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Abstract

Einrichtung zum thermischen Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels, das mindestens einen Phasenleiter und eine erste Steuerleitung aufweist, deren Spannungspegel (Us) ein Maß für die Stromtragfähigkeit des mindestens einen Phasenleiters ist, wobei der Spannungspegel (Us) an einem ohmschen Spannungsteiler (1) abgegriffen ist, der einen außerhalb des Ladekabels liegenden ersten Festwiderstand (2) mit konstantem Widerstandswert und ein Widerstandsnetzwerk im Ladekabel aufweist, dessen Widerstandswert temperaturabhängig veränderbar ist, und wobei die Höhe des Ladestroms abhängig von der durch Spannungsabgriff gemessenen Stromtragfähigkeit veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsnetzwerk mehrere weitere Festwiderstände (5) aufweist, die temperaturabhängig in Reihe und/oder parallel derart verschaltbar sind, dass der Spannungspegel (Us) zur Abbildung der temperaturabhängigen Stromtragfähigkeit entsprechend gestuft anpassbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum thermischen Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels, das mindestens einen Phasenleiter und eine erste Steuerleitung aufweist, deren Spannungspegel ein Maß für die Stromtragfähigkeit des mindestens einen Phasenleiters ist, wobei der Spannungspegel an einem ohmschen Spannungsteiler abgegriffen ist, der einen außerhalb des Ladekabels liegenden ersten Festwiderstand mit konstantem Widerstandswert und ein Widerstandsnetzwerk im Ladekabel aufweist, dessen Widerstandswert temperaturabhängig veränderbar ist, und wobei die Höhe des Ladestroms abhängig von der durch Spannungsabgriff gemessenen Stromtragfähigkeit veränderbar ist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum thermischen Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels, das mindestens einen Phasenleiter und eine erste Steuerleitung aufweist, deren Spannungspegel ein Maß für die Stromtragfähigkeit des mindestens einen Phasenleiters ist, wobei der Spannungspegel an einem ohmschen Spannungsteiler abgegriffen wird, der einen außerhalb des Ladekabels liegenden ersten Festwiderstand mit konstantem Widerstandswert und ein Widerstandsnetzwerk im Ladekabel aufweist, dessen Widerstandswert temperaturabhängig veränderbar ist, und wobei die Höhe des Ladestroms abhängig von der durch Spannungsabgriff gemessenen Stromtragfähigkeit verändert wird.
  • Derartige Ladekabel sind aus der Norm IEC 61851-1, Edition 2.0, 2010-11, Seiten 43, 44, bekannt, in der die Fahrzeugschnittstelle für das Laden von Elektrofahrzeugen beschrieben ist. Bei diesem Ladesystem ist problematisch, dass mehrere maximale Stromstärken für ein Stecksystem definiert sind. Demzufolge muss in der Stromeinspeisung ein der unterschiedlichen Stromtragfähigkeit des Ladekabels angepasster Leitungsschutz realisiert werden. Normgemäß sind für die Ladekabel Stromstärken von 13 A, 20 A, 32 A und 63 A definiert. Ist der Leitungsschutz in der Stromeinspeisung für eine Stromstärke ausgelegt, die höher ist als die Stromtragfähigkeit des dahinterliegenden Ladekabels, kann es zu einer thermischen Überlastung kommen, die zum Schmelzen oder zum Brand von Teilen des Ladekabels führen kann. Nach IEC 61851 ist das Ladekabel neben den Lastleitungen auch noch mit zwei Steuerleitungen Pilot und PlugPresent ausgestattet. Über Pilot wird von der Ladesäule ein maximaler Ladestrom vorgegeben und vom Fahrzeug der Ladezustand zurückgeliefert. Über den Spannungspegel der Steuerleitung PlugPresent erkennt die Ladesäule die Stromtragfähigkeit des Ladekabels. Der Spannungspegel wird hierzu an einem Spannungsteiler abgegriffen, der neben einem Festwiderstand in der Ladesäule normgemäß einen fixen Widerstand im Ladekabel mit einem Widerstandswert von 1.500, 680, 220 oder 100 Ohm aufweist, je nach dem, ob die Stromtragfähigkeit des Ladekabels 13 A, 20 A, 32 A oder 63 A beträgt.
