DE102019117465A1

DE102019117465A1 - Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102019117465A1
Application number: DE102019117465.1A
Authority: DE
Inventors: Murat Özdogan; Christian Sturm; Claus Töpfer
Original assignee: Kiekert AG
Current assignee: Kiekert AG
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-10-08
Also published as: WO2020200355A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) eines Kraftfahrzeuges. Die Verriegelungsvorrichtung verfügt über ein verfahrbares Riegelelement (1), welches dazu vorgesehen ist, eine Ladestecker (2) in einer Ladesteckdose (3) der elektrischen Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) lösbar zu verriegeln. Zusätzlich ist ein motorischer Antrieb (4) zur Verstellung des Riegelelementes (1) vorgesehen. Erfindungsgemäß sind wenigstens ein Endanschlag (13, 13') für das Riegelelement (1) und zusätzlich eine dem Riegelelement (1) zugeordnete Detektionseinheit (10, 11, 12) realisiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuges, mit einem verfahrbaren Riegelelement, das dazu vorgesehen ist, einen Ladestecker in eine Ladesteckdose der elektrischen Ladevorrichtung lösbar zu verriegeln oder umgekehrt, und mit einem motorischen Antrieb zur Verstellung des Riegelelementes.
Akkumulatoren von Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen müssen regelmäßig mit elektrischer Energie versorgt werden. Das geschieht unter Rückgriff auf eine Ladeinfrastruktur, zu welcher typischerweise Ladesäulen gehören. Für den Ladevorgang mit elektrischer Energie wird der Ladestecker der Ladesäule im Allgemeinen mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und lösbar verriegelt. Es kann aber auch umgekehrt verfahren werden. Dann wird eine Ladesteckdose der Ladesäule mit dem kraftfahrzeugseitigen Ladestecker lösbar verriegelt. Die Verriegelung ist erforderlich, um beispielsweise Gesundheitsgefährdungen zu vermeiden, da an dieser Stelle im Allgemeinen mit Hochspannung gearbeitet wird. Außerdem stellt die Verriegelung sicher, dass ausschließlich zuvor identifizierte Benutzer die von der Ladesäule zur Verfügung gestellte Energie auch rechtmäßig beziehen und Missbrauch verhindert wird. Zu diesem Zweck findet meistens vor einem solchen Ladevorgang eine Identifizierung des Bedieners und eine Berechtigungsprüfung mit Hilfe eines Identifikationssignals statt, wie dies grundsätzlich in der WO 2010/149426 A1 beschrieben wird.
Die Verstellung des Riegelelementes wird im Stand der Technik nach der CN 2020695855 U mit Hilfe eines elektromotorischen Antriebes vorgenommen. Der elektromotorische Antrieb setzt sich seinerseits aus einem Elektromotor und einem nachgeschalteten mehrstufigen Getriebe zusammen. Das mehrstufige Getriebe arbeitet über einen Nocken auf das Riegelelement.
Darüber hinaus sind vergleichbare Lösungen im gattungsbildenden Stand der Technik nach der DE 10 2011 010 809 A1 bekannt. An dieser Stelle ist eine Verriegelungsvorrichtung realisiert, die mit einem mechanischen Riegel arbeitet. Der mechanische Riegel kann elektromotorisch betrieben werden. Auf diese Weise greift der mechanische Riegel in Nuten im Ladestecker ein und sorgt so dafür, dass der Stecker bzw. Ladestecker mit Hilfe der Verriegelungseinrichtung im Innern der Ladesteckdose verriegelt wird.
Eine ähnliche Lösung wird in der DE 10 2009 030 092 A1 beschrieben. Auch in diesem Fall ist ein Stecker vorgesehen, der in einer Buchse verriegelt werden kann. Über den Stecker bzw. Ladestecker lässt sich auch eine Identifikation des Benutzers erreichen. Außerdem sind Verriegelungsmittel vorgesehen, mit deren Hilfe der Ladestecker in der Ladesteckdose der Ladestation verriegelt werden kann. Für den Antrieb der Verriegelungsmittel sorgt ein elektromotorischer Antrieb.
Auf diese Weise lassen sich zumindest und ganz grundsätzlich die beiden Positionen „entriegelt“ und „verriegelt“ des Riegelelementes realisieren und vorgeben. In der Position „entriegelt“ des Riegelelementes kann der Ladestecker von der Ladesteckdose entfernt werden. Die Position „verriegelt“ stellt demgegenüber sicher, dass der Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose verriegelt und gesichert ist. Diese Position wird typischerweise erst dann eingenommen, wenn eine zuvor vorgesehene Benutzeridentifikation erfolgreich absolviert worden ist und auch die Bezahlung der entnommenen elektrischen Energie sichergestellt ist. Erst dann wird der Ladevorgang gestartet, nachdem das Riegelelement dafür gesorgt hat, dass der Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose verriegelt worden ist.
