DE102015203842A1

DE102015203842A1 - Wandsteckersystem für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102015203842A1
Application number: DE102015203842.4A
Authority: DE
Inventors: Mark Anthony Mueller; David A. Hein; David Menzies; Reinhard Pusch; Mary Mueller
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-09-24
Also published as: CN104901080B; US9821671B2; US20150251551A1; CN104901080A

Abstract

Ein Elektrofahrzeug-Ladesystem wird beschrieben, das eine Quelle für elektrische Energie beinhaltet, die ein Basisteil mit einer Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern zum Empfangen eines ersten elektrischen Signals, eines zweiten elektrischen Signals und eines Massesignals, einen Adapter mit einer Mehrzahl von Steckdosenverbindern, die so gestaltet sind, dass sie eine elektrische Verbindung mit zumindest einigen der Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern herstellen, wobei der Adapter so in einer Mehrzahl von Positionen an dem Basisteil platziert werden kann, dass das Basisteil mit einer Mehrzahl von Steckdosenverbinderausrichtungen korrekt ausgerichtet ist, und einen Sicherungsring beinhaltet, der so gestaltet ist, dass er mit dem Basisteil so in Eingriff gebracht wird, dass der Adapter abnehmbar in einer der vier Positionen an dem Basisteil befestigt wird. Das System kann eine Thermistoranordnung zum Erfassen von Wärmeenergie in der Quelle und zum Ausgeben eines Signals beinhalten, wenn die Wärmeenergie einen Schwellenwert überschreitet. Das System kann ein Ladekabel für ein Elektrofahrzeug beinhalten, das eine korrekte Ausrichtung aufweist, wenn es mit der Quelle in Eingriff gebracht wird, wobei sich der Adapter in einer korrekten Ausrichtung mit dem Basisteil befindet, wenn er mit der Steckdose verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sehen allgemein einen Wandstecker zum Bereitstellen von elektrischem Strom für eine Vorrichtung durch ein Kabel vor, das mit dem Wandstecker und, genauer gesagt, mit einem Wandsteckersystem zur Verwendung mit einer Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung verbindbar ist.
Hintergrund
Steckdosen können in zahlreichen verschiedenen Ausrichtungen an einer Wand montiert werden. Eine Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (electric vehicle supply equipment, EVSE) verbindet das elektrische System des Fahrzeugs durch eine Steckdose mit einer externen Quelle für elektrische Energie, z. B. einem Haushaltsnetz oder einem Stromnetz. Bei bestimmten Ausrichtungen kann eine EVSE zu einer unerwünschten Belastung an der Steckdose, dem Kabel oder an sonstigen Komponenten führen. Eine solche Belastung kann zu einer elektrischen Fehlfunktion der Steckdose oder des Kabels führen. Bei einigen Ausrichtungen kann die EVSE unerwünscht elektrisch oder mechanisch von der Steckdose getrennt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden genau dargelegt. Sonstige Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen werden jedoch besser ersichtlich und am besten verständlich durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 ein elektrisches Ladesystem darstellt;
2 eine normal ausgerichtete Steckdose darstellt, mit der ein Kabel verbunden ist;
3 eine Steckdose mit einer Ausrichtung von 180 Grad von einer normalen Ausrichtung darstellt, mit der ein Kabel verbunden ist;
4 eine Steckdose mit einer Ausrichtung von 90 Grad von einer normalen Ausrichtung darstellt, mit der ein Kabel verbunden ist;
5A bis 5C ein Montieren des Wandadapters in der EVSE-Gehäusebuchse gemäß einer Ausführungsform darstellen;
6A bis 6D Ausrichtungen des Wandadapters gemäß einer Ausführungsform darstellen;
7 eine Vorderansicht einer EVSE-Steckdose darstellt;
8 eine Explosionsansicht eines Wandadapters darstellt; und
9 eine Vorderansicht eines Wandadapters darstellt.
Ausführliche Beschreibung
Wie vorgeschrieben, werden hierin die ausführlichen Beispiele der vorliegenden Erfindung offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Beispiele lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Elemente können vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten von bestimmten Bestandteilen darzustellen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten, die hierin offenbart werden, nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Grundlage auszulegen, um einem Kenner der Technik zu vermitteln, die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weise einzusetzen.
1 stellt ein elektrisches Ladesystem 100 dar, das Strom von einer Quelle 101 einer zu ladenden Vorrichtung 103 liefern kann, die hier als Fahrzeug dargestellt wird. Bei dem Fahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, ein Motorrad, einen Lastkraftwagen oder um ein sonstiges Beförderungsmittel handeln. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Hybridelektrofahrzeug, ein Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug oder ein reines Elektrofahrzeug. Bei der Vorrichtung 103 kann es sich um eine beliebige Vorrichtung handeln, die einen wiederaufladbaren Energiespeicher, z. B. einen Akkumulator oder einen Kondensator, beinhaltet. Die Vorrichtung 103 kann gewöhnliche Haushalts- oder Netzspannungen aufnehmen. Eine Einrichtung 105 zur Versorgung mit elektrischer Ladung verbindet die Stromquelle 101 mit der Vorrichtung 103. Die Einrichtung 105 kann eine Verkabelung in einer Wand oder in einem Gebäude, einen EVSE-Kasten 107 und ein Kabel 109 beinhalten, das sich von dem EVSE-Kasten 107 zu dem Fahrzeug erstreckt. Aufgrund des Stroms, der zum Laden der Vorrichtung 103 verwendet wird, was bei 120 Volt oder bei 240 Volt erfolgen kann, kann das Kabel 109 ein beträchtliches Gewicht aufweisen. Sonstige Spannungen, z. B. 230 V oder 460 V, können mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Die Einrichtung 105 kann außerdem zusätzliche physische Sensorleitungen beinhalten, um ein Rückkopplungssignal bereitzustellen, wie es zum Beispiel durch die Fahrzeugladestandards festgelegt wird, wie etwa durch SAE J1772 und IEC 61851 oder den chinesischen Standard GB/T, die besondere (mehrpolige) Ausgangs-Netzsteckeranschlüsse erfordern. Stromsensoren überwachen den verbrauchten Strom und erhalten die Verbindung nur dann aufrecht, wenn sich die Leistungs-Nachfrage in einem vorgegebenen Bereich befindet. Sensorleitungen reagieren schneller, weisen weniger Teile auf, die ausfallen können, und können kostengünstig sein. Stromsensoren können jedoch Standardverbinder verwenden und können Versorgern ohne Weiteres die Möglichkeit bieten, die durch die Vorrichtung, die geladen wird, tatsächlich verbrauchte Elektrizität zu überwachen und in Rechnung zu stellen.
