WO2022136116A1 - Ladekabel und verfahren zum aufladen eines elektrofahrzeugs - Google Patents

Ladekabel und verfahren zum aufladen eines elektrofahrzeugs Download PDF

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WO2022136116A1
WO2022136116A1 PCT/EP2021/086215 EP2021086215W WO2022136116A1 WO 2022136116 A1 WO2022136116 A1 WO 2022136116A1 EP 2021086215 W EP2021086215 W EP 2021086215W WO 2022136116 A1 WO2022136116 A1 WO 2022136116A1
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adapter
locking
charging
connection
charging cable
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PCT/EP2021/086215
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Christoph Erni
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Juice Technology AG
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a charging cable and a method for charging an electrical consumer, in particular an electric vehicle.
  • charging cables are known whose mains-side connection can be exchanged using an adapter arrangement. This makes it easy to use different connections on the mains side, such as single-phase Schuko connectors, three-phase CEE connectors or I EC type 2 adapters, which means that the charging cable can be adapted to the charging or connection options that are currently available can be adjusted.
  • a charging cable according to the invention in particular for charging an electric vehicle, comprises a mains-side first connection for connecting the charging cable to a Power supply, a consumer-side second connection for connecting the charging cable to a consumer, in particular to the electric vehicle, and an adapter arrangement between the first connection and the second connection of the charging cable.
  • the adapter arrangement in turn comprises a first adapter element and a second adapter element which are detachably connected to one another, one of the first and second adapter elements being electrically connected to the first connection and the other of the first and second adapter elements being electrically connected to the second connection is.
  • the adapter arrangement comprises a locking device which is set up to automatically lock the first and the second adapter element with one another in a connected state in response to an event associated with the charging process.
  • a charging cable is provided whose mains-side first connection can be easily replaced by disconnecting the adapter arrangement, while the automatic locking of the adapter arrangement by means of the locking device saves a user from having to manually secure and unlock the adapter arrangement to replace the first connection.
  • This contributes significantly to the ease of use of the charging cable, especially in snow, ice, cold or dirt.
  • the charging cable is protected against unwanted manipulation in the area of the adapter arrangement, e.g. B. secured by unauthorized separation of the same.
  • the adapter assembly When connected, the adapter assembly connects the first and second ports both physically and electrically.
  • the first and the second adapter element are engaged with one another, for example by manually plugging the first and the second adapter element together.
  • the engagement of the first and second adapter members is releasable, for example by manually pulling the first and second adapter members apart.
  • the connection and disconnection of the first and the second adapter element preferably takes place in one connection direction.
  • One of the first and the second adapter element can be designed as a plug and the other of the first and second adapter element can be designed as a corresponding socket.
  • the first and the second adapter element are at least temporarily locked to one another by means of the locking device.
  • the locking takes place automatically and thus without manual actuation of the locking device by the user.
  • the locking device is also set up to unlock the first and the second adapter element automatically or by remote control.
  • the event associated with the loading process on which the automatic locking occurs is an event related to the loading process. This means that locking only takes place when the user has connected the charging cable or started the charging process. Until then, the charging cable can be handled as desired without impeding the user due to premature or uncontrollable locking. Nevertheless, a safe and reliable locking is guaranteed.
  • the event can be related directly to the charging process, for example starting the charging process.
  • the charging process can start automatically as soon as the charging cable is connected to the mains and the consumer.
  • the charging process can also be started automatically at a specific time or after a specific delay.
  • the charging process can also be started by the user, for example by making a corresponding entry at a charging control device or a charging station.
  • the event associated with the charging process can also be the connection of the first and the second adapter element or the connection of the second connection to the vehicle.
  • the charging cable is put into a state in which it enables the charging process.
  • the fact that the locking device locks the first and the second adapter element automatically means that the locking device initiates locking independently of a user input or (remote) actuation of the locking device by the user.
  • the locking device is set up to automatically lock the first and the second adapter element depending on the event associated with the charging process, in particular depending on the start of the charging process or an event that enables the charging process to start.
  • the time of the automatic locking and, if necessary, unlocking can be adjustable.
  • the locking device preferably locks the first and the second adapter element from the start of a loading process until the locking device is released. For example, the locking device is set up to automatically lock the first and the second adapter element as soon as the second connection is connected to a vehicle.
  • first connection can be connected to one of the first and second adapter elements by means of a first charging cable section
  • second connection can be connected to the other of the first and second adapter elements by means of a second charging cable section.
  • first charging cable section can be connected to one of the first and second adapter elements by means of a first charging cable section
  • second connection can be connected to the other of the first and second adapter elements by means of a second charging cable section.
  • respective connection integrally with the associated adapter element.
  • the first connection can be a Schuko connector, a CEE connector, an IEC Type 2 adapter or any other domestic or industrial power connector.
  • the second port can be an I EC Type 2 adapter, Type 1, CHAdeMO, CCS or similar type of charging ports on the market.
  • the locking device is formed in the adapter arrangement so that it is inaccessible from the outside when the first and second adapter elements are in the connected state.
  • the locking device cannot be manipulated from the outside when the adapter arrangement is in an intact state, and the first and the second adapter element cannot be unlocked and detached from one another by manual actuation of the locking device. This further increases security.
  • first adapter element has a first housing and the second adapter element has a second housing which, in the connected state of the adapter arrangement, terminate with one another, preferably flush with complete each other.
  • the locking device is then accommodated in the first and in the second housing and is thereby protected from external access.
  • the locking device can preferably be adjusted electrically between a locked state and an unlocked state.
  • automatic locking and/or remote-controlled locking or unlocking can be implemented particularly easily, as can be seen from the further description of preferred embodiments herein.
  • the locking device is preferably designed to be bistable, so that the current locked state and unlocked state of the locking device is maintained when the locking device is switched off.
  • the first and the second adapter element remain locked to one another in the event of a power failure or if the first connection on the mains side is (undesirably) disconnected from the mains.
  • the first adapter element comprises a first locking element and the second adapter element comprises a second locking element, wherein in the connected state of the first and the second adapter element the first and the second locking element mechanically engage in one another in a first position and are released from one another in a second position.
  • the fact that the first and the second locking element mechanically engage in one another is preferably achieved in that they are connected to one another in a positive or non-positive manner.
  • the first and the second locking element can be accommodated in the first and second housing of the respective adapter element. If only one of the first and second locking elements has to be moved in order to move the first and second locking elements between the first and second positions, the respective other locking element can be formed integrally with the respective housing.
  • the first position of the first and the second locking element corresponds to the locked state of the locking device and thus of the adapter arrangement.
  • the second position of the first and the second locking element corresponds to the unlocked state of the locking device and thus of the adapter arrangement.
  • the first and the second locking element are preferably movable relative to one another between the first and the second position.
  • the first and the second locking element can be moved in translation or rotation relative to one another.
  • a translational movement can take place parallel to the direction of connection or transversely to the direction of connection.
  • a rotational movement can take place about an axis which is aligned parallel to the connection direction or transverse to the connection direction. Combined movements are also conceivable.
  • one of the first and second locking elements has a groove and the other of the first and second locking elements has a projection which engages in the groove in the first position.
  • the groove does not run parallel but transversely, preferably perpendicularly to the connection direction.
  • the projection is received in the groove in a form-fitting manner.
  • first and the second locking element can each be in the form of a pin or latch which has the groove or the projection on a free end.
  • the locking element made up of the first and second locking element, which has the groove can also be formed integrally with the respective adapter element made up of the first and second adapter element, in particular with the housing of the adapter element. The groove is then molded into the housing of the respective adapter element.
  • the first and the second locking element each have a catch which engages with one another in the first position.
  • the catches preferably have a substantially triangular cross-section.
  • the catches are tapered parallel to the connection direction, so that when the first and the second adapter element are connected, they slide along one another in the connection direction on inclined surfaces of the catches until they snap into place. If the first and the second adapter element are aligned with one another in the connection direction, the two catches are each tapered on a side facing one another, that is to say they taper towards one another. In the first position, two surfaces of the catches running essentially perpendicularly to the connection direction are in contact with one another. Thereby are the first and the second adapter element locked and can not be separated from each other parallel to the connection direction.
  • the first and the second locking element can be rod-shaped and each have a catch at a free end.
  • one of the first and second locking elements can also be formed integrally with the respective adapter element of the first and second adapter element, in particular with the housing of the adapter element. This housing then has a corresponding projection in the form of the catch.
  • the first and the second locking element form a bayonet lock.
  • one of the first and second locking elements has a sleeve with at least one groove, preferably with two grooves.
  • the at least one groove comprises an axial section which extends from an edge of the sleeve facing the other locking element in the axial direction of the sleeve.
  • the axial direction is preferably aligned parallel to the connection direction.
  • the at least one groove also includes a tangential section which extends in the tangential direction of the sleeve at the end of the axial section.
  • the other of the first and second locking element has at least one engagement means, such as. B.
  • the at least one engagement means extends in a radial direction with respect to the sleeve.
  • the locking element having the engaging means can be formed as a cylindrical (solid) body, a sleeve or a bolt having the at least one engaging means in an end region which is close to the other locking element.
  • one of the two locking elements can be formed integrally with the respective adapter element, in particular with the housing of the adapter element.
  • the at least one engagement means enters the at least one groove and is displaced along the axial section of the groove.
  • the engagement means is then displaced along the tangential section of the groove, as a result of which the bayonet catch is closed.
  • the locking device is now in the first position.
  • one of the first and second locking elements has an internal thread and the other of the first and second locking elements has an external thread, which engage in one another in the first position.
  • the locking element made up of the first and second locking element, which has the external thread is preferably designed as a threaded rod.
  • the internal thread can be introduced directly into the other adapter element or into a housing of the same, or it can be formed by a threaded insert or as a sleeve with an internal thread, which is firmly anchored in the adapter element.
  • the locking device further comprises an actuator for moving the first and the second locking element relative to each other between the first position and the second position.
  • the actuator is preferably designed as an electric motor, a stepper motor or as an electromagnet. If the locking device is electrically adjustable, it is preferably electrically adjustable by means of the actuator.
  • the actuating drive causes an actuating movement which is set up to lock and/or unlock the locking device.
  • the adjustment movement can be aligned parallel to the direction of connection or transversely to the direction of connection.
  • the actuator can be set up to move the first and the second locking element from the first to the second position and/or from the second to the first position.
  • first and the second locking element are biased into one of the first and second positions and the actuator moves the first and the second locking element from the biased position to the other of the first and second positions.
  • one of the first and second locking members can be moved by the actuator to engage the projection with the groove.
  • the locking element from the first and second locking element having the projection may be pivotally mounted.
  • the actuating movement of the actuating drive pivots the locking element in the connected state of the adapter arrangement in such a way that the projection engages in the groove of the other of the first and second locking elements.
  • the locking element made up of the first and second locking element, which has the projection can also be mounted in a translationally displaceable manner, in particular in a direction perpendicular to the connection direction.
  • the actuating movement of the actuator causes the locking element to be displaced in the connected state of the adapter arrangement in such a way that the projection engages in the groove of the other of the first and second locking elements.
  • the two latches are biased towards one another transversely to the direction of connection. If the first and the second adapter element are connected, the two detents move along the inclined surfaces against the prestressing force. Once the sloping surfaces end, the biasing force causes the locking elements to engage. This state is maintained even when there is no current.
