DE102010045131A1

DE102010045131A1 - Steckverbinder für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102010045131A1
Application number: DE102010045131A
Authority: DE
Inventors: Heinz Lanzenberger; Matthias Schluder; Pari Farzi; Tamas Reider
Original assignee: Magna E Car Systems GmbH and Co OG
Current assignee: Samsung SDI Battery Systems GmbH
Priority date: 2010-09-11
Filing date: 2010-09-11
Publication date: 2012-03-15

Abstract

Es wird ein Steckverbinder (1) für ein Elektrofahrzeug (8) mit zumindest einem Kontakt (2a, 2b) zur Energieübertragung angegeben, welcher erfindungsgemäß zusätzlich Mittel (4, 25) zur seriellen Datenübertragung umfasst.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder für ein Elektrofahrzeug mit zumindest einem Kontakt zur Energieübertragung.
STAND DER TECHNIK
Die Batterie eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs muss, wenn die darin gespeicherte Energie verbraucht ist, wieder aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit einem Ladegerät verbunden, das an ein Stromnetz angeschlossen ist. Alternativ kann das Ladegerät auch an Bord des Elektrofahrzeugs sein. In diesem Fall wird dieses Ladegerät mit einem Stromnetz verbunden.
In jedem Fall ist dazu ein Steckverbinder nötig, der das einfache Anschließen eines Ladekabels an das Elektrofahrzeug ermöglicht. Aufgrund der hohen Betriebsspannung eines Elektrokraftfahrzeugs (bis zu 450 Volt Gleichspannung), des hohen Energieinhalts der Batterie eines Elektrofahrzeugs und der damit verbundenen hohen Ströme beim Laden der Batterie werden an diesen Steckverbinder besonders hohe Anforderungen gestellt.
Insbesondere muss sichergestellt werden, dass nur passende Komponenten miteinander verbunden werden. Beispielsweise könnte eine Ladeeinheit, die eine zu hohe Ladespannung oder einen zu hohen Ladestrom zur Verfügung stellt eine übermäßige Erwärmung und Schädigung der Batterie verursachen. Im Extremfall könnte die Batterie sogar explodieren. Auch könnten zu hohe Ströme zu einer thermischen Überbelastung des Steckverbinders führen und ein Schmelzen von Kunststoffteilen verursachen.
Aus dem Stand der Technik sind daher einige Lösungen bekannt, die ein Verbinden inkompatibler Komponenten verhindern sollen. Üblicherweise wird dies durch eine mechanische Passform von Stecker und Steckdose realisiert, das heißt nur ein passender Stecker kann auch in die Steckdose gesteckt werden.
Durch die zunehmende Diversifikation im Bereich der Elektrokraftfahrzeuge ist ein mechanisches Unterbinden inkompatibler Kombinationen jedoch weniger zielführend, denn an einer zukünftigen „Stromtankstelle” sollen ja alle möglichen Bautypen von Fahrzeugen getankt werden können. Anstelle einer Handvoll verschiedener flüssiger Kraftstoffe wie Benzin, Diesel, usw. zur Verfügung zu stellen, muss bei einer Stromtankstelle nämlich auf verschiedenste Batteriespannungen und zulässige Ladeströme Bedacht genommen werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Steckverbinder für ein Elektrofahrzeug anzugeben, insbesondere einen, welcher für eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugtypen verwendet werden kann.
Die Erfindung wird durch einen Steckverbinder der eingangs genannten Art gelöst, welcher zusätzlich Mittel zur seriellen Datenübertragung umfasst.