  • Die DE 10 2009 034 886 A1 offenbart einen „Ladekabelstecker zur Verbindung eines Elektrofahrzeuges mit einer Ladestation”. Dabei wird das Problem der thermischen Überlastung des Ladekabels durch Überströme gelöst. Im Gehäuse des Steckers ist hierzu ein Temperaturerfassungsmittel, z. B. ein Thermoelement und eine Auswerteeinrichtung, vorgesehen. Um die Temperatur zu beschränken, wird der Ladestrom entsprechend reduziert. Die Auswerteschaltung erfasst den Gesamtwiderstand der Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einem Thermistor und generiert daraus ein Steuersignal für die zugelassene Stromstärke des Ladekabels.
  • Die US 2002/0081486 A1 offenbart eine Schutzschaltung für La- dekabel, die den Ladevorgang abbricht, wenn ein Temperaturschalter eine Übertemperatur des Steckers erfasst.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels der oben genannten Art anzugeben, die bzw. das auf einfache Weise einen thermischen Schutz des Ladekabels gegen Schäden durch Stromüberlastung in Verbindung mit der Umgebungstemperatur ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch eine Einrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei weist das Widerstandsnetzwerk mehrere weitere Festwiderstände auf, die temperaturabhängig in Reihe und/oder parallel derart verschaltbar sind, dass der Spannungspegel zur Abbildung der temperaturabhängigen Stromtragfähigkeit entsprechend gestuft anpassbar ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht, wenn die Einrichtung gemäß Anspruch 3 derart ausgeführt ist, dass sie bei Überschreiten eines ersten Schwellwerts für den Spannungspegel den Ladestrom abschaltet. Besonders hohe Umgebungstemperaturen können eine sofortige Abschaltung des Ladestroms zum Schutz des Ladekabels erfordern, wenn z. B. trotz vorheriger Reduzierung des Ladestroms die Temperatur des Ladekabels ansteigt.
  • Sinkt aber die Temperatur des Ladekabels nach einer Abschaltung des Ladestroms, kann das Ladekabel wieder mit Strom belastet werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung gemäß Anspruch 4 derart ausgeführt ist, dass sie bei Unterschreiten eines zweiten, unter dem ersten liegenden Schwellwerts für den Spannungspegel den Ladestrom automatisch wiedereinschaltet.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Ladekabel gemäß Anspruch 7 eine zweite Steuerleitung aufweist, über die die Ladesäule dem Fahrzeug die Höhe des Ladestroms signalisiert, und wenn in der Ladesäule Mittel vorgesehen sind, die die über das Signal vorgegebene Höhe des Ladestroms an die jeweilige durch Spannungsabgriff gemessene Stromtragfähigkeit anpassen. Auf einfache Weise kann somit das Ladekabel mit einem temperaturgesteuerten Ladestrom ohne thermische Schädigung belastet werden.
  • Die weitere, oben genannte Aufgabe wird zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst. Dabei weist das Widerstandsnetzwerk mehrere weitere Festwiderstände auf, die temperaturabhängig in Reihe und/oder parallel derart verschaltet werden, dass der Spannungspegel zur Abbildung der temperaturabhängigen Stromtragfähigkeit entsprechend gestuft angepasst wird.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dem Unteranspruch 9 zu entnehmen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine erste Ausführung eines Spannungsteilers einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels und
  • 2 eine zweite Ausführung eines Spannungsteilers einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels.
  • In 1 ist ein Spannungsteiler 1 der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels dargestellt.
