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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselstecker zum länderübergreifenden elektrischen Laden eines Fortbewegungsmittels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen hinsichtlich der Benutzerfreundlichkeit sowie der Zuverlässigkeit von Ladeeinrichtungen für elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel.
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Das Laden von Elektrofahrzeugen wird gerade in der Anfangsphase zu einem hohen Anteil an Haushaltssteckdosen durchgeführt werden, da noch keine flächendeckende Infrastruktur gemäß DIN IEC 62196-1 vorhanden ist. Genormte Haushaltssteckdosen sind hingegen für viele Elektrofahrzeugfahrer zugänglich. In Europa ist das Schukostecksystem grundsätzlich harmonisiert, wobei in einigen Ländern dennoch ein eigenes Stecksystem verwendet wird. Dies ist in Italien, Schweiz, Dänemark und Großbritannien und Frankreich der Fall. Aufgrund der verschiedenen Stecksysteme sind auf Reisen zur Verwendung von elektrischen Geräten Adapter zur Herstellung der Spannungsversorgung notwendig.
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Neben dem Problem der verschiedenen Haushaltsstecker bei länderübergreifenden Reisen kommt bei dieser ”Ladebetriebsart 2” hinzu, dass Steuerungs- und Schutzfunktionen mittels Einrichtungen innerhalb der Ladeleitungsgarnitur bereitgestellt werden müssen. Diese Funktionen werden durch ein ”ladeleitungsintegriertes Steuerungs- und Schutzgerät”, eine sogenannte In-Cable-Control-Protection Device (IC-CPD), im Stand der Technik auch mit ICCB abgekürzt, erfüllt. Diese Box verhindert jedoch eine komfortable Nutzung und erschwert ein Kabelmanagementsystem (z. B. Aufrollmechanismus).
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Derzeit ist kein geeignetes Produkt zur Adaption unterschiedlicher Stecksysteme bekannt, welches eine dauerhafte und sichere Nutzung ermöglicht. Die Ladekabel für die sogenannte Ladebetriebsart 2 sind derzeit alle mit einer IC-CPD – wobei Steuerungs- und Schutzfunktion im Ladekabel integriert sind – ausgestattet.
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Die Automobilhersteller bieten Elektrofahrzeuge mit verschiedenen Ladekabeln an. Das Angebot umfasst Ladekabel mit Steckern für spezielle Infrastruktur (DIN IEC 62196-1) oder Ladeleitungsgarnituren zum Anschluss an Haushaltssteckdosen. Um europaweit an Haushaltssteckdosen laden zu können, sind jedoch fünf verschiedene Ladekabel erforderlich (Schuko, I, CH, DK, G, F). Um auf diese teuren und voluminösen Investitionen verzichten zu können, besteht die Möglichkeit, mit Adaptern die Kompatibilität zwischen unterschiedlichen Haushaltsstecksystemen herzustellen. Diese sind allerdings nur für Haushaltsgeräte des Reisebedarfs in niedrigen Leistungsklassen geeignet, um z. B. einen Rasierer, Haartrockner oder ein Notebook nutzen zu können.
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Weiterhin bietet der Automobilhersteller GM ein Reiseadapter-Set zum Laden von Elektrofahrzeugen an Haushaltssteckdosen an. Das Set besteht aus vier einzelnen Ländersteckern jeweils mit einer Steckdose des französischen Typs E (kompatibel zu Schuko) und wird standardmäßig mit dem Fahrzeug angeboten. Dieses Set ist nach DIN IEC 60884-1 2-5 spezifiziert, und erfüllt demzufolge die Anforderungen an einen Reiseadapter, die im derzeitigen Normentwurf definiert sind.
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DE 10 2010 045 160 A1 offenbart eine Steuereinrichtung für ein Ladekabel und ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Die Steuereinrichtung für ein Ladekabel umfasst eine Schnittstelle zur Verbindung mit dem Ladekabel und eine Schnittstelle zur Verbindung mit einer sogenannten Ladeeinrichtung. Die Steuereinrichtung ist ein separates Bauteil und dient als Adapter, so dass der Fahrer nur noch ein Ladekabel benötigt. Sofern an geeigneten intelligenten Ladeeinrichtungen geladen wird, wird die Steuereinrichtung nicht benötigt. Beim Laden an z. B. Haushaltssteckdosen dient die Steuereinrichtung als Adaptierung.
