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Die Erfindung betrifft einen Ladestecker zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, mit einem Steckergehäuse, welches eine Schnittstelle zur Kopplung mit einer Ladebuchse aufweist, wobei die Schnittstelle zwei erste Leistungsanschlüsse und zwei zweite Leistungsanschlüsse aufweist, wobei jeweils ein erster Leistungsanschluss und ein zweiter Leistungsanschluss ein zusammengehörendes Paar bilden, und wobei die zwei ersten Leistungsanschlüsse einen Pluspol bilden und die zwei zweiten Leistungsanschlüsse einen Minuspol bilden.
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Derartige Ladestecker sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs wird das Elektrofahrzeug mit einer Ladesäule elektrisch gekoppelt. Die elektrische Kopplung erfolgt dabei durch ein Ladekabel, welches mit dem ladesäulenseitigen Ende entweder nicht-lösbar an der Ladesäule befestigt ist oder über einen ladesäuleseitigen Ladestecker bedarfsgerecht mit der Ladesäule verbunden werden kann. An dem fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels ist üblicherweise ein Ladestecker angeordnet, welcher zum Aufladen der Traktionsbatterie in eine fahrzeugseitige Ladebuchse gesteckt werden kann, wobei im eingesteckten Zustand des fahrzeugseitigen Ladesteckers ein erster Leistungsanschluss mit einer entsprechenden ersten elektrischen Leitung der Ladesäule gekoppelt ist und ein zweiter Leistungsanschluss mit einer entsprechenden zweiten elektrischen Leitung der Ladesäule gekoppelt ist.
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Um eine vordefinierte Einsteckposition des Ladesteckers, in welcher die beiden Leistungsanschlüsse mit den entsprechenden elektrischen Leitungen verbunden sind, in jedem Anwendungsfall zu gewährleisten, weisen üblicherweise der Ladestecker eine ladesteckerseitige Schnittstelle und die zum Ladestecker komplementäre Ladebuchse eine zur ladesteckerseitigen Schnittstelle des Ladesteckers korrespondierende ladebuchsenseitige Schnittstelle auf. Die Schnittstellen sind üblicherweise derart ausgeführt, dass ausschließlich eine Einsteckposition möglich ist, wobei insbesondere ein um eine Längsachse des Ladesteckers verdrehtes Einstecken nicht möglich ist. Einen derartigen Ladestecker offenbart beispielsweise die
EP 3 512 053 A1 . Anderen Ausführungen von Ladesteckern sind beispielsweise in
DE 10 2018 133 515 A1 ,
CN 111114353 A ,
CN 107516784 A und in
DE 10 2018 008 030 A1 offenbart. Dabei offenbaren die
DE 10 2018 133 515 A1 und die
DE 10 2018 008 030 A1 Ladestecker, welche mehrere Steckfelder mit jeweils zwei elektrischen Kontakten zum Aufladen einer Batterie aufweisen, wobei durch die mehreren Steckfelder die Batterie mit einer höheren Ladeleistung aufgeladen werden kann. Die
CN 111114353 A und die
CN 107516784 A offenbaren einen Ladestecker, welcher mehrere, um einen Mittelpunkt und auf einem gemeinsamen Durchmesser angeordnete elektrische Kontakte aufweist.