  • the actuating movement of the actuating drive brings about a relative movement between the first and the second locking element from the first to the second position, that is to say essentially transversely to the direction of connection.
  • a locking element can be mounted in a pivotable or translationally displaceable manner, and the actuating movement of the actuating drive moves this locking element from the first to the second position.
  • the first and the second locking element are rotatable relative to each other about an axis parallel to the connection direction and the actuating movement of the actuator rotates one of the first and second locking element for locking and for unlocking, i.e. from the second to the first position and return.
  • a part of a full revolution corresponding to the length of the tangential section of the groove of the bayonet lock is sufficient for this.
  • a plurality of turns are required to engage a sufficient number of threads of the male and female threads.
  • the charging cable comprises a control device for controlling the locking device, which is connected to the first and/or the second connection and the locking device is communicatively connected.
  • the control device is set up to recognize the event linked to the charging process and, in response to the event linked to the charging process, to activate the locking device in such a way that the locking device locks the first and the second adapter element to one another.
  • control device is set up to cause the locking device to be moved from the unlocked to the locked state and/or from the locked to the unlocked state or that the first and the second locking element are moved from the second position to the first position and/or be moved from the first to the second position.
  • control device preferably controls the actuator.
  • the control device can be accommodated in the adapter arrangement, in particular in the one made up of the first and second adapter element, which contains the movable locking element or the actuating drive.
  • the control device can also be designed separately and can be arranged, for example, in a charging control device that is permanently connected to the charging cable.
  • the adapter arrangement in particular the first and the second adapter element, has a diameter of no more than 200 mm, preferably no more than 100 mm, more preferably no more than 60 mm.
  • the adapter arrangement when connected, should have a length of between 50 mm and 500 mm, preferably between 75 mm and 300 mm, more preferably between 100 mm and 200 mm. As a result, the adapter arrangement is designed to be as compact as possible.
  • the invention also relates to a mobile charging device for charging an electric vehicle with a charging cable according to the invention.
  • the charging device comprises a charging control device for controlling a charging process, which is arranged between one of the first and the second connection and the adapter arrangement.
  • the charging control device is set up to control parameters of the charging process, such as the charging power or current intensity.
  • the charging control device is preferably arranged between the second connection on the consumer side and the adapter arrangement and with the second connection and that of the first and second adapter element, which is connected to the second connection, electrically connected.
  • a method according to the invention for charging an electric vehicle comprises the following steps:
  • Providing a charging cable that includes a network-side first connection for connecting the charging cable to a power grid, a consumer-side second connection for connecting the charging cable to the electric vehicle, and an adapter arrangement between the first connection and the second connection of the charging cable, the adapter arrangement comprising a first adapter element and a second adapter member releasably connectable to each other;
  • a method for charging an electric vehicle in which a mains-side first connection of the charging cable can be easily replaced by disconnecting the adapter arrangement, while a user is spared manual securing of the adapter arrangement by the automatic locking of the adapter arrangement by means of the locking device.
  • This contributes significantly to the ease of use of the charging cable and saves time, especially in snow, ice, cold and dirt.
  • the charging cable is secured against unwanted manipulation.
  • the method preferably takes place by means of a charging cable according to the invention and therefore includes the provision of a charging cable according to the invention, as described above. All the features and advantages described with regard to the charging cable according to the invention can therefore be transferred analogously to the method and vice versa.
  • the method can also be carried out using the described mobile charging device.
  • the method preferably also includes unlocking the first and the second adapter element by means of the locking device, the unlocking taking place automatically or by remote operation by a user in response to an event associated with the charging process. This saves the user from having to unlock the adapter arrangement manually, which further increases the ease of use.
  • the event associated with the charging process can be the connection of the first and second adapter elements, the connection of the second connector to the vehicle, or the starting of the charging process by a charging device.
  • the method preferably includes detecting a connected vehicle, for example using Control Pilot, and locking the first and second adapter elements in response to detecting the vehicle.
  • the connected vehicle can be identified by means of the charge control device, which is connected in a communicative manner to the second connection.
  • the method includes, for example, locking the first and the second adapter element in response to the charging current being switched through or in response to the user actuating a control element that is used to start the Charging is provided at the charging device or a charging station.
  • the event associated with the charging process can be, for example, removing or unplugging the second connector from the vehicle.
  • the method then includes detecting that a vehicle is no longer connected, preferably using a control pilot, and unlocking the first and second adapter elements in response to detecting that a vehicle is no longer connected.
  • the event associated with the charging process when unlocking can also be the termination of the charging process.
  • the authorization should be checked. For example, unlocking may then be in response to confirming the end of charging at the charging device after identifying the User, in response to a payment process at the charging device or in response to the unlocking of the vehicle.
  • the method preferably includes remote operation using an actuating element on the first or second connection, using an input device on the charging device, for example on the charging control device, or using a mobile terminal device, such as using an app a smartphone that is communicatively connected to the controller of the locking device. It must be ensured that this is only possible for an authorized operator.
  • the operator can be authorized, e.g. by entering a code, by recognizing a fingerprint or by wirelessly recognizing a security feature using RFID, NFC, WLAN, Bluetooth, e.g. by communicating with the user’s smartphone, a vehicle key or tag that the user carries with them.
  • the locking or unlocking can take place immediately in response to the event associated with the charging process or after a predetermined time after the event, for example by means of a timer device.
  • FIG. 1 schematically shows a charging cable according to the invention and a charging device with the charging cable according to the invention.
  • FIG. 2a-c schematically show an adapter arrangement of the charging cable according to FIG. 1 with a locking device according to a first embodiment.
  • 3a-c schematically show an adapter arrangement of the charging cable according to FIG. 1 with a locking device according to a second embodiment.
  • 4a-d schematically show an adapter arrangement of the charging cable according to FIG. 1 with a locking device according to a third embodiment.
  • 5a-c schematically show an adapter arrangement of the charging cable according to FIG. 1 with a locking device according to a fourth embodiment.
  • Fig. 1 shows a charging cable 2 according to the invention for charging an electric vehicle 4.
  • the charging cable 2 comprises a mains-side first connection 6 for connecting the charging cable 2 to the mains, which is symbolically represented by the socket 8, and a consumer-side second connection 10 for connecting the Charging cable 2 to the electric vehicle 4.
  • the charging cable 2 also includes an adapter arrangement 12 between the first connection 6 and the second connection 10 of the charging cable 2.
  • the adapter arrangement 12 includes a first adapter element 14 and a second adapter element 16, which are detachably connected to one another and to this end are preferably designed as a plug connection.
  • the first and the second adapter element 14, 16 can be connected to one another or detached from one another in a connection direction V.
  • the first adapter element 14 is electrically connected to the first connection 6 and the second adapter element 16 is electrically connected to the second connection 10 .
  • the first adapter element 14 can be connected to the first connection 6 by means of a first charging cable section 18 and the second adapter element 16 can be connected to the second connection 10 by means of a second charging cable section 20 .
  • second connections 10 can be used by means of the adapter arrangement 12 .
  • An alternative embodiment of a second connection 6′ is shown as an example, which can be connected to the second adapter element 16 and thus to the rest of the charging cable 2 by means of a first adapter element 14′.
  • the second connection 6 is in the form of a Schuko plug, for example, while the further second connection 6′ is in the form of an IEC type 2 adapter. It would also be conceivable to design it as a CE E connector.
  • a mobile charging device 22 is provided in that a charging control device 24 is provided for controlling the charging process, which is preferably arranged between the vehicle-side second connection 10 and the second adapter element 16 and is electrically connected to them. As a result, the electric vehicle 4 can be charged particularly well in a mobile manner and independently of a permanently installed charging station.
  • the charging control device 24 can be connected in a communicating manner at least to the second connection 10 in order, for example, to recognize whether the second connection 10 is connected to the electric vehicle 4 .
  • the adapter arrangement 12 of the charging cable 2 also comprises a locking device 26 which is set up to automatically lock the first and the second adapter element 14, 16 with one another in a connected state of the same.
  • a locking device 26 which is set up to automatically lock the first and the second adapter element 14, 16 with one another in a connected state of the same.
  • Different embodiments of the locking device 26 are shown in FIGS. 2-5 and described below.
  • the charging cable 2 includes a control device 27, which is connected to the first and/or the second connection 6, 10 and the locking device 26 in a communicative manner.
  • the charging control device 24 can include the control device 27, as shown in FIG.
  • the locking device 26 basically comprises a first locking element 28 and a second locking element 30, the first locking element 28 being associated with the first adapter element 14 and the second locking element 30 being associated with the second adapter element 16.
  • the first and second locking elements 28, 30 mechanically engage one another in a first position, while in a second position they are disengaged from one another.
  • the first adapter member 14 may include a first housing 32 that receives the first locking member 28 and the second adapter member 16 may include a second housing 34 that receives the second locking member 30 .
  • the locking device 26 is configured in the adapter arrangement 12 so that it is inaccessible from the outside when the first and second adapter elements 14, 16 are in the connected state. This can be achieved in a particularly simple manner in that the first and the second housing 32, 34 essentially terminate with one another in the connected state, as shown in FIG. 1, thereby preventing access to the components of the locking device 26.
  • a maximum diameter D of the adapter arrangement 12 is marked in FIG. 1 and generally corresponds to the diameter of the first or the second adapter element 14, 16, in particular the diameter of the respective housing 32, 34, as shown by way of example for all embodiments in FIG. 2a . It goes without saying that the housings 32, 34 can also have an oval cross-section, a substantially rectangular or a polygonal cross-section. The diameter D then also corresponds to a width or height of the respective housing.
  • the adapter arrangement 12 has a length L parallel to the connection direction V, which is also essentially determined by the dimensions of the housings 32, 34 of the first and second adapter elements 14, 16.
  • the adapter assembly 12 is shown schematically enlarged with a locking device 26 according to a first embodiment.
  • the first locking member 28 includes a groove 36 and the second locking member 30 includes a protrusion 38 sized to engage the groove 36 .
  • the groove 36 preferably runs perpendicularly to the connection direction V.
  • the second locking element 30 can also have the groove 36 and the first locking element 28 can have the projection 38 and the following explanations can also be transferred analogously to such an embodiment.
  • the adapter assembly 12 is shown in the connected state.
  • the projection 38 engages in the groove 36.
  • the first and the second locking element 28, 30 are thus parallel to the connection direction V in a form-fitting connection and cannot be separated.
  • the adapter arrangement 12 is thus in a locked state.
  • the first and second locking elements 28, 30 are disengaged from one another.
  • the projection 38 does not engage in the groove 36 and the first and the second adapter element 14, 16 can be parallel to the connection direction V separated and connected to each other.
  • the adapter assembly 12 is consequently in an unlocked state.
  • the first and second locking members 28, 30 are movable relative to each other between the first and second positions.
  • at least one of the first and second locking elements 28, 30 is movably mounted.
  • the second locking element 30 can, for example, be mounted pivotably or linearly displaceably perpendicularly to the connection direction V. If the second locking element 30 is mounted pivotably, it is preferably designed as a bolt, with one end of the bolt being mounted accordingly and an opposite free end having the projection 38 .
  • a linearly displaceable second locking element 30 can also be designed in the form of a bar. However, it can also be designed only as a pin, which forms the projection 38, as indicated by dashed lines in FIG. 2a.
