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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Steckverbindungselement zum Laden eines Fahrzeugs, ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs, sowie eine Ladevorrichtung und ein Fahrzeug.
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Beim Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge oder auch Fahrzeuge mit Hybridantrieb, besteht oftmals das Problem, dass bei sehr tiefen Temperaturen ein an das Fahrzeug angestecktes Ladekabel beim oder nach dem Laden des Fahrzeugs in dessen Ladebuchse festfriert. Dieses Problem kann insbesondere dann auftreten, wenn das Fahrzeug nachts über einen längeren Zeitraum geladen wird bzw. das Ladekabel am Fahrzeug angeschlossen ist.
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Die tiefen Außentemperaturen können in diesen Fällen dazu führen, dass Feuchtigkeit im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Ladekabel und der Ladebuchse des Fahrzeugs kondensiert und gefriert, oder dass Schnee im Bereich der Schnittstelle zur Bildung von Eis führt. Als Folge davon friert der Ladestecker in der Ladebuchse des Fahrzeugs fest und lässt sich nach dem Laden nicht mehr aus der Ladebuchse ziehen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, beim oder nach dem Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs ein Festfrieren eines an das Fahrzeug angesteckten Ladekabels zu verhindern und ein leichtes Abziehen bzw. Trennen des Ladekabels vom Fahrzeug bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu ermöglichen, auch wenn das Ladekabel bei über einen größeren Zeitraum am Fahrzeug angesteckt ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisches Steckverbindungselement zum Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, umfassend einen Steckabschnitt mit einer Anordnung von Kontaktelementen zum Herstellen einer elektrischen Steckverbindung zwischen einem elektrischen Anschlusselement eines Fahrzeugs und einer Stromquelle zum Laden des Fahrzeugs, und eine Heizeinrichtung zum Heizen der elektrischen Steckverbindung, wobei die Heizeinrichtung ein Speichermedium zum latenten Speichern von Wärme und ein in dem Speichermedium angeordnetes Aktivierungselement zum Auslösen eines Phasenübergangs des Speichermediums umfasst, der die latent gespeicherte Wärme freigibt.
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Insbesondere ist die Heizeinrichtung innerhalb des elektrischen Steckverbindungselements angeordnet.
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Die Heizeinrichtung ist vorteilhaft zum Heizen beim und/oder nach dem Laden des Fahrzeugs ausgebildet, das heißt zum Beispiel nachdem das Steckverbindungselement an dem Fahrzeug angeschlossen wurde und bevor es wieder vom Fahrzeug getrennt wurde.
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Insbesondere erfolgt der Phasenübergang im Speichermedium zur Freigabe von Wärme vom flüssigen Zustand in den festen Zustand.
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Insbesondere bildet das Speichermedium einen Latentwärmespeicher.
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Bevorzugt umfasst das Steckverbindungselement ein Flüssigkeitsreservoir zur Aufnahme des Speichermediums und des Aktivierungselements.
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Das Flüssigkeitsreservoir ist vorteilhaft zwischen einem Gehäuse des Steckverbindungselements und einem in dem Gehäuse angeordneten Stromführungsbereich ausgebildet, der zur Führung eines Ladestroms zum Steckabschnitt dient.
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Bevorzugt umgibt das Flüssigkeitsreservoir den Stromführungsbereich zumindest abschnittsweise bzw. in einem Teilabschnitt davon.
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Vorteilhafterweise umgibt das Flüssigkeitsreservoir den Stromführungsbereich bzw. einen Teilabschnitt von diesem vollständig.
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Bevorzugt umfasst das Steckverbindungselement ein Betätigungselement zum Ausüben einer Kraft auf das Aktivierungselement, um es elastisch zu verformen und den Phasenübergang des Speichermediums auszulösen.
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Vorteilhaft wird der Phasenübergang durch Verformen und anschließendes elastisches Zurückkehren oder Zurückschnellen in seinen unverformten Zustand bzw. Ausgangszustand ausgelöst.
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Bevorzugt ist das Betätigungselement außen am Steckverbindungselement angeordnet, um es manuell von außen zu betätigen.
