DE102020204713B4 - Charging socket with a locking device for an electric vehicle - Google Patents

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Abstract

Ladedose (1) mit einer Verriegelungsvorrichtung (2) für ein Elektro-Fahrzeug zur Aufnahme eines Ladesteckers einer Ladeeinrichtung,mit ladedosenseitigen Kontaktbuchsen (5) zum Einstecken ladesteckerseitiger Kontaktstifte,mit wenigstens einem ladedosenseitigen, durch einen steuerbaren Riegelantrieb (6) quer zur Einsteckrichtung in und aus einem Aufnahmeraumbereich (4) der Ladedose (1) verlagerbaren Riegelstift (7), wobeider Riegelstift (7) in einer Verriegelungsposition bei eingestecktem Ladestecker dort in eine zugeordnete Verriegelungsstruktur zur Verhinderung einer ungewollten Ladesteckertrennung eingreift,dadurch gekennzeichnet,dass der Riegelstift (7) aus Polyphthalamid (PPA) hergestellt ist.Charging socket (1) with a locking device (2) for an electric vehicle for receiving a charging plug of a charging device, with socket-side contact sockets (5) for inserting charging plug-side contact pins, with at least one charging socket-side, by a controllable bolt drive (6) transverse to the insertion direction in and locking pin (7) that can be displaced from a receiving space area (4) of the charging socket (1), the locking pin (7) engaging there in a locking position when the charging connector is inserted in an associated locking structure to prevent unintentional disconnection of the charging connector, characterized in that the locking pin (7) Polyphthalamide (PPA) is made.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladedose mit einer Verriegelungsvorrichtung für ein Elektro-Fahrzeug zur Aufnahme eines Ladesteckers einer Ladeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Begriff Elektro-Fahrzeug wird hier als Sammelbegriff für alle Fahrzeuge mit einer aufladbaren Traktionsbatterie verwendet.The invention relates to a charging socket with a locking device for an electric vehicle for receiving a charging plug of a charging device. The term electric vehicle is used here as a collective term for all vehicles with a chargeable traction battery.

Eine gattungsgemäße Verriegelungseinrichtung mit einem Stellantrieb für einen elektrisch bewegbaren Riegel ist aus EP 2 552 724 B1 bekannt. Weiter ist aus JP 2018 - 125 187 A ein Riegelstift aus Fiberglas mit Polyamid (PA6) bekannt. Ferner ist eine Ladedose mit einer Verriegelungsvorrichtung für ein Elektro-Fahrzeug zur Aufnahme eines Ladesteckers einer Ladeeinrichtung aus DE 10 2010 044 138 A1 bekannt. Die bekannte Ladedose weist ladedosenseitige Kontaktbuchsen zum Einstecken ladesteckerseitiger Kontaktstifte auf. Die Verriegelungsvorrichtung ist mit einem ladedosenseitigen, durch einen steuerbaren Riegelantrieb quer zur Einsteckrichtung in und aus einem Aufnahmebereich der Ladedose verlagerbaren Riegelstift ausgerüstet. Der Riegelstift greift in einer Verriegelungsposition bei eingestecktem Ladestecker dort in einer zugeordnete Verriegelungsstruktur, hier in eine seitliche Ausnehmung am Ladestecker, ein, wodurch eine ungewollte Ladesteckertrennung verhindert wird. Insbesondere soll damit die Ladeeinrichtung vor einem unbefugten Zugriff geschützt werden. Weiter ist hier eine Sensorik vorgesehen, mit der gegebenenfalls eine durch Beschädigungen bedingte, nicht ordnungsgemäß durchführbare Verriegelung detektiert und angezeigt wird. Zudem ist aus DE 10 2011 001 436 B3 eine ähnliche Ladedose mit einer Verriegelungsvorrichtung bekannt, bei der ebenfalls mit einer Verriegelungsdetektorvorrichtung eine Störung der Verriegelung erkannt und angezeigt wird. Weiter ist aus DE 20 2019 100 047 U1 ein Hochvoltsteckverbinder für ein Elektrofahrzeug bekannt, bei dem eine Interlockeinrichtung in eine Steckkontur integriert ist, die ein verbindungszustandsabhängiges elektrisches Signal für eine Auswerteelektronik erzeugt.A generic locking device with an actuator for an electrically movable bolt is from EP 2 552 724 B1 known. Next is over JP 2018 - 125 187A a locking pin made of fiberglass with polyamide (PA6) is known. Furthermore, a charging socket with a locking device for an electric vehicle for receiving a charging plug of a charging device DE 10 2010 044 138 A1 known. The well-known charging socket has contact sockets on the socket side for plugging in contact pins on the charging plug side. The locking device is equipped with a locking pin on the charging socket that can be displaced by a controllable locking drive transversely to the insertion direction into and out of a receiving area of the charging socket. In a locking position when the charging plug is plugged in, the locking pin engages there in an associated locking structure, here in a lateral recess on the charging plug, thereby preventing unintentional separation of the charging plug. In particular, the charging device is to be protected against unauthorized access. Furthermore, a sensor system is provided here, with which, if necessary, a locking that is caused by damage and cannot be carried out properly is detected and displayed. In addition, it is off DE 10 2011 001 436 B3 a similar charging socket with a locking device is known, in which a fault in the locking mechanism is also detected and displayed with a locking detector device. Next is over DE 20 2019 100 047 U1 a high-voltage connector for an electric vehicle is known, in which an interlock device is integrated into a plug-in contour, which generates a connection-state-dependent electrical signal for evaluation electronics.

