DE102020101019A1

DE102020101019A1 - Steckverbinderteil mit einer Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102020101019A1
Application number: DE102020101019.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Kroner; Philipp Leifer
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-07-22
Also published as: US20230036106A1; EP4091219A1; WO2021144099A1; CN114982075A

Abstract

Ein Steckverbinderteil (4) zum steckenden Verbinden mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil (30, 31) umfasst ein steckend mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) zu verbindendes Gehäuseteil (40) und eine Verriegelungseinrichtung (45) zum Verriegeln des Gehäuseteils (40) mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) in einer verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung (45). Das Steckverbinderteil (4) weist eine Sensoreinrichtung (6) mit einem Sensor (61) zum Erzeugen eines von einer Kraft zwischen dem Steckverbinderteil (4) und dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) in der verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung (45) abhängigen Sensorsignals auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderteil zum steckenden Verbinden mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein System zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs mit einem Steckverbinderteil und ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs.
Ein derartiges Steckverbinderteil umfasst ein steckend mit dem Gegensteckverbinderteil zu verbindendes Gehäuseteil und eine Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln des Gehäuseteils mit dem Gegensteckverbinderteil in einer verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung.
Ein solches Steckverbinderteil kann beispielsweise Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sein. Ein Steckverbinderteil kann hierbei beispielsweise eine Ladebuchse (Inlet) auf Seiten eines Elektrofahrzeugs verwirklichen, in die ein Gegensteckverbinderteil in Form eines Ladesteckers (Connector) an einem Ladekabel eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine Verbindung zwischen dem Elektrofahrzeug und einer Ladestation herzustellen und elektrische Ströme zum Aufladen des Elektrofahrzeugs zu übertragen.
Denkbar ist grundsätzlich aber auch, ein Steckverbinderteil in anderer Anwendung zum Übertragen von Strömen einzusetzen.
Das Steckverbinderteil weist eine Verriegelungseinrichtung auf, die dazu dient, das Steckverbinderteil in einem verbundenen Zustand mit dem Gegensteckverbinderteil so zu verriegeln, dass das Steckverbinderteil und das Gegensteckverbinderteil nicht ohne weiteres voneinander gelöst werden können. Durch eine solche Verriegelung kann zum einen ein unbeabsichtigtes Trennen des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils voneinander verhindert werden. Zudem kann über eine solche Verriegelung auch bewirkt werden, dass die Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil nur durch einen autorisierten Nutzer aufgehoben werden kann.
Bei einem aus der DE 10 2017 207 720 A1 bekannten Verfahren zum komfortablen Entsichern einer physischen Ladekabelverriegelung wird ein Transponder verwendet, der mittels einer Funkverbindung mit einem Elektrofahrzeug kommuniziert, wobei in Abhängigkeit von einer Autorisierung durch den Transponder eine Verriegelungseinrichtung für ein Ladekabel entriegelt wird. Zusätzlich kann ein Beschleunigungssensor in eine Ladedose oder einen Ladestecker integriert sein, der einen Betätigungswunsch erkennt.
Die DE 10 2012 216 335 A1 beschreibt eine Ladevorrichtung, bei der an einem Ladekabel ein Kraftsensor zum Messen einer Kraft an dem Ladekabel angeordnet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steckverbinderteil zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil sowie ein System zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs und ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs zur Verfügung zu stellen, die eine einfache, sichere Handhabung insbesondere zum Trennen des Steckverbinderteils von dem Gegensteckverbinderteil ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist das Steckverbinderteil eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor zum Erzeugen eines von einer Kraft zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil in der verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung abhängigen Sensorsignals auf.
An dem Steckverbinderteil ist eine Sensoreinrichtung angeordnet, die dazu dient, ein Sensorsignal zu erzeugen, das mit der Kraft zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil korreliert ist, das also ausgewertet werden kann, um auf eine Kraft oder Kraftänderung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil zu schließen. Ist das Steckverbinderteil mit dem Gegensteckverbinderteil verriegelt, befindet sich die Verriegelungseinrichtung also in ihrer verriegelten Stellung, so kann eine Krafteinwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil auf einen Betätigungswunsch eines Nutzers zum Lösen des Steckverbinderteils und des Gegensteckverbinderteils voneinander hindeuten, sodass in Abhängigkeit von dem Sensorsignal der Sensoreinrichtung die Verriegelungseinrichtung angesteuert werden kann, um beispielsweise die Verriegelungseinrichtung in ihren entriegelten Zustand zu überführen und somit ein Lösen des Steckverbinderteils von dem Gegensteckverbinderteil zu ermöglichen.
Unterschiedliche Szenarien sind hierbei denkbar.
So kann eine Auswertung des Sensorsignals dazu verwendet werden, einem Nutzer in einfacher, komfortabler Weise ein Lösen des Steckverbinderteils von dem Gegensteckverbinderteil zum Beispiel zum Beenden eines Ladevorgangs zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs zu ermöglichen. Eine Autorisierung eines Nutzers kann hierbei beispielsweise in drahtloser Weise über ein Autorisierungsgerät erfolgen, zum Beispiel in Form eines aktiv zu betätigenden Funkschlüssels oder in Form eines drahtlos auslesbaren Autorisierungstokens (im Rahmen von zum Beispiel sogenannten Keyless-Entry-Systemen). Ist ein Nutzer autorisiert und wird festgestellt, dass eine Kraft zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil wirkt, so kann die Verriegelungseinrichtung angesteuert und dadurch entriegelt werden, sodass ein Nutzer das Steckverbinderteil und das Gegensteckverbinderteil voneinander trennen kann.
