DE102012103208A1

DE102012103208A1 - Verfahren zum Betreiben einer Ladeanschlussvorrichtung für Elektrofahrzeuge sowie entsprechende Ladeanschlussvorrichtung

Info

Publication number: DE102012103208A1
Application number: DE102012103208A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Weidinger
Original assignee: Keba AG
Current assignee: Keba AG
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013152376A2; WO2013152376A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladeanschlussvorrichtung (1) für Elektrofahrzeuge (V), wobei über wenigstens eine erste Schnittstelle (10) elektrische Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladeanschlussvorrichtung (1) eingespeist wird, und über wenigstens eine zweite, eine Steckbuchse (14) umfassende Schnittstelle (12), an welcher Steckbuchse (14) ein korrespondierender Stecker (P1) mitsamt Ladekabel (C) zu einem Elektrofahrzeug (V) bedarfsweise anschließbar und lösbar ist, elektrische Energie an ein Elektrofahrzeug (V) abgegeben wird. Mittels einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten (2) in der Ladeanschlussvorrichtung (1) wird dabei die aufgenommene und/oder abgegebene elektrische Energie geschaltet, gemessen und überwacht. Erfindungsgemäß wird von der Ladeanschlussvorrichtung (1) die Strombelastbarkeit eines daran angeschlossenen Ladekabels (C) ermittelt. Von der Ladeanschlussvorrichtung (1) wird dann eine Stromübertragung über das Ladekabel (C) unterbrochen, wenn die Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) überschritten wird. Zudem ist eine entsprechend ausgebildete Ladeanschlussvorrichtung (1) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Ladeanschlussvorrichtung für Elektrofahrzeuge, sowie eine entsprechend ausgebildete Ladeanschlussvorrichtung, wie dies in den Ansprüchen 1 und 19 angegeben ist.
Es ist allgemein bekannt, dass zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges ein solches Fahrzeug für eine gewisse Zeit abgestellt und mit einer elektrischen Energiequelle, üblicherweise dem örtlich vorhandenen Stromnetz, elektrisch verbunden wird. Moderne elektrische Fahrzeuge haben dabei mittlerweile eine akzeptable Reichweite von mehreren 100km, die mit einem voll aufgeladenen Energiespeicher zurückgelegt werden können, und weiters eine entsprechend hohe Antriebsleistung in der Größenordnung von 100kW, was eine komfortable und rasche Fortbewegung ermöglicht.
Im Vergleich zu Fahrzeugen, welche Verbrennungskraftmaschinen für den Antrieb nutzen und während nur sehr kurzer Stillstandszeit in der Regel mit einem flüssigen oder gasförmigen Energieträger betankt werden, dauert der Ladevorgang der heute für Elektrofahrzeuge üblichen elektrochemischen Energiespeicher relativ lange. Um die Einsatzzeit bzw. Verfügbarkeit eines elektrischen Fahrzeuges zu verbessern, wird daher danach getrachtet, die Ladezeit möglichst kurz zu halten, wofür jedoch während dem Ladevorgang eine erhebliche elektrische Leistung benötigt wird. Diese muss vom elektrischen Netz bezogen, typischerweise über die Ladeelektronik im Fahrzeug umgewandelt und schließlich in den Energiespeicher des Fahrzeuges übertragen werden. Die Größenordnung der Ladeleistung liegt heute im Bereich bis zu etwa 22kW und ist damit deutlich höher als die elektrische Leistung, die beispielsweise von einer üblichen Haushaltssteckdose bezogen werden kann. Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge stellen also im Vergleich zu anderen in Haushalten üblichen, elektrischen Verbrauchern durchaus Großverbraucher dar. Selbst wenn ein Stromanschluss mit prinzipiell ausreichend hoher elektrischer Anschlussleistung zur Verfügung steht, kann es aufgrund der Gesamtbelastung in Teilen des Stromnetzes zu zeit- oder situationsabhängigen Einschränkungen bei der tatsächlich verfügbaren Leistung kommen.
Für den Ladevorgang elektrischer Kraftfahrzeuge – soweit es sich nicht um Kleinfahrzeuge in der Art eines Elektrofahrrades oder um Vergleichbares handelt – sind daher spezielle Ladeanschlussvorrichtungen erforderlich oder zumindest zweckmäßig, welche im Gegensatz zu einer herkömmlichen Steckdose nicht nur eine entsprechend hohe elektrische Anschlussleistung bereitstellen bzw. übertragen können, sondern auch zusätzliche Kommunikationsmittel aufweisen, mit denen die Ladeelektronik eines angeschlossenen Fahrzeuges die tatsächlich jeweils beziehbare Ladeleistung ermitteln kann bzw. auf die aktuelle Netzsituation reagieren kann, ohne das Netz bzw. die Zuleitung zu überlasten und damit eine Abschaltung zu verursachen. Weiters sind in solchen Ladeanschlussvorrichtungen eine Reihe von Sicherheitseinrichtungen implementiert, beispielsweise eine Sperrvorrichtung, die ein unbefugtes Abstecken oder ein Abstecken unter Volllast mit entsprechender Lichtbogenbildung verhindert. Die entsprechenden Ladeanschlussvorrichtungen sorgen typischerweise auch dafür, dass beim Auftreten von Fehlerströmen, oder im Vorfeld einer drohenden Überlastung der elektrischen Komponenten in der Ladeanschlussvorrichtung und fallweise bei unzulässigen Rückspeiseströmen abgeschaltet bzw. entsprechend signalisiert wird.
Solche Ladeanschlussvorrichtungen können darüber hinaus Mittel zur Autorisierung des Energiebezugs beinhalten, beispielsweise via einen kodierten RFID-Transponder oder via einen Schlüsselschalter, oder technische Mittel umfassen, um den Benutzer zu identifizieren bzw. um Informationen für Verrechnungszwecke zu erfassen und gegebenenfalls diese Daten über datentechnische Netzwerkverbindungen mit zentralen Clearing-Stellen auszutauschen. Weiters können solche Ladeanschlussvorrichtungen auch Mittel zur Messung und Überwachung der übertragenen Leistung, des Stromes, oder der Energiemenge beinhalten. Der Stromanschluss, sowohl netzseitig als auch fahrzeugseitig, ist aufgrund der hohen zu übertragenden Leistung in der Regel als dreiphasiger bzw. mehrphasiger Starkstromanschluss mit entsprechend großen Leitungsquerschnitten von typisch 4 bis 6 mm², fallweise aber auch mit bis zu 16 mm² ausgeführt. Zweckmäßigerweise sind die Ladeanschlussvorrichtungen in unmittelbarer Nähe zu den Abstellplätzen der jeweiligen Elektrofahrzeuge installiert, wobei es sich üblicherweise um Garagen, Tiefgaragen, überdachte Parkflächen und dergleichen handelt, welche privat, fallweise aber auch öffentlich zugänglich oder zumindest für eine größeren Personenkreis zugänglich sein können.
Derartige Ladeanschlussvorrichtungen werden beispielsweise in den Druckschriften US 4,532,418 A , DE 42 13 414 C2 , FR 2 766 950 A1 , JP 11-122714 A , US 6,362,594 B2 , WO 2007/141543 A2 , WO 2010/011545 A1 , WO 2010/133959 A2 und AT 507 605 A1 beschrieben.
Das Gehäuse solcher Ladeanschlussvorrichtungen muss dabei die hantierenden Personen vor dem Kontakt mit spannungsführenden Teilen im Innenraum bzw. vor lebensgefährlichen Stromschlägen schützen. Darüber hinaus schützt das Gehäuse die innenliegenden elektrischen und elektronischen Komponenten vor mechanischer Beschädigung sowie Schmutz und Feuchtigkeit und weiteren im Umfeld von Fahrzeugen zu erwartenden Stoffen, wie beispielsweise Streusalz oder vergleichbar wirkende Auftaumittel, und stellt damit deren dauerhaft zuverlässige Funktion sicher.
