DE102013226628A1

DE102013226628A1 - Stecker für ein Ladekabel, Ladevorrichtung sowie Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102013226628A1
Application number: DE102013226628.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Festl; Thomas Fuchs; Alexander Mundry
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Der erfindungsgemäße Stecker (20) für ein Ladekabel (10) zum Laden eines Elektrofahrzeugs weist ein erstes Kontaktelement (21) und ein zweites Kontaktelement (22), welche dazu ausgebildet sind, einen Ladestrom zu übertragen, sowie ein Isolierstoffgehäuse (23), in dem das erste Kontaktelement (21) und das zweite Kontaktelement (22) gehaltert sind, auf. Dabei weist das Isolierstoffgehäuse (23) einen Näherungssensor und/oder einen Berührungssensor (24) auf, welcher dazu ausgebildet ist, bei einer Annäherung und/oder Berührung des Steckers (20) ein elektrisches erstes Signal zu erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken. Mithilfe des Näherungs- und/oder Berührungssensors (24) wird registriert, ob eine Greifbewegung, d.h. eine Annäherung an den Stecker (20) und/oder eine Berührung des Steckers (20) erfolgt, mit dem Zweck, den Stecker (20) aus der Steckdose zu ziehen und damit die Steckverbindung zwischen Stecker (20) und Steckdose mechanisch zu trennen. In diesem Fall wird durch den Sensor (24), der als Berührungs- und/oder als Näherungssensor ausgebildet sein kann, ein elektrisches erstes Signal erzeugt, um eine Änderung des über die Steckverbindung fließenden Ladestroms zu bewirken. Der Ladestrom kann dadurch auf einen vordefinierten Wert reduziert oder auch gänzlich unterbrochen werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Steckverbindung zwischen Stecker () 20 und Steckdose nicht unter Last getrennt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stecker für ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ladevorrichtung sowie mögliche Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs.
Die Erfindung befasst sich mit der Ausgestaltung und Betriebsweise einer Ladevorrichtung bzw. einer Ladestation, welche die Zufuhr elektrischer Ladung – insbesondere aus einem öffentlichen Stromnetz – zu einer Batterie, einem Kondensator oder einem sonstigen Speicher für elektrische Ladung in einem Elektrofahrzeug ermöglicht. Diese elektrischen Batterien oder Stromspeicher müssen in regelmäßigen Abständen wieder aufgeladen werden. Unter dem Begriff „Elektrofahrzeug“ werden dabei sowohl Elektroautos, als auch Elektroroller oder Elektrofahrräder, etc. verstanden. Hinsichtlich der Elektroautos umfasst der Begriff des „Elektrofahrzeugs“ sowohl rein elektrisch betriebene Fahrzeuge, als auch sogenannte Hybridfahrzeuge, welche neben einem elektrischen Antrieb einen zusätzlichen Antrieb, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, aufweisen.
Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen werden hinsichtlich des Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs, insbesondere eines Elektroautos, neue Anforderungen an die Ladeinfrastruktur, welche auch als Electric Vehicle Supply Equipment, kurz: EVSE, bezeichnet wird, gestellt. Unter dem Begriff EVSE wird – in Anlehnung an die IEC-Norm 61851 (DIN EN 61851) – eine Stromversorgungseinrichtung zum Laden von Elektro-Straßenfahrzeugen, einschließlich Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen, verstanden. Zu diesen Stromversorgungseinrichtungen zählen beispielsweise Ladesäulen, sog. Wallboxen (zur Montage bspw. in Garagen) oder auch das Ladekabel zum Verbinden mit dem Elektrofahrzeug. Diese Ladeinfrastruktur bzw. EVSE bildet somit die Schnittstelle zwischen dem Verbraucher Elektrofahrzeug und der altbekannten Elektroinstallation. Eine wesentliche Forderung für die Betriebsweise der Ladeinfrastruktur betrifft beispielsweise eine möglichst kurze Ladezeit für das Elektrofahrzeug. Dies führt zwangsläufig zu einem relativ hohen Ladestrom, welcher über eine relativ lange Ladedauer zur Verfügung gestellt werden muss. Für die bestehende Elektroinstallation – insbesondere für Leitungen und Steckdosen einer bereits vorhandenen Elektroinstallation, beispielsweise einer 230 V Hausinstallation – stellt dies eine hohe Dauerbelastung dar.
