DE102012208005A1 - Ladesystem für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Elektrische Anschlussanordnung (32) für ein Ladesystem (10), insbesondere zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie (14) eines Kraftfahrzeuges (12), mit einem ersten Anschlusselement (28), das mit einer Ladestation (20) verbindbar ist und das in elektrischen Ladekontakt mit einem zweiten Anschlusselement (30) treten kann, das an einer mobilen Plattform (12) gelagert ist. Dabei ist in das erste Anschlusselement und/oder in das zweite Anschlusselement wenigstens ein Heizelement (40) integriert.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Anschlussanordnung für ein Ladesystem, insbesondere zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Anschlusselement, das mit einer Ladestation verbindbar ist und das in elektrischen Ladekontakt mit einem zweiten Anschlusselement treten kann, das an der mobilen Plattform gelagert ist.
- Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Ladesystem für eine mobile Plattform, mit einem Ladekabel, das an einem Ende mit einer Ladestation verbunden ist und das an seinem anderen Ende ein elektrisches erstes Anschlusselement aufweist, das mit einem entsprechenden zweiten Anschlusselement der mobilen Plattform verbindbar ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Anschlusselementes eines Ladesystems zum Aufladen einer Batterie einer mobilen Plattform.
- Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge ist es bekannt, eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeuges zu verwenden. Beispiele hierfür sind sog. Hybrid-Fahrzeuge und elektrische Fahrzeuge.
- In beiden Fällen ist es möglich, eine in dem Fahrzeug mitgeführte Fahrzeugbatterie mittels eines an Bord des Kraftfahrzeuges befindlichen Generators zu laden. Generell besteht jedoch ein Trend dahin, die Fahrzeugbatterie an einer stationären Ladestation zu laden, die eine mit einem Energieversorgungsnetz verbundene Ladeeinrichtung aufweist (sog. "Plug-In"-Hybrid).
- Ein hierbei verwendetes Ladesystem beinhaltet generell ein Anschlusselement, das über ein Ladekabel mit der Ladestation verbunden ist, wobei das Anschlusselement (bspw. ein Stecker) mit einem Anschlusselement des Kraftfahrzeuges verbunden wird (bspw. eine Buchse an der Fahrzeugkarosserie).
- Derartige Ladevorgänge sollen möglichst einfach erfolgen und auch unter ggf. widrigen Umgebungsbedingungen möglich sein. Ladestationen dieser Art können bspw. auch in der Öffentlichkeit aufgestellt werden, wo sie Wind und Wetter ausgesetzt sind.
- Problematisch beim Laden sind generell tiefe Temperaturen. Dies betrifft zum einen die Batterie selbst. Die Batterie sollte bestimmte Temperaturen nicht unterschreiten.
- Daher ist es bspw. aus den Dokumenten
JP 2002 044 877 A US 2006/0016793 A1 US 2007/0212598 A1 - Ferner ist es aus dem Dokument
JP 2010-193618 A - Generell besteht jedoch Verbesserungsbedarf nach verbesserten elektrischen Anschlussanordnungen, sowie einem verbesserten Ladesystem und einem verbesserten Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anschlussanordnung bzw. eines Ladesystems.
- Dabei soll bspw. die Sicherheit und/oder die Handhabbarkeit verbessert werden. Die obige Aufgabe wird bei der eingangs genannten elektrischen Anschlussanordnung dadurch gelöst, dass in das erste Anschlusselement und/oder in das zweite Anschlusselement wenigstens ein Heizelement integriert ist.
- Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Ladesystem der eingangs genannten Art, wobei in das erste und/oder in das zweite Anschlusselement wenigstens ein Heizelement integriert ist.
- Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erwärmen eines elektrischen Anschlusselementes eines Ladesystems zum elektrischen Aufladen einer Batterie einer mobilen Plattform, insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anschlussanordnung, mit dem Schritt, ein in das Anschlusselement integriertes Heizelement zu aktivieren.
- Durch diese Maßnahme ist eine gezielte Erwärmung des Anschlusselementes bzw. der Anschlussanordnung möglich. Hierdurch kann ggf. ein Festfrieren der Anschlussanordnungen vermieden werden und ein einfaches Lösen (Auftaufunktion) kann immer möglich sein.
