DE102009052366A1

DE102009052366A1 - Fahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb

Info

Publication number: DE102009052366A1
Application number: DE102009052366A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Hense; Jörg Dipl.-Ing. Huber (FH); Axel Dipl.-Ing. Willikens
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-11-07
Filing date: 2009-11-07
Publication date: 2010-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einer von einer Karosserieaußenseite her zugänglichen und von einem Deckel (3) verschließbaren Karosserieöffnung (2), in welcher eine Ladesteckdose (4) angeordnet ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass in der Karosserieöffnung (2) zugleich ein an einem ausziehbaren Ladekabel (5) angeordneter Ladestecker (6) vorgesehen ist, über welchen alternativ zur Ladesteckdose (4) eine Batterie (7) des Fahrzeugs (1) geladen werden kann und der in einem Nichtgebrauchszustand in der fahrzeugseitigen Ladesteckdose (4) fixierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einer von einer Karosserieaußenseite her zugänglichen und von einem Deckel verschließbaren Karosserieöffnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2007 002 025 A1 ist ein gattungsgemäßes Fahrzeug bekannt, welches sowohl für eine verbrennungsmotorisch angetriebene Variante als auch für die alternativ dazu mittels des elektromotorischen Antriebs angetriebene Variante eine gleiche Karosserie aufweist. Bei der elektromotorisch angetriebenen Variante ist in der Karosserieöffnung anstelle eines Tankeinfüllstutzens eine Ladesteckdose angeordnet, wodurch diese möglichst unauffällig platziert werden kann.
Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, welche extern geladen werden können, sind üblicherweise eine fahrzeugseitige Ladesteckdose und ein zu einer Ladestation gehörendes und mit einem entsprechenden Ladestecker versehenes Ladekabel notwendig. Die Ladesteckdose ist dabei fahrzeugseitig von außen zugänglich an einer Stelle des Fahrzeuges, beispielsweise im Bereich einer C-Säule, angebracht, wobei diese Stelle oftmals jedoch nicht in der Nähe von entsprechenden externen Ladestationen ist, so dass eine Verlängerungsleitung zum Erreichen der Ladestation benötigt wird. Demzufolge wird in vielen Elektrofahrzeugen ein separates Ladekabel mitgeführt, welches jedoch häufig nicht geordnet im Fahrzeug untergebracht ist und dadurch eine Gefahr darstellen kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Fahrzeug der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, bei welcher insbesondere ein Ladevorgang komfortabler gestaltet ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Fahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb nicht nur mit einer Ladesteckdose, sondern zugleich auch mit einem ausziehbaren Ladekabel zu versehen, an dessen Ende ein Ladestecker angeordnet ist, so dass sowohl ein Anschluss eines externen Ladekabels an das Fahrzeug als auch ein Anschluss eines bordnetzgestützten, ausziehbaren Ladekabels an einer externen Ladestation ermöglicht werden kann. Das Fahrzeug weist hierzu eine von einer Karosserieaußenseite her zugängliche und von einem Deckel verschließbare Karosserieöffnung auf, in welcher die Ladesteckdose angeordnet ist. Zugleich ist in dieser Karosserieöffnung auch der an dem ausziehbaren Ladekabel angeordnete Ladestecker angeordnet, über welchen die Batterie des Fahrzeugs alternativ zur Ladesteckdose geladen werden kann und der zur Fixierung in seinem Nichtgebrauchszustand in die Ladesteckdose einsteckbar ist. Die elektrische Batterie des Fahrzeuges ist dabei sowohl an die Ladesteckdose als auch an das Ladekabel angeschlossen, die beide von derselben Karosserieöffnung aus zugänglich sind. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann das elektromotorisch betriebene Fahrzeug im gesamten Umfeld des Fahrzeuges einfach und dadurch kundenfreundlich mit einer externen Ladestation verbunden werden, was wiederum zu einer deutlichen Akzeptanzsteigerung auf den Kundenseite führen dürfte.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist das elektromotorisch betriebene Fahrzeug zumindest zwei Karosserieöffnungen mit jeweils einer Ladesteckdose und einem einen Ladestecker tragenden Ladekabel auf. Denkbar ist hierbei, dass beispielsweise an jeder Längsseite des Fahrzeugs jeweils eine Karosserieöffnung angeordnet ist, so dass das Fahrzeug beidseitig, das heißt entweder mit der einen oder mit der anderen Seite mit der externen Ladestation verbunden werden kann. Das jeweils zur Verfügung stehende Ladekabel kann aus der Karosserieöffnung heraus bis zu 6 m ausgezogen werden, wodurch üblicherweise sämtliche elektrische Ladestationen leicht erreichbar sind. Durch eine Federvorspannung wird zudem gewährleistet, dass nur die exakt benötigte Ladekabellänge aus dem Fahrzeug herausgezogen wird und die Überlänge im Fahrzeug verbleibt, wobei die Federvorspannung gleichzeitig für eine Straffung des ausgezogenen Teils des Ladekabels sorgen kann, so dass dieser nicht unkontrolliert durchhängt und dadurch eine Stolpergefahr bilden kann. Eine derartige Federvorspannung hilft zudem nach Abschluss des Ladevorgangs das Ladekabel auf einfachste Weise wieder im Fahrzeug ordnungsgemäß zu verstauen. Selbstverständlich kann dabei an dem erfindungsgemäßen Fahrzeug nicht nur auf jeder Längsseite, sondern beispielsweise auch an einer Heck- oder Frontseite eine derartige Karosserieöffnung vorgesehen, in denen jeweils ein Ladestecker und eine Ladesteckdose angeordnet sind. Um einen doppel- oder mehrseitigen Anschluss des elektromotorisch betriebenen Fahrzeuges an eine Ladestation sicher verhindern zu können, kann vorgesehen sein, dass die die jeweiligen Karosserieöffnungen abdeckenden Deckel miteinander über eine Art Zentralverriegelung verbunden sind, so dass nach dem Öffnen eines Deckels sämtliche anderen Deckel verriegelt und dadurch nicht mehr zu öffnen sind. Hierdurch kann auf einfache Weise verhindert werden, dass das elektromotorisch betriebene Fahrzeug an mehreren Stellen mit der externen Ladestation verbunden wird, was unter Umständen zu Schäden führen könnte.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 eine Darstellung einer in einer Karosserieöffnung angeordneten Ladesteckdose und eines ebenfalls dort angeordneten Ladesteckers,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem zusätzlichen Gleichspannungs-Einspeisestützpunkt im Fahrzeug,
3 eine mögliche Ausführungsform bei einer weiteren Variante,
4 eine Prinzipskizze zur Funktionsweise der in den jeweiligen Karosserieöffnungen des Fahrzeugs angeordneten Ladestecker bzw. Ladesteckdosen,
5 ein erfindungsgemäße zweiseitig ausziehbares Ladekabel mit einer Kabelspirale,
6 eine Prinzipdarstellung einer Kabelschutzvorrichtung,
7, 8 weitere Varianten von fahrzeugseitigen Ladekabelaufnahmevorrichtungen,
9 mögliche Positionen für die Karosserieöffnungen,
10 mögliche Positionen für die Kabelschutzvorrichtung bzw. Kabelaufnahmevorrichtungen.