Die Betriebssicherheit solcher Ladeanschlussvorrichtung ist vor allem aufgrund der hohen elektrischen Leistungen, welche über gattungsgemäße Ladeanschlussvorrichtungen bereitgestellt bzw. übertragen werden, ein wichtiges Kriterium. Im Hinblick auf die hohen elektrischen Ströme kann es im Fehlerfall relativ rasch zu thermischen Überlastungen bzw. zu Brandgefahr und im schlechtesten Fall sogar zu Bränden kommen. Bei den relativ lange andauernden und normalerweise unbeobachteten Ladevorgängen der Energiespeicher von Elektrofahrzeugen wird die Betriebssicherheit der Ladevorgänge zum Großteil durch die in den diversen Elektrofahrzeugen jeweils verbaute Ladeelektronik gewährleistet, deren Betriebs- bzw. Funktionssicherheit unter anderem vom jeweiligen Hersteller bzw. Anbieter abhängig ist. In den typischen Ladeanschlussvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, welche einem Elektrofahrzeug elektrisch vorgeschaltet werden, sind – wenn überhaupt – elektromechanische, thermisch auslösende Leitungsschutzschalter verbaut, welche vor einer Überlastung der Zuleitung zur Ladeanschlussvorrichtung schützen sollen, sofern eine in einem vorgeordneten elektrischen Energieverteiler normalerweise angeordnete Leitungsschutzvorrichtung nicht vorhanden ist oder aufgrund eines Fehlers nicht ansprechen sollte.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit, insbesondere die Überlastungs- bzw. Brandsicherheit eines Aufladesystems umfassend eine Ladeanschlussvorrichtung, an welcher eine Vielzahl von unterschiedlichen Elektrofahrzeugen mit integrierten Lademanagementsystemen anschließbar sind, zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein diesbezüglich verbessertes Aufladesystem bzw. eine entsprechende Ladeanschlussvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhaft ist dabei, dass die Sicherheit, insbesondere die Brandsicherheit des Aufladesystems, umfassend die Ladeanschlussvorrichtung und auch das Elektrofahrzeug selbst, deutlich erhöht werden kann. Insbesondere wird das von einem derartigen Aufladesystem ausgehende Gefahrenpotential in Bezug auf Verschmorungen oder thermische Überlastungen stark minimiert, da im Fehlerfall auf Seiten der fahrzeugseitigen Ladeelektronik bzw. des Lademanagementsystems im jeweiligen Elektrofahrzeug auch eine Überlastung des Ladekabels zwischen der Ladeanschlussvorrichtung und dem Elektrofahrzeug vermieden werden kann und somit sicherheitskritische bzw. thermisch bedenkliche Zustände hintan gehalten werden können. Nachdem die Ladeanschlussvorrichtung die Strombelastbarkeit eines daran angeschlossenen Ladekabels aktiv ermittelt bzw. überprüft, ist auch die elektrische Strecke zwischen der Ladeanschlussvorrichtung und dem Elektrofahrzeug besonders zuverlässig vor einer Stromüberlastung geschützt. Insbesondere wird dadurch das Risiko minimiert, dass das Elektrofahrzeug bzw. dessen Lademanagement ein fahrzeugseitig mitgeführtes oder leihweise benutztes Ladekabel überlastet. Je nach Fehlersicherheit der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges bzw. je nach Sicherheitsstufe der im Lademanagement implementierten Software bzw. Ablaufsteuerung kann es vor allem bei einer grundsätzlichen Anschlussmöglichkeit einer Vielzahl von Elektrofahrzeugen diverser Anbieter bzw. Hersteller mit erhöhter Sicherheit nicht zu sicherheitskritischen Zuständen kommen.
Insbesondere ist durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Absicherung des Ladekabels zum Elektrofahrzeug nicht mehr bloß von der fahrzeugseitigen Ladeelektronik bzw. von dessen softwaretechnisch implementiertem Lademanagement abhängig, sondern wird die Sicherheit des Aufladesystems, insbesondere des Ladekabels, auch durch die dem Elektrofahrzeug quasi vorgeschaltete Ladevorrichtung gewährleistet bzw. deutlich erhöht. Dies ist vor allem dann von besonderem Vorteil bzw. Nutzen, wenn die Ladeanschlussvorrichtung zwar eine genormte Abgangsschnittstelle, insbesondere Steckbuchse, zum bedarfsweisen bzw. wahlfreien Anstecken und Abstecken von Ladekabeln mit entsprechenden Steckern aufweist, die Ladekabel selbst jedoch unterschiedliche Stromtragfähigkeiten besitzen können. Bei fahrzeugseitig mitgeführten oder für eine vorübergehende Benutzung entliehenen Ladekabeln, welche für die von der fahrzeugseitigen Ladeelektronik abgerufene elektrische Leistungen nicht konzipiert sind, kann es daher mit erhöhter Zuverlässigkeit nicht mehr zu kritischen Überlastungsfällen kommen. Insbesondere wird dadurch in sicherheitstechnisch verbesserter Art und Weise dem Umstand begegnet, dass die maximale Strombelastbarkeit der Steckkupplungen von verfügbaren Ladekabeln höher sein kann, als die Strombelastbarkeit des bzw. der elektrischen Leiter bzw. Adern im Ladekabel.
Dementsprechend kann die Sicherheit des Aufladesystems beispielsweise auch dann gewährleistet werden, wenn die maximale Strombelastbarkeit der Steckbuchse an der Ladeanschlussvorrichtung und die maximale Strombelastbarkeit der damit korrespondierenden Steckkupplung am Ladekabel beispielsweise 32 Ampere beträgt, die Strombelastbarkeit des an dieser Steckkupplung angeschlossenen Ladekabels zum Elektrofahrzeug jedoch beispielsweise nur 13 Ampere oder 16 Ampere beträgt und außerdem die diesen Umstand normalerweise berücksichtigende Ladeelektronik im Elektrofahrzeug versagt bzw. durch einen Fehler darauf nicht reagiert bzw. darauf nicht Rücksicht nehmen sollte. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden derartige Fälle überwacht bzw. überprüft und damit die Sicherheit für das gesamte Aufladesystem, umfassend die Ladeanschlussvorrichtung und auch das Elektrofahrzeug, gesteigert. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Sicherheit für Personen und Sachwerte mit erhöhter Zuverlässigkeit gewährleistet werden.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 2, da dadurch als Abschaltkriterium für die Ladeanschlussvorrichtung der Strommittelwert innerhalb eines bestimmten Beobachtungszeitraumes berücksichtigt wird. Die Sicherheit des Systems kann dabei vor allem dann gewährleistet werden, wenn die Ladeanschlussvorrichtung den quadratischen Mittelwert der Strombelastung als Kriterium für die Abschaltung berücksichtigt bzw. auswertet, nachdem die thermische Beschädigungsgefahr bzw. die Erwärmung des Kabels in Abhängigkeit der am Innenwiderstand des Kabels entstehenden mittleren Verlustleistung und damit proportional zum quadratischen Mittelwert der Strombelastung ansteigt. Vor allem durch eine elektronische Auswertung bzw. Ermittlung der jeweiligen, momentan vorliegenden Strombelastung des Ladekabels wird die Sicherheit des Aufladesystems positiv beeinflusst.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 3, da dadurch das Ausmaß einer allfälligen Überlastung des Ladekabels ermittelt und berücksichtigt wird und in Abhängigkeit vom jeweiligen Überlastungsgrad eine rechtzeitige bzw. angepasste Abschaltung des Ladevorganges bzw. der Stromübertragung von Seiten der Ladeanschlussvorrichtung vorgenommen wird. Insbesondere führen dadurch relativ starke Überlastungszustände bzw. kurzschlussartige Strombelastungen des Ladekabels relativ rasch zu einer sicherheitstechnischen Abschaltung von Seiten der Ladeanschlussvorrichtung. Demgegenüber führen kurzzeitige bzw. impulsartige Stromspitzen, welche noch kein thermisches Risiko für das Ladekabel darstellen, noch nicht zu einer Unterbrechung des Ladevorganges, sodass die Verfügbarkeit der elektrischen Energie bzw. die Störungsfreiheit des Ladevorganges begünstigt wird. Die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 optimieren somit das Verhältnis zwischen Betriebssicherheit und Funktionsverfügbarkeit der Ladeanschlussvorrichtung.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 4, da dadurch eine Dynamik der jeweils vorherrschenden Strombelastung und die thermische Trägheit bzw. die Wärmekapazität des Ladekabels von der Ladeanschlussvorrichtung berücksichtigt wird und in Abhängigkeit des Überschreitungsgrades der nominalen Strombelastbarkeit des Ladekabels eine angepasste Abschaltung der Stromübertragung bzw. des Ladevorganges vorgenommen wird. Dadurch führen relativ geringfügige Überschreitungen der nominalen Strombelastbarkeit während einer relativ geringen Zeitdauer vergleichsweise später zu einer Abschaltung, als markante Überschreitungen der nominalen Strombelastbarkeit des Ladekabels. Die Verfügbarkeit des Ladevorganges bzw. der elektrischen Energie zur Aufladung der Energiespeicher im Elektrofahrzeug wird dadurch möglichst hoch gehalten. Demgegenüber wird bei Überschreitungen der Strombelastbarkeit des Ladekabels, welche relativ deutlich sind, einen raschen Temperaturanstieg verursachen und typischerweise auf einen Fehler hinweisen bzw. auf Fehlerzustände zurückzuführen sind, relativ rasch abgeschaltet, sodass keine Überlastungen bzw. thermischen Beeinträchtigungen des Ladekabels eintreten.
Bei den Maßnahmen gemäß Anspruch 5 ist von Vorteil, dass dadurch ein zuverlässiger bzw. sicherheitstechnisch optimierter Abschaltzeitpunkt, welcher eine drohende Überlastung des Ladekabels vermeidet, ermittelt und festgelegt werden kann. Insbesondere kann durch ein mathematisches Modell, welches die thermischen Verhältnisse bzw. Entwicklungen im Ladekabel berücksichtigt, der jeweilige Abschaltzeitpunkt in Abhängigkeit einer steigenden Strombelastung bestimmt werden. Folglich kann der tatsächliche Abschaltzeitpunkt von Seiten der Ladeanschlussvorrichtung kontinuierlich bzw. diskontinuierlich von der tatsächlichen Strom- und Temperaturbelastung des Ladekabels abhängig gemacht werden, sodass die Verfügbarkeit des Ladevorganges hoch ist und außerdem zu keiner Zeit ein sicherheitstechnisch kritischer Zustand vorliegt. Darüber hinaus können weitere Einflussfaktoren auf die Temperaturverhältnisse im Ladekabel, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur, bestimmt und in die Modellrechnung einbezogen werden. Durch eine technische Umsetzung in einer Steuer- und/oder Auswertevorrichtung innerhalb der Ladeanschlussvorrichtung kann dabei eine zuverlässige und besonders exakte Ermittlung des erforderlichen Abschaltzeitpunktes vorgenommen werden.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 6, da dadurch von Seiten der Ladeanschlussvorrichtung aktiv auf überlastungsbedingte Abschaltungen bzw. Unterbrechungen des Ladevorganges infolge eines Fehlers oder einer Überlastung des Ladekabels oder in der Ladeelektronik hingewiesen wird. Dementsprechende Fehler können somit rasch behoben bzw. quittiert werden. Insbesondere können dadurch entsprechende Gegenmaßnahmen, wie zum Beispiel ein Austausch des Ladekabels, rasch und unkompliziert vorgenommen werden. Darüber hinaus sind Unklarheiten in Bezug auf die jeweilige Fehler- bzw. Abschaltungsursache vermieden bzw. hintan gehalten.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 7, da dadurch eine einfache automatisierte Erfassung der Strombelastbarkeit des Ladekabels erfolgt. Benutzer- bzw. bedienerseitige Fehleingaben bzw. Fehleinstellungen werden dadurch ausgeschlossen. Außerdem wir durch diese automatische Erfassung der Stromtragfähigkeit des Ladekabels ein zeitaufwändiges Handling in Verbindung mit Bedienerschnittstellen bzw. Benutzereingaben vermieden.
