DE102011106335B4

DE102011106335B4 - Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges an einer Ladestation

Info

Publication number: DE102011106335B4
Application number: DE102011106335.1A
Authority: DE
Inventors: Hooshiar Mahdjour; Oliver Burnus; Torsten Idczak
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2031-07-02
Also published as: DE102011106335A1

Abstract

Vorrichtung (LK) zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges (EF) an einer Ladestation (LS), aufweisend (a) eine Fahrzeug-Anschlussvorrichtung (FV) zum Anschluss der Vorrichtung (LK) an das Elektrofahrzeug (EF), (b) eine Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) zum Anschluss der Vorrichtung (LK) an die Ladestation (LS) und (c) eine Ladeleitung (LL) zwischen der Fahrzeug-Anschlussvorrichtung (FV) und der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) zur Übertragung eines Ladestromes von der Ladestation (LS) zum Elektrofahrzeug (EF), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (LK) weiterhin (d) mindestens ein in der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) geschaltetes Kodierelement (CR), (e) Mittel (SP) zum Erfassen eines Kodierwertes des Kodierelements (CR) und (f) eine Kodierleitung (CL) zwischen dem mindestens einen Kodierelement (CR) und dem Mittel (SP) zum Erfassen des Kodierwertes aufweist und wobei entweder die Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) eine Steckverbinderaufnahme (SA) und einen mit der Steckverbinderaufnahme (SA) lösbar verbindbaren Wechselsteckverbinder (WV) in einer länderspezifischen Konfiguration aufweist, wobei das Kodierelement (CR) in diesem Falle in dem Wechselsteckverbinder (WV) mit einem die länderspezifische Konfiguration individualisierenden Kodierwert R1, R2, R3, ..., Ri geschaltet ist, oder dass die Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) einen länderspezifisch konfigurierbaren Umschaltsteckverbinder (US) aufweist, in dem in Abhängigkeit von dessen länderspezifischer Konfiguration mindestens zwei Kodierelemente (CR) mit jeweils einem die länderspezifische Konfiguration individualisieren Kodierwert R1, R2, R3, ..., Ri geschaltet sind und wobei das Mittel (SP) zum Erfassen des Kodierwertes in die Ladeleitung (LL) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, insbesondere eines Straßenfahrzeuges für die Beförderung von Personen und/oder Waren oder eines Arbeitsfahrzeuges mit Hybrid- oder Elektroantrieb, an einer Ladestation.
Derartige Vorrichtungen, die im Wesentlichen durch ein Ladekabel gebildet sind, sind bekannt. Diese Vorrichtungen weisen eine Fahrzeug-Anschlussvorrichtung zum Anschluss der Vorrichtung an das Elektrofahrzeug, eine Ladestation-Anschlussvorrichtung zum Anschluss der Vorrichtung an die Ladestation und ein Ladeleitung (bestehend aus mindestens einem Kabel) zwischen der Fahrzeug-Anschlussvorrichtung und der Ladestation-Anschlussvorrichtung zur Übertragung eines Ladestromes von der Ladestation zum Fahrzeug auf.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus EP 0 622 265 B1 bekannt. Der dort beschriebene universale Lade-Adapter für ein Elektrofahrzeug weist ein Batterieladegerät und einen Stromleitungsadapter zum Anschluss eines elektrischen Versorgungsausganges auf. Der Adapter umfasst eine Stromleitung und eine Anschlussvorrichtung für den elektrischen Anschluss der Stromleitung an eine spezifische elektrische Steckdose mit bekannten elektrischen Eigenschaften. Der Adapter weist einen speziell gestalteten Stecker für jeden Steckdosentyp in unterschiedlichen Ländern auf. Das Batterieladegerät ist dazu ausgebildet, den Ladestrom in Abhängigkeit von der Belastbarkeit zu steuern. Hierzu sind ferner eine elektrische Datenspeichervorrichtung zum Speichern von Daten, die die elektrischen Eigenschaften der Steckdose darstellen, eine Logikvorrichtung zum Lesen der elektrischen Daten von der Datenspeichervorrichtung und zur Erzeugung eines Identifizierungssignals, das die elektrischen Eigenschaften darstellt, sowie eine mit der Anschlussvorrichtung verbundene Übertragungsvorrichtung zum Übertragen des Identifizierungssignals an das Batterieladegerät vorgesehen. Das Batterieladegerät enthält einen Identifizierungslogikschalter, um Information zur Bestimmung der Rate zu liefern, bei der das Ladegerät Strom entnimmt.
Die DE 10 2010 053 072 A1 beschreibt eine Verbindungsvorrichtung sowie eine Verfahren zum Begrenzen eines maximalen Stroms. Beschrieben ist eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einem Ladekabel eines Kraftwagens, welche eine Satellitenvorrichtung und ein Verbindungskabel umfasst, wobei das Verbindungskabel an seinem einen Ende mit der Satellitenvorrichtung elektrisch verbunden ist und an seinem anderen Ende mit der Ladestation verbindbar ist und wobei die Satellitenvorrichtung ein Steckverbindungselement umfasst, welches mit dem Ladekabel steckverbindbar ist, und eine Schaltungsanordnung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, Daten betreffend eine Eigenschaft des Ladekabels zu ermitteln.
Die DE 10 2009 034 886 A1 beschreibt eine Steckvorrichtung für ein Ladekabel zur Verbindung eines Elektrofahrzeuges mit einer Ladestation, mit einem Gehäuse, dem Gehäuse zugeordnete elektrische Kontakte zum Anschluss an eine Anschlusseinrichtung in der Ladestation oder in dem Elektrofahrzeug, ein in dem Gehäuse angeordnetes Kodierungsmittel für den Wert der über das Ladekabel übertragbaren Stromstärke. Darüber hinaus ist ein System beschrieben, bestehend aus einem Ladekabel und einer Ladestation und/oder einem Elektrofahrzeug, sowie ein mit der Steckervorrichtung ausgerüstetes Ladekabel. Ziel ist es, eine höhere Sicherheit gegen thermische Überlastung zu erreichen. Diese soll durch folgende Merkmale gelöst werden: ein in dem Gehäuse angeordnetes Kodierungsmittel für den Wert der über das Ladekabel übertragbaren Stromstärke, im Bereich des Gehäuses angeordnete Temperaturerfassungsmittel, eine Auswerteeinrichtung zur Berechnung eines temperaturkorrigierten Kodierungswertes und ein Kommunikationsmittel für dessen Übertragung an eine Ladestromsteuereinrichtung.
Die WO 002010065979 A2 zeigt eine Hochstromübertragungsvorrichtung, welche zum konduktiven Strombetanken von Elektrofahrzeugen eine Buchse mit integrierter elektromechanischer Schaltfunktion und wenigstens einen Schütz aufweist. Der Schütz ist an der der Steckverbindung zugewandten Seite anschlusskontaktfrei ausgestaltet und Teil der Buchse. Die Anschlusskontakte sind an einem mit Steckerkontakten versehenen, abnehmbaren Stecker angeordnet. Ein modulares Stromtankstellensystem zum konduktiven Strombetanken von Elektrofahrzeugen hat eine Grundeinheit, ein Mastermodul und ein Usermodul, wobei die Grundeinheit elektronikfrei ausgeführt ist und wenigstens eine Klemmvorrichtung für die Stromeinspeisung und Fächer zur Aufnahme des Mastermoduls und des Usermoduls aufweist. Das Mastermodul und das Usermodul bilden eine Hochstromübertragungsvorrichtung, wobei das Mastermodul eine Buchse und das Usermodul einen mit der Buchse des Mastermoduls korrespondierenden Stecker aufweist. Das Mastermodul verbleibt in der Grundeinheit angeordnet, wogegen das mobile Usermodul vor und nach dem Strombetanken im Besitz des Fahrzeuginhabers ist. Mit dem Usermodul, das eine Zähleinheit aufweist, kann unabhängig von einem bestimmten Stromanbieter Strom getankt werden. Bei einem Verfahren zum Abwickeln von konduktiven Strombetankungen von Elektrofahrzeugen wird eine erste Kommunikationseinheit eines Zentralrechners über eine erste Datenübertragungseinrichtung mit wenigstens einem Mobiltelefon und mit wenigstens einem Adapter einer Stromtankstelle verbunden. Über die Kommunikationseinheit des Zentralrechners wird die Strombetankung überwacht und abgerechnet.