Es ist allgemein bekannt, dass die im Stand der Technik eingesetzten Riegelstifte bisher nur aus einfachen Thermoplasten, wie beispielsweise aus Polyamid 6 (PA6) oder Polybutylenterephthalat (PBT) oder aus Metall hergestellt sind. Es hat sich gezeigt, dass bei Riegelstiften aus diesen Materialien bei Ladevorgängen unter ungünstigen Bedingungen erhebliche Probleme auftreten können, wobei Riegelstifte nicht mehr entriegelt und damit Ladestecker nicht mehr aus Ladedosen gelöst werden können. Solche ungünstigen Ladebedingungen können insbesondere bei Ladestationen im Freien witterungsbedingt auftreten, wenn beispielsweise bei Minustemperaturen über Nacht der Ladestecker in der Ladedose verbleibt und bei einer Eisbildung der Riegelstift in seiner Verriegelungsposition festfriert. Bei einem Schnell-Ladevorgang kann zudem aufgrund von Temperaturschwankungen Kondensat anhaften, welches bei Minustemperaturen wiederum zur Eisbildung führen kann. Trotz einer mechanischen Notentriegelungseinrichtung kann ein so festsitzender Riegelstift gegebenenfalls nicht oder nur mit erheblichem Kraftaufwand entriegelt werden. Zur Lösung der vorstehenden Probleme ist bisher nur einer aufwendiger Schutz der Ladedosen vor Feuchtigkeit möglich. Zudem haben bisher verwendete Riegelstifte einen relativ hohen Verschleiß und eine gegebenenfalls unzureichende mechanische Festigkeit, wodurch die Funktion einer Verriegelungsvorrichtung negativ beeinflusst und im Extremfall zu einem Ausfall der Verriegelungseinrichtung führen kann.It is generally known that the locking pins used in the prior art have so far only been made from simple thermoplastics, such as polyamide 6 (PA6) or polybutylene terephthalate (PBT) or from metal. It has been shown that locking pins made of these materials can cause considerable problems during charging under unfavorable conditions, with locking pins no longer being able to be unlocked and thus charging plugs no longer being able to be detached from charging sockets. Such unfavorable charging conditions can occur in particular in outdoor charging stations due to the weather, for example if the charging plug remains in the charging socket overnight at sub-zero temperatures and the locking pin freezes in its locking position when ice forms. During a fast charging process, condensation can also build up due to temperature fluctuations, which in turn can lead to ice formation at sub-zero temperatures. Despite a mechanical emergency unlocking device, a locking pin that is stuck in this way may not be able to be unlocked, or only with considerable effort. Up to now, the only way to solve the above problems was to protect the charging sockets from moisture, which was expensive. In addition, the locking pins used to date have a relatively high level of wear and tear and possibly insufficient mechanical strength, which has a negative effect on the function of a locking device and, in extreme cases, can lead to a failure of the locking device.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Ladedose mit einer Verriegelungsvorrichtung so weiterzubilden, dass die Verriegelungsvorrichtung mit einer einfachen Maßnahme eisresistent funktioniert und zudem verschleißarm ist und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist.The object of the invention is therefore to further develop a generic charging socket with a locking device in such a way that the locking device functions ice-resistant with a simple measure and is also low-wear and has a high mechanical strength.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist der Riegelstift aus Polyphthalamid (PPA) hergestellt. Es hat sich herausgestellt, dass der aus PPA hergestellte Riegelstift im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Riegelstiften eine wesentlich ausgeprägtere Eisresistenz, Verschleißarmut sowie eine hohe mechanische Festigkeit bereitstellt.According to the characterizing part of claim 1, the locking pin is made of polyphthalamide (PPA). It has been found that the locking pin made of PPA provides significantly more pronounced ice resistance, low wear and tear and high mechanical strength compared to locking pins known from the prior art.

