DE102022121846A1

DE102022121846A1 - Ladevorrichtung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102022121846A1
Application number: DE102022121846.5A
Authority: DE
Inventors: Justus Speichermann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Ladevorrichtung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit einer Ladestation (20), einem Ladekabel (30), welches mit einem ladestationsseitigen Ende an der Ladestation (20) elektrisch und mechanisch verbindbar ist und mit einem fahrzeugseitigen Ende an dem Elektrofahrzeug (10) elektrisch und mechanisch verbindbar ist, und einer Überlastschutzvorrichtung (48), wobei die Überlastschutzvorrichtung (48) eine starr angeordnete Haltevorrichtung (50) und eine mit einer Steuereinheit (22) der Ladestation (20) signalmäßig verbundene Überwachvorrichtung (52) aufweist, wobei das Ladekabel (30) in einem Bereich zwischen dem ladestationsseitigen Ende und dem fahrzeugseitigen Ende an der Haltevorrichtung (50) in Längsrichtung festgehalten ist und ab einer vordefinierten Zugkraft am Ladekabel (30) der Haltezustand derart aufgehoben ist, dass sich das Ladekabel (30) in Längsrichtung relativ zur Haltevorrichtung (50) verlagert, und wobei die Überwachvorrichtung (52) derart ausgeführt ist, dass der Haltezustand des Ladekabel (30) in der Haltevorrichtung (50) überwacht wird und ein Aufheben des Haltezustands detektiert wird und an die Steuereinheit (22) der Ladestation (20) kommuniziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit einer Ladestation, einem Ladekabel, welches mit einem ladestationsseitigen Ende an der Ladestation elektrisch und mechanisch verbindbar ist und mit einem fahrzeugseitigen Ende an dem Elektrofahrzeug elektrisch und mechanisch verbindbar ist, und einer Überlastschutzvorrichtung.
Eine derartige Ladevorrichtung ist beispielsweise bereits aus der EP 2 980 955 A1 bekannt. Hierbei weist die Ladevorrichtung ein Ladekabel und einen an einem Ende des Ladekabels angeordneten Ladestecker auf, wobei der Ladestecker über eine einen Überlastschutz bildende Verbindung mit dem Ladekabel verbunden ist. Die Verbindung ist dabei derart ausgeführt, dass ab einer vordefinierten Zugkraft am Ladekabel sich die Verbindung zwischen dem Ladekabel und dem Ladestecker löst. Dadurch soll ein Schaden am Ladekabel, am Ladestecker und am Elektrofahrzeug und an der Ladestation vermieden werden, wenn das Ladekabel mit einer relativ hohen Zugkraft belastet wird. Nachteilig daran ist, dass das Ladekabel und der Ladestecker wieder aufwendig zusammengebaut werden müssen. Eine andere in der EP 2 980 955 A1 offenbarten Ausführung umfasst einen Kraftsensor, durch welchen die Zugbelastung an der Verbindung zwischen dem Ladekabel und dem Ladestecker erfasst wird. Dadurch kann eine kritische Zugbelastung des Ladekabels erfasst werden und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Nachteilig daran ist, dass hierbei und auch bei der ersten Ausführung das Ladekabel mit einem dazugehörigen Ladestecker speziell ausgeführt und aufwendig hergestellt werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, bei welcher eine Beschädigung des Ladekabels und der daran anschließenden Komponenten aufgrund einer zu hohen Zugbelastung am Ladekabel auf eine einfache und kostengünstige Weise verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Überlastschutzvorrichtung eine starr angeordnete Haltevorrichtung und eine mit einer Steuereinheit der Ladestation signalmäßig verbundene Überwachvorrichtung auf. Durch die Haltevorrichtung wird das Ladekabel in einem Bereich zwischen dem ladestationsseitigen Ende und dem fahrzeugseitigen Ende an der Haltevorrichtung in Längsrichtung festgehalten. Bei einer relativ hohen Zugbelastung des Ladekabels, beispielsweise durch ein Hängenbleiben des Ladekabels an einem anfahrenden Elektrofahrzeug oder an einem wegfahrenden Elektrofahrzeug wird die Haltekraft der Haltevorrichtung in Längsrichtung des Ladekabels überschritten, wodurch der Haltezustand aufgehoben wird. Dabei verlagert sich das Ladekabel in Längsrichtung relativ zur Haltevorrichtung. Diese Verlagerung des Ladekabels relativ zur Haltevorrichtung wird durch die den Haltezustand überwachende Überwachvorrichtung erfasst, wobei bereits eine relativ geringe Verlagerung ausreichend ist, und an die Steuereinheit der Ladestation kommuniziert. Die Steuereinheit führt basierend darauf vordefinierte Maßnahmen durch.