Entsprechend der 1, weist ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug 1 eine von einer Karosserieaußenseite her zugängliche und von einem Deckel 3 verschließbare Karosserieöffnung 2 auf, in welcher sowohl eine Ladesteckdose 4 als auch ein an einem ausziehbaren Ladekabel 5 angeordneter Ladestecker 6 angeordnet bzw. untergebracht sind. Die Ladesteckdose 4 und der zugehörige Ladestecker 6 sind dabei genormt zumindest jedoch miteinander verbindbar ausgebildet, so dass der Ladestecker 6 in seinem Nichtgebrauchszustand in die Ladesteckdose 5 eingesteckt und damit fixiert werden kann. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße elektromotorisch angetriebene Fahrzeug 1 eine wieder aufladbare Batterie 7 sowie einen Lader 8 auf, wobei eine Wiederaufladung der Batterie 7 mittels eines Anschlusses an eine externe Ladestation 9 bewerkstelligt wird. Oftmals sind dabei an den Ladestationen 9 ebenfalls ein Ladekabel 5' sowie ein endseitig daran angeordneter Ladestecker 6' vorgesehen, so dass ein elektrischer Anschluss des Fahrzeugs 1 an die Ladestation 9 entweder durch ein Einstecken des Ladesteckers 6' in die fahrzeugseitige Ladesteckdose 4 oder aber durch das Einstecken des fahrzeugseitigen Ladesteckers 6 in eine nicht gezeigte ladestationsseitige Ladesteckdose erfolgen kann. Sowohl das Ladekabel 5 als auch das Ladekabel 5' sind dabei ausziehbar ausgebildet, wobei das fahrzeugseitige Ladekabel 5 in einer Kabelaufnahme 10 aufgenommen, insbesondere aufgewickelt, wird. Wird das elektromotorisch angetriebene Fahrzeug 1 zum Aufladen an die Ladestation 9 benutzt, so kann bei Benutzung des ladestationsseitigen Ladesteckers 6' zunächst der fahrzeugseitige Ladestecker 6 aus der zugehörigen Ladesteckdose 4 entfernt und danach der ladestationsseitige Ladestecker 6' in die Ladesteckdose 4 eingesteckt werden. Die Ladesteckdose 4 ist dabei aus Sicherheitsgründen berührgeschützt ausgeführt. Die bisher verwendeten Bezugszeichen gelten im Weiteren auch für die folgenden Figuren.
In der 2 ist ein prinzipiell ähnliches Fahrzeug 1 gezeigt, wobei hier zusätzlich ein Einspeisestützpunkt 11 für eine Gleichspannungsladung unter Umgehung des Laders 8 vorgesehen ist. Die direkte Ladung der Batterie 7 erfolgt in diesem Fall über externe Gleichspannungsladegeräte wobei ein Batteriemanagement die Koordination bzw. Steuerung der Ladeart AC oder DC (Wechselstrom/Gleichstrom) ggf. auch in Kombination übernimmt.
Bei der Darstellung gemäß der 3 kann ein Laden der Batterie 7 lediglich mittels Gleichstrom erfolgen, so dass in diesem Fall der fahrzeugseitige AC/DC-Lader 8 entfallen kann. Der Ladestecker 6, 6' bzw. die Ladesteckdose 4 sind in dieser Ausführungsform entsprechend den Anforderungen für Gleichstrom ausgeführt.
Gemäß der 4 sind an dem Fahrzeug 1 insgesamt zwei Karosserieöffnungen 2 und 2' vorgesehen mit jeweils einem Ladestecker 6 und einer zugehörigen Ladesteckdose 4. Die Karosserieöffnungen 2 und 2' sind dabei jeweils an einer Längsseite und insbesondere im Bereich einer C-Säule des Fahrzeugs 1 angeordnet, wodurch der Anschluss an die externe Ladestation 9 nochmals vereinfacht wird. Um zu Verhindern, dass beide Ladestecker 6 an eine externe Ladestation 9 angeschlossen werden, muss die jeweils nicht geöffnete Karosserieöffnung verriegelt werden, was beispielsweise mit Hilfe eines nicht gezeigten Sensors erfolgen kann, der das Öffnen eines Deckels 3 erkennt und dabei das Verriegeln eines/des anderen Deckels 3 veranlasst. Der so nicht geöffnete Deckel 3 wird gegen Missverbrauch durch Verriegelung mittels beispielsweise des Zentralverriegelungsmotors gesichert. Eine Diagnose und Fehlermeldung kann auch dadurch realisiert werden.
