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Die Erfindung betrifft eine Ladeschnittstelle für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands einer Ladeklappe einer Lademulde für eine Ladeschnittstelle eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs.
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Bei elektrisch betreibbaren Fahrzeugen mit einer Ladeschnittstelle zum Anschließen eines Ladesteckers wird normativ gefordert, dass bei Nichtbenutzung der Ladeschnittstelle sichergestellt ist, dass die elektrischen Kontakte der Ladeschnittstelle spannungsfrei sind. Alternativ ist es auch möglich, statt die Ladeschnittstelle spannungsfrei zu schalten, eine Berührung der Kontakte mit einem mindestens 1mm dicken Draht zu verhindern, was die Schutzklasse IPxxD erfüllt.
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Die
DE 10 2016 215 668 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung des Zustands einer Ladeschnittstelle eines Fahrzeugs, wobei eine Ladedose der Ladeschnittstelle Kontaktteile zum Aufbau von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen einem Ladekabel und einem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs umfasst. Das Verfahren kann durch eine Steuereinheit des Fahrzeugs ausgeführt werden. Die Ladedose kann dabei mit einem Deckel abgedeckt werden, der eine Kontaktbrücke aufweist, die eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Kontaktteil der Ladedose bildet, wenn der Deckel die Ladedose abdeckt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ladeschnittstelle für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug zu schaffen, deren Zustand in zuverlässiger Weise ermittelt werden kann.
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Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands einer Ladeschnittstelle eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs anzugeben, mittels dessen ein Zustand in zuverlässiger Weise ermittelt werden kann.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Ladeschnittstelle für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Lademulde, welche eine Öffnung zur Aufnahme eines Ladeanschlusses aufweist, eine Ladeklappe zum Verschließen und Freigeben der Öffnung, wobei die Ladeklappe und/oder die Lademulde eine Dichteinrichtung aufweisen, sodass die Lademulde bei bestimmungsgemäß geschlossener Ladeklappe gegen eine Druckdifferenz zwischen einem Innenraum der Lademulde und einer Umgebung dichtend verschlossen ist, eine Druckerzeugungsvorrichtung, insbesondere Pneumatikvorrichtung, zum Beaufschlagen der Lademulde mit einem Überdruck oder Unterdruck gegenüber einer Umgebung der Lademulde, und eine Druckmesseinrichtung zum Bestimmen eines Druckverlaufs in der Lademulde über ein definiertes Zeitintervall.
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Die erfindungsgemäße Ladeschnittstelle ermöglicht eine Überwachung eines Zustands der Ladeschnittstelle, insbesondere der Ladeklappe, um Beschädigungen, beispielsweise in Form eines Lochs, zu erkennen. Zur sicheren Überwachung des Zustands der Ladeschnittstelle wird diese luftdicht ausgeführt. Somit lässt sich mittels Druckprüfung die Unversehrtheit der Ladeschnittstelle überprüfen. Für die Druckprüfung können Verfahren zur Prüfung mit Überdruck oder Unterdruck zum Einsatz kommen. Die Prüfung mit Überdruck weist den weiteren Vorteil auf, dass im Fall eines Lecks der Ladeschnittstelle kein Schmutz in den Innenraum der Ladeschnittstelle, bzw. der Lademulde hineingesaugt wird.
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Die Überprüfung umfasst jegliche Art des Zustandekommens eines ungewollten Zugriffs in die Ladeschnittstelle, wie beispielsweise ein Verklemmen der Ladeklappe, ein Verbiegen der Klappe durch einen Unfall oder Vandalismus, ein Loch in der Ladeklappe und dergleichen.
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Mit der erfindungsgemäßen Ladeschnittstelle ist es möglich, bei einem Verbau mehrerer Ladeanschlüsse auf zusätzliche elektrische Trennelemente, die die Kontakte in dem Ladeanschluss spannungsfrei schalten, zu verzichten. Diese benötigen beispielsweise im Falle von DC-Ladeanschlüssen relativ großen Bauraum und verursachen entsprechende Kosten, da jeweils zwei Trennelemente pro Ladeanschluss benötigt werden. Bei AC-Ladeanschlüssen müssen jeweils vier Pole des nicht benutzten Ladeanschlusses abgeschaltet werden, sodass das Einsparpotential bezüglich Bauraum und Kosten noch größer ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeschnittstelle kann die Druckerzeugungsvorrichtung über eine Leitung mit einem Druckventil mit der Lademulde verbunden sein. Die Lademulde dicht abschließen, sodass auf diese Weise bei geschlossener Ladeklappe über die Leitung die Druckprüfung vorgenommen werden kann.