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WO 201 1/09811 16 A1 beschreibt einen Adapter zum Anschluss eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs an eine Ladestation eines Stromnetzes. Der Adapter dient der Identifizierung des Verbrauchers und der informationstechnischen Einbindung des Verbrauchers in ein Regelnetzwerk. Zusätzlich umfasst der Adapter einen Schalter, der über ein externes Regelnetzwerk angesprochen werden kann, um das Laden im Ansprechen auf ein Steuersignal zu ermöglichen oder zu unterbinden.
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DE 10 2008 048 657 A1 betrifft einen Adapter und ein Verfahren zum Erfassung und Abrechnen von Transaktionen elektrischer Energie zwischen einem Ladenetzwerkbetreiber und dem Nutzer eines Verbrauchers. Hierzu umfasst der Adapter eine Kommunikationseinheit zur Identifikation des Adapters, eine Zählereinheit zur Messung der transferierten elektrischen Energie und eine Mobilfunkeinheit zur Übertragung von Daten der Transaktion an ein zentrales Lademanagement- und Abrechnungssystem.
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Aktuelle technische Lösungen sehen die erforderlichen Steuerungs- und Schutzfunktionen im Ladekabel vor (IC-CPD). Diese große, im Ladekabel integrierte Einrichtung erschwert eine komfortable Nutzung und Verstauung. Die ladeleitungsintegrierten Boxen sind entweder mit festen Leitungen versehen oder es besteht die Möglichkeit, länderspezifische Infrastrukturleitungen anzubringen.
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Eine Eignung eines herkömmlichen Reiseadapters für das Laden von Elektrofahrzeugen ist nicht gegeben. Beim Laden von Elektrofahrzeugen werden Anforderungen an den Adapter gestellt, die von den bekannten Lösungen nicht erfüllt werden.
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Die bekannten Ladekabel für Ladebetriebsart 2 haben derzeit den großen Nachteil, dass die IC-CPD in einem Abstand von min. 1100 mm vom Infrastrukturstecker im Kabel integriert sind. Daraus folgt gegebenenfalls eine hohe mechanische Belastung, die auf die verwendeten Steckdosen wirkt. Weiterhin können komfortable Kabelmanagementsysteme nicht verwendet werden, da die IC-CPD nicht mit aufgerollt werden kann. Es gibt derzeit keine Kombination aus IC-CPD und Adaption auf die länderspezifischen Haushaltsstecker, die nicht als störende Box im Ladekabel integriert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik werden erfindungsgemäß gelöst durch einen Wechselstecker mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie einen Teilesatz gemäß Anspruch 9.
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Die abhängigen Ansprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der erfindungsgemäße Wechselstecker dient zum länderübergreifenden elektrischen Laden eines, insbesondere elektrisch antreibbaren, Fortbewegungsmittels. Er umfasst eine kabelseitige Aufnahme sowie eine infrastrukturseitige Aufnahme. Unter einer ”Aufnahme” sei im Rahmen der vorliegenden Verbindung eine Struktur zur Herstellung einer reversiblen Verbindung, insbesondere ohne Zuhilfenahme von Werkzeug, verstanden. Weiter ist ein Gehäuse vorgesehen, innerhalb welches eine Steuereinheit zur Überprüfung und/oder Sicherstellung eines ordnungsgemäßen Ladebetriebs angeordnet ist. Eine Überprüfung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst dabei eine Übermittlung von Betriebskenngrößen, welche eine ordnungsgemäße elektrische Energieübertragung anzeigen, um zum Beispiel Fehlerstromerkennung, Überstromerkennung, Überspannungserkennung, Übertemperaturerkennung etc. zu ermöglichen. Unter ”Sicherstellung” sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit zur Maßnahmenergreifung verstanden, welche im Fehlerfalle dafür sorgt, dass die elektrische Energieübertragung zwischen dem Fortbewegungsmittel und einer Infrastruktur zurück in einem Normbereich gebracht oder zur Vermeidung von Folgeschäden gänzlich unterbrochen wird. Weiter kann die Steuereinheit