DE102011118957A1 - Ladevorrichtung und Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs - Google Patents

Ladevorrichtung und Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (1) und ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, umfassend eine Ladedose (2) zum Einführen eines Steckers, wobei mindestens eine weitere Ladedose (3) vorgesehen ist, wobei die beiden Ladedosen (2, 3) mit einem Ladenetzverteiler (4) verbunden sind und über die beiden Ladedosen (2, 3) mit der gleichen Spannungsart geladen werden kann, wobei Mittel vorgesehen sind, die ein gleichzeitiges Laden über die beiden Ladedosen (2, 3) mit der gleichen Spannungsart verhindern.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
  • Aus der DE 10 2007 002 025 A1 ist ein Fahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb und einer sowohl für eine verbrennungsmotorisch angetriebene Variante als auch für die alternativ dazu mittels des elektromotorischen Antriebs angetriebene Variante des Fahrzeugs gleichen Karosserie bekannt, bei der eine von der Karosserieaußenseite her zugängliche und von einem Deckel verschließbare Karosserieöffnung vorgesehen ist, in der beim elektromotorischen Antrieb anstelle eines Tankeinfüllstutzens eine Ladesteckdose angeordnet ist. Dabei ist eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, mit der entweder der Deckel oder ein in die Ladesteckdose eingeführter Ladestecker gegen Entnahme verriegelbar ist, indem ein Riegel in eine Halteöffnung am Deckel oder am Ladestecker eingreift.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Ladevorrichtung sowie ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu schaffen, das flexibler an unterschiedliche Infrastrukturen anpassbar ist.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst die Ladevorrichtung zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mindestens eine, erste und eine zweite Ladedose zum jeweiligen Einführen eines Steckers, wobei die beiden Ladedosen mit einem Ladenetzverteiler verbunden sind und über die beiden Ladedosen mit der gleichen Spannungsart geladen werden kann, wobei Mittel vorgesehen sind, die ein gleichzeitiges Laden über die beiden Ladedosen mit der gleichen Spannungsart verhindern. Somit können die Ladedosen an verschiedene Netzinfrastrukturen angepasst werden, so dass die Ladevorrichtung mit den verschiedensten externen Ladeeinrichtungen arbeiten kann. Dies erlaubt insbesondere eine höhere Flexibilität bei grenzüberschreitenden Fahrten, da häufig die Ladeinfrastrukturen länderindividuell sind. Unter Spannungsarten wird dabei Gleichspannung oder Wechselspannung verstanden. Dabei können erfindungsgemäß zwei Ladedosen für Gleichspannung oder zwei Ladedosen für Wechselspannung vorgesehen sein, aber auch die Verwendung mindestens einer kombinierten Wechsel- und Gleichspannungs-Ladedose. Gleichzeitig wird verhindert, dass beide Ladedosen nicht gleichzeitig mit der gleichen Spannungsart laden, da dies zu Verpolungen und Kurzschlüssen führen könnte.
  • In einer Ausführungsform sind in dem Ladenetzverteiler Umschaltmittel vorgesehen, die jeweils nur eine Ladedose zum Ausgang des Ladenetzverteilers durchschalten. Die Umschaltmittel sind dabei vorzugsweise Relais. Dabei wird vorzugsweise am Eingang des Ladenetzverteilers erfasst, an welchem Spannungseingang Spannung anliegt und das entsprechende Relais geschaltet. Wird dann später auch in die andere Ladedose ein Stecker gesteckt, so ändert dies nichts an der Verschaltung, solange der andere Spannungseingang noch spannungsführend ist. Somit wird zuverlässig ein Kurzschluss der externen Spannungsquelle verhindert.
  • In einer weiteren Ausführungsform, die alternativ oder kumulativ zu den Umschaltmitteln im Ladenetzverteiler zur Anwendung kommen kann, ist den Ladedosen eine mechanische Verriegelung zugeordnet, die ein Stecken eines Steckers in die Ladedose verhindert, wobei die Verriegelungen derart ausgebildet sind, dass die beiden Verriegelungen nicht gleichzeitig entriegelt sind. Somit ist sichergestellt, dass jeweils immer nur ein Stecker gesteckt sein kann.
