DE102013200864A1 - Adapter für Elektrofahrzeug-Ladesystem - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Adapter zum Verbinden eines EV/PHEV-Ladesystems mit einer geerdeten Verlängerungsschnur bereitgestellt, die in eine herkömmliche NEMA-Steckdose gesteckt werden kann. Innerhalb des Adapters ist ein Näherungssensorschalter bereitgestellt. Ein pulsbreitenmoduliertes Signal wird durch die Steuerlogik begrenzt, um den Strom zu begrenzen, der dem Fahrzeugladesystem bereitgestellt wird, derart, dass der durch das System bezogene Strom nicht die Strombelastbarkeit der Verlängerungsschnur überschreitet. Der Adapter weist auf einer Seite einen NEMA-Stecker und auf einer anderen Seite eine J1772-Verbindersteckdose auf.
Description
- Diese Offenbarung betrifft das Gebiet der Adapter für Elektrofahrzeug-Ladesysteme, die das Laden der Batterie erleichtern, indem sie die Verbindung mit einer herkömmlichen Wechselstromquelle ermöglichen.
- Batterien speichern Energie, um ein Elektrofahrzeug (Electric Vehicle – EV) oder ein plug-in-hybrid-elektrisches Fahrzeug (Plug-in Hybrid Electric Vehicle – PHEV) mit Strom zu versorgen. Ein Stromnetz ist zum Laden der Batterie mit dem EV/PHEV verbunden. Das Ladesystem kann zusätzlich zum Laden der Batterie auch andere elektrische Systeme betreiben, einen Erdungsweg bereitstellen und für den Austausch von Steuerinformationen zwischen der Versorgungsausrüstung und dem Ladesystem auf dem EV/PHEV sorgen.
- Vom grundsätzlichen Verfahren zum Laden eines EV/PHEV wird vorausgesetzt, dass es dem AC Level 2 Charging des Standards SAE J1772 mit einem Ladesystem entspricht, für das die Verwendung einer Fahrzeugverbindung vorgeschrieben ist, die erfordert, dass der Benutzer eine Ladung von einer festen Ladestation erhält. Die Ladestation kann eine Steckdose aufweisen, die einen Stecker des Standards SAE J1772 vom Elektrofahrzeug-Ladesystem aufnimmt, das einen hohen Ladestrom (d. h. 80 Ampere) bereitstellt.
- Alternativ kann das Fahrzeug einen J1772-Stecker mit einer Schnur aufweisen. Ein EV/PHEV kann gemäß dem AC Level One Charging des Entwicklungsstandards SAE J1772 geladen werden, indem es über eine Schnur und einen Steckverbinder des Electric Vehicle Supply Equipments (EVSE) mit einer gewöhnlichen geerdeten Steckdose verbunden wird. Dieser Ansatz kann verwendet werden, wenn das Fahrzeug mit einem eingebauten Ladegerät versehen ist, das angepasst ist, um den Einphasenwechselstrom vom Stromnetz mit einem Höchststrom von entweder 12 Ampere für einen 15-Ampere-Unterbrecher und eine NEMA-5-15-Steckdose oder einem Höchststrom von 16 Ampere für einen 20-Ampere-Unterbrecher und eine NEMA-5-20R-Steckdose zu erhalten.
- Das Mitführen einer Schnur mit einem J1772-Stecker gemäß dem AC Level One Charging-Standard im Fahrzeug kann durch den Fahrzeugbenutzer aufgrund der Größe, der Masse, der Unreinlichkeit und des Gewichts als nicht wünschenswert angesehen werden. Es wird damit gerechnet, dass viele Fahrzeugbenutzer aus diesen Gründen auf das Mitführen der alternativen Ladeschnur im Fahrzeug verzichten werden. Dabei bleibt aber die Sorge, dass der Fahrzeugbenutzer in eine Situation gelangen kann, in der ein Aufladen erforderlich ist und kein fester Stromstationswechselstrom verfügbar ist.