Beim Laden von Elektrofahrzeugen über eine herkömmliche Haushalts-Elektroinstallation, d.h. beispielsweise über sogenannte Schuko-Steckdosen, stellt ein dauerhaft hoher Ladestrom eine extreme Belastung dar, da die herkömmliche Haushalts-Elektroinstallation nicht für derartige Lasten entwickelt und ausgelegt ist. Über eine Vielzahl von Ladezyklen sinken aufgrund der Belastung die Kontaktkräfte zwischen Stecker und Steckdose, wodurch die Steckdosen übermäßig schnell altern. Die hohe Dauerbelastung wird gegebenenfalls noch durch eine zusätzliche mechanische Belastung verstärkt, wenn der Stecker des Ladekabels während des Ladevorgangs, d.h. unter Last, aus der Steckdose herausgezogen wird. Hierbei tritt aufgrund des hohen Ladestroms ein Lichtbogen auf, welcher zu einer starken Kontaktabnutzung, sowohl Stecker-seitig als auch Steckdosenseitig, führt. Ferner besteht – insbesondere bei Gleichstrom-(DC-)Anwendungen – aufgrund der hohen elektrischen Ströme ein nicht unerhebliches Gefährdungspotential für Mensch und Tier.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Stecker für ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs sowie eine Ladevorrichtung und ein Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, welche sich durch höhere Sicherheit sowie eine verbesserte Prozessstabilität des Ladevorgangs auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch den Stecker für ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs sowie die Ladevorrichtung und das Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Stecker für ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs weist ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement, welche dazu ausgebildet sind, einen Ladestrom zu übertragen, sowie ein Isolierstoffgehäuse, in dem das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement gehaltert sind, auf. Dabei weist das Isolierstoffgehäuse einen Näherungssensor und/oder einen Berührungssensor auf, welcher dazu ausgebildet ist, bei einer Annäherung und/oder Berührung des Steckers ein elektrisches erstes Signal zu erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken.
Mithilfe des Näherungs- und/oder Berührungssensors wird registriert, ob eine Greifbewegung, d.h. eine Annäherung an den Stecker und/oder eine Berührung des Steckers erfolgt, mit dem Zweck, den Stecker aus der Steckdose zu ziehen und damit die Steckverbindung zwischen Stecker und Steckdose mechanisch zu trennen. In diesem Fall wird durch den Sensor, der als Berührungs- und/oder als Näherungssensor ausgebildet sein kann, ein elektrisches erstes Signal erzeugt, um eine Änderung des über das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement der Steckverbindung fließenden Ladestroms zu bewirken. Der Ladestrom kann dadurch beispielsweise auf einen vordefinierten Wert reduziert oder – im Extremfall – gänzlich unterbrochen werden.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Steckverbindung zwischen Stecker und Steckdose nicht unter Last getrennt werden kann. Damit wird die Ausbildung eines Lichtbogens, wie er beim Trennen der Verbindung unter Last auftreten würde, vermieden. Die Abnutzung der Steckverbindung durch derartige Lichtbögen, welche sich beispielsweise in einer erhöhten Abnutzung der Kontaktelemente zeigt, wird dadurch deutlich reduziert. Auf diese Weise wird eine höhere Zahl an Ladezyklen und damit eine verbesserte Standfestigkeit ermöglicht. Neben einem verbesserten Verschleißverhalten wird durch die Vermeidung von Lichtbögen auch einer möglichen Gefährdung umstehender Personen oder Tiere entgegengewirkt.