Die nachfolgenden Erwägungen gehen davon aus, dass die Ladesteckdose kraftfahrzeugseitig vorgesehen ist und der im Allgemeinen über eine elektrische Verbindungsleitung mit der Ladesäule gekoppelte Ladestecker mit der kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gekoppelt und gegenüber dieser lösbar verriegelt wird. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, dass die Ladesteckdose an der Ladesäule realisiert ist und das betreffende Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug mit einer eigenen elektrischen Verbindungsleitung mit endseitigem Ladestecker gegenüber der Ladesteckdose an der Ladesäule verriegelt wird. Im Allgemeinen wird jedoch mit einer kraftfahrzeugseitigen Ladesteckdose gearbeitet, in welche der an die Ladesäule angeschlossene Ladestecker lösbar eingreift und gegenüber dieser verriegelt wird.
Die kraftfahrzeugseitige Ladesteckdose muss zu diesem Zweck zusammen mit dem motorischen Antrieb und dem Riegelelement an oder in einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges montiert werden. Das geschieht typischerweise im Bereich einer Karosserieöffnung. Zu diesem Zweck werden beispielsweise elektrische Zuleitungen für den motorischen Antrieb ausgehend vom Bordnetz bis hin zum motorischen Antrieb verlegt. Die elektrischen Zuleitungen sind dabei im Allgemeinen als Bestandteil eines ohnehin im Kraftfahrzeug verbauten Kabelbaumes ausgelegt. Auf diese Weise gelingen zwar der Antrieb des Riegelelementes und auch der gewünschte Ladevorgang problemlos. Allerdings besteht bisher ein Problem in der Praxis dann, wenn das Riegelelement durch Fehlgebrauch, mechanische Einwirkungen oder sonst wie beschädigt worden ist. In einem solchen Fall kann nicht (mehr) sichergestellt werden, dass der Ladestecker einwandfrei in der Ladesteckdose verriegelt ist und folglich der Ladevorgang bestimmungsgemäß vorgenommen wird, also mit der von der Ladesäule maximal zur Verfügung gestellten elektrischen Energie. Auch besteht bei Beschädigungen des Riegelelementes die Gefahr von Gesundheitsgefährdungen des oder der Benutzer. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges so weiter zu entwickeln, dass insbesondere Beschädigungen des Riegelelementes einwandfrei erfasst und gegebenenfalls entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung vor, dass wenigstens ein Endanschlag für das Riegelelement und eine dem Riegelelement zugeordnete Detektionseinheit vorgesehen sind.
Die Detektionseinheit kann in diesem Zusammenhang taktil oder berührungslos oder beides ausgebildet sein. Außerdem wird mit Hilfe der Detektionseinheit im Allgemeinen ein Verfahrweg des Riegelelementes erfasst, es handelt sich also im weitesten Sinne um einen Weg-Sensor. Zumindest dient die Detektionseinheit dazu, etwaige Abweichungen des Verfahrweges des Riegelelementes und insbesondere das Erreichen oder Nichterreichen des Endanschlages zu detektieren.
Hierbei geht die Erfindung insgesamt von der Erkenntnis aus, dass der wenigstens eine Endanschlag für das Riegelelement besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, und zwar der Gestalt, dass hierdurch sichergestellt ist, dass das Riegelelement voll ausgefahren ist. Sobald also das Riegelelement den Endanschlag erreicht, korrespondiert dies bei in die Ladesteckdose eingestecktem Ladestecker dazu, dass der Ladestecker einwandfrei in der Ladesteckdose aufgenommen ist und der Ladevorgang beginnen kann. Dagegen korrespondiert beispielsweise ein nicht vollständig in die Ladesteckdose eingesteckter Ladestecker dazu, dass das Riegelelement den Endanschlag nicht erreicht. Grundsätzlich kann das Riegelelement natürlich auch bei fehlendem Ladestecker in der Ladesteckdose den Endanschlag durch Beaufschlagung mit Hilfe des motorischen Antriebes erreichen. Dann ist von einem sogenannten „Überfahren“ nachfolgend noch die Rede.
Jedenfalls ist die Detektionseinheit zumindest in der Lage, den Zustand des voll ausgefahrenen und am Endanschlag anliegenden Riegelelementes messtechnisch zu erfassen, in dem die Detektionseinheit beispielsweise wenigstens zweiteilig mit einem Sensor und einer Signale des Sensors auswertenden Steuereinheit ausgerüstet ist. Meistens ist zusätzlich noch ein den Sensor beaufschlagendes Tastelement realisiert. Der Sensor und/oder das Tastelement kann dabei am oder im Riegelelement angeordnet, beispielsweise in dieses eingebettet sein. Grundsätzlich ist aber auch eine beabstandete Anordnung und Platzierung von einerseits Sensor und andererseits Tastelement möglich.
In diesem Fall lässt sich beispielsweise das Tastelement im Riegelelement anordnen, wohingegen der Sensor demgegenüber in oder an einem typischerweise das Riegelelement sowie den motorischen Antrieb aufnehmenden Gehäuse angebracht ist. So oder so ist die Detektionseinheit erfindungsgemäß wenigstens dazu in der Lage, das voll ausgefahrene und am Endanschlag anliegende Riegelelement zu detektieren. Das gilt zumindest für das unbeschädigte Riegelelement, also typischerweise ein solches, welches über die gesamte herstellungsseitig vorgegebene Länge verfügt und nicht beispielsweise abgebrochen oder sonst wie beschädigt und folglich in seiner Länge reduziert ist. Denn ein solches beschädigtes Riegelelement ist zur einwandfreien Verriegelung des Ladesteckers in der Ladesteckdose nicht mehr in der Lage, was erfindungsgemäß ermittelt werden soll.
