Ladesteckdose für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben

Die Erfindung betrifft eine Ladesteckdose für ein Kraftfahrzeug, mit einem Basiskörper mit einer Steckeraufnahme, in welchem mehrere, elektrisch leitfähige Kontaktelemente gehalten sind, wobei die Steckeraufnahme dazu ausgebildet ist, einen Ladestecker mit elektrisch leitfähigen Gegenkontakten derart aufzunehmen, dass die Gegenkontakte die Kontaktelemente elektrisch leitend kontaktieren, und mit einer dem Basiskörper zugeordneten Abdeckung, die verschwenkbar zu dem Basiskörper gelagert ist, um die Steckaufnahme in einer ersten Endstellung zu verschließen und in einer zweiten Endstellung freizugeben.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Ladesteckdose sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Ladesteckdose.

Ladesteckdosen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 19642 687 A 1 eine gattungsgemäße Ladesteckdose mit einer verschwenkbaren Abdeckung, die in einer ersten Endstellung eine Steckeraufnahme freigibt, sodass ein Ladestecker in die Steckeraufnahme eingesteckt werden kann, und in einer zweiten Endstellung die Steckeraufnahme verdeckt. Dabei ist die Abdeckung derart ausgebildet, dass sie in der ersten Endstellung außerdem auch den eingesteckten Ladestecker verdeckt, sodass dieser geschützt vor äußeren Einflüssen ist. Die Abdeckung ist dabei manuell von einem Bediener verschwenkbar. Dabei sind Ladestecker und Abdeckung in ihrer Ausbildung insgesamt aufeinander abgestimmt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 102021 002 039 A1 ist weiterhin eine Ladeanordnung zum Laden eines Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs bekannt, bei welcher eine stationäre Ladestation und eine an einem Fahrzeug montierte Kontakteinheit automatisiert zusammenführbar sind, um eine elektrische Verbindung herzustellen.

Außerdem ist aus der Offenlegungsschrift DE 102018205 594 A1 eine Ladesteckdose bekannt, die eine Abdeckung aufweist, die zum Freigeben und Verschließen einer Steckeraufnahme translatorisch verschiebbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ladesteckdose für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die insbesondere unabhängig von der Art oder Form eines eingesteckten Ladesteckers einen vorteilhaften Schutz des Ladesteckers und der Steckeraufnahme während eines Ladevorgangs bietet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Ladesteckdose mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese hat den Vorteil, dass die Abdeckung individuell, je nach eingestecktem Ladestecker verschwenkt wird, um auch bei unterschiedlich geformten Ladesteckern stets einen vorteilhaften Wetterschutz zu bieten. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Abdeckung ein Aktuator zu ihrer Verschwenkung zugeordnet ist, und dass eine Einrichtung vorhanden ist, die dazu ausgebildet ist, den Aktuator zur Durchführung eines Ladevorgangs zum Verschwenken der Abdeckung in Richtung der ersten Endstellung anzusteuern und in Abhängigkeit von einem eingesteckten Ladestecker das Verschwenken zwischen den Endstellungen zu beenden. Durch die Einrichtung wird also der Aktuator derart angesteuert, dass die Ladeklappe maximal bis an den Ladestecker heran verschwenkt wird, dann jedoch eine weitere Verschwenkung der Abdeckung in Richtung der ersten Endstellung beendet wird. Dadurch ist gewährleistet, dass die Abdeckung immer bis an den Ladestecker heran verschwenkt wird, um möglichst nah zum Ladestecker zu liegen. In dieser Endstellung oder Wetterschutzposition überdeckt die Abdeckung den Ladestecker zumindest bereichsweise und leistet somit ein Wetterschutz sowohl für den eingesteckten Ladestecker als auch für die Steckeraufnahme beziehungsweise Ladesteckdose selbst. Dadurch, dass durch die Einrichtung der Ladestecker beziehungsweise dessen Position an der Ladesteckdose erfasst wird, ist gewährleistet, dass die Abdeckung stets bis nahezu dem Ladestecker automatisiert verschwenkt wird und insbesondere eine Beschädigung des Ladesteckers durch die Abdeckung durch das Beenden des Verschwenkens spätestens bei Erreichen des Ladesteckers vermieden wird. Dadurch können unterschiedlich große Ladestecker, sofern sie mit ihrem Steckende in die Steckeraufnahme passen, an der Ladesteckdose angebracht werden. Die Abdeckung wird stets in eine vorteilhafte Wetterschutzposition verschwenkt, in welcher der Ladestecker und die Ladesteckdose geschützt sind und insbesondere mechanische Verspannungen vermieden werden.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zumindest einen Sensor zum Erfassen einer Position eines eingesteckten Ladesteckers auf. Insoweit handelt es sich insbesondere um einen elektrischen, optischen oder haptisch arbeitenden Sensor. Durch den Sensor ist das Erfassen des Ladesteckers und das vorteilhafte Ansteuern des Aktuators sicher gewährleistet. Unter der Position des Ladesteckers wird dabei insbesondere die Lage und Ausbildung des Ladesteckers an der Ladesteckdose verstanden, die sich insbesondere durch ihren Bezug auf den Schwenkweg der Abdeckung auszeichnet. Ein höher bauender Ladestecker verkürzt beispielsweise den Schwenkweg der Abdeckung in Richtung der ersten Endposition, während ein klein bauender Ladestecker den Schwenkweg vergrößert. Die Position des Ladesteckers wird somit insbesondere durch die den Bewegungsweg der Abdeckung begrenzende Oberfläche, Kante oder Kontur definiert.