eingerichtet sein, elektrische Kenngrößen einer Infrastruktur an die Bedürfnisse eines Bordnetzes des zu ladenden Fortbewegungsmittels anzupassen. Mit anderen Worten ist eine Energieverarbeitungseinheit optional in der Steuereinheit enthalten, die beispielsweise ein Schaltnetzteil, einen Transformator, einen Frequenzwandler etc. umfassen kann. Erfindungsgemäß ist die kabelseitige Aufnahme, ebenso wie die infrastrukturseitige Aufnahme, direkt am Gehäuse des Wechselsteckers angeordnet. Auf diese Weise sind die kabelseitige und die infrastrukturseitige Aufnahme durch das Gehäuse in ihrer relativen Position zueinander festgelegt. Die infrastrukturseitige Aufnahme kann beispielsweise nach Art eines Schutzkontaktsteckers zur direkten Kontaktierung mit einer Ladeeinrichtung ausgestaltet sein. Alternativ kann die infrastrukturseitige Aufnahme eine Schnittstelle darstellen, welche für eine mechanisch belastbarere und gegenüber Umgebungseinflüssen deutlich besser abgeschirmte Verbindung mit einem mobilen Anschlusselement ausgestaltet ist. Anstatt einer reinen Steckverbindung kann die infrastrukturseitige Aufnahme eingerichtet sein, eine verriegelbare Verbindung mit einem mobilen Anschlusselement einzugehen. Die kabelseitige Aufnahme des Wechselsteckers ist eingerichtet, eine reversible Verbindung mit einem korrespondierenden Element eines Ladekabels einzugehen. Auch die kabelseitige Aufnahme kann zur Verriegelung mit einem korrespondierenden Anschlusselement eines Ladekabels eingerichtet sein. Insbesondere kann die kabelseitige Aufnahme des erfindungsgemäßen Wechselsteckers eingerichtet sein, mit Anschlusselementen eines Ladekabels verbunden zu werden, welche selbst nicht direkt in seitens der Infrastruktur bereitgestellte Anschlüsse passt. Der erfindungsgemäße Wechselstecker stellt eine kompakte und daher robust ausgestaltbare Vorrichtung dar, mittels welcher ein geeignetes Kabel als Ladekabel verwendet werden kann. Dabei ist entgegen den im Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen keine sogenannte in-cable-control-box (IC-CPD) innerhalb des Ladekabels selbst erforderlich, um die elektrischen Kenngrößen der Infrastruktur an die elektrischen Kenngrößen des Fortbewegungsmittels anzupassen.
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Bevorzugt ist die infrastrukturseitige Aufnahme eingerichtet, ein länderspezifisches Anschlusselement aufzunehmen und elektrisch zu kontaktieren. Dabei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung unter einem länderspezifischen Anschlusselement ein solches Element verstanden, welches im Stande ist, die zum Laden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels erforderlichen elektrischen Leistungen dauerhaft betriebssicher zu übertragen. Beispielsweise sind 16 A oder ähnliche Stromstärken bei einer Nennspannung von 230 V oder mehr über mindestens 1 Stunde unproblematisch. Dabei kann die infrastrukturseitige Aufnahme, wie oben beschrieben, eingerichtet sein, eine verriegelte, jedoch reversible, Verbindung mit dem länderspezifischen Anschlusselement einzugehen. Insbesondere werden als länderspezifische Anschlusselemente erfindungsgemäß solche Elemente verstanden, welche infrastrukturseitig eine Steckverbindung herzustellen im Stande sind, während sie mit der infrastrukturseitigen Aufnahme des erfindungsgemäßen Wechselsteckers eine gegenüber einem versehentlichen Lösen gesicherte Verbindung eingehen können. Dies bietet den Vorteil, dass bei der länderübergreifenden Verwendung eines Fortbewegungsmittels ein und derselbe erfindungsgemäße Wechselstecker mit kostengünstigen länderspezifischen Anschlusselementen verwendet werden kann, ohne dass mehrere Einheiten, umfassend kostspielige Steuereinheiten und/oder mehrere separate Kabel, umfassend jeweils integrierte in-cable-control-boxes (IC-CPD), mitzuführen sind. Dies erhöht die Betriebssicherheit und ermöglicht zudem eine kompaktere und leichtgewichtige Ladegarnitur für den länderübergreifenden Betrieb eines Fortbewegungsmittels.