Jedenfalls ist die Auslegung vorteilhaft so getroffen, dass das voll ausgefahrene sowie unbeschädigte Riegelelement am Endanschlag anliegt. Zumindest diese Funktionsstellung kann mit Hilfe der Detektionseinheit sicher erfasst werden. Demgegenüber korrespondiert das beschädigte Riegelelement (meistens ebenfalls in voll ausgefahrenem Zustand) zu einer mittels der Detektionseinheit erfassbaren beabstandeten Position zum Endanschlag. Das heißt, sobald das Riegelelement beschädigt ist, beispielsweise durch Bruch in seiner Länge reduziert, führt dies bei Absolvieren eines zur voll ausgefahrenen Position des unbeschädigten Riegelelementes korrespondierendem Verfahrweg dazu, dass das beschädigte Riegelelement im Vergleich zum Endanschlag beabstandet ist. Auch dies kann mit Hilfe der Detektionseinheit erfasst werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das beschädigte Riegelelement aber auch eine mittels der Detektionseinheit erfassbare anliegende Position an einem Alternativanschlag einnehmen. Das heißt, in diesem Fall wird nicht der Abstand zum Endanschlag in voll ausgefahrenem Zustand des beschädigten Riegelelementes mit Hilfe der Detektionseinheit erfasst. Vielmehr fährt das beschädigte Riegelelement gegen den Alternativanschlag und kommt hier in die am Alternativanschlag anliegende Position. Diese anliegende Position wird erneut mit Hilfe der Detektionseinheit erfasst. Eine entsprechende Information der Detektionseinheit oder ein korrespondierendes Signal über den bei diesem Vorgang absolvierten Weg kann nun seitens einer nachfolgend noch näher zu beschreibenden Steuereinheit dahingehend ausgewertet werden, dass je nach bei diesem Vorgang eingesetzten Alternativanschlag die Steuereinheit auf einen Bruch oder eine Beschädigung des Riegelelementes rückschließt. Das heißt, der Alternativanschlag wird seitens des Riegelelementes nur dann erreicht, wenn das Riegelelement beschädigt ist. Den hierzu korrespondierenden Weg kann die Detektionseinheit erfassen und an die Steuereinheit übermitteln, welche in einem solchen Fall die Beschädigung des Riegelelementes feststellt und beispielsweise in einen nachfolgend noch zu beschreibende Warnmeldung umsetzt.
Neben diesen drei zu erfassenden Positionen des Riegelelementes, das heißt des unbeschädigten Riegelelementes in Anlage am Endanschlag, der beabstandeten Position des beschädigten Riegelelementes gegenüber dem Endanschlag und schließlich der anliegenden Position des beschädigten Riegelelementes an dem Alternativanschlag kann die Detektionseinheit selbstverständlich auch so ausgelegt sein, dass das Riegelelement über seinen gesamten Verfahrweg gesehen messtechnisch erfasst wird. Dadurch kann der gesamte Verfahrweg mit Hilfe der Detektionseinheit überwacht und kontrolliert sowie an die Steuereinheit übermittelt werden.
Erfindungsgemäß reicht es jedoch typischerweise aus, wenn die Detektionseinheit lediglich in der Lage ist, die beabstandete Position des beschädigten Riegelelementes gegenüber dem Endanschlag in voll ausgefahrenem Zustand sicher registrieren zu können. Denn sofern das unbeschädigte Riegelelement gegen den Endanschlag zur Anlage kommt, kann dieser Funktionszustand beispielsweise über einen erhöhten Strom zur Beaufschlagung des motorischen Antriebes aufgrund dessen Blockade ermittelt werden. Das ist mit Hilfe der bereits angesprochenen Steuereinheit als Bestandteil der Detektionseinheit möglich.
Nach weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird das Riegelelement im Allgemeinen während eines Ladevorganges und/oder im Anschluss hieran mit Hilfe des motorischen Antriebes in Richtung des Endanschlages beaufschlagt. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die einwandfreie Funktionsweise und der unbeschädigte Zustand des Riegelelementes unschwer während und/oder im Anschluss an den Ladevorgang überprüft werden kann. Tatsächlich wird im Stand der Technik so vorgegangen, dass das Riegelelement einmalig bei einwandfrei in der Ladesteckdose aufgenommenen Ladestecker verfahren wird, bis das Riegelelement den fraglichen Endanschlag erreicht hat. Dieser Zustand wird dann zumindest für die Dauer des Ladevorganges beibehalten, was regelmäßig schon aufgrund der Selbsthemmungskräfte des motorischen Antriebes problemlos möglich ist. Das heißt, bisher und im Stand der Technik hat man es weder für erforderlich noch notwendig angesehen, das Riegelelement während des Ladevorganges oder auch im Anschluss hieran mit Hilfe des motorischen Antriebes in Richtung des Endanschlages zu beaufschlagen. Exakt eine solche Vorgehensweise wird jedoch im Gegensatz hierzu von der Erfindung verfolgt.