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Vorteilhaft kann die Druckerzeugungsvorrichtung mit Druckventil jedoch auch direkt in die Lademulde integriert sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeschnittstelle kann ein mit der Druckmesseinrichtung verbundener Drucksensor der Lademulde zugeordnet sein. Insbesondere kann der Drucksensor in der Lademulde angeordnet sein. Mittels des Drucksensors kann bei Anlegen eines Überdrucks oder Unterdrucks an die Lademulde ein Verlauf des Drucks über ein definiertes Zeitintervall bestimmt werden und so eine Prüfung auf Dichtigkeit der Ladeschnittstelle durchgeführt werden. Der Drucksensor kann alternativ auch in der Leitung zu der Druckerzeugungsvorrichtung angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeschnittstelle kann die Druckerzeugungsvorrichtung als Kompressor oder Vakuumpumpe ausgebildet sein. Mittels eines Kompressors kann bei geschlossener Ladeklappe ein Überdruck in der mit der Ladeklappe verschlossenen Lademulde erzeugt werden, mit einer Vakuumpumpe kann ein Unterdruck in der Lademulde erzeugt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeschnittstelle kann die Druckerzeugungsvorrichtung so ausgebildet sein, dass eine Aktivierung der Druckerzeugungsvorrichtung bei bestimmungsgemäß geöffneter Ladeklappe gesperrt ist. Die Druckerzeugungsvorrichtung kann beispielsweise über einen Kontaktschalter, welcher beim Schließen der Ladeklappe geschlossen wird, feststellen, ob eine Druckprüfung vorgenommen werden kann. So wird verhindert, dass die Druckerzeugungsvorrichtung unnötig aktiviert wird und möglicherweise eine Falschmeldung erzeugt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeschnittstelle kann die Dichteinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Lademulde bei bestimmungsgemäß geschlossener Ladeklappe und bestimmungsgemäß anliegender Druckdifferenz gegen einen außerhalb herrschenden Unterdruck dicht ist, wenn die Druckerzeugungsvorrichtung die Lademulde mit einem Überdruck beaufschlagt oder dass die Lademulde bei bestimmungsgemäß geschlossener Ladeklappe und bestimmungsgemäß anliegender Druckdifferenz gegen einen außerhalb herrschenden Überdruck dicht ist, wenn die Druckerzeugungsvorrichtung die Lademulde mit einem Unterdruck beaufschlagt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Dichtlippe der Dichteinrichtung entsprechend ausgeformt ausgebildet sein, um eine Dichtwirkung entweder auf die Prüfung mit Überdruck oder mit Unterdruck auszuüben.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands einer Ladeklappe einer Lademulde für eine Ladeschnittstelle eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wenigstens umfassend die Schritte Beaufschlagen der mit der Ladeklappe verschlossenen Lademulde mit einem Überdruck oder Unterdruck gegenüber einer Umgebung der Lademulde; Bestimmen eines Druckverlaufs über ein definiertes Zeitintervall; wenn der Druck über das Zeitintervall in einem vorgegebenen Druckintervall bleibt, Feststellen einer Dichtheit der Lademulde und/oder der Ladeklappe, andernfalls Feststellen einer Undichtigkeit der Lademulde und/oder der Ladeklappe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Überwachung eines Zustands der Ladeschnittstelle, insbesondere der Ladeklappe, um Beschädigungen, beispielsweise in Form eines Lochs, zu erkennen. Zur sicheren Überwachung des Zustands der Ladeschnittstelle wird diese luftdicht ausgeführt. Somit lässt sich mittels Druckprüfung die Unversehrtheit der Ladeschnittstelle überprüfen. Für die Druckprüfung können Verfahren zur Prüfung mit Überdruck oder Unterdruck zum Einsatz kommen. Die Prüfung mit Überdruck weist den weiteren Vorteil auf, dass im Fall eines Lecks der Ladeschnittstelle kein Schmutz in den Innenraum der Ladeschnittstelle, bzw. der Lademulde hineingesaugt wird.