Auf diese Weise ist die Kommunikation zwischen einer Ladeeinheit und dem Automobil, besser gesagt einer Steuereinheit des Automobils möglich, und es können Daten über die Leistungsfähigkeit der Ladeeinheit und Einschränkungen des Elektrokraftfahrzeugs ausgetauscht werden. Somit ist es auf einfache Weise – das heißt ohne dass dazu besonders geformte Steckverbindungen nötig wären – möglich, eine Ladeeinheit an das jeweils angeschlossene Elektrokraftfahrzeug anzupassen, beispielsweise in dem die Ladeeinheit eine Ladespannung und einen Ladestrom auf einen vom Kraftfahrzeug vorgegebenen Wert, der über die serielle Schnittstelle übertragen wird, limitiert.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass das Elektrofahrzeug zur Energieübertagung mit zumindest zwei Spannungspotentialen, zum Beispiel mit Masse und mit einem dazu positiven oder negativen Spannungspotential, verbunden werden muss. Denkbar ist zum Beispiel auch ein Anschluss an drei Phasen eines Drehstromnetzes. Dabei kann je Spannungspotential ein gesonderter Stecker vorgesehen werden, wobei zumindest einer der Stecker die Mittel zur seriellen Datenübertragung umfasst. Denkbar ist auch, dass ein Anschluss an ein Spannungspotential mit Hilfe eines Schleifkontakts oder bei schienengebundenen Fahrzeugen über die Räder erfolgt. Bevorzugt werden aber alle Spannungspotentiale in einem einzigen Stecker vorgesehen, welcher die genannten Mittel zur seriellen Datenübertragung umfasst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
Vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zur seriellen Datenübertragung durch Kontakte zur elektrischen Verbindung von Datenleitungen, einer Funkschnittstelle oder einer optischen Schnittstelle gebildet sind. Dies sind erprobte und auch zuverlässige Mittel zur seriellen Kommunikation, weswegen sie sich insbesondere für die Verwendung im Zusammenhang mit den sicherheitskritischen Anforderungen bei einem Steckverbinder für ein Elektrokraftfahrzeug eignen. Die Funkschnittstelle und die optische Schnittstelle eignen sich dafür im Besonderen, da sie eine Potentialtrennung zwischen Sender und Empfänger erlauben beziehungsweise verwirklichen.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder zumindest einen Kontakt zur Erkennung eines in den Steckverbinder gesteckten Gegenstücks umfasst und ein Relais, welches dazu vorbereitet ist, den Kontakt zur Energieübertragung spannungsfrei zu schalten, wenn kein Gegenstück erkannt wird und unter Spannung zu schalten, wenn ein Gegenstück erkannt wird. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Steckverbinder besonders sicher gestaltet werden, denn die Kontakte sind nur dann spannungsführend, wenn auch das passende Gegenstück mit dem Steckverbinder verbunden ist. Ein unbeabsichtigtes Berühren der Kontakte führt deshalb nicht zu einem Stromschlag. Diese Maßnahmen sind dann besonders vorteilhaft, wenn es sich bei dem Steckverbinder um eine DC-Ladedose (Gleichspannungssteckdose) des Fahrzeugs handelt, die vorwiegend dann eingesetzt wird, wenn die Ladeeinheit außerhalb des Fahrzeuges angeordnet ist. Vorteilhaft kann so ein leistungsstarkes, großes, schweres und teures externes Ladegerät vorgesehen werden, mit dessen Hilfe die Akkumulatoren des Fahrzeugs schnell geladen werden können. Im Fahrzeug selbst ist das Vorsehen einer Ladeeinrichtung dann nicht zwingend erforderlich. Da hier – anders als beim Laden mit Wechselspannung über ein im Fahrzeug integriertes Ladegerät – ohne weitere Maßnahmen eine Spannung an den Kontakten anliegt, wird ein Hochvolt-Relais in den Steckverbinder integriert, welches die DC-Ladedose im Normalbetrieb (Fahrbetrieb, Stillstand) spannungsfrei schaltet und nur beim Ladebetrieb aktiv mit der Hochvolt-Batterie verbindet.
Günstig ist es auch, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder mehrere Kontakte zur Energieübertragung umfasst, welche entsprechend durch einpolige oder mehrpolige Relais spannungsfrei schaltbar sind. Prinzipiell kann ein Masseanschluss durch einen gesonderten Stecker erfolgen, bei dem keine besonderen Sicherheitsvorkehrungen nötig sind, da der Masseanschluss in der Regel ja keine gefährlichen Spannungen führt. Allerdings kann die Verbindung eines Ladekabels auch vorteilhaft durch einen einzigen Steckvorgang erfolgen, wenn der Steckverbinder mehrere Kontakte, d. h. zumindest zwei Kontakte, zur Energieübertragung umfasst. Dies ist insbesondere auch dann nötig, wenn zwischen dem Fahrzeug und jedem der Kontakte zur Energieübertragung eine gefährliche Spannung anliegen kann.