Besonders bevorzugt ist der Sensor dazu ausgebildet, eine Antriebskraft des Aktuators zu überwachen und die Position des Ladesteckers zu erfassen, wenn die Antriebskraft einen vorbestimmten Wert zwischen den Endstellungen überschreitet. Hierdurch is eine einfache und kostengünstige Bestimmung der Position oder Lage eines eingesteckten Ladesteckers gewährleistet. Wird die Abdeckung durch im Aktuator von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung zum Verschließen der Steckeraufnahme verlagert, so wird die Antriebskraft des Aktuators durch den Sensor überwacht. Wird durch den Sensor erfasst, dass auf dem Weg von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung die Antriebskraft einen vorbestimmten Wert insbesondere unerwartet überschreitet, so wird darauf geschlossen, dass die Abdeckung auf dem Ladestecker getroffen sein muss beziehungsweise in ihrem Bewegungsweg oder ihrer Bewegung von dem Ladestecker blockiert wird. Diese Erhöhung der Antriebskraft wird von dem Sensor, der beispielsweise ein Strom- oder Spannungssensor ist, erfasst beziehungsweise überwacht. Sobald die Abdeckung auf den Ladestecker trifft, wird durch die Stromwerterhöhung oder Spannungswerterhöhung die Position des Ladesteckers auf einfache Weise erkannt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Aktuator bevorzugt einen Elektromotor auf, und der Sensor ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment des Aktuators beziehungsweise des Elektromotors zu überwachen und die Position des Ladesteckers zu erfassen, wenn das Drehmoment einen vorbestimmten Wert zwischen den Endstellungen überschreitet. Im Unterschied zu der vorhergehenden Ausführungsform wird hier also ein Drehmoment des Elektromotors als Hinweis auf das Vorhandensein eines Ladesteckers überwacht. Dabei ist die Einrichtung insbesondere auch hier dazu ausgebildet, eine unerwartete Erhöhung des Drehmoments zwischen den beiden Endstellungen derart auszulegen, dass bei einer unerwarteten Erhöhung der Ladestecker vorhanden ist und die Verschwenkung der Abdeckung blockiert. Insbesondere ist der Sensor dabei als Drehmomentsensor ausgebildet, vorzugsweise als Strom- oder Spannungssensor.

Vorzugsweise ist die Einrichtung dazu ausgebildet, nach Erfassen des Ladesteckers oder dessen Position die Abdeckung einen vorbestimmten Weg in Richtung der zweiten Endstellung zu bewegen, um die Abdeckung in einer Wetterschutzposition beabstandet zu dem Ladestecker für einen Ladevorgang zu halten. Durch das Bewegen der Abdeckklappe in die beabstandet zu dem Ladestecker liegende Wetterschutzposition wird gewährleistet, dass während des Ladevorgangs der Ladestecker nicht durch die Last der Abdeckung für die Dauer des Ladevorgangs belastet ist. Durch das Zurückbewegen der Abdeckung in Richtung der zweiten Endstellung wird der Ladestecker entlastet und dennoch durch die Abdeckung in der Wetterschutzposition vor äußeren Einflüssen geschützt. Durch das Zurückbewegen der Abdeckung wird insbesondere eine Verspannung zwischen Abdeckung und Ladestecker sowie zwischen Ladestecker und Steckeraufnahme vermieden.