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Die Überprüfung umfasst jegliche Art des Zustandekommens eines ungewollten Zugriffs in die Ladeschnittstelle, wie beispielsweise ein Verklemmen der Ladeklappe, ein Verbiegen der Klappe durch einen Unfall oder Vandalismus, ein Loch in der Ladeklappe und dergleichen.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, bei einem Verbau mehrerer Ladeanschlüsse auf zusätzliche elektrische Trennelemente, die die Kontakte in dem Ladeanschluss spannungsfrei schalten, zu verzichten. Diese benötigen beispielsweise im Falle von DC-Ladeanschlüssen relativ großen Bauraum und verursachen entsprechende Kosten, da jeweils zwei Trennelemente pro Ladeanschluss benötigt werden. Bei AC-Ladeanschlüssen müssen jeweils vier Pole des nicht benutzten Ladeanschlusses abgeschaltet werden, sodass das Einsparpotential bezüglich Bauraum und Kosten noch größer ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Lademulde mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung zum Beaufschlagen mit einem Überdruck oder Unterdruck, insbesondere mit einem Kompressor oder einer Vakuumpumpe, mit Druck beaufschlagt werden, wobei die Druckerzeugungsvorrichtung über eine Leitung mit einem Druckventil mit einem dichten Gehäuse der Lademulde verbunden wird.
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Ein durch das Gehäuse und die geschlossene Ladeklappe gebildeter Innenraum der Lademulde kann so dicht ausgebildet sein, dass auf diese Weise bei geschlossener Ladeklappe über die Leitung die Druckprüfung vorgenommen werden kann. Vorteilhaft kann die Druckerzeugungsvorrichtung mit Druckventil jedoch auch direkt in das Gehäuse der Lademulde integriert sein. Mittels eines Kompressors kann bei geschlossener Ladeklappe ein Überdruck in einem Innenraum der Lademulde erzeugt werden, mit einer Vakuumpumpe kann ein Unterdruck in dem Innenraum erzeugt werden
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren weiter die Schritte umfassen: Aktivieren der Druckerzeugungsvorrichtung; Öffnen des Druckventils; Beaufschlagen der Lademulde mittels der Druckerzeugungsvorrichtung mit dem Druck; Schließen des Druckventils; und Bestimmen eines Druckabfalls oder eines Druckanstiegs im Innenraum der Lademulde über das definierte Zeitintervall. Mittels des Drucksensors kann bei Anlegen eines Überdrucks oder Unterdrucks an den Innenraum der Lademulde ein Verlauf des Drucks über ein definiertes Zeitintervall bestimmt werden und so eine Prüfung auf Dichtigkeit der Ladeschnittstelle durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Druckerzeugungsvorrichtung nur aktiviert werden, wenn die Ladeklappe in einem bestimmungsgemäß geschlossenen Zustand ist. So wird verhindert, dass die Druckerzeugungsvorrichtung unnötig aktiviert wird und möglicherweise eine Falschmeldung erzeugt wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine isometrische Ansicht einer Ladeschnittstelle für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit geöffneter Ladeklappe;
- 2 eine Schnittdarstellung durch eine Ladeschnittstelle nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit geschlossener Ladeklappe;
- 3 ein Systemdiagramm zweier parallel verschalteter Ladeschnittstellen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines Zustands einer Ladeklappe einer Lademulde für eine Ladeschnittstelle eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ladeschnittstelle 100 für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit geöffneter Ladeklappe 12, während in 2 eine Schnittdarstellung durch die Ladeschnittstelle 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit geschlossener Ladeklappe 12 dargestellt ist.
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Die Ladeschnittstelle 100 umfasst eine Lademulde 10, welche eine Öffnung 14 zur Aufnahme eines Ladeanschlusses 16 aufweist. Der Ladeanschluss 16 ist in der geöffneten Ladeschnittstelle 100 in Draufsicht zu erkennen und umfasst beispielhaft eine AC-Ladedose 64 und eine DC-Ladedose 66.