In einer Vielzahl von Experimenten wurde ein Material für einen Riegelstift einer gattungsgemäßen Ladedose gesucht, mit dem ein Verriegelungsstift nicht mehr festfriert und zudem einen sehr geringen Abrieb bei hoher mechanischer Belastbarkeit aufweist. Als erfolgreich wurde dazu nach einer Reihe aufwendiger Fehlversuche das Material Polyphthalamid (PPA) identifiziert. Ein damit hergestellter Riegelstift zeichnet sich einerseits durch hohe mechanische Festigkeit und Härte aus und es hat sich überraschend gezeigt, dass vergleichsweise eine Tendenz zum Festfrieren erheblich verringert ist und ein solcher Riegelstift auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen regelmäßig nicht festfriert. Tritt aber bei sehr ungünstigen Witterungsbedingungen trotzdem eine Eisbildung auf, ist der Riegelstift stark genug, um ohne eine Beschädigung entriegelt zu werden. Eine solche Entriegelung kann dadurch unterstützt werden, dass der aus PPA hergestellte Riegelstift mit einfacheren Thermoplasten, insbesondere mit Polyamid (PA) in der Ladedose kombiniert ist, da dabei intermolekulare Anziehungskräfte und Reibungskräfte nur gering sind, wodurch auch eine Entriegelungskraft entsprechend gering ist.In a large number of experiments, a material for a locking pin of a generic charging socket was sought, with which a locking pin no longer freezes and also has very low abrasion with high mechanical strength. After a series of costly and failed attempts, the material polyphthalamide (PPA) was identified as successful. A locking pin produced in this way is characterized on the one hand by high mechanical strength and hardness and it has surprisingly been shown that the tendency to freeze is comparatively significantly reduced and such a locking pin does not freeze even under unfavorable environmental conditions. However, if ice does form under very unfavorable weather conditions, the locking pin is strong enough to be unlocked without damage. Such unlocking can be assisted by the fact that the made of PPA Locking pin is combined with simpler thermoplastics, in particular with polyamide (PA) in the charging socket, since intermolecular forces of attraction and frictional forces are only low, which means that an unlocking force is correspondingly low.

Weiter hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Schnellladevorgängen bei einem erfindungsgemäßen Riegelstift aus PPA ein Anhaften von Kondensat durch Temperaturschwankungen weitestgehend vermieden wird.It has also been shown that, particularly in the case of rapid charging processes, with a locking pin made from PPA according to the invention, the adhesion of condensate due to temperature fluctuations is largely avoided.

In an sich bekannter Weise kann der Riegelantrieb ein von einer Bordelektronik des Elektrofahrzeugs steuerbarer, motorischer Linearantrieb für den Riegelstift sein, der an der Ladedose angeordnet ist.In a manner known per se, the locking drive can be a motorized linear drive for the locking pin, which can be controlled by on-board electronics of the electric vehicle and is arranged on the charging socket.

Am Riegelantrieb kann zudem eine mechanische, vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar, insbesondere handbetätigbare Notentriegelungseinrichtung angeordnet sein. Vorteilhaft sind auch hier die aufzuwendenden Notentriegelungskräfte gering, wenn der aus PPA hergestellte Regelstift mit einfacheren Thermoplasten, insbesondere mit Polyamid (PA) in der Ladedose kombiniert ist.A mechanical, preferably directly or indirectly, in particular manually actuated, emergency unlocking device can also be arranged on the bolt drive. Here, too, the emergency release forces to be applied are advantageously low if the control pin made from PPA is combined with simpler thermoplastics, in particular with polyamide (PA) in the charging socket.