Das Messverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich dadurch aus, dass die Abdeckung zur Durchführung eines Ladevorgangs in Richtung der ersten Endstellung verschwenkt wird, und dass das Verschwenken in Richtung der ersten Endstellung in Abhängigkeit von einem eingesteckten Ladestecker beendet wird. Hierdurch wird der Ladestecker durch die Abdeckung vor äußeren Einflüssen, insbesondere Wettereinflüssen, sowie vor mechanischen Verspannungen während des Ladevorgangs vorteilhaft geschützt, wie obenstehend bereits beschrieben wurde.

Besonders bevorzugt wird eine Bewegung der Abdeckung überwacht und eine Position des Ladesteckers erkannt, wenn erfasst wird, dass die Abdeckung zwischen den Endstellungen blockiert ist. Insbesondere wenn erkannt wird, dass die Abdeckung auf dem Weg von der zweiten Endstellungen in die erste Endstellung vor Erreichen der ersten Endstellung blockiert wird, wird die Position eines eingesteckten Ladesteckers erkannt oder bestimmt. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine sichere Erkennung der Position des Ladesteckers gewährleistet. Alternativ oder zusätzlich wird das Vorhandensein des Ladesteckers beispielsweise mittels eines optisch arbeitenden Sensors erfasst, der die Steckeraufnahme überwacht und mithilfe von Bildauswertungsalgorithmen das Vorhandensein und insbesondere auch die die Form oder Position des Ladesteckers im Bewegungsweg der Abdeckung ermittelt.

Vorzugsweise wird zum Erfassen der Position des Ladesteckers eine Antriebskraft oder ein Drehmoment des Aktuators überwacht, wobei die Position des Ladesteckers erkannt wird, wenn die Antriebskraft oder das Drehmoment einen vorbestimmten Grenzwert überschreiten, bevor die Abdeckung die erste Endstellung erreicht. Es ergeben sich hierdurch die oben bereits genannten Vorteile.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Abdeckung nach Erfassen der Position des Ladesteckers in eine Wetterschutzposition beabstandet von dem Ladestecker verschwenkt wird. Insbesondere wird dazu die Abdeckung zunächst bis an den Ladestecker heran bewegt, wodurch das Drehmoment oder die Antriebskraft beim Erreichen des Ladesteckers unerwartet erhöht wird, sodass das Vorhandensein des Ladesteckers erfasst und eine weitere Ansteuerung des Aktuators beziehungsweise eine weitere Bewegung der Abdeckung in Richtung der zweiten Endstellung beendet wird. Es wird nunmehr die Abdeckung zurückbewegt in Richtung der ersten Endstellung, in welcher die Ladesteckdose freigegeben ist, um einen Abstand zwischen der Abdeckung und dem Ladestecker herzustellen. Dabei wird der Schwenkweg in Richtung der zweiten Endposition in Abhängigkeit von der Position des Ladesteckers gewählt. Der Abstand ist dabei derart klein gewählt, dass die Abdeckung den Ladestecker zumindest im Wesentlichen überragt beziehungsweise überdeckt, umso in dieser Wetterschutzposition den Ladestecker und die Ladesteckdose vor äußeren insbesondere wetterbedingten Einflüssen zu schützen. Es ergeben sich die oben bereits genannten Vorteile.

Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:

Figur 1 eine vorteilhafte Leitsteckdose in unterschiedlichen Betriebszuständen in einer ersten Seitenansicht, und

Figur 2 die Ladesteckdose mit einem eingesteckten Ladestecker in unterschiedlichen Betriebszuständen.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht eine vorteilhafte Ladesteckdose 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Ladesteckdose 1 weist einen Basiskörper 2 auf, der in einer Karosserieaussparung, insbesondere in einer Aussparung eines Außenblechs 5 des Kraftfahrzeugs 6, eingesetzt oder angeordnet ist.