Um ferner die Strombelastbarkeit eines Ladekabels zu berücksichtigen, ist in IEC 62196-2, Entwurf vom 10.12.2009, angegeben, einen Spannungsteiler vorzusehen, der durch einen im Fahrzeugsstecker gegen Masse geschalteten Widerstand R_C, einen im Fahrzeug befindlichen 330Ω-Widerstand sowie eine diese verbindende mit „Proximity” bezeichnete Prüfleitung gebildet ist. Über eine an dem 330Ω-Widerstand anliegende positive Spannung wird der Widerstand R_C im Elektrofahrzeug über eine Spannungsmessung am Spannungsteiler erfasst. Je nach Strombelastbarkeit des Ladekabels wird ein vorgegebener Widerstand R_C verwendet.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, dass es mit den bekannten Vorrichtungen nicht möglich ist, die Strombelastbarkeit der Ladeinfrastruktur bzw. den Nennstrom der an einer Ladestation verwendeten Anschlussvorrichtung zu erkennen und für die Steuerung des Ladestromes zu berücksichtigen. EP 0 622 265 B1 gibt hierzu nur an, dass Daten, die die elektrischen Eigenschaften der Steckdose darstellen, in einer elektrischen Datenspeichervorrichtung gespeichert sind, nicht jedoch, wie diese Daten einer bestimmten Versorgungsinfrastruktur zugeordnet werden. Ferner besteht das Problem, dass bekannte Reiseadapter, die verwendet werden, um unterschiedlichen Anschlussnormen in verschiedenen Ländern beim Anschließen von elektrischen Geräten zu entsprechen, normalerweise nur einer Schutzart mit geringem Schutz gemäß DIN 40 050 genügen (beispielsweise IP20 gemäß DIN 40 050).
Die bekannten Maßnahmen zur Begrenzung des Stromes beim Laden der Batterie eines Elektrofahrzeuges sind zwar dazu geeignet, die Strombelastbarkeit des Ladekabels (Entwurf von IEC 62196-2) oder auch die Strombelastbarkeit unterschiedlicher Ladestationen und der Ladeinfrastruktur, der diese angehören, ( EP 0 622 265 B1 ) zu erfassen. Es wird jedoch keine Lösung für das Problem angegeben, dass die bekannten Systeme nicht dazu geeignet sind, den maximalen Ladestrom automatisch zu erfassen und gegebenenfalls anzupassen, wenn das Elektrofahrzeug an einer Ladestation einer bestimmten Ladeinfrastruktur mit einem Strom geladen werden soll, der die Strombelastbarkeit dieser Ladeinfrastruktur nicht übersteigt.
Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Mittel zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges (einer Batterie in dem Elektrofahrzeug) an einer Ladestation zu finden, mit denen eine Erfassung der Strombelastbarkeit der Ladeinfrastruktur an Ladestationen in verschiedenen Ländern, in denen die Ladeinfrastruktur ein Laden mit unterschiedlichen Nennströmen erlaubt, ermöglicht wird, ohne dass zusätzliche Maßnahmen zur Erfassung und Einstellung eines maximalen Ladestromes erforderlich werden. Fahrzeugführern soll insbesondere die Möglichkeit gegeben werden, ein Elektrofahrzeug im grenzüberschreitenden Verkehr länderspezifisch laden zu können, ohne spezielle Maßnahmen zur Erfassung und Einstellung des Ladestromes treffen zu müssen. Die für das Laden des Elektrofahrzeuges eingesetzte Vorrichtung soll schaltungstechnisch möglichst einfach realisierbar sein. Weiterhin sollen die Mittel zum Laden des Elektrofahrzeuges auch einer Schutzart gemäß DIN 40 050 mit erhöhtem Schutz genügen, beispielsweise > IP44.
Dieses Problem wird gelöst durch die Vorrichtung und das Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, insbesondere eines Straßenfahrzeuges für die Beförderung von Personen und/oder Waren oder eines Arbeitsfahrzeuges mit Hybrid- oder Elektroantrieb, an einer Ladestation gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist auf:

(a) eine Fahrzeug-Anschlussvorrichtung zum Anschluss der Vorrichtung an das Elektrofahrzeug,
(b) eine Ladestation-Anschlussvorrichtung zum Anschluss der Vorrichtung an die Ladestation,
(c) eine Ladeleitung zwischen der Fahrzeug-Anschlussvorrichtung und der Ladestation-Anschlussvorrichtung, wobei die Ladeleitung zur Übertragung eines Ladestromes von der Ladestation zum Fahrzeug dient,
(d) mindestens ein in der Ladestation-Anschlussvorrichtung geschaltetes Kodierelement,
(e) Mittel zum Erfassen eines Kodierwertes des Kodierelements und
(f) eine Kodierleitung zwischen dem mindestens einen Kodierelement und dem Mittel zum Erfassen des Kodierwertes.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

(a) Verbinden der die Fahrzeug-Anschlussvorrichtung und die Ladestation-Anschlussvorrichtung aufweisenden Ladeleitung über die Fahrzeug-Anschlussvorrichtung mit dem Fahrzeug,
(b) Auswählen der länderspezifischen Konfiguration der Ladestation-Anschlussvorrichtung und
(c) Verbinden der Ladestation-Anschlussvorrichtung in der ausgewählten länderspezifischen Konfiguration mit der Ladestation.

Der maximale Ladestrom wird dann mittels der folgenden weiteren Verfahrensschritte ermittelt und eingestellt:

(d) Ermitteln der ausgewählten länderspezifischen Konfiguration der Ladestation-Anschlussvorrichtung durch Messen des zur länderspezifischen Konfiguration der Ladestation-Anschlussvorrichtung zugeordneten Kodierwertes des in der Ladestation-Anschlussvorrichtung geschalteten Kodierelements,
(e) Ermitteln einer Strombelastbarkeit der Ladestation durch Zuordnen des gemessenen Kodierwertes zu der Strombelastbarkeit und
(f) Einstellen des maximalen Ladestromes aufgrund der ermittelten Strombelastbarkeit der Ladestation.

Die Ladestation-Anschlussvorrichtung kann insbesondere ein Ladestation-Steckverbinder und ganz besonders bevorzugt ein Ladestationstecker sein. In entsprechender Art und Weise kann die Fahrzeug-Anschlussvorrichtung insbesondere ein Fahrzeug-Steckverbinder und ganz besonders bevorzugt ein Fahrzeugstecker sein.