  • the locking device 26 For moving the first and the second locking element 28, 30 between the first position and the second position, the locking device 26 comprises an actuator 40.
  • the actuator 40 is preferably accommodated in the adapter element made up of the first and second adapter element 14, 16, in which the movable locking element 28, 30 is located.
  • the actuator 40 can be designed, for example, as an electric motor, which pivots or linearly displaces the second locking element 30 .
  • the actuator 40 can also be designed as an electromagnet, which moves the second locking element 30 between the first and the second position.
  • the second locking element 30 is at least partially magnetic. The actuator 40 can then pull the projection 38 into the groove 36 or push it out of the groove 36 .
  • first and second locking elements 28, 30, such as the first locking element 28 here can be formed integrally with the respective housing 32, 34 of the first and second adapter element 14, 16, respectively.
  • the respective housing 32, 34 can have either a groove or a projection.
  • FIGS. 3a-c A second embodiment of the locking device 26 is shown schematically in FIGS. 3a-c on an enlarged scale.
  • the first locking development element 28 has a first detent 42 and the second locking element 30 has a second detent 44 .
  • the first and the second notch 42, 44 have a substantially triangular cross-section and are tapered parallel to the connection direction V, so that a tip 42a of the first notch 42 and a tip 44a of the second notch 44 to an open end of the respective adapter element 14, 16 are directed.
  • the first and the second locking element 28, 30 have corresponding inclined surfaces 42b, 44b, which run obliquely to the connection direction V.
  • the first and the second locking element 28, 30 each have a straight surface 42c, 44c, each of which runs perpendicular to the connecting direction V at an end of the inclined surfaces 42b, 44b remote from the tip 42a, 44a.
  • first and second detents 42, 44 engage with one another.
  • the straight surfaces 42c, 44c of the first and second catches 42, 44 rest against one another and thus form a form-fitting connection parallel to the connection direction V.
  • the first and the second adapter element 14, 16 cannot be separated from one another parallel to the connection direction V and the adapter assembly 12 is in the locked state.
  • Fig. 3c the first and the second locking element 28, 30 are shown in the second position in which they are released from each other in the connected state of the adapter elements 14, 16.
  • the straight surfaces 42c, 44c of the first and the second detent 42, 44 do not touch and the first and the second adapter element 14, 16 can be separated from one another parallel to the connection direction V and connected to one another.
  • the adapter arrangement 12 is consequently in the unlocked state.
  • first and/or the second locking element 28, 30 can be mounted in a pivotable or linearly displaceable manner analogously to the first embodiment and can be moved between the first and the second position by means of the actuating drive 40.
  • one of the first and second locking elements 28, 30, which is not movably mounted, can be formed integrally with the housing 32, 34 of the respective adapter element 14, 16.
  • a biasing element 46 in particular a spring element such as a compression spring, in Is biased substantially perpendicular to the connection direction V.
  • the prestressing element 46 exerts a prestressing force F on the respective locking element 28, 30.
  • the second locking element 30, which is prestressed by means of the prestressing element 46, is in a rest position. If the first and the second adapter element 14, 16 are connected to one another in the connection direction V, the inclined surfaces 42b, 44b of the first and the second catch 42, 44 first meet and slide off one another. In the process, the second locking element 30 is displaced counter to the prestressing force F of the prestressing element 46, as indicated by the two positions of the second locking element 30 in FIG. 3c. As soon as the inclined surfaces 42b, 44b are no longer supported on one another perpendicularly to the connection direction V, as in FIG.
  • the pretensioning element 46 causes the first and the second catch 42, 44 to snap into place.
  • the prestressing force F displaces the second catch 44 perpendicularly to the connection direction V, so that the straight surfaces 42c, 44c of the first and second catches 42, 44 abut one another and the locking device 26 is in the first position shown in FIG. 3b.
  • the actuator 40 can now move the second locking element 30 back into the second position. This can take place in that the actuating drive 40 mechanically transmits an actuating movement to the second locking element 30 which is aligned perpendicularly to the connection direction V and counter to the prestressing force F.
  • the actuator 40 can also be designed as an electromagnet and cause a magnetic force on the second locking element 30 perpendicularly to the connection direction V and counter to the prestressing force F, which is at least partially magnetic.
  • the first and the second locking element 28, 30 form a bayonet lock.
  • the first locking element 28 is designed as a sleeve which has at least one groove 48 .
  • the groove 48 in turn has an axial first groove section 48a which extends in the axial direction parallel to the connection direction V from an edge 50 of the sleeve 28 facing the second adapter element 16 .
  • the groove 48 has a tangential second groove section 48b, which is at the end facing away from the edge 50 of the first Groove portion 48a extends in the circumferential direction of the sleeve 28.
  • the second locking element 30 has at least one engagement means 52 which is dimensioned in such a way that it can be inserted into the groove 48 and moved along the groove 48 .
  • a diameter of the engagement means 52 is at most as large as a width of the groove 48.
  • the engagement means 52 is aligned radially with respect to the connection direction V and can be of cylindrical design.
  • the second locking element 30 can be designed as a pin which extends parallel to the connection direction V and which has the engagement means 52 in the area of a free end facing the first adapter element 14 .
  • a groove 48 and an engagement means 52 are located in a corresponding position in the circumferential direction.
  • one of the first and second locking elements 28, 30 can be formed integrally with the housing 32, 34 of the respective adapter element 14, 16.
  • the first and the second locking element 28, 30 engage in one another.
  • the at least one engagement means 52 is located in the second groove section 48b, preferably at the closed end of the second groove section 48b of the groove 48.
  • the first and the second locking element 28, 30 are thereby positively connected to one another parallel to the connection direction V and cannot be separated.
  • the adapter arrangement 12 is consequently in the locked state.
  • the at least one engagement means 52 is moved into the first groove section 48a, as shown in FIG. 4c.
  • the first and the second locking element 28, 30 can now be detached from one another parallel to the connection direction V and moved into the second position according to FIG. 4d.
  • the actuator 40 exerts a rotational adjustment movement on one of the first and second locking elements 28, 30 in order to rotate them relative to one another in the circumferential direction between the positions shown in FIGS. 4b and 4c.
  • the actuator can rotate the pin 30, but alternatively also the sleeve 28, about an axis parallel to the connection direction V by means of a magnet, electric motor or stepping motor.
  • the displacement of the engagement means 52 along the axial first groove portion 48a can take place parallel to the connection direction V together with the connection or disconnection of the first and the second adapter element 14, 16.
  • FIGS. 5a-c a fourth embodiment of the locking device 26 is shown schematically in FIGS. 5a-c, in which the first locking element 28 has an external thread and the second locking element 30 has an internal thread corresponding to the external thread.
  • the male and female threads are engaged in the first position as shown in Figure 5b.
  • the first locking member 28 is a threaded rod and the second locking member 30 is a threaded insert or sleeve with an internal thread that is embedded in the second housing 34 of the second adapter member 16 .
  • the first locking element 28 could also easily have an internal thread and the second locking element 30 could have an external thread.
  • the actuating drive 40 preferably exerts a rotational actuating movement on the first locking element 28 with an external thread, as a result of which the first locking element 28 can be screwed into the second locking element 30 or out of the second locking element 30 .
  • the method for charging an electric vehicle 4 initially includes providing a charging cable 2 with the first and the second connection 6, 10 and the adapter arrangement 12, as described above.
  • the first and the second adapter element 14, 16 are connected to each other, preferably plugged together in the connection direction V, as shown in Fig. 1 and Fig. 2b, c, Fig. 3b, c, Fig. 4b-d and Fig. 5b, c .
  • the first connection 6 can be connected to the power grid 8 and the second connection 10 can be connected to the electric vehicle 4 (see FIG. 1).
  • the method further comprises locking the first and the second adapter element 14, 16 by means of the locking device 26.
  • first and second adapter members 14, 16 The locking of the first and second adapter members 14, 16 occurs automatically in response to an event associated with the loading process. Similarly, the first and second adapter members 14, 16 may be unlocked automatically in response to an event associated with the charging process, or by remote operation by a user.
  • the unlocking is achieved in particular by moving the first and the second locking element 28, 30 from the first position (see Fig. 2b, 3b, 4b, 5b) to the second position (see Fig. 2c, 3c, 4d, 5c). achieved, whereby the first and the second locking element 28, 30 are released from each other.
  • the first and the second adapter element 14, 16 can then be separated from one another parallel to the connection direction V.
  • the charging cable and method according to the invention thus ensures that the charging cable 2 or parts thereof cannot be stolen and the charging process cannot be interrupted without authorization. Manual handling of the adapter arrangement 12 or of a locking device 26 on the same by the user is not required, which increases the ease of use.

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Ladekabel (2) zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4) umfasst einen netzseitigen ersten Anschluss (6), einen verbraucherseitigen zweiten Anschluss (10) und eine Adapteranordnung (12) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss (6, 10). Die Adapteranordnung (12) umfasst ein erstes und ein zweites Adapterelement (14, 16), die lösbar verbunden sind, sowie eine Verriegelungseinrichtung (26), die dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Adapterelement (14, 16) in einem verbundenen Zustand automatisch miteinander zu verriegeln.

Description

Ladekabel und Verfahren zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladekabel und ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines Elektrofahrzeugs.
Elektrische Verbraucher, insbesondere Elektrofahrzeuge, werden zum Aufladen mittels eines Ladekabels mit dem Stromnetz verbunden. Um den Ort des Aufladens möglichst flexibel und unabhängig von der jeweils verfügbaren Ladeinfrastruktur wählen zu können, sind Ladekabel bekannt, deren netzseitiger Anschluss mittels einer Adapteranordnung austauschbar ist. Dadurch lassen sich netzseitig auf einfache Art und Weise unterschiedliche Anschlüsse, wie zum Beispiel einphasige Schuko-Steckverbinder, dreiphasige CEE- Steckverbinder oder I EC-Typ-2-Adapter, verwenden, wodurch das Ladekabel an die gerade zur Verfügung stehende Lade- bzw. Anschlussmöglichkeiten angepasst werden kann.
Erfolgt das Aufladen in öffentlich zugänglichen Bereichen, wie zum Beispiel an Parkplätzen, in Parkhäusern oder in Tiefgaragen, besteht die Gefahr, dass die Adapteranordnung getrennt wird und das Ladekabel oder Teile davon entwendet werden, der Ladevorgang unbefugt beendet oder der Ladestrom einem anderen Verbraucher zugeführt wird. Um dies zu verhindern, werden bislang beispielsweise (Zahlen-) Schlösser verwendet, mittels derer die die Komponenten der Adapteranordnung aneinander gesichert werden. Diese größtenteils manuellen Tätigkeiten stellen jedoch einen zusätzlichen Aufwand dar, der neben dem erforderlichen Zeitbedarf insbesondere bei widrigen Bedingungen im Freien unerwünscht ist und den Ladevorgang und somit auch die Nutzung von Elektrofahrzeugen unattraktiver macht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladekabel und ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Verbrauchers bereitzustellen, die ein möglichst einfaches und flexibles aber zugleich sicheres Aufladen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 bzw. 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Ladekabel, insbesondere zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, umfasst einen netzseitigen ersten Anschluss zum Verbinden des Ladekabels mit einem Stromnetz, einen verbraucherseitigen zweiten Anschluss zum Verbinden des Ladekabels mit einem Verbraucher, insbesondere mit dem Elektrofahrzeug, und eine Adapteranordnung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Ladekabels. Die Adapteranordnung umfasst wiederum ein erstes Adapterelement und ein zweites Adapterelement, die lösbar miteinander verbunden sind, wobei eines aus dem ersten und dem zweiten Adapterelement mit dem ersten Anschluss elektrisch verbunden ist und das andere aus dem ersten und dem zweiten Adapterelement mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist. Weiterhin umfasst die Adapteranordnung eine Verriegelungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Adapterelement in einem verbundenen Zustand in Reaktion auf ein mit dem Ladevorgang verknüpftes Ereignis automatisch miteinander zu verriegeln.
