DE102010045160A1

DE102010045160A1 - Steuereinrichtung für ein Ladekabel und Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010045160A1
Application number: DE102010045160A
Authority: DE
Inventors: Ronald Heddergott; Dr. Mahdjour Hooshiar; Oliver Burnus; Uwe Neugebauer; Dr. Borngräber Ralf; Torsten Idczak; Jörg Francis; Sebastian Leo
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-09-11
Filing date: 2010-09-11
Publication date: 2012-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (1) für ein Ladekabel (8), umfassend eine erste Schnittstelle (3) zur Verbindung der Steuereinrichtung (1) mit einem Ladekabel (8) und eine zweite Schnittstelle (4) zur Verbindung der Steuereinrichtung (1) mit einer Ladeeinrichtung (13), sowie ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs (12) mittels eines Ladekabels (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Ladekabel und ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeuges.
Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen ist mindestens eine Traktionsbatterie vorhanden, die elektrische Energie für den elektrischen Fahrbetrieb einer Elektromaschine zur Verfügung stellt. Dabei muss eine ausreichende Ladung der Traktionsbatterie gewährleistet sein, so dass ein entsprechendes Ladekonzept zur Verfügung gestellt werden muss. Ein Ansatz stellt dabei die Ladung der Traktionsbatterie durch eine externe Ladeeinrichtung mittels eines Ladekabels dar.
Aus der DE 83 08 409 U1 ist ein Elektro-Fahrzeug mit Ladegerät und einem Ladekabel mit Netzstecker sowie einem als Losfahrschutz vorgesehenen Sicherheitsschalter bekannt, der durch den Netzstecker betätigbar ist, wobei eine für den Netzstecker übliche Steckdose mit Steckdosentopf und Steckdosensockel vorgesehen ist, in welchem federnde Steckbuchsen für die Kontaktstifte des Netzsteckers angeordnet sind und an welchem durch die Einführung des Steckers nach außen bewegbare Schutzleiter-Kontaktfedern vorgesehen sind, wobei wenigstens ein Sicherheitsschalter mit seinem Betätigungshebel an einer Schutzleiter-Kontaktfeder anliegend angeordnet ist.
Dabei ist die Ausbildung des Ladekabels abhängig von der Ladeeinrichtung. Im einfachsten Fall handelt es sich um ein Ladekabel, das zum Anschließen an eine Haussteckdose geeignet ist, wobei eine Absicherung über die Haussicherung erfolgt.
Nachteilig dabei ist, dass die Energiemenge zum Laden begrenzt ist.
Daher ist bereits angedacht worden, Ladekabel zum Anschließen an ein dreiphasiges Stromnetz zu verwenden. Derartige Ladekabel weisen dann beispielsweise drei Leitungen für die Phasen, einen Nullleiter, eine Masseleitung sowie mindestens eine Datenleitung auf. Über die Datenleitung kann dann das Kraftfahrzeug mit der Ladeeinrichtung kommunizieren und ein intelligentes Lademanagement vornehmen. Hierdurch können größere Energiemengen zum Laden bereitgestellt werden. Allerdings sind derartige Ladekabel nur für speziell hierfür ausgebildete Ladeeinrichtungen geeignet.