Durch Integrieren eines Kodierelements in die Ladestation-Anschlussvorrichtung ist es möglich, die charakteristischen Eigenschaften der Ladeinfrastruktur (insbesondere Strombelastbarkeit bzw. Nennstrom) automatisch zu ermitteln. Denn die Ladeinfrastruktur geht mit unterschiedlichen räumlichen Konfigurationen des Steckers und der Steckdosen einher, die in unterschiedlichen Ländern verwendet werden. In den Stromnetzen gelten in verschiedenen Ländern unterschiedliche Standards für den Steckverbinderaufbau. Daher werden unterschiedliche Steckverbinder für das Laden erforderlich. Indem in jedem Steckverbindertyp ein bestimmtes Kodierelement mit einem der jeweiligen länderspezifischen Konfiguration des Steckverbindertyps eindeutig zugeordneten Kodierwert verwendet wird, können die charakteristischen Eigenschaften des jeweiligen Stromnetzes ermittelt und beispielsweise der maximale Ladestrom eingestellt werden. Damit kann über die Erfassung des Kodierwertes des Kodierelements die Strombelastbarkeit bzw. der Nennstrom der Ladestrominfrastruktur ermittelt und diese Information in geeigneter Weise an eine Steuerung für den Ladestrom übermittelt werden. Durch die Auswahl des geeigneten Steckverbindertyps, der allein an einer bestimmten Ladestation verwendet werden kann, wird die Strombelastbarkeit bzw. der Nennstrom an der gewählten Ladestation ermittelt. Ein dabei erhältliches individualisierendes Signal ist dazu geeignet, an eine Steuerung weitergeleitet und in der Steuerung derart weiterverarbeitet zu werden, dass beim Laden eine durch die Ladeinfrastruktur akzeptable Stromstärke nicht überschritten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Kodierelement ein Kodierwiderstand, wobei der Kodierwert der Widerstandswert des Kodierwiderstandes ist. Ganz besonders bevorzugt sind der Kodierwiderstand ein ohmscher Widerstand und der Kodierwert der ohmsche Widerstandswert, wobei das Mittel zum Erfassen des Kodierwertes in diesem Falle einen gegen eine Mess-Gleichspannung geschalteten ohmschen Messwiderstand umfasst. Alternativ kann das Kodierelement auch ein RC-Glied mit länderspezifisch ausgewählter Impedanz sein..
In einer möglichst einfachen Ausführungsform der Erfindung ist der Kodierwiderstand in der Ladestation-Anschlussvorrichtung gegen Masse geschaltet. Das Mittel zum Erfassen des Widerstandswertes des Widerstandes kann insbesondere durch eine Spannungsmessvorrichtung, eine Gleichspannungsmessvorrichtung im Falle eines ohmschen Kodierwiderstandes und eine Wechselspannungsmessvorrichtung im Falle eines RC-Gliedes als Kodierwiderstand, realisiert sein, beispielsweise indem ein Spannungsteiler aus dem Kodierwiderstand und einem weiteren Messwiderstand gebildet wird, der von einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, einer Gleichspannung im Falle eines ohmschen Kodierwiderstandes oder einer Wechselspannung im Falle des RC-Gliedes, wobei zwischen dem Kodier- und dem Messwiderstand eine Spannung gegen Masse gemessen wird. Über die gemessene Spannung ist der Widerstandswert des Kodierwiderstandes ermittelbar. Um zum einen den Kodierwiderstand in der Ladestation-Anschlussvorrichtung und zum anderen den Messwiderstand und die Spannungsmessvorrichtung an einem dazu beabstandeten Ort anordnen zu können, wird zusätzlich zwischen dem Kodierwiderstand und dem Messwiderstand eine Kodierleitung geschaltet, die einen beliebigen Abstand zwischen beiden Orten zulässt. Die Kodierleitung kann zusammen mit den Stromversorgungsleitungen in einem gemeinsamen Kabel untergebracht sein.
Wenn der ohmsche Kodierwiderstand mit R, der ohmsche Messwiderstand mit R, die elektrische Spannung, mit der der Spannungsteiler beaufschlagt wird, mit U_A und die im Spannungsteiler gemessene Spannung mit U_B bezeichnet werden, ergibt sich folgende Beziehung zwischen den genannten Größen:
Damit lässt sich bei Kenntnis der fest vorgegebenen Größen R und U_A sowie der gemessenen Größe U_R der Widerstandswert R_K des Kodierwiderstandes errechnen, sodass damit über die eindeutige Zuordnung des Kodierwiderstandes zur Strombelastbarkeit indirekt die Strombelastbarkeit der Ladeinfrastruktur bestimmt ist.
Grundsätzlich sind verschiedene Ladebetriebsarten möglich. Für Elektrofahrzeuges sind die Ladebetriebsarten 1 bis 4 bekannt, deren Spezifikationen in IEC 61851-1 festgelegt sind. Bei der Ladebetriebsart 2 erfolgt der Anschluss des Elektrofahrzeuges an das ein- oder dreiphasige Wechselstromnetz unter Verwendung genormter und damit länderspezifisch konfigurierter Steckdosen und unter Verwendung von Netz- und Schutzleiter gemeinsam mit einer Steuerungs- und Führungsfunktion (Pilotfunktion) zwischen dem Elektrofahrzeug und dem Stecker oder Steuergerät im Kabel. Von daher kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung und Überwachung des Ladegerätes und Einstellung des maximalen Stromes gemäß IEC 61851 und IEC 62196 für die Ladebetriebsart 2 vorgesehen sein.
Dieses Steuergerät kann in die Ladeleitung integriert sein. In dieser Ausführungsform kann sich das Mittel zum Erfassen des Kodierwertes des Kodierelements, beispielsweise der Messwiderstand und die Spannungsmessvorrichtung, in dem elektronischen Steuergerät befinden, da eine für die Spannungsmessung erforderliche Gleichspannung in einem derartigen Steuergerät typischerweise zur Verfügung steht. Zwar können die beiden Funktionen alternativ in der Ladestation-Anschlussvorrichtung untergebracht sein. Eine einfacher realisierbare Ausführungsform ist es jedoch, hierfür ein separates in die Ladeleitung integriertes Steuergerät (Ladebetriebsart 2) vorzusehen, das auch als In Cable Control Box (ICCB) bezeichnet wird.
Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin eine elektronische Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals zur Ansteuerung einer elektronischen Schaltung zur Steuerung. des Ladestromes aufweisen, die in der ICCB untergebracht ist. Diese kann demgemäß mittels des Steuersignals insbesondere dazu dienen, das Ladegerät im Fahrzeug anzusteuern, um den Ladestrom zu regeln. Die genannte elektronische Steuerschaltung kann beispielsweise eine elektronische Schaltung sein, wie sie in EP 0 622 265 B1 für den dortigen Adapter beschrieben ist. D. h. diese elektronische Schaltung umfasst beispielsweise eine elektrische Datenspeichervorrichtung zum Speichern von Daten, die die Strombelastbarkeit der Ladestation darstellen, eine Logikvorrichtung zum Lesen der elektrischen Daten von der Datenspeichervorrichtung und zur Erzeugung eines Identifizierungssignals, das die Strombelastbarkeit darstellt, sowie eine mit der Fahrzeug-Anschlussvorrichtung verbundene Übertragungsvorrichtung zum Übertragen des Identifizierungssignals an das Batterieladegerät im Elektrofahrzeug.