Eine Auswertung des Sensorsignals des Sensors der Sensoreinrichtung kann auch für eine Erhöhung der Sicherheit gegen einen unberechtigten Zugriff auf das Steckverbinderteil genutzt werden. So kann, wenn keine Autorisierung eines Nutzers zum Beispiel über einen Funkschlüssel oder einen Autorisierungstoken erfolgt ist, bei einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil auf einen unberechtigten Zugriff geschlossen werden. Übersteigt die Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil beispielsweise einen vorbestimmten Schwellwert, so kann beispielsweise ein Alarm ausgelöst werden, indem eine Alarmanlage des Elektrofahrzeugs angesteuert wird.
Eine Auswertung des Sensorsignals des Sensors der Sensoreinrichtung kann auch zum Bauteilschutz verwendet werden. So kann durch Auswertung des Sensorsignals und somit durch Ermitteln einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil detektiert werden, ob gegebenenfalls eine (unzulässig) hohe Belastung an der Verriegelungseinrichtung vorliegt, beispielsweise durch Schwerkraftwirkung bei schweren Steckverbindern oder bei einer miteinander verkanteten Verbindung, sodass in einem solchen Fall ein Entriegeln der Verriegelungseinrichtung verhindert wird. Erst bei Reduzierung der Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil und einer damit verbundenen Entlastung einer Verriegelungseinrichtung, festgestellt über die Sensoreinrichtung und die Auswertung des Sensorsignals, wird dann beispielsweise die Verriegelungseinrichtung zum Entriegeln angesteuert, wobei ein Nutzer beispielsweise über ein akustisches oder optisches Signal auf eine die Entriegelung verhindernde Belastung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil hingewiesen werden kann.
Der Sensor der Sensoreinrichtung kann beispielsweise durch einen FSR-Sensor, einen Piezosensor, einen kapazitiven Sensor oder einen Dehnungsmessstreifen verwirklicht sein. Bei einem FSR-Sensor (FSR steht für den (markenrechtlich in den USA geschützten) Begriff „Force Sensing Transistor“) handelt es sich um einen Kraftsensor unter Verwendung eines elektrischen Widerstands, der unter Druck- oder sonstiger Kraftwirkung seinen Widerstandswert verändert. Ein Piezosensor (kurz für piezoelektrischer Sensor) kann als Drucksensor ausgestaltet sein und wandelt ein anliegendes mechanisches Signal in ein elektrisches Spannungssignal. Mittels eines kapazitiven Sensors kann ein Sensorsignal erzeugt werden, das mit einer zu messenden Kraft korreliert ist, beispielsweise indem ein Abstand zwischen Elektroden des Sensors unter Kraftwirkung verändert wird. Ein Dehnungsmessstreifen ändert bei Verformung seinen elektrischen Widerstand, sodass anhand eines unter Verwendung des Dehnungsmessstreifens erzeugten Sensorsignals auf eine die Verformung bewirkende Kraft zurückgeschlossen werden kann.
In einer Ausgestaltung weist das Gehäuseteil eine Wandung auf, die bei steckend mit dem Gegensteckverbinderteil verbundenem Steckverbinderteil dem Gegensteckverbinderteil zugewandt ist, wobei die Sensoreinrichtung an der Wandung angeordnet ist. In diesem Fall ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, in Wechselwirkung mit dem Gegensteckverbinderteil zu treten, beispielsweise indem die Sensoreinrichtung an einem Steckabschnitt des Steckverbinderteils angeordnet ist, der bei steckendem Verbinden mit dem Gegensteckverbinderteil in Wechselwirkung tritt. Über die Sensoreinrichtung wird in diesem Fall unmittelbar eine zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil wirkende Kraft gemessen.
In anderer Ausgestaltung kann das Steckverbinderteil eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Steckverbinderteils an einer Tragbaugruppe aufweisen, wobei die Sensoreinrichtung an der Befestigungseinrichtung angeordnet ist. Das Steckverbinderteil kann beispielsweise an dem Gehäuseteil geformte Befestigungsösen aufweisen, über die das Steckverbinderteil mit der zugeordneten Tragbaugruppe, beispielsweise einem Karosserieabschnitt eines Elektrofahrzeugs, verbunden werden kann. Die Sensoreinrichtung kann hierbei dazu ausgebildet sein, eine Kraft zwischen der Befestigungseinrichtung und der Tragbaugruppe oder eine Kraft im sonstigen Kraftfluss zwischen der Tragbaugruppe und dem Gegensteckverbinderteil zu messen. Dadurch, dass eine Kraft über die Sensoreinrichtung im Kraftfluss gemessen wird, kann durch eine solche Kraftmessung auf eine zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil wirkende Kraft oder eine Kraftänderung zurückgeschlossen werden.