- Ferner ergibt sich eine Komforterhöhung, bspw. durch eine angenehme Temperatur an dem typischerweise mit der Hand zu handhabenden ersten Anschlusselement, so dass ein Ladevorgang auch ohne Handschuhe durchgeführt werden kann.
- Da Anschlusselemente solcher elektrischer Anschlussanordnungen häufig bewegliche Elemente beinhalten, wie bspw. Verriegelungen bzw. Sicherungselemente, kann durch die Erwärmbarkeit des Anschlusselementes die Beweglichkeit dieser Elemente gewährleistet werden. Demzufolge kann ein Verbinden der Anschlusselemente und/oder ein Lösen der Anschlusselemente voneinander auch unter ungünstigen Bedingungen (Frost oder Schneefall) gewährleistet werden. Ferner können ggf. gewaltsame Löseversuche am Fahrzeug, Anschlussanordnung und/oder Ladekabel verhindert und folglich Sicherheitsrisiken ausgeschlossen werden.
- Ferner kann die subjektive Sicherheit für den Anwender erhöht werden, da ein Festfrieren dem Anwender ein Sicherheitsrisiko suggerieren könnte.
- Das erste Anschlusselement kann nach der Art eines Steckers ausgebildet sein und weist vorzugsweise ein Gehäuse und darin gelagerte Kontaktabschnitte auf, über die ein elektrischer Ladestrom von einem Ladekabel zu dem zweiten Anschlusselement übertragbar ist.
- Das Heizelement kann bspw. ein fluidisches Heizelement sein, bei dem ein erwärmtes Fluid das Anschlusselement erwärmt.
- Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn das Heizelement ein elektrisches Heizelement ist.
- In diesem Fall kann das Heizelement bspw. durch einen elektrischen Widerstand realisiert werden, wobei das Heizelement generell einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als ein elektrischer Leiter des Ladekabels bzw. ein Kontaktabschnitt des Anschlusselementes.
- Das elektrische Heizelement kann dabei in einer Ausführungsform mit der Ladestation elektrisch verbindbar sein, insbesondere über ein Ladekabel.
- Bei dieser Ausführungsform kann das Erwärmen des Anschlusselementes mittels Energie erfolgen, die über das Ladekabel zugeführt wird. Hierbei kann bspw. ein Ladestrom verwendet werden, oder ein vorab eingestellter Heizstrom.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Heizelement mit einer Heizkontaktanordnung elektrisch verbindbar, die mit einer entsprechenden Heizkontaktanordnung des zweiten Anschlusselementes elektrisch verbindbar ist, derart, dass das Heizelement mittels eines Energiespeichers der mobilen Plattform mit Energie versorgbar ist.
- In diesem Fall kann das zweite und/oder das erste Anschlusselement, das mit einem Ladekabel verbunden ist, über die Heizkontaktanordnungen mit elektrischer Energie versorgt werden.
- Das Anschlusselement der mobilen Plattform (Fahrzeug) kann alternativ oder zusätzlich mit elektrischer Energie aus der Plattformbatterie versorgt werden.
- Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens ein elektrisches Heizelement in einen elektrischen Kontaktabschnitt des ersten und/oder des zweiten Anschlusselementes seriell integriert.
- Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Erwärmung des Heizelementes durch einen Strom, der bspw. auch über das Ladekabel geführt wird.
- Bei dieser Ausführungsform kann beim Laden automatisch eine Erwärmung des Anschlusselementes erfolgen. Das Heizelement kann bspw. ein integrierter Widerstand, eine gezielte Kabelverjüngung, das Bereitstellen mehrerer Leitungswindungen in dem Kontaktabschnitt etc. sein.
- Beim Betrieb eines derartigen Anschlusselementes ist es bevorzugt, wenn vor dem gewünschten Abkoppeln/Trennen der Verbindung ein Ladestrom fließt, was bspw. durch eine geeignete Ladesteuerung erreichbar ist.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein elektrisches Heizelement in einen parallel an zwei Kontaktabschnitte des ersten und/oder des zweiten Anschlusselementes angeschlossenen Zweig integriert.
- Bei der Einbindung eines Heizelementes in einen parallelen Zweig ist es elektrisch und/oder konstruktiv einfach möglich, die Heizfunktion von der Ladefunktion zu trennen.
- Ferner kann durch einen geeigneten Widerstandswert ggf. erreicht werden, dass ein geeigneter Heizstrom bei einer voreingestellten Ladespannung über das Heizelement fließt.
