WO2011054854A1

WO2011054854A1 - Ladestecksystem

Info

Publication number: WO2011054854A1
Application number: PCT/EP2010/066720
Authority: WO
Inventors: Kurt Standke
Original assignee: Rema Lipprandt Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2011-05-12
Also published as: DE202009013675U1

Abstract

Ladestecksystem insbesondere für Elektrofahrzeuge, mit einem ladevorrichtungsseitigen Steckverbinderteil (Stecker) (1), mit einem fahrzeugseitigen Steckverbinderteil (Steckdose), mit mindestens einem Sensor (2), bei dem der mindestens eine Sensor (2) ein Signal abgibt, wenn sich ein menschliches Körperteil dem Ladestecksystem nähert und/oder wenn ein menschliches Körperteil das Ladestecksystem berührt.

Description

Ladestecksystem

Die Erfindung betrifft ein Ladestecksystem, insbesondere für Elektrofahrzeuge. Bei dem Laden von Elektrofahrzeugen fließen große Ströme. Daher muss sichergestellt werden, dass die Steckverbinderteile nicht während des Ladevorganges (unter elektrischer Last) verbunden oder getrennt werden. Es muss also insbesonde- re gewährleistet sein, dass nicht der Stecker herausgezogen werden kann, bevor der Ladestrom deaktiviert wurde. Es sind bereits Ladesteckverbinder bekannt, die Vorrichtungen aufweisen, die diesen Zweck erfüllen sollen.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Ladestecksystem zu schaffen, welches die genannte Sicherheitsfunktion besonders sicher und komfortabel bereitstellt.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Ladestecksystem gelöst.

Das erfindungsgemäße Ladestecksystem eignet sich insbesondere für die Ladung von Elektrofahrzeugen, beispielsweise Elektroautos. Es umfasst ein ladevorrich- tungsseitiges Steckverbinderteil (Stecker), sowie ein fahrzeugseitiges Steckverbinderteil (Steckdose). Das Ladestecksystem umfasst zudem mindestens einen Sensor. Dieser mindestens eine Sensor gibt ein Signal ab, wenn sich ein mensch- liches Körperteil, insbesondere eine Hand, dem Ladestecksystem nähert und/oder wenn ein menschliches Körperteil das Ladestecksystem berührt. Hierdurch ist eine Voraussetzung dafür geschaffen, dass die Ladesteckverbindung stromlos ist, sobald und solange sie von einem menschlichen Körperteil, insbesondere der Hand, berührt wird, wodurch ein Verbinden oder Trennen unter Last vermieden ist. Da es hierfür nicht erforderlich ist, dass der Nutzer eine Betätigung vornimmt, etwa das Betätigen eines Sicherheitsschalters, ist die Vorrichtung besonders komfortabel und sicher. Bedienungsfehler sind weitgehend ausgeschlossen. Vorzugsweise ist eine mechanische Verriegelung der Steckverbinderteile vorgesehen. Diese Verriegelung umfasst bevorzugt einen schwenkbaren Hebel mit Haken, beziehungsweise Rastnase, sowie einen hintergreifbaren Vorsprung. Der Hebel ist bevorzugt um eine quer zu seiner Längserstreckung verlaufende Achse schwenkbar. Vorzugsweise ist ein mechanischer Auslöser an dem Hebel vorgese- hen. Der Hebel ist vorzugsweise auf der Steckerseite vorgesehen.

In der bevorzugten Ausführungsform gibt der mindestens eine Sensor ein Signal dann ab, wenn sich ein menschliches Körperteil bestimmten Komponenten des Ladestecksystems nähert und/oder diese berührt. Vorzugsweise umfassen die bestimmten Komponenten den Griffbereich des Steckers, an dem dieser üblicherweise berührt wird, um die Steckverbindung zu verbinden oder zu lösen. Es ist denkbar, dass die bestimmten Komponenten Bereiche umfassen, deren Berührung zur Lösung eines Verriegelungsmechanismus erforderlich ist. In einer Ausführungsform ist lediglich ein einziger Sensor vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere, ganz besonders bevorzugt mehrere verschiedenartige Sensoren vorgesehen. Besonders bevorzugt sind mehrere Sensoren vorgesehen und die Sensoren sind an verschiedenen Stellen des Ladestecksystems angeordnet. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Zuverlässigkeit erreicht werden.

Es ist denkbar, dass Sensoren vorgesehen sind, die Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, reflektierten Schall, reflektiertes Licht, sonstige elektromagnetische Strahlung, Beschleunigung oder dergleichen erfassen. Zudem können die Sensoren nach verschiedensten Messprinzipien arbeiten. Vorzugsweise arbeitet der mindestens eine Sensor über das magnetische oder das elektrische Feld. In einer Ausführungsform ist er als induktiver Sensor vorgesehen.

Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Sensor ein kapazitiver Sensor. Es hat sich gezeigt, dass mit diesem Sensortyp die zu erfüllenden Anforderungen besonders gut erfüllt werden können. So kann dieser Sensortyp beispielsweise besonders gut unter einer nichtmetallischen Isolationsschicht angeordnet sein.

