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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Berührschutz eines Ladestecksystems zum Laden einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs und ein Ladestecksystem.
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Elektrofahrzeuge sind über Schütze an die Batteriespannung angeschlossen. Wenn der Ladestecker eingesteckt und die Kommunikation zwischen dem Ladesystem und der Ladesäule erfolgreich ist, werden die Hochvolt-Schütze für den Start des Ladevorgangs geschlossen. Wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist, werden die Hochvolt-Schütze wieder geöffnet und das Ladestecksystem wird dadurch spannungsfrei geschaltet. Im Normalbetrieb des Ladesystems und des Ladestecksystems, sorgen die Hochvolt-Schütze also dafür, dass die Hochvolt-Kontakte der Ladebuchse des Ladestecksystems spannungsfrei sind, bevor der Ladestecker ausgesteckt werden kann. Wenn wenigstens eines der Bauteile des Ladestecksystems auf Grund eines Defekts, wie beispielsweise das Verschweißen der Hochvolt-Schütze, die erforderliche Trennung des Strompfades nicht mehr ordnungsgemäß durchführen kann liegt in diesem Fehlerfall dauerhaft eine unzulässige hohe Spannung an den stromleitenden Flächen der Hochvolt-Kontakte des Ladestecksystems an. Bei abgeschlossenem Ladevorgang und abgezogenem Ladestecker, kann dies eine potenzielle Gefahr für den Nutzer des Fahrzeugs darstellen. Die ISO 17409 fordert, dass bei einem sog. Einfachfehler, wie beispielsweise einem Verschweißen der Hochvolt-Schütze, insbesondere der Person die das Ladestecksystem bedient, kein Kontakt zu den stromleitenden Flächen des Ladestecksystems möglich sein darf.
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Für die Sicherstellung der Spannungsfreiheit im einfachen Fehlerfall werden im derzeitigen Stand der Technik zusätzliche, redundante Trennelemente (z.B. Pyro-Sicherungen oder zusätzliche Schütze) in Reihe zu den Ladeschützen verbaut. Das ist kostenintensiv und benötigt Bauraum in der Hochvolt-Batterie, der anderweitig genutzt werden könnte.
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Eine weitere bekannte Möglichkeit ist es, sofort nach dem Abziehen des Ladesteckers aktiv die Ladeklappe zu schließen und diese mit einem Verriegelungsmechanismus gegen unzulässiges Öffnen zu kombinieren. Eine Vorrichtung zur Sicherung einer Ladesteckdose mit einer solchen Ladeklappe ist beispielsweise in der
DE 10 2010 048 713 A1 offenbart. Eine Person kann jedoch beispielsweise mit der Hand das Schließen der Ladeklappe verhindern. Außerdem verbleibt zwischen dem Abziehen des Ladesteckers und dem Schließen der Ladeklappe ein Moment, in dem insbesondere die stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte nicht berührgeschützt sind.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Berührung der stromleitenden Flächen des Ladestecksystems durch eine Person im einfachen Fehlerfall zu verhindern.
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Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen für eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und für ein Ladestecksystem nach Anspruch 10 gelöst.
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Nach der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Berührschutz eines Ladestecksystems zum Laden einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, das eine Ladebuchse aufweist. Eine Ladebuchse ist der Teil des Ladestecksystems, der an dem Fahrzeug verbaut ist und als Pin ausgebildete Hochvolt-Kontakte aufweist, wobei die Hochvolt-Kontakte stromleitende Kontaktflächen und nichtstromleitende Kontaktflächen aufweisen. Der Ladestecker, der in die Ladebuchse einzuführen ist, weist Öffnungen auf, in welche die Hochvolt-Kontakte aufnehmbar sind. Um einen Ladevorgang zu starten wird ein Ladestecker, der als Gegenstück der Ladebuchse ausgebildet ist, in die Ladebuchse gesteckt. Der Ladestecker ist durch wenigstens ein Ladekabel mit einer externen Ladesäule verbunden. Im gesteckten Zustand des Ladestecksystems, sind die Ladebuchse und der Ladestecker in der Lage die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladesäule zu ermöglichen, um den Ladevorgang zu steuern.