Gemäß der 5 weist ein Ladekabel 5 ein in einer Schutzhülle 12 untergebrachtes Spiralkabel 13 auf, welches sich in der Länge auf das ca. 3 bis 5-fache ausziehen lässt. Zur Zugentlastung und gegen ein zu starkes Durchhängen im ausgezogenen Zustand kann hierbei eine Seele aus Stahl/Kunststoff eingebracht sein, was sowohl eine frühzeitige Abnutzung als auch ein ungeordnetes Herumliegen des Ladekabels 5 (Stolpergefahr) verhindert. Zur Unterstützung der komfortablen Handhabung ist die Seele mit einem arretierbaren Mechanismus zum Auf- und Abrollen ausgestattet. Gemäß der 5 ist dabei eine doppelte Ausführung dargestellt, wobei zwischen den Spiralkabeln 13 ein Verbindungsstück 14 vorgesehen ist und hierüber die Verbindung zum Lader 8 hergestellt wird. Die flexible Schutzhülle 12 kann selbstverständlich an die Geometrie eines Einbauraumes problemlos angepasst werden.
Gemäß der 6 ist eine Kabel-Schutzvorrichtung 15 gezeigt, bei welcher ein glattes Kabel 16 als Ladekabel 5 verwendet wird, das in der Schutzhülle 12 derart geführt ist, dass in diese möglichst viele Windungen eingebracht werden können. Unter Einhaltung der erforderlichen Biegeradien wird dabei das Kabel 16 an einer Seite der Schutzhülle 12 in einer Öse 20 geführt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird für das Kabel 16 mit einem flexiblen Element 21 (Feder/Gummiband) verbunden. Diese flexiblen Elemente 21 sind kabelseitig ebenfalls in Ösen geführt und schutzhüllenseitig fest mit der Schutzhülle 12 verbunden. Bei einem Auszug wird das Kabel 16 auf der Seite mit den Ösen 20 gezogen und für den Einzug entsprechend der ausgezogenen Länge vorgespannt. Eine Arretierung sorgt hierbei für einen sicheren Verbleib der ausgezogenen Länge. Bei einem Einzug des Kabels 16 sorgt eine nicht gezeigte Bremse der Arretierung für das sichere und nicht zu schnelle Einziehen des Kabels 16. Diese integrierte Bremse wird entsprechend der ausgezogenen Kabellänge so voreingestellt, dass das Kabel 16 komplett in die Schutzhülle 12 zurückgezogen wird. Die flexiblen Elemente 21 müssen dabei in ihrer Rückstelleigenschaft entsprechend ihrer Position in der Schutzhülle 12 ausgelegt bzw. angepasst werden. Die unterbringbare Kabellänge beträgt dabei die ca. 3 bis 4-fache Länge der Schutzhülle 12. Die Schutzhülle 12 kann generell sowohl in rohrförmiger Gestalt als auch in der Gestalt eines rechteckigen Kabelkanals ausgeführt werden. Eine Unterbringung der Schutzhülle 12 ist beispielsweise im Bereich eines Kofferraums 17 und insbesondere im Bereich einer Reserveradmulde 18 denkbar.
Bei der Darstellung gemäß der 7 wird das an sich glatte Kabel 16 (Ladekabel 5) auf Spulen/Trommeln 19 bzw. 19' aufgerollt. Die maximal aufnehmbare Kabellänge hängt dabei vom Kabeltyp und der Größe der Trommel 19, 19' ab. Auch hierbei sorgt eine Arretierung für den sicheren Verbleib der ausgezogenen Länge des Kabels 16, wobei ein Einzug mittels einer nicht gezeigten Kabeleinzugsvorrichtung innerhalb der Trommel 19, 19' für das sichere und gleichzeitig nicht zu schnelle Einziehen des Kabels 16, also des Ladekabels 5, sorgt. Gemäß der 7 ist hierbei eine doppelte Ausführung dargestellt, so dass zwei Trommel/Spulen 19, 19' sowie ein dazwischen liegendes Verbindungsstück 14 zum Lader 8 erforderlich sind. Der Einsatz eines zusätzlichen, optionalen Servomotors kann die Handhabung des Ein- und Auszuges weiter vereinfachen.