Vorzugsweise werden Getriebeteile im Riegelantrieb zur Verlagerung des Riegelstifts aus Hochleistungspolymeren, wie Polyphenylensulfid (PPS) und/oder metallischen Werkstoffen hergestellt, um relativ hohe Antriebskräfte für den Riegelstift zu ermöglichen. In neuen Standardausführungen von Ladeschnittstellen für Elektrofahrzeuge sind in der Ladedose und/oder im Ladestecker Verriegelungsfenster zur Führung und/oder für einen Verriegelungseingriff des Riegelstifts vorgesehen. Für eine ordnungsgemäße Verriegelung muss der Riegelstift diese Verriegelungsfenster treffen, was gegebenenfalls durch ein Verkippen des Ladesteckers aufgrund seines Eigengewichts und angeschlossener schwerer Ladekabel schwierig sein kann. Es wird daher vorgeschlagen, den Riegelstift zum freien Ende hin konisch verjüngend auszubilden und/oder den freien Endbereich anzufasen, um die Einführung in solche Fensteröffnungen zu vereinfachen und zu unterstützen. Zudem kann eine konische Ausführung eines Riegelstifts eine Entformung bei seiner Herstellung unterstützen. Transmission parts in the bolt drive for shifting the bolt pin are preferably made of high-performance polymers, such as polyphenylene sulfide (PPS) and/or metallic materials, in order to enable relatively high driving forces for the bolt pin. In new standard designs of charging interfaces for electric vehicles, locking windows are provided in the charging socket and/or in the charging plug for guiding and/or for locking engagement of the locking pin. For proper locking, the locking pin must hit this locking window, which can be difficult if the charging plug tilts due to its own weight and heavy charging cables that are connected. It is therefore proposed to design the locking pin to taper conically towards the free end and/or to bevel the free end area in order to simplify and support the introduction into such window openings. In addition, a conical design of a locking pin can support demoulding during its manufacture.

Anhand einer Zeichnung wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladedose weiter erläutert.An embodiment of a charging socket according to the invention is explained further with reference to a drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Ladedose, und
  • 2 eine Draufsicht auf einen schematisierten Querschnitt entlang der Linie A-A aus 1.
Show it:
  • 1 a perspective view of a charging socket, and
  • 2 a plan view of a schematic cross section along the line AA 1 .

In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ladedose 1 mit einer Verriegelungsvorrichtung 2 für ein Elektrofahrzeug zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Ladesteckers einer Ladeeinrichtung gezeigt. Die Ladedose 1 ist mit einer Halteplatte 3 an einer Wand eines Elektro-Fahrzeugs befestigbar.In 1 a perspective view of a charging socket 1 with a locking device 2 for an electric vehicle for receiving a (not shown) charging plug of a charging device is shown. The charging socket 1 can be fastened to a wall of an electric vehicle with a holding plate 3 .

In einem Aufnahmeraumbereich 4 für den Ladestecker sind ladedosenseitige Kontaktbuchsen 5 für lagesteckerseitiger Kontaktstifte angebracht. Ein Riegelantrieb 6 für einen Riegelstift 7 (in 2 schraffiert herausgehoben) ist als von einer Bordelektronik steuerbarer Linearantrieb seitlich an der Ladedose 1 angeordnet.In a receiving space area 4 for the charging connector, charging socket-side contact sockets 5 for position connector-side contact pins are attached. A bolt drive 6 for a bolt pin 7 (in 2 hatched) is arranged laterally on the charging socket 1 as a linear drive that can be controlled by on-board electronics.

Der Riegelantrieb 6 weist zudem eine (nicht im Detail dargestellte) Notentriegelungseinrichtung 8 auf, welche über einen Kurbeltrieb 9, beispielsweise mittels eines dort angeschlossenen (nicht dargestellten) Bowdenzugs, von Hand betätigbar ist.The bolt drive 6 also has an emergency release device 8 (not shown in detail), which can be actuated manually via a crank drive 9, for example by means of a Bowden cable (not shown) connected there.