In einer Ausgestaltung weist die Sensoreinrichtung ein Wirkelement auf, das ausgebildet ist, bei mit dem Gegensteckverbinderteil verbundenem Steckverbinderteil mit dem Gegensteckverbinderteil wechselzuwirken. Das Wirkelement kann beispielsweise zumindest abschnittsweise elastisch ausgestaltet sein, sodass das Wirkelement bei einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil elastisch verformt werden kann, wobei in Abhängigkeit einer solchen elastischen Verformung über die Sensoreinrichtung ein Sensorsignal erzeugt werden kann, das korreliert ist mit einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil.
Der Sensor kann beispielsweise an dem Wirkelement angeordnet sein.
Beispielweise kann das Wirkelement einen elastisch verformbaren Federarm aufweisen, der ein Anlageelement zum Wechselwirken mit dem Gegensteckverbinderteil aufweist. Bei einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil und bei einer (geringfügigen) Lageänderung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil kommt es zu einer Auslenkung an dem Federarm, die zum Erzeugen eines Sensorsignals an der Sensoreinrichtung führt und ausgewertet werden kann, um auf eine Kraft oder Kraftänderung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil zu schließen.
Das Anlageelement kann beispielsweise durch eine an den Federarm geformte Fase verwirklicht sein, auf die das Gegensteckverbinderteil bei steckendem Verbinden mit dem Steckverbinderteil auflaufen kann. Über das Anlageelement gelangt der Federarm somit in Anlage mit dem Gegensteckverbinderteil, sodass bei einer Lageänderung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil eine Auslenkung an dem Federarm auftritt, die durch die Sensoreinrichtung aufgenommen und ausgewertet werden kann.
In einer Ausgestaltung ist der Sensor an dem Federarm angeordnet. Beispielsweise kann ein als Dehnungsmessstreifen ausgebildeter Sensor eine Verformung an dem Federarm messen und somit ein Sensorsignal erzeugen, das korreliert ist mit einer Kraftwirkung auf den Federarm, die wiederum abhängig ist von einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil.
In einer Ausgestaltung weist die Sensoreinrichtung einen Stützabschnitt auf, wobei der Sensor an dem Stützabschnitt angeordnet ist. Der Federarm ist in diesem Fall ausgebildet, mit dem Sensor wechselzuwirken. Der Sensor kann in diesem Fall beispielsweise als kapazitiver Sensor oder als piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein, wobei eine Lageänderung zwischen dem Federarm und dem Stützabschnitt oder eine Druckänderung zwischen dem Federarm und dem Stützabschnitt über die Sensoreinrichtung aufgenommen und gemessen werden kann, um auf eine Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil zu schließen.
Ein System zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs weist, in einer Ausgestaltung, ein Steckverbinderteil der vorangehend beschriebenen Art und eine Steuereinrichtung auf. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, ein durch den Sensor der Sensoreinrichtung erzeugtes Sensorsignal auszuwerten und die Verriegelungseinrichtung in Abhängigkeit von dem durch den Sensor erzeugten Sensorsignal zum Überführen aus der verriegelten Stellung in eine entriegelte Stellung anzusteuern. Eine Entriegelung der Verriegelungseinrichtung erfolgt somit in Abhängigkeit von dem durch die Sensoreinrichtung erzeugten Sensorsignal. Wird eine Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil festgestellt, die beispielsweise auf einen Betätigungswunsch eines Nutzers hindeutet, so kann die Verriegelungseinrichtung zum Aufheben der Verriegelung angesteuert werden, sodass ein Nutzer das Steckverbinderteil und das Gegensteckverbinderteil voneinander trennen kann.
Unter Verwendung der Sensoreinrichtung kann, durch Auswertung mittels der Steuereinrichtung, eine absolute Kraft zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil bestimmt werden. Denkbar ist insbesondere aber auch, eine relative Kraftänderung zu bestimmen, um durch Auswertung des Sensorsignals darauf zu schließen, ob sich eine gerade zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil wirkende Kraft ändert, was gegebenenfalls auf einen Betätigungswunsch eines Nutzers hinweisen kann. Entscheidend ist dabei gegebenenfalls nicht, dass die zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil wirkende Kraft exakt bestimmt wird. Bedeutend ist vielmehr, in einer Ausgestaltung, dass eine Kraftänderung zum Beispiel infolge einer Lageänderung des Steckverbinderteils zu dem Gegensteckverbinderteil zu einem Sensorsignal oder einer detektierbaren Änderung in dem durch den Sensor der Sensoreinrichtung erzeugten Sensorsignal führt, was entsprechend ausgewertet werden kann und einen Rückschluss darüber erlaubt, dass sich eine Kraft zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil geändert hat.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, die Verriegelungseinrichtung zum Überführen in die entriegelte Stellung anzusteuern, wenn der die Kraftänderung angebende Messwert einen Schwellwert übersteigt. Übersteigt der durch die Sensoreinrichtung ausgegebene Wert der Kraftänderung einen vorbestimmten Schwellwert, so wird davon ausgegangen, dass ein Betätigungswunsch eines Nutzers vorliegt, sodass die Verriegelungseinrichtung zum Entriegeln angesteuert wird.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Verriegelungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Sensorsignal und in Abhängigkeit von einer Autorisierungsinformation zur Autorisierung eines Nutzers anzusteuern. Die Steuereinrichtung wertet somit aus, ob beispielsweise eine hinreichend große Kraftänderung an dem Steckverbinderteil auftritt und ob zusätzlich eine Autorisierung eines Nutzers stattgefunden hat. Nur wenn das Sensorsignal der Sensoreinrichtung auf einen Betätigungswunsch eines Nutzers hindeutet und zusätzlich eine Autorisierung erfolgt ist, wird die Verriegelungseinrichtung zum Entriegeln angesteuert, sodass ein Nutzer die Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil lösen kann.