Unter dem Begriff „Bewirken einer Änderung des Ladestroms“ ist zu verstehen, dass die Änderung des Ladestroms aufgrund des elektrischen ersten Signals herbeigeführt werden kann, sofern ggf. weitere Voraussetzungen erfüllt sind, nicht aber dass die Änderung des Ladestroms aufgrund des ersten Signals zwingend und unmittelbar herbeigeführt werden muss.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Steckers ist die Annäherung und/oder die Berührung des Steckers entweder durch einen Automaten oder manuell durch einen Benutzer ausführbar. Der Sensor ist dabei derart ausgebildet, dass er sowohl eine manuelle Annäherung bzw. Berührung, als auch eine automatisiert ausgeführte Annäherung bzw. Berührung, beispielsweise mittels einer geeigneten Handhabungseinrichtung, registriert. In beiden Fällen wird durch den Sensor ein elektrisches erstes Signal erzeugt, bevor der Stecker aus der Steckdose gezogen und damit die Steckverbindung zwischen Stecker und Steckdose getrennt wird. Damit ist der erfindungsgemäße Stecker sowohl im Falle eines manuell als auch im Falle eines automatisiert durchgeführten Ladeverfahrens einsetzbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Stecker als ein standardisierter Infrastrukturstecker zu einer netzseitigen Kontaktierung mit einer Haushaltssteckdose ausgebildet. Unter dem Begriff des „standardisierten Infrastruktursteckers“ fallen beispielsweise die in Deutschland verwendeten Steckerbauformen "Stecker Typ F“ (sog. Schuko-Stecker, auch als CEE 7/4 bezeichnet), „Stecker Typ C (sog. Eurostecker, auch als CEE 7/16 bezeichnet) oder CEE-Stecker (gemäß DIN/EN/IEC 60309). Der in Deutschland gebräuchliche Begriff „Schuko“ stellt dabei ein Akronym für den Begriff „Schutzkontakt“ dar und beschreibt ein in Europa weit verbreitetes System von Steckern und Steckdosen. Es sind jedoch auch die in Deutschland nicht gebräuchlichen, aber ebenfalls standardisierten Steckerbauformen, beispielsweise der aus Frankreich stammende „Stecker Typ E“ (CEE 7/5) oder der in Großbritannien und dem Commonwealth gebräuchliche „Stecker Typ G“ (sog. Commonwealth-Stecker) unter dem Begriff des „standardisierten Infrastruktursteckers“ einzuordnen.
Bei einem Schuko-Stecker sind das erste Kontaktelement als runder erster Kontaktstift für den Außenleiter und das zweite Kontaktelement als runder zweiter Kontaktstift für den Neutralleiter ausgebildet. Weiterhin weist der Schuko-Stecker ein Isolierstoffgehäuse auf, in dem der erste und der zweite Kontaktstift in einem vordefinierten Abstand zueinander derart gehaltert sind, dass ein freies Ende jedes der Kontaktstifte um eine vordefinierte Länge aus dem Isolierstoffgehäuse herausragt, um einen elektrisch leitenden Kontakt mit den Kontaktaufnahmen einer zugehörigen Steckdose zu bilden. Ein dritter Pol, der sogenannte Schutzkontakt, soll Fehlerströme ableiten, die bei einem Körperschluss auftreten können, sobald der elektrische Stromkreis durch die beiden anderen Pole geschlossen wird. Aus diesem Grund muss die Verbindung mit dem Schutzkontakt zuerst erfolgen. Bei einem Schuko-Stecker wird dies über Kontaktflächen, welche seitlich an dem Isolierstoffgehäuse angeordnet sind, sowie über an der Steckdose entsprechend korrespondierend angeordnete Kontaktfedern gewährleistet.
Mit Hilfe des als Schuko-Stecker ausgebildeten Steckers erfolgt eine netzseitige Kontaktierung des Ladekabels mit einem Versorgungsnetz über eine herkömmliche Haushaltssteckdose. Da die herkömmliche Hausanschlusstechnik nicht für Anwendungen mit dauerhaft hohen Ladeströmen, wie sie beim Laden eines Elektrofahrzeugs auftreten, ausgelegt ist, ist es in diesem Anwendungsfall besonders wichtig, dass die Verbindung von Stecker und Steckdose nicht unter Last getrennt wird, um eine zusätzliche Belastung und damit eine zusätzliche Abnutzung und Alterung von Stecker und Steckdose zu vermeiden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Stecker für eine fahrzeugseitige Kontaktierung mit einem Elektrofahrzeug ausgebildet. Auch für den fahrzeugseitigen Stecker des Ladekabels kann der Einsatz des erfindungsgemäßen Steckers mit einem Näherungs- und/oder Berührungssensor sinnvoll sein, wenn keine andere Einrichtung vorhanden ist, welche ein Lösen der Verbindung zwischen Ladekabel und Elektrofahrzeug während des Ladevorgangs, d.h. unter Last, verhindert.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Stecker eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des ersten Signals auf, mittels derer in Abhängigkeit der Größe des ersten Signals ein elektrisches zweites Signal erzeugbar ist. Mit Hilfe der Auswertevorrichtung wird das erste Signal ausgewertet und mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen, so dass bei Vorliegen einer vordefinierten Situation das zweite Signal erzeugt wird, welches dazu vorgesehen ist, eine Änderung des über die Kontaktelemente fließenden elektrischen Stroms zu bewirken. Diese Änderung kann beispielsweise darin bestehen, den Ladestrom auf einen vordefinierten Wert zu beschränken oder den Ladevorgang vollständig zu unterbrechen. In diesem Fall wird die elektrische Verbindung des Elektrofahrzeugs zum Versorgungsnetz mit Hilfe eines geeigneten Schalters unterbrochen. Dieser kann Bestandteil der Ladevorrichtung sein; es ist jedoch ebenso möglich, den Schalter netzseitig oder fahrzeugseitig anzuordnen und im Bedarfsfall mit Hilfe des zweiten Signals anzusteuern.
