DE102014206164A1 - Infrastructure-side plug for a charging cable for charging an electrically driven means of transportation - Google Patents
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Abstract
Es werden ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel (10), ein Ladekabel und ein infrastrukturseitiger Stecker (1) für ein Ladekabel zum Laden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels (10) vorgeschlagen. Der infrastrukturseitige Stecker (1) umfasst: einen Näherungssensor (4), wobei der Näherungssensor (4) eingerichtet ist, bei Annäherung einer Hand (5) eines Anwenders ein Steuersignal zum Reduzieren einer Ladeleistung bzw. einer Entladeleistung zu generieren.An electrically drivable locomotion means (10), a charging cable and an infrastructure-side plug (1) for a charging cable for charging an electrically drivable means of locomotion (10) are proposed. The infrastructure-side connector (1) comprises: a proximity sensor (4), wherein the proximity sensor (4) is adapted to generate a control signal for reducing a charging power or a discharging power when approaching a hand (5) of a user.
Description
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen infrastrukturseitigen Stecker zur Übertragung von Energie zwischen einer elektrischen Infrastruktur (z.B. Haushaltssteckdose) und einem elektrischen Verbraucher, welcher insbesondere für ein Ladekabel zum Laden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels verwendbar ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Stecker zum Reduzieren eines Kontaktabbrandes beim Unterbrechen einer Steckverbindung unter elektrischer Last. The present invention relates to an infrastructure-side connector for transmitting power between an electrical infrastructure (e.g., a household power outlet) and an electrical load, which is particularly useful for a charging cable for charging an electrically powered vehicle. In particular, the present invention relates to a plug for reducing a contact erosion when breaking a connector under electrical load.
Beim Laden von Elektrofahrzeugen wird beobachtet, dass an einigen der verwendeten infrastrukturseitigen Steckdosen sogenannter "Kontaktabbrand" auftreten kann. Es handelt sich hierbei um eine Beschädigung der Kontaktoberfläche, welche beim Auftrennen der Verbindung "unter Last", d.h., während der Führung eines elektrischen Ladestroms, auftritt. Durch einen Lichtbogen wird dabei die Oberfläche kleinflächig aufgeschmolzen. Die erhöhte Rauigkeit und die in Folge auftretende Oxidation der Kontaktoberfläche führen mittel- bzw. langfristig zu einem höheren Übergangswiderstand, wodurch Beschädigungen des Kontaktes durch Lichtbögen und andere thermische Wirkungen noch weiter begünstigt werden. Weiterhin stellt ein erhöhter Übergangswiderstand, bedingt durch die sich an der Kontaktstelle einstellende hohe Betriebstemperatur, ein Gefahrenpotential hinsichtlich einer unzulässigen Erwärmung dar. Dies ist besonders kritisch zu bewerten, da sich an einer derartig beschädigten Steckdose erst nach einiger Zeit des Betriebs eine thermische Zersetzung einstellen kann (z.B. während der nächtlichen Ladephase des Elektrofahrzeugs). Dieser Effekt kann auch an regelmäßig überprüften Installationen im Einflussbereich der Unfallverhütungsvorschrift für elektrische Anlagen und Betriebsmittel (BGV A3) auftreten. When charging electric vehicles, it is observed that so-called "contact erosion" can occur at some of the infrastructure-side outlets used. This is damage to the contact surface which occurs when disconnecting the connection "under load", that is, while conducting an electric charging current. By an arc while the surface is melted small area. The increased roughness and the resulting oxidation of the contact surface lead in the medium or long term to a higher contact resistance, whereby damage to the contact by arcs and other thermal effects are promoted even further. Furthermore, an increased contact resistance, due to the adjusting itself at the contact point high operating temperature, a potential danger in terms of inadmissible heating. This is particularly critical to evaluate, since at such a damaged outlet only after some time of operation, a thermal decomposition can occur (eg during the nighttime charging phase of the electric vehicle). This effect can also occur on regularly checked installations within the sphere of influence of the accident prevention regulations for electrical systems and equipment (BGV A3).