- Gemäß einer Variante ist in den Zweig zwischen den elektrischen Kontaktabschnitten ein elektrisches Frequenzfilter integriert.
- Dieses ist vorzugsweise seriell mit dem elektrischen Heizelement in dem Parallelzweig angeschlossen.
- Hierdurch kann einer Lade-Gleichspannung auf dem Ladekabel bspw. ein hochfrequenter Wechsel-Heizstrom überlagert werden, der auf Seiten der Fahrzeugbatterie herausgefiltert werden kann, jedoch durch das elektrische Frequenzfilter in den Parallelzweig fließen kann.
- Hierbei kann das Frequenzfilter bspw. einem LC- oder einen RLC-Kreis beinhalten, der auf eine Frequenz abgestimmt ist, die der Frequenz der überlagerten Heiz-Wechselspannung entspricht.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in den Zweig zwischen den elektrischen Kontaktabschnitten des ersten und/oder des zweiten Anschlusselementes ein Schalter zum Aktivieren und/oder zum Deaktivieren des Heizelementes integriert.
- Bei dieser Ausführungsform kann bei deaktiviertem Heizelement ein Ladevorgang durchgeführt werden, als wäre kein Heizelement vorhanden. Bei Aktivierung kann ein Heizbetrieb des Anschlusselementes zeitlich vor einem Ladevorgang und/oder während eines Ladevorgangs und/oder nach einem Ladevorgang vor Fahrtantritt durchgeführt werden.
- Dabei ist es gemäß einer Ausführungsform von Vorteil, wenn der Schalter einen manuell betätigbaren Taster aufweist.
- Ein derartiger Taster kann bspw. von einer Bedienperson betätigt werden, wodurch dann relativ schnell eine Erwärmung des Anschlusselementes erfolgen kann. Hierbei ist vorteilhaft, dass eine vorhandene Stromversorgung (z.B. ein 230 V-Netz) verwendet werden kann.
- Auch bei dieser Variante kann bspw. ein Fahrzeugbordnetz optional verwendet werden.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Schalter über ein Triggersignal betätigbar ausgestaltet sein.
- Das Triggersignal kann bspw. ein über Funk übermitteltes Signal sein, kann jedoch auch ein Signal sein, das über eine Signalleitung von der mobilen Plattform oder über eine Signalleitung von der Ladestation kommt.
- Das Triggersignal kann bspw. eine automatische Aktivierung des Heizelementes ermöglichen. Dies kann bspw. über eine Zeitschaltuhr, über einem Temperaturschalter, über ein Batteriemanagement, über eine Batterieheizung oder eine sonstige Fahrzeugsteuerung erfolgen.
- Das Heizelement kann sowohl an dem plattformseitigen Anschlusselement als auch an dem ladestationseitigen Anschlusselement (oder an beiden) vorgesehen sein.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladesystems mit einer erfindungsgemäßen Anschlussanordnung; -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlussanordnung; -
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlussanordnung; -
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlussanordnung; -
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlussanordnung; und -
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlussanordnung. - In
1 ist schematisch ein Ladesystem10 für eine mobile Plattform in Form eines Kraftfahrzeuges12 dargestellt. Das Kraftfahrzeug12 weist eine Batterie14 und eine elektrische Antriebseinheit16 auf. Ein hierdurch realisierter Antriebsstrang kann als Hybrid- oder als elektrischer Antriebsstrang ausgebildet sein. In jedem Fall kann die Batterie14 mittels einer Ladestation20 geladen werden. Die Ladestation20 , die auch an öffentlichen Flächen oder privaten Flächen "unter freiem Himmel" vorgesehen sein kann, beinhaltet eine Ladeeinrichtung22 , die mit einem Energieversorgungsnetz (bspw. 230 V-Netz oder 400 V-Netz) verbunden ist. Die Ladeeinrichtung22 stellt eine Ladespannung bereit und speist diese in ein Ladekabel26 ein, an dessen freiem Ende ein erstes Anschlusselement28 (bspw. in Form eines Ladesteckers) ausgebildet ist. - An dem Kraftfahrzeug ist ein zweites Anschlusselement
30 (bspw. in Form einer Buchse) ausgebildet. Zum Einleiten eines Ladevorgangs können die Anschlusselemente28 ,30 miteinander verbunden werden, bspw. kann ein Ladestecker in eine Ladebuchse eingeführt werden. - Die Anschlusselemente