Der Basiskörper 2 weist eine Steckeraufnahme 3 auf, die dazu ausgebildet ist, einen Ladestecker 12 einer stationären Ladestation aufzunehmen, wie beispielhaft in Figur 2 gezeigt. Dazu weist der Basiskörper 2 eine Querschnittskontur auf, die mit einem Querschnitt des Ladesteckers 12 korrespondiert. Insbesondere entspricht die Querschnittskontur einer üblichen Kontur, wie sie bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen bekannt ist. In der Steckeraufnahme 3 sind darüber hinaus mehrere elektrisch leitfähige Kontaktelemente 4 angeordnet, von denen hier lediglich zwei beispielhaft gezeigt sind. Die Kontaktelemente 4 sind derart ausgebildet, mit Gegenkontaktelementen des Ladesteckers zusammenzuwirken, um eine elektrische Verbindung zwischen der stationären Ladestation und dem elektrischen System des Kraftfahrzeugs herzustellen, insbesondere um einen Ladevorgang durchzuführen, bei welchem ein elektrischer Speicher des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt beziehungsweise aufgeladen wird. Die Steckeraufnahme 3 liegt zurückgesetzt von dem Außenblech 5 des hier nur angedeuteten Kraftfahrzeugs 6.

Die Ladesteckdose 1 weist weiterhin eine Abdeckung 7 auf, die um eine Schwenkachse, vorliegend senkrecht zur Papierebene, verschwenkbar gelagert ist. In einer ersten Endstellung A ist die Abdeckung 7 in eine Freigabestellung verschwenkt, sodass die Steckeraufnahme 3 für den Ladestecker zugängig ist. In einer weiteren Endstellung B ist die Abdeckung 7 in eine Stellung verschwenkt, in welcher sie die Steckeraufnahme 3 vollständig überdeckt und insbesondere bündig mit dem Außenblech 5 des Kraftfahrzeugs 6 abschließt. In der Endstellung B ist somit die Steckeraufnahme 3 vor äußeren Einflüssen sicher geschützt. Darüber hinaus bietet die Abdeckung 7 in der Endstellung B im normalen Fährbetrieb auch strömungstechnische Vorteile.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 7 somit als verschwenkbare Abdeckklappe oder als verschwenkbarer Deckel ausgebildet. Dabei ist der Abdeckung 7 ein ansteuerbarer Aktuator 8 zugeordnet, der insbesondere einen Elektromotor 9 aufweist. Der Elektromotor 9 ist mit der Abdeckung 7 gekoppelt, um diese in die Endstellung A oder B automatisiert zu verschwenken. Dazu wird der Elektromotor 9 dazu angesteuert, ein Drehmoment zu erzeugen, das die Abdeckung 7 in die eine oder die andere Richtung verschwenkt.

Zum Ansteuern des Elektromotors 9 ist insbesondere eine Einrichtung 10 vorhanden, die als Steuergerät ausgebildet und mit dem Elektromotor signaltechnisch und/oder elektrisch verbunden ist. So steuert die Einrichtung 10 den Elektromotor 9 insbesondere in Abhängigkeit von einem Steuersignal, beispielsweise eines Benutzers oder des Ladesystems des Kraftfahrzeugs, an, um bei Bedarf die Steckeraufnahme 3 zu verschließen oder nach Beenden eines Ladevorgangs freizugeben.

Darüber hinaus ist die Einrichtung 10 dazu ausgebildet, das Drehmoment des Elektromotors 9 zu überwachen. Dazu weist die Einrichtung 10 beispielsweise einen Sensor 11 auf, der als Strom- oder Spannungssensor ausgebildet ist, um das Drehmoment des Elektromotors 9 zu bestimmen.

Die Einrichtung 10 ist darüber hinaus dazu ausgebildet, die Abdeckung 7 bei vorhandenem Ladestecker 12 in eine Wetterschutzposition zu verfahren, die zwischen der Freigabestellung A und dem Ladestecker 12 liegt.

Figur 2 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel der Ladesteckdose 1, bei welchem ein Ladestecker 12 in die Steckeraufnahme 3 eingesteckt ist.