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Weiter bevorzugt umfasst die infrastrukturseitige Aufnahme eine Erkennungseinrichtung, welche es der Steuereinheit ermöglicht, ein vordefiniertes Merkmal eines in der infrastrukturseitigen Aufnahme anordenbaren Anschlusselementes vordefinierten Betriebskenngrößen zuzuordnen. Das vordefinierte Merkmal kann beispielsweise elektrisch, magnetisch, mechanisch oder ähnlich von der Erkennungseinrichtung erfasst werden, im Ansprechen worauf die Steuereinheit die aktuelle Konfiguration einer vordefinierten Kategorie von Anschlusselement zuordnet. Mit anderen Worten ist ein vordefiniertes Merkmal als Codierung einer vordefinierten Kategorie von Anschlusselementen vorgesehen und mittels der Erkennungseinrichtung erkennbar. Eine Zuordnung vordefinierter Betriebskenngrößen kann dabei maximale Ladeströme, -spannungen, -leistungen umfassen und überdies der Steuereinheit erlauben, von der Infrastruktur erforderte Steuersignale zur Überwachung des Ladevorgangs zu senden. Dies bietet den Vorteil, dass eine automatische Anpassung an länderspezifische Gegebenheiten erfolgt, sobald ein Anwender ein geeignetes Anschlusselement für den erfindungsgemäßen Wechselstecker eingesetzt hat.
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Beispielsweise kann das vordefinierte Merkmal ein elektrischer Leiter eines vordefinierten elektrischen Widerstandes sein. Zur Erkennung des vordefinierten Merkmals kann dabei die Erkennungseinrichtung elektrische Kontakte zur beidseitigen Kontaktierung des elektrischen Leiters aufweisen und zur Auswertung elektrischer Kenngrößen bei Beaufschlagung des elektrischen Leiters mit vordefinierten elektrischen Signalen eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine vordefinierte Anordnung permanentmagnetischer Elemente innerhalb des Anschlusselementes oder eine mechanische Codierung in Form von Kavitäten und Kragstrukturen vorgesehen sein, welche durch entsprechende Magnetfeldsensoren (z. B. Hall-Sensor) bzw. Tasteinrichtungen durch die Erkennungseinrichtung identifiziert und zugeordnet werden können.
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Bevorzugt kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Steuersignale über die kabelseitige Aufnahme zu senden. Diese können, wie oben beschrieben, länderspezifischen Anforderungen der jeweiligen Ladeinfrastruktur entsprechen.
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Beispielsweise kann ein Steuersignal im Ansprechen auf ein Erkennen eines vordefinierten Merkmals erzeugt werden. Auf diese Weise kann das Fortbewegungsmittel über das Ladekabel darüber informiert werden, dass ein länderspezifisches Anschlusselement einer vorbestimmten Kategorie verbunden worden ist, im Ansprechen worauf das Fortbewegungsmittel seinerseits Vorkehrungen treffen kann, um mit einer mutmaßlich entsprechenden Ladeinfrastruktur einen bestmöglichen Ladevorgang durchzuführen. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine frühzeitige Anpassung und Informationsverarbeitung innerhalb des Fortbewegungsmittels hinsichtlich eines bevorstehenden landesspezifischen Ladevorgangs erfolgen. Zusätzlich ergeben sich Möglichkeiten, einen Anwender des Fortbewegungsmittels frühzeitig darüber zu informieren, dass die Verbindung zwischen dem Wechselstecker und dem Fortbewegungsmittel betriebsbereit ist oder bestimmten Einschränkungen unterliegt. Beispielsweise kann in Anbetracht eines aktuellen Ladezustands des Energiespeichers des Fortbewegungsmittels eine voraussichtliche Ladezeit angezeigt werden, welche sich aus den mutmaßlichen Kenngrößen einer landesspezifischen Ladeinfrastruktur ergibt.
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Weiter bevorzugt kann die kabelseitige Aufnahme eine Verriegelungseinrichtung umfassen. Diese kann beispielsweise als Bajonettverschluss oder als Schnapp-/Rast-Verbindung ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass beim Lösen einer Steckverbindung zwischen einem landesspezifischen Anschlusselement und der Ladeinfrastruktur versehentlich das landesspezifische Anschlusselement aus dem erfindungsgemäßen Wechselstecker gelöst wird. Zudem sind die genannten Verriegelungseinrichtungen im Stande, auch die mechanische Festigkeit und Biegesteifigkeit eines Verbundes aus landesspezifischem Anschlusselement und Wechselstecker zu erhöhen, wodurch das Eigengewicht des Wechselsteckers und insbesondere des mit ihm verbundenen Kabels besser in die Ladedose der Infrastruktur eingeleitet werden können.