  • Derartige Ladekabel sind aus der Norm IEC 61851-1, Edition 2.0, 2010-11, Seiten 43, 44, bekannt, in der die Fahrzeugschnittstelle für das Laden von Elektrofahrzeugen beschrieben ist. Bei diesem Ladesystem ist problematisch, dass mehrere maximale Stromstärken für ein Stecksystem definiert sind. Demzufolge muss in der Stromeinspeisung ein der unterschiedlichen Stromtragfähigkeit des Ladekabels angepasster Leitungsschutz realisiert werden. Normgemäß sind für die Ladekabel Stromstärken von 13 A, 20 A, 32 A und 63 A definiert. Ist der Leitungsschutz in der Stromeinspeisung für eine Stromstärke ausgelegt, die höher ist als die Stromtragfähigkeit des dahinterliegenden Ladekabels, kann es zu einer thermischen Überlastung kommen, die zum Schmelzen oder zum Brand von Teilen des Ladekabels führen kann. Nach der Norm IEC 61851 ist das Ladekabel neben den Lastleitungen auch noch mit einer ersten Steuerleitung PlugPresent und einer zweiten Steuerleitung Pilot ausgestattet. Über die zweite Steuerleitung Pilot wird von der Ladesäule ein maximaler Ladestrom vorgegeben und vom Fahrzeug der Ladezustand zurückgeliefert. Über den Spannungspegel der ersten Steuerleitung PlugPresent erkennt die Ladesäule die Stromtragfähigkeit des Ladekabels. Der Spannungspegel Us wird hierzu an einem Spannungsteiler 1 abgegriffen, der neben einem ersten Festwiderstand 2 in der Ladesäule normgemäß einen zweiten Festwiderstand 3 im Ladekabel aufweist. Dabei gelten für die Widerstandswerte des zweiten Festwiderstands 3 und die Stromtragfähigkeit des Ladekabels folgende Zuordnungen:
    13 A 1.500 Ohm
    20 A 680 Ohm
    32 A 220 Ohm
    64 A 100 Ohm.
  • Aus dem Teilerverhältnis kann die so codierte Stromtragfahigkeit ausgelesen werden.
  • Erfindungsgemaß wird zu dem zweiten Festwiderstand 3 ein Widerstand 4 mit thermisch veranderlichem Wert in Reihe geschaltet, der mit steigender Temperatur seinen Widerstandswert entsprechend der Logik der oben angegebenen Kodierung erhoht. Die Ladesäule wertet den Spannungspegel aus und weist Mittel auf, um den Ladestrom fur das Fahrzeug entsprechend der gemessenen temperaturabhängigen Stromtragfähigkeit des Ladekabels vorzugeben. Dies erfolgt über die als Pilot bezeichnete zweite Steuerleitung, die ein in der Ladesäule erzeugtes PWM(Pulsweitenmodulation)-Signal mit der Sollvorgabe für den Ladestrom an das Fahrzeug übertragt.
  • 2 zeigt einen Spannungsteiler 1 der erfindungsgemäßen Einrichtung ähnlich dem nach 1, wobei aber neben dem Festwiderstand 2 in der Ladesäule ein Widerstandsnetzwerk mit mehreren Festwiderständen 5 im Ladekabel vorgesehen ist. Die Festwiderstande 5 sind hier parallel verschaltet und weisen jeweils einen der normgemäß definierten Widerstandswerte, d. h. 680, 220 bzw. 100 Ohm auf. Abhängig von der im Ladekabel gemessenen Temperatur kann der fur den Spannungsteiler wirksame Widerstandswert durch Umschaltung von einem Festwiderstand 5 auf einen anderen verandert werden, um auf diese Weise den Spannungspegel Us auf der ersten Steuerleitung und damit die vorgegebene Stromtragfahigkeit des Ladekabels stufenweise an Temperaturanderungen anzupassen. Dabei kann die Umschaltung temperaturabhängig von einem Mikrocontroller erfolgen, der entsprechende Schalter im Widerstandsnetzwerk zur Ein- und Ausschaltung ansteuert. Alternativ wäre auch eine einfache Lösung mit ein oder mehreren thermischen Schaltern, z. B. Bimetallschaltern denkbar.
  • In der Ladesaule wird die temperaturabhängige Stromtragfähigkeit des Ladekabels aufgrund des Spannungspegels Us auf der ersten Steuerleitung ermittelt. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1 kann wiederum das in der Ladesaule erzeugte und über die zweite Steuerleitung übertragene PWM-Signal, mit dem der maximale Ladestrom vorgegeben wird, an Veränderungen der Stromtragfähigkeit des Ladekabels angepasst werden.