Eine Autorisierung kann beispielsweise drahtlos erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Autorisierungsgeräts in Form eines Funkschlüssels oder eines Autorisierungstokens. Ein Autorisierungstoken kann beispielsweise drahtlos ausgelesen werden, sodass die Steuereinrichtung eine Autorisierungsinformation erhält, sobald ein Nutzer mit einem autorisierten Autorisierungstoken sich in der Umgebung des Elektrofahrzeugs befindet. Die Autorisierung kann somit selbsttätig und ohne Zutun eines Nutzers erfolgen.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs gelöst. Das Elektrofahrzeug weist ein steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil verbindbares Steckverbinderteil mit einem steckend mit dem Gegensteckverbinderteil zu verbindenden Gehäuseteil und einer Verriegelungseinrichtung auf. Bei dem Verfahren wird das Gehäuseteil des Steckverbinderteils über die Verriegelungseinrichtung mit dem Gegensteckverbinderteil verriegelt. Bei dem Verfahren ist weiter vorgesehen, dass ein Sensor einer Sensoreinrichtung des Steckverbinderteils ein von einer Kraft zwischen dem Steckverbinderteil und dem Gegensteckverbinderteil in der verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung abhängiges Sensorsignal erzeugt. Die Verriegelungseinrichtung wird in Abhängigkeit von dem durch den Sensor erzeugten Sensorsignal zum Überführen aus einer verriegelten Stellung in eine entriegelte Stellung angesteuert.
Die vorangehend für das Steckverbinderteil und das System zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen finden analog auch auf das Verfahren Anwendung.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (Elektrofahrzeug) mit einem Ladekabel und einer Ladestation zum Aufladen;
2 eine schematische Ansicht eines Steckverbinderteils zusammen mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil;
3 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils in Form einer Ladebuchse auf Seiten eines Elektrofahrzeugs;
4 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Sensoreinrichtung;
5 eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Sensoreinrichtung;
6 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils in Form einer Ladebuchse;
7 eine Ansicht einer Befestigungseinrichtung des Steckverbinderteils mit einer daran angeordneten Sensoreinrichtung;
8 eine Ansicht einer Befestigungseinrichtung des Steckverbinderteils mit einer daran angeordneten Sensoreinrichtung, nach einem anderen Ausführungsbeispiel;
9A eine schematische Prinzipskizze einer Verbindung eines Steckverbinderteils mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil;
9B die Ansicht gemäß 9A, bei einer (übertrieben dargestellten) Lageänderung des Steckverbinderteils zu dem Gegensteckverbinderteil;
10A eine schematische Prinzipskizze einer Verbindung eines Steckverbinderteils mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil, nach einem anderen Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung; und
10B die Ansicht gemäß 10A, bei einer (übertrieben dargestellten) Lageänderung des Steckverbinderteils zu dem Gegensteckverbinderteil.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug 1 in Form eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs (bezeichnet auch als Elektrofahrzeug). Das Elektrofahrzeug 1 verfügt über elektrisch aufladbare Batterien, über die ein Elektromotor zum Fortbewegen des Fahrzeugs 1 elektrisch versorgt werden kann.
Um die Batterien des Fahrzeugs 1 aufzuladen, kann das Fahrzeug 1 über ein Ladekabel 3 an eine Ladestation 2 angeschlossen werden. Das Ladekabel 3 kann hierzu mit einem Steckverbinderteil 30 in Form einer Ladesteckers an einem Ende in ein zugeordnetes Steckverbinderteil 4 in Form einer Ladebuchse des Fahrzeugs 1 eingesteckt werden und steht an seinem anderen Ende über ein Steckverbinderteil 31 mit einem Steckverbinderteil 4 der Ladestation 2 in Verbindung. Über das Ladekabel 3 werden Ladeströme mit vergleichsweise großer Stromstärke hin zum Fahrzeug 1 übertragen, um das Fahrzeug 1 aufzuladen.
Wie dies in 2 schematisch anhand des Beispiels des Steckverbinderteils 4 in Form der Ladebuchse auf Seiten des Fahrzeugs 1 und des Steckverbinderteils 30 in Form des Ladesteckers am Ladekabel 3 veranschaulicht ist, stehen die Steckverbinderteile 4, 30, 31 in verbundenem Zustand so miteinander in Eingriff, dass sowohl eine mechanische Verbindung als auch eine elektrische Kontaktierung zum Übertragen von Ladeströmen hergestellt ist.