Das elektrische Ladesystem 100 kann so gestaltet sein, dass es verschiedene Modi zum Laden der Vorrichtung 103 bereitstellt. Bei dem ersten Modus kann es sich um eine Haushaltskonfiguration handeln, die eine Haushaltssteckdose und ein Verlängerungskabel verwendet. Bei der Steckdose kann es sich um eine ortsfeste, nicht dedizierte Steckdose handeln. Das elektrische System des Fahrzeugs kann mit dem Stromnetz eines Elektrizitätswerks durch in Wohngebäuden vorhandene Standardsteckdosen verbunden werden, die je nach Land normalerweise für etwa 10 bis 15 A und in einigen Zuständigkeitsbereichen für bis zu 16 A ausgelegt sind. Um den Modus 1 zu verwenden, muss die Elektroinstallation der Leitung den Sicherheitsbestimmungen entsprechen und ein Erdungssystem, einen Leistungsschalter zum Schutz vor Überlast und einen Erdschlussschutz aufweisen. Die Steckdosen können Abdeckvorrichtung aufweisen, um unbeabsichtigte Kontakte zu verhindern. Dieses System kann den verfügbaren Strom nicht überwachen, um die Gefahr eines Erwärmens der Steckdose und von Kabeln infolge intensiver Verwendung über mehrere Stunden bei oder nahe der Höchstleistung (die abhängig von dem Land von 8 bis 16 A variiert) zu verringern, um die Gefahr von Feuer oder Verletzungen durch elektrischen Strom zu verringern, wenn die Elektroinstallation veraltet ist oder wenn bestimmte Schutzvorrichtungen fehlen. In diesem Modus steht eine weitere Einschränkung in Zusammenhang mit der Energieverwaltung der Installation, da sich die Ladebuchse mit sonstigen Steckdosen eine Speiseleitung von der Schalttafel teilt (kein eigener Stromkreis), so dass, wenn der Verbrauch insgesamt die Schutzgrenze (in Allgemeinen 15 oder 20 A) überschreitet, der Leistungsschalter ausgelöst wird, wodurch das Laden beendet wird. Alle diese Faktoren führen aus Gründen der Sicherheit und der Versorgungsqualität zu einer Begrenzung des Stroms in Modus 1. Diese Begrenzung wird zurzeit definiert, und der Wert 10 A erscheint als bester Kompromiss.
Ein zweiter Modus für das Ladesystem 100 kann einen Stecker für eine Wohnungssteckdose und ein Kabel mit einer Ladeschaltungs-Unterbrechungsvorrichtung beinhalten, die sich in einem in ein Kabel integrierten Steuergerät (in-line cable control box, ICCB) befindet. Die Steckdose kann sich in einem Stromkreis befinden, der für das Ladesystem bestimmt ist. Wie bei dem Modus 1 wird das Fahrzeug über Haushalts-(z. B. Wohnungs-)Steckdosen mit dem Hauptstromnetz oder dem Stromnetz eines Elektrizitätswerks verbunden. Ein Laden erfolgt über ein Einphasen- oder ein Drehstromnetz und eine Installation eines Erdungskabels (z. B. eines TN-Netzes). Das vorliegende System kann auch in einem TT-Stromversorgungsnetz oder in einem IT-Stromversorgungsnetz arbeiten. In das Kabel ist eine Schutzvorrichtung eingebaut. Dieser Modus ist aufgrund der Besonderheit des Kabels kostspieliger als der erste Modus. Dieser Modus kann mit dem Kabelendkasten 107 und dem Kabel 109 dazu verwendet werden, eine Vorrichtung zu laden, wie hierin beschrieben wird.
Ein dritter Modus für das Ladesystem 100 kann eine eigene Steckdose in einem eigenen Stromkreis beinhalten. Das Fahrzeug 103 kann durch die spezifische Steckdose und den spezifischen Stecker (wobei es sich um den Kasten 107 handeln kann) und einen eigenen Stromkreis direkt mit der Stromquelle verbunden werden. Eine Steuer- und Schutzschaltung ist dauerhaft in dem System 100, zum Beispiel in dem Kasten 107, installiert. Hierbei handelt es sich um einen Lademodus, der vielen Standards entspricht, die Elektroinstallationen regeln. Die Steuer- und Schutzschaltung kann auch ermöglichen, dass sonstige elektrische Haushaltsgeräte während des Ladens des Fahrzeugs betrieben werden, oder kann die Ladezeit des Elektrofahrzeugs optimieren.