Günstig ist es auch wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder einen Erdungskontakt zum Erden des Elektrofahrzeugs umfasst. Auf diese Weise bleibt das Fahrzeug auf einem definierten Spannungspotential, und es kann sich keine gefährliche elektrische Ladung an dem Fahrzeug bilden. In vielen Ländern ist ein solcher Erdungskontakt gemäß einschlägiger Normen überhaupt zwingend vorgesehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an den zumindest einen Kontakt ein Entladewiderstand zum Abführen einer elektrischen Ladung zuschaltbar ist. Auf diese Weise kann eine elektrische Ladung, die sich auf den Kontakten des Steckverbinders aufgebaut hat, wieder abgebaut werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur des Steckverbinders umfasst. Auf diese Weise kann beispielsweise eine übermäßige thermische Beanspruchung des Steckverbinders erkannt werden. Eine solche Überbelastung kann beispielsweise durch Überschreiten einer zulässigen Stromstärke über einen bestimmten Zeitraum entstehen. Wird eine solche Überbeanspruchung detektiert, so können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, beispielsweise kann der Steckverbinder die Stromzufuhr unterbrechen.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder ein Strommessgerät zum Messen eines Ladestroms und/oder ein Spannungsmessgerät zum Messen einer Ladespannung umfasst. Auf diese Weise kann ermittelt werden, ob die Ladespannung und/oder der Ladestrom innerhalb eines zulässigen Bereichs bleibt. Dasselbe gilt natürlich auch bei Stromentnahme durch einen Verbraucher. Liegt zum Beispiel ein Kurzschluss vor, so müssen umgehend Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um die Batterie vor Beschädigung zu schützen, beispielsweise indem die elektrische Verbindung zum Verbraucher getrennt wird.
Besonders vorteilhaft ist es zudem, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder Mittel zum Erfassen eines die Leistungsfähigkeit eines an den Steckverbinder angesteckten Gerätes kennzeichnenden Parameters umfasst. Bei dieser Variante der Erfindung kann der Steckverbinder ermitteln, welche Leistungsfähigkeit ein an diesen angeschlossenes Gerät aufweist. Als kennzeichnender Parameter könnte beispielsweise die Nennleistung oder der Nennstrom des angesteckten Geräts vorgesehen sein. Diese oder dieser können in einem Speicher des Geräts hinterlegt sein, welcher von den genannten Erfassungsmitteln ausgelesen werden kann. Denkbar wäre auch, dass die Leistungsfähigkeit über einen gesonderten ohmschen Widerstand kodiert wird, der von den Erfassungsmitteln gemessen wird. Beispielsweise kann der Steckverbinder diese Daten auch an eine übergeordnete Steuereinheit des Fahrzeugs weiterleiten, welche dann einen passenden Spannungs- und Strombereich des angeschlossenen Gerätes wählt.
Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder eine elektromagentische oder elektromechanische Verriegelung umfasst, welche mit einem in den Steckverbinder gesteckten Gegenstück derart zusammenwirkt, dass die Steckverbindung nur bei deaktivierter Verriegelung gelöst werden kann. Auf diese Weise kann ein unauthorisiertes Trennen der Steckverbindung unterbunden werden. Vorteilhaft kann so verhindert werden, dass beispielsweise Kinder die Steckverbindung trennen und so möglicherweise mit spannungsführenden Teilen in Berührung kommen.
Günstig ist es, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder Mittel zur optischen Anzeige eines Betriebszustandes des Steckverbinders und/oder des Elektrofahrzeugs umfasst. Bei dieser Variante der Erfindung wird optisch ein Betriebszustand des Steckverbinders (z. B. Übertemperatur) und/oder des Elektrofahrzeugs (z. B. Ladung beendet) signalisiert.