Dies führt dazu, dass der Nutzer eines Kraftfahrzeuges eigentlich verschiedene Ladekabel mitführen muss. Verschärft wird dieses Problem, wenn auch ein Laden in anderen Ländern mit anderen Netzanschlüssen möglich sein soll.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, das Laden einer Traktionsbatterie mit einem einzigen Ladekabel an unterschiedlichen Ladeeinrichtungen zu ermöglichen sowie ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu dient eine Steuereinrichtung für ein Ladekabel, umfassend eine erste Schnittstelle zur Verbindung der Steuereinrichtung mit einem Ladekabel und eine zweite Schnittstelle zur Verbindung der Steuereinrichtung mit einer Ladeeinrichtung. Die als separates Bauteil ausgebildete Steuereinrichtung wirkt dabei wie ein Adapter, so dass der Kraftfahrzeugführer nur noch ein Ladekabel benötigt. Vorzugsweise ist das eine Ladekabel als dreiphasiges Ladekabel ausgebildet. Soll dann das Kraftfahrzeug an einer geeigneten intelligenten Ladeeinrichtung geladen werden, so wird die Steuereinrichtung nicht benötigt. Soll die Ladung hingegen an einer anderen Ladeeinrichtung erfolgen, beispielsweise einer einfachen Haussteckdose, so erfolgt über die Steuereinrichtung eine Adaptierung. Die Adaptierung erfolgt dabei mindestens hinsichtlich der Schnittstelle, so dass beispielsweise die zweite Schnittstelle als passender Stecker für die Haussteckdose ausgebildet ist. Dabei muss die Steuereinrichtung nicht direkt in die Schnittstelle der Ladeeinrichtung gesteckt werden, sondern es kann auch eine Verbindung über ein weiteres Ladekabel erfolgen. In dem Fall ist die zweite Schnittstelle an das weitere Ladekabel angepasst. Weiter findet auch gegebenenfalls eine Anpassung an die Anzahl der verwendeten Leitungen statt. In diesem Fall wird beispielsweise die eine Leitung der Haussteckdose mit einer der drei Leitungen des Ladekabels verbunden.
Dabei ist auch möglich, die Steuereinrichtung mindestens zweiteilig auszubilden, wobei das erste Teil die erste Schnittstelle und das zweite Teil die zweite Schnittstelle umfasst, wobei das erste und zweite Teil durch ein Kabel miteinander verbunden sind. Den zweiten Teil mit der zweiten Schnittstelle und dem Kabel kann man auch als ”Pigtail” bezeichnen. Der Vorteil dieser Aufspaltung ist ähnlich wie bei dem zusätzlichen Ladekabel zwischen zweiter Schnittstelle und Ladeeinrichtung, dass die Schnittstelle der Ladeeinrichtung mechanisch nicht das Gewicht der Steuereinrichtung halten muss. Dabei kann der zweite Teil nur die zweite Schnittstelle umfassen oder aber auch zusätzlich beispielsweise eine Steuer- und Kontrolllogik.
Die Schnittstellen sind vorzugsweise als Steckverbinder ausgebildet. Dabei kann ergänzend vorgesehen sein, dass die Verbindung durch Rastelemente, Bajonett-Verschlüsse oder Klemmelemente zusätzlich gesichert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Schnittstelle lösbar an einem Gehäuse der Steuereinrichtung angeordnet. Durch einfaches Auswechseln der zweiten Schnittstelle kann so die Steuereinrichtung sehr einfach an wechselnde Ladeeinrichtungen, beispielsweise im Ausland, angepasst werden. Vorzugsweise erfolgt das Auswechseln in Form von Adapterplatten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung mindestens eine Eingabeeinheit, mittels derer Daten über das Ladekabel übertragbar sind. So kann beispielsweise die maximale Stromstärke und/oder die Anzahl der Phasen und/oder die Netzfrequenzen der Ladeeinrichtung dem Kraftfahrzeug mitgeteilt werden, so dass das Lademanagement entsprechend angepasst werden kann.
Die Eingabeeinheit ist dabei beispielsweise als Touchpad ausgebildet. Die Datenkommunikation erfolgt vorzugsweise mittels PWM-Signalen.
In einer weiteren Ausführungsform weist mindestens die erste Schnittstelle mindestens einen Kontakt für mindestens eine Datenleitung eines Ladekabels auf. Alternativ kann die Datenübertragung auch als Powerline-Kommunikation über die Leitungen der Phasen erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinrichtung mindestens eine Fehlerstromschutzschaltung auf. Hierdurch kann eine Absicherung unabhängig von der Infrastruktur der Ladeeinrichtung sichergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Schnittstelle zur Aufnahme eines dreiphasigen Ladekabels ausgebildet. Hierdurch wird erreicht, dass standardmäßig ein derartiges Ladekabel zur Anwendung kommen kann, mittels dessen höhere Ladeleistungen erreichbar sind, wobei jedoch über die Steuereinrichtung eine Anpassung an beispielsweise nur einphasige Ladeeinrichtungen möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Schnittstelle lösbar an einem Gehäuse der Steuereinrichtung angeordnet. Hierdurch ist auch eine flexible Anpassung der Steuereinrichtung an verschiedene Ladekabel-Typen möglich. Vorzugsweise erfolgt dabei die Anpassung mittels leicht auswechselbarer Adapterplatten, die beispielsweise an dem Gehäuse verrastet oder verschraubt werden.