Bei den Maßnahmen gemäß Anspruch 8 ist von Vorteil, dass dadurch eine relativ fehlerfreie, kontaktbehaftete Ermittlung der Strombelastbarkeit eines an der Ladeanschlussvorrichtung angesteckten Ladekabels ermöglicht ist. Insbesondere können unterschiedliche, ohmsche Widerstände, welche in Abhängigkeit zur jeweiligen Strombelastbarkeit des Ladekabels stehen, zur eindeutigen Identifizierung der maximal zulässigen Stromtragfähigkeit des Ladekabels vorteilhaft herangezogen werden.
Von Vorteil sind weiters die Maßnahmen gemäß Anspruch 9, da dadurch das in Bezug auf die Strombelastbarkeit jeweils schwächere Element, insbesondere die Ladeanschlussvorrichtung oder das Ladekabel, als Referenz für die fahrzeugseitige Ladeelektronik dient. So ist auch dann, wenn die Ladeanschlussvorrichtung grundsätzlich höhere Stromübertragungswerte aufweist bzw. für eine grundsätzlich höhere Strombelastung ausgelegt ist, das Aufladesystem am vergleichsweise schwächeren Element orientiert. Beispielsweise kann das vergleichsweise leistungsschwächere Element durch das Ladekabel gebildet sein, wobei sich dann das Aufladesystem an der Belastungsgrenze des Ladekabels orientiert. Vor allem dann, wenn eine fahrzeugseitig implementierte Erkennung der Strombelastbarkeit des Ladekabels fehlerhaft bzw. defekt ist, kann dadurch ein weiterhin betriebssicherer Ladevorgang bzw. eine sichere Abschaltung gewährleistet werden.
Darüber hinaus sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 10 vorteilhaft, da dadurch eine leitungs- bzw. drahtgebundene Kommunikation zwischen der Ladeanschlussvorrichtung und der Ladeelektronik im Elektrofahrzeug aufgebaut werden kann, welche besonders störsicher und funktionszuverlässig umsetzbar ist. Darüber hinaus können dadurch zusätzliche Komponenten für eine Funkübertragung erübrigt werden, sodass insgesamt eine möglichst kostengünstige Realisierung umsetzbar ist. Darüber hinaus kann durch die ohnehin leitungs- bzw. kabelgebundene Energieübertragung ausgehend von der Ladeanschlussvorrichtung in Richtung zum Elektrofahrzeug ein Synergieeffekt erzielt werden. Dies vor allem dann, wenn die datentechnischen Informationen auf wenigstens einer Energieleitung übertragen werden, insbesondere auf die energietechnische Netz- bzw. Versorgungsspannung aufmoduliert werden.
Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 11 kann eine besonders funktionszuverlässige bzw. fehlersichere Strommessung umgesetzt werden. Dabei werden im Gegensatz zu thermischen Abschaltsicherungen bzw. Schutzelementen, wie zum Beispiel Leitungsschutzschaltern, keine besonders intensiven, thermischen Aufheizungen des Innenraums des Gehäuses der Ladeanschlussvorrichtung verursacht. Dadurch kann die Ladeanschlussvorrichtung in vielen Fällen auch ohne aktive Kühlvorrichtungen bzw. ohne Lüftungsmaßnahmen betrieben werden. Dies ermöglicht einen relativ kompakten Aufbau der Ladeanschlussvorrichtung und gewährleistet darüber hinaus einen absolut geräuschlosen Betrieb der Ladeanschlussvorrichtung. Darüber hinaus kann durch die elektronische Erfassung und Auswertung bzw. Messung der durch die Ladeanschlussvorrichtung fließenden Ströme exakt auf die Strombelastung des Ladekabels Rückschluss gezogen werden. Außerdem können durch eine Erübrigung von thermischen Aufheizzeiten die Dynamik verbessert bzw. die Reaktionszeiten der Ladeanschlussvorrichtung verkürzt werden.
Bei den Maßnahmen gemäß Anspruch 12 ist von Vorteil, dass in Abhängigkeit der elektronischen Erfassungsergebnisse bzw. der elektronischen Messwerte in Bezug auf die jeweils vorliegende, tatsächliche Strombelastung, eine kontrollierte Stromunterbrechung bzw. eine zwangsweise Abschaltung des Ladevorganges vorgenommen werden kann. Insbesondere wird dadurch mit relativ hoher steuerungstechnischer Auswertungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit eine sichere Abschaltung der Stromübertragung auch dann gewährleistet, wenn ein Defekt auftritt bzw. die Ladeelektronik im Elektrofahrzeug eine unzulässige Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels verursachen würde.
Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 13 wird eine redundante Messung des Ladestroms für jeden der den Ladestrom tragenden Leiter des Ladekabels aufgebaut, wodurch die Fehlersicherheit des Ladesystems bzw. der Ladeanschlussvorrichtung verbessert werden kann. Insbesondere kann dadurch über die Stromsumme eine Plausibilisierung der gemessenen Ströme vorgenommen werden, da die Summe aller zu- und abfließenden Ströme in einem Knotenpunkt zu jedem Zeitpunkt Null ergeben muss. Bei Ausfall oder grober Ungenauigkeit eines Stromstärkendetektors, insbesondere eines Stromwandlers bzw. Shunts, kann dieser Fehler erkannt werden und darauf geeignet reagiert werden. Insbesondere kann infolge dessen eine Warnung, Störungsmeldung und/oder eine Abschaltung veranlasst werden. Diese Maßnahmen können dabei in Abhängigkeit vom Ausmaß des Fehlers vorgenommen werden. Damit steigt die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Abschaltung im Falle einer drohenden Überlastung des Aufladesystems, insbesondere des Ladekabels. Weiters kann selbst bei einer an sich untypischen, aber gerade vor dem sicherheitstechnischen Hintergrund dennoch nicht auszuschließenden unsymmetrischen Strombelastung eines mehrphasigen Ladekabels die tatsächliche gesamte Strombelastung und damit die thermische Beanspruchung relativ genau und zuverlässig ermittelt werden.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen nach Anspruch 14, da dadurch der Ladestrom von der Ladeelektronik im Elektrofahrzeug im Falle einer festgestellten Überschreitung soweit reduziert werden sollte, dass keine Überschreitung mehr vorliegt. Der entsprechende Vorteil liegt dabei darin, dass keine zwingende Abschaltung bzw. Unterbrechung des Ladevorganges erfolgt, wenn keine echte Fehlfunktion vorliegt, sondern nur kleine Ungenauigkeiten bei der Ladestromregelung der Ladeelektronik auftreten. Insbesondere führen dadurch unkritische Toleranzen bzw. kurzfristige Überschreitungen der nominalen Strombelastung nicht zu einer Abschaltung oder Unterbrechung des Aufladeprozesses.
Bei den Maßnahmen gemäß Anspruch 15 ist von Vorteil, dass dadurch insbesondere in Kombination mit der zwangsweisen Abschaltung über die Ladeanschlussvorrichtung, insbesondere über deren Hauptschütz, eine größere Zuverlässigkeit erreicht wird. Für den theoretischen Fall, dass ein Leitungsschutzschalter bzw. der Hauptschütz der Ladeanschlussvorrichtung nicht abschalten sollte, beispielweise hängen bleiben bzw. gewissermaßen kleben bleiben sollte, wird der Ladestrom dennoch von der Ladeelektronik des Elektrofahrzeugs zurückgefahren bzw. abgeschaltet. Die Sicherheit des Aufladesystems kann dadurch weiter gesteigert werden.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 16, da dadurch ein permanenter Abbruch des Ladevorganges vermieden werden kann, wenn kein Fehler bzw. keine dauerhafte Fehlfunktion im Aufladesystem vorliegt. Die Verfügbarkeit eines voll bzw. bestmöglich aufgeladenen Energiespeichers wird dadurch verbessert. Insbesondere bei marginalen Überschreitungen bzw. bei etwas zu knapp eingestellten Toleranzbereichen oder Messungenauigkeiten kann dadurch eine dauernde Unterbrechung bzw. Abschaltung des Ladevorganges vermieden werden. Das Zeitfenster bis zur automatischen Wiedereinschaltung kann entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform derart gewählt werden, dass eine gegebenenfalls eingetretene, leichte Erwärmung der Stromübertragungskomponenten bzw. des Ladekabels wieder abgeklungen ist, bevor eine automatische Wiedereinschaltung vorgenommen bzw. initiiert wird.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 17, da dadurch nach einem zwei- oder mehrmaligem, automatischen Wiedereinschaltungsversuch die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers im Aufladesystem relativ hoch ist und sodann weitere Versuche einer Wiederaufnahme des Ladevorganges unterbleiben. Die Gefahr von Beschädigungen bzw. von kritischen Zuständen wird dadurch weiter verringert. Darüber hinaus wird durch die Aktivierung von wenigstens einem Anzeige- oder Signalisierungsmittel auf eine Fehlersituation aktiv hingewiesen, wodurch die Störungsbehebung vereinfacht bzw. beschleunigt werden kann.