- Der Standard J1772 weist ein Steuerpilotsignal auf, das durch das Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) übermittelt wird. Das Steuerpilotsignal ist der Hauptsteuerleiter, der über die Steuerschaltungen mit der Erde verbunden ist, um die folgenden Funktionen durchzuführen: Überprüfen des Vorhandenseins der Steckverbindung, Zulassen des Ladens; Übertragen der Nennstromstärke der Versorgungsausrüstung an das EV/PHEV; Überwachen der Erdung der Ausrüstung und dergleichen.
- Der Standard J1772 spezifiziert, dass ein festes Ladesystem einen Näherungssensor aufweist, der das Laden verhindert, wenn der Stecker nicht vollständig mit der Ladestation oder der Fahrzeugsteckdose verbunden ist. Das Fahrzeugladesystem und die feste Ladestation kommunizieren in Bezug auf den Zustand einer mechanischen Rastverbindung mit der Fahrzeug-Steckdose als eine Bedingung dafür, dass das Fahrzeug-Ladesystem eine Ladung empfängt. Die mechanische Rastklinke und Verriegelung sind dazu bestimmt, eine Brückenbildung zwischen dem Stecker und der Steckdose zu verhindern.
- Das Nichtvorhandensein des Pilotsignals oder Näherungssensorsignals verhindert, dass das EV/PHEV-Ladesystem eine Ladung empfängt, wenn versucht wird, das Fahrzeug-Ladesystem mit einer herkömmlichen elektrischen Verlängerungsschnur zu verbinden.
- Die vorhergehenden Probleme und andere Probleme, die mit dem Bereitstellen eines Ladesystemadapters verbunden sind, werden durch die folgende Offenbarung, wie unten zusammengefasst, angegangen.
- Es wird ein Adapterstecker offenbart, der einen J1772-Fahrzeugverbinder, einen Standard-Wechselstromverbinder, der die Verbindung mit einer Standard-Verlängerungsschnur ermöglicht, und eine Schaltung aufweist, die ein Steuerlogik-Pilotsignal bereitstellt. Der Adapter kann eine Steuerschaltung aufweisen, die ein Näherungssensorsignal bereitstellt. Der Adapter weist keine Schnur auf und kann zur kompakten Lagerung im Fahrzeug eingepackt werden. Der Adapter weist eine Schaltung zum Begrenzen des Stroms auf einen Pegel auf, der sicher über eine Standardverlängerungsschnur mit einer herkömmlichen geerdeten Wechselstrom-Steckdose verbunden werden kann, um das Fahrzeug zu laden, wenn das Laden des Fahrzeugs in einer Notfallsituation erforderlich ist.
- Ein besseres Verständnis der vorhergehenden Zusammenfassung der Offenbarung geht im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen und die folgende ausführliche Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen hervor.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Adaptersteckers; -
2 ist ein Schaltplan eines Beispiels des Adaptersteckers; und -
3 ist ein Schaltplan einer alternativen Ausführungsform eines Adaptersteckers. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Die offenbarten Ausführungsformen sind Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und einige Merkmale können überzeichnet oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Bauelemente zu zeigen. Die spezifischen strukturellen und funktionellen Einzelheiten, die in dieser Anmeldung offenbart werden, sind nicht als einschränkend sondern lediglich als charakteristische Grundlage auszulegen, um den Fachmann die praktische Anwendung der Erfindung zu lehren.