Denn die Beaufschlagung des Riegelelementes während des Ladevorganges bzw. im Anschluss hieran eröffnet die Möglichkeit, etwaige Beschädigungen unschwer zu erfassen, nämlich so, wie dies zuvor bereits beschrieben wurde. Das heißt, wenn während des Ladevorganges oder im Anschluss hieran der Endanschlag seitens des Riegelelementes nicht erreicht wird und die Detektionseinheit dies erfasst, lässt dies unmittelbar auf ein beschädigtes und insbesondere abgebrochenes Riegelelement schließen, welches ausgetauscht werden muss. Als Folge hiervon gibt die Steuereinheit typischerweise eine Warnmeldung, beispielsweise an einer Armaturentafel des Kraftfahrzeuges ab.
Das Riegelelement kann dabei auch im Anschluss an den Ladevorgang überprüft werden, und zwar in dem das zuvor bereits angesprochene „Überfahren“ stattfindet. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass nach Abschluss des Ladevorganges der Ladestecker aus der Ladesteckdose entfernt ist, sodass es zum „Überfahren“ kommt, jedenfalls das Riegelelement in unbeschädigtem Zustand den Endanschlag erreicht. Sollte dies nicht erfolgen, so meldet die Detektionseinheit unmittelbar eine Beschädigung des Riegelelementes. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit zusätzlich eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfassen und in Abhängigkeit hiervon das Riegelelement beaufschlagen. Dadurch wird sichergestellt, dass ausschließlich bei in Fahrt befindlichem Kraftfahrzeug und folglich sicher aus der Ladesteckdose entferntem Ladestecker das zuvor bereits beschriebene „Überfahren“ stattfindet.
Das Riegelelement kann in diesem Zusammenhang dauerhaft und/oder intermittierend beaufschlagt werden. Ein intermittierender Betrieb des Riegelelementes empfiehlt sich beispielsweise im Anschluss an den Ladevorgang, um durch die immer wieder kehrende Beaufschlagung des Riegelelementes seitens des motorischen Antriebes den Stromverbrauch so gering wie möglich zu halten und die Fahrzeugbatterie nicht unnötig zu belasten. Demgegenüber ist beispielsweise während des Ladevorganges vorteilhaft eine dauerhafte Beaufschlagung des Riegelelementes möglich, um dessen einwandfreie Funktionsweise und seinen unbeschädigten Zustand zu prüfen.
Wie bereits erläutert, dient die Steuereinheit als Bestandteil der Detektionseinheit vorteilhaft dazu, Signale des Sensors auszuwerten, die ihrerseits letztlich Auskunft über den Verfahrweg des Riegelelementes und seinen Zustand „beschädigt/unbeschädigt“ geben. Zu diesem Zweck ist die Auslegung darüber hinaus so getroffen, dass die Steuereinheit in Abhängigkeit vom Ladevorgang die Leistung des motorischen Antriebes für das Riegelelement variieren kann. Beispielsweise wird man bei einer dauerhaften Beaufschlagung des Riegelelementes während des Ladevorganges so vorgehen, dass der motorische Antrieb zur Beaufschlagung des Riegelelementes nicht mit seiner vollen Leistung beaufschlagt wird, welche typischerweise benötigt wird, um nach Einstecken des Ladesteckers in die Ladesteckdose hierbei beobachtete fluchtende Bohrungen einwandfrei durchdringen und den Endanschlag erreichen zu können. Aus diesem Grund wird bei bereits in voll ausgefahrenem Zustand befindlichem Riegelelement der motorische Antrieb mit einer demgegenüber reduzierten Leistung beaufschlagt. Hierfür sorgt die Steuereinheit, und zwar in Abhängigkeit vom Ladevorgang. Darüber hinaus kann die Steuereinheit nach Auswertung der Fahrzeuggeschwindigkeit dafür sorgen, dass das Riegelelement beim Vorgang des „Überfahrens“ ebenfalls mit einer reduzierten elektrischen Leistung beaufschlagt wird.
Darüber hinaus wird meistens so vorgegangen, dass sowohl beim dauerhaften als auch bei intermittierendem Betrieb des Riegelelementes zu seiner Überprüfung in vorgegebenen Zeitabständen das Signal des Sensors als Bestandteil der Detektionseinheit erfasst wird. Dadurch kann unmittelbar auf eine etwaige Beschädigung des Riegelelementes rückgeschlossen und diese verzögerungsfrei zur Anzeige gebracht werden. Ein Fahrzeugbenutzer wird folglich zeitnah über eine etwaige Beschädigung des Riegelelementes unterrichtet, sodass im Anschluss hieran Gegenmaßnahmen wie beispielsweise eine Reparatur sofort eingeleitet werden können.
