DE102019132408A1

DE102019132408A1 - Ladeschnittstelle zum elektrischen Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019132408A1
Application number: DE102019132408.4A
Authority: DE
Inventors: Anja Heinzelmann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2039-11-30
Also published as: DE102019132408B4

Abstract

Ladeschnittstelle (10) zum elektrischen Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die im Bereich eines Unterbodens (11) eines Fahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Ladeschnittstelle weist gegeneinander abgedichtete Funktionsräume (13, 14) auf, wobei ein erster Funktionsraum (13) der Ladeschnittstelle elektronische Baugruppen (15) abgedichtet gegenüber einem zweiten Funktionsraum (14) aufnimmt, wobei sich abgedichtet zwischen dem ersten Funktionsraum (13) und dem zweiten Funktionsraum (14) ein Kontaktierungselement (16) der Ladeschnittstelle erstreckt, an dem ausgehend vom zweiten Funktionsraum (14) ein Kontaktierungselement einer Ladevorrichtung anschließbar ist, wobei der zweite Funktionsraum (14) der Ladeschnittstelle eine Öffnung (17) aufweist, die von einer Abdeckung (18) abhängig von einer Position derselben im zweiten Funktionsraum (14) unter Abdecken des Kontaktierungselements (16) der Ladeschnittstelle verschlossen oder unter Freigeben des Kontaktierungselements (16) der Ladeschnittstelle geöffnet ist, und wobei dann, wenn die Abdeckung (18) die Öffnung (17) des zweiten Funktionsraums (14) verschließt, eine Unterseite der Abdeckung (18) flächenbündig oder plan zu einer Unterseite des Unterbodens (11) oder einer Unterbodenverkleidung (12) des Unterbodens (11) des Fahrzeugaufbaus verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeschnittstelle zum elektrischen Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug.
Ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug verfügt über mindestens eine elektrische Maschine, die als Antriebsaggregat dient, um an einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs Antriebsleistung bereitzustellen. Ferner verfügt ein solches Kraftfahrzeug über eine Traktionsbatterie, um die mindestens eine elektrische Maschine mit elektrischer Energie zu versorgen. Zum elektrischen Laden der Traktionsbatterie weisen derartige Kraftfahrzeuge eine Ladeschnittstelle auf.
Aus DE 10 2014 200 290 A1 ist eine elektrische Ladevorrichtung für die Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Ladevorrichtung ein Kontaktierungselement umfasst, das zum Laden mit einer im Bereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs positionierten Ladeschnittstelle kontaktiert werden kann. Aus WO 2019/060939 A1 ist es ebenfalls bekannt, im Bereich eines Unterbodens eines Fahrzeugaufbaus eine Ladeschnittstelle auszubilden, mit der zum Laden ein Kontaktierungselement einer Ladevorrichtung elektrisch kontaktiert werden kann. DE 10 2011 082 092 A1 und DE 20 2012 003 577 U1 offenbaren weiteren Stand der Technik hinsichtlich des elektrischen Ladens einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
Es besteht Bedarf an einer im Bereich eines Unterbodens eines Fahrzeugaufbaus ausgebildeten Ladeschnittstelle zum Laden der Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die sich aerodynamisch vorteilhaft in den Unterboden eingliedert und ein einfaches Kontaktieren eines Kontaktierungselements einer Ladevorrichtung mit der Ladeschnittstelle ermöglicht, und zwar ohne die Gefahr, dass empfindliche elektronische Baugruppen infolge eines Kontakts mit Wasser oder Verunreinigungen beschädigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Ladeschnittstelle zum elektrischen Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ladeschnittstelle zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladeschnittstelle gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Ladeschnittstelle weist gegeneinander abgedichtete Funktionsräume auf. Ein erster Funktionsraum der Ladeschnittstelle nimmt elektronische Baugruppen abgedichtet gegenüber einem zweiten Funktionsraum der Ladeschnittstelle auf. Abgedichtet zwischen dem ersten Funktionsraum und dem zweiten Funktionsraum erstreckt sich ein Kontaktierungselement der Ladeschnittstelle, an dem ausgehend vom zweiten Funktionsraum ein Kontaktierungselement einer Ladevorrichtung anschließbar ist. Der zweite Funktionsraum weist eine Öffnung auf, die von einer Abdeckung abhängig von einer Position derselben im zweiten Funktionsraum unter Abdecken des Kontaktierungselements der Ladeschnittstelle verschlossen oder unter Freigeben des Kontaktierungselements der Ladeschnittstelle geöffnet ist. Dann, wenn die Abdeckung die Öffnung des zweiten Funktionsraums verschließt, verläuft eine Unterseite der Abdeckung flächenbündig oder plan zu einer Unterseite des Unterbodens oder einer Unterbodenverkleidung des Unterbodens.