Beim Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeuges mittels eines Ladekabels, wobei das Ladekabel mit einer ersten Schnittstelle ausgebildet und mit einer Schnittstelle des Kraftfahrzeuges verbunden ist, wird das Ladekabel mit einer zweiten Schnittstelle mit einer ersten Schnittstelle einer Steuereinrichtung verbunden, wobei eine zweite Schnittstelle der Steuereinrichtung mit einer Schnittstelle einer Ladeeinrichtung verbunden wird.
In einer weiteren Ausführungsform werden mittels einer Eingabeeinheit der Steuereinrichtung Daten über das Ladekabel an das Kraftfahrzeug übertragen, mittels derer der Ladevorgang gesteuert oder geregelt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Anzahl der für den Ladevorgang vorhandenen spannungsführenden Leitungen übermittelt. Alternativ oder ergänzend kann ein maximaler Ladestrom und/oder eine Ladekapazität übermittelt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung zum Laden eines Kraftfahrzeugs und
2 eine zweigeteilte Steuereinrichtung.
Die Steuereinrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, eine erste Schnittstelle 3, eine zweite Schnittstelle 4, eine Eingabeeinheit 5 und eine Steuer- und Kontrolllogik 6. Dabei dient die erste Schnittstelle 3 zum Verbinden mit einer zweiten Schnittstelle 7 eines Ladekabels 8. Das Ladekabel 8 umfasst eine äußere Isolierung 9, drei Leitungen L1–L3 für drei wechselspannungsführende Phasen, einen Nullleiter N, eine Masseleitung M und eine Datenleitung D. Des Weiteren umfasst das Ladekabel 8 eine erste Schnittstelle 10 zum Verbinden mit einer Schnittstelle 11 eines Kraftfahrzeugs 12. Dabei kann die Verbindung zwischen der ersten Schnittstelle 10 und der Schnittstelle 11 auch fest sein, d. h. das Ladekabel 8 ist einseitig mit dem Kraftfahrzeug 12 fest verbunden, wobei in der 1 eine lösbare Steckverbindung dargestellt ist.
Auf der anderen Seite ist eine Ladeeinrichtung 13 mit einer Schnittstelle 14 dargestellt.
Handelt es sich um eine intelligente Ladeeinrichtung 13, so kann das Ladekabel 8 mit seiner zweiten Schnittstelle 7 direkt in die Schnittstelle 14 der Ladeeinrichtung 13 gesteckt werden. Über die Datenleitung D können dann die Ladeeinrichtung 13 und das Kraftfahrzeug 12 Daten austauschen und ein entsprechendes Lademanagement steuern oder regeln.
Handelt es sich bei der Ladeeinrichtung 13 hingegen um eine einfachere Ladeeinrichtung 13 mit einer anderen Schnittstelle 14, beispielsweise eine Haussteckdose, so kommt die Steuereinrichtung 1 zum Tragen. Die zweite Schnittstelle 4 der Steuereinrichtung 1 ist dabei an die Schnittstelle 14 angepasst. Die zweite Schnittstelle 7 des Ladekabels 8 wird dann in die erste Schnittstelle 3 der Steuereinrichtung 1 gesteckt. Über die Eingabeeinheit 5 kann dann der Nutzer beispielsweise den höchstzulässigen Laststrom und/oder die Anzahl der vorhandenen Leitungen eingeben, beispielsweise also dass die Ladeeinrichtung 13 einphasig ist, also drei Leitungen aufweist (Phase L1, Nullleiter N, Masse M). Die Ermittlung der Anzahl der vorhandenen Leitungen zum Laden kann dabei auch automatisch durch die Steuer- und Kontrolllogik erfolgen. Über die Steuer- und Kontrolllogik 6 wird dann die eine Phase mit einer der Leitungen L1–L3 des Ladekabels 8 verbunden. Entsprechend werden Nullleiter N und Masse M miteinander verbunden, so dass über das Ladekabel 8 eine Traktionsbatterie im Kraftfahrzeug 12 geladen werden kann. Die Verbindung von Nullleiter und Masse kann dabei auch direkt durch einen Steckkontakt erfolgen, muss also nicht, wie dargestellt, über die Steuer- und Kontrolllogik 6 erfolgen. Um nun einen noch höheren Freiheitsgrad bei der Auswahl der Ladeeinrichtungen 13 zu haben, ist die zweite Schnittstelle 4 lösbar am Gehäuse 2 angeordnet und kann somit sehr leicht ausgetauscht werden, was durch die Strichelung angedeutet ist.