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs weist einen erfindungsgemäßen Stecker der eingangs beschriebenen Art auf. Weiterhin weist die Ladevorrichtung ein Ladekabel auf, welches seinerseits eine elektrische erste Leitung, die mit dem ersten Kontaktelement des Steckers elektrisch leitend verbunden ist, sowie eine elektrische zweite Leitung, die mit dem zweiten Kontaktelement des Steckers elektrisch leitend verbunden ist, aufweist, um einen elektrischen Kontakt der Ladevorrichtung mit einem elektrischen Versorgungsnetz oder mit einem Elektrofahrzeug zu realisieren. Hinsichtlich der Vorteile der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung wird zunächst auf die vorstehenden Ausführungen, die Vorteile des erfindungsgemäßen Steckers betreffend, verwiesen. Hinsichtlich des im Bereich des erfindungsgemäßen Steckers angeordneten Näherungs- und/oder Berührungssensors ist anzumerken, dass sich dieser auch in das an den Stecker angeschlossene Ladekabel hinein erstrecken kann. Auf diese Weise kann auch ein Greifen des Ladekabels im Bereich des Steckers erfasst werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladevorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, das elektrische erste Signal mit einem vordefinierten Referenzwert zu vergleichen und bei Überschreiten des Referenzwertes ein elektrisches zweites Signal zu erzeugen, um eine Änderung des Ladestroms zu bewirken. Die Auswertevorrichtung kann beispielsweise im Bereich des Steckers oder des Kabels, aber auch extern angeordnet sein. Sie dient dazu, das erste Signal mit einem vordefinierbaren Referenzwert zu vergleichen und bei Überschreiten dieses Referenzwertes ein zweites Signal zu erzeugen, welches eine Änderung, beispielsweise eine Reduzierung oder eine vollständige Unterbrechung des Ladestroms, bewirkt. Auf diese Weise kann die Unterbrechung des Ladestroms in Abhängigkeit eines einstellbaren Referenzwertes erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladevorrichtung einen Schaltkontakt auf, welcher derart mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist, dass das zweite Signal eine Zustandsänderung des Schaltkontakts bewirkt. Ein Schaltkontakt stellt eine einfache Möglichkeit zur sicheren Unterbrechung des Ladestroms dar. Die Öffnung des Schaltkontakts kann beispielsweise mit Hilfe eines mechanischen Schaltschlosses realisiert werden, welches derart mechanisch mit dem Schaltkontakt gekoppelt ist, dass aufgrund des zweiten Signals eine mechanische Öffnung des Schaltkontakts initiiert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladevorrichtung eine Anzeigeeinrichtung auf, welche mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist, um eine auf dem ersten Signal und oder auf dem zweiten Signal basierende Information anzuzeigen. Mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung ist eine Statusanzeige der Ladevorrichtung realisierbar. Die Anzeige kann beispielsweise über ein Display oder über ein oder mehrere Statuslämpchen erfolgen. Mögliche anzeigbare Zustände wären neben der Anzeige eines korrekt ausgeführten Ladevorgangs die Anzeige eines reduzierten oder vollständig abgeschalteten Ladestroms. Bei Verwendung eines Displays könnten – in Abhängigkeit des Auswerteergebnisses – weitere detaillierte Informationen, beispielsweise zur Art des Fehlers, angezeigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Ladevorrichtung sind das elektrische erste Signal und/oder das elektrische zweite Signal drahtgebunden oder drahtlos übertragbar. Sowohl die drahtgebundene als auch die drahtlose Übertragungstechnik stellen geeignete Möglichkeiten zur Übertragung des ersten und/oder zweiten Signals dar.