Die erfindungsgemäße Ladeschnittstelle verfügt über den ersten Funktionsraum und den zweiten Funktionsraum, die gegeneinander abgedichtet sind. Der erste Funktionsraum nimmt elektronische Baugruppen abgedichtet gegenüber dem zweiten Funktionsraum auf. Das Kontaktierungselement der Ladeschnittstelle erstreckt sich abgedichtet zwischen dem ersten Funktionsraum und dem zweiten Funktionsraum. An dieses Kontaktierungselement der Ladeschnittstelle ist ausgehend vom zweiten Funktionsraum ein Kontaktierungselement einer Ladevorrichtung anschließbar. Die verlagerbare Abdeckung der Öffnung des zweiten Funktionsraums gibt abhängig von ihrer Position das Kontaktierungselement der Ladeschnittstelle frei oder verdeckt dasselbe.
Dann, wenn die Abdeckung der Ladeschnittstelle die Öffnung des zweiten Funktionsraums der Ladeschnittstelle verschließt, verläuft die Abdeckung oberflächenbündig oder plan zur Unterseite des Unterbodens oder einer gegebenenfalls vorhandenen Unterbodenverkleidung des Unterbodens.
Eine solche Abdeckung verfügt über einen konstruktiv einfachen Aufbau und schützt empfindliche elektronische Baugruppen vor Kontakt mit Wasser oder Verunreinigungen. Die Abdeckung gibt das Kontaktierungselement der Ladeschnittstelle nur zum Laden frei. Dann, wenn die Abdeckung die Öffnung des zweiten Funktionsraums verschließt, ist das Kontaktierungselement der Ladeschnittstelle nicht zugänglich und vor einem äußeren Zugriff geschützt. Da der erste Funktionsraum abgedichtet ist und sich das Kontaktierungselement der Ladeschnittstelle abgedichtet zwischen erstem Funktionsraum und zweitem Funktionsraum erstreckt, kann der zweite Funktionsraum der Ladeschnittstelle nicht abgedichtet sein. Dann, wenn die Abdeckung der Ladeschnittstelle die Öffnung des zweiten Funktionsraums der Ladeschnittstelle verschließt und oberflächenbündig oder plan zur Unterseite des Unterbodens oder einer Unterbodenverkleidung des Unterbodens verläuft, gliedert sich die Ladeschnittstelle aerodynamisch und akustisch vorteilhaft in den Unterboden ein.
Vorzugsweise erstrecken sich im zweiten Funktionsraum parallel zu ersten Seitenrändern der Abdeckung mehrere Elektromagnete, die zur Verlagerung der Abdeckung bestrombar sind. Die Verlagerung der Abdeckung über die Elektromagnete ist besonders bevorzugt. Durch selektives Bestromen der nebeneinander angeordneten Elektromagnete lässt sich eine definierte translatorische Verlagerung der Abdeckung der Ladeschnittstelle einstellen.
Vorzugsweise erstreckt sich im zweiten Funktionsraum parallel zu einem zweiten Seitenrand der Abdeckung der Ladeschnittstelle mindestens ein Permanentmagnet, der dann, wenn die Abdeckung die Öffnung des zweiten Funktionsraums verschließt, die Abdeckung in Position hält.
Die Permanentmagnete halten die Abdeckung der Ladeschnittstelle auch dann in ihrer die Öffnung verschließenden Position, wenn das Fahrzeug abgestellt ist und ein Bordnetz des Fahrzeugs nicht aktiv ist.
Vorzugsweise sind die Elektromagnete derart ausgelegt, dass eine von denselben im bestromten Zustand bereitgestellte Kraft größer als eine von dem oder jedem Permanentmagnet bereitgestellte Kraft ist. Dies ermöglicht eine definierte Verlagerung der Abdeckung der Ladeschnittstelle bei Bestromen der Elektromagnete entgegen der von dem oder jedem Permanentmagnet bereitgestellten Kraft.