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Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Schutzeinrichtung zur zumindest teilweisen koaxialen Ummantelung der Hochvolt-Kontakte, wobei die Schutzeinrichtung innerhalb der Ladebuchse zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition über einen Mechanismus verschiebbar angeordnet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Schutzeinrichtung in einer Ausgangsposition im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems im Normalbetrieb die stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte frei lassen bzw. nicht abdecken und im Fehlerfall über den als Aktuator ausgebildeten Mechanismus irreversibel in eine Endposition schieben, in der die Schutzeinrichtung die stromleitenden Kontaktflächen abdeckt bzw. ummantelt. Auf diese Weise werden im Normalbetrieb, bei dem die Spannungsfreischaltung des Ladestecksystems über die Schütze erfolgt, die Hochvolt-Kontakte der Ladebuchse für den Kontakt mit dem Ladestecker frei gelassen. Somit kann das elektrisch betriebene Fahrzeug geladen werden. Im Fehlerfall werden die stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte über die Schutzeinrichtung, vorzugsweise irreversibel, berührsicher abgedeckt, sodass insbesondere ein Nutzer des Ladestecksystems bzw. eine Person vor der Hochvolt-Spannung der Hochvolt-Batterie geschützt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Schutzeinrichtung im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerfall über den als Druckfeder ausgebildeten Mechanismus in eine Endposition geschoben werden, in der sie die stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte berührsicher ummantelt bzw. umschließt. Beim Einstecken des Ladesteckers in die Ladebuchse des Ladestecksystems im Normalbetrieb, kann die Schutzeinrichtung über den als Druckfeder ausgebildeten Mechanismus in eine Ausgangsposition geschoben werden, bei der die Hochvolt-Kontakte in dem Ladestecker gesteckt werden können, da die Kraft der Druckfeder durch die Kraft beim Einstecken des Ladesteckers überwindbar ist. Auf diese Weise wird bei jedem Steckvorgang des Ladesteckers im Normalbetrieb die Schutzvorrichtung in die Ausgangsposition geschoben und der Ladevorgang ermöglicht. Im Fehlerfall wird die Schutzeinrichtung im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems über einen Verriegelungsmechanismus in der Endposition verriegelt, bei der die stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte berührsicher abgedeckt sind. Auf diese Weise ist insbesondere der Nutzer des Ladestecksystems vor der Hochvolt-Spannung der Hochvolt-Batterie geschützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann im Fehlerfall die Schutzeinrichtung im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems über einen Verriegelungsmechanismus, der als bewegbarer Stift ausgebildet ist, in der Endposition verriegelt werden. Dadurch kann die Schutzeinrichtung in einer Endposition im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems die stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte vorzugsweise über eine Druckfeder berührsicher abdecken. Im Fehlerfall wird der Stift des Verriegelungsmechanismus in die Schutzeinrichtung bewegt, so dass der Stift in eine Öffnung der Schutzeinrichtung eingreift. Somit kann die Schutzeinrichtung in der Endposition, bei der die stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte berührsicher abgedeckt sind, verriegelt werden. Auf diese Weise ist insbesondere der Nutzer des Ladestecksystems vor der Hochvolt-Spannung der Hochvolt-Batterie geschützt.
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Vorteilhaft kann die Vorrichtung kostenintensive redundante Trennelemente ersetzen und der für den Einbau von redundanten Trennelementen notwendige Bauraum in der Hochvolt-Batterie kann anderweitig verwendet oder gespart werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung, kann die Schutzeinrichtung einen Körper mit einer Kontur aufweisen, welche zu der inneren Kontur der Ladebuchse korrespondierend ausgebildet ist. Damit sind im Fehlerfall alle stromleitenden Kontaktflächen der Hochvolt-Kontakte berührsicher abgedeckt. Vorteilhaft kann die Vorrichtung auf diese Weise für alle Stecksysteme mit derselben Gegenkontur bzw. inneren Kontur der Ladebuchse verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung, kann die Schutzeinrichtung wenigstens eine zu der Anzahl von Hochvolt-Kontakten korrespondierenden Anzahl an Bohrungen aufweisen, innerhalb der die Hochvolt-Kontakte aufnehmbar sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Schutzeinrichtung aus einem isolierenden Material, vorzugsweise aus Kunststoff, ausgebildet sein. Auf diese Weise leitet die Schutzeinrichtung keinen Strom und schützt insbesondere den Nutzer des Ladestecksystems vor der Hochvolt-Spannung der Hochvolt-Batterie.