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Vorteilhaft erstreckt sich das Betätigungselement zum Aktivierungselement hin, um eine von außen auf das Betätigungselement ausgeübte Kraft auf das Aktivierungselement zu übertragen.
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Bevorzugt umfasst das Betätigungselement einen elektromechanischen und/oder magnetischen Aktuator zur Verformung des Aktivierungselements.
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Der Aktuator ist vorteilhaft elektrisch und/oder elektromechanisch ansteuerbar.
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Bevorzugt umfasst das Steckverbindungselement ein thermisch an das Speichermedium gekoppeltes Heizelement, um durch Heizen des Speichermediums einen Phasenübergang zum Speichern von Wärme zu bewirken.
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Insbesondere erfolgt der Phasenübergang im Speichermedium zum Speichern von Wärme vom festen Zustand in den flüssigen Zustand.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs beschrieben, umfassend: Herstellen einer elektrischen Steckverbindung an einem Fahrzeug zwischen einem elektrischen Anschlusselement eines Fahrzeugs und einer Stromquelle zum Laden des Fahrzeugs; und Erwärmen der elektrischen Steckverbindung; wobei das Erwärmen durch Auslösen eines Phasenübergangs in einem Speichermedium mittels eines in dem Speichermedium angeordneten Aktivierungselements erfolgt, der die latent gespeicherte Wärme freigibt.
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Vorteilhaft erfolgt das Erwärmen der hergestellten elektrischen Steckverbindung beim Laden und/oder nach dem Laden des Fahrzeugs, wenn beispielsweise der Ladevorgang beendet ist, die Steckverbindung aber weiterhin besteht.
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Bevorzugt wird der Phasenübergang durch eine elastische Verformung des Aktivierungselements ausgelöst.
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Insbesondere wird der Phasenübergang dadurch ausgelöst, dass das Aktivierungselement nach seiner Verformung durch seine elastische Rückstellkraft in seinen Ausgangszustand zurückkehrt.
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Bevorzugt erfolgt die Verformung des Aktivierungselements durch manuelles Ausüben einer Kraft von außen auf ein Betätigungselement, das die Kraft auf das Aktivierungselement überträgt
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Bevorzugt wird die Verformung des Aktivierungselements durch einen elektromechanischen und/oder magnetischen Aktuator bewirkt, der mit dem Aktivierungselement verbunden ist und zum Beispiel elektrisch oder elektronisch angesteuert wird.
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Insbesondere wird ein erfindungsgemäßes elektrisches Steckverbindungselement bei dem Verfahren verwendet.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird Ladevorrichtung zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs geschaffen, wobei die Ladevorrichtung ein erfindungsgemäßes elektrisches Steckverbindungselement umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug geschaffen, das eine Ladevorrichtung gemäß der Erfindung umfasst.
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Vorteile, Details, und Merkmale, die im Zusammenhang mit dem elektrischen Steckverbindungselement beschrieben sind, gelten auch für die anderen Aspekte der Erfindung, ebenso wie umgekehrt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 ein elektrisches Steckverbindungselement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beim Anschließen an eine Ladebuchse eines Fahrzeugs in einer perspektivischen Ansicht von außen auf die Ladebuchse; und
- 2 eine Schnittdarstellung eines elektrischen Steckverbindungselements, wie es beispielsweise in 1 gezeigt ist, in einem Zustand, in dem es an die Ladebuchse des Fahrzeugs angeschlossen ist.
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Bezugnehmend auf die 1 und 2 umfasst ein elektrisches Steckverbindungselement 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens einen Steckabschnitt 11, in dem eine Anordnung von Kontaktelementen 12 ausgebildet ist, um eine elektrische Steckverbindung 13 zwischen einem zum Beispiel als Ladebuchse 14 ausgebildeten elektrischen Anschlusselement eines Fahrzeugs 15 und einer Stromquelle 16 zum Laden des Fahrzeugs 15 herzustellen.