Günstig ist es weiterhin, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder einen Spannungskonverter, zur Erzeugung einer für die elektrischen/elektronischen Bauelemente des Steckverbinders passende Spannung aus einer Bordspannung des Elektrofahrzeugs umfasst. Auf diese Weise kann eine eigene Spannungsquelle für den Steckverbinder eingespart werden. Auch muss bei der Bemessung der Bordspannung keine Rücksicht auf einen für den Steckverbinder passenden Wert genommen werden.
Schließlich ist es auch vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäße Steckverbinder eine zentrale Steuereinheit zum Steuern und/oder Auslesen einer oder mehrerer der folgenden Einheiten umfasst:

– ein Relais zum spannungsfrei Schalten des zumindest einen Kontakts zur Energieübertragung,
– einen Schalter zum Zuschalten des Entladewiderstands an den zumindest einen Kontakt zur Energieübertragung,
– einen Temperatursensor,
– ein Strommessgerät zum Messen eines Ladestroms,
– ein Spannungsmessgerät zum Messen einer Ladespannung,
– eine elektromagentische oder elektromechanische Verriegelung,
– Mittel zur optischen Anzeige eines Betriebszustandes der Steckverbinder und/oder des Elektrofahrzeugs.

Bei dieser Variante der Erfindung übernimmt eine zentrale Steuereinheit, insbesondere ein Mikroprozessor, alle wesentlichen Steueraufgaben. Beispielsweise wird laufend die Temperatur des Steckverbinders gemessen, gegen einen Sollwert oder einen Sollbereich verglichen, und bei Übertemperatur das Relais deaktiviert. Weiterhin kann beispielsweise die Ladespannung und/oder der Ladestrom gemessen und auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden. Die Steuerung kann natürlich sowohl in Software, in Hardware oder in einer Kombination derselben abgebildet werden. Wenn das Verfahren in Software ausgestaltet ist, dann werden die nötigen Verfahrensschritte und Parameter beispielsweise in einem Speicher gespeichert und zur Laufzeit in einen Prozessor geladen und dort abgearbeitet.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 einen erfindungsgemäßen Steckverbinder in Vorderansicht;
2 eine schematische Darstellung wie eine Ladeeinheit mit einem Elektrokraftfahrzeug verbunden werden kann;
3 eine Schnittdarstellung beziehungsweise ein grobes Funktionsschema des erfindungsgemäßen Steckverbinders und
4 ein detailliertes Prinzipschaltbild einer Variante eines erfindungsgemäßen Steckverbinders.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt einen beispielhaften Steckverbinder 1 in Form einer Steckdose mit zwei Kontakten 2a und 2b zur Energieübertragung, wobei der Kontakt 2a für ein positives Hochspannungspotential und der Kontakt 2b für ein negatives Hochspannungspotential vorgesehen ist. Beispielsweise kann zwischen den Kontakten 2a und 2b eine Spannung von 450 Volt anliegen. Selbstverständlich ist auch jeder andere Wert denkbar. Um die Kontakte 2a und 2b ist jeweils ein Berührungsschutz 3 vorgesehen, welcher ein unbeabsichtigtes Berühren der Kontakte 2a und 2b verhindern soll. Zusätzlich weist der Steckverbinder 1 eine serielle Schnittstelle 4 auf, welche in diesem Fall durch zwei Kontakte gebildet ist. Zwischen den beiden Kontakten kann in an sich bekannter Weise eine Spannung angelegt werden, deren Verlauf ein digitales Signal repräsentiert und solcherart zur Datenübertragung eingesetzt werden kann. Weiterhin umfasst der Steckverbinder 1 einen Massekontakt 5 sowie zwei Kontakte 6, mit deren Hilfe ermittelt werden kann, ob ein Ladekabel an den Steckverbinder 1 angeschlossen ist oder nicht. Letztere werden im Folgenden vereinfacht „Anschluss-Zustands-Kontakte” 6 bezeichnet. Schließlich weist der Steckverbinder 1 Montagelöcher 7 auf.