Durch eine derartige Ausführung der Überlastschutzvorrichtung kann auf eine zuverlässige, einfache und kostengünstige Weise eine Beschädigung des Ladekabels und der anderen, mit dem Ladekabel verbundenen Komponenten verhindert werden, wenn das Ladekabel mit einer hohen Zugkraft, d.h. einer Kraft in Längsrichtung, belastet wird. Hierfür sind ausschließlich einfache und kostengünstige Komponente erforderlich.
Vorzugsweise ist im Bereich des Ladekabels zwischen dem ladestationsseitigen Ende und der Haltevorrichtung eine Reservelänge des Ladekabels vorhanden. Dadurch kann bei einer Zugbelastung des Ladekabels und einer Relativbewegung des Ladekabels relativ zur Haltevorrichtung zuverlässig eine Beschädigung des Ladekabels und der Ladestation verhindert werden, wobei durch die Reservelänge nach Detektion der hohen Zugbelastung des Ladekabels noch eine große Relativbewegung zwischen dem Ladekabel und der Haltevorrichtung erfolgen kann, bis die Zugbelastung auf die Ladestation übertragen wird und eine zur Zugbelastung wirkende Gegenkraft vorliegt.
Die Reservelänge ist derart zu verstehen, dass der Abstand zwischen der Ladestation und der Haltevorrichtung geringer als die Länge des Ladekabels in einen Bereich zwischen dem ladestationsseitigen Ende und der Haltevorrichtung ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinheit der Ladestation derart ausgeführt, dass bei einem durch die Überwachungseinheit detektierten Lösen des Haltezustandes die elektrische Verbindung zwischen dem Ladekabel und der Ladestation unterbrochen wird. Auf diese Weise kann die Verletzungsgefahr für eine Person erheblich reduziert werden, indem stromführende und bei einer Beschädigung ggfs. freiliegende Komponenten des Ladekabels stromlos sind.
Vorzugsweise ist eine Warmvorrichtung mit einer akustischen und/oder optischen Warnsignalausgabe vorgesehen, welche signalmäßig mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit die Warnvorrichtung derart ansteuert, dass bei einem durch die Überwachungseinheit detektierten Lösen des Haltezustandes ein akustisches und/oder optisches Warnsignal durch die Warnvorrichtung ausgegeben wird. Dadurch kann sofort angezeigt werden, wenn eine Überlastung des Ladekabels stattgefunden hat.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Überwachvorrichtung einen Sensor auf, welcher mit einer Markierung des Ladekabels zusammenwirkt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Sensor ein optischer Sensor oder ein Magnetfeldsensor. Dadurch kann die Überwachvorrichtung zuverlässig, einfach und kostengünstig ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung eine Klemme, welche radial am Ladekabel reibungsbehaftet anliegt. Damit wird das Ladekabel kraftschlüssig durch die Haltevorrichtung bzw. die Klemme in Längsrichtung des Ladekabels gehalten. Wenn die am Ladekabel wirkende Zugkraft die Reibkraft zwischen der Klemme und dem Ladekabel übersteigt, verlagert sich das Ladekabel in Richtung der Zugkraft relativ zur Haltevorrichtung bzw. zur Klemme. Dadurch kann die Haltevorrichtung einfach und kostengünstig ausgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das ladestationsseitige Ende des Ladekabels dauerhaft fest an der Ladestation verbunden und an dem fahrzeugseitigen Ende ist ein Ladestecker zum Koppeln mit einer zum Ladestecker korrespondierenden Ladeschnittstelle des Elektrofahrzeugs angeordnet. Hierbei ist die Ladestation insbesondere eine sogenannte Wallbox. Bei Ladestationen, bei welchen das Ladekabel dauerhaft fest mit der Ladestation verbunden ist, ist eine derartige Überlastschutzvorrichtung besonders notwendig, da die hohe Zugkraft direkt auf die Ladestation übertragen wird und dadurch einen erheblichen Schaden an der Ladestation verursachen kann.
Damit wird eine Ladevorrichtung bereitgestellt, bei welcher auf eine zuverlässige, einfache und kostengünstige Weise eine durch eine hohe Zugbelastung des Ladekabels verursachte Beschädigung des Ladekabels und der anderen, mit dem Ladekabel verbundenen Komponenten verhindert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug und eine Ladevorrichtung, und
2 zeigt eine Überlastschutzvorrichtung der Ladevorrichtung aus 1 im Querschnitt.

Die 1 zeigt ein Elektrofahrzeug 10, welches eine in der 1 nicht gezeigte elektrische Antriebseinheit und eine Traktionsbatterie 12 zur Versorgung der elektrischen Antriebseinheit im Fahrbetrieb mit elektrischer Energie aufweist. Die Traktionsbatterie 12 weist eine Vielzahl von Batteriezellen und damit eine gewisse Kapazität auf. Im Fahrbetrieb entlädt sich die Traktionsbatterie 12 und muss aufgeladen werden. Hierfür weist das Elektrofahrzeug 10 eine Ladeschnittstelle 14 auf, welche üblicherweise als Ladebuchse ausgeführt ist.