  • in einer weiteren Ausführungsform ist den Ladedosen eine Eingabeeinheit oder eine Sensorik zugeordnet, mittels derer ein beabsichtigter Steckvorgang sensierbar ist. Erfasst dann der Sensor oder die Eingabeeinheit einen beabsichtigten Steckvorgang, so wird die Verriegelung der einen Ladedose entriegelt und die der anderen bleibt verriegelt. Somit existiert kein Zustand, wo jeweils beide Ladedosen entriegelt sind. Die Eingabeeinheit kann beispielsweise Bestandteil einer Multifunktionsbedieneinrichtung im Innern des Kraftfahrzeugs sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist den Ladedosen jeweils eine verriegelbare Ladeklappe zugeordnet.
  • Alternativ kann die Verriegelung als Bolzen ausgebildet sein, der im ausgefahrenen Zustand mechanisch ein Einstecken eines Steckers verhindert.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Ladedose als kombinierte AC/DC-Ladedose ausgebildet, über die gleichzeitig sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung zum Laden benutzt werden kann. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass die kombinierte Ladedose auch nur mit Gleichspannung als auch nur mit Wechselspannung betrieben werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist den Verriegelungen der Ladedosen ein gemeinsames Steuergerät zur Verriegelung bzw. Entriegelung zugeordnet, das somit sicherstellt, dass jeweils immer nur eine Ladedose entriegelt ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ladevorrichtung mit zwei Ladedosen für Gleichspannung,
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ladevorrichtung mit zwei Ladedosen für Wechselspannung,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Ladenetzverteilers für die Ausführungen gemäß 1 und 2,
  • 4 ein schematisches, Blockschaltbild einer Ladevorrichtung mit einer kombinierten AC/DC-Ladedose,
  • 5 ein schematisches Blockschaltbild einer Ladevorrichtung mit mechanischer Verriegelung mittels eines Bolzens und
  • 6 ein schematisches Blockschaltbild einer Ladevorrichtung mit mechanischer Verriegelung mittels einer Ladeklappe.
  • In der 1 ist eine Ladevorrichtung 1 dargestellt, umfassend eine erste Ladedose 2 und eine zweite Ladedose 3. Die beiden Ladedosen 2, 3 sind dafür ausgebildet, jeweils einen Stecker aufzunehmen, mittels derer eine externe Ladeeinrichtung angeschlossen werden kann. Die beiden Ladedosen 2, 3 sind als Ladedosen 2, 3 für Gleichspannung ausgebildet. Die Plus- und Minusanschlüsse der beiden Ladedosen 2, 3 sind mit einem Ladenetzverteiler 4 verbunden, dessen Ausgänge 5.1 und 5.2 direkt oder über einen DC/DC-Wandler mit einer Traktionsbatterie 6 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs verbunden sind.
  • In der 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der die Ladedosen 2, 3 als Ladedosen 2, 3 für Wechselspannung ausgebildet sind. Ein weiterer Unterschied ist, dass zwischen den Ausgängen 5.1, 5.2 des Ladenetzverteilers 4 und der Traktionsbatterie 6 ein Gleichrichter 7 angeordnet ist.
  • Mittels des Ladenetzverteilers 4 wird dabei sichergestellt, dass jeweils nur eine Ladedose 2, 3 mit der Traktionsbatterie 6 bzw. dem Gleichrichter 7 verbunden ist, so dass Verpolungen oder Kurzschlüsse zwischen verschiedenen externen Ladeeinrichtungen zuverlässig verhindert werden.