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Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Ladestecksystem zum Laden einer Batterie eines elektrischen Fahrzeugs, das eine Ladebuchse mit Hochvolt-Kontakten aufweist, mit einem Ladestecker, mit einer Vorrichtung zum Berührschutz des Ladestecksystems, mit einer Schutzeinrichtung und mit einem Mechanismus zum Verschieben der Schutzeinrichtung zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition.
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Mit Hilfe der Vorrichtung werden Hochvolt-Kontaktflächen, die im Fehlerfall nicht berührt oder kontaktiert werden dürfen, durch die Schutzeinrichtung schnell und sicher abgedeckt und geschützt, indem ein Mechanismus die Schutzeinrichtung zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition verschiebt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele so wie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung des Ladestecksystems (10) gemäß einer ersten Ausführungsform im gesteckten Zustand im Normalbetrieb.
- 2 eine schematische Darstellung des Ladestecksystems (10) gemäß 1 im nicht gesteckten Zustand im Normalbetrieb.
- 3 eine schematische Darstellung des Ladestecksystems (10) gemäß 1 im nicht gesteckten Zustand im Fehlerfall.
- 4 eine schematische Darstellung des Ladestecksystems (10) gemäß einer weiteren Ausführungsform im gesteckten Zustand im Normalbetrieb.
- 5 eine schematische Darstellung des Ladestecksystems (10) gemäß 4 im nicht gesteckten Zustand im Normalbetrieb
- 6 eine schematische Darstellung des Ladestecksystems (10) gemäß 4 im nicht gesteckten Zustand im Fehlerfall.
- 7 eine schematische Darstellung der Ladebuchse (12) mit der Schutzeinrichtung (16).
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1 zeigt in einer ersten Ausführungsform eine Vorrichtung (11) zum Berührschutz eines Ladestecksystems (10) zum Laden einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs in einem gesteckten Zustand und in einem Normalbetrieb. Das Ladestecksystem (10) umfasst eine fahrzeugseitige Ladebuchse (12) und einen Ladestecker (14). Die fahrzeugseitige Ladebuchse (12) weist als Pin ausgebildete HV-Kontakte (12.1) auf, die wenigstens stromleitende Kontaktflächen (12.1.a) und nicht stromleitende Kontaktflächen (12.1.b) aufweisen. Der Ladestecker (14), der in der Ladebuchse (12) aufnehmbar ist, weist Öffnungen auf, in welche die als Pins ausgebildeten Hochvolt-Kontakte (12.1) aufnehmbar sind. Um einen Ladevorgang zu starten wird, wie in 1 dargestellt, der Ladestecker (14), der als Gegenstück der Ladebuchse (12) ausgebildet ist, in die Ladebuchse (12) gesteckt. Hier nicht dargestellt, ist der Ladestecker (14) durch wenigstens ein Ladekabel mit einer externen Ladesäule verbunden. Im Zustand des Ladestecksystems (10) gemäß 1, sind die Ladebuchse (12) und der Ladestecker (14) gesteckt, sodass die Kommunikation zwischen einer fahrzeugseitigen und einer ladesäulenseitigen Steuereinrichtung herstellt wird, um den Ladevorgang zu steuern. In diesem gesteckten Zustand des Ladestecksystems (10) greifen die als Pins ausgebildeten Hochvolt-Kontakte (12.1) der Ladebuchse (12) in die korrespondierenden Ausnehmungen bzw. Öffnungen des Ladesteckers (14). Somit können die stromleitenden Flächen (12.1.a) der Hochvolt-Kontakte (12.1) der Ladebuchse (12) die stromleitenden Flächen der Hochvolt-Kontakte des Ladesteckers (14) berühren, sodass der Strom aus der Ladesäule durch das Ladestecksystem (10) in die Hochvolt-Batterie fließen kann, um diese zu laden.