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Alternativ oder zusätzlich ist die infrastrukturseitige Aufnahme eingerichtet, eine Struktur eines länderspezifischen Anschlusselementes zumindest anteilig, insbesondere vollständig, zu umfassen. Mit anderen Worten kann ein Teil eines länderspezifischen Anschlusselementes zumindest anteilig in eine Struktur der infrastrukturseitigen Aufnahme des Wechselsteckers eingesteckt werden. Hierzu kann die infrastrukturseitige Aufnahme insbesondere einen Kragen aufweisen, durch welchen durch das Eigengewicht des Wechselsteckers in Verbindung mit dem angeschlossenen Kabel erzeugte Momente besser auf das länderspezifische Anschlusselement übertragen werden können.
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Alternativ oder zusätzlich kann die kabelseitige Aufnahme und/oder die infrastrukturseitige Aufnahme Dichtmittel umfassen, welche eingerichtet sind, eine Verbindung der jeweiligen Aufnahme gegen Spritz- und Schmutzwasser abzudichten. Dabei können die Dichtmittel beispielsweise als umlaufende Dichtringe ausgestaltet sein, welche die infrastrukturseitige Aufnahme gegenüber dem länderspezifischen Anschlusselement und/oder die kabelseitige Aufnahme gegenüber einem Anschlusselement eines fortbewegungsmittelseitigen Kabels abdichtet.
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Weiter bevorzugt ist der erfindungsgemäße Wechselstecker eingerichtet, über ein länderspezifisches Anschlusselement unmittelbar an einer Ladeinfrastruktur räumlich festgelegt zu werden. Mit anderen Worten ist ein mit der infrastrukturseitigen Aufnahme verbundenes länderspezifisches Anschlusselement ebenfalls als kompakter Körper ausgestaltet, welcher insbesondere keine Kabelverbindung zwischen der Ladeinfrastruktur und dem erfindungsgemäßen Wechselstecker erfordert. Vielmehr ist der Verbund aus länderspezifischem Anschlusselement und erfindungsgemäßem Wechselstecker derart ausgestaltet, dass in die Ladeinfrastruktur eingeleitete Momente aufgrund der Masse des Wechselsteckers und des Ladekabels gering ausfallen. Hierzu kann der Wechselstecker so ausgestaltet sein, dass die Steckrichtung zur Kontaktierung der Ladeinfrastruktur durch das länderspezifische Anschlusselement im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse eines mit dem Wechselstecker verbundenen Kabels orientiert ist. Dies bietet den Vorteil, dass gegebenenfalls empfindliche Bauteile der Steuereinheit des Wechselsteckers gegen ein Überfahren oder ähnliche mechanische Beanspruchungen geschützt sind. Andererseits verringert sich die mechanische Beanspruchung verwendeter Dosen der Ladeinfrastruktur sowie des verwendeten länderspezifischen Anschlusselementes.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Teilesatz vorgeschlagen, welcher einen Wechselstecker umfasst, wie er in Verbindung mit dem vorstehend genannten Erfindungsaspekt vorgestellt worden ist. Weiter umfasst der Teilesatz einen sogenannten ”Typ-II-Stecker” mit einer kabelseitigen Aufnahme. Der Typ-II-Stecker hat sich im Bereich der Elektromobilität als Standardstecker bewährt, der keine Aufbereitung bzw. Umwandlung infrastrukturseitig bereitgestellter elektrischer Kenngrößen an das Fahrzeugbordnetz erfordert. Dabei kann die kabelseitige Aufnahme des Typ-II-Steckers entsprechend der kabelseitigen Aufnahme des erfindungsgemäßen Wechselsteckers ausgestaltet sein. Weiter umfasst der erfindungsgemäße Teilesatz ein Anschlusselement zur Verbindung mit der infrastrukturseitigen Aufnahme des Wechselsteckers. Mit anderen Worten ist zumindest ein Anschlusselement enthalten, welches der Kontaktierung einer Dose einer Ladeinfrastruktureinrichtung dient. Für das Anschlusselement des erfindungsgemäßen Teilesatzes gelten die in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt gemachten Ausführungen zum länderspezifischen Anschlusselement entsprechend. Bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Teilesatz auch ein Kabel, welches an seiner einen Seite zum wahlweisen Verbinden mit der kabelseitigen Aufnahme des Wechselsteckers oder der kabelseitigen Aufnahme des Typ-II-Steckers eingerichtet ist. Auf diese Weise kann das Kabel entweder zur direkten elektrischen Verbindung mit einer angepassten Ladeinfrastruktur als Ladekabel eingerichtet werden oder durch Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Wechselstecker und dem länderspezifischen Anschlusselement verwendet werden, um durch herkömmliche elektrische Anschlüsse Energie zum Laden des Fortbewegungsmittels zu beziehen. An seinem zweiten Ende ist das Kabel zum Verbinden mit einem Fortbewegungsmittel eingerichtet. Diese Verbindung kann beispielsweise herstellerspezifisch oder alternativ nach einschlägigen Normen ausgestaltet sein. Der vorstehend beschriebene Teilesatz ermöglicht eine sichere, komfortable und kompakte Möglichkeit zum länderübergreifenden Laden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels. Selbstverständlich können weitere länderspezifische Anschlusselemente innerhalb des Teilesatzes vorgesehen sein, um den Wechselstecker an weitere länderspezifische Ladeinfrastrukturen anzupassen.