28 ,30 bilden eine elektrische Anschlussanordnung32 für das Ladesystem10 . - Das Ladekabel
26 weist wenigstens einen ersten elektrischen Leiter34 und wenigstens einen zweiten elektrischen Leiter36 auf. Die Leiter34 ,36 sind mit elektrischen Kontaktabschnitten35 ,37 des Anschlusselementes28 verbunden. Die Kontaktabschnitte können dabei als starre oder als flexible Leiterabschnitte innerhalb des Anschlusselementes28 ausgebildet sein. - In entsprechender Weise kann das Anschlusselement
30 derartige Kontaktabschnitte beinhalten. - Beim Durchführen eines Ladevorganges fließt ein Ladestrom über die elektrischen Leiter
34 ,36 in die elektrischen Kontaktabschnitte35 ,37 und von dort in entsprechende Kontaktabschnitte des fahrzeugseitigen Anschlusselementes30 . Die Kontaktabschnitte des fahrzeugseitigen Anschlusselementes30 sind mit der Fahrzeugbatterie14 verbunden, so dass über die stationäre Ladestation20 ein Ladevorgang der Fahrzeugbatterie14 des Kraftfahrzeuges12 durchgeführt werden kann. - Vorliegend ist in einem parallelen Zweig
42 zwischen den elektrischen Kontaktabschnitten35 ,37 des ersten Anschlusselementes28 ein Heizelement40 in Form eines elektrischen Heizwiderstandes integriert. Seriell mit dem Heizelement40 ist in dem parallelen Zweig42 ein Schalter44 in Form eines Tasters T oder dergleichen angeordnet. Bei geöffnetem Schalter44 kann ein Ladevorgang erfolgen, als wäre keine Heizeinrichtung vorhanden. Bei geschlossenem Schalter44 fließt ein elektrischer Strom über den parallelen Zweig42 , was zu einer Erwärmung des elektrischen Heizelementes40 führt. Hierdurch kann das Anschlusselement28 erwärmt werden. - In den folgenden
2 bis6 sind weitere Ausführungsformen von elektrischen Anschlussanordnungen beschrieben, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Anschlussanordnung32 der1 entsprechen. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert. - Bei der Anschlussanordnung
32' , die in2 gezeigt ist, ist in dem parallelen Zweig42 ein Schalter44' vorgesehen, der mittels eines Triggersignals48 betätigbar ist. Das Triggersignal48 kann bspw. ein Funksignal sein, in welchem Fall der Schalter44' eine geeignete Funkempfangseinrichtung beinhaltet. - Alternativ kann das Triggersignal
48 auch über eine elektrische Signalleitung zugeführt werden. - Über das Triggersignal
48 kann eine bedarfsgerechte automatisierte Aktivierung des Heizelementes40 realisiert werden, bspw. über eine Zeitschaltuhr, über einen Temperaturschalter, über ein Batteriemanagement der Batterie14 , über eine Batterieheizeinrichtung der Batterie14 und/oder über eine sonstige Fahrzeugsteuerung. - Bei der in
3 gezeigten Anschlussanordnung32'' ist in den Parallelzweig42 seriell zu dem Heizelement40 ein Frequenzfilter50 angeschlossen. Das Frequenzfilter50 weist im vorliegenden Fall einen Kondensator52 sowie eine seriell hiermit verbundene Spule54 auf. - Das Frequenzfilter
50 ist vorzugsweise auf eine bestimmte Heizfrequenz abgestimmt, die der Frequenz eines Wechsel-Heizstromes entsprechen kann, der einem Lade-Gleichstrom in den elektrischen Leitern34 ,36 des Ladekabels überlagert werden kann. - Das Frequenzfilter
50 beinhaltet insbesondere dann, wenn der Ladestrom ein Gleichstrom ist, einen Kondensator in dem Parallelzweig42 , so dass das Fließen eines Ladestromes in dem Parallelzweig42 unterbunden werden kann. - Bei der in
4 gezeigten Ausführungsform einer Anschlussanordnung32''' ist ein Heizelement40''' seriell in den elektrischen Kontaktabschnitt35 des Anschlusselementes28 integriert. Demzufolge fließt immer dann, wenn ein Ladestrom fließt, dieser Ladestrom auch über das Heizelement40''' und erwärmt dieses und folglich das Anschlusselement28 . - Bei der Anschlussanordnung