Auf diese Art und Weise wird ein Ladekabel bereitgestellt, dessen netzseitiger erster Anschluss durch Trennen der Adapteranordnung einfach austauschbar ist, während einem Nutzer durch das automatische Verriegeln der Adapteranordnung mittels der Verriegelungseinrichtung ein manuelles Sichern und Entsichern der Adapteranordnung zum Austausch des ersten Anschlusses erspart bleibt. Insbesondere bei Schnee, Eis, Kälte oder Verschmutzung trägt dies erheblich zum Bedienkomfort des Ladekabels bei. Zugleich ist das Ladekabel während seiner Verwendung gegen ungewünschte Manipulation im Bereich der Adapteranordnung z. B. durch unbefugtes Trennen derselben gesichert.
Die Adapteranordnung verbindet im verbundenen Zustand den ersten und den zweiten Anschluss sowohl physisch als auch elektrisch. Im verbundenen Zustand stehen das erste und das zweite Adapterelement miteinander in Eingriff, zum Beispiel durch manuelles Zusammenstecken des ersten und des zweiten Adapterelements. Der Eingriff des ersten und des zweiten Adapterelements ist lösbar, zum Beispiel durch manuelles Auseinanderziehen des ersten und des zweiten Adapterelements. Durch das Trennen bzw. Lösen des ersten und des zweiten Adapterelements voneinander kann das Ladekabel einfach mit unterschiedlichen netzseitigen ersten Anschlüssen ausgestattet werden. Das Verbinden und Lösen des ersten und des zweiten Adapterelements erfolgt vorzugsweise in einer Verbindungsrichtung. Eines aus dem ersten und dem zweiten Adapterelement kann als Stecker und das andere aus erstem und zweitem Adapterelement kann als korrespondierende Buchse ausgebildet sein. Das erste und das zweite Adapterelement sind im verbundenen Zustand zumindest zeitweise mittels der Verriegelungseinrichtung miteinander verriegelt. Das Verriegeln erfolgt automatisch und somit ohne manuelle Betätigung der Verriegelungseinrichtung durch den Nutzer. Besonders bevorzugt ist die Verriegelungseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet, das erste und das zweite Adapterelement automatisch oder fernbetätigt zu entriegeln.
Das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis, auf das das automatische Verriegeln erfolgt, ist ein Ereignis, das in Zusammenhang mit dem Ladevorgang steht. Dadurch wird ermöglicht, dass das Verriegeln erst erfolgt, wenn der Nutzer das Ladekabel angeschlossen hat bzw. den Ladevorgang startet. Bis dahin kann das Ladekabel beliebig gehandhabt werden, ohne den Nutzer aufgrund einer vorzeitigen oder unkontrollierbaren Verriegelung zu behindern. Dennoch wird eine sichere und zuverlässige Verriegelung gewährleistet.
Dabei kann das Ereignis direkt auf den Ladevorgang bezogen sein, beispielsweise das Starten des Ladevorgangs sein. Das Starten des Ladevorgangs kann automatisch erfolgen, sobald das Ladekabel mit dem Stromnetz und dem Verbraucher verbunden ist. Das Starten des Ladevorgangs kann aber auch automatisch zu einer bestimmten Zeit oder nach einer bestimmten Verzögerung erfolgen. Schließlich kann das Starten des Ladevorgangs auch durch den Nutzer erfolgen, beispielsweise durch entsprechende Eingabe an einer Laderegeleinrichtung oder einer Ladestation.
Das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis kann aber auch das Verbinden des ersten und des zweiten Adapterelements oder das Anschließen des zweiten Anschlusses an das Fahrzeug sein. Durch das Verbinden bzw. das Anschließen wird das Ladekabel in einen Zustand versetzt, in dem es den Ladevorgang ermöglicht. Diese zwei Vorgänge sind erforderlich, um den Ladevorgang starten zu können und sind somit mit diesem verknüpft. In Abhängigkeit von der Ausbildung des Ladekabels und/oder einer Ladevorrichtung bzw. Ladestation sind weitere mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignisse denkbar.
Dass die Verriegelungseinrichtung das erste und das zweite Adapterelement automatisch verriegelt, bedeutet dabei, dass die Verriegelungseinrichtung die Verriegelung unabhängig von einer Nutzereingabe bzw. (Fern-) Betätigung der Verriegelungseinrichtung durch den Nutzer initiiert. Mit anderen Worten ist die Verriegelungseinrichtung dazu eingerichtet, das erste und das zweite Adapterelement in Abhängigkeit von dem mit dem Ladevorgang verknüpften Ereignis automatisch zu verriegeln, insbesondere in Abhängigkeit vom Beginn des Ladevorgangs oder einem Ereignis, das den Beginn des Ladevorgangs ermöglicht.
Der Zeitpunkt der automatischen Verriegelung und gegebenenfalls Entriegelung kann einstellbar sein. Vorzugsweise verriegelt die Verriegelungseinrichtung das erste und das zweite Adapterelement von einem Beginn eines Ladevorgangs bis zu einer Freigabe der Verriegelungseinrichtung. Beispielsweise ist die Verriegelungseinrichtung dazu eingerichtet, das erste und das zweite Adapterelement automatisch zu verriegeln, sobald der zweite Anschluss an ein Fahrzeug angeschlossen ist.
Zur Erhöhung der Flexibilität kann der erste Anschluss mittels eines ersten Ladekabelabschnitts mit dem einen aus dem ersten und dem zweiten Adapterelement verbunden sein und kann der zweite Anschluss mittels eines zweiten Ladekabelabschnitts mit dem anderen aus dem ersten und dem zweiten Adapterelement verbunden sein. Es ist aber auch denkbar, den jeweiligen Anschluss mit dem zugehörigen Adapterelement integral auszubilden.
Bei dem ersten Anschluss kann es sich um einen Schuko-Steckverbinder, einen CEE- Steckverbinder, einen IEC-Typ-2-Adapter oder beliebige andere Haushalts- oder Industriestromstrecker handeln. Der zweite Anschluss kann als I EC-Typ-2 -Adapter, als Typ-1 , CHAdeMO, CCS oder als ähnliche auf dem Markt befindliche Art von Ladeanschlüssen ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verriegelungseinrichtung im verbundenen Zustand des ersten und des zweiten Adapterelements von außen unzugänglich in der Adapteranordnung ausgebildet. Dadurch ist die Verriegelungseinrichtung im unversehrten Zustand der Adapteranordnung von außen nicht manipulierbar und das erste und das zweite Adapterelement können nicht durch manuelle Betätigung der Verriegelungseinrichtung entriegelt und voneinander gelöst werden. Die Sicherheit wird dadurch weiter erhöht.
Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass das erste Adapterelement ein erstes Gehäuse und das zweite Adapterelement ein zweites Gehäuse aufweisen, die im verbundenen Zustand der Adapteranordnung miteinander abschließen, vorzugsweise bündig mit- einander abschließen. Die Verriegelungseinrichtung ist dann im ersten und im zweiten Gehäuse aufgenommen und dadurch vor äußeren Zugriffen geschützt.
Bevorzugt ist die Verriegelungseinrichtung zwischen einem verriegelten Zustand und einem entriegelten Zustand elektrisch verstellbar. Dadurch ist das automatische Verriegeln und/oder fernbetätigte Verriegeln bzw. Entriegeln besonders einfach umsetzbar, wie sich aus der weiteren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen hierin ergibt.
Um das Ladekabel noch sicherer zu gestalten, ist die Verriegelungseinrichtung vorzugsweise bistabil ausgestaltet, sodass der jeweils gerade vorliegende aus verriegeltem Zustand und entriegeltem Zustand der Verriegelungseinrichtung beibehalten bleibt, wenn die Verriegelungseinrichtung stromlos geschalten wird. So bleiben das erste und das zweite Adapterelement zum Beispiel auch bei einem Stromausfall oder dann miteinander verriegelt, wenn der netzseitige erste Anschluss (unerwünscht) vom Stromnetz getrennt wird.
Vorzugsweise umfasst das erste Adapterelement ein erstes Verriegelungselement und das zweite Adapterelement ein zweites Verriegelungselement, wobei im verbundenen Zustand des ersten und des zweiten Adapterelements das erste und das zweite Verriegelungselement in einer ersten Stellung mechanisch ineinander eingreifen und in einer zweiten Stellung voneinander gelöst sind. Dass das erste und das zweite Verriegelungselement mechanisch ineinander eingreifen, wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass sie formschlüssig oder kraftschlüssig miteinander in Verbindung stehen.
Das erste und das zweite Verriegelungselement können im ersten bzw. zweiten Gehäuse des jeweiligen Adapterelements aufgenommen sein. Muss nur eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement bewegt werden, um das erste und das zweite Verriegelungselement zwischen der ersten und der zweiten Stellung zu bewegen, kann das jeweils andere Verriegelungselement integral mit dem jeweiligen Gehäuse ausgebildet sein.
Die erste Stellung des ersten und des zweiten Verriegelungselements entspricht dem verriegelten Zustand der Verriegelungseinrichtung und somit der Adapteranordnung. Die zweite Stellung des ersten und des zweiten Verriegelungselements entspricht dem entriegelten Zustand der Verriegelungseinrichtung und somit der Adapteranordnung. Bevorzugt sind das erste und das zweite Verriegelungselement zwischen der ersten und der zweiten Stellung relativ zueinander bewegbar. Dazu können das erste und das zweite Verriegelungselement translatorisch oder rotatorisch relativ zueinander bewegt werden. Eine translatorische Bewegung kann parallel zur Verbindungsrichtung oder quer zur Verbindungsrichtung erfolgen. Eine rotatorische Bewegung kann um eine Achse erfolgen, die parallel zur Verbindungsrichtung oder quer zur Verbindungsrichtung ausgerichtet ist. Auch kombinierte Bewegungen sind denkbar.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Verriegelungseinrichtung weist eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement eine Nut auf und das andere aus erstem und zweitem Verriegelungselement weist einen Vorsprung auf, der in der ersten Stellung in die Nut eingreift. Die Nut verläuft nicht parallel sondern quer, vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsrichtung. Der Vorsprung ist in der ersten Stellung formschlüssig in der Nut aufgenommen. Dadurch sind das erste und das zweite Adapterelement verriegelt und können nicht parallel zur Verbindungsrichtung voneinander getrennt werden.