Hierzu trägt ergänzend auch der Umstand bei, dass die Steuereinheit im Allgemeinen bei beschädigtem Riegelelement einen virtuellen Endanschlag als Ersatz des realen Endanschlages definiert. Das heißt, sobald das Riegelelement beschädigt ist und typischerweise aufgrund eines Bruches eine gegenüber dem unbeschädigten Zustand verringerte Länge aufweist, kann das Riegelelement den realen Endanschlag nicht mehr erreichen. Aus diesem Grund definiert die Steuereinheit den zuvor bereits angesprochenen virtuellen Endanschlag, um etwaige Beschädigungen des motorischen Antriebes beim Verfahren des Riegelelementes zu vermeiden. Außerdem kann über diesen virtuellen Endanschlag die Auslegung auch so getroffen werden, dass selbst das beschädigte Riegelelement möglicherweise notdürftig immer noch in der Lage ist, den Ladestecker in der Ladesteckdose zu verriegeln. Das heißt, auf diese Weise lässt sich zumindest eine Art Notbetrieb aufrechterhalten, bis eine Reparatur des Riegelelementes erfolgt ist.
Im Ergebnis wird eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt, die etwaige Beschädigungen des Riegelelementes einwandfrei feststellt und unter Umständen sogar einen Notbetrieb bei beschädigtem Riegelelement ermöglicht. Hierin sind die wesentlichen Vorteil zu sehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert, Es zeigen:

1 Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung in einer perspektivischen Übersicht,
2 einen schematischen Schnitt durch die Verriegelungsvorrichtung nach der 1 im Bereich des Verriegelungselementes,
3A - 3E unterschiedliche Funktionszustände des Riegelelementes und
4 den Gegenstand nach der 1 im Bereich des Riegelelementes in vergrößertem Ausschnitt.

In den Figuren ist eine Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung 1, 2, 3, 4 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges wiedergegeben. Die in der 1 gezeigte Verriegelungsvorrichtung mag im Bereich einer Karosserieöffnung platziert sein, in welcher sich eine insbesondere in der 2 zu erkennende Ladesteckdose 3 befindet. Um Akkumulatoren des nicht ausdrücklichen Kraftfahrzeuges laden zu können, wird in die Ladesteckdose 3 ein Ladestecker 2 eingesteckt, der mit Hilfe eines Riegelelementes 1 in der Ladesteckdose 3 verriegelt wird. Bei dem Riegelelement 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend um einen größtenteils zylindrischen und aus Kunststoff hergestellten Riegelstift 1.
Zu diesem Zweck greift das Riegelelement bzw. der Riegelstift 1 in eine in der 2 zu erkennende Ausnehmung im Ladestecker 2 ein. Das ist erst dann möglich, wenn der Ladestecker 2 einwandfrei in die Ladesteckdose 3 eingesteckt ist und seine frontseitig zu erkennenden Steckkontakte in entsprechende Steckbuchsen der Ladesteckdose 3 eingreifen, damit anschließend der Ladevorgang erfolgen kann. Da ein solcher Ladevorgang mit einer anliegenden Hochspannung und unter Berücksichtigung erheblicher Ladeströme erfolgt, kommt der Verriegelung des Ladesteckers 2 in der Ladesteckdose 3 mit Hilfe des Riegelelementes 1 bzw. Riegelstiftes 1 eine besondere Bedeutung zu.
Tatsächlich ist das Riegelelement bzw. der Riegelstift 1 insgesamt verfahrbar ausgebildet, kann nämlich entsprechend der Doppelpfeildarstellung in der 1 in seiner Längsrichtung verfahren werden. Dazu ist ein motorischer Antrieb 4 vorgesehen. Wie bereits erläutert, ist das Riegelelement 1 dazu eingerichtet, den Ladestecker 2 in der Ladesteckdose 3 der elektrischen Ladevorrichtung 1, 2, 3, 4 lösbar zu verriegeln. Die Ladevorrichtung 1, 2, 3, 4 weist dann das Riegelelement 1, den Ladestecker 2, die Ladesteckdose 3 und schließlich den Antrieb 4 für das Riegelelement 1 auf. Der Antrieb 4 greift mit einem Zapfen in eine Ausnehmung 9 des Riegelelementes 1 zu dessen linearer Verstellung ein.
In der 1 erkennt man noch, dass die Ladevorrichtung 1, 2, 3, 4 insgesamt in einem Gehäuse 5 aufgenommen wird. Das Gehäuse 5 ist im Bereich des Riegelelementes 1 mit einer eingelassenen Dichtung 6 ausgerüstet, gegenüber welcher das Riegelelement bzw. der Riegelstift 1 verschieblich und dichtend gehalten wird. Ein zusätzlich noch in der 1 zu erkennender Steckvorsprung 7 weist in seinem Innern Steckkontakte 8 auf, mit deren Hilfe die gesamte in der 1 dargestellte Verriegelungsvorrichtung mit beispielsweise einem Kabelbaum des Kraftfahrzeuges gekoppelt wird.