2 zeigt nun ein Fahrzeug 8 mit einer Batterie 9, einer Hochvolt-Verteilereinheit 10, einem Batterie-Steuergerät 11 und einer Fahrzeug-Regeleinheit 12. Desweiteren umfasst das Fahrzeug 8 einen erfindungsgemäßen Steckverbinder 1. Dieser ist einerseits mit der Hochvolt-Verteilereinheit 10 als auch mit der Fahrzeug-Regeleinheit 12 verbunden. Die Hochvolt-Verteilereinheit 10 ist ihrerseits mit der Batterie 9 verbunden. Weiterhin besteht eine Kommunikationsverbindung des Batterie-Steuergerätes 11 sowohl zum Steckverbinder 1 als auch zur Fahrzeug-Regeleinheit 12, welche in diesem Beispiel über einen CAN-Bus (Controller Area Network) gebildet ist. Weiterhin zeigt die 2 eine erste Ladeeinheit 13a mit einem zweipoligen Netzstecker 14a und einem Ladestecker 15 sowie eine zweite Ladeeinheit 13b mit einem dreipoligen Netzstecker 14b und ebenfalls einem Ladestecker 15. Die beiden Ladeeinheiten 13a und 13b können wahlweise zur Ladung der Batterie 9 eingesetzt werden.
3 zeigt nun den groben mechanischen Aufbau des in 1 und 2 dargestellten Steckverbinders 1, welcher mit Schrauben 17, die in die Montagelöcher 7 eingedreht werden, in den Aufbauteilen 16 des Elektrofahrzeugs 8, insbesondere in der Außenhaut des Elektrofahrzeugs 8, befestigt ist. In der 3 sind wiederum die Kontakte 2a, 2b, der Berührungsschutz 3, die serielle Schnittstelle 4, der Massekontakt 5 sowie die Anschluss-Zustands-Kontakte 6 dargestellt. Im Inneren des Steckverbinders 1 ist ein Relais 18, hier ein zweipoliges Relais, angeordnet. Die beiden Schaltkontakte des Relais 18 sind zwischen den Kontakten 2a, 2b sowie einer Hochvolt-Schnittstelle 19 angeordnet. Die Kontakte der seriellen Schnittstelle 4, die Anschluss-Zustands-Kontakte 6 sowie die Steuerspule des Relais 18 sind mit einer Steuer-Schnittstelle 20 verbunden. Der Massekontakt 5 ist in diesem Beispiel direkt an die Aufbauteile 16 des Elektrofahrzeugs 8 geführt, wobei angenommen wird, dass diese metallisch sind. Selbstverständlich kann der Massekontakt 5 auch auf anderer Weise mit dem Fahrzeug 8 verbunden werden.
4 zeigt schließlich einen Steckverbinder 1, welcher wie bereits in 2 dargestellt mit einer Ladeeinheit 13, einer Hochvolt-Verteilereinheit 10 und einer Fahrzeug-Regeleinheit 12 verbunden ist. Der Steckverbinder 1 umfasst ein zweipoliges Relais 18, welches zwischen den Kontakten 2a, 2b und der Hochvolt-Schnittstelle 19 angeordnet ist. Desweiteren umfasst der Steckverbinder 1 ein Strommessgerät 21, ein Spannungsmessgerät 22 und einen Entladewiderstand 23. Das Strommessgerät 21 dient dazu, einen Ladestrom zu messen, das Spannungsmessgerät 22 entsprechend dazu, eine Ladespannung zu messen. Der Entladewiderstand 23 ist dafür vorgesehen, eine elektrische Ladung auf den Kontakten 2a und 2b abzubauen. Zu diesem Zweck kann ein mit dem Entladewiderstand 23 in Serie liegender Schalter 24 betätigt werden, welcher den Stromkreis zum Ladungsausgleich schließt. Weiterhin umfasst der Steckverbinder 1 einen Temperatursensor 25 zum Messen der Temperatur des Steckverbinders 1, eine Funkschnittstelle 26 zur seriellen Datenübermittlung zwischen Steckverbinder 1 und Ladeeinheit 13, einen Haltemagneten 27 zum