Darüber hinaus sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 18 vorteilhaft, da dadurch eine automatische Abschaltung bzw. Sperre vorgenommen wird, wenn die Strombelastbarkeit des Ladekabels nicht ermittelt werden kann, oder wenn unplausible Werte detektiert werden. Insbesondere kann dadurch eine fehlende oder beschädigte Kennung, insbesondere ein beschädigter oder manipulierter Messwiderstand, nicht zu kritischen Zuständen führen. Vor allem dann, wenn normierte, standardmäßige Ladekabel mit einer zulässigen Strombelastbarkeit von 13 Ampere, 20 Ampere oder 32 Ampere beschädigt oder manipuliert wurden, kann ein Gebrauch derselben automatisiert unterbunden werden. Auf derartigen Defekten oder Manipulation basierende Sicherheitsbeeinträchtigungen können durch die angegeben Maßnahmen also vermeiden bzw. hintan gehalten werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Ladeanschlussvorrichtung gemäß Anspruch 19 gelöst. Die damit erzielbaren technischen Effekte und vorteilhaften Wirkungen sind den vorhergehenden und den nachstehenden Beschreibungsteilen zu entnehmen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, beispielhafter Darstellung:
1 ein Aufladesystem umfassend eine Elektrofahrzeug und eine daran anschließbare, erfindungsgemäß betriebene Ladeanschlussvorrichtung;
2 die Ladeanschlussvorrichtung gemäß 1 in perspektivischer Ansicht auf die Gehäuserückseite;
3 die Ladeanschlussvorrichtung gemäß 1 in Explosionsdarstellung.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthal-tenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In den 1 bis 3 ist eine Ausführungsform einer Ladeanschlussvorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge V veranschaulicht, welche Ladeanschlussvorrichtung 1 erfindungsgemäß betrieben werden kann bzw. welche erfindungsgemäße Kontroll- und Steuerungsabläufe ausführen kann. Diese Ladeanschlussvorrichtung 1 ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers A eines elektrisch betreibbaren Fahrzeuges vorgesehen, indem die Ladeanschlussvorrichtung 1 mit dem Energiespeicher A bzw. der Ladeelektronik E des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladeanschlussvorrichtung 1 ist dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie zu verstehen, welche elektrische Energie in den wenigstens einen Energiespeicher A eines Elektrofahrzeuges V zu übertragen ist. Die Ladeanschlussvorrichtung 1 stellt vor allem dann, wenn die Ladeelektronik E fahrzeugseitig eingebaut ist, eine Art von intelligenter Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge V dar. Gegebenenfalls ist es auch möglich, der Ladeanschlussvorrichtung 1 eine Ladeelektronik zuzuordnen bzw. in die Ladeanschlussvorrichtung 1 eine Ladeelektronik zu integrieren, welche die eingangsseitig eingespeiste, elektrische Energie in eine für die Aufladung des Energiespeichers A im Elektrofahrzeug V adäquate bzw. angepasste Form umwandelt und bereitstellt.
Wie am besten aus 3 ersichtlich ist, umfasst die Ladeanschlussvorrichtung 1 eine Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten 2, welche von einem mehrteiligen Gehäuse 3 umschlossen sind. Unter diesen elektrotechnischen Komponenten 2 sind auch elektronische Komponenten bzw. Baugruppen zu verstehen. Die elektrotechnischen Komponenten 2 dienen dabei zum Schalten und/oder Verteilen und/oder Messen und/oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen, elektrischen Energie. Die elektrotechnischen Komponenten 2 können je nach Ausführungsform der Ladeanschlussvorrichtung 1 wenigstens eine Komponente ausgewählt aus der Bauteilgruppe umfassend Schütz 4, FI-Schutzschalter 5, Relais, Anschlussklemme 6, elektronischer Schaltkreis und dergleichen umfassen. Zu den elektrotechnischen Komponenten 2 zählen also auch elektronische Baugruppen. Die elektrotechnischen Komponenten 2 umfassen dabei zumindest eine sogenannte Printplatte bzw. Leiterplatte 7, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladeanschlussvorrichtung 1 bzw. im damit verbindbaren Elektrofahrzeug V angeordnet sind. Insbesondere ist eine Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 vorgesehen, welche zumindest teil-weise auf einer Leiterplatte 7 ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann die Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 wenigstens eine datentechnische Kommunikati-onsschnittstelle 9 – 3 – umfassen, über welche eine datentechnische Kommunikation der Steuer- und Auswertevorrichtung 8 bzw. der Ladeanschlussvorrichtung 1 mit peripheren, elektronischen bzw. elektrotechnischen Einheiten ermöglicht ist. Alternativ oder zusätzlich zu einer drahtgebundenen Kommunikationsschnittstelle 9 ist es selbstverständlich auch möglich, auf Funktechnologie basierende Kommunikationsschnittstellen vorzusehen.
Die Ladeanschlussvorrichtung 1 weist dabei wenigstens eine erste Schnittstelle 10 zur Zuführung bzw. Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz auf. Insbesondere wird der Ladeanschlussvorrichtung 1 via diese erste Schnittstelle 10 die zur Weiterleitung an ein angeschlossenes Elektrofahrzeug V benötigte, elektrische Energie zugeführt. Diese Schnittstelle 10 ist dabei als Leitungsschnittstelle ausgeführt, welche vorzugsweise zum Anschluss von Kabeladern vorgesehen ist. Um die typischerweise benötigte, elektrische Leistung zur bzw. in die Ladeanschlussvorrichtung 1 übertragen zu können, sind zumeist Kabelquerschnitte zwischen 4 bis 16 mm² vorgesehen. Die erste Schnittstelle 10 fungiert somit als Anschlussstelle für die elektrische Zuleitung. Die elektrische Energie wird dabei von einem einphasigen oder bevorzugt mehrphasigen Strom-versorgungsnetz mit standardisierter bzw. haushaltsüblicher Netzspannung bezogen, also beispielsweise im europäischen Raum in Höhe von 230 V AC bzw. 400 V AC. Beispielsgemäß erfolgt die Energiezuführung bzw. Stromzuleitung via wenigstens einen Durchbruch in der Gehäusedeckfläche 11 der Ladeanschlussvorrichtung 1. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Seitenwände bzw. die Rückwand und/oder die Bodenplatte des Gehäuses 3 mit wenigstens einer Kabeldurchführung für die elektrische Zuleitung zu versehen.
Die Ladeanschlussvorrichtung 1 umfasst darüber hinaus wenigstens eine zweite Schnittstelle 12, 13 zur gesteuerten bzw. kontrollierten Abgabe von elektrischer Energie an ein daran angeschlossenes Elektrofahrzeug V. Diese zweite Schnittstelle 12, 13 umfasst dabei wenigstens eine Steckbuchse 14. Zudem können Anschlussklemmen 6 – 3 – für wenigstens einen fixen Kabelabgang bzw. für die Kabelenden eines fix anschließbaren bzw. angeschlossenen Ladekabels (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Insbesondere umfasst die zweite Schnittstelle 12 der Ladeanschlussvorrichtung 1 wenigstens eine Steckbuchse 14, an welche eine Ladekabel C mit einem korrespondierenden Stecker P1 bedarfsweise anschließbar und auf Wunsch von der Ladeanschlussvorrichtung 1 wieder lösbar bzw. abkuppelbar ist. Mittels dem Ladekabel C und dem daran angeschlossenen Stecker P1 kann die von der Ladeanschlussvorrichtung 1 bereitgestellte bzw. jeweils verfügbare elektrische Energie an ein damit verbundenes Elektrofahrzeug V übertragen werden. Am zweiten Ende des Ladekabels C kann ein Stecker P2 vorgesehen sein, welcher mit einer korrespondierenden Steckbuchse am Elektrofahrzeug V bedarfsweise kuppelbar ist, um eine elektrische Leitungsverbindung zwischen der Ladeanschlussvorrichtung 1 und der Ladeelektronik E bzw. dem Energiespeicher A im Elektrofahrzeug V aufbauen zu können. Anstelle eines Steckers P2 für eine bedarfsweise An- und Abkopplung des Ladekabels C gegenüber dem Elektrofahrzeug V ist es auch möglich, dass das Ladekabel C fix bzw. permanent mit dem Elektrofahrzeug V bzw. mit dessen Ladeelektronik E verbunden ist. Insbesondere kann ein fahrzeugseitig eingebauter Aufroll- bzw. Aufnahmemechanismus für eine platzsparende und bequeme Unterbringung des Ladekabels C im Elektrofahrzeug V sorgen, wenn der Ladevorgang des Energiespeichers A abgeschlossen ist oder das Elektrofahrzeug V in Bewegung gesetzt werden soll. Bei der dargestellten Ausführung ist der Kabelabgang 15 der Ladeanschlussvorrichtung 1 mit einer Kabelhalterung – 1, 3 – kombiniert, um eine geordnete Halterung von Restlängen bzw. der Gesamtlänge des Verbindungs- bzw. Ladekabels C zu einem Elektrofahrzeug V zu ermöglichen.