In der 2 ist eine modifizierte Ausführungsform der Steuereinrichtung 1 dargestellt. Dabei umfasst die Steuereinrichtung 1 einen ersten Teil mit der ersten Schnittstelle 3 und einen zweiten Teil mit der zweiten Schnittstelle 4, wobei das erste und zweite Teil über ein Kabel 15 miteinander verbunden sind. Das Kabel 15 ist dabei von der Länge her derart dimensioniert, dass das erste Teil in der Nähe der Ladeeinrichtung 13 abgestellt werden kann und dann das zweite Teil zur Schnittstelle 14 der Ladeeinrichtung 13 geführt werden kann. Die Verbindung zwischen der zweiten Schnittstelle 4 und der Schnittstelle 14 muss dann mechanisch nur das Gewicht des zweiten Teils der Steuereinrichtung abstützen. Die Länge des Kabels 15 ist beispielsweise 1–2 m. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Anpassung an unterschiedliche Schnittstellen der Ladeeinrichtung.
Bezugszeichenliste

1: Steuereinrichtung
2: Gehäuse
3: erste Schnittstelle
4: zweite Schnittstelle
5: Eingabeeinheit
6: Steuer- und Kontrolllogik
7: zweite Schnittstelle des Ladekabels
8: Ladekabel
9: äußere Isolierung
10: erste Schnittstelle des Ladekabels
11: Schnittstelle des Kraftfahrzeuges
12: Kraftfahrzeug
13: Ladeeinrichtung
14: Schnittstelle der Ladeeinrichtung
15: Kabel
D: Datenleitung
L1–L3: Leitungen
M: Masse
N: Nullleiter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 8308409 U1 [0003]

Claims

Steuereinrichtung (1) für ein Ladekabel (8), umfassend eine erste Schnittstelle (3) zur Verbindung der Steuereinrichtung (1) mit einem Ladekabel (8) und eine zweite Schnittstelle (4) zur Verbindung der Steuereinrichtung (1) mit einer Ladeeinrichtung (13).
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schnittstelle (4) lösbar an einem Gehäuse (2) der Steuereinrichtung (1) angeordnet ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mindestens eine Eingabeeinheit (5) umfasst, mittels derer Daten über das Ladekabel (8) übertragbar sind.
Steuereinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die erste Schnittstelle (3) mindestens einen Kontakt für mindestens eine Datenleitung (D) eines Ladekabels (8) aufweist.
Steuereinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mindestens eine Fehlerstromschutzschaltung aufweist.
Steuereinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittstelle (3) zur Aufnahme eines dreiphasigen Ladekabels (8) ausgebildet ist.
Steuereinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schnittstelle (3) lösbar an einem Gehäuse (2) der Steuereinrichtung (1) angeordnet ist.
Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs (12), mittels eines Ladekabels (8), wobei das Ladekabel (8) mit einer ersten Schnittstelle (10) mit einer Schnittstelle (11) des Kraftfahrzeugs (12) verbunden ist und mit einer zweiten Schnittstelle (7) mit einer ersten Schnittstelle (3) einer Steuereinrichtung (1) verbunden wird, wobei eine zweite Schnittstelle (4) der Steuereinrichtung (1) mit einer Schnittstelle (14) einer Ladeeinrichtung (13) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Eingabeeinheit (5) der Steuereinrichtung (1) Daten über das Ladekabel (8) an das Kraftfahrzeug (12) übertragbar sind, mittels derer der Ladevorgang gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraftfahrzeug (12) die Anzahl der für den Ladevorgang vorhandenen spannungsführenden Leitungen (L1–L3) übermittelt wird.