Das Steckverbinderteil 4 (das auf Seiten des Fahrzeugs 1 und der Ladestation 2 gleich ausgestaltet sein kann) bildet bei dem dargestellten Beispiel eine Stecköffnung in einem Gehäuseteil 40 aus, in die das zugeordnete Steckverbinderteil 30 mit einem Steckabschnitt 300 eingesteckt werden kann. Innerhalb der Stecköffnung kontaktieren elektrische Kontaktelemente am Steckabschnitt 300 mit Kontaktelementen des Steckverbinderteils 4, sodass eine elektrische Verbindung zwischen den Steckverbinderteilen 4, 30 hergestellt ist.
Wie schematisch in 2 dargestellt ist, kann beispielsweise an dem Steckverbinderteil 4 auf Seiten des Fahrzeugs 1 (genauso aber auch an dem Steckverbinderteil 4 auf Seiten der Ladestation 2) eine Verriegelungseinrichtung 45 vorgesehen sein, die dazu dient, in verbundener Stellung eine Verriegelung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 herzustellen, sodass die Steckverbinderteile 4, 30 mechanisch zueinander gesichert sind und nicht ohne weiteres, jedenfalls nicht ohne Lösen der Verriegelung, voneinander gelöst werden können. Die Verriegelungseinrichtung 45 kann hierzu beispielsweise ein Verrieglungselement 450, zum Beispiel in Form eines Stifts, aufweisen, das über einen Stellantrieb 451 verstellt werden kann und in einer verriegelten Stellung mechanisch mit dem Steckverbinderteil 30, insbesondere dem Steckabschnitt 300 des Steckverbinderteils 30, so in Eingriff ist, dass die Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil 4, 30 gesichert ist.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 4 in Form einer Ladebuchse, die über Befestigungseinrichtungen 43 in Form von Befestigungsösen an einer zugeordneten Tragbaugruppe 46 beispielsweise des Fahrzeugs 1 festgelegt ist und somit über die Befestigungseinrichtungen 43 fest montiert ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem Gehäuseteil 40 Steckabschnitte 400, 401 geformt, an denen jeweils Kontaktelemente 41, 42 zum steckenden Verbinden mit zugeordneten Kontaktelementen des Steckverbinderteils 30 angeordnet sind. Die Steckabschnitte 400, 401 sind über einen Zwischenraum 402 zu einer umgebenden Wandung 404 eines Blendenabschnitts 403 des Gehäuseteil 40 beabstandet, sodass das zugeordnete Steckverbinderteil 30 zum steckenden Verbinden in den Zwischenraum 402 eingesteckt werden kann.
Wie aus 2 in Zusammenschau mit 3 ersichtlich ist, weist das Steckverbinderteil 4 eine Sensoreinrichtung 6 auf, die dazu ausgestaltet ist, ein Sensorsignal zu erzeugen, das von einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem zugeordneten Steckverbinderteil 30, 31 abhängt und beispielsweise an der Wandung 404 oberhalb des Steckabschnitts 400 (also einer vom Steckabschnitt 401 abgewandten Seite des Steckabschnitts 400 zugewandt), an einer Wandung 405 an einer dem Steckabschnitt 401 zugewandten Seite des Steckabschnitts 400 oder an einer Wandung 406 an einer dem Steckabschnitt 400 abgewandten Seite des Steckabschnitts 401 angeordnet ist und dazu dient, mit dem Steckabschnitt 300 des Gegensteckverbinderteils 30 wechselzuwirken, um auf diese Weise ein Sensorsignal zu erzeugen, das von einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 abhängt und somit dazu geeignet ist, eine Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 anzuzeigen.
Eine solche Sensoreinrichtung 6 kann beispielsweise, wie in einem Ausführungsbeispiel in 4 dargestellt, ein Wirkelement 60 aufweisen, das in einer Aufnahmeöffnung 62 zum Beispiel einer zugeordneten Wandung 404 des Gehäuseteils 40 aufgenommen ist und einen elastisch auslenkbaren Federarm 60 ausbildet. Das Wirkelement 60 ist über einen Stützabschnitt 601 in der Aufnahmeöffnung 62 abgestützt, wobei der Federarm 600 über einen Verbindungsabschnitt 602 mit dem Stützabschnitt 601 verbunden und elastisch zu dem Stützabschnitt 601 auslenkbar ist.
Der Federarm 600 bildet an einer dem Stützabschnitt 601 abgewandten Seite ein Anlageelement 605 in Form einer Fase aus, das dazu ausgebildet ist, beim steckenden Verbinden der Steckverbinderteile 4, 30 mit dem Steckabschnitt 300 des Steckverbinderteils 30 wechselzuwirken, sodass der Federarm 600 durch das Steckverbinderteil 30 auslenkbar ist und somit über die Sensoreinrichtung 6 ein Sensorsignal erzeugt werden kann, das von einer Wechselwirkung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 abhängt.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Stützabschnitt 601 ein Sensor 61 in Form zum Beispiel eines piezoelektrischen Sensors oder eines kapazitiven Sensors angeordnet. Bei einer Lageänderung des Federarms 600 zu dem Stützabschnitt 601 kommt es zu einer Druckänderung an dem Sensor 61 durch Einwirken eines an dem Federarm 600 geformten Stempels 604 (bei Ausgestaltung als piezoelektrischer Sensor) oder zu einer Abstandsänderung zwischen dem Stempel 604 und dem Sensor 61 (bei Ausgestaltung als kapazitiver Sensor), sodass ein Sensorsignal durch den Sensor 61 in Abhängigkeit von einer Lageänderung des Federarms 600 zu dem Stützabschnitt 61 erzeugt wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Federarm 601 ein Wegbegrenzungsabschnitt 603 geformt, der dazu dient, eine übermäßige Auslenkung an dem Federarm 600 zu verhindern.
