ausschwenken eines Kupplungsarms mit Steckverbindungsgegenstück und Kugelkopf
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Die 1 bis 3 zeigen einen Stoßfänger (2) im Bereich des Hinterwagens (1) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Eine Aufnahmevorrichtung (3), die ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Kupplungsarm ausgeführt sein kann, ist über einen Kupplungsträger (4) mit dem Stoßfänger verbunden.
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An dem Kupplungsarm ist ein Steckverbindungsgegenstück (5) befindlich. An dem Steckverbindungsgegenstück kann in Form einer Steckverbindung ein Steckverbindungsstück angebracht werden, um das Fahrzeug bzw. einen Energiespeicher des Fahrzeugs an einer externen Ladequelle zu laden. Das Steckverbindungsstück und das Steckverbindungsgegenstück bilden ein Stecker-Buchse-System. Die Ausführung des Stecker-Buchse-Systems kann von länderspezifischen Normungsvorgaben abhängen. Dabei kann das Steckverbindungsstück als Ladestecker oder als Ladebuchse ausgeführt sein, das Steckverbindungsgegenstück ist komplementär zum Steckverbindungsstück als Ladebuchse oder als Ladestecker ausgeführt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird beim Steckverbindungsstück von einem Ladestecker und beim Steckverbindungsgegenstück von einer Ladebuchse, die auch als Ladedose bezeichnet wird, ausgegangen. Als Stecker-Buchse-System kommen aktuell gängige Systeme aus dem Hochvoltbereich in Betracht.
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Das Stecker-Buchse-System wird wie auch bei gewöhnlichen z. B. aus dem Hausgebrauch bekannten Stecker-Buchse-Systemen in einer Steckrichtung gesteckt, die sich aus der relativen Lage der an dem Kopplungsarm befestigten Ladedose ergibt. In 1 bis 3 ist die Steckrichtung parallel zur Fahrzeughochachse gerichtet.
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In 2 und 3 ist der Kupplungsträger bezüglich der Querachse (y-Achse) des Fahrzeugs in der Mitte des Fahrzeugs befindlich. Der Kupplungsarm liegt in Richtung seiner Hauptausdehnung auf der Längsebene (x-z-Ebene) des Fahrzeugs. Neben der Ladedose ist an dem Kupplungsarm ein Kugelkopf befestigt, an dem eine Kugelpfanne einer Anhängerdeichsel angebracht werden kann. In 2 und 3 sind die Teile Stoßfänger, Kupplungsträger, Kupplungsarm und Kugelkopf als gewöhnliche Anhängerkupplung ausgeführt. Ein Fahrzeug gemäß 2 und 3 verfügt also um eine an einer Anhängerkupplung angebrachten Ladedose zum Laden des Energiespeichers des Fahrzeugs.
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In 3 ist gezeigt, dass die Verbindung zwischen dem Kupplungsarm und dem Kupplungsträger mit einem in einer Raumdimension beweglich ausgeführt ist, so dass sich ein Bewegungsfreiheitsgrad des Kupplungsarms bezüglich des Stoßfängers ergibt.
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Der Kupplungsarm ist nach Ansicht in 3 zwischen zwei extremalen Zuständen auf dem Bewegungsfreiheitsgrad gelagert, zwischen einem Einschwenkzustand (6) und einem Ausschwenkzustand (7).
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In 1 bis 3 ist der Ausschwenkzustand dargestellt. Im Ausschwenkzustand ist die Ladedose von außen leicht zugänglich. Bei parallel zur Fahrzeughochachse (z-Achse) gerichteter Steckrichtung ist es dem Nutzer besonders komfortabel möglich, eine Steckverbindung zwischen dem Ladestecker und der Ladedose herzustellen, da aus dem Eindruck des gewöhnlichen Nutzers der Ladestecker von oben auf die Ladedose gesteckt werden muss. Dies ist auch ergonomisch für den Nutzer vorteilhaft.
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Durch die Position der Ladedose relativ zum Kopplungsarm können auch andere Steckrichtungen z. B. parallel zur Fahrzeugquerachse, ermöglicht werden.
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Im Einschwenkzustand nach 3 sind der Kupplungsarm, der Kugelkopf, die Ladedose und gegebenenfalls der angeschlossene Ladestecker des Ladekabels in einem Einschwenkbauraum (8) befindlich. Dieser Bauraum liegt innerhalb des Fahrzeugs, d. h. innerhalb des von Außenhaut (9), Unterboden (10) und weiteren Komponenten (11) des Fahrzeughecks begrenzten Raumes. Im Einschwenkzustand sind im gewöhnlichen Betrieb des Fahrzeugs – im Gegensatz zu Wartung, Reparatur und Instandhaltung – der Stoßfänger, der Kopplungsträger, der Kopplungsarm, der Kugelkopf, die Ladedose gegebenenfalls der angeschlossene Ladestecker des Ladekabels zum Fahrzeugäußeren nicht zugänglich und nicht sichtbar. Die Ladedose und gegebenenfalls der angeschlossene Ladestecker des Ladekabels sind somit vor äußeren Einflüssen verschiedener Art geschützt. Ferner ist das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs unbeeinflusst.
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Als elektrische Komponente ist die Ladedose in den 1 bis 3 mit einem elektrischen Versorgungskabel (12) verbunden.
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In 1 ist der Kupplungsarm als Hohlkörper ausgeführt. Das Versorgungskabel verläuft im Bereich des Kupplungsarms in 1 innerhalb des Kupplungsarms. Falls der Kupplungsarm als massives Bauteil ausgeführt ist, verläuft das Versorgungskabel im Bereich des Kupplungsarms außerhalb des Kupplungsarms.
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In 3 ist im Bereich des Kopplungsträgers ein elektromechanischer Antrieb integrierbar, der eine automatisierte Bewegung des Kopplungsarms zwischen dem Einschwenkzustand und dem Ausschwenkzustand ermöglicht. Der Antrieb kann durch verschiedenartige Signale aktivierbar sein, bspw. durch Drücken eines Knopfes am Cockpit, der Mittelkonsole, im Gepäckraum oder an einem Funkschlüssel des Fahrzeugs.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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