Falls die elektronische Schaltung zur Erzeugung des an das Batterieladegerät gerichteten Steuersignals nicht in der ICCB integriert ist, die wiederum in das Ladekabel integriert sein kann, kann diese elektronische Schaltung grundsätzlich auch in die Ladestation-Anschlussvorrichtung integriert sein. In diesem Falle braucht die Kodierleitung nicht einen größeren Abstand zwischen dem Kodierelement und dem Mittel zum Erfassen des Kodierwertes des Kodierelements zu überbrücken und dazu gegebenenfalls in die Ladeleitung integriert zu sein. Vielmehr überbrückt die Kodierleitung in diesem Falle lediglich einen sehr kleinen Abstand innerhalb der Ladestation-Anschlussvorrichtung zwischen dem dort angeordneten Kodierelement und der dort angeordneten Erfassungsvorrichtung für den Kodierwert.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner Einstellmittel zur manuellen Einstellung eines maximalen Ladestromes auf einen Wert I_man aufweist. Damit wird der Ladestrom I_lade zusätzlich auf I_man manuell begrenzt. Falls dieser Wert unterhalb des durch die Strombelastbarkeit der Ladeinfrastruktur vorgegebenen Nennstromes I_nenn liegt, wird der Ladestrom auf den manuell eingestellten Wert I_man eingestellt, andernfalls wird automatisch auf den Nennstrom I_nenn begrenzt, d. h. I_lade = min(I_man, I_nenn). Das Einstellmittel kann durch eine elektronische Schaltung realisiert sein. Zur manuellen Betätigung kann ein elektronisches Stellmittel vorgesehen sein, das beispielsweise in Form eines Schiebereglers ausgebildet ist. Dieses Stellmittel kann sich beispielsweise an der ICCB, die in die Ladeleitung integriert ist, befinden. Alternativ können sich die hierfür benötigte elektronische Schaltung und das Stellmittel auch an der Ladestation-Anschlussvorrichtung befinden.
Erfindungsgemäß sind zwei Realisierungsvarianten vorgesehen:
In einer ersten erfindungsgemäßen Realisierungsvariante weist die Ladestation-Anschlussvorrichtung eine ladestationseitige Steckverbinderaufnahme und einen mit der Steckverbinderaufnahme lösbar verbindbaren Wechselsteckverbinder in einer länderspezifischen Konfiguration auf, wobei das Kodierelement in dem Wechselsteckverbinder mit einem die länderspezifische Konfiguration individualisierenden Kodierwert geschaltet ist. Für jeden Wechselsteckverbindertyp einer bestimmten räumlichen Konfiguration, die gemäß einer länderspezifischen Norm gestaltet ist, gibt es demnach eindeutig ein Kodierelement mit einem individuell vorgegebenen Kodierwert, vorzugsweise einen Kodierwiderstand mit einem vorgegebenen Widerstandswert, wobei sich die Kodierwerte bzw. Widerstandswerte für Wechselsteckverbinder unterschiedlichen Typs unterscheiden und jeweils einen genormten Wert annehmen.
Mit dieser Realisierungsvariante kann für den Anschluss des Elektrofahrzeuges an eine Ladestation in einem bestimmten Land mit einem vorgegebenen Anschlusstyp ein dazu passender Wechselsteckverbinder verwendet werden. Hierzu führt ein Anwender stets einen Satz von Wechselsteckverbindern für die besuchten Reiseländer mit, um diese in dem jeweiligen Land einzusetzen. Indem der passende Wechselsteckverbinder ein Kodierelement mit einem zu diesem Typ zugehörigen Kodierwert aufweist, wird mit dem Mittel zum Erfassen des Kodierwertes, beispielsweise mit der Spannungsmessung, automatisch bestimmt, welchem Anschlusstyp die Ladestation angehört, indem der Kodierwert des Kodierelements in dem Wechselsteckverbinder gemessen wird, und damit automatisch auch, welche Strombelastbarkeit für die Ladeinfrastruktur gilt, der die Ladestation angehört. Der Fahrzeugführer muss bei einer Reise durch verschiedene Länder daher lediglich die passenden Wechselstecker mit sich führen, um jeweils an einer Ladestation mit dem passenden Wechselstecker eine automatische Einstellung der Ladebedingungen zu erreichen. Der Ladestrom kann dann, ausgehend von der Ermittlung der Strombelastbarkeit in dem jeweiligen Land, beispielsweise von dem Ladegerät der Batterie des Elektrofahrzeuges eingestellt werden, sodass er unter einer durch die Strombelastbarkeit gegebenen Grenze bleibt.
Der Wechselsteckverbinder kann beispielsweise ein Wechselstecker sein. Die Steckverbinderaufnahme kann ebenfalls ein Stecker sein. In diesem Falle weist der Wechselsteckverbinder Buchsen zur Aufnahme der Steckverbinderaufnahme auf. Typischerweise weist der Wechselsteckverbinder vier Stifte auf, von denen drei für die Stromübertragung (Spannungsphasenleiter, Nullleiter und Masse-/Schutzleiter) und einer für die Kodierleitung verwendet werden. Die Steckverbinderaufnahme ist in einem derartigen Falle ebenfalls vierpolig, um die genannten Leitungen zu schalten. Im Wechselsteckverbinder ist das Kodierelement vorzugsweise zwischen dem Masse-/Schutzkontakt und dem Kontakt für die Kodierleitung geschaltet.
Nach der Auswahl eines länderspezifischen Wechselsteckverbinders werden die Leistungsleiter mit den länderspezifischen Leistungskontakten an der Ladestation, der Schutzleiter mit dem länderspezifischen Schutzkontakt an der Ladestation und die Kodierleitung mit dem Kodieranschluss der Steckverbinderaufnahme kontaktiert.
Durch Erkennung der länderspezifischen Kodierung des Wechselsteckers und damit der Strombelastbarkeit der Ladeinfrastruktur kann der Ladestrom mittels der Steuerung für den Ladestrom unterbrochen werden, wenn dieser den durch die Strombelastbarkeit der Ladeinfrastruktur vorgegebenen Maximalwert des Stromes überschreitet.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Realisierungsvariante weist die Ladestation-Anschlussvorrichtung einen länderspezifisch konfigurierbaren Umschaltsteckverbinder auf, in dem in Abhängigkeit von dessen länderspezifisch ausgewählter Konfiguration mindestens zwei Kodierelemente mit jeweils einem die länderspezifische Konfiguration individualisieren Kodierwert geschaltet sind. Der Umschaltsteckverbinder ist derart ausgebildet, dass die verschiedenen räumlichen Konfigurationen des Steckverbinders für unterschiedliche Anschlusstypen einer Ladestation durch dessen manuelle Manipulation realisierbar sind. Beispielsweise können Anschlussstifte des Umschaltsteckverbinders je nach Bedarf selektiv aus- oder eingefahren werden, um die für den Anschluss an die Ladestation kongruente räumliche Konfiguration zu realisieren. Mit der mechanischen Umordnung der Anschlussstifte wird darüber hinaus gezielt jeweils ein bestimmtes Kodierelement mit einem vorgegebenen Kodierwert aktiv geschaltet, sodass es zu einer bestimmten räumlichen Konfiguration, die gemäß einer länderspezifischen Norm gestaltet ist, eindeutig ein Kodierelement mit einem vorgegebenen Kodierwert gibt, vorzugsweise einen Kodierwiderstand mit einem vorgegebenen Widerstandswert, wobei sich die Kodierwerte bzw. Widerstandswerte für Wechselsteckverbinder unterschiedlichen Typs unterscheiden und jeweils einen genormten Wert annehmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise für eine ladeinfrastrukturseitige Ladespannung von 230 V AC ausgelegt. Alle Ladestrom leitenden Teile sind beispielsweise für einen maximalen Ladestrom von 16 A AC ausgelegt.