Im Bereich der Haushaltsstecker (z.B. CEE7/4- oder CEE7/7-Steckverbinder) sind bisher keine Lösungen zur Verhinderung des Trennens unter Last bekannt. Dies hat seine Ursache unter anderem darin, dass die meisten leistungsstarken Geräte, wie z.B. Waschmaschinen, Wäschetrockner, Radiatoren, etc., ortsfest betrieben und in der Regel selten gesteckt werden. Die Problematik des Auftrennens unter Last besteht hier also nicht. In the field of household plugs (e.g., CEE7 / 4 or CEE7 / 7 connectors), no solutions to prevent disconnection under load have heretofore been known. Among other things, this is due to the fact that most powerful devices, such as e.g. Washing machines, dryers, radiators, etc., fixed and usually rarely be plugged. The problem of separating under load is therefore not here.
Im gewerblichen Umfeld hingegen sind spezielle Systeme zur Verhinderung ungewollten Trennens unter Last bekannt, welche mechanische Maßnahmen (z.B. umzulegende Hebel, Verschraubungen oder andere Verriegelungsmaßnahmen) umfassen. Diese Betätigungsglieder erzwingen ein "manuelles Freischalten" im Vorfeld des Trennens der elektrischen Verbindung. In the commercial environment, on the other hand, there are known special systems for preventing unwanted disconnection under load, which include mechanical measures (e.g., levers, fittings or other interlocking measures). These actuators force a "manual release" in advance of the disconnection of the electrical connection.
Weiterhin sind spezielle Steckverbinder bekannt, welche durch ihre Konstruktion eine erforderliche Mindestöffnungsgeschwindigkeit gewährleisten. Durch die Mindestöffnungsgeschwindigkeit ist die Dauer des Lichtbogens und somit der Kontaktabbrand gering. Hierfür ist eine bestimmte Geometrie mit spezifischem Weg/Zeit-Ablauf erforderlich, welche beispielsweise durch Druckpunkte bzw. Druckschwellen in Form von Rastnasen und Federsystemen realisiert wird. Ebenfalls sind Systeme bekannt, welche durch Integration Energie-abbauender elektrischer Bauelemente oder Strukturen die Ausbildung eines Lichtbogens unterbinden. Furthermore, special connectors are known, which ensure by their construction a required minimum opening speed. Due to the minimum opening speed, the duration of the arc and thus the contact erosion is low. For this purpose, a specific geometry with specific path / time sequence is required, which is realized for example by pressure points or pressure thresholds in the form of locking lugs and spring systems. Systems are also known which prevent the formation of an arc by integrating energy-dissipating electrical components or structures.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Kontaktabbrand beim Trennen einer elektrischen Verbindung eines infrastrukturseitigen Steckers eines Ladekabels aus einer infrastrukturseitigen Steckdose zu vermindern. Based on the aforementioned prior art, it is an object of the present invention to reduce contact erosion when disconnecting an electrical connection of an infrastructure-side plug of a charging cable from an infrastructure-side socket.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen infrastrukturseitigen Stecker mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und ein Ladekabel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 sowie ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Der infrastrukturseitige Stecker umfasst hierzu einen Näherungssensor, welcher eingerichtet ist, bei Annäherung einer Hand eines Anwenders ein Steuersignal zum Reduzieren einer übertragenen elektrischen Leistung, einer Ladeleistung bzw. einer Entladeleistung zu generieren. Mit anderen Worten ist der Näherungssensor eingerichtet, das Steuersignal vor einem Öffnen der Steckverbindung zu erzeugen bzw. auszugeben. Der Näherungssensor ist somit eingerichtet, das Steuersignal immer dann zu erzeugen, wenn der Anwender den erfindungsgemäßen infrastrukturseitigen Stecker zum Zwecke des Abziehen des Steckers ergreift bzw. sich zu diesem Zwecke dem Stecker nähert. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Anwender im Falle eines Ladekabels den infrastrukturseitigen Stecker zum Lösen der Verbindung hinreichend fest erfassen kann, bevor die Ladeleistung bzw. Entladeleistung erfindungsgemäß verringert werden konnte. Ein Betätigen des infrastrukturseitigen Steckers ist auf diese Weise nur noch unter reduzierter Ladeleistung bzw. Entladeleistung möglich. Auf diese Weise wird ein unerwünschter und elektrisch nachteiliger Kontaktabbrand der elektrischen Steckkontakte des infrastrukturseitigen Steckers aufgrund von Lichtbogenbildung wirksam verhindert. The above object is achieved by an infrastructure-side connector with the features of
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.