- Mit Bezug auf
1 ist eine Ausführungsform eines Adapters10 veranschaulicht, der ein Gehäuse12 aufweist, das eine NEMA-Steckerseite aufweist, die allgemein mit dem Bezugszeichen14 angegeben ist. Ein Stift16 der Wechselstromleitung eins, ein Stift18 der Wechselstromleitung zwei und ein Erdungsstift20 erstrecken sich von der NEMA-Steckerseite14 des Gehäuses12 . Eine Schaltung, die eine Wechselstrom/Gleichstrom-Steuerlogikschaltung22 aufweist, ist innerhalb des Gehäuses12 untergebracht, um eine Schnittstelle mit der Fahrzeug-Ladeschaltung zu bilden, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Auf dem Gehäuse12 ist auch eine J1772-Verbinder-Steckdosenseite26 vorgesehen. Auf der Seite 26 der Steckdose des Gehäuses12 für den J1772-Verbinder sind eine Steckdose28 für die Wechselstromleitung eins, eine Steckdose30 für die Wechselstromleitung zwei und eine Erdungssteckdose32 bereitgestellt. Auf der Steckdosenseite26 des J1772-Verbinders sind auch eine Steuerpilot-Steckdose36 und eine Näherungssensor-Steckdose38 bereitgestellt, die mit der Wechselstrom/Gleichstrom-Steuerlogikschaltung22 in Verbindung stehen, die innerhalb des Adapters10 untergebracht ist. - Mit Bezug auf
2 ist der Adapter10 in einem Systemschaltplan veranschaulicht, der allgemein durch das Bezugszeichen50 angegeben ist. Es ist eine NEMA-Steckdose52 gezeigt, die Zugang zum Stromversorgungsnetz bereitstellt. Eine geerdete Verlängerungsschnur54 , die vom gewöhnlichen 14AWG-Typ sein kann, ist in die Steckdose52 eingesteckt, um eine Verbindung zwischen der Steckdose52 und dem Adapter10 herzustellen. Die Wechselstromleitungen16 ,18 und der Erdungsstift20 des Adapters10 sind durch die Verlängerungsschnur54 aufgenommen. Der Adapter10 und die Verlängerungsschnur54 können gemeinsam als Ladeverbindung bezeichnet werden. - Ein Fahrzeugladesystem
56 für ein EV/PHEV ist allgemein mit dem Bezugszeichen56 angegeben. Der Adapter10 stellt eine kompakte Verbindung mit dem Fahrzeugladesystem56 bereit, das ein Laden durch die Verlängerungsschnur54 ermöglicht. - Innerhalb des Gehäuses
12 sind Schütze58 bereitgestellt. Ein “Wechselstrom ein”-Anzeiger60 kann in der Form einer LED-Leuchte oder dergleichen bereitgestellt sein, um anzuzeigen, dass der Adapter10 mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Der Erdungsstift20 ist mit einer Ausrüstungserdung62 verbunden, die die im Adapter10 angeordnete/n elektronische/n Bauelemente und Verdrahtung erdet. Ein Erdschlussunterbrecher (Ground Fault Interrupt – GFI)64 kann als ein Eingang für die Wechselstrom/Gleichstrom-Steuerlogik22 bereitgestellt werden, die den Ladeprozess beim Ermitteln eines Erdschlusses unterbricht. - Eine +12-Volt-Stromversorgungsverbindung
66 versorgt die Steuerlogik22 mit Strom. Ein pulsbreitenmoduliertes Signal68 wird durch einen Oszillator (nicht gezeigt) innerhalb der Steuerlogik22 erzeugt. Der Oszillator im Adapter10 stellt einen 1KHz-Rechteckwellenausgang bereit, der auf ein pulsbreitenmoduliertes Signal mit 20% Arbeitszyklus begrenzt ist. Die Pulsbreite ist begrenzt, um dem Ladesystem einen festen Strompegel bereitzustellen, derart, dass der Adapter mit einer14 AWG Standardverlängerungsschnur14 sicher verwendet werden kann. Der Strompegel, dem es erlaubt wird, durch das Ladesystem zu fließen, kann in Abhängigkeit von der Nennstromstärke des Abzweigschaltungsunterbrechers der Steckdose52 begrenzt werden, zum Beispiel auf einen Höchststrom von6 Ampere oder12 Ampere. Das pulsbreitenmodulierte Signal wird dem Fahrzeugladesystem56 durch die Steuerpilot-Steckdose38 bereitgestellt. Das pulsbreitenmodulierte Signal wird dem Widerstand70 (R1) bereitgestellt. Die Überwachungsschaltung72 überwacht den Ausgang des Widerstands70 und ist mit der Steuerlogik22 verbunden. - Der Adapter