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Weiter bevorzugt weist das Kabel an seiner einen Seite einen mit der Verriegelungseinrichtung einer kabelseitigen Aufnahme des Wechselsteckers korrespondierenden Verriegelungsmechanismus auf. Mit anderen Worten kann ein Bajonettverschluss zum Verbinden mit dem Wechselstecker vorgesehen sein oder eine Struktur, welche mit einem am Wechselstecker vorgesehenen Bajonettverschluss korrespondiert. Auch das Kabel kann dabei eine Dichtung zum Schutz gegen Schmutz- und Spritzwasser umfassen. Insbesondere ist das Kabel an seiner ersten Seite nicht mit einem länderspezifischen Anschlusselement verbindbar. Auf diese Weise wird verhindert, dass ein Anwender missbräuchlich oder versehentlich versucht, ein oben beschriebenes länderspezifisches Anschlusselement ohne erfindungsgemäßen Wechselstecker mit dem Kabel zu betreiben.
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Auf diese Weise schafft die Erfindung die Kompatibilität zu verschiedenen Haushaltsstecksystemen im europäischen Raum, um das länderübergreifende Laden von Elektrofahrzeugen an Haushaltssteckdosen zu ermöglichen. Dies erfolgt durch Anschließen länderspezifischer Anschlusselemente an eine definierte Schnittstelle am Wechselstecker. Dabei werden zusätzlich Steuerungs- und Schutzfunktionen in den Wechselstecker integriert, wodurch auf eine zusätzliche Box (IC-CPD) im Ladekabel verzichtet werden kann. Sowohl in den länderspezifischen Anschlusselementen als auch im erfindungsgemäßen Wechselstecker können Überstromsicherungen ebenso wie Temperaturmesselemente zur Überwachung und Absicherung des Ladevorgangs vorhanden sein. Dabei können bevorzugt Materialien verwendet werden, die sowohl die dauerhafte Belastung mit hohen Strömen (16 A) als auch die erhöhten Anforderungen zur Nutzung im Außenbereich und die Gefahr vor einem Überfahren mit dem Fortbewegungsmittel ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird das länderspezifische Anschlusselement temporär fester Bestandteil des gesamten Ladekabels. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, welche zur Anpassung an länderspezifische Gegebenheiten ein Adapterstück vorschlagen, welches auf einen auch ohne das Adapterstück grundsätzlich verwendbaren Stecker aufgesetzt wird, wird die erfindungsgemäße Anordnung in einzelnen Ausgestaltungen erst durch Einsetzen des länderspezifischen Anschlusselementes zu einem vollständigen und funktionstüchtigen Ladekabel. Da eine Anpassung des Ladekabels an landesspezifische Gegebenheiten deutlich seltener erforderlich ist, als Kontaktierungen einer Ladeinfrastruktur, kann die elektrische Verbindung zwischen dem länderspezifischen Anschlusselement und dem erfindungsgemäßen Wechselstecker auf geringe Übergangswiderstände optimiert werden, wodurch die Anordnung weniger Verlustleistung und Wärme produziert. Dadurch ermöglicht die Erfindung im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen eine problemlose Dauerbelastung mit hohen Strömen. Durch Verzicht auf eine im Kabel angeordnete IC-CPD kann das gesamte Kabel durch komfortable Aufrollmechanismen platzsparend verstaut werden. Die alternative Verwendung des Kabels sowohl mit Wechselstecker als auch mit Typ-II-Stecker erfordert zwar eine zusätzliche Aufnahme mit entsprechenden Übergangsverlusten, jedoch kann auf diese Weise nur ein einziges Kabel sämtliche gängigen Ladeszenarien unterstützen, was Platzbedarf und mitzuführende Masse verringert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine perspektivische Darstellung einer an einer Wand montierten Ladeinfrastruktur mit herkömmlichem Ladekabel;
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2 eine Detailansicht der in 1 dargestellten Steckverbindung;
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3 ein Beispiel einer Anordnung mit IC-CPD gemäß dem Stand der Technik;