Der infrastrukturseitige Stecker kann kompatibel mit haushaltsüblichen Steckdosen ausgestaltet sein. In vielen Ländern Europas werden solche Steckdosen im Bereich zwischen 220 V und 240 V Wechselspannung eingesetzt. Einschlägige Normen für derartige Stecker sind CEE7/4 und CEE7/7. Je nach Land werden solche Stecker auch als "Stecker-Typ F", "Stecker-Typ E" oder als "Schuko(für "Schutz-Kontakt")-Stecker" bezeichnet. Auf diese Weise wird ein Kontaktabbrand auch bei Verwendung haushaltsüblicher Steckdosen erfindungsgemäß verringert bzw. vermieden. The infrastructure-side plug can be configured compatible with standard household sockets. In many European countries such sockets are used in the range between 220 V and 240 V AC. Relevant standards for such connectors are CEE7 / 4 and CEE7 / 7. Depending on the country, such plugs are also referred to as "plug type F", "plug type E" or as "Schuko (for" protective contact ") - plug". In this way, a contact erosion is reduced or avoided according to the invention even when using household sockets.
Bevorzugt kann der Stecker einen Ausgang für eine Steuerleitung aufweisen. Zumindest ein Anschluss für eine solche Steuerleitung kann in dem infrastrukturseitigen Stecker enthalten sein. Über ein Steuersignal kann auf diese Weise die Ladeleistung bzw. Endladeleistung in einem mit dem Stecker verbundenen Ladegerät ausgesetzt werden. Das andere Ende der Steuerleitung kann beispielsweise in einer Steuerbox (Englisch "in cable control box" oder "in cable control protection device" (ICCPD)) oder innerhalb eines in einem Fortbewegungsmittel angeordneten Steuergeräts angeschlossen sein. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Stecker kompakt gehalten werden, während entfernte Instanzen zur Leistungsreduzierung die mitunter volumenaufwändigen Komponenten bereitstellen können. Preferably, the plug may have an output for a control line. At least one port for such a control line may be included in the infrastructure-side connector. In this way, the charging power or discharge capacity can be exposed in a connected to the plug charger via a control signal. The other end of the control line can be connected, for example, in a control box (English "in cable control box" or "in cable control protection device" (ICCPD)) or within a control device arranged in a means of locomotion. In this way, the plug according to the invention can be kept compact, while remote power reduction units can provide the sometimes bulky components.
Alternativ oder zusätzlich kann auch der infrastrukturseitige Stecker erste Schaltmittel umfassen, welche eingerichtet sind, im Ansprechen auf ein Signal des Näherungssensors die Ladeleistung bzw. die Entladeleistung zu reduzieren bzw. den Lade-/Entladevorgang zu beenden. Durch diese Variante kann die Steuerleitung entfallen, wodurch das Ladekabel kostengünstiger und kompakter hergestellt werden kann. Alternatively or additionally, the infrastructure-side connector may also comprise first switching means which are set up to reduce the charging power or the discharging power or to end the charging / discharging operation in response to a signal from the proximity sensor. By this variant, the control line can be omitted, whereby the charging cable can be made more cost effective and compact.
Das erste Schaltmittel kann bevorzugt eingerichtet sein, die Reduzierung der Ladeleistung bzw. der Entladeleistung rückgängig zu machen, sofern der infrastrukturseitige Stecker nicht innerhalb einer vordefinierten Zeitdauer seit dem Eingang des Steuersignals bzw. seit dem Anliegen des Steuersignal auch tatsächlich von der Infrastruktur (Steckdose) getrennt wird. Auf diese Weise wird beispielsweise durch vorübergehende Annäherung von Anwendern, Fremdpersonen, Haustieren etc. ein Ladevorgang nicht unnötig lange unterbrochen. The first switching means may preferably be set up to reverse the reduction of the charging power or the discharging power if the infrastructure-side plug is not actually disconnected from the infrastructure (socket) within a predefined period of time since the input of the control signal or since the control signal has been applied becomes. In this way, for example, by temporary approach of users, strangers, pets, etc., a charging process is not interrupted unnecessarily long.