Das erfindungsgemäße Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs mit Hilfe der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ladevorrichtung weist die Schritte:

• Greifen des Steckers, um das Elektrofahrzeug durch ein Herausziehen des Steckers von dem elektrischen Versorgungsnetz zu trennen,
• Erfassen der Annäherung an den Stecker oder der Berührung des Steckers mittels des Näherungs- und/oder Berührungssensors, und
• Generieren eines elektrischen ersten Signals, wodurch eine Reduzierung des Ladestroms bewirkt wird,

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Ladeverfahrens wird das erste Signal an eine Auswerteeinrichtung der Ladevorrichtung übermittelt. Die Auswerteeinrichtung vergleicht das erste Signal mit einem vordefinierten Referenzwert. Dabei wird bei Erfüllung einer vordefinierten Bedingung ein elektrisches zweites Signal generiert, welches dazu ausgebildet ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken. Auf diese Weise wird eine sichere und komfortable Ausführung des Ladeverfahrens ermöglicht.
Das erfindungsgemäße komplementäre, zweite Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs mit Hilfe der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ladevorrichtung weist die Schritte:

• Greifen des Steckers der Ladeeinrichtung und verbinden des Elektrofahrzeugs mit einem elektrischen Versorgungsnetz,
• Erfassen des Loslassens des Steckers durch den Näherungs- und/oder Berührungssensor des Steckers,
• Generieren eines elektrischen ersten Signals aufgrund des Erfassen des Loslassens des Steckers durch den Nähe rungs- und/oder Berührungssensor, wodurch der Beginn des Ladevorgangs ermöglicht wird,

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das komplementäre zweite Ladeverfahren zusätzlich die Schritte:

• Greifen des Steckers, um das Elektrofahrzeug von dem elektrischen Versorgungsnetz zu trennen,
• Erfassen der Annäherung an den Stecker oder der Berührung des Steckers mittels des Näherungs- und/oder des Berührungssensors, und
• Generieren eines elektrischen ersten Signals durch den Näherungs- und/oder Berührungssensor, wodurch eine Reduzierung des Ladestroms bewirkt wird,

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des zweiten Ladeverfahrens wird das erste Signal an eine Auswerteeinrichtung der Ladevorrichtung übermittelt. Die Auswerteeinrichtung vergleicht das erste Signal mit einem vordefinierten Referenzwert. Dabei wird bei Erfüllung einer vordefinierten Bedingung ein elektrisches zweites Signal generiert, welches dazu ausgebildet ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken. Auf diese Weise wird eine sichere und komfortable Ausführung des Ladeverfahrens ermöglicht.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Steckers, der Ladevorrichtung sowie der Ladeverfahren unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1 eine schematische Darstellung der Einsatzumgebung des erfindungsgemäßen Steckers bzw. der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
2 eine schematische Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Steckers;
3 eine schematische Darstellung eines Funktionsdiagramms des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
In 1 ist die Einsatzumgebung des erfindungsgemäßen Steckers 20 bzw. der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs 1 schematisch dargestellt. Die Ladevorrichtung weist einen netzseitigen Stecker 20-1, einen fahrzeugseitigen Stecker 20-2 sowie ein Ladekabel 10 auf. Beide Stecker 20-1 und 20-2 sind elektrisch leitend mit dem Ladekabel 10 verbunden. Über den netzseitigen Stecker 20-1 ist die Ladevorrichtung mit einem elektrischen Versorgungsnetz 5 elektrisch leitend verbunden. Im Falle einer privat installierten Ladevorrichtung kann der netzseitige Stecker 20-1 beispielsweise über eine herkömmliche 220 V-Steckdose an eine 220 V-Hausinstallation angeschlossen sein. Der fahrzeugseitige Stecker 20-2 dient der elektrischen Verbindung der Ladevorrichtung mit dem Elektrofahrzeug 1. Sowohl der netzseitigen Stecker 20-1 als auch der fahrzeugseitigen Stecker 20-2 können als erfindungsgemäßer Stecker, welcher einen Näherungs- und/oder einen Berührungssensor 24 (siehe 2) aufweist, ausgebildet sein.