  • Im Ubrigen kann mit einem Widerstandsnetzwerk bei entsprechender Ausgestaltung auch eine feinstufige Anpassung der Stromtragfähigkeit an die Temperatur im Ladekabel erreicht werden.
  • Das zur Einrichtung korrespondierende erfindungsgemäße Verfahren zum Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels weist die aus den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 hervorgehenden entsprechenden Verfahrensschritte auf. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird daher auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet.

Claims (9)

  1. Einrichtung zum thermischen Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels, das mindestens einen Phasenleiter und eine erste Steuerleitung aufweist, deren Spannungspegel (Us) ein Maß für die Stromtragfähigkeit des mindestens einen Phasenleiters ist, wobei der Spannungspegel (Us) an einem ohmschen Spannungsteiler (1) abgegriffen ist, der einen außerhalb des Ladekabels liegenden ersten Festwiderstand (2) mit konstantem Widerstandswert und ein Widerstandsnetzwerk im Ladekabel aufweist, dessen Widerstandswert temperaturabhängig veränderbar ist, und wobei die Höhe des Ladestroms abhängig von der durch Spannungsabgriff gemessenen Stromtragfähigkeit veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsnetzwerk mehrere weitere Festwiderstände (5) aufweist, die temperaturabhängig in Reihe und/oder parallel derart verschaltbar sind, dass der Spannungspegel (Us) zur Abbildung der temperaturabhängigen Stromtragfähigkeit entsprechend gestuft anpassbar ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festwiderstände (5) des Widerstandsnetzwerks jeweils einen der im Standard IEC 61851 definierten Widerstandswerte aufweisen.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgeführt ist, dass sie bei überschreiten eines ersten Schwellwerts für den Spannungspegel (Us) den Ladestrom abschaltet.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgeführt ist, dass sie bei Unterschreiten eines zweiten, unter dem ersten liegenden Schwellwerts für den Spannungspegel (Us) den Ladestrom automatisch wiedereinschaltet.
  5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur temperaturabhängigen Verschaltung der Festwiderstände des Widerstandsnetzwerks ein oder mehrere thermische Schalter vorgesehen sind.
  6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Festwiderstand (2) in einer Ladesäule angeordnet ist, mit der das Ladekabel beim Laden verbunden ist.
  7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladekabel eine zweite Steuerleitung aufweist, über das die Ladesäule dem Fahrzeug die Höhe des Ladestroms signalisiert, und dass in der Ladesäule Mittel vorgesehen sind, die die über das Signal vorgegebene Höhe des Ladestroms an die jeweilige durch Spannungsabgriff gemessene Stromtragfähigkeit anpassen.
  8. Verfahren zum thermischen Schutz eines zum Laden von Elektrofahrzeugen dienenden Ladekabels, das mindestens einen Phasenleiter und eine erste Steuerleitung aufweist, deren Spannungspegel (Us) ein Maß für die Stromtragfähigkeit des mindestens einen Phasenleiters ist, wobei der Spannungspegel (Us) an einem ohmschen Spannungsteiler (1) abgegriffen wird, der einen außerhalb des Ladekabels liegenden ersten Festwiderstand (2) mit konstantem Widerstandswert und ein Widerstandsnetzwerk im Ladekabel aufweist, dessen Widerstandswert temperaturabhängig veränderbar ist, und wobei die Höhe des Ladestroms abhängig von der durch Spannungsabgriff gemessenen Stromtragfähigkeit verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsnetzwerk mehrere weitere Festwiderstände (5) aufweist, die temperaturabhängig in Reihe und/oder parallel derart verschaltet werden, dass der Spannungspegel (Us) zur Abbildung der temperaturabhängigen Stromtragfähigkeit entsprechend gestuft angepasst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine über das Ladekabel mit dem Fahrzeug verbundene Ladesäule über eine zweite Steuerleitung des Ladekabels dem Fahrzeug die Höhe des Ladestroms signalisiert, und dass die über das Signal vorgegebene Höhe des Ladestroms an die jeweilige durch Spannungsabgriff gemessene Stromtragfähigkeit angepasst wird.
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