Das Kraftfahrzeug mit der Ladeschnittstelle ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 einen schematisierten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäßes Ladeschnittstelle eines Kraftfahrzeugs in geschlossenem Zustand;
2 die Ladeschnittstelle der 1 in geöffnetem Zustand;
3 den Querschnitt III-III der 1.

Die Erfindung betrifft eine Ladeschnittstelle zum elektrischen Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
1 bis 3 zeigen stark schematisiert unterschiedliche Ansichten einer Ladeschnittstelle 10, die im Bereich eines Unterbodens 11 und einer Unterbodenverkleidung 12 eines Fahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Das Vorsehen einer Unterbodenverkleidung 12 für den Unterboden 11 ist optional.
Die Ladeschnittstelle 10 verfügt über gegeneinander abgedichtete Funktionsräume 13, 14. Ein erster Funktionsraum 13 der Ladeschnittstelle 10 nimmt elektronische Baugruppen 15 abgedichtet gegenüber dem zweiten Funktionsraum 14 auf. Zwischen den gegeneinander abgedichteten Funktionsräumen 13 und 14 der Ladeschnittstelle 10 erstreckt sich ein Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10.
Das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 ist demnach einerseits abschnittsweise im ersten Funktionsraum 13 der Ladeschnittstelle 10 und andererseits abschnittsweise im zweiten Funktionsraum 14 der Ladeschnittstelle 10 angeordnet und durchdringt eine die beiden Funktionsräume 13, 14 gegeneinander abdichtende Wand, wobei das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 gegenüber dieser Wand abgedichtet ist.
Ausgehend vom zweiten Funktionsraum 14 der Ladeschnittstelle 10 ist an das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 ein Kontaktierungselement einer Ladevorrichtung (nicht gezeigt) anschließbar. Bei dem Kontaktierungselement der Ladevorrichtung kann es sich um einen Ladestecker handeln, der dann in eine als Buchse ausgebildete Kontaktierungselements 16 der Ladeschnittstelle 10 ausgehend vom zweiten Funktionsraum einführbar ist.
Der zweite Funktionsraum 14 der Ladeschnittstelle 10 weist eine Öffnung 17 auf, die von einer Abdeckung 18 der Ladeschnittstelle 10 verschlossen oder geöffnet wird, und zwar abhängig von einer Position der Abdeckung 18 im zweiten Funktionsraum 14.
Dann, wenn die Abdeckung 18 der Ladeschnittstelle 10 die Öffnung 17 der Ladeschnittstelle 10 verschließt, ist das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 von der Abdeckung 18 abgedeckt. Wird hingegen die Abdeckung 18 in eine Position verlagert (siehe 2), in welcher die Abdeckung 18 die Öffnung 17 öffnet, so gibt die Abdeckung 18 das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 frei.
Gemäß den in 1 bis 3 gezeigten Pfeilen X ist die Abdeckung 18 der Ladeschnittstelle 10 innerhalb des zweiten Funktionsraums 14 translatorisch verlagerbar, um die Öffnung 17 des zweiten Funktionsraums 14 entweder zu verschließen oder zu öffnen.
Dann, wenn die Abdeckung 18 der Ladeschnittstelle 10 die Öffnung 17 des zweiten Funktionsraums 14 der Ladeschnittstelle 10 verschließt, verläuft eine Unterseite der Abdeckung 18 flächenbündig oder plan zu einer Unterseite des Unterbodens oder, wie in 1 gezeigt, flächenbündig oder plan zu einer Unterseite der Unterbodenverkleidung 12 des Unterbodens 11. Dies ist aus aerodynamischen Gründen bevorzugt, um Verwirbelungen im Bereich der Abdeckung 18 zu vermeiden. Ferner wird hierdurch das Anhaften von Verschmutzungen oder dergleichen im Bereich der Abdeckung 18 verhindert.
Die Abdeckung 18 der Ladeschnittstelle 10 ist ausschließlich im zweiten Funktionsraum 14 translatorisch verlagerbar. Hierzu dienen mehrere Elektromagnete 19, die sich parallel zu gegenüberliegenden ersten Seitenrändern der Abdeckung 18 hintereinander erstrecken.
Die Elektromagnete 19 sind dabei, in Verlagerungsrichtung X der Abdeckung 18 der Ladeschnittstelle 10 gesehen, hintereinander im zweiten Funktionsraum 14 angeordnet und elektrisch bestrombar. Die Elektromagnete 19 sind dabei selektiv elektrisch bestrombar, um über eine definierte Bestromung der Elektromagnete 19 die Abdeckung 18 translatorisch innerhalb des zweiten Funktionsraums 14 zu verlagern.