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In dem als Ladestecker ausgebildeten elektrischen Steckverbindungselement 10 ist eine Heizeinrichtung 17 ausgebildet, um die elektrische Steckverbindung 13 insbesondere beim oder nach dem Laden des Fahrzeugs 15 zu heizen. Die Heizeinrichtung 17 umfasst einen Latentwärmespeicher in Form eines Speichermediums 18, das zum latenten Speichern von Wärme ausgebildet ist.
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In dem Speichermedium 18 ist ein Aktivierungselement 19 ausgebildet, das zum Auslösen eines Phasenübergangs des Speichermediums 18 dient, wodurch die in dem Speichermedium 18 latent gespeicherte Wärme freigegeben wird und insbesondere zum Steckabschnitt 11 gelangt.
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Ein Flüssigkeitsreservoir 20 ist zur Aufnahme des Speichermediums 18 und des Aktivierungselements 19, das vom Speichermedium 18 umgeben ist, in dem Steckverbindungselement 10 ausgebildet. Das Flüssigkeitsreservoir 20 ist zwischen einem Gehäuse 21 des Steckverbindungselements 10 und einem in dem Gehäuse 21 angeordneten, als Kabelkanal 22 ausgebildeten Stromführungsbereich vorgesehen, der zur Führung eines Ladestroms zum Steckabschnitt 11 ausgebildet ist.
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Beispielsweise ist zumindest ein Teilbereich des Flüssigkeitsreservoirs 20 innerhalb des Steckabschnitts 11 ausgebildet. Es kann aber auch vom Steckabschnitt 11 getrennt sein, wobei die vom Speichermedium innerhalb des Steckverbindungselements 10 freigegebene Wärme zum Beispiel durch dessen Gehäuse 21 und durch die Wandung des Flüssigkeitsreservoirs 20 an den Steckabschnitt 11 geleitet wird.
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Das Speichermedium 18 wird zum Beispiel durch Wasser und einem darin gelösten Salz wie zum Beispiel Natriumacetat gebildet und speichert zugeführte Wärme, die erst wieder abgegeben wird, wenn ein Phasenübergang des Speichermediums 18 vom flüssigen Zustand in den festen Zustand stattfindet. Auch wenn das Speichermedium 18 nach seiner Erwärmung wieder abgekühlt ist, bleibt es dennoch flüssig, solange keine Kristallisation innerhalb des Speichermediums 18 angeregt wird.
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Das Aktivierungselement 19 wird zum Beispiel durch ein Plättchen gebildet, das insbesondere aus Metall gefertigt ist. Durch Knicken des Metallplättchens wird der Phasenübergang des Speichermediums 18 ausgelöst. Beim Knicken erzeugt es Schallwellen im Speichermedium 18, die ein Auskristallisieren bzw. den Phasenübergang anregen, wodurch Wärme vom Speichermedium abgegeben wird.
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Das Flüssigkeitsreservoir 20, das einen Behälter zur Aufnahme des Speichermediums 18 bildet, umgibt den Stromführungsbereich bzw. Kabelkanal 22 innerhalb des Steckergehäuses 21 vollständig oder zumindest in einem Teilabschnitt von diesem.
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Ein Betätigungselement 23 ist mechanisch an das Aktivierungselement 19 gekoppelt, um eine Kraft F auf das Aktivierungselement bzw. Plättchen 19 auszuüben und es auf diese Weise elastisch zu verformen, sodass der Phasenübergang ausgelöst wird. Dies kann zum Beispiel auch dadurch erfolgen, dass das als Plättchen ausgebildete Aktivierungselement 19, nachdem es elastisch verformt wurde, in seinen Ausgangszustand bzw. unverformten Zustand zurückschnellt und dadurch die Schallwellen erzeugt, die sich im Speichermedium 18 ausbreiten und zum Phasenübergang in den festen Zustand führen, sodass die im Speichermedium 18 vorhandene, latente Wärme freigegeben wird.