Bevorzugt ist der Näherungssensor eingerichtet, auf eine Nähe menschlichen Gewebes anzusprechen. Weiter bevorzugt ist der Näherungssensor gegen eine Annäherung anderer Materialien immun ausgestaltet. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass beispielsweise eine Abdeckung einer Steckdose, welche während des Ladevorgangs auf dem erfindungsgemäßen infrastrukturseitigen Stecker ruht, den Näherungssensor nicht zur Ausgabe des Steuersignals veranlasst. Preferably, the proximity sensor is adapted to respond to a proximity of human tissue. More preferably, the proximity sensor is made immune to an approach of other materials. In this way it can be prevented that, for example, a cover of a socket, which rests during the charging process on the infrastructure-side plug according to the invention, does not cause the proximity sensor to output the control signal.
Der Näherungssensor kann beispielsweise kapazitiv und/oder elektrostatisch und/oder elektroresistiv funktionieren. Solche Sensoren sind kostengünstig und kompakt realisierbar, so dass ihre Integration in den erfindungsgemäßen infrastrukturseitigen Stecker dessen Volumen und Preis nicht unnötig erhöht. The proximity sensor may, for example, function capacitively and / or electrostatically and / or electroresistically. Such sensors are cost-effective and compact, so that their integration in the infrastructure-side plug according to the invention does not unnecessarily increase its volume and price.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ladekabel zum Laden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels vorgeschlagen, welches einseitig mit einem infrastrukturseitigen Stecker gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt abgeschlossen ist. Zusätzlich weist das Ladekabel einen fahrzeugseitigen Stecker auf, welcher beispielsweise als Typ-2-Stecker (siehe
Das Ladekabel kann weiter eine Signalleitung zwischen dem infrastrukturseitigen Stecker und dem fahrzeugseitigen Stecker aufweisen. Die Signalleitung dient der Übertragung des Steuersignals. Ein Ende der Signalleitung ist im infrastrukturseitigen Stecker, ein anderes Ende in einer Steuerbox innerhalb der Energieleitung und/oder innerhalb des fahrzeugseitigen Steckers angeordnet. Je nach Ausgestaltung kann so eine in der Steuerbox bzw. im Fortbewegungsmittel angeordnete Einheit ein Reduzieren der Ladeleistung bzw. der Entladeleistung im Ansprechen auf einen Empfang des Steuersignals veranlassen. Beispielsweise kann ein zweites Schaltmittel angesteuert werden, mittels welchem die elektrische Verbindung zwischen dem infrastrukturseitigen Stecker und der Traktionsbatterie des Fortbewegungsmittels unterbrochen wird. Bevorzugt wird jedoch eine verschleißarme elektronische Reduzierung der Ladeleistung bzw. der Entladeleistung durch das verwendete Ladegerät durchgeführt. The charging cable may further comprise a signal line between the infrastructure-side connector and the vehicle-side connector. The signal line is used to transmit the control signal. One end of the signal line is on the infrastructure side Plug, another end in a control box within the power line and / or disposed within the vehicle-mounted connector. Depending on the configuration, a unit arranged in the control box or in the means of locomotion can thus cause the charging power or the discharging power to be reduced in response to receipt of the control signal. For example, a second switching means can be controlled, by means of which the electrical connection between the infrastructure-side plug and the traction battery of the means of locomotion is interrupted. However, a low-wear electronic reduction of the charging power or the discharging power is preferably carried out by the charger used.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches über eine Energieleitung mit einem infrastrukturseitigen Stecker gemäß dem erstgenannten Aspekt der vorliegenden Erfindung verbunden ist. Üblicherweise wird dies, wie in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Ladekabel ausgeführt, über einen fahrzeugseitigen Stecker erfolgen. Mitunter werden jedoch auch Lösungen bevorzugt, bei welchen sogenannte automatische Aufrollvorrichtungen (wie z.B. bei haushaltsüblichen Staubsaugern bekannt) den infrastrukturseitigen Stecker und die Energieleitung verstauen. Auch in einem solchen Fall kann eine optionale Signalleitung zwischen dem infrastrukturseitigen Stecker und dem Fortbewegungsmittel für die Übertragung des Steuersignals vorgesehen sein. Selbstverständlich kann in Verbindung mit sämtlichen Aspekten auch eine drahtlose Übertragung des Steuersignals technisch realisiert werden, wozu der infrastrukturseitige Stecker anstatt der Steuerleitung eine entsprechende Drahtloskommunikationseinrichtung erhält. According to a third aspect of the present invention, there is provided an electrically powered vehicle which is connected via a power line to an infrastructure-side connector according to the first aspect of the present invention. Usually this is done, as in connection with the charging cable according to the invention, via a vehicle-side connector. However, solutions are sometimes preferred in which so-called automatic retractors (as known, for example, in household vacuum cleaners) stow the infrastructure-side plug and the power line. Even in such a case, an optional signal line between the infrastructure-side connector and the means of locomotion for the transmission of the control signal may be provided. Of course, in connection with all aspects and a wireless transmission of the control signal can be technically realized, including the infrastructure-side connector instead of the control line receives a corresponding wireless communication device.