Zunächst wurde dazu durch die Einrichtung 10 der Elektromotor 9 dazu angesteuert, die Abdeckung 7 in die Freigabestellung beziehungsweise in die Endstellung A zu bringen (I), sodass der Ladestecker 12 in die Steckeraufnahme 3 einsteckbar ist. Vorzugsweise nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne oder nach Empfang eines weiteren, durch den Benutzer vorgegebenen Signals, steuert die Steuereinrichtung 10 den Elektromotor 9 dazu an, die Abdeckung 7 in Richtung der Endstellung B zu verschwenken (II). Dabei wird mittels des Sensors 11 die Stromaufnahme des Elektromotors 9 überwacht. Sobald die Abdeckung 7 auf den Ladestecker 12 trifft, erhöht sich die Stromaufnahme durch das von dem Elektromotor 9 erhöhte Drehmoment, dass durch die Blockade im Bewegungsweg der Abdeckung 7 bewirkt wird.

Die Einrichtung 10 erfasst diese Drehmomenterhöhung und beendet das Verschwenken der Abdeckung 7 in Richtung der Endstellung B. In diesem Moment liegt die Abdeckung 7 an dem Ladestecker 12 an, wie in Figur 2 mit Position C gezeigt. Diese Position C entspricht der Position des Ladesteckers 12 an der Ladesteckdose 1 und wird durch die Einrichtung mit Hilfe des Sensors 11 durch die unerwartete Drehmomenterhöhung erkannt.

Um zu vermeiden, dass während des Ladevorgangs mechanische Spannungen an dem Ladestecker 12 und der Abdeckung 7 und/oder zwischen dem Ladestecker 12 und der Steckeraufnahme 3 wirken, steuert die Einrichtung 10 den Elektromotor 9 nach Erfassen der Position C derart an, dass die Abdeckung 7 von der an den Ladestecker 11 anliegenden Position C in eine von dem Ladestecker 12 entfernte Wetterschutzposition D verlagert wird (III), in welcher die Abdeckung 7 einen kleinen Abstand zu dem Ladestecker 12 aufweist. Insbesondere beträgt der Abstand 1 bis 5 Millimeter, vorzugsweise 3 Millimeter, zu dem Ladestecker 12. Dadurch ist ein direkter Kontakt zwischen Abdeckung 7 und Ladestecker 12 verhindert und während des Ladevorgangs wirken keine mechanischen Spannungen zwischen Abdeckung 7 und Ladestecker 12. Dennoch sind der Ladestecker 12 und die Steckeraufnahme 3 durch die darüber liegende Abdeckung 7 vorteilhaft vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor der Witterung in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 6 geschützt.

Nach Abschluss des Ladevorgangs steuert die Einrichtung 10 automatisiert oder nach Vorgabe des Benutzers den Elektromotor 9 dazu an, die Abdeckung 7 zurück in die Freigabestellung A zu verschwenken (IV). Nachdem der Ladestecker 12 entfernt wurde, und insbesondere wenn der Benutzer ein entsprechendes Signal gegeben oder eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Entfernen abgelaufen ist, steuert die Einrichtung 10 den Elektromotor 9 dazu an, die Abdeckung 7 in die Schließstellung B zu bewegen (V).

Dadurch, dass das Vorhandensein des Ladesteckers 12 und dessen Position durch das Überwachen des Drehmoments des Elektromotors 9 ermittelbar ist, ist die Wetterschutzposition der Ladeklappe beziehungsweise der Abdeckung 7 an unterschiedliche Ladestecker 12 anpassbar und erfolgt insbesondere automatisiert. Durch das Verschwenken der Abdeckung 7 in die Wetterschutzposition D wird gewährleistet, dass Ladestecker 12 und Steckeraufnahme 3 geschützt sind, ohne dass mechanische Spannungen unerwünscht wirken. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass die Abdeckung 7 - wie obenstehend beschrieben - in unterschiedlichen Schwenkstellungen, in Abhängigkeit von dem jeweils eingesetzten Ladestecker 11 , die Wetterschutzposition erreicht.

Bezugszeichenliste

1 Ladesteckdose

2 Basiskörper

3 Steckeraufnahme

4 Kontaktelement

5 Außenblech

6 Kraftfahrzeug

7 Abdeckung

8 Aktuator

9 Elektromotor

10 Einrichtung

11 Sensor

12 Ladestecker

A Position

B Position

C Position

D Wetterschutzposition