10 ist mit einem Fahrzeugeingangsstecker74 verbunden, der Pins aufweist, die der Steckdose28 für die Wechselstromleitung eins, der Steckdose30 für die Wechselstromleitung zwei, der Erdungssteckdose32 , der Steuerpilot-Steckdose38 und der Näherungssensor-Steckdose36 entsprechen. Zwischen dem pulsbreitenmodulierten Signal und der Erdung ist ein Überspannungsschutz (Transient Voltage Suppressor – TVS)76 bereitgestellt. Eine Diode78 ist bereitgestellt, um es dem EVSE zu ermöglichen, zu bestimmen, dass ein EV/PHEV mit dem Ladegerät verbunden ist, und um andere potentielle niederohmige Lasten herauszufiltern. Der Widerstand80 (R2) und der Widerstand82 (R3) sind mit entgegengesetzten Seiten des Einschalters86 (S2) verbunden. Das EV/PHEV ist bereit, um Energie von dem EVSE aufzunehmen, wenn der Schalter86 geschlossen ist und das Stromprofil auf dem Steuerpilotoszillator des EVSE bereitgestellt wird. Der Strom von dem EVSE kann jederzeit durch Öffnen des Schalters86 zum Ändern des Signals durch die Steuerelektronik22 zum Öffnen der Schütze58 abgeschaltet werden. Das Stromprofil wird dem Laderegler90 durch den Operationsverstärkerpuffer88 bereitgestellt. - Eine Näherungssensorschaltung
91 weist einen Schalter92 (S3) und eine durch den Widerstand94 (R4) zu einem Eingang des Ladereglers90 geregelte +5V Stromquelle auf. Die Näherungssensorschaltung91 ist über den Widerstand98 (R5) mit der Erde verbunden. Der Schalter92 ist in Reihe mit dem Widerstand98 bereitgestellt und parallel mit dem Widerstand100 (R7) geschaltet. Die Widerstände94 ,98 und100 ermöglichen die Diagnose der Näherungssensorschaltung91 . Die Näherungssensorschaltung91 ist geschlossen, wenn eine mechanische Rastklinke101 zwischen dem Adapter10 und der Fahrzeugeingangssteckdose74 im Eingriff ist, um sicherzustellen, dass der Adapter10 vollständig mit der Fahrzeugeingangssteckdose74 verbunden ist. Die Näherungssensorschaltung91 verhindert das Laden, bis eine vollständige Verbindung hergestellt ist. Die Näherungssensorschaltung91 ist bereitgestellt, um während der Verbindung mit oder Trennung von dem Fahrzeug die Wahrscheinlichkeit irgendeiner elektrischen Brückenbildung in der Steckdose74 zu minimieren. Der Schalter92 ist mechanisch mit dem mechanischen Rastklinken-Lösestellglied101 verbunden. Der Schalter92 ist normalerweise immer geschlossen, außer wenn das Verbinderrastklinken-Lösestellglied101 betätigt wird, um den Verbinder vom Fahrzeugeingang zu entkoppeln. Das Öffnen des Schalters92 löst die Fahrzeugladeregelung aus, um vor dem Trennen ein kontrolliertes Abstellen des Ladestroms bereitzustellen. - Ein Ladezustandsanzeiger
102 ist bereitgestellt, um den Zustand des Ladereglers90 anzugeben. Der Laderegler90 betätigt das Ladegerät106 , das es der Batterie108 ermöglicht, eine Ladung aufzunehmen, wenn die Steuerlogik22 und die Näherungssensorschaltung91 vollständig sind. - Der Adapter
10 ist kompakt und kann sicher mit einer geerdeten14 AWG Standard-Verlängerungsschnur54 verbunden werden, wenn eine Notladung für das EV/PHEV benötigt wird. Der Adapter10 weist innerhalb des Gehäuses12 Steuerelektronik auf, die ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal bereitstellt, das den Ausgang des Ladereglers auf einen Arbeitszyklus zwischen 10% und 20% begrenzt, der den Strom, der der Batterie108 durch das Ladegerät106 bereitgestellt wird, auf entweder6 Ampere oder12 Ampere begrenzt, um sicherzustellen, dass der Strom durch die Verlängerungsschnur54 nicht die Strombelastbarkeit der Verlängerungsschnur54 überschreitet. Die Näherungssensorschaltung91 , die den Schalter92 und die Widerstände98 und100 aufweist, die normalerweise im EVSE-Verbinderstecker bereitgestellt werden, ist stattdessen im Adapter10 eingebaut. - Mit Bezug auf