Das erste und das zweite Verriegelungselement können in dieser Ausführungsform jeweils als Stift oder Riegel ausgebildet sein, die an einem freien Ende die Nut bzw. den Vorsprung aufweisen. Das Verriegelungselement aus erstem und zweitem Verriegelungselement, das die Nut aufweist, kann aber auch integral mit dem jeweiligen Adapterelement aus erstem und zweitem Adapterelement, insbesondere mit dem Gehäuse des Adapterelements ausgebildet sein. Die Nut ist dann in das Gehäuse des jeweiligen Adapterelements geformt.
In einer zweiten Ausführungsform der Verriegelungseinrichtung weisen das erste und das zweite Verriegelungselement jeweils eine Raste auf, die in der ersten Stellung miteinander eingreifen. Bevorzugt weisen die Rasten einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf. Die Rasten sind parallel zur Verbindungsrichtung verjüngt, sodass sie beim Verbinden des ersten und des zweiten Adapterelements in Verbindungsrichtung an schrägen Flächen der Rasten aneinander entlang gleiten, bis sie miteinander einrasten. Sind das erste und das zweite Adapterelement in Verbindungsrichtung zueinander ausgerichtet, sind die beiden Rasten jeweils auf einer einander zugewandten Seite verjüngt, laufen also spitz aufeinander zu. In der ersten Stellung liegen zwei im Wesentlichen senkrecht zur Verbindungsrichtung verlaufende Flächen der Rasten aneinander an. Dadurch sind das erste und das zweite Adapterelement verriegelt und können nicht parallel zur Verbindungsrichtung voneinander getrennt werden.
Das erste und das zweite Verriegelungselement können stabförmig ausgebildet sein und jeweils an einem freien Ende eine Raste aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel kann eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement auch integral mit dem jeweiligen Adapterelement aus erstem und zweitem Adapterelement, insbesondere mit dem Gehäuse des Adapterelements ausgebildet sein. Dieses Gehäuse weist dann einen entsprechenden Vorsprung in Form der Raste auf.
In einer dritten Ausführungsform bilden das erste und das zweite Verriegelungselement einen Bajonettverschluss. Eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement weist hierzu eine Hülse mit zumindest einer Nut, vorzugsweise mit zwei Nuten auf. Die zumindest eine Nut umfasst einen axialen Abschnitt, der sich von einem dem anderen Verriegelungselement zugewandten Rand der Hülse in axialer Richtung der Hülse erstreckt. Die axiale Richtung ist vorzugsweise parallel zur Verbindungsrichtung ausgerichtet. Die zumindest eine Nut umfasst zudem einen tangentialen Abschnitt, der sich am Ende des axialen Abschnitts in tangentialer Richtung der Hülse erstreckt. Das andere aus erstem und zweitem Verriegelungselement weist zumindest ein Eingriffsmittel, wie z. B. einen Stift oder einen Vorsprung, vorzugsweise eine der Anzahl von Nuten entsprechende Mehrzahl von Eingriffsmitteln auf. Das zumindest eine Eingriffsmittel erstreckt sich in einer bezüglich der Hülse radialen Richtung. Das Verriegelungselement, das das Eingriffsmittel aufweist, kann als zylindrischer (Voll-) Körper, als Hülse oder als Riegel ausgebildet sein, die das zumindest eine Eingriffsmittel in einem Endbereich aufweisen, der dem anderen Verriegelungselement nahe ist. Auch hier kann eines der beiden Verriegelungselemente integral mit dem jeweiligen Adapterelement, insbesondere mit dem Gehäuse des Adapterelements ausgebildet sein.
Werden das erste und das zweite Verriegelungselement in Verbindungsrichtung aufeinander zu bewegt, tritt das zumindest eine Eingriffsmittel in die zumindest eine Nut ein und wird entlang des axialen Abschnitts der Nut verschoben. Durch Drehen des ersten und des zweiten Verriegelungselements relativ zueinander wird das Eingriffsmittel dann entlang des tangentialen Abschnitts der Nut verschoben, wodurch der Bajonettverschluss geschlossen wird. Die Verriegelungseinrichtung befindet sich nun in der ersten Stellung. In einer vierten Ausführungsform der Verriegelungseinrichtung weist eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement ein Innengewinde und das andere aus erstem und zweitem Verriegelungselement ein Außengewinde auf, die in der ersten Stellung ineinander eingreifen. Sobald das Innengewinde und das Außengewinde ineinander eingreifen, bilden sie eine kraftschlüssige Verbindung, wodurch das erste und das zweite Adapterelement verriegelt sind und nicht mehr parallel zur Verbindungsrichtung voneinander getrennt werden können. Bevorzugt ist das Verriegelungselement aus erstem und zweitem Verriegelungselement, das das Außengewinde aufweist, als Gewindestab ausgebildet. Das Innengewinde kann direkt in das andere Adapterelement bzw. in ein Gehäuse desselben eingebracht sein oder durch einen Gewindeeinsatz oder als Hülse mit Innengewinde gebildet sein, die fest im Adapterelement verankert sind.
Besonders bevorzugt umfasst die Verriegelungseinrichtung weiterhin einen Stellantrieb zum Bewegen des ersten und des zweiten Verriegelungselements relativ zueinander zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung. Vorzugsweise ist der Stellantrieb als Elektromotor, Schrittmotor oder als Elektromagnet ausgebildet. Ist die Verriegelungseinrichtung elektrisch verstellbar, ist sie vorzugsweise mittels des Stellantriebs elektrisch verstellbar.
Unabhängig davon bewirkt der Stellantrieb eine Stellbewegung, die zum Verriegeln und/oder Entriegeln der Verriegelungseinrichtung eingerichtet ist. Die Stellbewegung kann parallel zur Verbindungsrichtung oder quer zur Verbindungsrichtung ausgerichtet sein. Der Stellantrieb kann dazu eingerichtet sein, das erste und das zweite Verriegelungselement aus der ersten in die zweite Stellung und/oder aus der zweiten in die erste Stellung zu bewegen.
Es ist auch denkbar, dass das erste und das zweite Verriegelungselement in eine aus erster und zweiter Stellung vorgespannt sind und der Stellantrieb das erste und das zweite Verriegelungselement aus der vorgespannten Stellung in die andere aus erster und zweiter Stellung bewegt.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform kann eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement mittels des Stellantriebs bewegt werden, um den Vorsprung in Eingriff mit der Nut zu bringen. Zum Beispiel kann das Verriegelungselement aus erstem und zweitem Verriegelungselement, das den Vorsprung aufweist, schwenkbar gelagert sein. Durch die Stellbewegung des Stellantriebs wird das Verriegelungselement im verbundenen Zustand der Adapteranordnung derart geschwenkt, dass der Vorsprung in die Nut des anderen aus erstem und zweitem Verriegelungselement eingreift. Das Verriegelungselement aus erstem und zweitem Verriegelungselement, das den Vorsprung aufweist, kann aber auch translatorisch verschiebbar gelagert sein, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Verbindungsrichtung. Durch die Stellbewegung des Stellantriebs wird das Verriegelungselement im verbundenen Zustand der Adapteranordnung derart verschoben, dass der Vorsprung in die Nut des anderen aus erstem und zweitem Verriegelungselement eingreift.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die beiden Rasten quer zur Verbindungsrichtung zueinander vorgespannt sind. Werden das erste und das zweite Adapterelement verbunden, verschieben sich die beiden Rasten entlang der schrägen Flächen entgegen der Vorspannkraft. Sobald die schrägen Flächen enden, bewirkt die Vorspannkraft, dass die Verriegelungselemente einrasten. Dieser Zustand wird auch stromlos beibehalten. Zum Entriegeln der Verriegelungseinrichtung bewirkt die Stellbewegung des Stellantriebs eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Verriegelungselement von der ersten in die zweite Stellung, also im Wesentlichen quer zur Verbindungsrichtung. Auch hier kann ein Verriegelungselement schwenkbar oder translatorisch verschiebbar gelagert sein und die Stellbewegung des Stellantriebs bewegt dieses Verriegelungselement aus der ersten in die zweite Stellung.
In der dritten und der vierten Ausführungsform sind das erste und das zweite Verriegelungselement relativ zueinander um eine Achse parallel zur Verbindungsrichtung drehbar und die Stellbewegung des Stellantriebs dreht eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement zum Verriegeln und zum Entriegeln, also von der zweiten in die erste Stellung und zurück. Bei der dritten Ausführungsform reicht hierzu ein Teil einer vollen Umdrehung entsprechend der Länge des tangentialen Abschnitts der Nut des Bajonettverschlusses. Bei der vierten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Umdrehungen erforderlich, um eine ausreichende Anzahl von Gewindegängen des Außen- und des Innengewindes miteinander in Eingriff zu bringen.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Ladekabel eine Steuereinrichtung zum Steuern der Verriegelungseinrichtung umfasst, die mit dem ersten und/oder dem zweiten Anschluss sowie der Verriegelungseinrichtung kommunizierend verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis zu erkennen und in Reaktion auf das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis die Verriegelungseinrichtung derart anzusteuern, dass die Verriegelungseinrichtung das erste und das zweite Adapterelement miteinander verriegelt.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, zu bewirken, dass die Verriegelungseinrichtung vom entriegelten in den verriegelten Zustand und/oder vom verriegelten in den entriegelten Zustand bewegt wird bzw. dass das erste und das zweite Verriegelungselement aus der zweiten Stellung in die erste Stellung und/oder aus der ersten in die zweite Stellung bewegt werden. Vorzugsweise steuert die Steuereinrichtung hierzu den Stellantrieb an.
Die Steuereinrichtung kann in der Adapteranordnung, insbesondere in demjenigen aus erstem und zweitem Adapterelement, das das bewegliche Verriegelungselement bzw. den Stellantrieb enthält, aufgenommen sein. Die Steuereinrichtung kann aber auch separat ausgebildet sein und zum Beispiel in einer mit dem Ladekabel fest verbundenen Laderegeleinrichtung angeordnet sein.
Um eine einfache Handhabung und platzsparende Unterbringung des Ladekabels in einem Fahrzeug zu gewährleisten, weist die Adapteranordnung, insbesondere das erste und das zweite Adapterelement, einen Durchmesser auf, der höchstens 200 mm, vorzugsweise höchstens 100 mm, mehr bevorzugt höchstens 60 mm beträgt. Zudem sollte die Adapteranordnung im verbundenen Zustand eine Länge aufweisen, die zwischen 50 mm und 500 mm, vorzugsweise zwischen 75 mm und 300 mm, mehr bevorzugt zwischen 100 mm und 200 mm beträgt. Dadurch ist die Adapteranordnung möglichst kompakt ausgebildet.