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4a bis 4f Typen bekannter Steckverbindungen zur elektrischen Energieübertragung;
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5 eine perspektivische Darstellung eines abgewinkelten Schutzkontaktsteckers;
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6 eine Detailansicht des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselsteckers;
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8 eine schematische Übersicht über Komponenten, wie sie bei der Durchführung eines Ladevorgangs Verwendung finden könnten; und
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9 eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels eines länderspezifischen Anschlusselementes gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine sogenannte Wall Box 19, wie sie zur Bereitstellung elektrischer Energie für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug derzeit verwendet wird. Ein Schutzkontaktstecker 21 ist über einen Reiseadapter 20 mit der Wall Box 19 verbunden. Durch den Reiseadapter 20 ist der Hebelarm für die am Schutzkontaktstecker 21 hängende Last aus Kabel 16 und in-cable-control-box (IC-CPD) 40 (umfassend eine Steuereinheit 6) so groß, dass sich die in 2 besser erkennbare Absenkung des Reiseadapters 20 ergibt.
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In 2 wird die Auswirkung der Masse des Kabels 16 und der IC-CPD 40 erkennbar. Ein erhebliches Moment, welches über den Schutzkontaktstecker 21 und den Reiseadapter 20 in die Wall Box 19 eingeleitet wird, belastet die elektrischen Steckkontakte des Reiseadapters 20 sowie der Wall Box 19 so stark, dass der Reiseadapter 20 erheblich gegenüber der Horizontalen (entsprechend der Steckrichtung) abgesenkt wird.
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3 zeigt ein Kabel 16, in welchem eine IC-CPD 40 mit einer Steuereinheit 6 als selbständiges Element angeordnet ist. Am anderen Ende des Kabels 16 ist ein Schutzkontaktstecker 11 reversibel angeordnet.
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4a zeigt einen Schutzkontaktstecker 21 und eine Schutzkontaktsteckdose 22 vom Typ ”F”.
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4b zeigt einen Schutzkontaktstecker 23 und eine Schutzkontaktsteckdose 24 vom Typ ”E”.
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4c zeigt einen Schutzkontaktstecker 25 und eine Schutzkontaktsteckdose 26 vom Typ ”K”.
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4d zeigt einen Schutzkontaktstecker 27, 28 und eine Schutzkontaktsteckdose 29 vom Typ ”G”.
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4e zeigt einen Schutzkontaktstecker 30 und eine Schutzkontaktsteckdose 31 vom Typ ”L”.
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4f zeigt einen Schutzkontaktstecker 32 und eine Schutzkontaktsteckdose 33 vom Typ ”J”.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines abgewinkelten Schutzkontaktsteckers 11 mit einem Gehäuse 5. Infrastrukturseitig weist der Schutzkontaktstecker 11 eine infrastrukturseitige Aufnahme 4 auf. Kabelseitig weist der Schutzkontaktstecker 11 eine Aufnahme 3 mit einem Bajonettverschluss 12 als Verriegelungseinrichtung auf.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselsteckers 1, der zusätzlich zu den in Verbindung mit 5 dargestellten Elementen eine innerhalb des Gehäuses 5 angeordnete Steuereinheit 6 mit einer Erkennungseinheit 8 umfasst. Die Erkennungseinheit 8 ist als Magnetfeldsensor ausgestaltet. Die Steuereinheit 6 ist eingerichtet, die zwei Kontakte des Schutzkontaktsteckergesichtes als infrastrukturseitige Aufnahme 4 elektrisch mit vier Adern zu verbinden, die in der kabelseitigen Aufnahme 3 enden. Dabei ist die Steuereinheit 6 eingerichtet, die elektrischen Kenngrößen einer Ladeinfrastruktur an die Erfordernisse eines verbundenen Fortbewegungsmittels anzupassen.