Gemäß der 8 ist das Prinzip einer Kabel-Aufnahmevorrichtung 22 gezeigt, bei welcher im Unterschied zu 7 das Kabel 16, das heißt das Ladekabel 5 auf lediglich einer einzigen Spule/Trommel 19 aufgerollt wird. Diese Trommel 19 ist dabei derart ausgebildet, dass beidseitig das Ladekabel 5 ab- und aufgerollt werden kann. Ein Mittenabgriff auf Schleifkontakt realisiert hierbei den Abgriff zum Lader 8. Die maximal aufnehmbare Kabellänge hängt hierbei ebenfalls vom Kabeltyp und der Größe der Trommel/Spule 19 ab.
Gemäß der 9 sind die bevorzugten Positionen zur Unterbringung der Karosserieöffnungen 2 am Fahrzeug 1, insbesondere im Bereich der A-/C-Säulen sowie im Front- und Heckbereich dargestellt. Mit wirtschaftlich erträglichem Aufwand muss aus der Vielzahl möglicher Positionen eine bzw. maximal zwei Stellen zur Unterbringung der Karosserieöffnungen 2 ausgewählt werden. Die Auswahl sollte hierbei derart erfolgen, dass mit möglichst geringem Aufwand eine gute komfortable Erreichbarkeit der Vorort befindlichen Ladestationen 9 möglich ist.
Bei der 10 sind mögliche Positionen zur Unterbringung der Kabelaufnahmevorrichtung 22 bzw. der Kabelschutzvorrichtung 15 gezeigt, wobei hierbei sich insbesondere Bauräume im Fahrzeuginneren, wie beispielsweise im Kofferraum und vor bzw. hinter der Rückbank sowie in einem seitlichen Schwellerbereich anbieten. Ein weiterer möglicher Bauraum ist ein Motorraum, insbesondere bei reinen Elektroantrieben, da die Umgebungstemperaturen hier deutlich niedriger sind als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren oder Hybridfahrzeugen.
Generell können selbstverständlich auch noch weitere Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise Temperatursensoren, vorgesehen sein, die insbesondere bei Spiralkabeln 13 erkennen, ob ein gefahrloses Aufladen möglich ist. Selbstverständlich sind auch Sensoren denkbar, die erkennen, wie viele Windungen bzw. welche Kabellänge noch in der Kabelaufnahmevorrichtung 22 ist.
Beim Betrieb des Ladekabel insbesondere mit hohen Strömen wir eine Kühlung des aufgerollten/aufgewickelten Kabels in der Kabelaufbewahrungsvorrichtung vorgesehen, um Beschädigung durch zu starke Erwärmung zu verhindern.
Daneben kann auch eine zum Ladekabel 5 separate Datenleitung vorgesehen werden, welche eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Fahrzeug 1 und der Ladestation 9 und insbesondere einen Datenaustausch ermöglichen.
Die Kabelaufnahmeeinrichtung ist mit einer Vorrichtung zur Entfernung von Schmutz und Feucht vorgesehen. Nach dem Gebrauch der Ladeleitung wird diese beim Einzug gereinigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007002025 A1 [0002]

Claims

Fahrzeug (1) mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einer von einer Karosserieaußenseite her zugänglichen und von einem Deckel (3) verschließbaren Karosserieöffnung (2), in welcher eine Ladesteckdose (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Karosserieöffnung (2) zugleich ein an einem ausziehbaren Ladekabel (5) angeordneter Ladestecker (6) vorgesehen ist, über welchen alternativ zur Ladesteckdose (4) eine Batterie (7) des Fahrzeugs (1) geladen werden kann und der in einem Nichtgebrauchszustand in der fahrzeugseitigen Ladesteckdose (4) fixierbar ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) zumindest zwei Karosserieöffnungen (2) mit jeweils einer Ladesteckdose (4) und einem einen Ladestecker (6) tragenden Ladekabel (5) aufweist.