Ein Dichtelement 63 dient dazu, die Aufnahmeöffnung 62 nach außen hin so abzudichten, dass keine Feuchtigkeit und kein Schmutz in den Bereich des Sensors 61 gelangen kann.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung 6 ist ein Wirkelement 60, das im Wesentlichen dem Wirkelement 60 gemäß 4 entspricht, in einer Aufnahmeöffnung 62 beispielsweise an der Wandung 404 aufgenommen. An einem Federarm 600 ist ein Sensor 61 in Form eines Dehnungsmessstreifens angeordnet, der dazu ausgestaltet ist, eine Verformung an dem Federarm 600 aufzunehmen und in ein Sensorsignal umzuwandeln. An dem Federarm 600 ist wiederum ein Anlageelement 605 zum Wechselwirken mit dem Steckabschnitt 300 des Steckverbinderteils 30 geformt. Ein Wegbegrenzungsabschnitt 603 dient zum Begrenzen der Auslenkung des Federarms 600 zu einem in der Aufnahmeöffnung 62 aufgenommenen, über einen Verbindungsabschnitt 602 mit dem Federarm 600 verbundenen Stützabschnitt 601. Ein Dichtelement 63 dichtet die Aufnahmeöffnung 62 nach außen hin ab.
Während die Sensoreinrichtung 6 der Ausführungsbeispiele gemäß 4 und 5 zum Wechselwirken mit dem Steckverbinderteil 30, insbesondere dem Steckabschnitt 300 dient, ist bei einem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung 6 ein Sensor 61 an einer Befestigungseinrichtung 43 des in 6 dargestellten Steckverbinderteils 4 angeordnet. Der Sensor 61 kann beispielsweise zwischen einem Kopf 440 eines Befestigungselements 44 und einem Absatz 431 einer Befestigungsöffnung 430 der Befestigungseinrichtung 43 aufgenommen sein, sodass über den Sensor 61 eine Kraft an der Befestigungseinrichtung 43 detektiert werden kann. Das Befestigungselement 44 greift hierbei mit einem Schaft 441 in eine Tragbaugruppe 46 ein und legt darüber die Befestigungseinrichtung 43 zu der Tragbaugruppe 46 fest.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird ein Sensorsignal somit nicht unmittelbar zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem zugeordneten Steckverbinderteil 30 aufgenommen. Stattdessen wird ein Sensorsignal im Kraftfluss der Verbindung des Steckverbinderteils 4 mit dem Steckverbinderteil 30 gemessen. Bei einer Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 kommt es (auch) zu einer Kraftwirkung an den Befestigungseinrichtungen 43, über die das Steckverbinderteil 4 mit der zugeordneten Tragbaugruppe 46 verbunden ist, was über eine oder mehrere Sensoreinrichtungen 6 an den Befestigungseinrichtungen 43 gemessen und ausgewertet werden kann.
In anderer Ausgestaltung, dargestellt in einem Ausführungsbeispiel in 8, kann eine Sensoreinrichtung 6 mit einem Sensor 61 zum Beispiel in Form eines Dehnungsmessstreifens auch an einem mit der Befestigungseinrichtung 43 verbundenen Strebenelement 432 angeordnet sein, um eine Verformung im Bereich der Befestigungseinrichtung 43 zu messen. Wiederum wird, analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 7, ein Sensorsignal im Kraftfluss der Verbindung des Steckverbinderteils 4 mit dem Steckverbinderteil 30 aufgenommen, wobei das Sensorsignal ausgewertet werden kann, um auf eine Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 zu schließen.
Durch Verwendung der Sensoreinrichtung 6 kann insbesondere auf eine Kraftänderung in der Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem zugeordneten Steckverbinderteil 30 geschlossen werden, wie dies schematisch in 9A, 9B und 10A, 10B in jeweils übertriebener Weise veranschaulicht ist. 9A, 9B veranschaulichen hierbei die Funktion für das Ausführungsbeispiel gemäß 5. 10A, 10B veranschaulichen die Funktion für das Ausführungsbeispiel gemäß 4.