Anhand der 4 erkennt man, dass eine dem Riegelelement 1 zugeordnete Detektionseinheit 10, 11, 12 erfindungsgemäß vorgesehen ist. Mit Hilfe der Detektionseinheit 10, 11, 12 kann die Funktion des Riegelelementes 1 überprüft werden, insbesondere und zumindest dahingehend, ob das Riegelelement 1 unbeschädigt ist oder eine Beschädigung aufweist, wie dies im Detail die nachfolgend noch zu diskutierende 3E zeigt. Tatsächlich korrespondiert die Beschädigung des Riegelelementes 1 vorliegend zu einem Bruch, sodass sich die Länge des Riegelelementes 1 und folglich auch sein von ihm zu absolvierender und in den Figuren angedeuteter Verfahrweg S ändert. Neben der dem Riegelelement 1 zugeordneten Detektionseinheit 10, 11, 12 ist erfindungsgemäß zusätzlich und wesentlich noch ein Endanschlag 13 für das Riegelelement 1 realisiert und vorgesehen. Neben dem Endanschlag 13 in der Ladesteckdose 3 kann grundsätzlich auch der Ladestecker 2 im eingesteckten Zustand in die Ladesteckdose 3 einen weiteren Endanschlag 13' definieren, wie die 4 deutlich macht.
Man erkennt, dass das Riegelelement 1 frontseitig eine Stufenausbildung aufweist, sodass zumindest ein vorkragender Kopfbestandteil des Riegelelementes 1 gegen den insbesondere in der 3D dargestellten Endanschlag 13 fährt oder fahren kann. Das gilt zumindest für das unbeschädigte Riegelelement 1, also das Riegelelement 1, welches seine gesamte herstellerseitig vorgesehene Länge L aufweist. Dazu ist in der 3D der Zustand „Überfahren“ dargestellt. Die verriegelte Stellung in der 3C korrespondiert zu einer Funktionsstellung, in welcher der Ladestecker 2 vollständig in die Ladesteckdose 3 eingesteckt ist und hierin verriegelt werden kann. Dann fährt das Riegelelement 1 gegen den Endanschlag 13' am Ladestecker 2.
Ist das Riegelelement 1 dagegen durch beispielsweise einen Bruch beschädigt, wie dies die 3E darstellt, so verfügt das Riegelelement 1 über eine gegenüber der herstellerseitig vorgesehenen Länge L reduzierte Länge. Der Endanschlag 13 ist insgesamt in oder an der Ladesteckdose 3 meistens im Innern vorgesehen. Bei dem Endanschlag 13 mag es sich um eine entsprechende Kontur im Innern der typischerweise als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Ladesteckdose 3 handeln. Der Endanschlag 13' ist an oder in dem Ladestecker 2 vorgesehen.
Die Detektionseinheit 10, 11, 12 ist wenigstens zweiteilig mit einem Sensor 10 und einer Signale des Sensors 10 auswertenden Steuereinheit 12 ausgerüstet, wie man im Detail anhand der 4 erkennt. Die Steuereinheit 12 mag ihrerseits Signale an eine Anzeige im Innern des Kraftfahrzeuges über etwaige Funktionsstörungen übermitteln. Zusätzlich zu dem Sensor 10 und der entsprechende Signale des Sensors 10 aufnehmenden und auswertenden Steuereinheit 12 ist meistens noch ein den Sensor 10 beaufschlagendes Tastelement 11 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel nach der 4 ist das Tastelement 11 als in das Riegelelement 1 eingebetteter Permanentmagnet ausgebildet, wohingegen der Sensor 10 im Beispielfall und nicht einschränkend als Hall-Sensor ausgelegt ist.
Man erkennt, dass mit Hilfe des Sensors 10 in Verbindung mit dem Tastelement 11 Bewegungen des Riegelelementes 1 entlang seines Verfahrweges S erfasst werden können. Insbesondere ist die Detektionseinheit 10, 11, 12 so ausgelegt, dass ein Unterschied des voll ausgefahrenen sowie unbeschädigten Riegelelementes 1 in Anlage am Endanschlag 13 im Vergleich zu der Situation erfasst und ausgewertet werden kann, dass das Riegelelement 1 beschädigt ist und in Folge dessen in voll ausgefahrenem Zustand zu einem mit Hilfe der Detektionseinheit 10, 11 ,12 erfassten Abstand A zum Endanschlag 13 korrespondiert, wie dies ein Vergleich der Darstellung in den 3D und 3E beispielhaft deutlich macht.
In den 3A bis 3E ist nun dargestellt, wie die Überprüfung des Riegelelementes 1 auf etwaige Beschädigungen hin im Detail und erfindungsgemäß vorgenommen wird. In der 3A ist dabei der Zustand „entriegelt“ des Riegelelementes 1 dargestellt. In diesem entriegelten Zustand kann der Ladestecker 2 in die Ladesteckdose 3 eingesteckt und hieraus entfernt werden. Ist der Ladestecker 2 vollständig in die Ladesteckdose 3 eingesteckt, so kann das Riegelelement 1 mit Hilfe des motorischen Antriebes 4 soweit verfahren werden, bis das Riegelelement 1 den zuvor bereits besprochenen Endanschlag 13' an dem Ladestecker 2 erreicht. Das ist in der 3C „verriegelt“ gezeigt.
