DE102019212431B3

DE102019212431B3 - Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges

Info

Publication number: DE102019212431B3
Application number: DE102019212431.3A
Authority: DE
Inventors: Axel Ulrich; Stefanie Trott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: CN112421312A; CN112421312B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladedose (1) eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, umfassend Steckkontakte (4) für eine Ladespannung, Masse und Datenleitungen sowie ein Steuergerät (5), wobei das Steuergerät (5) mindestens Anschlüsse für Masse (PE) und die Datenleitungen (PP, CP) aufweist, wobei die Ladedose (1) mindestens ein Schaltelement (6) zur Erfassung eines vollständig gesteckten Ladesteckers (2) aufweist und wobei die Ladedose (1) derart ausgebildet ist, dass die Schalterstellung eine Spannungsänderung an mindestens einem Anschluss des Steuergerätes (5) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges.
Es existieren derzeit verschiedene Ladesysteme zum Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges. Aus verschiedenen Gründen ist dabei die Erkennung eines vollständigen Steckvorganges notwendig bzw. wünschenswert. Dabei sind weiter Ladesysteme bekannt, bei denen die Ladestecker mit einem Hebel (Latch) ausgebildet sind, der in eine Aufnahme an der Ladedose einrastet. Dabei ist es weiter bekannt, diesen Hebel mittels eines Aktuators zu verriegeln, insbesondere wenn die Ladeströme relativ groß sind (z. B. > 16 A).
Aus der DE 10 2011 056 558 A1 ist eine Sicherungsvorrichtung für eine elektrische Steckverbindung bekannt, wobei die Sicherungsvorrichtung ein Verriegelungselement aufweist, das wahlweise in eine Verriegelungsstellung oder eine Freigabestellung überführbar ist. Dabei greift das Verriegelungselement in der Verriegelungsstellung in eine Ausnehmung, Öffnung oder Nut ein. Weiter ist eine Sensorvorrichtung vorgesehen, die ermittelt, ob die Dimension und/oder die Form der Öffnung und/oder des Verriegelungselementes von einer Sollform oder -dimension abweicht, beispielsweise aufgrund einer Beschädigung.
Aus der DE 10 2010 044 138 A1 ist eine Ladeeinrichtung für ein Elektrofahrzeug mit einem Riegel für ein Verriegeln einer mechanischen Verbindung zwischen der Ladeeinrichtung und einer weiteren Ladeeinrichtung bekannt, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die im Fall einer Beschädigung der Halteöffnung der weiteren Ladeeinrichtung ein Bewegen des Riegels in Richtung seiner Verriegelungsstellung verhindert. Weiter kann ein Mikroschalter vorgesehen sein, der eine Ausgangsstellung eines Hebels, eine Endstellung des Hebels sowie mittelbar eine Verriegelungsstellung des Riegels detektiert, wobei in Abhängigkeit davon Bewegungsabläufe des Riegels gesteuert werden.
Aus der DE 10 2017 209 444 A1 ist eine Lade-Schnittstelle für ein Fahrzeug bekannt, die ein Gehäuse mit einer Frontseite und zumindest zwei an der Frontseite des Gehäuses angeordnete Leistungs-Kontaktteile umfasst, über die elektrische Energie zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs übertragen werden kann. Dabei sind die Leistungskontaktteile derart ausgebildet, an der Frontseite mit entsprechenden Leistungs-Kontaktteilen einer Schnittstelle eines Ladekabels jeweils eine elektrische Verbindung zu bilden. Die Lade-Schnittstelle weist eine kanalförmige Öffnung auf, die sich von der Frontseite des Gehäuses her in das Innere des Gehäuses erstreckt, wobei in der Öffnung ein beweglicher Stift angeordnet ist, der durch eine von der Frontseite her kommenden Kraft aus einer Basisstellung in eine zweite Stellung überführt werden kann. Weiter weist die Lade-Schnittstelle zumindest ein Mittel zur Ermittlung von Stellungs-Informationen auf, mittels derer die Stellung des Stiftes abtragbar ist. Eine Steuereinheit ist derart ausgebildet, auf Basis der Stellungs-Information einen Betriebszustand der Lade-Schnittstelle zu bestimmen. Vorzugsweise umfasst das Mittel zur Ermittlung von Stellungs-Informationen einen Schalter oder Taster, der durch den Stift betätigt wird, wenn der Stift in die zweite Stellung bewegt wird, wobei die Stellungs-Information ein Signal des Schalters umfasst. Weiter umfasst das Mittel zur Ermittlung von Stellungs-Information ein Widerstandsnetzwerk. Dabei weist der Stift zumindest einen elektrisch leitenden Bereich auf, mit dem in Abhängigkeit von der Stellung des Stiftes eine Konfiguration des Widerstandsnetzwerkes verändert werden kann. Diese Spannungsänderung wird dann von der Stellungs-Information berücksichtigt.
Aus der US 2011/0300733 A1 ist eine Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs bekannt, umfassend Steckkontakte für eine Ladespannung, Masse und Datenleitungen sowie ein Steuergerät.