Verriegeln des Steckverbinders 1, und Leuchtdioden (LEDs) 28 zum Anzeigen eines Betriebszustands des Steckverbinders 1. Weiterhin umfasst der Steckverbinder 1 eine Stromquelle 29, mit deren Hilfe ein definierter Strom durch einen Widerstand 30 der angeschlossenen Ladeeinheit 13 fließt. Darüber hinaus umfasst der Steckverbinder 1 eine CAN-Schnittstelle 31 zur Kommunikation mit dem Batterie-Steuergerät 11 und der Fahrzeug-Regeleinheit 12. Zudem umfasst der Steckverbinder 1 einen Spannungskonverter 32 welcher aus einer Bordspannung des Elektrofahrzeugs 8 eine für die elektronischen Bauteile des Steckverbinders 1 passende Spannung erzeugt. In der 4 sind überdies noch eine Abschirmung 33 der Hochvolt-Verbindung zwischen Steckverbinder 1 und der Hochvolt-Verteilereinheit 10, sowie Mittel 34 zur Erzeugung eines Netz-Leistungs-Signals dargestellt. Schließlich umfasst der Steckverbinder 1 eine zentrale Steuereinheit 35 zur Steuerung der in dem Steckverbinder 1 verbauten Komponenten.
Die Funktion des Steckverbinders 1 ist nun wie folgt:
Im Normalbetrieb (Fahrbetrieb) steuert die zentrale Steuereinheit 35 das Relais 18 über dessen Steuerspule in einen Offen-Zustand. Die Kontakte 2a und 2b sind somit von der Hochvolt-Verteilereinheit 10 galvanisch getrennt, sodass keine gefährliche Spannung zwischen den Kontakten 2a und 2b anliegen kann. Aus Sicherheitsgründen kann vorgesehen werden, dass das Relais 18 bei stromloser Spule automatisch öffnet. Um auch eine elektrische Ladung an den Kontakten 2a und 2b über den Entladewiderstand 23 abzubauen, steuert die zentrale Steuereinheit 35 den Schalter 24 kurzfristig oder währende des Normalbetriebs dauerhaft in einen Ein-Zustand. Der Berührungsschutz 3 gibt doppelten Schutz vor Berührung spannungsführender Teile, beispielsweise wenn das Relais 18 einmal versagen sollte.
Zum Laden der Batterie 9 des Elektrofahrzeugs kann nun eine Ladeeinheit 13 an den Steckverbinder 1 angeschlossen werden. Wie aus der 3 leicht ersichtlich ist, werden dabei zuerst die Kontakte 2a und 2b mit der Ladeeinheit 13 verbunden, dann der Massekontakt 5 und schließlich die serielle Schnittstelle 4 und die Anschluss-Zustands-Kontakte 6. Alternativ kann anstelle einer galvanischen Verbindung der seriellen Schnittstelle 4 auch eine Funkschnittstelle 26 oder auch eine optische Funkschnittstelle vorgesehen sein. Prinzipiell ermöglicht der Steckverbinder 1 den bidirektionalen Energietransfer, sodass anstelle einer Ladeeinheit 13 auch ein Verbraucher angeschlossen werden kann.
Durch das Verbinden der Anschluss-Zustands-Kontakte 6 wird die zentrale Steuereinheit 35 aus einem Ruhezustand aufgeweckt. In Folge wird der der Typ des angeschlossenen Ladekabels beziehungsweise der angeschlossenen Ladeeinheit 13 ermittelt. Zu diesem Zweck ist der maximal übertragbare Ladestrom durch einen Widerstand 30 im Ladekabel oder der Ladeeinheit 13 kodiert. Mit Hilfe der Stromquelle 29 wird dem Widerstand 30 ein definierter Strom eingeprägt und der entstehende Spannungsabfall durch die zentrale Steuereinheit 35 ausgewertet. Diese Spannung ist ein Maß für die Strombelastbarkeit des Ladekabels beziehungsweise der Ladeeinheit 13.