2 zeigt schematisch eine Detaildarstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckers 20. Der Stecker 20 weist ein Isolierstoffgehäuse 23 auf, in dem ein als Kontaktstift ausgebildetes erstes Kontaktelement 21 sowie ein als weiterer Kontaktstift ausgebildetes zweites Kontaktelement 22 aufgenommen und gehaltert sind. Die beiden Kontaktelemente 21 und 22 sind in einem vordefinierten Abstand zueinander angeordnet, wobei ein freies erstes Ende des ersten Kontaktelements 21 sowie ein freies zweites Ende des zweiten Kontaktelements 22 um eine vordefinierte Länge aus dem Isolierstoffgehäuse 23 herausragen. Mittels der beiden als Kontaktstifte ausgebildeten Kontaktelemente 21 und 22 ist eine elektrische Kontaktierung des „männlichen“ Steckers 20 mit einem entsprechend ausgebildeten „weiblichen“ Gegenkontaktelement (mit nach innen gerichteten Kontaktelementaufnahmen), beispielsweise einer Steckdose, realisierbar.
In einem Griffbereich des Steckers 20 sind zwei Sensoren 24 angeordnet, welche als Berührungs- und/oder Näherungssensoren ausgebildet sind. Es ist jedoch auch möglich, lediglich einen Sensor oder auch weitere zusätzliche Sensoren im Griffbereich des Steckers 20 anzuordnen. Mit Hilfe der Sensoren 24 ist es möglich, eine Annäherung einer Hand oder einer automatisierten Handhabungseinrichtung, oder eine Berührung des Steckers durch die Hand oder die automatisierten Handhabungseinrichtung, zu erfassen, um daraufhin ein elektrisches erstes Signal zu erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken. Wird eine Ladevorrichtung verwendet, bei der der Näherungs- und/oder Berührungssensor sich auch in das an den Stecker angeschlossene Ladekabel hinein erstreckt, so kann nicht nur ein Greifen des Steckers, sondern darüber hinaus auch ein Greifen des Ladekabels in dem vom Sensor umfassten Bereich erfasst werden. Auf diese Weise wird auch erkannt, wenn der Bediener am Ladekabel statt am Stecker zieht, um die Verbindung zwischen Stecker und Versorgungsnetz zu trennen. Im Falle eines aktuell durchgeführten Ladevorgangs kann es sich bei der Änderung um eine Reduktion oder – im Extremfall – um eine Unterbrechung des Ladestroms handeln. Die Ladevorrichtung kann dabei beispielsweise derart konfiguriert sein, dass eine Annäherung an den Stecker 20 eine Reduktion des Ladestroms bewirkt, wohingegen eine Berührung des Steckers 20 zu einer vollständigen Unterbrechung des Ladestroms führt.
Darüber hinaus ist es im Falle einer Initiierung des Ladevorgangs ebenso möglich, dass nach einem Einstecken des Steckers 20 – netzseitig oder fahrzeugseitig – ein Loslassen des Steckers 20 von dem Sensor 24 erfasst wird, woraufhin das von dem Sensor 24 erzeugte erste Signal eine Initiierung des Ladevorgangs, d.h. ein Beaufschlagen des ersten und des zweiten Kontaktelements 21 und 22 des Steckers 20 mit dem Ladestrom, erlaubt.
In 2 ist der Stecker 20 als sogenannter Schuko-Stecker, welcher zum Anschluss der Ladevorrichtung an eine 230 V Hausanschluss-Steckdose dient, dargestellt. Dabei ist das als Kontaktstift ausgebildete erste Kontaktelement 21 mit einer erste Leitung P des Ladekabels 10, dem sogenannten Phasenleiter, elektrisch leitend verbunden. Entsprechend ist das ebenfalls als Kontaktstift ausgebildete zweite Kontaktelement 22 ist mit einer zweiten Leitung N des Ladekabels 10, dem sogenannten Neutralleiter, elektrisch leitend verbunden. Die Schutzkontaktelemente des Steckers 20 sowie der Schutzkontaktleiter des Ladekabels 10 sind in 2 nicht dargestellt. Neben der Ausbildung als Schuko-Stecker ist es jedoch ebenso möglich, den erfindungsgemäßen Stecker für anders gestaltete, netzseitige oder fahrzeugseitige Anschlusssysteme auszubilden. Insbesondere fahrzeugseitig sind dabei Verbindungssysteme, welche einen Stecker „weiblicher Prägung“ (mit nach innen weisenden Kontaktaufnahmen) und eine dazu korrespondierende Steckeraufnahme „männlicher Prägung“ (mit nach außen weisenden Kontaktstiften) aufweisen, vorherrschend.