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Das ladesäulenseitige Ende des Ladekabels kann entweder in einer horizontalen Ausrichtung oder einer vertikalen Ausrichtung mit der Ladesäule gekoppelt sein. Bei der horizontalen Ausrichtung erstreckt sich das ladesäulenseitige Ende des Ladekabels aus einer Seitenwand der Ladesäule. Bei der vertikalen Ausrichtung erstreckt sich das ladesäulenseitige Ende des Ladekabels aus einer Decke. In Abhängigkeit von der Ausrichtung des ladesäulenseitigen Endes des Ladekabels variiert die Einsteckposition des fahrzeugseitigen Ladestecker in die fahrzeugseitige Ladebuchse, wobei bei einer vertikalen Ausrichtung des ladesäulenseitige Ende des Ladekabels der fahrzeugseitige Ladestecker in einer ersten Einsteckposition in die Ladebuchse eingesteckt werden muss und in einer horizontalen Ausrichtung des ladesäulenseitige Ende des Ladekabels in einer zweiten, zur ersten Einsteckposition um 180° um die Längsachse verdreht in die fahrzeugseitige Ladebuchse eingesteckt werden muss. Die Einsteckposition ist jedoch durch das Elektrofahrzeug vordefiniert, so dass in einem der beiden Fälle ein Aufladen der Traktionsbatterie erschwert ist, da der Ladestecker und das Ladekabel mit einem hohen Krafteinsatz des Benutzers um 180° um die Längsachse verdreht werden muss, um den fahrzeugseitigen Ladestecker in die fahrzeugseitige Ladebuchse einzustecken.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Ladestecker für ein Ladekabel zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, welcher ein einfaches und von dem ladesäulenseitigen Anschluss des Ladekabels unabhängiges Einstecken des Ladesteckers in eine Ladebuchse ermöglicht.
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Dadurch, dass die Schnittstelle zwei erste Leistungsanschlüsse und zwei zweite Leistungsanschlüsse aufweist, wobei die beiden ersten Leistungsanschlüsse um einen Mittelpunkt punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind und die beiden zweiten Leistungsanschlüsse um den Mittelpunkt punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind, kann der Ladestecker in zwei unterschiedlichen Einsteckstellungen in die Ladebuchse eingesteckt werden, wobei durch die punktgespiegelten Leistungsanschlüsse des Ladesteckers die Leistungsanschlüsse in einer ersten Einsteckstellung und in einer zur ersten Einsteckstellung um 180° um eine Längsachse des Ladesteckers verdrehten zweiten Einsteckstellung mit den dazugehörigen Leistungsanschlüssen der Ladebuchse verbunden werden können. Die Ladebuchse umfasst ebenfalls zueinander punktsymmetrische erste Leistungsanschlüsse und zweite Leistungsanschlüsse.
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Auf diese Weise kann der Ladestecker unabhängig davon, ob das ladesäulenseitige Ende des Ladekabels senkrecht oder waagerecht ausgerichtet ist, und ohne ein Verdrehen des Ladekabels in die Ladebuchse eingesteckt werden. Damit kann der gleiche Ladestecker bei unterschiedlich ausgeführten Ladeinfrastrukturen verwendet werden, wodurch der Herstellungs- und der Montageaufwand reduziert werden.
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Außerdem wird die Kontaktfläche durch jeweils zwei Leistungsanschlüsse vergrößert, wodurch höhere Ladeströme an das Elektrofahrzeug übertragen werden können und dadurch die Ladezeit zum Aufladen der Batterie verkürzt werden kann.