Beispielweise kann die Sensoreinrichtung 6 mit einem Federarm 600 an einer Wandung 301 des Steckabschnitts 300 des Steckverbinderteils 30 anliegen und abhängig von der Lage des Steckverbinderteils 30 zu dem Steckverbinderteil 4 in unterschiedlicher Weise ausgelenkt sein. Über einen Sensor 61 an dem Federarm 600 (bei dem Beispiel gemäß 9A und 9B, beispielsweise in Form eines Dehnungsmessstreifens) oder über ein Wechselwirken des Federarms 600 mit einem ortsfest zu der Wandung 404 angeordneten Sensor 61 (bei dem Beispiel gemäß 10A und 10B) kann eine Verformung an dem Federarm 600 aufgenommen werden, wobei ein durch den Sensor 61 erzeugtes Sensorsignal ausgewertet werden kann, um eine Kraftwirkung an dem Federarm 600 zu bestimmen.
In einer Ruhelage, dargestellt in 9A und 10A, kann das Steckverbinderteil 30 mit dem Steckabschnitt 300 beispielsweise geringfügig in einer Stecköffnung des Steckverbinderteils 4 verkippt sein, unter Wirkung der am Steckverbinderteil 30 angreifenden Schwerkraft FC. Greift ein Nutzer an dem Steckverbinderteil 30 an, kann, wie in 9B und 10B dargestellt, sich die Lage des Steckverbinderteils 30 zu dem Steckverbinderteil 4 ändern, was mit einer Kraftänderung an der Sensoreinrichtung 6 einhergeht und über das Sensorsignal der Sensoreinrichtung 6 entsprechend ausgewertet werden kann.
Beispielsweise kann durch einen Nutzereingriff der Schwerkraft entgegengewirkt werden (Kraftwirkung FH) und eine Verkippung somit reduziert werden, sodass sich der Federarm 600, wie in 9B dargestellt, aufgrund seiner Elastizität verstellt. Denkbar ist aber auch, dass ein Nutzer in Schwerkraftrichtung auf das Steckverbinderteil 3 einwirkt und eine Auslenkung an dem Federarm 600 somit noch verstärkt wird.
Eine Änderung in der Auslenkung des Federarms 600 wird über den Sensor 61 detektiert und in ein Sensorsignal umgesetzt, das somit eine Kraftänderung an der Sensoreinrichtung 61 und somit in der Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und Steckverbinderteil 30 anzeigt.
Ein über die Sensoreinrichtung 6 erzeugtes Sensorsignal kann durch eine in 2 schematisch dargestellte Steuereinrichtung 7 ausgewertet werden, um beispielsweise eine Kraftänderung in der Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 zu ermitteln und, zum Beispiel bei Überschreiten eines Schwellwerts, auf einen Betätigungswunsch eines Nutzers zum Lösen der Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 zu schließen.
Die Steuereinrichtung 7 kann hierbei beispielsweise mit einem Autorisierungsgerät 5, zum Beispiel in Form eines Funkschlüssels oder eines drahtlos auslesbaren Autorisierungstokens eines Nutzers (siehe 1) zusammenwirken, sodass die Steuereinrichtung 7 eine Autorisierungsinformation zum Autorisieren eines Nutzers erhalten kann. Liegt eine solche Autorisierungsinformation vor und wird bei über die Sensoreinrichtung 6 erfasster Kraftänderung in der Verbindung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 auf einen Betätigungswunsch geschlossen, kann die Steuereinrichtung 7 die Verriegelungseinrichtung 45 zum Entriegeln ansteuern, um auf diese Weise ein Lösen der Verbindung des Steckverbinderteils 4 und des Steckverbinderteils 30 voneinander zu ermöglichen.
Liegt keine Autorisierung vor, wird aber eine (übermäßige) Kraftwirkung zwischen dem Steckverbinderteil 4 und dem Steckverbinderteil 30 festgestellt, kann die Verriegelungseinrichtung 45 gesperrt werden, sodass die Verbindung zwischen den Steckverbinderteilen 4, 30 nicht in unautorisierter Weise gelöst werden kann. Zusätzlich kann gegebenenfalls mittels der Steuereinrichtung 7 ein Alarmsystem des Fahrzeugs 1 angesteuert werden, um einen Alarm auszulösen.