  • In der 3 ist der Ladenetzverteiler 4 schematisch dargestellt. Der Ladenetzverteiler 4 umfasst vier Eingänge und zwei Ausgänge 5.1 und 5.2. Dabei sind die Eingänge 2+ und 2– der ersten Ladedose 2 und die Eingänge 3+ und 3– der zweiten Ladedose 3 zugeordnet. In dem Ladenetzverteiler 4 sind Umschaltmittel 8.1, 8.2 angeordnet, die beispielsweise als Relais ausgebildet sind. Mittels des Umschaltmittels 8.1 wird entweder der Eingang 2+ oder 3+ auf den Ausgang 5.1 geschaltet. Entaprechend wird mittels des Umschaltmittels 8.2 entweder der Eingang 2– oder 3– auf den Ausgang 5.2 geschaltet. Dabei sind die Umschaltmittel 8.1, 8.2 synchronisiert, d. h. diese schalten zwangsweise in die gleiche Richtung. Ist also das Umschaltmittel 8.1 in der Stellung um den Eingang 2+ durchzuschalten, so ist das Umschaltmittel 8.2 zwangsweise in der Stellung, um den Eingang 2– durchzuschalten. Durch die Umschaltmittel 8.1, 8.2 wird somit in dem Ladenetzverteiler 4 sichergestellt, dass jeweils nur eine Ladedose 2, 3 durchgeschaltet wird. Bei Ausführungsformen für Ladedosen 2, 3 für Wechselspannung sind dabei entsprechend der Anzahl der Phasen mehr Ein- und Ausgänge vorhanden. Weiter sei angemerkt, dass vorzugsweise Mittel vorgesehen sind, mittels derer erfassbar ist, an welchen Eingängen Spannung anliegt, wobei die Umschaltmittel 8.1, 8.2 in Abhängigkeit der anliegenden Spannung geschaltete werden.
  • In 4 ist schematisch eine Abwandlung der Ladevorrichtung 1 gemäß 1 dargestellt. Der Unterschied besteht darin, dass die Ladedose 3 eine kombinierte AC/DC-Ladedose ist, also sowohl Anschlüsse zum Laden mit Gleichspannung als auch Anschlüsse zum Laden mit Wechselspannung. Ist nun die Ladedose 2 wieder eine Gleichspannungsanschlussdose, so werden die Gleichspannungen der beiden Ladedosen 2, 3 wieder über den Ladenetzverteiler 4 wahlweise durchgeschaltet. Die Wechselspannungsanschlüsse der Ladedose 3 werden hingegen direkt auf den Gleichrichter 7 geführt. Es ist also möglich, das AC-Laden durch die Ladedose stets zuzulassen bzw. auch unabhängig von einem Gleichspannungsladen zu ermöglichen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass Relais oder andere Schaltelemente zwischen der Ladedose 3 und dem Gleichrichter 7 bzw. dem Gleichrichter 7 und der Traktionsbatterie 6 angeordnet sind, die parallel mit den Umschaltmitteln 8.1, 8,2 geschaltet werden. In diesem Fall ist eine Ladung mit Wechselspannung nur möglich, wenn gleichzeitig aus der gleichen Ladedose mit Gleichspannung geladen wird. Prinzipiell ist es auch möglich, dass beide Ladedosen 2, 3 kombinierte AC/DC-Ladedosen sind. In diesem Fall liegt eine Kombination der Ausführungen gemäß 1 und 2 vor und der Ladenetzverteiler 4 muss sowohl die Gleichspannungs- als auch die Wechselspannungseingänge der beiden Ladedosen 2, 3 über Umschaltmittel selektiv durchschalten.