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Vorzugsweise weist die Schnittstelle ein Kupplungselement auf, welches punktsymmetrisch um den Mittelpunkt ausgeführt ist. Das Kupplungselement dient dazu, dass der Ladestecker vordefiniert in eine komplementäre Ladebuchse eingesteckt werden kann, wobei der Ladestecker während dem Einsteckvorgang durch das Kupplungselement sowohl in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung geführt wird. Durch die punktsymmetrische Ausgestaltung des Kupplungselements kann der Ladestecker in zwei, um 180° zueinander um die Längsachse des Ladesteckers verdrehten, vordefinierten Einsteckstellung in die Ladebuchse eingesteckt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Schnittstelle mindestens zwei Signalanschlüsse auf, welche zueinander punktsymmetrisch um den Mittelpunkt angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Schnittstelle zwei erste Signalanschlüsse und zwei zweite Signalanschlüsse auf, wobei die beiden ersten Signalanschlüsse zueinander punktsymmetrisch um den Mittelpunkt angeordnet sind und die beiden zweiten Signalanschlüsse zueinander punktsymmetrisch um den Mittelpunkt angeordnet sind. Die Signalanschlüsse dienen insbesondere der Kommunikation zwischen der Ladesäule und dem Elektrofahrzeug und der Erkennung, ob der Ladestecker aus der Ladebuchse gezogen wurde und der Ladevorgang sofort abgebrochen werden muss, um ein spannungs- und leistungsfreies Trennen des Ladesteckers zu gewährleisten. Durch die punktsymmetrische Anordnung der Signalanschlüsse kann der Ladestecker in zwei, um 180° zueinander um die Längsachse des Ladesteckers verdrehten, vordefinierten Einsteckstellung in die Ladebuchse eingesteckt werden, wobei die Sicherheitsmaßnahmen und die Kommunikation zwischen der Ladesäule und dem Elektrofahrzeug in beiden Einsteckstellung gewährleistet werden können.
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Vorzugsweise weist die Schnittstelle einen Erdungsanschluss auf, welcher zentrisch im Mittelpunkt angeordnet ist. Durch den Erdungsanschluss wird die Sicherheit vor einem elektrischen Schlag einer den Ladestecker betätigenden Person sichergestellt. Der Erdungsanschluss weist einen kreisrunden Querschnitt auf, wobei der Mittelpunkt des Erdungsanschlusses sich mit dem Punktsymmetrie-Mittelpunkt überlagert. Dadurch kann der Erdungsanschluss in beliebigen in Umfangsrichtung verdrehten Einsteckpositionen, insbesondere in zwei, um 180° zueinander um die Längsachse des Ladesteckers verdrehten, vordefinierten Einsteckstellungen, mit einem entsprechenden Erdungsleiter des Elektrofahrzeugs elektrisch verbunden werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Steckergehäuse mindestens einen Haltegriff auf, welcher derart ausgeführt ist, dass der Haltegriff zumindest in einer ersten Einsteckstellung und in einer zur ersten Einsteckstellung um 180° verdrehten zweiten Einsteckposition greifbar ist. Dadurch kann eine den Ladestecker einsteckende Person den Ladestecker in beiden Einsteckstellungen angenehm und ohne eine Verrenkung halten und in die Ladebuchse einstecken.
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Die Aufgabe wird außerdem durch einen Ladestecker zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit einem Ladestecker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gelöst. Der Ladestecker umfasst ein erstes Ladekabelelement und ein zweites Ladekabelelement, wobei jedes Ladekabelelement einen ersten Leistungsleiter und einen zweiten Leistungsleiter aufweist, wobei der erste Leistungsleiter des ersten Ladekabelelements mit einem ersten Leistungsanschluss und der zweite Leistungsleiter des ersten Ladekabelelements mit einem zweiten Leistungsanschluss elektrisch verbunden ist und der erste Leistungsleiter des zweiten Ladekabelelements mit einem ersten Leistungsanschluss und der zweite Leistungsleiter des zweiten Ladekabelelements mit einem zweiten Leistungsanschluss elektrisch verbunden ist. Zu den Vorteilen eines derartigen Ladekabels wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
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Es wird somit ein Ladestecker geschaffen, welcher unabhängig davon, ob das ladesäulenseitige Ende des Ladekabels senkrecht oder waagrecht ausgerichtet ist, einfach und ohne ein Verdrehen des Ladekabels um die Längsachse in die Ladebuchse eingesteckt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1a zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug, welches über ein Ladekabel mit einer ersten Ladesäule verbunden ist,
- 1b zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug, welches über ein Ladekabel mit einer zweiten Ladesäule verbunden ist,
- 2 zeigt einen Ladestecker in einer perspektivischen Ansicht,
- 3a zeigt eine Frontansicht des Ladesteckers aus 2 in einer ersten Einsteckstellung, und
- 3b zeigt eine Frontansicht des Ladesteckers aus 2 in einer zweiten Einsteckstellung.