Die Elektromagnete 19 sind im zweiten Funktionsraum 14 angeordnet, vorzugsweise in einer jeweiligen Wand, die den zweiten Funktionsraum 14 abschnittsweise entlang des jeweiligen ersten Seitenrads begrenzt. So sind die Elektromagnete 19 vor Beschädigungen und Verschmutzungen geschützt. Eine Elektronik zur Bestromung der Elektromagnete 19 ist geschützt im ersten Funktionsraum 13 der der Ladeschnittstelle 10 angeordnet.
Vorzugsweise sind bei einer Verlagerung der Abdeckung 18 immer zwei Paare aus jeweils zwei an sich gegenüberliegenden Seitenrändern der Abdeckung 18 gegenüberliegend positionierten Elektromagneten 19 bestrombar, wobei dann, wenn eines neues Paar von Elektromagneten 19, welches in Fortbewegungsrichtung X gesehen vorne liegt, bestromt wird, ein anderes Paar von Elektromagneten 19 nicht weiter bestromt wird, welches in Fortbewegungsrichtung X gesehen hinten liegt.
Benachbart zu einem zweiten Seitenrand der Abdeckung 18 ist mindestens ein Permanentmagnet 20 positioniert. 3 zeigt zwei derartige Permanentmagnete 20. Der zweite Seitenrand der Abdeckung 18, entlang dessen der oder jede Permanentmagnet 20 angeordnet ist, erstreckt sich senkrecht zu den ersten Seitenrändern 18, entlang derer die Elektromagnete 19 angeordnet sind.
Der oder jeder Permanentmagnet 20 ist ebenfalls im zweiten Funktionsraum 14 angeordnet, vorzugsweise in einer Wand, die den zweiten Funktionsraum 14 abschnittsweise begrenzt. So sind die Permanentmagnete 20 vor Beschädigungen und Verschmutzungen geschützt.
Wände, die den ersten Funktionsraum 13 begrenzen, und Wände, die den zweiten Funktionsraum 14 begrenzen, definieren zusammen ein Gehäuse der der Ladeschnittstelle 10. Dieses Gehäuse der Ladeschnittstelle 10 dichtet die beiden Funktionsräume 13, 14 gegeneinander ab und bildet die Öffnung 17 des zweiten Funktionsraums 14 aus.
Der oder jeder Permanentmagnet 20 hält die Abdeckung 18 der Ladeschnittstelle 10 in einer Position, in welcher dieselbe die Öffnung 17 des zweiten Funktionsraums 14 verschließt.
Die Elektromagnete 19 sind derart ausgelegt, dass eine von denselben im bestromten Zustand bereitgestellte Kraft größer als eine von dem oder jedem Permanentmagnet bereitgestellte Kraft ist, um so beim Bestromen der Elektromagnete 19 die Abdeckung 18 definiert zu verlagern.
Die hier vorliegende Erfindung schlägt demnach eine neuartige Ladeschnittstelle 10 für ein Kraftfahrzeug vor, die im Bereich eines Unterbodens 11 bzw. einer Unterbodenverkleidung 12 des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Ladeschnittstelle 10 verfügt über die gegeneinander abgedichteten Funktionsräume 13, 14, wobei der erste Funktionsraum 13 abgedichtet ist und elektrische Baugruppen 15 aufnimmt. Zwischen den beiden gegeneinander abgedichteten Funktionsräumen 14 erstreckt sich das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10, an welches ein Kontaktierungselement einer Ladevorrichtung angeschlossen werden kann. Das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 ist dabei gegenüber dem ersten Funktionsraum 13 abgedichtet, sodass weder Wasser noch sonstige Verunreinigungen über das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 in den ersten Funktionsraum 13 eindringen können. Dann, wenn die Abdeckung 18 die Öffnung 17 des zweiten Funktionsraums 14 freigibt, kann über die Öffnung 17 ausgehend vom zweiten Funktionsraum 14 das Kontaktierungselement der Ladevorrichtung an das Kontaktierungselement 16 der Ladeschnittstelle 10 angeschlossen werden kann. Dann, wenn die Abdeckung 18 die Öffnung 17 verschließt, verläuft die Abdeckung 18 plan bzw. oberflächenparallel zum Unterboden 11 bzw. zur Unterbodenverkleidung 12, um so eine aerodynamisch optimale Integration der Abdeckung 18 zu gewährleisten, wodurch die Entstehung von akustischen Störungen vermieden und ein günstiger cw-Wert gewährleistet wird. Die Abdeckung 18 kann über das Bestromen der Elektromagnete 19 verlagert werden. Die Elektromagnete 19 sind dabei innerhalb des zweiten Funktionsraums 14 angeordnet, ebenso wie die Permanentmagnete 20, welche die Abdeckung 18 auch bei abgestelltem Kraftfahrzeug und Bordnetz sicher in der Position halten, in welcher die Abdeckung 18 die Öffnung 17 verschließt. Der Antrieb über die Elektromagnete 19 ist nahezu verschleißfrei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014200290 A1 [0003]