Ein vierter Modus für das Ladesystem 100 beinhaltet eine Gleichstrom-(direct current, DC-)Verbindung für ein schnelles Wiederaufladen des Fahrzeugs 103. Diese Verbindung verbindet das Elektrofahrzeug durch ein eigenes Ladegerät elektrisch mit dem Hauptstromnetz. Steuer- und Schutzfunktionen und das Ladekabel des Fahrzeugs sind dauerhaft in der Installation des Systems 100 installiert.
2 bis 4 stellen verschiedene Ausrichtungen einer Steckdose und die Verbindungen des Ladekabels zu den Steckdosen dar. 2 stellt eine Standardausrichtung einer nordamerikanischen Wechselstrom-Steckdose 108 dar, bei der sich die Außenleiter- und Nullleiter-Flachkontaktstifthülsen nebeneinander oben befinden und sich die Nullleiter-Flachkontaktstifthülse unten befindet. Das Kabel 109 beinhaltet einen Stecker 201, üblicherweise an einem Ende einer Leitung 203. Der Stecker 201 stellt eine mechanische und elektrische Verbindung mit der Wandsteckdose 108 her. In diesem veranschaulichten Beispiel weist der Stecker 201 Flachkontaktstifte und Kontaktstifte auf, die mit den Hülsen in der Steckdose 108 in Eingriff gebracht werden sollen. Der Stecker 201 und die Leitung 203 sind aneinander befestigt und weisen eine Ausrichtung auf, die so gestaltet ist, dass sie die Auswirkungen des Gewichts der Leitung 203 auf den Stecker 201, die Steckdose 108 und die Leitung 203 selbst verringert. Wie in 2 dargestellt, wird der Stecker 201 mit der Steckdose 108 so in Eingriff gebracht, dass sich die Leitung 203 von dem Stecker 201 abwärts erstreckt. Infolgedessen übt die Leitung 203 eine Kraft nach unten aus, wie durch den Pfeil 205 angegeben. Zur Verdeutlichung wird die Ausrichtung der Steckdose 108 neben dem Stecker 201 dargestellt.
3 und 4 stellen unerwünschte Ausrichtungen des Steckers 201 dar, wobei in dem veranschaulichten Beispiel die nordamerikanische Steckdose dargestellt wird. In 3 ist die Steckdose 108 umgekehrt, z. B. um 180 Grad in Bezug auf das Beispiel in 2 gedreht montiert. Das Kabel 109 erstreckt sich aus der Oberseite des Steckers 201 und biegt sich unter der Schwerkraft selbst zurück. Das Gewicht der Leitung 203 übt eine Kraft auf den Stecker 201 aus, die den Stecker 201 aus der Steckdose 108 drehen oder eine Kraft (Pfeil 206) auf die Verbindung des Steckers 201 mit der Steckdose 108 ausüben kann. In 4 ist die Steckdose 108 in einer gegenüber dem Beispiel von 2 oder dem Beispiel von 3 um 90 Grad gedrehten Position montiert. Das Gewicht der Leitung 203 übt eine Kraft (Pfeil 207) auf den Stecker 201 aus, die den Stecker 201 aus der Steckdose 108 drehen oder eine Kraft auf die Verbindung des Steckers 201 mit der Steckdose 108 ausüben kann. Die Beispiele von 3 und 4 zwingen die Leitung, sich in unerwünschter Weise zu biegen (um 180 Grad oder um 90 Grad), was zu einem Bruch in der Leitung führen oder eine unerwünschte Kraft auf die Steckdose oder die Verbindung zwischen dem Stecker und der Steckdose ausüben kann.
Wenngleich 2 bis 4 eine nordamerikanische Steckdose darstellen, ist ersichtlich, dass auch sonstige Steckdosen weltweit in anderen als der Standardausrichtung ausgerichtet werden können, die zu der mechanischen Belastung des Ladesystems führen.
Zu Beispielen für elektrische Verbinder zählen japanische Steckdosen und Stecker, kontinentaleuropäische Steckdosen und Stecker, britische Steckdosen und Stecker, chinesische Steckdosen und Stecker und jegliche sonstige spezifische Steckdosen und Stecker.
Bei den in 2 bis 4 dargestellten Beispielen handelt es sich um die Ausrichtung eines Steckers mit fester Position und einer Steckdose mit fester Position (d. h. von elektrischen Anschlussbuchsen). Die Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung haben einen Bedarf an einem Stecker, der so ausgerichtet werden kann, wie es für eine angemessene Ausrichtung der Ladevorrichtungen, z. B. einer EVSE, erforderlich ist, mit den hierin beschriebenen erfinderischen Strukturen festgestellt.