32 IV, die in5 gezeigt ist, ist in dem ersten Anschlusselement28 wiederum ein elektrisches Heizelement40 IV vorgesehen, das jedoch im vorliegenden Fall nicht an die Kontaktabschnitte35 ,37 angeschlossen ist sondern an eine parallel hierzu vorgesehene elektrische Heizkontaktanordnung58 . Das zweite Anschlusselement30 beinhaltet eine entsprechende elektrische Heizkontaktanordnung60 , an der fahrzeugseitig eine Heizspannung62 bereitgestellt werden kann, die bspw. aus der Batterie14 gespeist wird. - In
6 ist schließlich in schematischer Form gezeigt, dass die Anordnung der Heizelemente in den verschieden oben dargestellten Varianten zwischen dem ersten Anschlusselement28 und dem zweiten Anschlusselement30 vertauscht werden kann, wie es schematisch durch einen Pfeil66 angedeutet ist. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (12)
- Elektrische Anschlussanordnung (
32 ) für ein Ladesystem (10 ), insbesondere zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie (14 ) eines Kraftfahrzeuges (12 ), mit einem ersten Anschlusselement (28 ), das mit einer Ladestation (20 ) verbindbar ist und das in elektrischen Ladekontakt mit einem zweiten Anschlusselement (30 ) treten kann, das an einer mobilen Plattform (12 ) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in das erste Anschlusselement (28 ) und/oder in das zweite Anschlusselement (30 ) wenigstens ein Heizelement (40 ) integriert ist. - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement ein elektrisches Heizelement (
40 ) ist. - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (
40 ) mit der Ladestation (20 ) elektrisch verbindbar ist, insbesondere über ein Ladekabel (26 ). - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (
40 ) mit einer Heizkontaktanordnung elektrisch verbindbar ist, die mit einer entsprechenden Heizkontaktanordnung des zweiten Anschlusselementes (28 ) elektrisch verbindbar ist, derart, dass das Heizelement (40 ) mittels eines Energiespeichers der mobilen Plattform (12 ) mit Energie versorgbar ist. - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrisches Heizelement (
40''' ) in einen elektrischen Kontaktabschnitt (35 ) des ersten und/oder des zweiten Anschlusselementes (28 ,30 ) seriell integriert ist. - Elektrische Anschlussanordnung nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrisches Heizelement (
40 ,40 IV) in einen parallel an zwei elektrische Kontaktabschnitte des ersten und/oder des zweiten Anschlusselementes (28 ,30 ) angeschlossenen Zweig (42 ) integriert ist. - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zweig (
42 ) zwischen den elektrischen Kontaktabschnitten (35 ,37 ) ein elektrisches Frequenzfilter (50 ) integriert ist. - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zweig (
42 ) zwischen den elektrischen Kontaktabschnitten (35 ,37 ) ein Schalter (44 ) zum Aktivieren und/oder zum Deaktivieren des Heizelementes (40 ;40 IV) integriert ist. - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (
44 ) einen manuell betätigbaren Taster (T) aufweist. - Elektrische Anschlussanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (
44' ) über ein Triggersignal (48 ) betätigbar ausgestaltet ist. - Ladesystem (
10 ) für eine mobile Plattform (12 ), mit einem Ladekabel (26 ), das an einem Ende mit einer Ladestation (20 ) verbunden ist und das an seinem anderen Ende ein elektrisches erstes Anschlusselement (28 ) aufweist, das mit einem entsprechenden zweiten Anschlusselement (30 ) der mobilen Plattform (12 ) verbindbar ist, insbesondere mit einer Anschlussanordnung (32 ) nach einem der Ansprüche 1–10, wobei in das erste und/oder in das zweite Anschlusselement (28 ,30 ) wenigstens ein Heizelement (40 ) integriert ist. - Verfahren zum Erwärmen eines elektrischen Anschlusselementes (
28 ,30 ) eines Ladesystems (10 ) zum elektrischen Aufladen einer Batterie (14 ) einer mobilen Plattform (12 ), insbesondere unter Verwendung einer elektrischen Anschlussanordnung (32 ) nach einem der Ansprüche 1–10, mit dem Schritt, ein in das Anschlusselement (28 ,30 ) integriertes Heizelement (40 ) zu aktivieren.
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