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7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselsteckers 1. Die infrastrukturseitige Aufnahme 4 weist sieben elektrische Kontakte 10 auf, die von einem Kragen 14 zur Stabilisierung einer Verbindung mit einem (nicht dargestellten) länderspezifischen Anschlusselement umgeben sind. Die infrastrukturseitige Aufnahme 4 ist innerhalb des Gehäuses 5 in etwa rechtwinklig hinsichtlich einer Steckrichtung zu einer kabelseitigen Aufnahme 3 angeordnet. Die kabelseitige Aufnahme 3 umfasst ebenfalls sieben elektrische Kontakte 10, die in ein Anschlusselement 19 eines Kabels 16 führen. Weiter ist die kabelseitige Aufnahme 3 eingerichtet, mit einem Bajonettverschluss 17 des Anschlusselementes 19 verbunden zu werden. Das Anschlusselement 19 ist dabei so ausgestaltet, dass eine elektrische Verbindung mit bekannten Ladeinfrastrukturdosen nicht möglich ist. Erst durch Verwendung des erfindungsgemäßen Wechselsteckers 1 in Verbindung mit einem länderspezifischen Anschlusselement kann das Kabel 16 zur Übertragung elektrischer Energie in ein Fortbewegungsmittel verwendet werden.
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8 zeigt eine Übersicht über erfindungsgemäße Komponenten zur Durchführung eines Ladevorgangs. Infrastrukturseitig ist eine Ladesäule 34 vorgesehen, welche eine Ladedose 18 zur elektrischen Kontaktierung durch ein Ladekabel bereitstellt. Ein Pkw 2 als Fortbewegungsmittel soll über ein Kabel 16 elektrische Energie der Infrastruktur aufnehmen. Dargestellt sind zwei Alternativen, welche die vorliegende Erfindung bereitstellt. Einerseits ist ein Wechselstecker 1 vorgesehen, wie er in Verbindung mit 7 vorgestellt worden ist. Zur Verbindung mit der infrastrukturseitigen Aufnahme 4 ist ein zweipolig ausgestaltetes länderspezifisches Anschlusselement 7a, ein dreipoliges länderspezifisches Anschlusselement 7b sowie ein alternatives zweipoliges länderspezifisches Anschlusselement 7c dargestellt. Alle länderspezifischen Anschlusselemente 7a, b, c sind eingerichtet, mit den elektrischen Kontakten 10 des erfindungsgemäßen Wechselsteckers 1 verbunden zu werden, wobei die Anschlusselemente 7a, 7b, 7c anteilig durch den Kragen 14 umfasst werden. Alternativ kann das Kabel 16 mit einer kabelseitigen Aufnahme 3 eines Typ-II-Steckers 15 verbunden werden, sofern die Ladeinfrastruktur die elektrische Energie mit Kenngrößen bereitstellt, welche mit denen des Pkw 2 korrespondieren.
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9 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines länderspezifischen Anschlusselementes 7, dessen elektrische Kontakte 10 in einer Struktur 13 angeordnet sind, welche durch einen Kragen 14 eines erfindungsgemäßen Wechselsteckers 1 umfasst werden kann. Mit dem oberen der elektrischen Kontakte 10 ist ein elektrischer Widerstand 9 als vordefiniertes Merkmal des länderspezifischen Anschlusselementes 7 verbunden. Auf der den elektrischen Kontakten 10 gegenüberliegenden Seite weist das länderspezifische Anschlusselement 7 drei kontaktierbare elektrische Leiter auf, wobei ein mit dem Widerstand 9 verbundener elektrischer Leiter 11 zur Kontaktierung durch eine Erkennungseinrichtung 8 zur Verfügung steht. Dabei kann die Erkennungseinrichtung 8 anhand von Speicherwerten den gemessenen elektrischen Widerstand 9 der vorliegenden Klasse des länderspezifischen Anschlusselementes 7 zuordnen und daraus bevorstehend zu verarbeitende elektrische Kenngrößen ableiten.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010045160 A1 [0007]
- WO 2011/0981116 A1 [0008]
- DE 102008048657 A1 [0009]
- DE 102009058614 A1 [0010]
- DE 102010014417 A1 [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN IEC 62196-1 [0002]
- DIN IEC 62196-1 [0005]
- DIN IEC 60884-1 2-5 [0006]