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Das Betätigungselement 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Druckknopf ausgebildet, der außen am Steckverbindungselement 10 angeordnet ist und sich durch das Gehäuse 21 zum Aktivierungselement 19 hin erstreckt, sodass dieses manuell von außen betätigbar ist und durch Drücken auf das Betätigungselement 23 der Phasenübergang bzw. die Abgabe von Wärme aus dem Speichermedium 18 von außen aktiviert werden kann.
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In einer anderen, hier nicht dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird das Betätigungselement zum Auslösen des Phasenübergangs im Speichermedium 18 durch einen elektromechanischen oder durch einen magnetischen Aktuator gebildet, der mechanisch an das Aktivierungselement 19 gekoppelt ist und elektrisch angesteuert wird, um das Aktivierungselement 19 zu verformen und dadurch den Phasenübergang und die damit verbundene Abgabe der latent gespeicherte Wärme aus dem Speichermedium 18 zu bewirken bzw. zu aktivieren.
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Insbesondere kann das Aktivierungselement 19 zum Auslösen des Phasenübergangs im Speichermedium 18 durch eine Steuereinheit bewirkt werden, die zum Beispiel im Fahrzeug 15 oder in der Ladestation bzw. Stromquelle 16 ausgebildet ist.
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Das Auslösen des Phasenübergangs zur Abgabe von Wärme kann insbesondere durch ein Funksignal erfolgen, das von einem Sendegerät wie beispielsweise einem Mobilfunkgerät oder einer im Cockpit des Fahrzeugs Bedieneinheit erzeugt wird und an die Steuereinheit übertragen wird.
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Auch kann das Auslösen des Phasenübergangs zur Abgabe von Wärme an die
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In dem Kabelkanal 22 erstrecken sich mehrere elektrische Leitungen bzw. Kabel, die jeweils mit zugehörigen, als Kontaktstifte 12 ausgebildeten Kontaktelementen elektrisch verbunden sind, um beim Laden des Fahrzeugs 15 den Ladestrom von der Ladestation bzw. Stromquelle 16 über die Kontaktelementen 12 einem elektrischen Energiespeicher bzw. einer Batterieeinheit innerhalb des Fahrzeugs 15 zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs zuzuführen.
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Ein Heizelement 24 erstreckt sich zumindest mit einem Teilbereich in das Flüssigkeitsreservoir bzw. den Flüssigkeitsbehälter 20, sodass es thermisch an das Speichermedium 18 gekoppelt ist. Das Heizelement 24 ist zum Beispiel elektrisch ausgeführt, sodass es durch Stromzufuhr bzw. durch Leiten des Stroms ein Heizen des Speichermediums 18 bewirkt. Dadurch kann das Speichermedium 18 wiederum Wärme aufnehmen, wobei ein Phasenübergang in der entgegengesetzten Richtung wie bei der Wärmeabgabe erfolgt. Insbesondere erfolgt der Phasenübergang zur Aufnahme von Wärme vom festen in den flüssigen Zustand.
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Dadurch wird wiederum latente Wärme im Speichermedium 18 gespeichert. D. h., das Speichermedium 18 wird durch Aufheizen des Heizelements 24 regeneriert und dadurch wieder in den Zustand latent gespeicherte Wärme gebracht.
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In einer anderen Ausführungsform wird Verlustwärme, die beim Laden des Fahrzeugs 15 in dem elektrischen Steckverbindungselement 10 erzeugt wird, zum Heizen des Speichermediums 18 und damit zu dessen Regeneration verwendet. Dies kann zum Beispiel auch in Kombination mit dem Aufheizen des Speichermediums 18 durch das Heizelement 24 erfolgen.
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Das elektrische Steckverbindungselement bzw. der Ladestecker 10 ist zum Beispiel Teil eines Ladekabels 25, das mit der Stromquelle 16 zum Laden des Fahrzeugs verbunden ist oder mit dieser verbindbar ist. Das Ladekabel 25 mit dem Ladestecker 10 ist zum Beispiel fest mit einer öffentlichen Ladestation verbunden bzw. ein Teil davon.