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Eine Ladeklappe 12 zum Verschließen und Freigeben der Öffnung 14 ist über einen Schwenkarm 28 mit der Lademulde 10 verbunden. Die Ladeklappe 16 und die Lademulde 10 weisen eine Dichteinrichtung 18 auf, sodass die Lademulde 10 bei bestimmungsgemäß geschlossener Ladeklappe 12 gegen eine Druckdifferenz zwischen einem Innenraum 24 der Lademulde 10 und einer Umgebung 26 dichtend verschlossen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Ladeklappe 12 eine umlaufende Dichtung 20 auf, während umlaufend um die Öffnung 14 der Lademulde 12 eine Dichtfläche 22 angeordnet ist, auf welche die Dichtung 20 bei geschlossener Ladeklappe 12 gepresst wird.
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In der Schnittdarstellung in 2 ist zu erkennen, dass die Lademulde auf ihrer von der Ladeklappe 12 abgewandten Rückseite, welche innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist, von einem dichten Gehäuse 50 abgeschlossen ist. Im Innenraum 24 des Gehäuses 50 ist der Ladeanschluss 16, schematisch dargestellt, mit der Öffnung 14 der Lademulde 10 verbunden. Von dem Ladeanschluss 16 führt eine Ladeleitung 52 weg und ist mittels einer dichten Durchführung 44 aus dem Gehäuse 50 geführt.
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Die Ladeschnittstelle 100 umfasst weiter, wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, eine Druckerzeugungsvorrichtung 30 zum Beaufschlagen der Lademulde 10 mit einem Überdruck oder Unterdruck gegenüber einer Umgebung 26 der Lademulde 10, sowie eine Druckmesseinrichtung 40 zum Bestimmen eines Druckverlaufs in der Lademulde 10 über ein definiertes Zeitintervall.
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Die Druckerzeugungsvorrichtung 30 ist über eine Leitung 32 mit einem Druckventil 34 mit der Lademulde 10 verbunden. Alternativ kann die Druckerzeugungsvorrichtung auch direkt in das Gehäuse 50 der Lademulde 10 integriert sein.
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Ein mit der Druckmesseinrichtung 40 verbundener Drucksensor 42 ist im Innenraum 24 des Gehäuses der Lademulde 10 angeordnet. Auch die Druckmesseinrichtung kann direkt in das Gehäuse 50 der Lademulde 10 integriert sein.
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Die Druckerzeugungsvorrichtung 30 kann als Kompressor oder Vakuumpumpe ausgebildet sein, je nachdem, ob die Druckprüfung mit Überdruck oder mit Unterdruck durchgeführt werden soll.
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Zweckmäßigerweise kann die Druckerzeugungsvorrichtung 30 so ausgebildet sein, dass eine Aktivierung der Druckerzeugungsvorrichtung 30 bei bestimmungsgemäß geöffneter Ladeklappe 12, beispielsweise während des Ladevorgangs des Fahrzeugs, gesperrt ist.
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Die Dichteinrichtung 18 der Ladeschnittstelle 100 kann vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass die Lademulde 10 bei bestimmungsgemäß geschlossener Ladeklappe 12 und bestimmungsgemäß anliegender Druckdifferenz gegen einen außerhalb herrschenden Unterdruck dicht ist, wenn die Druckerzeugungsvorrichtung 30 die Lademulde 10 mit einem Überdruck beaufschlagt.
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Alternativ kann die Dichteinrichtung 18 so ausgebildet sein, dass die Lademulde 10 bei bestimmungsgemäß geschlossener Ladeklappe 12 und bestimmungsgemäß anliegender Druckdifferenz gegen einen außerhalb herrschenden Überdruck dicht ist, wenn die Druckerzeugungsvorrichtung 30 die Lademulde 10 mit einem Unterdruck beaufschlagt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Zustands der Ladeklappe 12 der Lademulde 10 für die Ladeschnittstelle 100 sieht vor, dass die mit der Ladeklappe 12 verschlossene Lademulde 10 mit einem Überdruck oder Unterdruck gegenüber einer Umgebung 26 der Lademulde 10 beaufschlagt wird. Danach wird ein Druckverlauf über ein definiertes Zeitintervall bestimmt. Wenn der Druck über das Zeitintervall in einem vorgegebenen Druckintervall bleibt, wird festgestellt, dass die Lademulde 10 und/oder die Ladeklappe 12 dicht ist. Andernfalls wird eine Undichtigkeit der Lademulde 10 und/oder der Ladeklappe 12 festgestellt. Entsprechende Empfehlungen können dann an den Fahrer, bzw. eine Wartungsschnittstelle gemeldet werden.