Um die elektrotechnischen Komponenten 2 möglichst rasch bzw. einfach im Ge-häuse 3 unterbringen bzw. einbauen zu können, ist es zweckmäßig, wenn das Gehäuse 3 aus wenigstens einem ersten Gehäuseteil 16 und aus wenigstens einem weiteren Gehäuseteil 17 gebildet ist. Entsprechend der dargestellten, zweckmäßigen Ausführungsform ist das Gehäuse 3 als Wandgehäuse ausgeführt, wobei der erste Gehäuseteil 16 zumindest einen Teilabschnitt der Gehäusevorderseite 18 ausbildet und der weitere Gehäuseteil 17 zumindest einen Teilabschnitt der Gehäuserückseite 19 definiert. Das aus wenigstens einem ersten, beispielsgemäß frontseitigen Gehäuseteil 16 und aus wenigstens einem weiteren, beispielsgemäß rückseitigen Gehäuseteil 17 zusammengesetzte Gehäuse 3 stellt dabei in Verbindung mit wenigstens einem Abdichtungselement 20, 21 sicher, dass die darin eingebauten elektrotechnischen Komponenten 2 vor einer Berührung durch Personen sowie vor Feuchtigkeit und Schmutz geschützt sind. Gegebenenfalls kann – wie schematisch dargestellt – zumindest am ersten bzw. vorderen Gehäuseteil 16 wenigstens ein bedarfsweise lösbarer bzw. bedarfsweise aufklappbarer Deckel 22, 23 vorgesehen sein, mit welchem ein teilweiser Zugriff bzw. eine partielle Einsichtnahme in das Gehäuseinnere, beispielsweise auf einen FI-Schutzschalter 5 oder einen Leitungsschutzschalter, ermöglicht ist.
Zweckmäßig ist es, wenn zumindest der erste Gehäuseteil 16, welcher wenigstens Teilabschnitte der Gehäusevorderseite 18 definieren kann, als formgespritzter Kunststoff-teil 24 ausgebildet ist. Insbesondere kann zumindest der erste Gehäuseteil 16 durch einen mittels einem Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellten Formkörper gebildet sein. Zweckmäßigerweise kann auch der weitere Gehäuseteil 17 als formgespritzter Kunststoffteil 25 ausgeführt sein. Alternativ ist es auch möglich, den weiteren Gehäuseteil 17, welcher zumindest Teilabschnitte der Gehäuserückseite 19 ausbildet, aus Metall oder aus einer Kombination von metallischen Werkstoffen und aus Kunststoff auszuführen. Es kann aber auch der erste bzw. frontseitige Gehäuseteil 16 aus metallischen Elementen, beispielsweise Schraub-Inserts oder Druckverteilungselemente, in Verbindung mit Kunststoff-Wandabschnitten gebildet sein.
Der erste Gehäuseteil 16 und der weitere Gehäuseteil 17 bilden im plan- bzw. ordnungsgemäß zusammengesetzten Zustand einen Hohl- bzw. Innenraum zur Aufnahme der elektrotechnischen Komponenten 2 aus. Zweckmäßig ist es dabei, wenn der die Gehäuserückseite 19 definierende, weitere Gehäuseteil 17 schalenartig ausgeführt ist und die Gehäuserückwand 26 mit entlang von dessen Umfangsabschnitt verlaufenden Wandstegen 27 umfasst. Insbesondere bei einer rechteckigen Umrissform der Gehäuserückwand 26 sind vier entlang von dessen Umfangsabschnitt verlaufende Wandstege 27 ausgebildet, sodass ein schalenartiger Gehäuseteil 17 gebildet ist. Zweckmäßigerweise ist auch der die Gehäusevorderseite 18 definierende, erste Gehäuseteil 16 zumindest abschnittsweise schalen- oder deckelartig ausgeführt, wobei dieser erste Gehäuseteil 16 zumindest Teilabschnitte einer Gehäusefrontwand 28 der Ladeanschlussvorrichtung 1 ausbilden kann. Diese Gehäusefrontwand 28 ist dabei von einem Benutzer bzw. Bediener der Ladeanschlussvorrichtung 1 unmittelbar einseh- und zugreifbar. Die Gehäusefrontwand 28 weist gemäß der dargestellten, zweckmäßigen Ausführungsform entlang von dessen Umfangsabschnitt verlaufende Wandstege 29 auf, um den zumindest teilweise schalenartigen, ersten Gehäuseteil 16 zu definieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stellt der erste Gehäuseteil 16 eine Kombination aus schalen- und deckelartigem Element in Bezug auf das an der Gehäuserückseite 19 vorgesehene, weitere Gehäuseteil 17 dar. Eine Trenn- bzw. Fügeebene zwischen dem ersten und dem weiteren Gehäuseteil 16, 17 ist vorzugsweise parallel zur Gehäusefrontwand 28 bzw. zur Gehäusevorderseite 18 ausgerichtet. Innerhalb dieser Trenn- bzw. Fügeebene ist wenigstens ein Abdichtungselement 20 vorgesehen, wie dies am besten aus 3 ersichtlich ist.
Zweckmäßig ist es dabei, wenn zumindest der festigkeitsrelevante, erste Gehäu-seteil 16, gegebenenfalls aber auch der weitere Gehäuseteil 17, zumindest ab-schnittsweise, insbesondere im Bereich der Kanten von einem käfig-, schalen- oder haubenartigen Verkleidungselement 30 überdeckt ist. Dieses Verkleidungs-element 30 ist dabei als partielle Überdeckung für Oberflächenabschnitte des ersten und/oder weiteren Gehäuseteils 16, 17 vorgesehen. Das Verkleidungselement 30 kann dabei wenigstens einen Durchbruch 31 aufweisen, über welchen ein Teilabschnitt des ersten Gehäuseteils 16 zugreifbar bzw. freigestellt ist. Insbesondere wird durch diesen Durchbruch 31 ein Teilabschnitt der Gehäusevorderseite 18 gebildet bzw. ein Oberflächenabschnitt des ersten Gehäuseteils 16 für einen direkten Zugriff auf dessen Oberfläche freigestellt. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Gehäusefrontwand 28 im zusammengebauten Zustand des Gehäuses 3 im Wesentlichen bündig mit den Begrenzungskanten des Durchbruches 31 im Verkleidungselement 30 abschließt, wie dies am besten aus 1 ersichtlich ist.
Wie am besten aus 3 ersichtlich ist, können entsprechend einer zweckmäßigen Ausführung zwischen der Innenseite 32 des Verkleidungselementes 30 und der Oberseite 33 des ersten Gehäuseteils 16 zumindest abschnittsweise Zwischenräume 34, 35, 36 ausgebildet sein. Während die Zwischenräume 34, 35 unter anderem Spielraum für Designvariationen des Gehäuses 3 bieten bzw. elastische Pufferzonen für erhöhte Robustheitsanforderungen darstellen, kann wenigstens ein Zwischenraum 36 – 3 – zwischen dem Verkleidungselement 30 und dem ersten Gehäuseteil 16 als Aufnahmeraum für hinter dem Verkleidungselement 30 verdeckt positionierte Klappen bzw. Deckel 22, 23 fungieren, wie dies am besten aus 3 ersichtlich ist. Durch einfaches Abnehmen des relativ filigran ausgebildeten Verkleidungselementes 30 – 1 – vom festigkeitsrelevanten Grundgehäuse umfassend den ersten und den weiteren Gehäuseteil 16, 17 besteht dann uneingeschränkter Zugriff auf ein bevorzugt werkzeuglos verstellbares Klappen- bzw. Deckelelement 22 für die Betätigung oder Rückstellung eines FI-Schutzschalters 5 bzw. auf einen durch Schrauben befestigten Deckel 22 zum örtlich begrenzten Zugriff auf ein Netzanschlussfach im Gehäuse 3 bzw. auf die erste Schnittstelle 10 mit den Anschlussklemmen für eine elektrische Zuleitung aus dem örtlichen Stromversorgungsnetz.
Bei der gezeigten Ausführungsform einer Ladeanschlussvorrichtung 1 mit einer in der Gehäusevorderseite 18 eingebauten Steckbuchse 14 kann im ersten Gehäuseteil 16 ein Durchbruch 37 ausgebildet sein, durch welchen die Steckbuchse 14 zumindest abschnittsweise in das Gehäuseinnere ragt, während deren Buchsenöffnung mit den elektrischen Steckkontakten ausgehend von der Gehäusevorderseite 18 zugreifbar ist. Die Steckbuchse 14 ist dabei einerseits durch die Randabschnitte um den Durchbruch 37 festgelegt und demzufolge am ersten, vorzugsweise aus Kunststoff gebildeten Gehäuseteil 16 lastabtragend gehaltert, wie dies unter anderem aus den 1 und 3 ersichtlich ist. Vor allem dann, wenn die Ladeanschlussvorrichtung 1 eine mittels dem ersten Gehäuseteil 16 aus Kunststoff gehalterte Steckbuchse 14 aufweist, welche Steckbuchse 14 zu einem Stecker P1 am Ladekabel C eines Elektrofahrzeuges V kompatibel ist, kann es zweckmäßig sein, wenn der dem Gehäuseinneren zugewandte Abschnitt der Steckbuchse 14 zusätzlich von einem im Innenraum des Gehäuses 3 angeordneten Formteil 38 umgrenzt wird und/oder davon gestützt wird.