Die Erfindung betrifft auch eine mobile Ladevorrichtung zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Ladekabel. Die Ladevorrichtung umfasst eine Laderegeleinrichtung zum Regeln eines Ladevorgangs, die zwischen einem aus dem ersten und dem zweiten Anschluss und der Adapteranordnung angeordnet ist. Die Laderegeleinrichtung ist zum Regeln von Parametern des Ladevorgangs eingerichtet, wie zum Beispiel der Ladeleistung bzw. -Stromstärke. Bevorzugt ist die Laderegeleinrichtung zwischen dem verbraucherseitigen zweiten Anschluss und der Adapteranordnung angeordnet und mit dem zweiten Anschluss und demjenigen aus erstem und zweitem Adapterelement, das mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, elektrisch verbunden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Ladekabels, das einen netzseitigen ersten Anschluss zum Verbinden des Ladekabels mit einem Stromnetz, einen verbraucherseitigen zweiten Anschluss zum Verbinden des Ladekabels mit dem Elektrofahrzeug, und eine Adapteranordnung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Ladekabels umfasst, wobei die Adapteranordnung ein erstes Adapterelement und ein zweites Adapterelement umfasst, die lösbar miteinander verbindbar sind;
Verbinden des ersten und des zweiten Adapterelements miteinander;
Anschließen des ersten Anschlusses an das Stromnetz und des zweiten Anschlusses an das Elektrofahrzeug;
Verriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements miteinander mittels der Verriegelungseinrichtung; wobei das Verriegeln in Reaktion auf ein mit dem Ladevorgang verknüpftes Ereignis automatisch erfolgt.
Auf diese Art und Weise wird ein Verfahren zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, bei dem ein netzseitiger erster Anschluss des Ladekabels durch Trennen der Adapteranordnung einfach austauschbar ist, während einem Nutzer durch das automatische Verriegeln der Adapteranordnung mittels der Verriegelungseinrichtung ein manuelles Sichern der Adapteranordnung erspart bleibt. Insbesondere bei Schnee, Eis, Kälte und Verschmutzung trägt dies erheblich zum Bedienkomfort des Ladekabels bei und spart Zeit. Zugleich ist das Ladekabel gegen unerwünschte Manipulation gesichert.
Vorzugsweise erfolgt das Verfahren mittels eines erfindungsgemäßen Ladekabels und umfasst daher das Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Ladekabels, wie eingangs beschrieben. Alle bezüglich des erfindungsgemäßen Ladekabels beschriebenen Merkmale und Vorteile sind daher analog auf das Verfahren übertragbar und umgekehrt. Ebenso kann das Verfahren mittels der beschriebenen mobilen Ladevorrichtung ausgeführt werden. Bevorzugt umfasst das Verfahren weiterhin das Entriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements mittels der Verriegelungseinrichtung, wobei das Entriegeln in Reaktion auf ein mit dem Ladevorgang verknüpftes Ereignis automatisch oder durch Fernbetätigung durch einen Nutzer erfolgt. So bleibt dem Nutzer auch das manuelle Entsichern der Adapteranordnung erspart, wodurch der Bedienkomfort weiter erhöht wird.
Erfolgt das Verriegeln automatisch, kann das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis das Verbinden des ersten und des zweiten Adapterelements, das Anschließen des zweiten Anschlusses an das Fahrzeug oder das Starten des Ladevorgangs durch eine Ladevorrichtung sein.
Ist das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis das Anschließen des zweiten Anschlusses an das Fahrzeug, umfasst das Verfahren bevorzugt das Erkennen eines angeschlossenen Fahrzeugs, zum Beispiel mittels Control Pilot, und das Verriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements in Reaktion auf das Erkennen des Fahrzeugs. Das Erkennen des angeschlossenen Fahrzeugs kann mittels der Laderegeleinrichtung erfolgen, die kommunizierend mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
Ist das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis das Starten des Ladevorgangs durch eine Ladevorrichtung, umfasst das Verfahren beispielsweise das Verriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements in Reaktion auf das Durchschalten des Ladestroms oder in Reaktion auf die Betätigung eines Bedienelements durch den Nutzer, das zum Starten des Ladevorgangs an der Ladevorrichtung bzw. einer Ladestation vorgesehen ist.
Beim Entriegeln kann das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis zum Beispiel das Entfernen bzw. Abstecken des zweiten Anschlusses vom Fahrzeug sein. Das Verfahren umfasst dann das Erkennen, dass kein Fahrzeug mehr angeschlossen ist, vorzugsweise mittels Control Pilot, und das Entriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements in Reaktion auf das Erkennen, dass kein Fahrzeug mehr angeschlossen ist. Das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis kann beim Entriegeln auch das Beenden des Ladevorgangs sein. Um ungewünschte Manipulationen zu unterbinden, sollte damit jedoch eine Überprüfung der Berechtigung erfolgen. Zum Beispiel kann das Entriegeln dann in Reaktion auf das Bestätigen des Endes des Ladevorgangs an der Ladevorrichtung nach Identifizierung des Nutzers, in Reaktion auf einen Zahlvorgang an der Ladevorrichtung oder in Reaktion auf das Aufsperren des Fahrzeugs erfolgen.
Erfolgt das Entriegeln durch Fernbetätigung durch den Nutzer, umfasst das Verfahren bevorzugt das Fernbetätigen mittels eines Betätigungselements am ersten oder am zweiten Anschluss, mittels einer Eingabeeinrichtung an der Ladevorrichtung, beispielsweise an der Laderegeleinrichtung, oder mittels eines mobilen Endgeräts, wie zum Beispiel mittels einer App auf einem Smartphone, das kommunizierend mit der Steuereinrichtung der Verriegelungseinrichtung verbunden ist. Es ist darauf zu achten, dass dies nur einem berechtigten Bediener ermöglicht wird.
Die Berechtigung des Bedieners kann in allen Ausführungsformen z.B. durch Eingabe eines Codes, durch Erkennen eines Fingerabdrucks oder durch drahtlose Erkennung mittels RFID, NFC, WLAN, Bluetooth dergleichen eines Sicherheitsmerkmals erfolgen, z.B. durch Kommunikation dem Smartphone des Nutzers, einem Fahrzeugschlüssel oder Tag, den der Nutzer mit sich führt.
In allen Fällen kann das Verriegeln bzw. Entriegeln unmittelbar in Reaktion auf das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis oder nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Ereignis erfolgen, bspw. mittels einer Zeitschalteinrichtung.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Ladekabel und eine Ladevorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Ladekabel.
Fig. 2a-c zeigen schematisch eine Adapteranordnung des Ladekabels nach Fig. 1 mit einer Verriegelungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Fig. 3a-c zeigen schematisch eine Adapteranordnung des Ladekabels nach Fig. 1 mit einer Verriegelungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Fig. 4a-d zeigen schematisch eine Adapteranordnung des Ladekabels nach Fig. 1 mit einer Verriegelungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Fig. 5a-c zeigen schematisch eine Adapteranordnung des Ladekabels nach Fig. 1 mit einer Verriegelungseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ladekabel 2 zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs 4. Das Ladekabel 2 umfasst einen netzseitigen ersten Anschluss 6 zum Verbinden des Ladekabels 2 mit dem Stromnetz, das symbolisch durch die Steckdose 8 abgebildet ist, sowie einen verbraucherseitigen zweiten Anschluss 10 zum Verbinden des Ladekabels 2 mit dem Elektrofahrzeug 4. Weiterhin umfasst das Ladekabel 2 eine Adapteranordnung 12 zwischen dem ersten Anschluss 6 und dem zweiten Anschluss 10 des Ladekabels 2. Die Adapteranordnung 12 umfasst ein erstes Adapterelement 14 und ein zweites Adapterelement 16, die lösbar miteinander verbunden sind und hierzu vorzugsweise als Steckverbindung ausgebildet sind. Das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 können in einer Verbindungsrichtung V miteinander verbunden bzw. voneinander gelöst werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Adapterelement 14 mit dem ersten Anschluss 6 und das zweite Adapterelement 16 mit dem zweiten Anschluss 10 elektrisch verbunden. Hierzu kann das erste Adapterelement 14 mittels eines ersten Ladekabelabschnitts 18 mit dem ersten Anschluss 6 verbunden sein und das zweite Adapterelement 16 mittels eines zweiten Ladekabelabschnitts 20 mit dem zweiten Anschluss 10 verbunden sein.
Um das Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 möglichst unabhängig vom jeweils vorliegenden Anschluss ans Stromnetz 8 zu ermöglichen, können mittels der Adapteranordnung 12 unterschiedlich ausgebildete zweite Anschlüsse 10 verwendet werden. Beispielhaft ist eine alternative Ausführungsform eines zweiten Anschlusses 6' dargestellt, der mittels eines ersten Adapterelements 14' mit dem zweiten Adapterelement 16 und somit mit dem übrigen Ladekabel 2 verbunden werden kann.
Der zweite Anschluss 6 ist hier z.B. als Schuko-Stecker ausgebildet, während der weitere zweite Anschluss 6' als IEC-Typ-2 -Adapter ausgebildet ist. Ebenso wäre die Ausbildung als CE E-Steckverbinder denkbar. Eine mobile Ladevorrichtung 22 wird dadurch bereitgestellt, dass eine Laderegeleinrichtung 24 zum Regeln des Ladevorgangs vorgesehen ist, die bevorzugt zwischen dem fahrzeugseitigen zweiten Anschluss 10 und dem zweiten Adapterelement 16 angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden ist. Dadurch kann das Elektrofahrzeug 4 besonders gut mobil und unabhängig von einer fest installierten Ladestation geladen werden. Zudem kann die Laderegeleinrichtung 24 zumindest mit dem zweiten Anschluss 10 kommunizierend verbunden sein, um beispielsweise zu erkennen, ob der zweite Anschluss 10 mit dem Elektrofahrzeug 4 verbunden ist.
Die Adapteranordnung 12 des erfindungsgemäßen Ladekabels 2 umfasst weiterhin eine Verriegelungseinrichtung 26, die dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 in einem verbundenen Zustand derselben automatisch miteinander zu verriegeln. Unterschiedliche Ausführungsformen der Verriegelungseinrichtung 26 sind in den Fig. 2 - 5 dargestellt und nachfolgend beschrieben. Zum Steuern der Verriegelungseinrichtung 26 umfasst das Ladekabel 2 eine Steuereinrichtung 27, die mit dem ersten und/oder dem zweiten Anschluss 6, 10 sowie der Verriegelungseinrichtung 26 kommunizierend verbunden ist. Beispielsweise kann die Laderegeleinrichtung 24 die Steuereinrichtung 27 umfassen, wie in Fig. 1 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 - 5 umfasst die Verriegelungseinrichtung 26 grundsätzlich ein erstes Verriegelungselement 28 und ein zweites Verriegelungselement 30, wobei das erste Verriegelungselement 28 dem ersten Adapterelement 14 und das zweite Verriegelungselement 30 dem zweiten Adapterelement 16 zugeordnet ist. Im verbundenen Zustand des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 greifen das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 in einer ersten Stellung mechanisch ineinander ein, während sie in einer zweiten Stellung voneinander gelöst sind.
Das erste Adapterelement 14 kann ein erstes Gehäuse 32 aufweisen, das das erste Verriegelungselement 28 aufnimmt, und das zweite Adapterelement 16 kann ein zweites Gehäuse 34 aufweisen, das das zweite Verriegelungselement 30 aufnimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verriegelungseinrichtung 26 im verbundenen Zustand des ersten und zweiten Adapterelements 14, 16 von außen unzugänglich in der Adapteranordnung 12 ausgebildet. Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, dass das erste und das zweite Gehäuse 32, 34 im verbundenen Zustand im Wesentlichen miteinander abschließen, wie in Fig. 1 dargestellt, wodurch ein Zugriff auf die Komponenten der Verriegelungseinrichtung 26 verhindert wird.