Aus der DE 103 40 981 A1 ist eine Vorrichtung zur Überprüfung von elektrischen Steckverbindungen von Steckverbindern mit Rastverriegelung bekannt, wobei am Rasthaken des Steckers ein kleines Metallplättchen angeordnet ist, das zwei Kontakte am Steckergehäuse nach erfolgreicher Verriegelung elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei die Kontakte über Leiter mit einer Auswerteschaltung verbunden sind.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Ladedose zu schaffen, die einen vollständigen Steckvorgang mit einem Ladestecker erfasst und einfach im Aufbau ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges umfasst Steckkontakte für eine Ladespannung, Masse und Datenleitungen sowie ein Steuergerät, wobei das Steuergerät mindestens Anschlüsse für Masse und die Datenleitungen aufweist. Die Ladedose weist mindestens ein Schaltelement zur Erfassung eines vollständig gesteckten Ladesteckers auf, wobei die Ladedose derart ausgebildet ist, dass die Schalterstellung eine Spannungsänderung an mindestens einem Anschluss des Steuergerätes bewirkt. Somit kann der Steckvorgang vollständig durch die fahrzeugseitige Ladedose überprüft werden, sodass beispielsweise das Fahrzeug bei Manipulationen oder Beschädigungen des Ladesteckers den Ladevorgang unterbinden kann. Des Weiteren lässt sich eine Spannungsänderung an mindestens einem Anschluss des Steuergerätes sehr einfach umsetzen. Vorzugsweise wird eine Spannungsänderung zwischen einem Anschluss und Masse ausgewertet. Dabei kann der Anschluss grundsätzlich ein separater Anschluss sein. Vorzugsweise ist der Anschluss jedoch ein bereits vorhandener Anschluss für die Steuerleitungen. Diese Anschlüsse weisen bereits Spannungsbereiche auf, in denen das Steuergerät einen Fehler erkennt. Daher kann beispielsweise die Verschaltung des Schaltelementes derart ausgebildet sein, dass die Spannung am Anschluss einen Fehler anzeigt, wenn das Schaltelement keinen vollständigen Steckvorgang detektiert. Der Vorteil ist dann, dass die Programmierung des Steuergerätes nicht verändert werden muss, sondern nur durch eine externe Widerstandsbeschaltung mit Mikroschalter/Schaltelement ergänzt werden muss. Es kann aber auch ein eigener Spannungsbereich vorgesehen sein. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass das Schaltelement ohne Ladestecker offen ist und mit vollständig gestecktem Ladestecker geschlossen ist. Umgekehrte Ausführungen sind jedoch auch möglich.
Weiter weist die Ladedose eine Aufnahme für einen Hebel eines Ladesteckers auf, wobei das Schaltelement in der Aufnahme für den Hebel angeordnet ist.
Dabei ist das Schaltelement als Mikroschalter ausgebildet, wobei der Mikroschalter durch eine eintauchende Rastnase eines Hebels eines Ladesteckers betätigbar ist.
Vorzugsweise ist die Aufnahme derart ausgebildet, eine Rastnase eines Hebels eines Ladesteckers aufzunehmen, wobei das Schaltelement im Bodenbereich der Aufnahme angeordnet ist. Somit wird eine ordnungsgemäße Verrastung und damit Steckung des Ladesteckers erfasst.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät derart ausgebildet, ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn ein geschlossenes Schaltelement detektiert wird, die Signale auf den Datenleitungen jedoch das Fehlen eines Ladesteckers signalisieren. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass das Schaltelement defekt ist. Ergänzend oder alternativ kann auch das Fehlen eines Widerstandes des Ladesteckers erfasst werden und daraus auf einen Defekt geschlossen werden.
Vorzugsweise ist das Schaltelement mit einem PP-Kontakt (Proximity Pilot / Plug Present) der Ladedose verbunden, was vorteilhaft ist, da dessen Signale vom Steuergerät erzeugt werden. Des Weiteren existiert bereits entsprechende Software zur Fehlerinterpretation im Steuergerät, die nur ergänzt werden muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen PP-Kontakt und Masse ein zusätzlicher Widerstand geschaltet, zu dem parallel das Schaltelement angeordnet ist. Somit wird über das Schaltelement der Widerstand kurzgeschlossen, was dann eine entsprechende Spannungsänderung bewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ladedose mit einem Aktuator ausgebildet, der mindestens eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, wobei in der zweiten Stellung ein Ladestecker verriegelt ist. Somit wird wirkungsvoll verhindert, den Ladestecker während des Ladens zu ziehen. Vorzugsweise ist das Steuergerät derart ausgebildet, den Aktuator erst dann von der ersten in die zweite Stellung zu bewegen, wenn über das Schaltelement ein vollständig gesteckter Ladestrecker detektiert wurde.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuergerät derart ausgebildet, bei Erfassung eines nicht vollständig gesteckten Ladesteckers den Ladevorgang zu verhindern oder zu begrenzen. So kann beispielsweise bei einem nicht vollständig gesteckten Stecker (z. B. weil die Rastnase des Hebels abgebrochen ist) die Ladestromstärke auf einen Wert (z. B. 1 A) begrenzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:

1 eine Ladedose mit einem Ladestecker in einer ersten Ausführungsform und
2 eine Ladedose mit alternativen, nicht-anspruchsgemäßen Einbauorten eines Schaltelementes.

In der 1 ist schematisch eine Ladedose 1 sowie ein Ladestecker 2, der zu Beginn eines Steckvorganges positioniert ist, dargestellt. Die Ladedose 1 weist ein Gehäuse 3 auf, wobei in dem Gehäuse Steckkontakte 4 für mindestens eine Spannungsphase L1, einen Neutralleiter N, eine Masse PE sowie Datenleitungen PP, CP angeordnet sind. Dabei ist das Bezugszeichen nur an dem Kontakt 4 für die CP-Leitung eingezeichnet. Dabei ist die Datenleitung CP (Control Pilot) eine Datenleitung, über die eine Ladestation eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges mitteilt, welcher Ladestrom maximal zur Verfügung steht. Über die PP-Leitung (Proximity Pilot / Plug Present) kann eine Steckersteckung und eine zulässige Belastung des Ladekabels erkannt werden. Weiter weist die Ladedose 1 ein Steuergerät 5 auf, das mindestens Anschlüsse für die PP-, CP- und PE-Leitung aufweist. Zwischen einer Betriebsspannung V+ und der PP-Leitung ist ein erster Widerstand R1 angeordnet. Zwischen der PP-Leitung und der Masse-Leitung PE ist eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand R2 und einem dritten Widerstand R3, wobei parallel zu dem dritten Widerstand R3 ein Schaltelement 6 geschaltet ist, wobei das Schaltelement 6 in einer Aufnahme 7 der Ladedose 1 für eine Rastnase 8 eines Hebels 9 des Ladesteckers 2 angeordnet ist. Weiter weist die Ladedose 1 einen Aktuator 10 mit einem Riegel 11 auf, der mindestens eine erste Stellung und eine zweite Stellung einnehmen kann und vorzugsweise durch das Steuergerät 5 angesteuert wird. In der 1 ist der Aktuator 10 in der zweiten Schaltstellung dargestellt, wobei in der ersten Schaltstellung der Riegel 11 in die Ladedose 1 eingefahren ist.
Die Funktionsweise der Ladedose 1 soll nun kurz erläutert werden. Bevor der Ladestecker 2 gesteckt wird, ist der Riegel 11 in der ersten Schaltstellung und in die Ladedose 1 eingefahren. Die Widerstände R1 sowie die Reihenschaltung aus R2 und R3 bilden einen Spannungsteiler, sodass sich zwischen PP-Leitung und Masse PE eine vorbestimmte Spannung einstellt, die durch das Steuergerät 5 erfasst wird. Solange R3 wirksam ist, unterbindet das Steuergerät 5 den Ladevorgang bzw. begrenzt diesen. Wird nun der Ladestecker 2 gesteckt, so dringen Kontakte 12 in die Kontakte 4 der Ladedose 1 ein. Gleichzeitig wird der Hebel 9 über einen Drehpunkt 13 nach oben geschwenkt. Durch dieses Hochschwenken wird ein Schaltelement 14 im Ladestecker 2 geschlossen. Die Rastnase 8 kann über die Aufnahme 7 geführt und der Hebel 9 zurückgeschwenkt werden. Taucht dann die Rastnase 8 in die Aufnahme 7 vollständig ein, so betätigt die Rastnase 8 das Schaltelement 6, das dadurch geschlossen wird. Hierdurch wird der Widerstand R3 durch das Schaltelement 6 kurzgeschlossen und der Spannungsteiler wird nur noch durch R1 und R2 gebildet. Diese Spannungsänderung wird vom Steuergerät 5 erfasst und auf einen vollständigen Steckvorgang geschlossen. Der Aktuator 10 wird in die zweite Schaltstellung gefahren, sodass sich der Riegel 11 über den Hebel 9 bewegt und so den Ladestecker 2 verriegelt. Ist hingegen die Rastnase 8 nicht vorhanden (z. B. abgebrochen), so könnte der Riegel 11 nicht verhindern, dass der Ladestecker 2 unter Spannung gezogen werden kann. Durch das Schaltelement 6 wird jedoch zuverlässig das Vorhandensein der Rastnase 8 detektiert und nur dann der Ladevorgang freigegeben.
Somit wird sichergestellt, dass ein Ladevorgang nur durchgeführt wird, wenn der Ladestecker 2 sicher verriegelt werden kann. Dabei sei angemerkt, dass aus Gründen der Einfachheit, die dargestellten Widerstände im Ladestecker 2 nicht betrachtet worden, die ebenfalls den Spannungsteiler beeinflussen. Das Schaltelement 6 ist dabei als Mikroschalter ausgebildet.
Die Widerstände im Ladestecker 2 können jedoch vorteilhafterweise zur Überprüfung des Schaltelements 6 herangezogen werden. Wie bereits ausgeführt, beeinflusst der Widerstand R4 im Ladestecker den Spannungsteiler, da dieser (Schaltelement 14 geschlossen) parallel zu dem Spannungsteiler R2 oder R2 in Reihe mit R3 liegt. Ist nun das Schaltelement 6 defekt und beispielsweise immer geschlossen, so kann das Steuergerät 5 anhand des Fehlens von der Spannungsänderung aufgrund von R4 feststellen, dass das Schaltelement 6 ohne Vorhandensein eines Ladesteckers 2 geschlossen ist. Das Steuergerät 5 kann dann eine entsprechende Fehlermeldung generieren.
In der 2 ist schematisch die Ladedose 1 ohne Steuergerät 5 dargestellt, wobei alternative Einbauorte für das Schaltelement 6 dargestellt sind. So kann das Schaltelement 6 ober- oder unterhalb der Kontakte 4 oder unterhalb des Riegels 11 des Aktuators 10 angeordnet sein, um so einen vollständigen Steckvorgang zwischen Ladestecker 2 und Ladedose 1 zu detektieren. Die zugehörigen Widerstände sind aus Übersichtsgründen nicht dargestellt.
Bezugszeichenliste