Bevorzugt ist eine Signalauswertvorrichtung vorgesehen.

Vorzugsweise wertet die Signalauswertvorrichtung die Impedanzänderung des Sensors aus.

Die Signalauswertvorrichtung gibt vorzugsweise in Abhängigkeit des Sensorsignals ein Signal an eine Lade- und Steuereinheit zur Schaltung eines Ladestroms.

In einer Ausführungsform gibt die Signalauswertvorrichtung in Abhängigkeit des Sensorsignals ein Anschaltsignal an eine Lade- und Steuereinheit zur Anschaltung eines Ladestroms. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Anschaltfunktion durch eine andere Vorrichtung ausgeführt und die Signalauswertung gibt bevorzugt in Abhängigkeit des Sensorsignals ausschließlich ein Abschaltsignal an eine Lade- und Steuereinheit zur Abschaltung eines Ladestroms.

In der Ausführungsform mit mehreren Sensoren können diese einzeln vorgesehen sein. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Sensoren zu mindestens einem Mehr- fachsensorpad zusammengefasst. Der mindestens eine Sensor ist bevorzugt unterhalb einer Isolationsfläche vorgesehen.

Mindestens ein Sensor ist bevorzugt unterhalb einer Isolationsfläche vorgesehen. Vorzugsweise ist eine Stromversorgung des Ladestecksystems vorgesehen. Die Stromversorgung kann durch die Ladevorrichtungsseite und/oder die Fahrzeugseite und/oder einen internen Energiespeicher erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Stromversorgung durch die Ladevorrichtungsseite, da in diesem Fall auch die Möglichkeit besteht, dass die Signalauswertvorrichtung den Ladestrom anschaltet ohne dass ein interner Energiespeicher erforderlich ist.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor in dem ladevorrichtungsseitigen Steckverbinderteil (Stecker) vorgesehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein über das magnetische oder das elektrische Feld arbeitender Sensor, bevorzugt ein kapazitiver Sensor und mindestens ein Drucksensor vorgesehen. Vorzugsweise gibt die Signalauswertvorrichtung erst dann ein Signal an eine Lade- und Steuereinheit zur Schaltung eines Ladestroms, wenn der über das magnetische oder das elektrische Feld arbeitende Sensor und der Drucksensor ein Signal abgeben. Hierdurch kann eine Fehlfunktion durch etwaige Signalabgabe des über das magnetische oder elektrische Feld arbeitenden Sensors, die nicht durch ein menschliches Körperteil, sondern durch andere Umstände, etwa durch Regen verursacht wurde, verhindert werden.

Die Erfindung soll nun anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen schematisch und ausschnittsweise:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Steckers des erfindungsgemäßen Ladestecksystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines kapazitiven Sensors mit Block- Schaltbild.

Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des ladevorrichtungsseitigen Steckverbinderteils, also des Steckers 1 des erfindungsgemäßen Ladestecksystems. Die elektrischen Kontakte und Leitungen, die den Ladestrom leiten, sind aus Ü- bersichtlichkeitsgründen nicht eingezeichnet. Der Stecker 1 weist einen Verriege- lungsmechanismus 8 auf, der einen Hebel 9 umfasst, welcher eine Rastnase 1 0 aufweist. Der Hebel 9 ist federbelastet und die Rastnase 10 hintergreift bei geschlossener Steckverbindung einen Vorsprung der nicht dargestellten Steckdose. Die Verriegelung kann durch Betätigen eines mechanischen Auslösers aufgehoben werden.

An einer bestimmten Komponente 3 des Ladestecksystems, die im gezeigten Ausführungsbeispiel den Griffbereich 16 des Steckers 1 umfasst, ist ein Sensor 2 an- geordnet. Wie Fig . 1 zeigt, ist in dem Stecker 1 auch eine Signalauswertvorrichtung 4 vorgesehen sowie eine Stromversorgung 5 für das Ladestecksystem, die im gezeigten Ausführungsbeispiel einen internen Energiespeicher 6 umfasst.

Der Sensor 2 kann auf vielerlei verschiedene Arten aufgebaut und angeordnet sein. Fig. 2 zeigt einen denkbaren Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines kapazitiven Sensors samt denkbarem Blockschaltbild. Der Stecker 1 ist (abgesehen von den nicht gezeigten elektrischen Kontakten) vollständig, also auch in dem Bereich, in dem der Sensor 2 angeordnet ist, mit einer Isolationsfläche überzogen. In einem Trägermaterial 15 ist eine Elektrode 1 1 unterhalb dieser Isolationsfläche 7 vorgesehen. Die Elektrode 1 1 steht in Wirkverbindung mit einem MCU (Controller mit Auswerteeinheit) 1 2. Der Controller mit Auswerteeinheit 1 2 steht in Wirkverbindung mit einem Schaltelement 13, welches die Vorrichtung 14, welche den Ladenstrom bereit stellt, schaltet. Die eingezeichneten Kondensatoren 17 sind nicht gegenständlich, sondern symbolisieren lediglich die kapazitive Wirkungsweise. Es wird die Kapazität zwischen der Elektrode 1 1 und beispielsweise dem elektrischen Erdpotential gemessen.