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1a und 1b zeigen ein Elektrofahrzeug 2, welches zum Aufladen ihrer in der 1 nicht gezeigten Traktionsbatterie durch ein Ladekabel 10 mit einer Ladesäule 4 verbunden ist, wobei die Ladesäule 4 mit einer Stromquelle elektrisch verbunden ist. Das Ladekabel 10 ist mit einem ladesäulenseitigen Ende mit der Ladesäule 4 verbunden und mit dem fahrzeugseitigen Ende mit dem Elektrofahrzeug 2 gekoppelt. Zur Kopplung des Ladekabels 10 mit dem Elektrofahrzeug 2 ist am fahrzeugseitigen Ende ein Ladestecker 12 angeordnet, welcher zum Aufladen der Traktionsbatterie in eine zum Ladestecker 12 komplementäre und am Elektrofahrzeug vorgesehene Ladebuchse eingesteckt wird und dadurch das Ladekabel 10 elektrisch mit dem Elektrofahrzeug 2 gekoppelt wird.
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In der 1a ist eine erste Ausführung der Ladesäule 4 gezeigt, welche säulenartig ausgeführt ist, wobei sich das Ladekabel 10 in horizontaler Ausrichtung von der Ladesäule 4 erstreckt.
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In der 1b ist eine zweite Ausführung der Ladesäule 4 gezeigt, welche einen Ausleger aufweist, wobei das Ladekabel 10 sich in vertikaler Ausrichtung von der Ladesäule 4 erstreckt.
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Einen derartigen Ladestecker 12 zeigen die 2, 3a und 3b. Der Ladestecker 12 weist ein Steckergehäuse 11 mit einer Schnittstelle 14 auf, wobei die Schnittstelle 14 ein Kupplungselement 15 mit einer genormten Form eines CCS-Steckers aufweist. Das Kupplungselement 15 wird im Einsteckvorgang in eine Ladebuchse mit einer dem Kupplungselement 15 komplementären Form eingesteckt.
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Der Ladestecker 12 ist derart ausgeführt, dass Gleichstrom übertragen werden kann und damit die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs 2 mit Gleichstrom aufgeladen werden kann. Hierfür umfasst die Schnittstelle 14 zwei erste Leistungsanschlüsse 16, 20 und zwei zweite Leistungsanschlüsse 18, 22, wobei jeweils ein erster Leistungsanschluss 16, 20 und ein zweiter Leistungsanschluss 18, 22 ein zusammengehörendes Paar 24, 26 bilden. Alle Leistungsanschlüsse 16, 18, 20, 22 sind mit jeweils einem sich durch das Ladekabel 10 erstreckenden Stromleiter 43, 45, 47, 49 elektrisch verbunden, wobei die Leistungsanschlüsse 16, 18 des ersten Paars 24 mit den Stromleitern 43, 45 eines ersten Ladekabelelements 44 und die Leistungsanschlüsse 20, 22 des zweiten Paars 26 mit den Stromleitern 47, 49 eines zweiten Ladekabelelements 46 elektrisch verbunden sind. Im eingesteckten Zustand des Ladestecker 12 in der Ladebuchse des Elektrofahrzeugs 2 sind die Leistungsanschlüsse 16, 18, 20, 22 mit jeweils einem Leistungsanschluss der Ladebuchse elektrisch verbunden.