Der Wechselsteckverbinder mit der Steckverbinderaufnahme der ersten Realisierungsvariante kann in einer bevorzugten Ausführungsform im gesteckten Zustand gegen dazwischen eindringende Feuchtigkeit und Fremdkörper abgedichtet sein. Zur Erhöhung der Schutzart nach DIN 40 050, von beispielsweise IP20 ausgehend, wird die Abdichtung vorgesehen. Diese Abdichtung kann beispielsweise eine Gummi- oder Silikondichtung sein, sodass im gesteckten Zustand keine Feuchtigkeit und keine Fremdkörper zwischen den Wechselsteckverbinder und die Steckverbinderaufnahme und damit auch in deren Gehäuse eindringen können. Die Abdichtung kann entweder am Wechselsteckverbinder oder an der Steckverbinderaufnahme befestigt sein. Bevorzugt ist eine Befestigung der Abdichtung an der Steckverbinderaufnahme.
In einer weiter bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weisen der Wechselsteckverbinder und die Steckverbinderaufnahme der ersten Realisierungsvariante mechanische Verriegelungsmittel auf, die diese im gesteckten Zustand zusammenhalten. Mit dieser weiteren technischen Maßnahme kann eine noch höhere Schutzart erreicht werden, da die Abdichtung sicher aufrecht erhalten wird. Insbesondere ist es möglich, ein Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz und kleinen Fremdkörpern, insbesondere auch unter einer Einwirkung eines Wasserstrahls, zu verhindern. Dadurch wird der Einsatz der Ladeleitung im Außenbereich ermöglicht, sodass eine Ausführung gemäß einer Schutzart > IP44 erreicht werden kann.
Vorzugsweise sind der Fahrzeug-Steckverbinder, die Ladeleitung, gegebenenfalls das elektronische Steuergerät zur Steuerung und Überwachung des Ladegerätes im Fahrzeug und der Wechselsteckverbinder fest und damit untrennbar miteinander verbunden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Umschaltsteckverbinder der zweiten Realisierungsvariante ein mechanisches Umschaltmodul zur länderspezifischen Konfiguration von dessen Kontaktstiften und zum Durchschalten jeweils eines zugehörigen Kodierelements mit einem individualisierenden Kodierwert zu jeder länderspezifischen Konfiguration der Kontaktstifte auf. Daher ist durch das Umschaltmodul in diesem Falle zu jeder länderspezifischen Konfiguration der Kontaktstifte jeweils ein zugehöriges Kodierelement mit einem individualisierenden Kodierwert schaltbar. Durch Umschaltung des Umschaltsteckverbinders in eine andere räumliche Konfiguration entsprechend einem bestimmten Anschlusstyp eines Landes, wird damit zusätzlich auch das diesem Land zugeordnete Kodierelement aktiv geschaltet, sodass das Mittel zum Erfassung des Kodierwertes den Kodierwert messen und indirekt damit auch die Strombelastbarkeit der Ladestation detektieren kann.
Das mechanische Umschaltmodul kann beispielsweise gegen eindringende Feuchtigkeit und Fremdkörper geschützte und manuell betätigbare Umschalttaster aufweisen, mit denen die Kontaktstifte aus dem Umschaltsteckverbinder ausfahrbar und in diesen einfahrbar sind, um die gewünschte räumliche Konfiguration auszubilden. Ein Kontaktstift wird in diesem Falle durch manuelles Aufdrücken auf den entsprechenden Umschalttaster ausgefahren und in dieser Stellung vorzugsweise arretiert. Das erneute Einfahren kann beispielsweise durch Entarretieren des Kontaktstiftes und Zurückfahren mittels eines elastischen Elements, wie einer Feder, erfolgen.
Vorzugsweise sind der Fahrzeug-Steckverbinder, die Ladeleitung, gegebenenfalls das elektronische Steuergerät zur Steuerung und Überwachung des Ladegerätes im Fahrzeug und der Umschaltsteckverbinder fest und damit untrennbar miteinander verbunden.
Die Umschalttaster sind am Umschaltsteckverbinder vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Fläche, die parallel zur Fläche der Kontaktstifte verläuft, angebracht. Die Arme der Umschalttaster sind gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit geschützt. Hierzu können die Umschalttaster mit Wellschläuchen oder Faltenbälgen geschützt sein, indem die Wellschläuche über die Taster gestülpt sind. Die Enden der Wellschläuche sind mit den Umschalttastern wasserdicht verbunden. Hierzu sind ein Ende jedes Wellschlauches mit dem jeweiligen Umschalttaster und das andere Ende mit dem Gehäuse des Umschaltsteckverbinders verbunden.
Die Arme der Umschalttaster und die Wellschläuche können in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mittels einer Abdeckung abgekapselt werden. Um die Umschalttaster in diesem Falle betätigen zu können, können zusätzliche seitlich angebrachte und verschiebbare Taster vorgesehen sein, die in Führungsschlitzen geführt werden. Diese Variante hat zwar den Nachteil, dass die Feuchtigkeit und der Schmutz oder die Fremdkörper durch die Führungsschlitze unter die Abdeckung eindringen können. Obwohl die Wasserdichtigkeit des Gehäuses des Umschaltsteckverbinders durch die Wellschläuche an den Umschalttastern garantiert ist, könnten sich Feuchtigkeit und Schmutz unter der Abdeckung sammeln und Probleme verursachen. Das Ausmaß dieses zusätzlichen Problems kann durch Gummi- oder Silikondichtungen reduziert werden, die im Bereich der Führungsschlitze angebracht sind, sodass die Feuchtigkeit, der Schmutz und/oder die Fremdkörper nur noch in geringem Umfange oder überhaupt nicht mehr unter die Abdeckung eindringen können. Ansonsten ist diese Ausführungsform jedoch eleganter und ermöglicht ein ansprechenderes Design als die Ausführungsform ohne Abdeckung.
Weiterhin können auch Abdichtungen im Bereich der Kontaktstifte des Umschaltsteckverbinders vorgesehen werden, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit, Schmutz und/oder Fremdkörper zu den Kontaktstiften vordringen, zumindest wenn diese mit der Ladestation verbunden sind. Hierzu können Abdichtungen, beispielsweise Gummi- oder Silikondichtungen, in der Anschlussebene, von der aus die Kontaktstifte hervortreten, vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Kontaktstifte des Umschaltsteckverbinders zusätzlich nichtleitende Spitzen auf. Damit wird vermieden, dass bei einem unbeabsichtigten Kontakt mit denjenigen Kontaktstiften, die nicht mit der Ladestation verbunden sind, kein elektrischer Strom fließt. Zwar ist es darüber hinaus bevorzugt, dass die Kontaktstifte, die für eine elektrische Kontaktierung gemäß einer bestimmten länderspezifischen räumlichen Konfiguration nicht verwendet werden, mit dem Spannungsphasen-, Null- bzw. Schutzleiter nicht verbunden sind. Jedoch stellt die nichtleitende Ausführung der Kontaktstiftspitzen eine zusätzliche Verbesserung zur Erhöhung der Sicherheit des Umschaltsteckverbinders dar.
Mit den genannten weiteren technischen Maßnahmen kann eine noch höhere Schutzart für den Umschaltsteckverbinder erreicht werden, da ein Eindringen von Feuchtigkeit weitgehend verhindert wird und bei Berührung mit den nicht benötigten Kontaktstiften keine Störung auftritt. Insbesondere ist es möglich, ein Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz und kleinen Fremdkörpern, insbesondere auch unter einer Einwirkung eines Wasserstrahls, zu verhindern. Dadurch wird der Einsatz der Ladeleitung im Außenbereich ermöglicht, sodass eine Ausführung gemäß einer Schutzart > IP44 erreicht werden kann.