In 3 ist ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens schematisch dargestellt. Der Sensor 24, welcher im Stecker 20 (siehe 2) angeordnet ist, erzeugt bei einer Annäherung an den Stecker 20 oder einer Berührung des Steckers 20 das elektrische erste Signal. Dieses erste Signal wird – drahtgebunden oder auch drahtlos – an eine Auswerteeinrichtung 30 geleitet, wo das erste Signal mit einem vordefinierten Referenzwert verglichen wird. In der Auswerteeinrichtung 30 ist mit dem Referenzwert (zumindest) eine vordefinierte Bedingung hinterlegt. Es sind jedoch auch weitere Bedingungen vorstellbar, beispielsweise den Zustand des zu ladenden Elektrofahrzeugs betreffend. Ist das erste Signal derart ausgeprägt, dass die (zumindest) eine Bedingung erfüllt ist, so wird von der Auswerteeinrichtung 30 das elektrische zweite Signal erzeugt. Dieses zweite Signal wird – ebenfalls drahtgebunden oder auch drahtlos – an eine Schaltvorrichtung 40, geleitet. Die Schaltvorrichtung 40 weist zumindest einen Schaltkontakt (nicht dargestellt) auf, welcher aufgrund des zweiten Signals betätigbar ist, d.h. geöffnet oder geschlossen werden kann.
Um den Status des Ladevorgangs anzeigen zu können, kann an die Auswerteeinrichtung 30 eine Anzeigeeinrichtung 31 angeschlossen sein. Hierbei kann es sich im einfachsten Fall um ein oder mehrere Statuslämpchen, aber auch um ein Display zur Anzeige detaillierterer Informationen handeln.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Steckers 20 sowie der dazugehörigen Ladevorrichtung kann damit zum Einen eine Annäherung oder Berührung des Steckers 20 während eines augenblicklich durchgeführten Ladevorgangs erfasst werden, wodurch der über den Stecker 20 fließende Ladestrom reduziert oder unterbrochen wird. Zum Anderen kann der Sensor 24 aber auch beim Einstecken des Steckers 20 in die zugeordnete Steckdose registrieren, dass der Stecker losgelassen wird. In diesem Fall ist das von dem Sensor 24 generierte erste Signal als „Freigabe“ dahingehend zu verstehen, dass der Ladevorgang diesbezüglich freigegeben ist und initiiert werden kann, sofern dem keine anderen, beispielsweise fahrzeugseitig bedingte Gründe entgegenstehen.
Bezugszeichenliste

1: Elektrofahrzeug
5: elektrisches Versorgungsnetz
10: Ladekabel
20: Stecker
21: erstes Kontaktelement
22: zweites Kontaktelement
23: Isolierstoffgehäuse
24: Sensor
30: Auswerteeinrichtung
31: Anzeigeeinrichtung
40: Schaltvorrichtung
P: erste Leitung/Phasenleiter
N: zweite Leitung/Neutralleiter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC-Norm 61851 [0003]
DIN EN 61851 [0003]
DIN/EN/IEC 60309 [0012]

Claims

Stecker (20) für ein Ladekabel (10) zum Laden eines Elektrofahrzeugs (1), – mit einem ersten Kontaktelement (21) und einem zweiten Kontaktelement (22), welche dazu ausgebildet sind, einen Ladestrom zu übertragen, – mit einem Isolierstoffgehäuse (23), in dem das erste Kontaktelement (21) und das zweite Kontaktelement (22) gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstoffgehäuse (23) einen Näherungssensor und/oder einen Berührungssensor (24) aufweist, welcher derart ausgebildet ist, bei einer Annäherung und/oder Berührung des Steckers (20) ein elektrisches erstes Signal zu erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken.
Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung und/oder Berührung des Steckers (20) durch einen Automaten oder manuell durch einen Benutzer ausführbar ist.
Stecker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (20) als ein standardisierter Infrastrukturstecker zu einer netzseitigen Kontaktierung mit einer Haushaltssteckdose ausgebildet ist.