Der aus PPA hergestellte Riegelstift 7 ist in 2 in seiner in den Aufnahmeraumbereich 4 eingreifenden Verriegelungsposition gezeigt, in der er bei einem eingesteckten Ladestecker in eine dortige Halteausnehmung eingreift. Um eine Einführung in eine solche Halteausnehmung zu unterstützen, weist der Riegelstift 7 eine endseitige Anfasung 10 auf. Mit dem Doppfelpfeil 11 soll schematisch die lineare gesteuerte Verlagerung des Riegelstifts 7 in und aus seiner Verriegelungsposition verdeutlicht werden.The locking pin 7 made of PPA is in 2 shown in its engaging in the receiving space area 4 locking position, in which it engages in a local holding recess when a charging plug is inserted. In order to support an introduction into such a holding recess, the locking pin 7 has a chamfer 10 at the end. The linear controlled displacement of the locking pin 7 into and out of its locking position is to be illustrated schematically with the double arrow 11 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Ladedosecharging socket
22
Verriegelungsvorrichtunglocking device
33
HalteplatteRetaining plate
44
Aufnahmeraumbereichrecording room area
55
Kontaktbuchsencontact sockets
66
Riegelantriebbolt drive
77
Riegelstiftlocking pin
88th
Notentriegelungseinrichtungemergency release device
99
Kurbeltriebcrank drive
1010
Anfasungchamfering
1111
Doppelpfeildouble arrow

Claims (7)

Ladedose (1) mit einer Verriegelungsvorrichtung (2) für ein Elektro-Fahrzeug zur Aufnahme eines Ladesteckers einer Ladeeinrichtung, mit ladedosenseitigen Kontaktbuchsen (5) zum Einstecken ladesteckerseitiger Kontaktstifte, mit wenigstens einem ladedosenseitigen, durch einen steuerbaren Riegelantrieb (6) quer zur Einsteckrichtung in und aus einem Aufnahmeraumbereich (4) der Ladedose (1) verlagerbaren Riegelstift (7), wobei der Riegelstift (7) in einer Verriegelungsposition bei eingestecktem Ladestecker dort in eine zugeordnete Verriegelungsstruktur zur Verhinderung einer ungewollten Ladesteckertrennung eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegelstift (7) aus Polyphthalamid (PPA) hergestellt ist.Charging socket (1) with a locking device (2) for an electric vehicle for receiving a charging plug of a charging device, with socket-side contact sockets (5) for inserting charging plug-side contact pins, with at least one socket-side contact pin a controllable bolt drive (6) transverse to the insertion direction in and out of a receiving space area (4) of the charging socket (1) displaceable locking pin (7), wherein the locking pin (7) in a locking position when the charging plug is inserted there in an associated locking structure to prevent an unintentional separation of the charging plug engages, characterized in that the locking pin (7) is made of polyphthalamide (PPA). Ladedose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegelantrieb (6) ein von einer Bordelektronik des Elektro-Fahrzeugs steuerbarer, motorischer Linearantrieb für den Riegelstift (7) ist, der an der Ladedose angeordnet ist.charging socket after claim 1 , characterized in that the bolt drive (6) is a motorized linear drive for the locking pin (7) which can be controlled by on-board electronics of the electric vehicle and is arranged on the charging socket. Ladedose nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Riegelantrieb (6) zudem eine mechanische, vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar, insbesondere handbetätigbare, Notentriegelungseinrichtung (8) für den Riegelstift (7) zur Freigabe aus einer Verriegelungsposition angeordnet ist.charging socket after claim 1 or claim 2 , characterized in that the bolt drive (6) is also arranged a mechanical, preferably directly or indirectly, in particular manually operable, emergency release device (8) for the locking pin (7) for release from a locking position. Ladedose nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus PPA hergestellte Riegelstift (7) mit einfacheren Thermoplasten, insbesondere mit Polyamid (PA), in der Ladedose (1) kombiniert ist.charging socket according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the locking pin (7) made from PPA is combined with simpler thermoplastics, in particular with polyamide (PA), in the charging socket (1). Ladedose nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Getriebeteile im Riegelantrieb (6) zur Verlagerung des Riegelstifts (7) aus Hochleistungspolymeren, wie Polyphenylensulfid (PPS) und/oder metallischen Werkstoffen hergestellt sind.charging socket according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that gear parts in the bolt drive (6) for moving the locking pin (7) are made of high-performance polymers such as polyphenylene sulfide (PPS) and/or metallic materials. Ladedose nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladedose (1) und/oder im Ladestecker Verriegelungsfenster zur Führung und/oder für einen Verriegelungseingriff des Riegelstifts (7) angebracht sind.charging socket according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that in the charging socket (1) and / or in the charging plug locking window for guiding and / or for a locking engagement of the locking pin (7) are attached. Ladedose nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegelstift (7) zum freien Ende hin konisch verjüngend ausgeführt ist und/oder am freien Endbereich eine Anfasung (10) aufweist.charging socket according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the locking pin (7) tapers conically towards the free end and/or has a chamfer (10) on the free end region.
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