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Weiterhin umfasst die Schnittstelle 14 zwei erste Signalanschlüsse 28, 32 und zwei zweite Signalanschlüsse 30, 34 sowie einen Erdungsanschluss 36. Die Signalanschlüsse 28, 32 sind sogenannten PP- (Proximity-Pilot, auch Plug Present) -Kontakte, um die Anwesenheit des Steckers festzustellen. Die Signalanschlüsse 30, 34 sind sogenannte CP- (Control Pilot) -Kontakte, um die Steuersignale zwischen dem Elektrofahrzeug 2 und der Ladesäule 4 auszutauschen. Der Erdungsanschluss 36, auch Schutzleiter PE genannt, dient dem Schutz gegen elektrischen Schlag, wobei Lebewesen, insbesondere Menschen, im Falle eines Fehlers in einem elektrischen System vor einem lebensbedrohlichen elektrischen Schlag geschützt werden.
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Zum Führen und Einstecken des Ladesteckers 12 in die Ladebuchse weist das Steckergehäuse 11 zwei Haltegriffe 40, 42 auf, wobei eine Person über die Haltegriffe 40, 42 den Ladestecker 12 greifen bzw. festhalten kann und den an dem relativ schweren Ladekabel 10 angeordneten Ladestecker 12 zur Ladebuchse führen und in die Ladebuchse einstecken kann.
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Erfindungsgemäß sind die ersten Leistungsanschlüsse 16, 20 um einen Mittelpunkt 50 punktsymmetrisch zueinander angeordnet und die zweiten Leistungsanschlüsse 18, 22 sind um den Mittelpunkt 50 punktsymmetrisch zueinander angeordnet. Dabei sind die Leistungsanschlüsse 16, 18 des ersten Paares 24 in Querrichtung nebeneinander und in einer gemeinsamen Querebene angeordnet. Die Leistungsanschlüsse 20, 22 des zweiten Paares 26 sind ebenfalls in Querrichtung nebeneinander und in einer gemeinsamen Querebene angeordnet, wobei die Leistungsanschlüsse 20, 22 in Vergleich zu den Leistungsanschlüssen 16, 18 in Querrichtung vertauscht angeordnet sind. Der erste Leistungsanschluss 16 des ersten Paares 24 ist mit dem zweiten Leistungsanschluss 22 des zweiten Paares 26 in einer gemeinsamen Längsebene 52 angeordnet. Der zweite Leistungsanschluss 18 des ersten Paares 24 ist mit dem ersten Leistungsanschluss 20 des zweiten Paares 26 in einer gemeinsamen Längsebene 54 angeordnet.
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Weiterhin sind die ersten Signalanschlüsse 28, 32 um den Mittelpunkt 50 punktsymmetrisch zueinander angeordnet und die zweiten Signalanschlüsse 30, 34 sind um den Mittelpunkt 50 punktsymmetrisch zueinander angeordnet. Im Mittelpunkt 50 ist der Erdungsanschluss 36 angeordnet, welcher einen kreisrunden Querschnitt aufweist, wobei die Symmetrieachse des Erdungsanschlusses 36 sich mit dem Mittelpunkt 50 überlagert.
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Das Kupplungselement 15 weist ebenfalls eine um den Mittelpunkt 50 punktsymmetrisch ausgeführte Kontur auf, wobei das Kupplungselement 15 im Bereich der Leistungsanschlüsse 16, 18 und der Leistungsanschlüsse 20, 22 jeweils eine zueinander identische Form aufweist. Im Bereich der Signalanschlüsse 28, 30, 32, 34 und des Erdungsanschlusses 36 weist die Schnittstelle 14 eine kreisrunde Form auf.
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Durch eine derartige Ausgestaltung des Ladesteckers 12, insbesondere der Schnittstelle 14, kann der Ladestecker 12 in einer ersten Einsteckstellung und in einer zur ersten Einsteckstellung um 180° um den Mittelpunkt 50 verdrehten Einsteckstellung in die am Elektrofahrzeug 2 vorgesehene Ladebuchse eingesteckt werden. Um das Halten des Ladesteckers 12 in beiden Einsteckstellungen zu gewährleisten, sind die Haltegriffe 40, 42 parallel zu den Längsachsen 52, 54 angeordnet und stabförmig ausgeführt.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