Insbesondere kann ein im Gehäuseinneren positioniertes Formteil 38 zur zusätzlichen Abstützung bzw. zur verbesserten, lastabtragenden Halterung der Steckbuchse 14 vorgesehen sein. Alternativ oder in Kombination zu dieser Stützfunktion des Formteils 38 kann der Formteil 38 auch einen Aufnahme- bzw. Anschlussbereich 39 für nicht dargestellte, elektrische Anschlussleitungen zur Steckbuchse 14 definieren bzw. begrenzen. Dieser beispielsgemäß hohlzylindrisch ausgebildete Aufnahme- bzw. Anschlussbereich 39 ermöglicht eine geordnete und elektrisch abgegrenzte bzw. besser isolierende Unterbringung der elektrischen Anschlusskabel an der Rückseite der Steckbuchse 14.
Die Ladeanschlussvorrichtung 1 umfasst wenigstens ein steuerungstechnisches Ausgabeelement 40 zur Signalisierung von Betriebszuständen der Ladeanschlussvorrichtung 1 bzw. zur Anzeige von Ladezuständen des Energiespeichers A im Elektrofahrzeug V bzw. zur Visualisierung von betriebsrelevanten Daten der Ladeanschlussvorrichtung 1 gegenüber einem Benutzer, insbesondere gegenüber einer Wartungs- bzw. Bedienperson. Dieses wenigstens eine Ausgabeelement 40 umfasst hierfür wenigstens ein visuell wahrnehmbares, optisches Anzeige- oder Signalisierungsmittel 41, mit welchem einer Person diverse Betriebszustände, wie zum Beispiele Ladezustände, Ladezeiten, Ladefortschritte, Störungszustände, Auswahlmöglichkeiten, Quittierungsaufforderungen oder dergleichen mitgeteilt werden können.
Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform umfasst das optische Ausgabeelement 40, insbesondere dessen Anzeige- oder Signalisierungsmittel 41, eine Mehrzahl von Leuchtdioden 42, wie dies am besten aus 3 ersichtlich ist. Beispielsgemäß ist eine Zeilenanordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden 42 vorgesehen, um eine Art von Leuchtbalken bzw. Leuchtsegmenten mit selektiv ansteuerbaren bzw. gezielt aktivierbaren Leuchtpunkten zu erzielen. Diese Leuchtdioden 42 ermöglichen vorzugsweise farblich unterschiedliche Signalisierungen. Selbstverständlich ist auch eine beliebige andere Anordnung von Leuchtdioden 42 oder demgemäßen, andersartigen Leuchtmitteln möglich. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Leuchtdioden 42 zur Bildung des optischen Anzeige- oder Signalisierungsmittels 41 von einer gemeinsamen Leiterplatte 43 getragen werden und mit dieser Leiterplatte 43 elektrisch verbunden bzw. elektrisch verschaltet sind. Die entsprechende Ansteuerung bzw. selektive Aktivierung von Leuchtdioden 42 dieses Anzeige- oder Signalisierungsmittels 41 erfolgt zumindest teilweise durch die Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 – 3 – der Ladeanschlussvorrichtung 1.
Zusätzlich zur Ausbildung von wenigstens einem optischen bzw. visuell erfassbaren Ausgabeelement 40 ist es selbstverständlich auch möglich, wenigstens ein akustisch wahrnehmbares Ausgabeelement, beispielsweise einen Summer, Lautsprecher oder dergleichen vorzusehen, um die Interaktion bzw. die insgesamt mögliche Informationsübermittlung an eine Bedienperson oder eine sonstige Person zu erweitern. Anstelle oder zusätzlich zu einem Anzeige- oder Signalisierungsmittel 41 mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden 42 ist es selbstverständlich auch möglich, ausreichend lichtstarke 7-Segmentanzeigen oder sonstige Displays vorzusehen.
Wesentlich ist, dass von der Ladeanschlussvorrichtung 1 die Strombelastbarkeit eines von einer Bedienperson wahlweise daran anschließbaren bzw. angeschlossenen Ladekabels C ermittelt wird und von der Ladeanschlussvorrichtung 1 eine Stromübertragung über das Ladekabel C unterbrochen wird, wenn die maximal zulässige Strombelastbarkeit des Ladekabels C überschritten wird. Durch den Umstand, dass an die Ladeanschlussvorrichtung 1 unterschiedliche Ladekabel C mit unterschiedlichen, maximal zulässigen Strombelastbarkeiten anschließbar sind, wird eine Überlastung des Ladekabels C auch dann vermieden, wenn die Ladeanschlussvorrichtung 1 aufgrund ihrer vergleichsweise leistungsfähigen Dimensionierung grundsätzlich höhere Ströme bereitstellen kann und die Ladeelektronik E die maximale Strombelastbarkeit des Ladekabels C ignorieren bzw. überschreiten sollte. Vor allem beim Anschluss von Elektrofahrzeugen V unterschiedlicher Hersteller, in welchen diverse Ladeelektroniken bzw. Lademanagementsysteme verbaut sind, ist die Überlastung eines bedarfsweise verwendbaren bzw. wahlweise anschließbaren Ladekabels C nicht völlig ausschließbar, durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen jedoch mit erhöhter Zuverlässigkeit bzw. Wahrscheinlichkeit vermeidbar. Durch die doppelte und unabhängig wirkende Absicherung gegen Stromüberlastung des Ladekabels C sowohl durch die Ladeelektronik E im Fahrzeug V als auch in der Ladeanschlussvorrichtung 1 wird Einfehlersicherheit erzielt, d.h. dass selbst bei Versagen einer der beiden Einrichtungen die Sicherheit gewährleistet ist.
Insbesondere aufgrund des Umstandes, dass eine standardisierte Steckbuchse 14 an der Ladeanschlussvorrichtung 1 und ein damit korrespondierender Stecker P1 deutlich höhere Strombelastungswerte aufweisen können, als das an den Stecker P1 angeschlossene Ladekabel C, ist eine thermische Überlastung des Ladekabels C und ein damit einhergehendes Risiko für Personen und Sachwerte zu minimieren bzw. bestmöglich zu vermeiden. Beispielsweise sind Ladekabel C verfügbar, welche einheitlich jeweils einen standardisierten Stecker P1 mit einer Strombelastbarkeit von bis zu 32 A aufweisen. Die daran angeschlossenen Ladekabel C können jedoch eine Strombelastbarkeit von beispielsweise nur 13 A oder 20 A aufweisen. Grundsätzlich muss die fahrzeugseitige Ladeelektronik E dafür Sorge tragen, dass solche Ladekabel C mit vorgegebener Strombelastbarkeit nicht überlastet werden. Ladekabel C mit einer maximal zulässigen Strombelastbarkeit, welche geringer ist, als die Höhe des über die Steckbuchse 14 bzw. von der Ladeanschlussvorrichtung 1 beziehbaren Stromes stellen jedoch ein potentielles Risiko dar, wenn die Strombegrenzung bzw. Stromüberwachung der fahrzeugseitigen Ladeelektronik E versagen sollte bzw. wenn ein sonstiger Defekt im entsprechenden Aufladesystem vorliegt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen in Bezug auf die Erfassung der maximalen Strombelastbarkeit des an die Ladeanschlussvorrichtung 1 angeschlossenen Ladekabels C auch von Seiten der Ladeanschlussvorrichtung 1 und durch Überwachung der tatsächlich jeweils vorliegenden Strombelastung des Ladekabels C sowie durch eine allfällige Abschaltung des Ladevorganges bzw. der Stromübertragung wird die Sicherheit, insbesondere die Betriebssicherheit des entsprechenden Aufladesystems deutlich gesteigert.
Zweckmäßig ist es dabei, die maximal zulässige Strombelastbarkeit eines Ladekabels C automatisiert mittels der Ladeanschlussvorrichtung 1 festzustellen. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Strombelastbarkeit eines an die Ladeanschlussvorrichtung 1 elektrisch angeschlossenen Ladekabels C durch Erfassen einer maschinenlesbaren Kennung 44 an oder in wenigstens einem Stecker P1, P2 des Ladekabels C ermittelt wird. Dies erfolgt am zweckmäßigsten mittels der softwaregesteuerten Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 in der Ladeanschlussvorrichtung 1. Die maschinenlesbare Kennung 44 im bzw. am Stecker P1 und/oder im bzw. am Stecker P2 repräsentiert dabei die maximale Strombelastbarkeit des Ladekabels C. Praktikabel und normativ vorgesehen ist es dabei, wenn die Kennung 44 durch Auswertung eines ohmschen Widerstandes 45 in oder an wenigstens einem Stecker P1, P2 des Ladekabels C erfasst wird.
Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn ein maximal zulässiger Stromübertragungswert der Ladeanschlussvorrichtung 1 mit der maximal zulässigen Strombelastbarkeit des Ladekabels C verglichen wird, und dass bei einem vergleichsweise geringeren Wert der Strombelastbarkeit des Ladekabels C die zulässige Strombelastbarkeit des Ladekabels C gegenüber der Ladeelektronik E im Elektrofahrzeug V als maximal zulässiger Stromübertragungswert für den Ladevorgang aktiv signalisiert bzw. mitgeteilt wird. Vor allem dann, wenn die technisch mögliche bzw. zugelassene Bereitstellungsleistung der Ladeanschlussvorrichtung 1 höher ist, als die maximal zulässige Strombelastbarkeit des Ladekabels C, kann es bei einem Fehler in der Ladeelektronik E bzw. bei einem allfälligen Versagen der fahrzeugseitigen Strombegrenzung oder Stromerfassung nicht zu einer kritischen Überlastungssituation des Ladekabels C kommen. Insbesondere schützt dadurch auch die Ladeanschlussvorrichtung 1 das daran jeweils angeschlossene Ladekabel C besonders zuverlässig vor einer Stromüberlastung.
Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführung erfolgt die Signalisierung gegenüber der Ladeelektronik E im Elektrofahrzeug V durch datentechnische Kommunikation via das Ladekabel C zum Elektrofahrzeug V. Diese datentechnische Kommunikation kann dabei auf den für die Energie- bzw. Stromübertragung vorgesehenen Adern bzw. Leitern des Ladekabels C erfolgen. Hierfür können die entsprechenden Kommunikationssignale auf die elektrische Versorgungsspannung aufmoduliert sein. Alternativ ist es aber auch möglich, im Ladekabel C wenigstens eine gesonderte Signalleitung vorzusehen, welche zur Übertragung von Kommunikationssignalen zwischen der Ladeanschlussvorrichtung 1 und der Ladeelektronik E, und umgekehrt, vorgesehen ist.
Zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, wenn die jeweils vorliegende, tatsächliche Strombelastung des Ladekabels C durch Auswertung der Signale von zumindest einem Stromstärkendetektor 46–49, vorzugsweise von induktiven Stromwandlern oder Shunts, unmittelbar in der Ladeanschlussvorrichtung 1 ermittelt wird. Insbesondere ist es praktikabel und vorteilhaft, in der Ladeanschlussvorrichtung 1 eine elektronische Strommessung bzw. eine elektronische Auswertung der jeweils vorliegenden Ladeströme bzw. Bezugsströme zu implementieren. Hierfür ist der wenigstens eine Stromstärkendetektor 46–49, vorzugsweise in Form von induktiven Stromwandlern, mit der softwaregesteuerten Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 signaltechnisch verbunden. Die Stromstärkendetektoren 46–49 sind beispielsgemäß nahe zur ersten Schnittstelle 10 bzw. unmittelbar nach den Anschlussklemmen für die Netzzuleitung positioniert.
Die Auswertung der Signale des zumindest einen Stromstärkendetektors 46–49 wird also bevorzugt von der elektronischen Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 in der Ladeanschlussvorrichtung 1 vorgenommen. Bei festgestellter Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels C versetzt dann auch die Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 wenigstens einen Leistungsschalter, insbesondere einen Schütz 4 oder ein Leistungsrelais, in den Unterbrechungszustand, sodass der Ladevorgang bzw. die Stromübertragung zum Elektrofahrzeug V unterbrochen wird. Somit erfolgt diese Abschaltung nicht durch einen Leitungsschutzschalter und auch nicht durch ein sonstiges Stromüberwachungselement auf Basis einer thermischen Aufheizung, sondern durch eine elektronisch bzw. steuerungstechnisch umgesetzte Messung bzw. Auswertung und Reaktion. Dies begünstigt das Temperaturmanagement in der Ladeanschlussvorrichtung 1 und erleichtert eine Umsetzung des Gehäuses 3 der Ladeanschlussvorrichtung 1 aus formgespritztem Kunststoff.
Vor allem dann, wenn eine zwei- oder mehrphasige Energie- bzw. Stromübertragung zum Elektrofahrzeug V vorgesehen ist, kann es zweckmäßig sein, wenn von der Ladeanschlussvorrichtung 1 die jeweils fließenden Ströme in jedem Phasenleiter und auch im Neutralleiter des Ladekabels C bzw. der dementsprechenden Strompfade in der Ladeanschlussvorrichtung 1 gemessen werden und die jeweils ermittelten Messwerte durch Summenbildung auf Plausibilität überprüft werden. Allfällige Fehler bzw. Ungenauigkeiten können dadurch relativ einfach und zuverlässig erkannt werden.
Entsprechend einer zweckmäßigen Maßnahme kann auch vorgesehen sein, dass bei einer von der Ladeanschlussvorrichtung 1 festgestellten Überschreitung der zulässigen Strombelastbarkeit des Ladekabels C, ausgehend von der Ladeanschlussvorrichtung 1 gegenüber der Ladeelektronik E im Elektrofahrzeug V ein verringerter, den aktuell ermittelten Ladestrom unterschreitender, maximal beziehbarer Ladestrom signalisiert wird. Eine früh- bzw. vorzeitige Abschaltung bzw. Unterbrechung des Ladevorganges kann dadurch gegebenenfalls vermieden werden. Diese sogenannte „Derating“-Anforderung der Ladeanschlussvorrichtung 1 kann somit die Verfügbarkeit bzw. Störungsfreiheit des Aufladesystems begünstigen. Alternativ oder in Kombination dazu kann auch vorgesehen sein, dass gegenüber der Ladeelektronik E im Elektrofahrzeug V bei festgestellter Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels C ein Abbruch oder eine Unterbrechung des Ladevorganges angefordert, oder ein maximal beziehbarer Ladestrom als Null signalisiert wird.
Entsprechend einer weiterbildenden Maßnahme kann auch vorgesehen sein, dass nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne nach einer Unterbrechung der Stromübertragung eine automatische Wiederaufnahme der Stromübertragung für den Ladevorgang vorgenommen wird. Insbesondere kann dadurch ausgehend von der Ladeanschlussvorrichtung 1 eine automatische Wiedereinschaltung nach einer automatischen Abschaltung vorgenommen bzw. initiiert werden. Die Verfügbarkeit des Aufladesystems kann dadurch verbessert werden, was insbesondere bei unbeaufsichtigten, selbsttätig ablaufenden Ladevorgängen von Vorteil ist. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass nach zwei- oder mehrmaliger automatischer Unterbrechung oder nach ein- oder mehrmaliger automatischer Wiederaufnahme und Unterbrechung der Stromübertragung eine weitere Wiederaufnahme der Stromübertragung unterbleibt und mittels einem optischen und/oder akustischen Anzeige- oder Signalisierungsmittel 41 an der Ladevorrichtung 1 eine Störungsmeldung abgesetzt wird. Auch diese Maßnahmen sind zweckmäßigerweise durch die softwaregesteuerte bzw. programmierbare Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 implementiert. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die Ladeanschlussvorrichtung 1 nach zwei- oder mehrmaligem, automatischen Wiedereinschaltungsversuch eine Störung signalisiert und abschaltet, da dieser Umstand typischerweise auf einen Fehler im Aufladesystem zurückzuführen ist.
Außerdem kann es zweckmäßig sein, wenn ein Ladevorgang abgeschaltet oder die Ladeanschlussvorrichtung 1 gesperrt wird, wenn die automatisiert detektierbare Kennung 44 für die Strombelastbarkeit des Ladekabels C nicht ermittelt werden kann oder nicht plausible Werte ergibt. Fehlerhafte Ladekabel C bzw. defekte Stecker P1 und/oder P2 können dadurch mit erhöhter Wahrscheinlichkeit nicht zu Schäden im Aufladesystem führen. Auch eventuelle Manipulationen können dadurch erkannt und mit erhöhter Wahrscheinlichkeit nicht zu einem Risiko für Personen und Sachwerte werden.
Zweckmäßig ist es, wenn die Ladeanschlussvorrichtung 1 in Bezug auf die Strommessung bzw. im Hinblick auf den jeweils fließenden Ladestrom den Strommittelwert, insbesondere den quadratischen Strommittelwert, innerhalb eines vordefinierten Beobachtungszeitraumes ermittelt und die Stromübertragung unterbricht, wenn der von der Ladeanschlussvorrichtung 1 ermittelte Strommittelwert eine nominale Strombelastbarkeit des Ladekabels C überschreitet. Typische bzw. standardisierte Strombelastbarkeiten diverser Ladekabel C können dabei 13 A, 20 A oder 32 A betragen.
Der das Ladekabel C thermisch belastende, quadratische Strommittelwert kann von der Steuer- und/oder Auswertevorrichtung 8 gemäß folgender Formel ermittelt bzw. errechnet werden:
Beziehungsweise gilt bei einer periodischen Strommessung näherungsweise folgende Formel:
Die angegebenen Formeln berücksichtigen den Strom für nur einen Leiter des Kabels, also genauso wie auch der Nennstrom eines Kabels typisch als Strom in einem der Leiter bzw. als Phasenstrom angegeben wird. Bei unsymmetrischer Belastung eines mehrphasigen Ladekabels C wäre der quadratische Mittelwert für jeweils jede Phase separat zu ermitteln und mit der maximalen Strombelastbarkeit zu vergleichen.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, von der Ladeanschlussvorrichtung 1 eine Zeitspanne bis zur Unterbrechung der Stromübertragung bzw. bis zur Unterbrechung des Ladevorganges zunehmend verkürzt wird, je mehr der Strommittelwert, insbesondere der quadratische Strommittelwert, innerhalb eines vordefinierten Beobachtungszeitraumes eine nominale Strombelastbarkeit des Ladekabels C überschreitet. Die Stromübertragung wird dadurch bei vergleichsweise ausgeprägter Überschreitung der nominalen Strombelastbarkeit des Ladekabels C bereits innerhalb einer vergleichsweise kürzeren, vordefinierten Zeitspanne unterbrochen.