Die vorliegende Erfindung dient dem sicheren elektrischen Laden von Elektrofahrzeugen an einer z.B. im Haushalt einer beim Kunden vorhandenen elektrischen Hausinstallation ("Hausnetz"). Neben einer Fehlerstromabschaltung (FI-Schaltung) sind verschiedene Überwachungsfunktionen (Spannungsüberwachung, Kurzschlussüberwachung, Schützkleberüberwachung etc.) in die Leistungselektronik solcher Infrastruktureinrichtungen integriert und die Hausinstallation somit grundsätzlich zum Laden eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs geeignet. Die Erfindung schlägt die Integration eines Näherungssensors in den Infrastrukturstecker des Ladekabels vor. Hierbei können marktübliche Näherungssensoren verwendet werden. Der größte Nutzen bzw. die bestmögliche Empfindlichkeit ergibt sich bei Verwendung eines an die besondere Bauform des Steckergehäuses bzw. die zu erwartende, durch den Benutzer anzugreifende Stelle angepasste Auslegung des Sensors. Technisch geeignet sind zum Beispiel induktive, kapazitive, galvanisch gekoppelte oder auch elektromagnetische Sensoren. Sobald ein Objekt in den Einflussbereich des Sensors gelangt, bewirkt dies zum Beispiel die Verstimmung bzw. Veränderung der Frequenz eines jeweils systemspezifischen Oszillators, was wiederum durch eine Detektorstufe erkannt wird. Abhängig von Auswertungsparametern des Messsignals kann davon ausgegangen werden, dass eine Trennabsicht eines Anwenders vorliegt. Ist dies der Fall, so wird durch die Steuerung eine unmittelbare Reduzierung des Ladestroms veranlasst. Dies kann zum Beispiel über das Kommunikationssignal einer Ladeeinrichtung (gemäß
Sämtliche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als „Schaltmittel“ bezeichneten Einrichtungen können als verschleißarme elektronische Einrichtungen (z.B. umfassend eine Phasenanschnittsteuerung und/oder eine Frequenzwandlung) zur Reduzierung oder Unterbrechung einer Energieübertragung ausgestaltet werden. All devices referred to as "switching means" in the context of the present invention may be configured as low-wear electronic devices (e.g., including a phase control and / or a frequency conversion) to reduce or interrupt energy transfer.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist: Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
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. Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Schuko-Stecker Safety plug
- 2 2
- Ladekabel charge cable
- 3 3
- Energieleitung power line
- 4 4
- Näherungssensor Proximity sensor
- 5 5
- Hand des Anwenders Hand of the user
- 6 6
- Infrastrukturseitige Schuko-Steckdose Infrastructure-side Schuko socket
- 7 7
- Ausgang für Steuerleitung und Energieleitung Output for control line and power line
- 8 8th
- Steuerleitung control line
- 9 9
- Schalter switch
- 10 10
- Pkw car
- 11 11
-
Typ-2-Stecker
Type 2 connector - 12 12
- Steuerbox control box
- 13 13
- Schalter switch
- 14 14
- Ladegerät charger
- 15 15
- Mikrocontroller microcontroller
- 16 16
- Traktionsbatterie traction battery
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- IEC 61851 [0020] IEC 61851 [0020]
Claims (10)
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