Das Aufladen der Traktionsbatterie 12 des Elektrofahrzeugs erfolgt durch eine Ladevorrichtung 18. Dabei wird zum Aufladen der Traktionsbatterie 12 das Elektrofahrzeug 10 an einer Ladestation 20 abgestellt und das Elektrofahrzeug 10 über ein Ladekabel 30 mit der Ladestation 20 verbunden. Die Ladestation 20 kann eine öffentliche Ladesäule oder aber auch eine sogenannte Wallbox, welche beispielsweise auf einer Hauswand oder in einer Garage montiert ist, sein. In beiden Fällen ist das Ladekabel 30 mit einem ladestationsseitigen Ende mit der Ladestation 20 verbunden und weist an einem fahrzeugseitigen Ende einen Ladestecker 38 auf. Das Ladekabel 30 kann entweder dauerhaft und unlösbar oder lösbar über einen ladestationsseitigen Ladestecker mit der Ladestation 20 mechanisch und elektrisch verbunden sein. Die in der 1 gezeigte Ladestation 20 ist eine Wallbox, welche an einem starr an einer Wand befestigten Träger 57 befestigt ist. Der Träger 57 ist oberhalb des Elektrofahrzeugs 10 angeordnet, so dass das zum Elektrofahrzeug 10 führende Ladekabel 30 von oben herunterhängt. Dabei ist das Ladekabel 30 über ein Verbindungselement 36 unlösbar mit der Ladestation 20 verbunden.
Um die Traktionsbatterie 12 aufzuladen, muss nach dem Abstellen des Elektrofahrzeugs 10 in der Nähe der Ladestation 20 der Ladestecker 38 in die Ladeschnittstelle 14 des Elektrofahrzeugs 10 eingesteckt werden und der Ladevorgang gestartet werden. Der Ladevorgang wird über eine Steuereinheit 22 der Ladestation 20 gesteuert.
Zur Erhöhung der Sicherheit der Ladevorrichtung 18 weist die Ladevorrichtung 18 eine Überlastschutzvorrichtung 48 auf. Die Überlastschutzvorrichtung 48 weist eine Haltevorrichtung 50 auf, welche, wie die Ladestation 20 auch, an dem Träger 57 befestigt ist und damit starr an einer Wand befestigt ist. Die Haltevorrichtung 50 ist außerdem in 2 gezeigt und weist eine Klemme 51 auf, welche das Ladekabel 30 umgreift und reibungsbehaftet an einer Umfangsfläche des Ladekabels 30 anliegt. Das Ladekabel 30 wird durch die Haltevorrichtung 50 in einen ersten Abschnitt 32 und einen zweiten Abschnitt 34 unterteilt. Der zweite Abschnitt 34 erstreckt sich zwischen dem fahrzeugseitigen Ende und der Haltevorrichtung 50 und weist eine entsprechende Länge auf, um den Ladestecker 38 mit der Ladeschnittstelle 14 des Elektrofahrzeugs 10 koppeln zu können. Der erste Abschnitt 32 erstreckt sich zwischen der starr angeordneten Ladestation 20 und der starr angeordneten Haltevorrichtung 50, d.h. zwischen dem ladestationsseitigen Ende und der Haltevorrichtung 50. Das Ladekabel 30 weist in diesem ersten Abschnitt 32 eine Länge auf, welche größer als der Abstand zwischen der Ladestation 20 und der Haltevorrichtung 50 ist, so dass eine Reservelänge vorliegt.
Weiterhin weist die Überlastschutzvorrichtung 48 eine Überwachvorrichtung 52 und eine Warnvorrichtung 56 auf, wobei die Überwachvorrichtung 52 und die Warnvorrichtung 56 über jeweils eine Signalleitung 54, 60 mit der Steuereinheit 22 der Ladestation 20 signalmäßig verbunden sind. Die Überwachvorrichtung 52 weist einen berührungslosen Sensor 55, insbesondere einen optischen Sensor, auf, welcher mit einer in der 2 gezeigten Markierung 53 zusammenwirkt. Die Markierung 53 ist an dem Ladekabel 30 vorgesehen. Die Warnvorrichtung 56 ist als Leuchte ausgeführt.
Die Überlastschutzvorrichtung 48 dient dem Schutz des Ladekabels 30 und der Ladestation 20 vor einer Beschädigung aufgrund einer hohen, am Ladekabel 30 wirkenden Zugbelastung, wobei eine derartige hohe Zugbelastung am Ladekabel 30 beispielsweise dadurch verursacht werden kann, dass das Ladekabel 30 an einem anfahrenden oder einem abfahrende Elektrofahrzeug 10 hängenbleibt.