Stecker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (20) für eine fahrzeugseitige Kontaktierung mit einem Elektrofahrzeug ausgebildet ist.
Stecker nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (20) eine Auswerteeinrichtung (30) zur Auswertung des ersten Signals aufweist, mittels derer in Abhängigkeit der Größe des ersten Signals ein elektrisches zweites Signal erzeugbar ist.
Ladevorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs (1), – mit einem ersten Stecker (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – mit einem Ladekabel (20), welches eine elektrische erste Leitung (P), welche mit dem ersten Kontaktelement (21) des Steckers (20) elektrisch leitend verbunden ist, sowie eine elektrische zweite Leitung (N), welche mit dem zweiten Kontaktelement (22) des Steckers (20) elektrisch leitend verbunden ist, aufweist, um einen elektrischen Kontakt der Ladevorrichtung mit einem elektrischen Versorgungsnetz (5) oder mit einem Elektrofahrzeug (1) zu realisieren.
Ladevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung eine Auswerteeinrichtung (30) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, das elektrische erste Signal mit einem vordefinierten Referenzwert zu vergleichen und bei Überschreiten des Referenzwertes ein elektrisches zweites Signal zu erzeugen, um eine Änderung des Ladestroms zu bewirken.
Ladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung einen Schaltkontakt aufweist, welcher derart mit der Auswerteeinrichtung (30) gekoppelt ist, dass das zweite Signal eine Zustandsänderung des Schaltkontakts bewirkt.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung eine Anzeigeeinrichtung (31) aufweist, welcher mit der Auswerteeinrichtung (30) gekoppelt ist, um einen auf dem ersten Signal und oder auf dem zweiten Signal basierende Information anzuzeigen.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische erste Signal und/oder das elektrische zweite Signal drahtgebunden oder drahtlos übertragbar sind.
Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs (1) mit Hilfe einer Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, mit den Schritten: – Greifen des Steckers (20), um das Elektrofahrzeug (1) durch ein Herausziehen des Steckers (20) von dem elektrischen Versorgungsnetz (5) zu trennen; – Erfassen der Annäherung an den Stecker (20) oder der Berührung des Steckers (20) mittels des Näherungs- und/oder Berührungssensors (24); – Generieren eines elektrischen ersten Signals durch den Näherungs- und/oder Berührungssensors (24), wodurch eine Reduzierung des Ladestroms bewirkt wird.
Ladeverfahren nach Anspruch 11, – wobei das erste Signal an eine Auswerteeinrichtung (30) der Ladevorrichtung übermittelt wird, – wobei die Auswerteeinrichtung (30) das erste Signal mit einem vordefinierten Referenzwert vergleicht und bei Erfüllung einer vordefinierten Bedingung ein elektrisches zweites Signal generiert, welches dazu ausgebildet ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken.
Ladeverfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs (1) mit Hilfe einer Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, mit den Schritten: – Greifen des Steckers (20) der Ladeeinrichtung und verbinden des Elektrofahrzeugs (1) mit einem elektrischen Versorgungsnetz (5); – Erfassen des Loslassens des Steckers (20) durch den Näherungs- und/oder Berührungssensor (24) des Steckers (20); – Generieren des elektrischen ersten Signals aufgrund des Erfassens des Loslassens des Steckers (20) durch den Näherungs- und/oder Berührungssensor (24), wodurch der Beginn des Ladevorgangs ermöglicht wird.
Ladeverfahren nach Anspruch 13, mit den weiteren Schritten: – Greifen des Steckers (20), um das Elektrofahrzeug (1) von dem elektrischen Versorgungsnetz (5) zu trennen; – Erfassen der Annäherung an den Stecker (20) oder der Berührung des Steckers (20) mittels des Näherungs- und/oder Berührungssensors (24); – Generieren eines elektrischen ersten Signals durch den Näherungs- und/oder Berührungssensor (24), wodurch eine Reduzierung des Ladestroms bewirkt wird.
Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, – wobei das erste Signal an eine Auswerteeinrichtung (30) der Ladevorrichtung übermittelt wird, – wobei die Auswerteeinrichtung (30) das erste Signal mit einem vordefinierten Referenzwert vergleicht und bei Erfüllung einer vordefinierten Bedingung ein elektrisches zweites Signal generiert, welches dazu ausgebildet ist, eine Änderung des Ladestroms zu bewirken.