Wenn sich ein menschliches Körperteil, beispielsweise eine Hand 18 nähert, führt dies zu einer Veränderung der gemessenen Kapazität. Diese Veränderung der Kapazität ist als Signal verwertbar. Der mindestens eine Sensor ist so ausgelegt, dass er bei Berührung und /oder Annäherung eines Körperteils an den Stecker 1 oder bestimmte Komponenten 3 des Ladestecksystems oder des Steckers 1 ein Signal an die Signalauswertvorrichtung 4 abgibt oder auslöst. Die Signalauswert- Vorrichtung 4 gibt in diesem Fall ein Abschaltsignal an die Vorrichtung zur Bereitstellung des Ladestroms 14 also die Lade- und Steuereinheit, zur Abschaltung des Ladestroms. Hierdurch ist gewährleistet, dass nicht der Auslöser der mechanischen Verriegelung betätigt, sowie der Strecker am Griff herausgezogen werden kann, bevor der Ladestrom deaktiviert wurde.

Der Sensor 2 kann mit einem Oszillator, insbesondere einem RC-Oszillator zusammenarbeiten. Die Messung der Kapazität kann über das Messen der Impedanzänderung erfolgen, was wiederum über eine Spannungsmessung erfolgen kann. Es kann auch die Eigenfrequenzänderung des Oszillators bzw. eine Phasenverschiebung etwa einer Spannung gemessen werden. Es ist denkbar, dass die Empfindlichkeit des Sensors so eingestellt ist, dass das Signal erst dann abgegeben wird, wenn das menschliche Körperteil die Isolationsfläche 7 berührt. Ebenso ist denkbar, dass der Sensor bereits bei Annäherung des Körperteils ein Signal abgibt und bei Berührung der Isolationsfläche 7 durch das menschliche Körperteil ein weiteres Signal mittels des gleichen oder eines ande- ren Sensors erzeugt wird.

Da der Sensor 2 in diesem Ausführungsbeispiel vollständig in den von Isolationsmaterial umgebenen Stecker 1 integriert ist, ist eine Funktion unter rauen Umgebungsbedingungen beispielsweise bezüglich Temperatur, Feuchtigkeit oder ESD (elektrostatischer Entladung) gegeben.

Bezugszeichenliste:

1 Stecker

2 Sensor

3 bestimmte Komponenten des Ladestecksystems

4 Signalauswertvorrichtung

5 Stromversorgung

6 interner Energiespeicher

7 Isolationsfläche

8 Verriegelungsmechanismus

9 Hebel

10 Rastnase

1 1 Elektrode

12 MCU (Controller mit Auswerteeinheit)

13 Schaltelement

14 Vorrichtung zur Bereitstellung des Ladestroms

15 Trägermaterial

16 Griffbereich

17 Kondensatoren

18 Hand

Claims

Patentansprüche:

1 . Ladestecksystem insbesondere für Elektrofahrzeuge, mit einem ladevor- richtungsseitigen Steckverbinderteil (Stecker) (1 ), mit einem fahrzeugseiti- gen Steckverbinderteil (Steckdose), mit mindestens einem Sensor (2), wobei der mindestens eine Sensor (2) ein Signal abgibt, wenn sich ein menschliches Körperteil dem Ladestecksystem nähert und/oder wenn ein menschliches Körperteil das Ladestecksystem berührt.

2. Ladestecksystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (2) ein Signal abgibt, wenn sich ein menschliches Körperteil bestimmten Komponenten (3) des Ladestecksystems nähert und/oder diese berührt.

3. Ladestecksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (2) vorgesehen sind und die Sensoren (2) an verschiedenen Stellen angeordnet sind.

4. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (2) ein kapazitiver oder induktiver Sensor ist.

5. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalauswertvorrichtung (4) vorgesehen ist.

6. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (2) ein kapazitiver oder induktiver Sensor ist, und eine Signalauswertvorrichtung (4) vorgesehen ist und die Signalauswertvorrichtung (4) die Impedanzänderung des Sensors (2) auswertet.

7. Ladestecksystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswertung (4) in Abhängigkeit des Sensorsignals ein Signal an eine Lade- und Steuereinheit zur Schaltung eines Ladestroms gibt.

8. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (2) zu mindestens einem Mehrfachsen- sorpad zusammengefasst sind.

9. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (2) unterhalb einer Isolationsfläche (7) vorgesehen ist.

10. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromversorgung (5) für das Ladestecksystem vorgesehen ist.

1 1 . Ladestecksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung (5) durch die Ladevorrichtungsseite erfolgt.

12. Ladestecksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung (5) durch einen internen Energiespeicher (6) erfolgt.

13. Ladestecksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung (5) durch die Fahrzeugseite erfolgt.

14. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (2) in dem ladevorrichtungssei- tigen Steckverbinderteil (Stecker) (1 ) vorgesehen ist.

15. Ladestecksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein über das magnetische oder das elektrische Feld arbeitender Sensor (2) und mindestens ein Drucksensor vorgesehen sind.