Durch Auswertung mittels der Steuereinrichtung 7 kann auch darauf geschlossen werden, dass eine Belastung zwischen den Steckverbinderteilen 4, 30 insbesondere an der Verriegelungseinrichtung 45 vorliegt, die zur Folge haben könnte, dass ein Lösen der Verriegelung gegebenenfalls zu einer Beschädigung an der Verriegelungseinrichtung 45 führen könnte. In diesem Fall kann anhand einer Auswertung des Sensorsignals der Sensoreinrichtung 6 eine Entriegelung der Verriegelungseinrichtung 45 erst bewirkt werden, wenn die Belastung an der Verriegelungseinrichtung 45 durch Nutzereingriff reduziert ist, sodass ein Entriegeln der Verriegelungseinrichtung 45 beschädigungsfrei möglich ist. Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Signal, zum Beispiel ein akustisches Signal und ein optisches Signal, an einen Nutzer ausgegeben werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
Insbesondere ist ein Steckverbinderteil der beschriebenen Art grundsätzlich nicht beschränkt auf die Verwendung an einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs. Ein Steckverbinderteil der beschriebenen Art kann beispielsweise überall dort eingesetzt werden, wo eine sichere Verbindung zwischen Steckverbinderteilen gewünscht ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Ladestation
3: Ladekabel
30, 31: Gegensteckverbinderteil
300: Steckabschnitt
301: Wandung
4: Steckverbinderteil (Ladebuchse)
40: Gehäuseteil
400, 401: Steckabschnitt
402: Zwischenraum
403: Blendenabschnitt
404-406: Wandung
41, 42: Elektrische Kontaktelemente
43: Befestigungseinrichtung
430: Befestigungsöffnung
431: Absatz
432: Strebenelement
44: Befestigungselement
440: Kopf
441: Schaft
45: Verriegelungseinrichtung
450: Verriegelungselement
451: Stellantrieb
46: Tragbaugruppe
5: Autorisierungsgerät
6: Sensoreinrichtung
60: Wirkelement
600: Federarm
601: Stützabschnitt
602: Verbindungsabschnitt
603: Wegbegrenzungsabschnitt
604: Stempelabschnitt
605: Anlageelement
61: Sensor
62: Aufnahmeöffnung
63: Dichtelement
7: Steuereinrichtung
E: Steckrichtung
FC, FH: Kraft
N: Nutzer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017207720 A1 [0006]
DE 102012216335 A1 [0007]

Claims

Steckverbinderteil (4) zum steckenden Verbinden mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil (30, 31), mit einem steckend mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) zu verbindenden Gehäuseteil (40) und einer Verriegelungseinrichtung (45) zum Verriegeln des Gehäuseteils (40) mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) in einer verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung (45), dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (4) eine Sensoreinrichtung (6) mit einem Sensor (61) zum Erzeugen eines von einer Kraft zwischen dem Steckverbinderteil (4) und dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) in der verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung (45) abhängigen Sensorsignals aufweist.
Steckverbinderteil (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (61) ein FSR-Sensor, ein Piezosensor, ein kapazitiver Sensor oder ein Dehnungsmessstreifen ist.
Steckverbinderteil (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (40) eine Wandung (404-406) aufweist, die bei steckend mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) verbundenem Steckverbinderteil (4) dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) zugewandt ist, wobei die Sensoreinrichtung (6) an der Wandung (404-406) angeordnet ist.
Steckverbinderteil (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (4) eine Befestigungseinrichtung (43) zum Befestigen des Steckverbinderteils (43) an einer Tragbaugruppe (46) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (43) an der Befestigungseinrichtung (43) angeordnet ist.
Steckverbinderteil (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) ein Wirkelement (60) aufweist, das ausgebildet ist, bei mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) verbundenem Steckverbinderteil (4) mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) wechselzuwirken.
Steckverbinderteil (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (61) an dem Wirkelement (60) angeordnet ist.
Steckverbinderteil (4) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkelement (60) einen elastisch verformbaren Federarm (600) aufweist, der ein Anlageelement (605) zum Wechselwirken mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) aufweist.
Steckverbinderteil (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (61) an dem Federarm (600) angeordnet ist.
Steckverbinderteil (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) einen Stützabschnitt (601) aufweist, wobei der Sensor (61) an dem Stützabschnitt (601) angeordnet ist und der Federarm (600) ausgebildet ist, mit dem Sensor (61) wechselzuwirken.
System zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (1), gekennzeichnet durch ein Steckverbinderteil (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine Steuereinrichtung (7), die ausgebildet ist, die Verriegelungseinrichtung (45) in Abhängigkeit von dem durch den Sensor (61) erzeugten Sensorsignal zum Überführen aus der verriegelten Stellung in eine entriegelte Stellung anzusteuern.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, einen eine Kraftänderung angebenden Messwert zu ermitteln, um die Verriegelungseinrichtung (45) zum Überführen aus der verriegelten Stellung in die entriegelte Stellung anzusteuern.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, die Verriegelungseinrichtung (45) zum Überführen aus der verriegelten Stellung in die entriegelte Stellung anzusteuern, wenn der die Kraftänderung angebende Messwert einen Schwellwert übersteigt.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, die Verriegelungseinrichtung (45) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal und in Abhängigkeit von einer Autorisierungsinformation zur Autorisierung eines Nutzers (N) anzusteuern.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) ausgebildet ist, die Autorisierungsinformation über ein drahtlos mit der Steuereinrichtung (7) kommunizierendes Autorisierungsgerät (5) zu erhalten.
Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (1), das ein steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil (30, 31) verbindbares Steckverbinderteil (4) mit einem steckend mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) zu verbindenden Gehäuseteil (40) und einer Verriegelungseinrichtung (45) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Verriegeln des Gehäuseteils (40) mit dem Gegensteckverbinderteil (30, 31); gekennzeichnet durch: Erzeugen eines von einer Kraft zwischen dem Steckverbinderteil (4) und dem Gegensteckverbinderteil (30, 31) in der verriegelten Stellung der Verriegelungseinrichtung abhängigen Sensorsignals durch einen Sensor (61) einer Sensoreinrichtung (6) des Steckverbinderteils (4); und Ansteuern der Verriegelungseinrichtung (45) in Abhängigkeit von dem durch den Sensor (61) erzeugten Sensorsignal zum Überführen aus einer verriegelten Stellung in eine entriegelte Stellung.