3 ist eine alternative Ausführungsform des Adaptersteckers112 gezeigt, die insofern vereinfacht ist, als dass sie das Rastklinken-Stellglied101 oder den Schalter92 der Ausführungsform von2 nicht benötigt. Der Kürze halber sind die in der Ausführungsform von3 gezeigten Bauelemente, die denjenigen von2 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Adapterstecker112 weist den Stift16 der Wechselstromleitung eins, den Stift18 der Wechselstromleitung zwei und den Erdungsstift20 auf, die sich von einer Seite des NEMA-Steckers14 des Gehäuses12 erstrecken, der in3 mit einer gestrichelten Linie angegeben ist. - Eine Stromversorgung
114 stellt der Steuerlogik22 Strom bereit und stellt insbesondere Strom für einen Oszillator116 bereit, der der Steuerpilot-Steckdose36 durch den Widerstand R1 70 ein pulsbreitenmoduliertes Signal bereitstellt. Innerhalb des Gehäuses12 kann eine Erdschlussunterbrecherschaltung64 bereitgestellt sein, um falls gewünscht vor Erdschlüssen zu schützen. Anstatt des Rastklinkenstellglieds101 und des Schalters92 der Ausführungsform von2 ist eine Überbrückung zwischen der Erdungsklemme32 und einer Überbrückungsklemme118 bereitgestellt, die mit einem Widerstand120 versehen ist, der an den Widerstand angepasst ist, der für das J1772-System durch die Näherungssensorschaltung91 erforderlich ist. - Der Adapter
112 kann verwendet werden, ohne dass eine Verriegelung mittels einer mechanischen Rastklinke erforderlich ist. Falls gewünscht, kann der "Wechselstrom ein"-Anzeiger60 , der in der Ausführungsform von2 veranschaulicht wurde, beseitigt werden. - Obgleich vorhergehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, wird damit nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Begriffe als Beschreibung und nicht als Einschränkung zu verstehen und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Gedanken und Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener ausführender Ausführungsformen zum Bilden weiterer Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden.
- 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 Nicht-Patentliteratur
-
- Standards SAE J1772 [0003]
- Standards SAE J1772 [0003]
- Entwicklungsstandards SAE J1772 [0004]
- Standard J1772 [0006]
- Standard J1772 [0007]
Claims (4)
- Adapter zum Verbinden eines Elektrofahrzeug-Ladesystems mit einer Wechselstromquelle mit einer Erdung über eine Verlängerungsschnur, wobei der Adapter Folgendes aufweist: ein Gehäuse; einen geerdeten Wechselstromverbinder, der sich von einer ersten Seite des Gehäuses erstreckt und mit der Verlängerungsschnur verbunden werden kann; eine Steckdose, die durch eine zweite Seite des Gehäuses zugänglich ist und einen Wechselstromverbinder, einen Erdungspinverbinder, einen Näherungssensor-Pinverbinder und einen Steuerpilot-Pinverbinder aufweist; und eine Steuerschaltung, die in dem Gehäuse angeordnet ist und die ein vorbestimmtes pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, das das Elektrofahrzeug-Ladesystem steuert und einen Stromversorgungspegel, der dem Ladesystem des Elektrofahrzeugs durch den Wechselstromverbinder bereitgestellt wird, durch Kommunizieren mit einem Laderegler des Fahrzeugladesystems über einen Steuerpilot-Pinverbinder begrenzt.
- Adapter nach Anspruch 1, wobei der Adapter einen Widerstandswert bereitstellt, der dem Widerstandswert entspricht, der bereitgestellt wird, wenn ein Näherungsschalter dem Fahrzeugladesystem als geschlossen angegeben wird.
- Adapter nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung dem Elektrofahrzeug-Ladesystem ein Signal bereitstellt, das die Nähe durch einen Näherungssensorschalter bestätigt.
- Adapter nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung dem Elektrofahrzeug-Ladesystem durch den Steuerpilot-Pinverbinder mehrere Steuersignale bereitstellt.
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