5A bis 5C stellen die Montage 500 eines Wandadapters 505 an dem Steuergerät 501 im Kabel zur Verwendung in einem elektrischen Ladesystem 100 dar. Das Steuergerät im Kabel kann auch eine Ladeschaltungs-Unterbrechungsvorrichtung (charging circuit interrupt device, CCID) aufweisen, die ein Laden des Fahrzeugs und einen Fluss elektrischer Energie zu dem Kabel beenden kann. Das Steuergerät 501 im Kabel, das an dem Ende eines Kabels 203 befestigt ist, weist eine Vertiefung 502 auf, die so gestaltet ist, dass sie den Wandadapter 505 aufnimmt. Eine Mehrzahl von Wandadaptern 505, die individuell so gestaltet sind, dass sie in verschiedenen Steckdosen aufgenommen werden, können in der Vertiefung 502 positioniert werden. In 5A bis 5C wird ein nordamerikanischer Wandadapter 505 dargestellt. Der Wandadapter 505 ist so gestaltet, dass er elektrische Signale von einer Quelle, z. B. einem Stromnetz, zu einem anderen Leiter überträgt. Der Wandadapter 505 greift mit dem Basisteil 501 ineinander. Der Wandadapter 505 beinhaltet eine Mehrzahl von elektrischen Verbindern, die so gestaltet sind, dass sie elektrische Signale von der Stromquelle 101 durch den Adapter 505 zu den Verbindern in dem Basisteil 501 übertragen. Das Basisteil 501 wird mit einem Kabel verbunden, das wiederum mit der zu ladenden Vorrichtung verbunden wird. Der Adapter 505 weist ein distales Ende 507 auf, das in der Basisteilvertiefung 502 aufgenommen wird, wobei die elektrischen Verbinder des Adapters und des Basisteils elektrisch verbunden werden. Der Adapter 505 weist ein proximales Ende 508 auf, das sich von der Vertiefung nach außen erstreckt (5B und 5C) und eine Mehrzahl von elektrischen Verbindern beinhaltet, die ermöglichen, dass diese Anordnung in Standardsteckdosen (hier als nordamerikanische dargestellt) eingesteckt werden. Das Basisteil 501 und der Adapter 505 können mithilfe von Nuten 516 bzw. Vorsprüngen 517 ausgerichtet werden, die so ineinandergreifen, dass sie den Adapter 505 in der Basisteilvertiefung 502 positionieren. Die Nuten und Vorsprünge können vice versa an dem distalen Ende 516 der Vertiefung und des Adapters positioniert werden.
Ein Sicherungsring 510 kann mit dem Basisteil 501 in Eingriff gebracht werden und den Adapter 505 an dem Basisteil 501 fixieren. Der Außenumfang des Basisteils 501 kann Gewinde aufweisen, die mit Innengewinden an dem Sicherungsring 510 passend in Eingriff gebracht werden. Das Basisteil 501 kann außerdem Sicherungsnuten aufweisen, die ein Steckteil so von dem Sicherungsring aufnehmen, dass sie den Adapter 505 in der Vertiefung fixieren. Der Adapter 505 weist eine ringförmige Erhöhung 511 zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende auf. Die Erhöhung 511 erstreckt sich in einem Ausmaß nach außen, das größer als dasjenige der Basisteilvertiefung 502 ist. Der Sicherungsring 510 weist eine sich nach innen erstreckende Wand 513 auf, die mit der Erhöhung 511 in Eingriff gebracht wird, wenn der Sicherungsring den Adapter 505 an dem Basisteil 501 befestigt (5C). Eine Abdichtungsstruktur kann sich angrenzend an die Erhöhung 511 befinden und dichtet so ab, dass die Umgebung nicht in den verbundenen Raum zwischen dem Adapter 505 und der Basisteilvertiefung 503 eintritt.
Das Basisteil 501 beinhaltet ein abgedichtetes Gehäuse 519, in dem elektrische Leitungen, Schaltungen und Verbindungen befestigt werden können. Das Gehäuse 519 weist im Allgemeinen eine Form eines regelmäßigen Prismas auf, wobei sich ein Überstand 520 von der Fläche des Gehäuses, die die Vertiefung beinhaltet, nach außen erstreckt. Der Überstand 50 weist eine Fläche 521 auf, die im Wesentlichen eben und parallel zu der übrigen Seite des Gehäuses ist, in der die Vertiefung 505 ausgebildet ist. Der Überstand 520 weist eine Höhe, d. h. seine Fläche 521 relativ zu der Fläche des Hauptgehäuses, auf, die im Wesentlichen mit der Fläche des proximalen Endes 508 des Adapters 505 koplanar ist. Wenn der Wandadapter 505 so in die Anschlussbuchse oder die Steckdose eingesteckt wird, dass eine elektrische Verbindung mit der Stromquelle hergestellt wird, berührt die Fläche 521 folglich die Wand unter der Steckdose. Dies trägt dazu bei, die mechanische Belastung der Flachkontaktstift- und Kontaktstiftverbindung in der Anschlussbuchse zu verringern. Dies verbessert außerdem die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen, was auch dazu beitragen könnte, eine geeignete elektrische Verbindung mit einem Widerstand in einem akzeptablen Bereich aufrechtzuerhalten, was dazu beitragen kann, ein Erwärmen auf einem akzeptablen Niveau zu halten.
6A bis 6D stellen Ausrichtungen des Wandadapters zur Verwendung in dem elektrischen Ladesystem 100 dar. Bei der ersten Ausrichtung, wie sie in 6A dargestellt wird, befindet sich der Adapter in einer Standardausrichtung, wobei sich der Schutzleiter-Kontaktstift unten und sich die L1-(line 1) und L2-(line2)/Nulleiter-Flachkontaktstifte horizontal ausgerichtet oberhalb des Schutzleiter-Kontaktstifts befinden. Unten, wie es in 6A bis 6D dargestellt wird, befindet sich in Richtung des Überstandes 520, der sich unterhalb der Anschlussbuchse befindet, wenn die Anordnung mit einer Steckdose verbunden ist. Bei der zweiten Ausrichtung, wie sie in 6B dargestellt wird, ist der Adapter 505 relativ zu der ersten Ausrichtung um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht, wobei sich der Schutzleiter-Kontaktstift links und sich die L1- und L2-/Nullleiter-Flachkontaktstifte vertikal ausgerichtet rechts von dem Schutzleiter-Kontaktstift befinden. Bei der dritten Ausrichtung, wie sie in 6C dargestellt wird, ist der Adapter relativ zu der ersten Ausrichtung um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wobei sich der Schutzleiter-Kontaktstift rechts und sich die L1- und L2-/Nullleiter-Flachkontaktstifte vertikal ausgerichtet links von dem Schutzleiter-Kontaktstift befinden. Bei der vierten Ausrichtung, wie sie in 6D dargestellt wird, ist der Adapter relativ zu der ersten Ausrichtung umgekehrt, wobei sich der Schutzleiter-Kontaktstift oben und sich die L1- und L2-/Nullleiter-Flachkontaktstifte horizontal ausgerichtet unterhalb des Schutzleiter-Kontaktstifts befinden. Diese vier Ausrichtungen ermöglichen, dass der Adapter 505, wie in 6A bis 6D dargestellt, relativ zu dem Basisteil so positioniert wird, dass die elektrischen Verbinder, z. B. der Kontaktstift und die Flachkontaktstifte, so ausgerichtet sind, dass die geringste Belastung auf das Kabel und/oder die Steckdose ausgeübt wird, wenn das ICCB mit der Steckdose verbunden wird. In einem Beispiel ermöglicht der Adapter 505, dass sich das Kabel in der Ausrichtung befindet, wie in 2 dargestellt, und sich in keiner der Ausrichtungen befindet, wie sie in 3 und 4 dargestellt werden.