  • In den 5 und 6 sind alternative Ausführungsformen der Ladevorrichtung 1 dargestellt, wobei die Trennung nicht im Ladenetzverteiler 4 stattfindet, sondern durch eine mechanische Verriegelung der Ladedosen 2, 3. In der Ausführungsform gemäß 5 besteht die mechanische Verriegelung aus einem Bolzen 9. Dabei ist jede Ladedose 2, 3 mit einem Bolzen 9 und einem Sensor 10 ausgebildet, die alle mit einem Steuergerät 11 verbunden sind. Die Ein- und Ausgänge des Ladenetzverteilers 4 sind fest verdrahtet. Im Ausgangszustand sind beide Bolzen 9 der beiden Ladedosen 2, 3 ausgefahren und verhindern so ein Einstecken eines Steckers in die Ladedosen 2, 3. Soll nun das Fahrzeug geladen werden und nähert sich ein Stecker der Ladedose 2, so wird dieses beabsichtigte Einstecken von dem zugehörigen Sensor 10 erfasst. Der Sensor 10 kann beispielsweise als Kamera oder als Annäherungssensor ausgebildet sein. Das Steuergerät 11 überprüft, ob die andere Ladedose 3 verriegelt ist. Ist dies der Fall, steuert das Steuergerät 11 den Bolzen 9 der Ladedose 2 an, so dass dieser eingefahren wird. Die Ladedose 2 ist nun entriegelt und die Ladedose 3 bleibt verriegelt, was in 5 dargestellt ist. Durch die mechanische Verriegelung wird somit sichergestellt, dass immer jeweils nur ein Stecker in die Ladedose 2 oder die Ladedose 3 gesteckt werden kann. Ergänzend sei nur angemerkt, dass, wenn die Ladedosen 2, 3 für Wechselspannung ausgelegt sind, sich an dem prinzipiellen Aufbau nichts ändert, sondern nur mehr Eingänge und Ausgänge am Ladenetzverteiler 4 sind und zwischen dem Ladenetzverteiler 4 und der Traktionsbatterie 6 der Gleichrichter 7 zusätzlich angeordnet ist.
  • In der 6 ist eine alternative Ausführungsform mit Ladeklappen 12 anstelle der Bolzen 9 dargestellt, wobei es jedoch prinzipiell auch möglich ist, die beiden Verriegelungen Bolzen 9 und Ladeklappe 12 zu kombinieren. Dabei ist dargestellt, dass die Ladeklappe 12 der Ladedose 2 entriegelt und die Ladeklappe 12 der Ladedose 3 verriegelt ist. Aus Übersichtsgründen ist das Steuergerät 11 nicht dargestellt.
  • 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 102007002025 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Ladevorrichtung (1) zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, umfassend eine Ladedose (2) zum Einführen eines Steckers, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Ladedose (3) vorgesehen ist, wobei die beiden Ladedosen (2, 3) mit einem Ladenetzverteiler (4) verbunden sind und über die beiden Ladedosen (2, 3) mit der gleichen Spannungsart geladen werden kann, wobei Mittel vorgesehen sind, die ein gleichzeitiges Laden über die beiden Ladedosen (2, 3) mit der gleichen Spannungsart verhindern.
  2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem. Ladenetzverteiler (4) Umschaltmittel (8.1, 8.2) vorgesehen sind, die jeweils nur eine Ladedose (2, 3) zum Ausgang (5.1, 5.2) des Ladenetzverteilers (4) durchschalten.
  3. Ladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel (8.1, 8.2) als Relais ausgebildet sind.
  4. Ladevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; dass den Ladedosen (2, 3) eine mechanische Verriegelung zugeordnet ist, die ein Stecken eines Steckers in die Ladedose (2, 3) verhindert, wobei die Verriegelungen derart ausgebildet sind, dass die beiden Verriegelungen nicht gleichzeitig entriegelt sind.
  5. Ladevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Ladedosen (2, 3) eine Eingabeeinheit oder eine Sensorik (10) zugeordnet ist, mittels derer ein beabsichtigter Steckvorgang sensierbar ist.
  6. Ladevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Ladedosen (2, 3) eine verriegelbare Ladeklappe (12) zugeordnet ist.
  7. Ladevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelung als mindestens ein Bolzen (9) ausgebildet ist.
  8. Ladevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ladedose (3) als kombinierte AC/DC-Ladedose ausgebildet ist,
  9. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Verriegelungen ein gemeinsames Steuergerät (11) zur Verriegelung bzw. Entriegelung zugeordnet ist.
  10. Verfahren zum elektrischen Laden eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mittels mindestens einer ersten und einer zweiten Ladedose (2, 3), wobei die beiden Ladedosen (2, 3) mit einem Ladenetzverteiler (4) verbunden sind und über die beiden Ladedosen (2, 3) mit der gleichen Spannungsart geladen werden kann, wobei Mittel vorgesehen sind, die ein gleichzeitiges Laden über die beiden Ladedosen (2, 3) mit der gleichen Spannungsart verhindern.
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