Sodann versucht die zentrale Steuereinheit 35 über die Funkschnittstelle 26 einen Kommunikationsaufbau zur Ladeeinheit 13. Nach Identifikation derselben erzeugt die zentrale Steuereinheit 35 ein Aufwachsignal (Wakeup-Signal) an die Fahrzeug-Regeleinheit 12, welche dann den eigentlichen Ladevorgang startet und den Fahrzeugzustand und Status der Batterie 9 ermittelt. Beispielsweise kann die Fahrzeug-Regeleinheit 12 ein Laden unterbinden, wenn das Fahrzeug durch eingesteckten „Zündschlüssel” prinzipiell fahrbereit ist. Alternativ kann auch die Fahrbereitschaft durch die Fahrzeug-Regeleinheit 12 aufgehoben werden, sodass das Fahrzeug 8 nicht bei angesteckter Ladeeinheit 13 losfahren kann. Über den Kontakt 34 wird der zentralen Steuereinheit 35 überdies die vom Netz maximale zur Verfügung gestellte Leistung mitgeteilt.
Ist nun über die Funkschnittstelle 26 eine Identifikation der Ladeeinheit 13 erfolgt und ist der Ladevorgang durch die Fahrzeug-Regeleinheit 12 prinzipiell freigegeben worden, so wird der Ladestecker 15 im Steckverbinder 1 mit Hilfe des Haltemagneten 27 verriegelt, um ein Abziehen des Ladekabels durch unauthorisierte Personen zu verhindern. Das Ausgangssignal der zentralen Steuereinheit 35 wird dazu mit Hilfe eines Verstärkers 36 entsprechend verstärkt. In einem nächsten Schritt wird mit Hilfe des Spannungsmessgeräts 22 geprüft, ob die Spannung der Ladeeinheit 13 die richtige Polarität sowie einen für die Batterie 9 passenden Wert hat. Trifft beides zu, so wird der Schalter 24 geöffnet und der Entladewiderstand 23 von den Kontakten 2a und 2b weggeschaltet. In Folge wird von der zentralen Steuereinheit 35 das Relais 18 aktiviert, sodass zwischen Ladeeinheit 13 und Batterie 9 eine leitende Verbindung geschaltet wird.
Während des Ladevorgangs beziehungsweise während einer Stromentnahme wird mit dem Spannungsmessgerät 22 und dem Strommessgerät 21 laufend die an den Kontakten 2a und 2b anliegende Spannung sowie der über diese fließende Strom überwacht. Der Ausgang des Strommessgerätes 21 wird dazu mit Hilfe eines Verstärkers 37 verstärkt. Desweiteren wird mit Hilfe des Temperatursensors 25 auch laufend die Temperatur des Steckverbinders 1 überwacht. Weicht einer der Parameter aus einem zulässigen Bereich ab, dann kann der Ladevorgang oder die Stromentnahme durch Deaktivieren des Relais 18 unterbrochen werden. Alternativ kann auch versucht werden, den Ladevorgang durch Ansteuerung der Ladeeinheit 13 entsprechend anzupassen. Zu diesem Zweck kann ein Kommando über die Funkschnittstelle 26 abgesetzt werden, beispielsweise „Ladespannung erhöhen” oder „Ladespannung senken”.
Über die Leuchtdioden 28 kann ein Betriebszustand des Steckverbinders 1 angezeigt werden. Beispielsweise zeigen grün leuchtende Leuchtdioden 28 einen korrekt funktionierenden Steckverbinder 1 an. Ein rotes blinkendes Licht kann bedeuten, dass Übertemperatur vorliegt, ein anderes rotes Licht zu hohen Strom usw. Je nachdem wie differenziert die Betriebszustände angezeigt werden sollen, sind dazu mehr oder weniger Leuchtdioden 28 nötig. Anstelle von Leuchtdioden 28 kann natürlich auch eine alphanummerische Anzeigeeinheit vorgesehen werden.
Ist der Ladevorgang oder die Stromentnahme beendet, so wird das Relais 18 deaktiviert und der Schalter 24 geschlossen, um die Kontakte 2a, 2b spannungs- und ladungsfrei zu schalten. Sodann wird der Haltemagnet 27 deaktiviert, sodass die Ladeeinheit 13 wieder aus dem Steckverbinder 1 abgezogen werden kann.