7 stellt eine Ansicht der Vertiefung 503 des Adapters 500 mit elektrischen Verbindern 701 bis 705 dar, die ermöglichen, dass der Adapter 505 in einer beliebigen der vier Ausrichtungen positioniert wird und dass die korrekten elektrischen Signale durch den Adapter (mit ICCB) 500 und das Kabel oder die Leitung von der Stromquelle an das Fahrzeug ausgegeben werden. Die elektrischen Verbinder 701 bis 705 werden als Steckelemente, z. B. Stifte, dargestellt, die sich von dem geschlossenen Ende der Basisteilvertiefung 503 in die Vertiefung erstrecken. Die elektrischen Verbinder 701 bis 705 sind kreuzförmig angeordnet. Die elektrischen Verbinder 701 bis 705 sind so positioniert, dass ein Schutzleiter-Kontaktstift, ein Nullleiter-/L2-Kontaktstift und L1-Kontaktstift jeweils mit einem der elektrischen Anschlüsse in dem Adapter 505 verbunden werden. Der elektrische Schutzleiterverbinder 701 ist in der Mitte der Vertiefung positioniert. In einem Beispiel ist der elektrische Schutzleiterverbinder 701 der einzige Schutzleiterverbinder und ist mit dem Adapter in allen Ausrichtungen des Adapters relativ zu dem Basisteil verbunden. Die elektrischen L1-Verbinder 702 und 703 sind angrenzend aneinander positioniert und definieren zwei Schenkel der kreuzförmigen Anordnung. Wie in 7 dargestellt, ist ein elektrischer L1-Verbinder 702 in der kreuzförmigen Anordnung oben positioniert, und ein elektrischer L1-Verbinder 703 ist an dem rechten Schenkel der kreuzförmigen Anordnung positioniert. Die elektrischen Nullleiter-/L2-Verbinder 704 und 705 sind angrenzend aneinander positioniert und definieren zwei Schenkel der kreuzförmigen Anordnung. Wie in 7 dargestellt, ist ein elektrischer Nullleiter-/L2-Verbinder 704 in der kreuzförmigen Anordnung unten positioniert, und ein elektrischer Nullleiter-/L2-Verbinder 705 ist an dem linken Schenkel der kreuzförmigen Anordnung positioniert. Nur eine der elektrischen L1-Verbindungen 702, 703 und eine der elektrischen Nullleiter-/L2-Verbindungen 704, 705 sind in einer der vier Ausrichtungen des Adapters elektrisch mit dem Adapter 505 verbunden. Die nicht verbundenen Verbinder werden in einem Körper des Adapters 505 aufgenommen, jedoch nicht elektrisch verbunden und sind bei einigen Ausführungsformen nicht mechanisch mit dem Adapter verbunden.
Die Vertiefung 503 beinhaltet des Weiteren Schlüssellöcher 721 bis 724, die so gestaltet sind, dass sie Ausrichtungsschlüssel aufnehmen, die an dem äußeren Teil des distalen Endes 507 des Adapters 505 positioniert sind. Die Schlüssellöcher 721 bis 724 sind so positioniert, dass sie an jedem der Enden ausgerichtet sind, die durch die kreuzförmige Position der Verbinder 701 bis 705 definiert wird. In einem Beispiel sind die Schlüssellöcher 721, 723 horizontal ausgerichtet. Die Schlüssellöcher 722, 724 sind vertikal ausgerichtet. Die Schlüssellöcher 721 bis 724 sind so positioniert, dass, wenn sie Schlüssel aufnehmen, die sich an dem Adapter 505 befinden, der Adapter mit den Verbindern ausgerichtet wird und nur in einer der vier orthogonalen Positionen in die Vertiefung eingesteckt werden kann.
Das elektrische Ladesystem kann des Weiteren eine Thermistoranordnung 800 beinhalten, um die Wärme in dem Adapter 500 und dem Basisteil 503 zu erfassen. Vier Thermistorkontakte 711 bis 714 sind in dem Basisteil 505 positioniert. In dem veranschaulichten Beispiel sind vier orthogonal positionierte Thermistorkontakte 711 bis 714 vorhanden, die mit den Schenkeln der elektrischen Basisteilkontakte 701 bis 705 linear ausgerichtet sein können. Die Thermistorkontakte 711 bis 714 sind mit Schaltungen in dem Basisteil 503 elektrisch verbunden.