Die vorliegend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand von beispielhaft dargestellten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der ersten Realisierungsvariante mit einem Wechselstecker und einer Steckeraufnahme, in einer perspektivischen Darstellung (a), in einer Seitenansicht (b), mit der elektrischen Schaltungsanordnung im Wechselstecker und in der Steckeraufnahme (c);
2 zeigt schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der zweiten Realisierungsvariante mit einer Umschaltstecker, in einer perspektivischen Darstellung (a), mit der elektrischen Schaltungsanordnung im Umschaltstecker (b);
3 zeigt schematische Darstellungen eines Wechselsteckers und einer Steckeraufnahme mit Mitteln zur Erhöhung der Schutzart, in einer Seitenansicht (a), in einer perspektivischen Darstellung (b);
4 zeigt schematische Darstellungen eines Umschaltsteckers mit Mitteln zur Erhöhung der Schutzart, in einer Seitenansicht (a), in einer Frontansicht (b), in einer perspektivischen Darstellung (c), in einer Seitenansicht, betätigt (d);
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Umschaltsteckers mit Umschalttastern in einer perspektivischen Darstellung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit der gleichen Funktion.
Die in 1(a) in einer perspektivischen Darstellung gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung LK in der ersten Realisierungsvariante ist ein Ladekabel, umfassend eine Fahrzeug-Anschlussvorrichtung FV zum Anschluss an ein Elektrofahrzeug EF (nicht dargestellt), eine Ladestation-Anschlussvorrichtung LV zum Anschluss an eine Ladestation LS (nicht dargestellt) und eine Ladeleitung/ein Ladekabel (LL). Ferner ist ein Steuergerät BC zur Steuerung und Überwachung des Ladegerätes im Fahrzeug EF vorgesehen, das in die Ladeleitung LL integriert ist. Dieses Steuergerät BC weist ein Stellmitel SM auf, mit dem ein maximaler Ladestrom manuell eingestellt werden kann.
Die Fahrzeug-Anschlussvorrichtung FV ist ein Steckverbinder, der zum Anschluss an das vorhandene Elektrofahrzeug EF adaptiert ist. Die Ladestation-Anschlussvorrichtung LV ist ebenfalls ein Steckverbinder, der zum Anschluss an die Ladestation LS adaptiert ist. Im vorliegender Falle handelt es sich um eine Kombination aus einer Steckeraufnahme SA und einem Wechselstecker WV, die lösbar miteinander verbindbar sind.
In 1(b) ist die Ladestation-Anschlussvorrichtung LV dieser Ausführungsform im Detail gezeigt: Die Steckeraufnahme SA ist mit der Ladeleitung LL verbunden und weist Kontaktstifte SK auf, die zu entsprechenden Buchsen WB des Wechselsteckers WV passend ausgebildet sind. Der Wechselstecker WV weist ferner Kontaktstifte KS auf, die in die entsprechenden Buchsen der Ladestation LS eingesteckt werden können (nicht gezeigt).
Zwischen der Steckeraufnahme SA und dem Wechselstecker WV werden im vorliegenden Falle vier Kontakte geschlossen, wenn diese beiden Vorrichtungen elektrisch miteinander verbunden werden: zwei Leistungsleitungen L1, N, eine Schutzkontakt(Masse-)leitung PE und eine Kodierleitung CL. Diese Leitungen werden über das Ladekabel LL zum Steuergerät BC geführt. Die Kontakte KS des Wechselsteckers WV sind länderspezifisch konfiguriert, d. h. entsprechend einer länderspezifischen Norm, wobei die Kontaktstifte jeweils räumlich unterschiedlich angeordnet sind. Eine entsprechende länderspezifische Konfiguration liegt natürlich auch in der Ladestation LS vor, sodass die Kontaktstifte KS in entsprechende Buchsen der Ladestation LS eingesteckt werden können (nicht gezeigt). Wenn ein Anwender sein Elektrofahrzeug EF in einem bestimmten Land mit einer bestimmten länderspezifischen Konfiguration der Kontaktbuchsen an der Ladestation LS laden möchte, muss er den hierfür passenden Wechselstecker WV mit der entsprechenden länderspezifischen Konfiguration der Kontaktstifte KS verwenden, indem er diesen mit der Steckeraufnahme SA verbindet und den Wechselstecker WV dann mit der Ladestation LS verbindet. Da die Stecker- und Buchsenkonfiguration zwischen der Steckeraufnahme SA und dem Wechselstecker WV immer gleich sind, können unterschiedliche Wechselstecker WV mit jeweils zu der Ladestation LS passender länderspezifischer Konfiguration verwendet werden, ohne die Steckeraufnahme SA austauschen zu müssen.
In 1(b) ist ferner gezeigt, dass in dem Wechselstecker WV ein Kodierwiderstand CR zwischen die Kontaktbuchse für die Kodierleitung CL und die Schutzkontaktbuchse für den Schutzkontaktleiter PE geschaltet ist. Dieser Kodierwiderstand CR ist ein integriertes Teil des Wechselsteckers WV, Der Widerstandswert R₁ dieses Kodierwiderstandes CR ist so gewählt, dass er sich von den Widerstandswerten R von Kodierwiderständen CR unterscheidet, die in Wechselsteckern WV verwendet werden, deren länderspezifische Konfiguration zu der vorliegenden unterschiedlich ist. Daher kodiert der Widerstandswert R₁ des Kodierwiderstandes CR für die länderspezifische Konfiguration des Wechselsteckers WV.
Eine zur Ermittlung der länderspezifischen Konfiguration des Wechselsteckers WV geeignete elektrische Schaltung ist in 1(c) gezeigt: In dem Steuergerät BC, das in die Ladeleitung LL integriert ist, ist ein Mittel SP zum Erfassen des Widerstandswertes R₁ des Kodierwiderstandes CR untergebracht. Dieses Mittel SP umfasst einen weiteren Widerstand, den Messwiderstand MR, der von einer Gleichspannung U_A. beispielsweise 12 V, beaufschlagt ist. Diese Spannung steht in der elektronischen Schaltung zur Steuerung des Ladegerätes für die Batterie des Elektrofahrzeuges EF (nicht gezeigt) typischerweise zur Verfügung. Der Messwiderstand MR mit dem Widerstandswert R und der Kodierwiderstand CR mit dem Kodierwiderstandswert R₁ bilden einen Spannungsteiler, sodass durch Messen der Spannung U_B am Punkt B der Widerstandswert R₁ des Kodierwiderstandes CR ermittelt werden kann nach folgender Formel:
Durch Ermittlung dieses Wertes werden damit indirekt und eindeutig die länderspezifische Konfiguration des Wechselsteckers WV, damit auch die Konfiguration der Ladestation LS und folglich auch die Strombelastbarkeit der Ladeinfrastruktur der Ladestation LS ermittelt. Der ermittelte Spannungswert U_B am Punkt B wird an eine elektronische Schaltung geleitet, die daraus ein Signal, beispielsweise ein bipolares Spannungssignal mit spezifischem Tastverhältnis, erzeugt, das die Ladestromsteuerung des Ladegerätes im Elektrofahrzeug EF beeinflusst, sodass ein maximaler Nennstrom I_nenn beim Laden nicht überschritten wird. Der derart begrenzte Ladestrom I_lade kann allerdings bereits durch eine manuelle Einstellung auf den Strom I_man über das Stellmittel SM am Steuergerät BC begrenzt sein, wenn letzterer Wert geringer ist als der Nennstrom. In jedem Falle wird der Ladestrom keinen der beiden maximalen Stromwerte überschreiten.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung LK in der zweiten Realisierungsvariante mit einer Ladestation-Anschlussvorrichtung LV in Form einem Umschaltsteckers US für ein länderspezifisches Konfigurieren in drei Reiseländer gezeigt. Auch diese Vorrichtung weist eine Fahrzeug-Anschlussvorrichtung FV in Form eines Fahrzeugsteckverbinders und eine Ladeleitung LL sowie ein Steuergerät BC zur Steuerung und Überwachung des Ladegerätes im Fahrzeug EF mit einem Stellmittel SM zur manuellen Einstellung des Ladestromes auf.