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Die Vorrichtung (11) besteht im Wesentlichen aus einer innerhalb der Ladebuchse (12) zwischen einer Ausgangsposition (16.1) und einer Endposition (16.2) über einen Mechanismus (18, 20) verschiebbar angeordneten Schutzeinrichtung (16) zur zumindest teilweisen koaxialen Ummantelung der Hochvolt-Kontakte (12.1). Die Hochvolt-Kontakte (12.1) werden durch die Schutzeinrichtung (16) umschlossen, sodass zumindest die stromleitenden Oberflächen (12.1.a) der Hochvolt-Kontakte (12.1) durch die Schutzeinrichtung (16) eingeschlossen bzw. abgedeckt sind. Somit sind zumindest die stromleitenden Oberflächen (12.1.a) der HV-Kontakte (12.1) gegen Berührung geschützt.
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Die Schutzeinrichtung (16) weist einen Körper aus einem isolierenden Material, vorzugsweise aus Kunststoff, mit einer Kontur, welche zu einer inneren Kontur (12.2) der Ladebuchse (12) gemäß 7 korrespondierend ausgebildet ist, und wenigstens eine zu der Anzahl von Hochvolt-Kontakten (12.1) korrespondierende Anzahl an Bohrungen (16.3), innerhalb der die Hochvolt-Kontakte (12.1) aufnehmbar sind, auf. Somit ummantelt bzw. umschließt die Schutzeinrichtung (16) die Hochvolt-Kontakte (12.1) und schließt zumindest die stromleitenden Oberflächen (12.1.a) der Hochvolt-Kontakte (12.1) ein bzw. deckt zumindest die stromleitenden Oberflächen (12.1.a) der Hochvolt-Kontakte (12.1) ab.
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Im gesteckten Zustand des Ladestecksystems (10) im Normalbetrieb gemäß 1, bei dem die Spannungsfreischaltung des Ladestecksystems (10) über die Hochvolt-Schütze erfolgt, ist die Schutzeinrichtung (16) in der Ausgangsposition (16.1) und ummantelt bzw. umschließt die Hochvolt-Kontakte (12.1) der Ladebuchse (12) nicht, sodass die Hochvolt-Kontakte (12.1) der Ladebuchse (12) für den Kontakt mit dem Ladestecker (14) frei sind. Somit kann das elektrisch betriebene Fahrzeug geladen werden.
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Im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems (10) im Normalbetrieb gemäß 2 bleibt die Schutzeinrichtung (16) in der Ausgangsposition (16.1) und die Hochvolt-Kontakte (12.1) der Ladebuchse (12) sind ebenso nicht ummantelt bzw. umschlossen, denn im Normalbetrieb sorgen die Hochvolt-Schütze dafür, dass die Hochvolt-Kontakte (12.1) spannungsfrei sind, bevor der Ladestecker (14) ausgesteckt werden kann. In diesem Fall wird das Fahrzeug nicht geladen und der Nutzer ist vor den gefährlichen hohen Spannungen geschützt.
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Im Fehlerfall, gemäß 3, wird die Schutzeinrichtung (16) über den als Aktuator (18) ausgebildeten Mechanismus irreversibel in eine Endposition (16.2) geschoben, in der die Schutzeinrichtung (16) die stromleitenden Kontaktflächen (12.1.a) der Hochvolt-Kontakte (12.1) der Ladebuchse (12) ummantelt bzw. umschließt, sodass der Ladestecker (14) nicht eingesteckt werden kann. In diesem Fall wird das Fahrzeug ebenso nicht geladen und der Nutzer ist durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung (11) vor den gefährlichen hohen Spannungen auch im Fehlerfall beispielsweise, wenn die Hochvolt-Schütze nicht ordnungsgemäß funktionieren, geschützt.