8 stellt eine Explosionsansicht eines Teils der Thermistoranordnung 800 und des Adapters 505 dar, wobei sich das distale Ende 507 im Vordergrund befindet. Das distale Adapterende 507 beinhaltet eine Wand 801, die eine Vertiefung 802 definiert, in der eine Mehrzahl von elektrischen Anschlüssen 807, 808 und 809 positioniert sind. Die elektrischen Anschlüsse 807, 808 und 809 sind einer Reihe ausgerichtet, wobei es sich bei dem mittleren Anschluss 808 um die Masseverbindung handelt, die eine Verbindung mit dem Schutzleiter-Kontaktstift herstellt. Der linke Anschluss 807 ist mit einem der Flachkontaktstifte verbunden. Bei dem rechten Anschluss 809 handelt es sich um den elektrischen Nullleiter-/L2-Anschluss, der mit einem der Flachkontaktstifte verbunden ist. Die elektrischen Verbinder 807 bis 809 werden als Anschlussbuchsen dargestellt, die jeweils Kontaktstifte der Basisteilverbinder aufnehmen.
Die Thermistoranordnung 800 beinhaltet Thermistorkontakte 821, die mit zumindest zwei der Thermistorkontakte 711 bis 714 in dem Basisteil 503 mechanisch und elektrisch in Kontakt stehen. Der Thermistorsensor 825 ist zwischen den Thermistorkontakten 821 positioniert. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Thermistorsensor 825 um einen Thermistor mit negativem Wärmekoeffizienten (negative temperature coefficient, NTC), dessen Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt, wodurch der Widerstand zwischen den Kontakten 821 mit steigender Temperatur in dem Adapter 505 an dem Basisteil abnimmt.
9 stellt eine Vorderansicht des distalen Endes des Adapters 505 dar. Der Thermistorsensor 825 wird in einer weiteren Vertiefung in dem geschlossenen Ende der Adaptervertiefung 502 aufgenommen, wobei sich elektrisch leitfähige Drähte daraus zu zwei der Thermistorkontakte 711 bis 714 erstrecken, die wiederum die Änderung des Widerstands an externe Schaltungen übertragen, um die Wärmeenergie in dem Adapter zu erfassen und als Sicherheitsmechanismus zu fungieren, der das elektrische Ladesignal ausschalten oder das Tastverhältnis des elektrischen Ladesignals verringern kann, wenn ein thermischer Grenzwert erreicht wird, wie durch die Thermistoranordnung gemessen.
Verschiedene Ausführungsformen einer Steckdose zum Laden einer Vorrichtung werden hierin beschrieben und können ein Basisteil mit einer Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern zum Übertragen eines ersten elektrischen Signals, eines zweiten elektrischen Signals und eines neutralen Signals, einen Adapter mit einer Mehrzahl von Steckdosenverbindern, die so gestaltet sind, dass sie eine elektrische Verbindung mit zumindest einigen der Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern herstellen, wobei der Adapter so in zumindest vier Positionen an dem Basisteil platziert werden kann, dass die Mehrzahl von Steckdosenverbindern korrekt so ausgerichtet sind, dass sie ordnungsgemäß in eine Steckdose eingesteckt werden, und einen Sicherungsring beinhalten, der so gestaltet ist, dass er mit dem Basisteil so in Eingriff gebracht wird, dass der abnehmbare Wandadapter in einer der vier Positionen an dem Basisteil befestigt wird.
Die Mehrzahl der Verbinder des Basisteils kann fünf Verbinder beinhalten, wobei der erste und der zweite Verbinder der fünf Verbinder so gestaltet sind, dass sie das erste elektrische Signal übermitteln, der dritte und der vierte Verbinder der fünf Verbinder so gestaltet sind, dass sie das zweite elektrische Signal übermitteln und ein fünfter Verbinder der fünf Verbinder so gestaltet ist, dass er eine Erdung bereitstellt. Bei einer Ausführungsform sind die fünf Verbinder in einem kreuzförmigen Muster positioniert, wobei sich der fünfte Verbinder in einer Mitte des kreuzförmigen Musters befindet, der erste und der zweite Verbinder sich angrenzend aneinander befinden und der dritte und der vierte Verbinder sich angrenzend aneinander befinden. Bei einer Ausführungsform können sich der erste Verbinder und der dritte Verbinder auf gegenüberliegenden Seiten des fünften Verbinders befinden, und der zweite Verbinder und der vierte Verbinder können sich auf gegenüberliegenden Seiten des fünften Verbinders befinden. Bei einer Ausführungsform beinhaltet der Adapter einen ersten Leitungsverbinder, einen zweiten Leitungsverbinder und einen Masseverbinder, die so gestaltet sind, dass sie eine Verbindung mit drei der fünf Verbinder herstellen, wobei der erste Leitungsverbinder, der zweite Leitungsverbinder und der Masseverbinder linear so mit der Masseleitung in der Mitte ausgerichtet sind, dass sie eine Verbindung mit dem fünften Verbinder mit dem Adapter in einer beliebigen der vier Positionen an dem Basisteil herstellen. Bei einer Ausführungsform stellen der erste Leitungsverbinder und der zweite Leitungsverbinder eine Verbindung mit entgegengesetzter elektrischer Polarität in einer beliebigen der vier Positionen an dem Basisteil her.
Verschiedene Ausführungsformen können auch eine Thermistoranordnung zum Erfassen von Wärmeenergie in dem Wandadapter beinhalten, wobei die Thermistoranordnung mit dem Basisteil, durch den Adapter verbunden ist oder beides. Die Thermistoranordnung kann einen Thermistor beinhalten, der in dem Adapter und gemeinsamen Anschlüssen sowohl an dem Adapter als auch an dem Basisteil positioniert ist.