Der Überlastschutz wird derart bereitgestellt, dass bei einer Belastung des Ladekabels 30 mit einer derart hohen Zugkraft, dass die Reibkraft zwischen der Klemme 51 und dem Ladekabel 30 überschritten wird, sich das Ladekabel 30 relativ zur Haltevorrichtung 50 verlagert. Dabei wird aufgrund der Reservelänge des Ladekabels 30 am ersten Abschnitt 32 die Verlängerung des zweiten Abschnitt 34 kompensiert, ohne dass die Zugbelastung auf die Ladestation 20 übertragen wird. Die Verlagerung des Ladekabels 30 relativ zur Haltevorrichtung 50 wird durch die Überwachvorrichtung 52 erfasst, indem der Sensor 55 eine Verlagerung der Markierung 53 detektiert. Diese Information der Verlagerung der Markierung 53 wird an die Steuereinheit 22 übermittelt, wobei durch die Steuereinheit 22 die Warnvorrichtung 56 angesteuert wird. Die Warnvorrichtung 56 gibt ein Warnsignal aus, wodurch beispielsweise einem Fahrer des Elektrofahrzeugs 10, an welchem das Ladekabel 30 hängengeblieben ist, dies angezeigt wird und dieser schnellstmöglich anhalten kann, um eine Beschädigung des Ladekabels 30 und der Ladestation 20 zu verhindern. Zusätzlich könnte durch die Steuereinheit 22 die elektrische Verbindung zwischen dem Ladekabel 30 und der Ladestation unterbrochen werden.
Damit wird eine Ladevorrichtung 18 bereitgestellt, bei welcher auf eine zuverlässige, einfache und kostengünstige Weise eine durch eine hohe Zugbelastung des Ladekabels 30 verursachte Beschädigung des Ladekabels 30 und der anderen, mit dem Ladekabel 30 verbundenen Komponenten verhindert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2980955 A1 [0002]

Claims

Ladevorrichtung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit einer Ladestation (20), einem Ladekabel (30), welches mit einem ladestationsseitigen Ende an der Ladestation (20) elektrisch und mechanisch verbindbar ist und mit einem fahrzeugseitigen Ende an dem Elektrofahrzeug (10) elektrisch und mechanisch verbindbar ist, und einer Überlastschutzvorrichtung (48), dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastschutzvorrichtung (48) eine starr angeordnete Haltevorrichtung (50) und eine mit einer Steuereinheit (22) der Ladestation (20) signalmäßig verbundene Überwachvorrichtung (52) aufweist, wobei das Ladekabel (30) in einem Bereich zwischen dem ladestationsseitigen Ende und dem fahrzeugseitigen Ende an der Haltevorrichtung (50) in Längsrichtung festgehalten ist und ab einer vordefinierten Zugkraft am Ladekabel (30) der Haltezustand derart aufgehoben ist, dass sich das Ladekabel (30) in Längsrichtung relativ zur Haltevorrichtung (50) verlagert, und wobei die Überwachvorrichtung (52) derart ausgeführt ist, dass der Haltezustand des Ladekabel (30) in der Haltevorrichtung (50) überwacht wird und ein Aufheben des Haltezustands detektiert wird und an die Steuereinheit (22) der Ladestation (20) kommuniziert wird.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ladekabels (30) zwischen dem ladestationsseitigen Ende und der Haltevorrichtung (50) eine Reservelänge des Ladekabels (30) vorhanden ist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) der Ladestation (20) derart ausgeführt ist, dass bei einem durch die Überwachungseinheit (52) detektierten Lösen des Haltezustandes die elektrische Verbindung zwischen dem Ladekabel (30) und der Ladestation (20) unterbrochen wird.
Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warmvorrichtung (56) mit einer akustischen und/oder optischen Warnsignalausgabe vorgesehen ist, welche signalmäßig mit der Steuereinheit (22) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (22) die Warnvorrichtung (56) derart ansteuert, dass bei einem durch die Überwachvorrichtung (52) detektierten Lösen des Haltezustandes ein akustisches und/oder optisches Warnsignal durch die Warnvorrichtung (56) ausgegeben wird.
Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachvorrichtung (52) einen Sensor (55) aufweist, welcher mit einer Markierung (53) des Ladekabels (30) zusammenwirkt.
Ladevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (55) ein optischer Sensor oder ein Magnetfeldsensor ist.
Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (50) eine Klemme (51) ist, welche radial am Ladekabel (30) reibungsbehaftet anliegt.
Ladevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ladestationsseitige Ende des Ladekabels (30) unlösbar an der Ladestation (20) verbunden ist und an dem fahrzeugseitigen Ende ein Ladestecker (38) zum Koppeln mit einer zum Ladestecker (38) korrespondierenden Ladeschnittstelle (14) des Elektrofahrzeugs (10) angeordnet ist.