1): Ladedose
2): Ladestecker
3): Gehäuse
4): Steckkontakte
5): Steuergerät
6): Schaltelement
7): Aufnahme
8): Rastnase
9): Hebel
10): Aktuator
11): Riegel
12): Kontakte
13): Drehpunkt
14): Schaltelement
CP): Datenleitung
L1): Spannungsphase
N): Neutralleiter
PE): Masse
PP): Datenleitung
R1, R2, R3, R4): Widerstände
V+): Betriebsspannung

Claims

Ladedose (1) eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, umfassend Steckkontakte (4) für eine Ladespannung (L1, N), Masse (PE) und Datenleitungen (PP, CP) sowie ein Steuergerät (5), wobei das Steuergerät (5) mindestens Anschlüsse für Masse (PE) und die Datenleitungen (PP, CP) aufweist, wobei die Ladedose (1) mindestens ein Schaltelement (6) zur Erfassung eines vollständig gesteckten Ladesteckers (2) aufweist, wobei die Ladedose (1) derart ausgebildet ist, dass eine Schalterstellung des Schaltelements (6) eine Spannungsänderung an mindestens einem der Anschlüsse des Steuergerätes (5) bewirkt, wobei die Ladedose (1) eine Aufnahme (7) für einen Hebel (9) des Ladesteckers (2) aufweist, wobei das Schaltelement (6) in der Aufnahme (7) für den Hebel (9) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (6) als Mikroschalter ausgebildet ist, wobei der Mikroschalter durcheine eintauchende Rastnase (8) des Hebels (9) des Ladesteckers (2) betätigbar ist.
Ladedose (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) im Bodenbereich der Aufnahme (7) angeordnet ist.
Ladedose (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (5) derart ausgebildet ist, ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn ein geschlossenes Schaltelement (6) detektiert wird, die Signale auf den Datenleitungen (PP, CP) jedoch das Fehlen des Ladesteckers (2) signalisieren.
Ladedose (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) mit einem PP-Kontakt (4) der Ladedose (1) verbunden ist.
Ladedose (1) nach einem der gekennzeichnet, dass zwischen PP-Kontakt (4) und Masse (PE) ein zusätzlicher Widerstand (R3) geschaltet ist, zu dem parallel das Schaltelement (6) angeordnet ist.
Ladedose (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladedose (1) mit einem Aktuator (10) ausgebildet ist, der mindestens eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, wobei in der zweiten Stellung der Ladestecker (2) verriegelt ist.
Ladedose (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (5) derart auLadedose (1) nach Anspruch 6, dadurchsgebildet ist, den Aktuator (10) erst dann von der ersten in die zweite Stellung zu bewegen, wenn über das Schaltelement (6) der vollständig gesteckter Ladestrecker (2) detektiert wurde.
Ladedose (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (5) derart ausgebildet ist, bei Erfassung des nicht vollständig gesteckten Ladesteckers (2) den Ladevorgang zu verhindern oder zu begrenzen.