Ist jedoch der Ladestecker 2 nicht vollständig in die Ladesteckdose 3 eingesteckt, so lässt sich das Riegelelement 1 mit Hilfe des motorischen Antriebes 4 nicht oder nur teilweise verfahren. Das ist in der 3B wiedergegeben, welche die Situation „Ladestecker 3 unvollständig in die Ladesteckdose 2 eingesteckt“ wiedergibt. Sofern in dieser Funktionsstellung der motorische Antrieb 4 beaufschlagt wird, fährt dieser bzw. das Riegelelement 1 unmittelbar gegen den nicht vollständig in die Ladesteckdose 3 eingefahrenen Ladestecker 2, was dann aufgrund des ansteigenden Stromes, welcher vom motorischen Antrieb 4 aufgenommen wird, unmittelbar als Blockade, beispielsweise seitens der den motorischen Antrieb 4 beaufschlagenden Steuereinheit 12, erfasst wird. Als Folge hiervon wird eine entsprechende Fehlermeldung abgegeben.
Dagegen korrespondiert der Zustand „verriegelt“ in der 3C dazu, dass das Riegelelement 1 gegen den Endanschlag 13' des Ladesteckers 2 fährt. Hierzu korrespondiert beispielsweise ein Signal des Sensors 10 in oder an einer Wand des Gehäuses 5 der Gestalt, dass das Tastelement bzw. der Permanentmagnet 11 zumindest teilweise in den Einflussbereich des Sensors 10 kommt und hier ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 12 abgibt. Vergleichbar liegen die Verhältnisse in der Funktionsstellung „überfahren“ nach der 3D. Denn auch in diesem Fall kann das unbeschädigte Riegelelement 1 den Endanschlag 13 im Innern der Ladesteckdose 3 erreichen, weil in dieser Funktionsstellung der Ladestecker 2 nicht in die Ladesteckdose 3 eingesteckt ist. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Kraftfahrzeug fährt, was mit Hilfe eines Geschwindigkeitssensors 14 an die Steuereinheit 12 gemeldet werden kann. Im Falle des Zustandes „Überfahren“ nach der 3D ist das Tastelement 11 vollständig vollständig in Deckung mit dem Sensor 10, sodass dann ein gegenüber der Situation in der 3C stärkeres Signal am Sensor 10 erzeugt wird.
Ist jedoch das Riegelelement 1 beschädigt, wie dies die 3E zeigt, so erreicht das in seiner Länge L reduzierte Riegelelement 1 selbst in voll ausgefahrenem Zustand den Endanschlag 13 bzw. 13' nicht. Es stellt sich der zuvor bereits angesprochene Abstand A zwischen dem Endanschlag 13 und dem kopfseitigen Ende des beschädigten Riegelelementes 1 ein. Als Folge hiervon gelangt das Tastelement bzw. der Permanentmagnet 11 entsprechend der Darstellung in der 4 auch nicht in den Einflussbereich des Sensors 10, sodass in diesem Fall kein oder nur ein geringes Signal vom Sensor 10 an die Steuereinheit 12 übermittelt wird. Die Steuereinheit 12 meldet daraufhin den beschädigten Zustand des Riegelelementes 1 an beispielsweise eine Kontrollleuchte im Armaturenbrett, wie dies zuvor bereits erläutert wurde.
Zur Überprüfung des Riegelelementes 1 kann das Riegelelement 1 während eines Ladevorganges beaufschlagt werden, das heißt, ausgehend von der Funktionsstellung „verriegelt“ entsprechend der 3C. Dazu mag das Riegelelement 1 dauerhaft und/oder intermittierend, das heißt, in vorgegebenen Zeitabständen, beaufschlagt werden. Hierfür sorgt die den motorischen Antrieb 4 beaufschlagende Steuereinheit 12. Auf diese Weise kann während des Ladevorganges der einwandfreie Funktionszustand des Riegelelementes 1 im Sinne von „unbeschädigt/beschädigt“ ermittelt werden. Dabei sorgt die Steuereinheit 12 meistens in Abhängigkeit vom Ladevorgang dafür, dass die Leistung des motorischen Antriebes 4 für das Riegelelement 1 bzw. zu dessen Antrieb variiert wird. Meistens wird in diesem Fall mit einer reduzierten Leistung im Vergleich zu der Situation gearbeitet, dass das Riegelelement 1 zum Verriegeln im Übergang von der 3A zur 3C beaufschlagt wird. Ergänzend zur Auswertung des Signals des Sensors 10 kann an dieser Stelle die Stromaufnahme des motorischen Antriebes 4 von der Steuereinheit 12 dahingehend ausgewertet werden, ob das Riegelelement 1 einwandfrei am Endanschlag 13' anliegt oder unter Umständen Beschädigungen aufweist, sodass eine einwandfreie „Blockfahrt“ nicht vorliegt.