Gemäß einem zweckmäßigen Abschaltkriterium kann festgelegt sein, dass die Stromübertragung von der Ladeanschlussvorrichtung 1 unterbrochen wird, wenn der Strommittelwert, insbesondere der quadratische Strommittelwert, innerhalb eines Beobachtungszeitraums

von 10 Sekunden über einer Schwelle zwischen 111 % und 120 %,
von 100 Sekunden über einer Schwelle zwischen 106 % und 110 %, oder
von 1000 Sekunden über einer Schwelle zwischen 101 % und 105 %

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann auch vorgesehen sein, dass in der Ladeanschlussvorrichtung 1 ein mathematisches Modell für die Erwärmung des Ladekabels C in Abhängigkeit vom Verlauf der Strombelastung des Ladekabels C implementiert ist. Ein am mathematischen Modell festgestellter Kennwert für die Erwärmung des Ladekabels C kann dann als Maß zur Feststellung einer Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels C herangezogen werden. In einem solchen Modell können neben der thermischen Kapazität beziehungsweise der thermischen Trägheit des Kabels auch weitere Einflüsse auf die thermische Belastung, wie etwa die Umgebungstemperatur mit einfließen und so eine genauere Erfassung eines tatsächlichen Überlastungszustandes ermöglichen.
Entsprechend einer optimierten bzw. praktikablen Ausführungsform der Ladeanschlussvorrichtung 1 kann eine Abschaltung der Stromübertragung infolge einer Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels C durch wenigstens ein optisches und/oder akustisches Anzeige- oder Signalisierungsmittel 41 an der Ladeanschlussvorrichtung 1 signalisiert werden. Dadurch werden Unklarheiten bzw. Unstimmigkeiten im Hinblick auf den Grund der Störung bzw. Abschaltung hintan gehalten.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsformen der Ladeanschlussvorrichtung 1 bzw. des damit umgesetzten Betriebsverfahrens, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsformen derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsdetails untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Ladeanschlussvorrichtung 1 bzw. des Aufladesystems 1 dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den 1, 2, 3 gezeigten Maßnahmen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Bezugszeichenliste

1: Ladeanschlussvorrichtung
2: elektrotechn. Komponenten
3: Gehäuse
4: Schütz
5: FI-Schutzschalter
6: Anschlussklemme
7: Leiterplatte
8: Steuer- und/oder Auswertevorrichtung
9: Kommunikationsschnittstelle
10: erste Schnittstelle
11: Gehäusedeckfläche
12: zweite Schnittstelle
13: zweite Schnittstelle
14: Steckbuchse
15: Kabelabgang
16: erstes Gehäuseteil
17: weiteres Gehäuseteil
18: Gehäusevorderseite
19: Gehäuserückseite
20: Abdichtungselement
21: Abdichtungselement
22: Deckel
23: Deckel
24: Kunststoffteil
25: Kunststoffteil
26: Gehäuserückwand
27: Wandsteg
28: Gehäusefrontwand
29: Wandsteg
30: Verkleidungselement
31: Durchbruch
32: Innenseite
33: Oberseite
34: Zwischenraum
35: Zwischenraum
36: Zwischenraum
37: Durchbruch
38: Formteil
39: Aufnahme- bzw. Anschlussbereich
40: Ausgabeelement
41: Anzeige- oder Signalisierungsmittel
42: Leuchtdiode
43: Leiterplatte
44: Kennung
45: ohmscher Widerstand
46: Stromstärkendetektor
47: Stromstärkendetektor
48: Stromstärkendetektor
49: Stromstärkendetektor
A: Energiespeicher
C: Ladekabel
E: Ladeelektronik
P1: Stecker
P2: Stecker
V: Elektrofahrzeug

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

US 4532418 A [0006]
DE 4213414 C2 [0006]
FR 2766950 A1 [0006]
JP 11-122714 A [0006]
US 6362594 B2 [0006]
WO 2007/141543 A2 [0006]
WO 2010/011545 A1 [0006]
WO 2010/133959 A2 [0006]
AT 507605 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Ladeanschlussvorrichtung (1) für Elektrofahrzeuge (V), wobei über wenigstens eine erste Schnittstelle (10) elektrische Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladeanschlussvorrichtung (1) eingespeist wird, und über wenigstens eine zweite, eine Steckbuchse (14) umfassende Schnittstelle (12), an welcher Steckbuchse (14) ein korrespondierender Stecker (P1) mitsamt Ladekabel (C) zu einem Elektrofahrzeug (V) bedarfsweise anschließbar und lösbar ist, elektrische Energie an ein Elektrofahrzeug (V) abgegeben wird, wobei mittels einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten (2) in der Ladeanschlussvorrichtung (1) die aufgenommene und/oder abgegebene elektrische Energie geschaltet, gemessen und überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass von der Ladeanschlussvorrichtung (1) die Strombelastbarkeit eines daran angeschlossenen Ladekabels (C) ermittelt wird, und dass von der Ladeanschlussvorrichtung (1) eine Stromübertragung über das Ladekabel (C) unterbrochen wird, wenn die Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromübertragung unterbrochen wird, wenn der von der Ladeanschlussvorrichtung (1) ermittelte Strommittelwert, insbesondere der quadratische Strommittelwert, innerhalb eines vordefinierten Beobachtungszeitraumes eine nominale Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitspanne bis zur Unterbrechung der Stromübertragung durch die Ladeanschlussvorrichtung (1) zunehmend verkürzt wird, je mehr der Strommittelwert, insbesondere der quadratische Strommittelwert, innerhalb eines vordefinierten Beobachtungszeitraumes eine nominale Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromübertragung von der Ladeanschlussvorrichtung (1) unterbrochen wird, wenn der Strommittelwert, insbesondere der quadratische Strommittelwert, innerhalb eines Beobachtungszeitraums von 10 Sekunden über einer Schwelle zwischen 111 % und 120 %, von 100 Sekunden über einer Schwelle zwischen 106 % und 110 %, oder von 1000 Sekunden über einer Schwelle zwischen 101 % und 105 % einer nominalen Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladeanschlussvorrichtung (1) ein mathematisches Modell für die Erwärmung des Ladekabels (C) in Abhängigkeit vom Verlauf der Strombelastung des Ladekabels (C) implementiert ist, und ein am mathematischen Modell festgestellter Kennwert für die Erwärmung als Maß zur Feststellung einer Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltung der Stromübertragung infolge einer Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) durch wenigstens ein optisches und/oder akustisches Anzeige- oder Signalisierungsmittel (41) an der Ladeanschlussvorrichtung (1) signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) durch Erfassen einer Kennung (44) an oder in wenigstens einem Stecker (P1, P2) des Ladekabels (C) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung (44) durch Auswertung eines ohmschen Widerstandes (45) an oder in wenigstens einem Stecker (P1, P2) des Ladekabels (C) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximal zulässiger Stromübertragungswert der Ladeanschlussvorrichtung (1) mit der Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) verglichen wird, und dass bei einem vergleichsweise geringeren Wert der Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) die zulässige Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) gegenüber einer Ladeelektronik (E) im Elektrofahrzeug (V) als maximal zulässiger Stromübertragungswert für den Ladevorgang signalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierung gegenüber der Ladeelektronik (E) im Elektrofahrzeug (V) durch datentechnische Kommunikation via das Ladekabel (C) zum Elektrofahrzeug (V) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombelastung des Ladekabels (C) durch Auswertung der Signale von zumindest einem Stromstärkendetektor (46–49), vorzugsweise von induktiven Stromwandlern oder Shunts, unmittelbar in der Ladeanschlussvorrichtung (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Signale des zumindest einen Stromstärkendetektors (46–49) von einer elektronischen Steuer- und/oder Auswertevorrichtung (8) in der Ladeanschlussvorrichtung (1) vorgenommen wird, und dass die Steuer- und/oder Auswertevorrichtung (8) bei festgestellter Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) wenigstens einen Leistungsschalter, insbesondere einen Schütz (4) oder ein Leistungsrelais, in den Unterbrechungszustand versetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Ladeanschlussvorrichtung (1) die jeweils fließenden Ströme in jedem Phasenleiter und im Neutralleiter des Ladekabels (C) gemessen werden und die jeweils ermittelten Messwerte durch Summenbildung auf Plausibilität überprüft werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei festgestellter Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) gegenüber einer Ladeelektronik (E) im Elektrofahrzeug (V) ein verringerter, den aktuell ermittelten Ladestrom unterschreitender, maximal beziehbarer Ladestrom signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei festgestellter Überschreitung der Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) gegenüber einer Ladeelektronik (E) im Elektrofahrzeug (V) ein Abbruch oder eine Unterbrechung des Ladevorganges angefordert, oder ein maximal beziehbarer Ladestrom als Null signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf einer vordefinierten Zeitspanne nach einer automatischen Unterbrechung der Stromübertragung eine automatische Wiederaufnahme der Stromübertragung für den Ladevorgang vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach zwei- oder mehrmaliger automatischer Unterbrechung oder nach ein- oder mehrmaliger automatischer Wiederaufnahme und Unterbrechung der Stromübertragung eine weitere Wiederaufnahme der Stromübertragung unterbleibt und mittels einem optischen und/oder akustischen Anzeige- oder Signalisierungsmittel (41) an der Ladevorrichtung (1) eine Störungsmeldung abgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladevorgang abgeschaltet oder die Ladeanschlussvorrichtung (1) gesperrt wird, wenn eine automatisiert detektierbare Kennung für die Strombelastbarkeit des Ladekabels (C) nicht ermittelt werden kann oder nicht plausible Werte ergibt.
Ladeanschlussvorrichtung (1) zur Aufladung oder Regenerierung des Energiespeichers (A) eines Elektrofahrzeuges (V), dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanschlussvorrichtung (1) zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.