WO 2019/060939 A1 [0003]
DE 102011082092 A1 [0003]
DE 202012003577 U1 [0003]

Claims

Ladeschnittstelle (10) zum elektrischen Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, die im Bereich eines Unterbodens (11) eines Fahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschnittstelle (10) gegeneinander abgedichtete Funktionsräume (13, 14) aufweist, wobei ein erster Funktionsraum (13) der Ladeschnittstelle (10) elektronische Baugruppen (15) abgedichtet gegenüber einem zweiten Funktionsraum (14) aufnimmt, wobei sich abgedichtet zwischen dem ersten Funktionsraum (13) und dem zweiten Funktionsraum (14) ein Kontaktierungselement (16) der Ladeschnittstelle (10) erstreckt, an dem ausgehend vom zweiten Funktionsraum (14) ein Kontaktierungselement einer Ladevorrichtung anschließbar ist, wobei der zweite Funktionsraum (14) der Ladeschnittstelle (10) eine Öffnung (17) aufweist, die von einer Abdeckung (18) abhängig von einer Position derselben im zweiten Funktionsraum (14) unter Abdecken des Kontaktierungselements (16) der Ladeschnittstelle (10) verschlossen oder unter Freigeben des Kontaktierungselements (16) der Ladeschnittstelle (10) geöffnet ist, wobei dann, wenn die Abdeckung (18) die Öffnung (17) des zweiten Funktionsraums (14) verschließt, eine Unterseite der Abdeckung (18) flächenbündig oder plan zu einer Unterseite des Unterbodens (11) des Fahrzeugaufbaus oder einer Unterbodenverkleidung (12) des Unterbodens (11) des Fahrzeugaufbaus verläuft.
Ladeschnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (18) ausschließlich im zweiten Funktionsraums (14) translatorisch verlagerbar ist.
Ladeschnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich parallel zu ersten Seitenrändern der Abdeckung (18) mehrere Elektromagnete (19) erstrecken, die zur Verlagerung der Abdeckung (18) bestrombar sind.
Ladeschnittstelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (19) in Verlagerungsrichtung der Abdeckung (18) hintereinander angeordnet sind.
Ladeschnittstelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (19) im zweiten Funktionsraum (14) der Ladeschnittstelle (10) angeordnet sind.
Ladeschnittstelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronik zum Bestromen der Elektromagnete (19) im ersten Funktionsraum (13) der Ladeschnittstelle (10) angeordnet ist.
Ladeschnittstelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich parallel zu einem zweiten Seitenrand der Abdeckung (18) mindestens ein Permanentmagnet (20) erstreckt, der dann, wenn die Abdeckung (18) die Öffnung (17) des zweiten Funktionsraums (14) verschließt, die Abdeckung (18) in Position hält.
Ladeschnittstelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (19) derart ausgelegt sind, dass eine von denselben im bestromten Zustand bereitgestellte Kraft größer als eine von dem oder jedem Permanentmagnet (20) bereitgestellte Kraft ist.
Ladeschnittstelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Permanentmagnet (20) im zweiten Funktionsraum (14) der Ladeschnittstelle (10) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug, mit einem mindestens eine elektrische Maschine aufweisenden Antriebsaggregat, mit einer Traktionsbatterie, um die mindestens eine elektrische Maschine des Antriebsaggregats mit Traktionsenergie zu versorgen, mit einem einen Unterboden (11) aufweisenden Fahrzeugaufbau, wobei im Bereich des Unterbodens (11) eine Ladeschnittstelle (10) zum elektrischen Laden der Traktionsbatterie ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschnittstelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.