Eine vergleichbare Prüfung des Riegelelementes 1 kann auch im Anschluss an den Ladevorgang wiederum mit Hilfe des motorischen Antriebes 4 erfolgen, mit dessen Hilfe das Riegelelement 1 in Richtung auf den Endanschlag 13 beaufschlagt wird. Diese alternative Prüfung korrespondiert zum Zustand „überfahren“ entsprechend der Darstellung in der 3D, weil die Steuereinheit 12 meistens zusätzlich die Fahrzeuggeschwindigkeit anhand von Signalen des Geschwindigkeitssensors 14 erfasst. Sobald das Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit >0 erreicht hat, korrespondiert hierzu der Zustand, dass der Ladestecker 2 aus der Ladesteckdose 3 entfernt ist, sodass im Anschluss hieran das Riegelelement 1 gegen den Anschlag 13 verfahren werden kann, wie dies in der 3D „überfahren“ dargestellt ist. Auch in diesem Fall wird meistens mit einer gegenüber der vollen Leistung reduzierten Leistung des motorischen Antriebes 4 gearbeitet, welche die Steuereinheit 12 entsprechend vorgibt.
Kommt es zur Beschädigung des Riegelelementes 1 und typischerweise zu einem Bruch und einer damit gegenüber der herstellerseitig vorgegebenen Länge L reduzierten Gesamtlänge des Riegelelementes 1, so sorgt die Steuereinheit 12 bei einem solchen beschädigten Riegelelement 1 dafür, dass in diesem Fall ein virtueller Endanschlag als Ersatz des realen Endanschlages 13, 13' definiert wird. Dieser virtuelle Endanschlag wird von der Steuereinheit 12 beispielsweise so vorgegeben, dass der motorische Antrieb 4 mit einem als Schrittmotor ausgebildeten Elektromotor ausgerüstet ist, sodass über die Anzahl der vom Elektromotor absolvierten Schritte auf den Verfahrweg S des Riegelelementes 1 zurückgeschlossen werden kann. Auf diese Weise lässt sich der gewünschte virtuelle Endanschlag als Ersatz des realen Endanschlages 13 umsetzen.
Dazu mag in der Steuereinheit 12 die maximale Anzahl der vom Riegelelement 1 zu absolvierenden Schritte hinterlegt sein. Grundsätzlich kann natürlich auch mit einer Zeitdauer für die Bestromung des Elektromotors gearbeitet werden. Über die Zeitdauer kann dann bei bekannter Übersetzung auf den Verfahrweg S des Riegelelementes 1 zurückgeschlossen werden. In diesem Fall mag alternativ oder zusätzlich eine zum maximalen Verfahrweg S des Riegelelementes 1 gehörige Zeit zu seiner Bestromung in der Steuereinheit 12 hinterlegt sein, welche zu dem angesprochenen virtuellen Endanschlag korrespondiert bzw. zu dessen Definition herangezogen wird.
Bezugszeichenliste

1,2,3,4: Ladevorrichtung (Riegelelement 1, Ladestecker 2, Ladesteckdose 3, Antrieb 4)
5: Gehäuse
6: Dichtung
7: Steckvorsprung
8: Steckkontakt
9: Ausnehmung
10, 11, 12: Detektionseinheit (Sensor 10, Tastelement 11, Steuereinheit 12)
13, 13': Endanschlag
14: Geschwindigkeitssensor
S: Verfahrweg
L: Länge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/149426 A1 [0002]
CN 2020695855 U [0003]
DE 102011010809 A1 [0004]
DE 102009030092 A1 [0005]

Claims

Verriegelungsvorrichtung für eine elektrische Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeuges, mit einem verfahrbaren Riegelelement (1), das dazu vorgesehen ist, einen Ladestecker (2) in einer Ladesteckdose (3) der elektrischen Ladevorrichtung (1, 2, 3, 4) lösbar zu verriegeln, und mit einem motorischen Antrieb (4) zur Verstellung des Riegelelementes (1), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Endanschlag (13, 13') für das Riegelelement (1) und eine dem Riegelelement (1) zugeordnete Detektionseinheit (10, 11, 12) vorgesehen sind.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das voll ausgefahrene sowie unbeschädigte Riegelelement (1) am Endanschlag (13, 13') anliegt.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das beschädigte Riegelelement (1) eine mittels der Detektionseinheit (10, 11, 12) erfassbare beabstandete Position (Abstand A) zum Endanschlag (13, 13') und/oder eine mittels der Detektionseinheit (10, 11, 12) erfassbare anliegende Position an einem Alternativanschlag einnimmt.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelement (1) während eines Ladevorganges und/oder im Anschluss hieran mit Hilfe des motorischen Antriebes (4) in Richtung des Endanschlages (13, 13') beaufschlagt wird.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelement (1) dauerhaft und/oder intermittierend beaufschlagt wird.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Riegelelementes (1) seitens des motorischen Antriebes (4) wahlweise mit einstellbarer elektrischer Leistung beaufschlagt wird.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (10, 11, 12) wenigstens einen Sensor (10), beispielsweise Hall-Sensor, und ein Tastelement (11), beispielsweise Permanentmagnet, sowie eine zumindest Signale des Sensors (10) auswertende Steuereinheit (12) aufweist.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) zusätzlich eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst und in Abhängigkeit hiervon das Riegelelement (1) beaufschlagt.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) in Abhängigkeit vom Ladevorgang die Leistung des motorischen Antriebes (4) für den Antrieb des Riegelelementes (1) variiert.
Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) bei beschädigtem Riegelelement (1) einen virtuellen Endanschlag als Ersatz des realen Endanschlages (13, 13') definiert.