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Das Ladekabel 25 mit dem Stecker 10 kann aber auch im Fahrzeug mitgeführt werden bzw. mobil ausgeführt sein und bei Bedarf an eine Stromquelle 16 angeschlossen werden, insbesondere an eine Wallbox.
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Der Steckabschnitt 11 des Ladesteckers 10 umfasst in diesem Beispiel einen in 1 oben angeordneten ersten Teilbereich zum Laden des Fahrzeugs mit Wechselstrom und einen in 1 unten angeordneten zweiten Teilbereich zum Laden mit Gleichstrom.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs beschrieben.
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Dabei wird zunächst mit einem elektrischen Steckverbindungselement 10 eine elektrische Steckverbindung 10 zwischen dem elektrischen Anschlusselement 14 bzw. einer Ladebuchse des Fahrzeugs 15 und einer Stromquelle 16 zum Laden des Fahrzeugs hergestellt. Das elektrische Steckverbindungselement wird beispielsweise durch einen Ladestecker gebildet, der an einem Ladekabel ausgebildet ist.
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Das Anschlusselement 14 ist zum Beispiel eine Ladedose oder Lademulde des Fahrzeugs und insbesondere Teil eines Ladeklappensystems. Insbesondere wird die elektrische Steckverbindung mit einem elektrischen Steckverbindungselement 10, wie es oben beschrieben ist, hergestellt.
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Das Steckverbindungselement 10 wird bevorzugt beim Laden des Fahrzeugs 15 und/oder nach dem Laden des Fahrzeugs 15 im Bereich der elektrischen Steckverbindung 13 geheizt bzw. erwärmt. Dabei wird das Heizen bzw. Erwärmen durch Auslösen des oben beschriebenen Phasenübergangs im Speichermedium 18 mittels dem in dem Speichermedium 18 angeordneten Aktivierungselement 19 verursacht, der die im Speichermedium 18 latent gespeicherte Wärme freigibt.
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Dabei wird der Phasenübergang durch die elastische Verformung des Aktivierungselements 19 ausgelöst. Insbesondere kann das Aktivierungselement dabei zunächst verformt werden und anschließend selbsttätig in seinen Ausgangszustand bzw. unverformten Zustand zurück schnellen oder zurückkehren, sodass dadurch Druckwellen innerhalb des Speichermediums 18 entstehen, die zur Bildung von Kristallisationskeimen im Speichermedium 18 und damit zum Phasenübergang vom flüssigen in den festen Zustand führen.
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Die Verformung des Aktivierungselements 19 wird bevorzugt durch manuelles ausüben der Kraft F von außen auf das Betätigungselement 23 bewirkt, das die Kraft F auf das Aktivierungselement 19 überträgt, wodurch sich dieses verformt und nach der Verformung und der Beendigung der Druckausübung in seinen Ausgangszustand zurückschnellt.
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Die Verformung des Aktivierungselements 19 kann jedoch auch durch einen elektromechanischen oder magnetischen Aktuator bewirkt werden, der mit dem Aktivierungselement 19 gekoppelt ist bzw. mit dem Aktivierungselement 19 verbunden ist, und zum Beispiel elektrisch bzw. elektronisch angesteuert wird, um die Verformung herbeizuführen.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist das elektrische Steckverbindungselement 10 Teil einer Ladevorrichtung 30 zum elektrischen Laden eines Fahrzeugs 15.
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Bezugszeichenliste:
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- 10
- Steckverbindungselement / Ladestecker
- 11
- Steckabschnitt
- 12
- Kontaktelemente
- 13
- elektrische Steckverbindung
- 14
- Ladebuchse bzw. elektrisches Anschlusselement
- 15
- Fahrzeugs
- 16
- Stromquelle
- 17
- Heizeinrichtung
- 18
- Speichermedium
- 19
- Aktivierungselement
- 20
- Flüssigkeitsreservoir
- 21
- Gehäuse
- 22
- Kabelkanal bzw. Stromführungsbereich
- 23
- Druckknopf bzw. Betätigungselement
- 24
- Heizelement
- 25
- Ladekabel
- F
- Kraft