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Die Lademulde 10 wird gemäß dem Verfahren mittels der Druckerzeugungsvorrichtung 30 mit einem Überdruck oder Unterdruck, insbesondere mit einem Kompressor oder einer Vakuumpumpe, mit Druck beaufschlagt. Dabei ist die Druckerzeugungsvorrichtung 30 über eine Leitung 32 mit einem Druckventil 34 mit der Lademulde 10 verbunden.
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3 verdeutlicht Vorteile der erfindungsgemäßen Ladeschnittstelle 100 sowie des Verfahrens zur Überwachung eines Zustands der Ladeklappe 12 der Lademulde 10 für die Ladeschnittstelle 100 anhand eines Systemdiagramms zweier parallel verschalteter solcher Ladeschnittstellen 100.
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Es sind zwei Ladeschnittstellen 100 mit jeweils einem Ladeanschluss 16 dargestellt, welcher jeweils eine AC-Ladedose 64 und eine DC-Ladedose 66 umfasst. Die beiden Ladeschnittstellen 100 sind parallel verschaltet. Kann eine Dichtigkeit der Ladeschnittstellen 100 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sichergestellt werden, so genügt es, die parallel verschalteten Ladeleitungen 54, 56 für die AC- und DC-Ladedosen 64, 66 jeweils nur gemeinsam mit einfachen Schaltelementen 60, 62 zu versehen. Damit kann eine Verwendung von doppelten Schaltelementen 60, 62 vermieden werden.
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In 4 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines Zustands einer Ladeklappe 12 einer Lademulde 10 für eine Ladeschnittstelle 100 eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs dargestellt.
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Das Verfahren sieht vor, dass in einem ersten Schritt S100 die Druckerzeugungsvorrichtung 30 aktiviert wird, also der Kompressor oder die Vakuumpumpe eingeschaltet wird. Die Druckerzeugungsvorrichtung 30 wird günstigerweise nur aktiviert, wenn die Ladeklappe 10 in einem bestimmungsgemäß geschlossenen Zustand ist.
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Danach wird in Schritt S102 das Druckventil 34 geöffnet und in Schritt S104 der durch Gehäuse 50 und Ladeklappe 12 gebildete Innenraum 24 der Lademulde 10 mittels der Druckerzeugungsvorrichtung 30 mit dem Druck beaufschlagt. In Schritt S106 wird das Druckventil 34 wieder geschlossen und im nächsten Schritt S108 ein Druckabfall oder ein Druckanstieg im Innenraum 24 der Lademulde 10 über das definierte Zeitintervall bestimmt.
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Wenn der Druck in Schritt S110 über das Zeitintervall in einem vorgegebenen Druckintervall bleibt, wird in Schritt S112 festgestellt, dass die Lademulde 10 und/oder die Ladeklappe 12 dicht ist. Andernfalls wird in Schritt S114 eine Undichtigkeit der Lademulde 10 und/oder der Ladeklappe 12 festgestellt. Entsprechende Empfehlungen können dann an den Fahrer, bzw. eine Wartungsschnittstelle gemeldet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lademulde
- 12
- Ladeklappe
- 14
- Öffnung
- 16
- Ladeanschluss
- 18
- Dichteinrichtung
- 20
- Dichtung
- 22
- Dichtfläche
- 24
- Innenraum
- 26
- Umgebung
- 28
- Schwenkarm
- 30
- Druckerzeugungsvorrichtung
- 32
- Leitung
- 34
- Druckventil
- 40
- Druckmesseinrichtung
- 42
- Drucksensor
- 44
- Durchführung
- 50
- Gehäuse
- 52
- Ladeleitung
- 54
- AC-Ladeleitung
- 56
- DC-Ladeleitung
- 60
- Schaltelement
- 62
- Schaltelement
- 64
- AC-Ladedose
- 66
- DC-Ladedose
- 100
- Ladeschnittstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016215668 A1 [0003]