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4 zeigt in einer zweiten Ausführungsform eine Vorrichtung (11) zum Berührschutz eines Ladestecksystems (10) zum Laden einer Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs in einem gesteckten Zustand und in einem Normalbetrieb. Die Vorrichtung (11) zum Berührschutz eines Ladestecksystems (10) gemäß 4 zum Laden einer Hochvolt-Batterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, das eine Ladebuchse (12) mit Hochvolt-Kontakten (12.1) aufweist, wobei die Hochvolt-Kontakte (12.1) wenigstens stromleitende Kontaktflächen (12.1.a) aufweisen, besteht im Wesentlichen aus einer innerhalb der Ladebuchse (12) zwischen einer Ausgangsposition (16.1) und einer Endposition (16.2) über einen Mechanismus der als Druckfeder (20) ausgebildet ist, verschiebbar angeordneten Schutzeinrichtung (16) zur zumindest teilweisen koaxialen Ummantelung der Hochvolt-Kontakte (12.1). Die Schutzeinrichtung (16) weist einen Körper aus einem isolierenden Material, vorzugsweise aus Kunststoff, auf. Die Schutzeinrichtung (16) besitzt eine Kontur, welche zu einer inneren Kontur (12.2) der Ladebuchse (12) gemäß 7 korrespondierend ausgebildet ist, und wenigstens eine zu der Anzahl von Hochvolt-Kontakten (12.1) korrespondierenden Anzahl an Bohrungen (16.3), innerhalb der die Hochvolt-Kontakte (12.1) aufnehmbar sind. Somit ist eine zumindest teilweise koaxiale Ummantelung der Hochvolt-Kontakte (12.1) möglich.
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Im gesteckten Zustand des Ladestecksystems (10) im Normalbetrieb gemäß 4, bei dem die Spannungsfreischaltung des Ladestecksystems (10) über die Hochvolt-Schütze erfolgt, befindet sich die Schutzeinrichtung (16) in der Ausgangsposition (16.1) und die Hochvolt-Kontakte (12.1) der Ladebuchse (12) sind für den Kontakt mit dem Ladestecker (14) frei, denn die Kraft der Druckfeder (20) ist durch die Kraft beim Einstecken des Ladesteckers (14) überwindbar. Somit kann das elektrisch betriebene Fahrzeug geladen werden.
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Im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems (10) sowohl im Normalbetrieb, gemäß 5, als auch im Fehlerfall, gemäß 6, wird die Schutzeinrichtung (16) über den als Druckfeder (20) ausgebildeten Mechanismus in eine Endposition (16.2) geschoben, in der die Schutzeinrichtung (16) die stromleitenden Kontaktflächen (12.1.a) der Hochvolt-Kontakte (12.1) einschließt.
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Im Normalbetrieb kann die Schutzeinrichtung (16) zurück in die Ausgangsposition (16.1) geschoben werden, denn die Kraft der Druckfeder (20) ist durch die Kraft beim Einstecken des Ladesteckers (14) überwindbar. Der Nutzer oder eine Person könnte ebenfalls mit der Hand die Schutzeinrichtung (16) in die Ausgangsposition (16.1) schieben. Das stellt aber keine Gefahr dar, denn im Normalbetrieb sorgen die Hochvolt-Schütze dafür, dass die Hochvolt-Kontakte (12.1) spannungsfrei sind, wenn kein Ladestecker (14) gesteckt ist.
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Im Fehlerfall, gemäß 6, wird im nicht gesteckten Zustand des Ladestecksystems (10) die Schutzeinrichtung (16) über einen Verriegelungsmechanismus (22), der als bewegbarer Stift (22.1) ausgebildet ist, in der Endposition (16.2), in der die Schutzeinrichtung (16) die stromleitenden Kontaktflächen (12.1.a) der Hochvolt-Kontakte (12.1) einschließt, verriegelt, indem der an der Ladebuchse (12) vorgesehene Stift (22.1) in eine Öffnung der Schutzeinrichtung (16) eingreift. Somit ist insbesondere der Nutzer des Ladestecksystems (10) vor der Hochvolt-Spannung der Hochvolt-Batterie auch im Fehlerfall, beispielsweise, wenn die Hochvolt-Schütze nicht ordnungsgemäß funktionieren, geschützt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ladestecksystem
- 11
- Vorrichtung
- 12
- Ladebuchse
- 12.1
- Hochvolt-Kontakt
- 12.1.a
- Stromleitende Fläche des Hochvolt-Kontakts
- 12.1.b
- Nicht stromleitende Fläche des Hochvolt-Kontakts
- 12.2
- Innere Kontur der Ladebuchse
- 14
- Ladestecker
- 16
- Schutzeinrichtung
- 16.1
- Ausgangsposition der Schutzeinrichtung
- 16.2
- Endposition der Schutzeinrichtung
- 16.3
- Bohrungen
- 18
- Aktuator
- 20
- Druckfeder
- 22
- Verriegelungsmechanismus
- 22.1
- Stift
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048713 A1 [0004]