Ein maximaler Durchmesser D der Adapteranordnung 12 ist in Fig. 1 gekennzeichnet und entspricht in der Regel dem Durchmesser des ersten oder des zweiten Adapterelements 14, 16, insbesondere dem Durchmesser des jeweiligen Gehäuses 32, 34, wie beispielhaft für alle Ausführungsformen in Fig. 2a gezeigt. Es versteht sich, dass die Gehäuse 32, 34 auch einen ovalen Querschnitt, einen im Wesentlichen rechteckigen oder einen polygonalen Querschnitt aufweisen können. Der Durchmesser D entspricht dann auch einer Breite oder Höhe des jeweiligen Gehäuses.
Zudem weist die Adapteranordnung 12 im verbundenen Zustand des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 parallel zur Verbindungsrichtung V eine Länge L auf, die ebenfalls im Wesentlichen durch die Abmessungen der Gehäuse 32, 34 des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 bestimmt ist.
In Fig. 2a-c ist die Adapteranordnung 12 mit einer Verriegelungseinrichtung 26 gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch vergrößert dargestellt. Das erste Verriegelungselement 28 umfasst eine Nut 36 und das zweite Verriegelungselement 30 umfasst einen Vorsprung 38, der derart dimensioniert ist, dass er in die Nut 36 eingreifen kann. Die Nut 36 verläuft vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsrichtung V. Es versteht sich, dass alternativ auch das zweite Verriegelungselement 30 die Nut 36 und das erste Verriegelungselement 28 den Vorsprung 38 aufweisen kann und die folgenden Ausführungen analog auch auf eine solche Ausführungsform übertragbar sind. In den Figuren 2b, c ist die Adapteranordnung 12 im verbundenen Zustand gezeigt.
In der in Fig. 2b dargestellten ersten Stellung greift der Vorsprung 38 in die Nut 36 ein. Das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 stehen dadurch parallel zur Verbindungsrichtung V formschlüssig miteinander in Verbindung und können nicht getrennt werden. Die Adapteranordnung 12 befindet sich somit in einem verriegelten Zustand.
In der zweiten Stellung, die in Fig. 2c dargestellt ist, sind das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 voneinander gelöst. Der Vorsprung 38 greift nicht in die Nut 36 ein und das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 können parallel zur Verbindungsrichtung V voneinander getrennt und miteinander verbunden werden. Die Adapteranordnung 12 befindet sich folglich in einem entriegelten Zustand.
Das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 sind zwischen der ersten und der zweiten Stellung relativ zueinander bewegbar. Hierzu ist zumindest eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement 28, 30 beweglich gelagert. Wie durch die beiden Pfeile am Vorsprung 38 angedeutet, kann zum Beispiel das zweite Verriegelungselement 30 schwenkbar oder senkrecht zur Verbindungsrichtung V linear verschiebbar gelagert sein. Ist das zweite Verriegelungselement 30 schwenkbar gelagert, ist es vorzugsweise als Riegel ausgebildet, wobei ein Ende des Riegels entsprechend gelagert ist und ein gegenüberliegendes freies Ende den Vorsprung 38 aufweist. Auch ein linear verschiebbares zweites Verriegelungselement 30 kann riegelförmig ausgebildet sein. Es kann aber auch nur als Stift ausgebildet sein, der den Vorsprung 38 bildet, wie in Fig. 2a gestrichelt angedeutet.
Zum Bewegen des ersten und des zweiten Verriegelungselements 28, 30 zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung umfasst die Verriegelungseinrichtung 26 einen Stellantrieb 40. Der Stellantrieb 40 ist vorzugsweise in dem Adapterelement aus erstem und zweitem Adapterelement 14, 16 aufgenommen, in dem sich auch das bewegliche Verriegelungselement 28, 30 befindet.
Der Stellantrieb 40 kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein, der das zweite Verriegelungselement 30 schwenkt oder linear verschiebt. In der dargestellten Ausführungsform kann der Stellantrieb 40 auch als Elektromagnet ausgebildet sein, der das zweite Verriegelungselement 30 zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegt. Hierzu ist das zweite Verriegelungselement 30 zumindest teilweise magnetisch. Der Stellantrieb 40 kann den Vorsprung 38 dann in die Nut 36 ziehen oder aus der Nut 36 stoßen.
Ist eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement 28, 30, wie hier das erste Verriegelungselement 28, unbeweglich, so kann es integral mit dem jeweiligen Gehäuse 32, 34 des ersten bzw. zweiten Adapterelements 14, 16 geformt sein. So kann das jeweilige Gehäuse 32, 34 entweder eine Nut oder einen Vorsprung aufweisen.
Eine zweite Ausführungsform der Verriegelungseinrichtung 26 ist schematisch in den Fig. 3a-c vergrößert dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform weist das erste Verriege- lungselement 28 eine erste Raste 42 und das zweite Verriegelungselement 30 eine zweite Raste 44 auf. Die erste und die zweite Raste 42, 44 weisen einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf und sind parallel zur Verbindungsrichtung V verjüngt ausgebildet, sodass eine Spitze 42a der ersten Raste 42 und eine Spitze 44a der zweiten Raste 44 zu einem offenen Ende des jeweiligen Adapterelements 14, 16 gerichtet sind. Dadurch weisen das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 korrespondierende schräge Flächen 42b, 44b auf, die schräg zur Verbindungsrichtung V verlaufen. Zudem weisen das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 jeweils eine gerade Fläche 42c, 44c auf, die jeweils an einem von der Spitze 42a, 44a entfernten Ende der schrägen Flächen 42b, 44b senkrecht zur Verbindungsrichtung V verlaufen.
In der in Fig. 3b dargestellten ersten Stellung greifen die erste und die zweite Raste 42, 44 miteinander ein. Dabei liegen die geraden Flächen 42c, 44c der ersten und der zweiten Raste 42, 44 aneinander an und bilden dadurch eine formschlüssige Verbindung parallel zur Verbindungsrichtung V. Das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 können dadurch nicht parallel zur Verbindungsrichtung V voneinander getrennt werden und die Adapteranordnung 12 befindet sich im verriegelten Zustand.
In Fig. 3c sind das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 in der zweiten Stellung dargestellt, in der sie im verbundenen Zustand der Adapterelemente 14, 16 voneinander gelöst sind. Die geraden Flächen 42c, 44c der ersten und der zweiten Raste 42, 44 berühren sich nicht und das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 können parallel zur Verbindungsrichtung V voneinander getrennt und miteinander verbunden werden. Die Adapteranordnung 12 befindet sich folglich im entriegelten Zustand.
Auch in dieser Ausführungsform können das erste und/oder das zweite Verriegelungselement 28, 30 analog zur ersten Ausführungsform schwenkbar oder linear verschiebbar gelagert sein und mittels des Stellantriebs 40 zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegt werden. Zudem kann eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement 28, 30, das nicht beweglich gelagert ist, integral mit dem Gehäuse 32, 34 des jeweiligen Adapterelements 14, 16 ausgebildet sein.
Es ist jedoch bevorzugt, dass eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement 28, 30 durch ein Vorspannelement 46, insbesondere ein Federelement, wie eine Druckfeder, im Wesentlichen senkrecht zur Verbindungsrichtung V vorgespannt ist. Das Vorspannelement 46 übt eine Vorspannkraft F auf das jeweilige Verriegelungselement 28, 30 aus.
Im getrennten Zustand der Adapteranordnung 12, die in Fig. 3a dargestellt ist, befindet sich das mittels des Vorspannelements 46 vorgespannte zweite Verriegelungselement 30 in einer Ruheposition. Werden das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 in Verbindungsrichtung V miteinander verbundenen, treffen zunächst die schrägen Flächen 42b, 44b der ersten und der zweiten Raste 42, 44 aufeinander und gleiten aneinander ab. Dabei wird das zweite Verriegelungselement 30 entgegen der Vorspannkraft F des Vorspannelements 46 verschoben, wie in Fig. 3c durch die zwei Stellungen des zweiten Verriegelungselements 30 angedeutet. Sobald die schrägen Flächen 42b, 44b sich senkrecht zur Verbindungsrichtung V nicht mehr aneinander abstützen, wie in Fig. 3c in der oberen Stellung des zweiten Verriegelungselements 30, bewirkt das Vorspannelement 46, dass die erste und die zweite Raste 42, 44 einrasten. Die Vorspannkraft F verschiebt die zweite Raste 44 senkrecht zur Verbindungsrichtung V, sodass die geraden Flächen 42c, 44 c der ersten und der zweiten Raste 42, 44 aneinander anliegen und sich die Verriegelungseinrichtung 26 in der in Fig. 3b dargestellten ersten Stellung befindet.
Der Stellantrieb 40 kann das zweite Verriegelungselement 30 nun zurück in die zweite Stellung bewegen. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Stellantrieb 40 eine Stellbewegung mechanisch auf das zweite Verriegelungselement 30 überträgt, die senkrecht zur Verbindungsrichtung V und entgegen der Vorspannkraft F ausgerichtet ist. Der Stellantrieb 40 kann aber auch als Elektromagnet ausgebildet sein und senkrecht zur Verbindungsrichtung V und entgegen der Vorspannkraft F eine Magnetkraft auf das zweite Verriegelungselement 30 bewirken, das zumindest teilweise magnetisch ist.
Fig. 4a-d zeigen die Adapteranordnung 12 mit einer Verriegelungseinrichtung 26 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 bilden in diesem Fall einen Bajonettverschluss. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Verriegelungselement 28 als Hülse ausgebildet, die zumindest eine Nut 48 aufweist. Die Nut 48 wiederum weist einen axialen ersten Nutabschnitt 48a auf, der sich von einem dem zweiten Adapterelement 16 zugewandten Rand 50 der Hülse 28 in axialer Richtung parallel zur Verbindungsrichtung V erstreckt. Zudem weist die Nut 48 einen tangentialen zweiten Nutabschnitt 48b auf, der sich an dem vom Rand 50 abgewandten Ende des ersten Nutabschnitts 48a in Umfangsrichtung der Hülse 28 erstreckt. Das zweite Verriegelungselement 30 weist zumindest ein Eingriffsmittel 52 auf, das derart dimensioniert ist, dass es in die Nut 48 einführbar und entlang der Nut 48 bewegbar ist. Entsprechend ist ein Durchmesser des Eingriffsmittels 52 maximal so groß wie eine Breite der Nut 48. Das Eingriffsmittel 52 ist bezüglich der Verbindungsrichtung V radial ausgerichtet und kann zylinderförmig ausgebildet sein. Das zweite Verriegelungselement 30 kann als Stift ausgebildet sein, der sich parallel zur Verbindungsrichtung V erstreckt und der im Bereich eines dem ersten Adapterelement 14 zugewandten freien Endes das Eingriffsmittel 52 aufweist. Zum Verbinden des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 befinden sich jeweils eine Nut 48 und ein Eingriffsmittel 52 in Umfangsrichtung in einer korrespondierenden Position. Auch in dieser Ausführungsform kann eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement 28, 30 integral mit dem Gehäuse 32, 34 des jeweiligen Adapterelements 14, 16 ausgebildet sein.