In den vorangegangenen Beispielen wurde stets davon ausgegangen, dass der Steckverbinder 1 stiftförmige Kontakte 2a, 2b, einen stiftförmigen Erdungskontakt 5 sowie stiftförmige Kontakte 4 einer seriellen Schnittstelle und stiftförmige Kontakte 6 zur Erkennung eines in den Steckverbinder 1 gesteckten Steckers 14 umfasst. Dies ist natürlich keine zwingende Bedingung. Selbstverständlich können die genannten Bauteile auch buchsenartig ausgeführt sein.
Weiterhin wurde der Steckverbinder 1 stets als Steckdose dargestellt. Auch dies ist keine zwingende Bedingung. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Steckverbinder 1 auch als Stecker ausgeführt sein.

Claims

Steckverbinder (1) für ein Elektrofahrzeug (8) mit zumindest einem Kontakt (2a, 2b) zur Energieübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (1) zusätzlich Mittel (4, 26) zur seriellen Datenübertragung umfasst.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur seriellen Datenübertragung durch Kontakte (4) zur elektrischen Verbindung von Datenleitungen, einer Funkschnittstelle (26) oder einer optischen Schnittstelle gebildet sind.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch – zumindest einen Kontakt (6) zur Erkennung eines in den Steckverbinder (1) gesteckten Gegenstücks (15) und – ein Relais (18) welches dazu vorbereitet ist, den Kontakt (2a, 2b) spannungsfrei zu schalten, wenn kein Gegenstück (15) erkannt wird und unter Spannung zu schalten, wenn ein Gegenstück (15) erkannt wird.
Steckverbinder (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mehrere Kontakte (2a, 2b) zur Energieübertragung, welche entsprechend durch einpolige oder mehrpolige Relais (18) spannungsfrei schaltbar sind.
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Erdungskontakt (5) zum Erden des Elektrofahrzeugs (8).
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den zumindest einen Kontakt (2a, 2b) ein Entladewiderstand (23) zum Abführen einer elektrischen Ladung zuschaltbar ist.
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (25) zum Messen einer Temperatur des Steckverbinders (1).
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Strommessgerät (21) zum Messen eines Ladestroms und/oder ein Spannungsmessgerät (22) zum Messen einer Ladespannung.
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (29, 30, 35) zum Erfassen eines die Leistungsfähigkeit eines an den Steckverbinder (1) angesteckten Gerätes (13, 13a, 13b) kennzeichnenden Parameters.
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektromagentische oder elektromechanische Verriegelung (27), welche mit einem in den Steckverbinder (1) gesteckten Gegenstück (15) derart zusammenwirkt, dass die Steckverbindung nur bei deaktivierter Verriegelung (27) gelöst werden kann.
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (28) zur optischen Anzeige eines Betriebszustandes des Steckverbinders (1) und/oder des Eletkrofahrzeugs (8).
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Spannungskonverter (32), zur Erzeugung einer für die elektrischen/elektronischen Bauelemente des Steckverbinders (1) passenden Spannung aus einer Bordspannung des Elektrofahrzeugs (8).
Steckverbinder (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zentrale Steuereinheit (35) zum Steuern und/oder Auslesen einer oder mehrerer der folgenden Einheiten: – ein Relais (18) zum spannungsfrei Schalten des zumindest einen Kontakts (2a, 2b) zur Energieübertragung, – einen Schalter (24) zum Zuschalten des Entladewiderstands (23) an den zumindest einen Kontakt (2a, 2b) zur Energieübertragung, – einen Temperatursensor (25), – ein Strommessgerät (21) zum Messen eines Ladestroms, – ein Spannungsmessgerät (22) zum Messen einer Ladespannung, eine elektromagentische oder elektromechanische Verriegelung (27), – Mittel (28) zur optischen Anzeige eines Betriebszustandes der Steckverbinder und/oder des Elektrofahrzeugs (8).