Das Basisteil kann eine Vertiefung beinhalten, in der die Mehrzahl von Verbindern positioniert sind und die so gestaltet ist, dass sie den Adapter zumindest teilweise aufnimmt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weisen das Basisteil und der Adapter keine Schleifkontakte auf.
Steckdosen können in zahlreichen verschiedenen Ausrichtungen montiert werden. Eine Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE) verbindet das elektrische System des Fahrzeugs mit einer externen Quelle für elektrische Energie, z. B. einer Haushaltssteckdose oder einem Stromnetz. Bei bestimmten Ausrichtungen kann eine EVSE zu einer unerwünschten Belastung an der Steckdose, dem Stecker, dem Kabel oder an sonstigen Komponenten führen. Bei einigen Ausrichtungen kann die EVSE elektrisch oder mechanisch von der Steckdose getrennt werden. Diese Steckdosen können auch in eine der vier Ausrichtungen, z. B. orthogonale Ausrichtungen, gedreht werden und durch den Sicherungsring in Position gehalten werden. Der vorliegende Aufbau stellt einen integrierten Wandstecker mit einem Kabelsatz bereit, der in der Lage ist, sich in 90er-Schritten um 360 Grad zu drehen. Er weist außerdem einen eingebauten Wärmesensor (NTC) auf.
Der vorliegende Aufbau ist abnehmbar und gegen eine Vielfalt von internationalen Steckdosen und internationalen Steckern austauschbar. Wenngleich der Wandadapter mit nordamerikanischen Steckdosen dargestellt wird, versteht es sich, dass er so gestaltet werden kann, dass er mit sonstigen Steckdosen funktioniert, d. h. mit sämtlichen internationalen Konfigurationen, Z. B. mit europäischen Steckdosen, britischen Steckdosen, japanischen Steckdosen, chinesischen Steckdosen, deutschen Steckdosen und dergleichen.
Die Steckdose ist so drehbar, dass sie mit einer beliebigen Ausrichtung einer Wandsteckdose übereinstimmt. Der vorliegende Aufbau kann auch einen integrierten Wärmesensor aufweisen. Bei einigen Ladekonfigurationen werden runde Hochleistungsanschlüsse verwendet. Es wird außerdem angenommen, dass die runden Anschlüsse in der Lage sind, bis zu 70 A zu bewältigen (abhängig vom Leitungsdurchmesser) und eine Haltbarkeit von mehr als 10.000 Zyklen aufweisen. Die Platzierung der Kontaktstifte ermöglicht bei allen vier Ausrichtungen eine gemeinsame Masse und einen doppelten Stromabnehmer.
Ineinandergreifende Anordnungen von Stecker und Gehäuse unterstützen das Ausrichten des Steckers in der gewünschten Ausrichtung relativ zu der Steckdose. Der Sicherungsring wird so mit dem Gehäuse in Eingriff gebracht, dass der Stecker an dem Gehäuse in Position gehalten wird.
Wenngleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Worte beschreibend statt einschränkend, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vorn Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

J1772 [0014]
IEC 61851 [0014]

Claims

EVSE-Kabelende, das umfasst: ein Basisteil mit einer Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern zum Übertragen eines ersten elektrischen Signals, eines zweiten elektrischen Signals und eines neutralen Signals an ein Fahrzeug; einen Adapter mit einer Mehrzahl von Steckdosenverbindern, die so gestaltet sind, dass sie eine elektrische Verbindung mit zumindest einigen der Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern mit dem Basisteil herstellen, wobei der Adapter so in zumindest vier Positionen an dem Basisteil platzierbar ist, dass die Mehrzahl von Steckdosenverbindern korrekt so ausgerichtet sind, dass sie ordnungsgemäß in eine Steckdose eingesteckt werden; und einen Sicherungsring, der so gestaltet ist, dass er mit dem Basisteil so in Eingriff gebracht wird, dass der Adapter abnehmbar in einer der vier Positionen an dem Basisteil befestigt wird.
Kabelende nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Verbinder fünf Verbinder beinhaltet, wobei der erste und der zweite Verbinder der fünf Verbinder so gestaltet sind, dass sie das erste elektrische Signal übermitteln, der dritte und der vierte Verbinder der fünf Verbinder so gestaltet sind, dass sie das zweite elektrische Signal übermitteln und ein fünfter Verbinder der fünf Verbinder so gestaltet ist, dass er eine Erdung bereitstellt.
Kabelende nach Anspruch 2, wobei die fünf Verbinder in einem kreuzförmigen Muster positioniert sind, wobei sich der fünfte Verbinder in einer Mitte des kreuzförmigen Musters befindet, der erste und der zweite Verbinder sich angrenzend aneinander befinden und der dritte und der vierte Verbinder sich angrenzend aneinander befinden.
Kabelende nach Anspruch 3, wobei sich der erste Verbinder und der dritte Verbinder auf gegenüberliegenden Seiten des fünften Verbinders befinden und sich der zweite Verbinder und der vierte Verbinder auf gegenüberliegenden Seiten des fünften Verbinders befinden.
Kabelende nach Anspruch 4, wobei der Adapter einen ersten Leitungsverbinder, einen zweiten Leitungsverbinder und einen Masseverbinder beinhaltet, die so gestaltet sind, dass sie eine Verbindung mit drei der fünf Verbinder herstellen, wobei der erste Leitungsverbinder, der zweite Leitungsverbinder und der Masseverbinder linear so mit der Masseleitung in der Mitte ausgerichtet sind, dass sie eine Verbindung mit dem fünften Verbinder mit dem Adapter in einer beliebigen der vier Positionen an dem Basisteil herstellen.