In der in Fig. 4b dargestellten ersten Stellung greifen das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 ineinander ein. Das zumindest eine Eingriffsmittel 52 befindet sich im zweiten Nutabschnitt 48b, vorzugsweise am geschlossenen Ende des zweiten Nutabschnitts 48b der Nut 48. Das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 sind dadurch parallel zur Verbindungsrichtung V formschlüssig miteinander verbunden und können nicht getrennt werden. Die Adapteranordnung 12 befindet sich folglich im verriegelten Zustand.
Durch Drehen des ersten und des zweiten Verriegelungselements 28, 30 relativ zueinander in Umfangsrichtung der Hülse 28 wird das zumindest eine Eingriffsmittel 52 in den ersten Nutabschnitt 48a bewegt, wie in Fig. 4c dargestellt. Das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 können nun parallel zur Verbindungsrichtung V voneinander gelöst und in die zweite Stellung nach Fig. 4d bewegt werden.
Der Stellantrieb 40 übt in dieser Ausführungsform eine rotatorische Stellbewegung auf eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement 28, 30 aus, um diese relativ zueinander in Umfangsrichtung zwischen den in Fig. 4b und 4c dargestellten Positionen zu drehen. Zum Beispiel kann der Stellantrieb den Stift 30, alternativ aber auch die Hülse 28, mittels Magnet, Elektromotor oder Schrittmotor um eine Achse parallel zur Verbindungsrichtung V drehen. Das Verschieben des Eingriffsmittels 52 entlang des axialen ersten Nutabschnitts 48a kann zusammen mit dem Verbinden bzw. Trennen des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 parallel zur Verbindungsrichtung V erfolgen.
In Fig. 5a-c ist schließlich eine vierte Ausführungsform der Verriegelungseinrichtung 26 schematisch dargestellt, in der das erste Verriegelungselement 28 ein Außengewinde und das zweite Verriegelungselement 30 ein mit dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde aufweist. Das Außengewinde und das Innengewinde greifen in der ersten Stellung ineinander ein, wie in Fig. 5b gezeigt. Zum Beispiel ist das erste Verriegelungselement 28 als Gewindestab und das zweite Verriegelungselement 30 als Gewindeeinsatz oder Hülse mit Innengewinde ausgebildet, die in das zweite Gehäuse 34 des zweiten Adapterelements 16 eingelassen ist. Ohne weiteres könnte auch das erste Verriegelungselement 28 ein Innengewinde und das zweite Verriegelungselement 30 ein Außengewinde aufweisen.
Sind das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 zum Verbinden miteinander in Verbindungsrichtung V zueinander ausgerichtet, sind auch das Außengewinde des ersten Verriegelungselements 28 und das Innengewinde des zweiten Verriegelungselements 30 entlang einer Achse 54 parallel zur Verbindungsrichtung V zueinander ausgerichtet. Der Stellantrieb 40 übt in diesem Ausführungsbeispiel eine rotatorische Stellbewegung vorzugsweise auf das erste Verriegelungselement 28 mit Außengewinde aus, wodurch das erste Verriegelungselement 28 in das zweite Verriegelungselement 30 oder aus dem zweiten Verriegelungselement 30 geschraubt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1-5 beschrieben und ist im Wesentlichen unabhängig von der konkreten Ausführungsform der Verriegelungseinrichtung 26 anzusehen.
Das Verfahren zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs 4 umfasst zunächst das Bereitstellen eines Ladekabels 2 mit dem ersten und dem zweiten Anschluss 6, 10 sowie der Adapteranordnung 12, wie zuvor beschrieben. Zunächst werden das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 miteinander verbunden, vorzugsweise in Verbindungsrichtung V zusammengesteckt, wie in Fig. 1 sowie Fig. 2b, c, Fig. 3b, c, Fig. 4b-d und Fig. 5b, c dargestellt. Danach können der erste Anschluss 6 an das Stromnetz 8 und der zweite Anschluss 10 an das Elektrofahrzeug 4 angeschlossen werden (siehe Fig. 1). Um ein unbefugtes Trennen der Adapteranordnung 12 zu vermeiden, umfasst das Verfahren weiterhin das Verriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 mittels der Verriegelungseinrichtung 26. Dies wird insbesondere durch das Bewegen des ersten und des zweiten Verriegelungselements 28, 30 relativ zueinander aus der zweiten Stellung (vgl. Fig. 2c, 3c, 4d, 5c) in die erste Stellung (vgl. Fig. 2b, 3b, 4b, 5b) erreicht, in der das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 mechanisch ineinander eingreifen, wie zuvor beschrieben.
Das Verriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 erfolgt in Reaktion auf ein mit dem Ladevorgang verknüpftes Ereignis automatisch. Analog kann das Entriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements 14, 16 in Reaktion auf ein mit dem Ladevorgang verknüpftes Ereignis automatisch erfolgen oder aber durch Fernbetätigung durch einen Nutzer.
Das Entriegeln wird insbesondere durch das Bewegen des ersten und des zweiten Verriegelungselements 28, 30 aus der ersten Stellung (vgl. Fig. 2b, 3b, 4b, 5b) in die zweite Stellung (vgl. Fig. 2c, 3c, 4d, 5c) erreicht, wodurch das erste und das zweite Verriegelungselement 28, 30 voneinander gelöst werden. Das erste und das zweite Adapterelement 14, 16 können dann parallel zur Verbindungsrichtung V voneinander getrennt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Ladekabel und Verfahren wird somit sichergestellt, dass das Ladekabel 2 bzw. Teile davon nicht entwendet werden können und der Ladevorgang unbefugt unterbrochen werden kann. Eine manuelle Handhabung der Adapteranordnung 12 o- der einer Verriegelungseinrichtung 26 an derselben durch den Nutzer ist nicht erforderlich, wodurch der Bedienkomfort erhöht wird.

Claims
23
Ansprüche Ladekabel (2), insbesondere zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4), umfassend: einen netzseitigen ersten Anschluss (6) zum Verbinden des Ladekabels (2) mit einem Stromnetz (8); einen verbraucherseitigen zweiten Anschluss (10) zum Verbinden des Ladekabels (2) mit einem Verbraucher, insbesondere dem Elektrofahrzeug (4); und eine Adapteranordnung (12) zwischen dem ersten Anschluss (6) und dem zweiten Anschluss (10) des Ladekabels (2), wobei die Adapteranordnung (12) umfasst: ein erstes Adapterelement (14) und ein zweites Adapterelement (16), die lösbar miteinander verbunden sind, wobei eines aus dem ersten und dem zweiten Adapterelement (14, 16) mit dem ersten Anschluss (6) elektrisch verbunden ist und das andere aus dem ersten und dem zweiten Adapterelement (14, 16) mit dem zweiten Anschluss (10) elektrisch verbunden ist, und eine Verriegelungseinrichtung (26); dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (26) dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Adapterelement (14, 16) in einem verbundenen Zustand in Reaktion auf ein mit dem Ladevorgang verknüpftes Ereignis automatisch miteinander zu verriegeln. Ladekabel (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (26) im verbundenen Zustand des ersten und zweiten Adapterelements (14, 16) von außen unzugänglich in der Adapteranordnung (12) ausgebildet ist. Ladekabel (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (26) zwischen einem verriegelten Zustand und einem entriegelten Zustand elektrisch verstellbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (26) Vorzugs- weise bistabil ausgestaltet ist, sodass der jeweils gerade vorliegende aus verriegeltem Zustand und entriegeltem Zustand der Verriegelungseinrichtung (26) beibehalten bleibt, wenn die Verriegelungseinrichtung (26) stromlos geschalten wird.
4. Ladekabel (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Adapterelement (14) ein erstes Verriegelungselement (28) und das zweite Adapterelement (16) ein zweites Verriegelungselement (30) umfasst, wobei im verbundenen Zustand des ersten und zweiten Adapterelements (14, 16) das erste und das zweite Verriegelungselement (28, 30) in einer ersten Stellung mechanisch ineinander eingreifen und in einer zweiten Stellung voneinander gelöst sind.
5. Ladekabel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement (28, 30) eine Nut (36) aufweist und das andere aus erstem und zweitem Verriegelungselement (28, 30) einen Vorsprung (38) aufweist, der in der ersten Stellung in die Nut (36) eingreift.
6. Ladekabel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Verriegelungselement (28, 30) jeweils eine Raste (42, 44) aufweisen, die in der ersten Stellung miteinander eingreifen.
7. Ladekabel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Verriegelungselement einen Bajonettverschluss (48, 52) bilden.
8. Ladekabel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines aus erstem und zweitem Verriegelungselement (28, 30) ein Innengewinde und das andere aus erstem und zweitem Verriegelungselement (28, 30) ein Außengewinde aufweist, die in der ersten Stellung ineinander eingreifen.
9. Ladekabel (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (26) weiterhin einen Stellantrieb (40) zum Bewegen des ersten und des zweiten Verriegelungselements (28, 30) relativ zueinander zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung umfasst, wobei der Stellantrieb (40) vorzugsweise als Elektromotor, Schrittmotor oder als Elektromagnet ausgebildet ist. Ladekabel (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel (2) eine Steuereinrichtung (27) zum Steuern der Verriegelungseinrichtung (26) umfasst, die mit dem ersten und/oder dem zweiten Anschluss (6, 10) sowie der Verriegelungseinrichtung (26) kommunizierend verbunden ist. Ladekabel (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapteranordnung (12), insbesondere das erste und das zweite Adapterelement (14, 16), einen Durchmesser (D) aufweist, der höchstens 200 mm, vorzugsweise höchstens 100 mm, mehr bevorzugt höchstens 60 mm beträgt. Mobile Ladevorrichtung (22) zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4) umfassend: ein Ladekabel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ; und eine Laderegeleinrichtung (24) zum Regeln eines Ladevorgangs, die zwischen einem aus dem ersten und dem zweiten Anschluss (6, 10) und der Adapteranordnung (12) angeordnet ist. Verfahren zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Ladekabels (2), das einen netzseitigen ersten Anschluss (6) zum Verbinden des Ladekabels (2) mit einem Stromnetz (8), einen verbraucherseitigen zweiten Anschluss (10) zum Verbinden des Ladekabels (2) mit dem Elektrofahrzeug (4), und eine Adapteranordnung (12) zwischen dem ersten Anschluss (6) und dem zweiten Anschluss (10) des Ladekabels (2) umfasst, wobei die Adapteranordnung (12) ein erstes Adapterelement (14) und ein zweites Adapterelement (16) umfasst, die lösbar miteinander verbindbar sind;
Verbinden des ersten und des zweiten Adapterelements (14, 16) miteinander;
Anschließen des ersten Anschlusses (6) an das Stromnetz (8) und des zweiten Anschlusses (10) an das Elektrofahrzeug (4); 26
Verriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements (14, 16) miteinander mittels der Verriegelungseinrichtung (26); dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegeln in Reaktion auf ein mit dem Ladevorgang verknüpftes Ereignis automatisch erfolgt. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Ladevorgang verknüpfte Ereignis das Anschließen des zweiten Anschlusses (10) an das Elektrofahrzeug (4) oder das Starten eines Ladevorgangs durch eine Ladevorrichtung (22) ist. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst:
Erkennen des mit dem Ladevorgang verknüpften Ereignisses durch eine Steuereinrichtung;
Ansteuern der Verriegelungseinrichtung (26) mittels der Steuereinrichtung zum Verriegeln des ersten und des zweiten Adapterelements (14, 16).
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