Anstelle der Kombination aus Wechselstecker WV und Steckeraufnahme SA, wie in 1(a) gezeigt, ist im vorliegenden Falls ein Umschaltstecker US gezeigt, der standardisierte Kontaktstifte KS zum Anschluss an die Ladestation LS aufweist, die je nach der länderspezifischen Konfiguration der Kontaktbuchsen der Ladestation LS (nicht dargestellt) manuell konfigurierbar sind, d. h. die Anordnung der Kontaktstifte KS und deren Art können je nach Anforderung länderspezifisch gewählt und eingestellt werden. Hierzu dienen seitlich angebrachte Schiebetaster ST. Zur Anpassung des Umschaltsteckers US an die Ladestation LS ist demnach lediglich eine manuelle Konfiguration des Umschaltsteckers US erforderlich. Somit führt ein Anwender bei einer Reise durch Länder mit unterschiedlichen Anschlusskonfigurationen ausschließlich die erfindungsgemäße Vorrichtung LK mit einem Umschaltstecker US mit sich und konfiguriert diesen nach Bedarf.
Um eine Erfassung der länderspezifischen Konfiguration des Umschaltsteckers US und damit der Ladestation LS zu erreichen, ist im Umschaltstecker ein mechanisches Umschaltmodul UM enthalten, das zum einen die manuelle Umordnung der Kontaktstifte KS des Umschaltsteckers US und zum anderen eine Durchschaltung eines von mehreren Kodierwiderständen CR im Umschaltstecker US bewirkt (2(b)). Hierzu umfasst das mechanisches Umschaltmodul UM einen mechanisch betätigten Schalter SC, der den passenden Kodierwiderstand CR mit einem der Widerstandswerte R₁, R₂, R₃ durchschaltet. Ist die Anzahl der Länderspezifierungen höher als drei, müssen weitere Widerstände vorhanden sein. Die Anzahl i ≥ 2 der Widerstände R₁, R₂, R₃, ..., R_i ist gleich der Anzahl der Länderspezifierungen. Der Übersichtlichkeit halber werden in dieser Beschreibung nur drei Kodierwiderstände verwendet. Durch Betätigung der Umsohalttaster ST wird auch der Schalter SC betätigt. Die Widerstandswerte R₁, R₂, R₃ unterscheiden sich sämtlich voreinander, sodass einer manuellen Konfiguration des Umschaltsteckers US an eine länderspezifische Konfiguration der Ladestation LS, an die die Vorrichtung LK angeschlossen werden soll, eindeutig ein Widerstandswert R₁, R₂, R₃ des durchgeschalteten Kodierwiderstandes CR zugeordnet wird. Damit wird auch eine Zuordnung zu der Strombelastbarkeit der Ladestation LS ermöglicht.
Wie auch im Falle der ersten Realisierungsvariante gemäß 1(c) wird der Widerstandswert R₁, R₂, R₃ des durchgeschalteten Kodierwiderstandes CR durch Messung einer Spannung U_B am Punkt B in dem Steuergerät BC ermittelt. Wie auch im Falle der ersten Realisierungsvariante ist in dem Steuergerät BC ein Mittel SP zum Erfassen des Widerstandswertes R₁, R₂, R₃ des Kodierwiderstandes CR untergebracht. Dieses Mittel SP umfasst einen weiteren Widerstand, den Messwiderstand MR, der von einer Gleichspannung U_A, beispielsweise 12 V, beaufschlagt ist. Der Messwiderstand MR und der Kodierwiderstand CR bilden auch hier einen Spannungsteiler, sodass durch Messen der Spannung am Punkt B der Widerstandswert R₁, R₂, R₃ des Kodierwiderstandes CR nach der obigen Formel ermittelt werden kann.
In 3 ist die Ladestation-Anschlussvorrichtung LV der ersten Realisierungsvariante, bestehend aus dem Wechselstecker WV und der Steckeraufnahme SA im Detail gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Steckeraufnahme SA mittels der Kontaktstifte SK, die zu entsprechenden Buchsen WB des Wechselsteckers WV passend ausgebildet sind, in letztere eingesteckt werden können, um eine lösbare elektrische Verbindung herzustellen. Um bei einem Einsatz dieser Ladestation-Anschlussvorrichtung LV im Außenbereich zu gewährleisten, dass Feuchtigkeit und Schmutz sowie Fremdkörper nicht in den Spalt zwischen der Steckeraufnahme SA und dem Wechselstecker WV eindringen, ist eine Dichtung DI an der Steckeraufnahme SA angebracht, die umfangsseitig am Steckeraufnahmekörper an dessen zum Wechselstecker WV weisenden Frontseite befestigt ist (siehe auch 1(b)). Diese Dichtung DI kann eine Gummi- oder Silikondichtung sein. Sie kann alternativ am Wechselstecker WV angebracht sein. Vorteilhaft ist das Vorsehen der Dichtung DI an der Steckeraufnahme SA.
Ferner ist ein Verriegelungsmittel VM (Schlosssystem), bestehend aus zwei Teilen, vorgesehen, von denen jeweils eines außen am Steckeraufnahmekörper und korrespondierend dazu eines außen am Wechselsteckerkörper angebracht sind. Diese beiden Teile verrasten beim Stecken des Wechselsteckers WV auf der Steckeraufnahme SA miteinander, sodass die beiden Teile auch bei einer Zugbelastung fest miteinander verbunden bleiben und sich kein Spalt zwischen dem Wechselsteckerkörper und dem Steckeraufnahmekörper bilden kann. Auch durch diese Maßnahme wird ein sicherer Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung LK im Außenbereich gewährleistet.
In 4 sind verschiedene Ansichten der Ladestation-Anschlussvorrichtung LV in der zweiten Realisierungsvariante in Form eines Umschaltsteckers US gezeigt. Der Umschaltstecker US ist in dieser Figur in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Die manuelle länderspezifische Konfiguration der Kontaktstifte KS wird mittels Umschalttastern UT realisiert, indem diese in das Gehäuse GH des Umschaltsteckers US hinein gedrückt und in dieser Stellung arretiert oder nach Entarretierung beispielsweise mittels einer Federkraft wieder in die zurückgezogene Stellung gebracht werden (siehe hierzu beispielhaft 4(d), in der die Stellung der drei Kontaktstifte gezeigt ist). Die Umschalttaster UT sind nicht seitlich angeordnet, sondern stehen senkrecht auf der Fläche, die parallel zur Fläche der Kontaktstifte KS ausgerichtet ist. Die Umschalttaster UT sind zur Abdichtung gegen Feuchtigkeit, Schmutz und Fremdkörpern von abdichtenden Wellschläuchen WS geschützt. Die Wellschläuche WS dichten zum einen am jeweiligen Kopf der Umschalttaster UT und zum anderen am Gehäuse GH des Umschaltsteckers US wasserdicht ab.