Kabelende nach Anspruch 5, wobei der erste Leitungsverbinder und der zweite Leitungsverbinder eine Verbindung mit entgegengesetzter elektrischer Polarität in einer beliebigen der vier Positionen an dem Basisteil herstellen.
Kabelende nach Anspruch 5, das des Weiteren eine Thermistoranordnung zum Erfassen von Wärmeenergie in der Steckdose umfasst, wobei die Thermistoranordnung mit dem Basisteil, durch den Adapter verbunden ist oder beides.
Kabelende nach Anspruch 7, wobei die Thermistoranordnung einen Thermistor beinhaltet, der an dem Adapter und gemeinsamen Anschlüssen sowohl an dem Adapter als auch an dem Basisteil positioniert ist.
Kabelende nach Anspruch 1, wobei das Basisteil eine Vertiefung beinhaltet, in der die Mehrzahl von Verbindern positioniert sind und die so gestaltet ist, dass sie den Adapter zumindest teilweise aufnimmt.
Kabelende nach Anspruch 1, wobei das Basisteil und der Adapter keine Schleifkontakte aufweisen.
Elektrofahrzeug-Ladesystem, das umfasst: eine Quelle, die beinhaltet: ein Basisteil mit einer Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern zum Empfangen eines ersten elektrischen Signals, eines zweiten elektrischen Signals und eines Massesignals von dem Wandadapterstecker; einen Adapter mit einer Mehrzahl von Steckdosenverbindern, die so gestaltet sind, dass sie eine elektrische Verbindung mit zumindest einigen der Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern herstellen, wobei der Adapter so in einer Mehrzahl von Positionen an dem Basisteil platzierbar ist, dass die Mehrzahl von Steckdosenverbindern korrekt ausgerichtet sind; und einen Sicherungsring, der so gestaltet ist, dass er mit dem Basisteil so in Eingriff gebracht wird, dass der Adapter abnehmbar in einer der vier Positionen an dem Basisteil befestigt wird; eine Thermistoranordnung zum Erfassen von Wärmeenergie in der Quelle und zum Ausgeben eines Signals, wenn die Wärmeenergie einen Schwellenwert überschreitet; und ein Ladekabel für ein Elektrofahrzeug, das eine korrekte Ausrichtung aufweist, wenn es mit der Quelle in Eingriff gebracht wird, wobei sich der Adapter in einer korrekten Ausrichtung mit der Steckdose befindet.
System nach Anspruch 11, wobei sich die Thermistoranordnung an dem Adapter befindet und durch elektrische Kontakte elektrisch mit dem Basisteil verbunden ist.
System nach Anspruch 11, wobei das Basisteil eine Vertiefung beinhaltet, in der die Mehrzahl von Verbindern positioniert sind und die so gestaltet ist, dass sie den Adapter zumindest teilweise aufnimmt.
System nach Anspruch 11, wobei das Basisteil eine Vertiefung beinhaltet, in der die Mehrzahl von Verbindern positioniert sind und die so gestaltet ist, dass sie den Adapter zumindest teilweise aufnimmt.
System nach Anspruch 11, wobei das Basisteil und der Adapter keine Schleifkontakte aufweisen.
System nach Anspruch 11, wobei eine Anzahl von elektrischen Signalverbindern diejenige der Steckdosenverbinder übersteigt.
System nach Anspruch 11, wobei es sich bei elektrischen Signalverbindern um Kontaktstifte handelt und die Steckdosenverbinder Buchsen, die so gestaltet sind, dass sie die Kontaktstifte aufnehmen, und sich nach außen erstreckende Flachkontaktstifte beinhalten, die mit einer Haushaltssteckdose in Eingriff gebracht werden sollen.
Verfahren zum Verwenden einer Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung, die umfasst: Ausrichten eines Wandsteckeradapters so, dass ein EVSE-Gehäuse so ausgerichtet ist, dass ein Kabelende abwärts gerichtet ist, wobei das Gehäuse bis zu vier orthogonale Positionen bereitstellt; Anfügen des Adapters an das Gehäuse zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einer Mehrzahl von elektrischen Signalverbindern zum Übertragen von elektrischen Ladesignalen an ein Fahrzeug, wobei der Adapter in einer beliebigen der Positionen des Adapters an dem Gehäuse korrekt mit einer Stromquelle verbunden ist; Sichern des Adapters an dem Gehäuse; Verbinden des Adapters mit einer Steckdose; und teilweises Stützen des Gehäuses dadurch, dass das Gehäuse ein Ausstattungsteil unterhalb der Steckdose berührt.
Verfahren nach Anspruch 18, das des Weiteren ein Ändern der Ausrichtung des Wandsteckeradapters relativ zu dem Gehäuse durch Lösen einer Sicherung, Entfernen des Adapters, Drehen des Adapters, Anfügen des Adapters an das Gehäuse, um eine korrekte elektrische Verbindung herzustellen, und erneutes Sichern des Adapters an dem Gehäuse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Anfügen ein mechanisches Verbinden des Adapters an dem Gehäuse und ein elektrisches Verbinden von Verbindern in dem Adapter mit nur einigen der elektrischen Verbinder in dem Gehäuse; und ein Erfassen von Wärmeenergie in dem Adapter und ein Übertragen der erfassten Wärmeenergie an Schaltungen in der Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung zum Regeln des Ladens des Fahrzeugs beinhaltet, wenn ein Wärmeschwellenwert überschritten wird.