Die Frontseite des Umschaltsteckers US ist in 4(b) gezeigt. Die jeweiligen länderspezifischen Konfigurationen der Kontaktstifte KS sind durch unterschiedliche Kontaktstiftfelder KF dargestellt, in denen die Kontaktstifte KS unterschiedlich angeordnet sind. In einem daneben gezeigten Beispiel ist ein einzelner Kontaktstift KS mit einer nichtleitenden Spitze NS gezeigt. Diese Ausbildung der Spitze des Kontaktstiftes KS dient dazu, eine Berührung mit Strom leitenden Kontaktstiften KS zu vermeiden, wenn diese nicht mit der Ladestation LS verbunden sind und daher frei liegen. Zwar ist grundsätzlich vorgesehen, die Kontaktstifte KS der Kontaktfelder KF, die mit der Ladestation LS elektrisch nicht verbunden sind, nicht mit Spannung zu beaufschlagen. Die elektrisch nichtleitende Ausbildung der Kontaktspitzen KS dient dennoch als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme zum Schutz von Personen.
Weiterhin ist aus 4(b) erkennbar, dass sich im Bereich der Kontaktstifte KS Dichtungselemente DI, beispielsweise Gummidichtungen, befinden, die dafür sorgen, dass Feuchtigkeit, Schmutz und Fremdkörper bei gestecktem Kontakt nicht an die Kontaktstifte KS gelangen kann. Auch von daher bieten verschiedene Maßnahmen eine Gewährleistung dafür, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung LK auch im Außenbereich eingesetzt werden kann. Im Prinzip sollen alle beweglichen Teile der Frontseite erfindungsgemäß umfangsseitig mit einer Dichtung DI versehen sein.
In 5 ist eine zweite Ausführungsform des Umschaltsteckers US gezeigt. Im Gegensatz zu der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform ist der Raum, der die Umschalttaster UT aufnimmt, in diesem Falle mit einer Abdeckung AD abgekapselt, sodass eine elegantere Steckerform erreicht wird. In diesem Falle wird die manuelle Betätigung der Umschalttaster UT mittels seitlicher Schiebetaster ST bewirkt, die durch zur Aktionsrichtung der Umschalttaster UT parallele Führungsschlitze FS hindurch greifen. Um ein Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz und Fremdkörpern auch in diesem Falle zu vermeiden oder zumindest zu behindern, sind die Führungsschlitze mit einem Dichtungsmaterial, beispielsweise mit einer Gummi- oder Silikondichtung, ausgekleidet.

Claims

Vorrichtung (LK) zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges (EF) an einer Ladestation (LS), aufweisend (a) eine Fahrzeug-Anschlussvorrichtung (FV) zum Anschluss der Vorrichtung (LK) an das Elektrofahrzeug (EF), (b) eine Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) zum Anschluss der Vorrichtung (LK) an die Ladestation (LS) und (c) eine Ladeleitung (LL) zwischen der Fahrzeug-Anschlussvorrichtung (FV) und der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) zur Übertragung eines Ladestromes von der Ladestation (LS) zum Elektrofahrzeug (EF), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (LK) weiterhin (d) mindestens ein in der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) geschaltetes Kodierelement (CR), (e) Mittel (SP) zum Erfassen eines Kodierwertes des Kodierelements (CR) und (f) eine Kodierleitung (CL) zwischen dem mindestens einen Kodierelement (CR) und dem Mittel (SP) zum Erfassen des Kodierwertes aufweist und wobei entweder die Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) eine Steckverbinderaufnahme (SA) und einen mit der Steckverbinderaufnahme (SA) lösbar verbindbaren Wechselsteckverbinder (WV) in einer länderspezifischen Konfiguration aufweist, wobei das Kodierelement (CR) in diesem Falle in dem Wechselsteckverbinder (WV) mit einem die länderspezifische Konfiguration individualisierenden Kodierwert R₁, R₂, R₃, ..., R_i geschaltet ist, oder dass die Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) einen länderspezifisch konfigurierbaren Umschaltsteckverbinder (US) aufweist, in dem in Abhängigkeit von dessen länderspezifischer Konfiguration mindestens zwei Kodierelemente (CR) mit jeweils einem die länderspezifische Konfiguration individualisieren Kodierwert R₁, R₂, R₃, ..., R_i geschaltet sind und wobei das Mittel (SP) zum Erfassen des Kodierwertes in die Ladeleitung (LL) integriert ist.
Vorrichtung (LK) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kodierelement (CR) ein Kodierwiderstand ist und dass der Kodierwert der Widerstandswert R₁, R₂, R₃, ..., R_i des Kodierwiderstandes ist.
Vorrichtung (LK) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kodierwiderstand (CR) ein ohmscher Widerstand ist und dass das Mittel (SP) zum Erfassen des Kodierwertes R₁, R₂, R₃, ..., R_i einen gegen eine Mess-Gleichspannung geschalteten ohmschen Messwiderstand R aufweist.
Vorrichtung (LK) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbinderaufnahme (SA) und der Wechselsteckverbinder (WV) im gesteckten Zustand gegen dazwischen eindringende Feuchtigkeit und Fremdkörper abgedichtet sind.
Vorrichtung (LK) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbinderaufnahme (SA) und der Wechselsteckverbinder (WV) mechanische Verriegelungsmittel (VM) aufweisen, die diese im gesteckten Zustand zusammenhalten.
Vorrichtung (LK) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltsteckverbinder (US) ein mechanisches Umschaltmodul (UM) zur länderspezifischen Konfiguration von Kontaktstiften (KS) und zum Schalten jeweils eines zugehörigen Kodierelements (CR) mit einem individualisierenden Kodierwert R₁, R₂, R₃, ..., R_i zu jeder länderspezifischen Konfiguration der Kontaktstifte (KS) aufweist.
Vorrichtung (LK) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Umschaltmodul (UM) gegen eindringende Feuchtigkeit und Fremdkörper geschützte Umschalttaster (UT) aufweist, mit denen die Kontaktstifte (KS) aus dem Umschaltsteckverbinder (UM) ausfahrbar und in diesen einfahrbar sind.
Vorrichtung (LK) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (LK) weiterhin eine elektronische Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals zur Ansteuerung einer elektronischen Schaltung zur Steuerung des Ladestromes aufweist.
Vorrichtung (LK) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (LK) weiterhin ein in die Ladeleitung (LL) integriertes elektronisches Steuergerät (BC) zur Steuerung und Überwachung des Ladevorganges aufweist und dass sich das Mittel (SP) zum Erfassen des Kodierwertes R₁, R₂, R₃, ..., R_i des Kodierelements (CR) in dem elektronischen Steuergerät (BC) befindet.
Vorrichtung (LK) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (LK) weiterhin Einstellmittel (SM) zur manuellen Einstellung eines maximalen Ladestromes aufweist.
Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges (EF) an einer Ladestation (LS), umfassend (a) Verbinden einer eine Fahrzeug-Anschlussvorrichtung (FV) und eine Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) aufweisenden Ladeleitung (LL) über die Fahrzeug-Anschlussvorrichtung (FV) mit dem Elektrofahrzeug (EF), (b) Auswählen einer länderspezifischen Konfiguration der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) und (c) Verbinden der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) in der ausgewählten länderspezifischen Konfiguration mit der Ladestation (LS), dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Strombelastbarkeit der Ladestation (LS) vorgegebener maximaler Ladestrom mittels der folgenden weiteren Verfahrensschritte eingestellt wird: (d) Ermitteln der ausgewählten länderspezifischen Konfiguration der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) durch Messen eines zur länderspezifischen Konfiguration der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) zugeordneten Kodierwertes R₁, R₂, R₃, ..., R_i eines in der Ladestation-Anschlussvorrichtung (LV) geschalteten Kodierelements (CR), (e) Ermitteln der Strombelastbarkeit der Ladestation (LS) durch Zuordnen des gemessenen Kodierwertes R₁, R₂, R₃, ..., R_i zu der Strombelastbarkeit und (f) Einstellen des maximalen Ladestromes aufgrund der ermittelten Strombelastbarkeit der Ladestation (LS).