DE102014201764A1

DE102014201764A1 - Elektrische Verbindungsvorrichtung und Ladekabel für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102014201764A1
Application number: DE102014201764.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fuchs; Alexander Mundry; Gerald Nörl; Christian Riembauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-08-06
Also published as: WO2015113666A2; US10576832B2; CN111799620B; CN111799620A; US20170001529A1; CN105849982A; WO2015113666A3

Abstract

Die erfindungsgemäße elektrische Verbindungsvorrichtung (10) für ein Ladekabel (1) zum Laden eines Elektrofahrzeugs weist ein netzseitiges erstes Verbindungsmittel (11) zum elektrischen Verbinden der Verbindungsvorrichtung (10) mit einem elektrischen Versorgungsnetz sowie ein ladekabelseitiges zweites Verbindungsmittel (12) zum Verbinden der Verbindungsvorrichtung (10) mit einem netzseitigen Stecker (2) des Ladekabels (1) auf. Das erste Verbindungsmittel (11) weist dabei zumindest zwei Kontaktelemente (17-1, 17-2) auf, welche jeweils mit einem von zumindest zwei Kontaktelementen (18-1, 18-2) des zweiten Verbindungsmittels (12) elektrisch leitend verbunden sind. Weiterhin weist das erste Verbindungsmittel (11) einen ersten Temperatursensor (13) auf, welches der Temperaturüberwachung dient und über eine Kommunikationsleitung (21) elektrisch mit dem zweiten Verbindungsmittel (12) verbunden ist. Das zweite Verbindungsmittel (12) weist einen weiteren Kontakt auf, welches mit einem korrespondierenden weiteren Kontakt des netzseitigen Steckers (2) des Ladekabels (1) elektrisch leitend verbindbar ist, um ein Signal des Temperatursensors (13) an das Ladekabel (1) zu übertragen. Damit ist sichergestellt, dass die Temperaturüberwachung zwingend in dem Stecker erfolgt, welcher in die Hausanschlusssteckdose eingesteckt wird, um diese vor Überhitzung zu schützen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungsvorrichtung für ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs mit einer derartigen elektrischen Verbindungsvorrichtung.
Die Erfindung befasst sich mit der Ausgestaltung und Betriebsweise einer Ladevorrichtung, welche die Zufuhr elektrischer Ladung – insbesondere aus einem öffentlichen Stromnetz – zu einer Batterie, einem Kondensator oder einem sonstigen Speicher für elektrische Ladung in einem Elektrofahrzeug ermöglicht. Diese elektrischen Batterien oder Stromspeicher müssen in regelmäßigen Abständen wieder aufgeladen werden. Unter dem Begriff „Elektrofahrzeug“ werden dabei sowohl Elektroautos, als auch Elektroroller oder Elektrofahrräder, etc. verstanden. Hinsichtlich der Elektroautos umfasst der Begriff des „Elektrofahrzeugs“ sowohl rein elektrisch betriebene Fahrzeuge, als auch sogenannte Hybridfahrzeuge, welche neben einem elektrischen Antrieb einen zusätzlichen Antrieb, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, aufweisen.
Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen werden hinsichtlich des Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs, insbesondere eines Elektroautos, neue Anforderungen an die Ladeinfrastruktur, welche auch als Electric Vehicle Supply Equipment, kurz: EVSE, bezeichnet wird, gestellt. Unter dem Begriff EVSE wird – in Anlehnung an die IEC-Norm 61851 (DIN EN 61851) – eine Stromversorgungseinrichtung zum Laden von Elektro-Straßenfahrzeugen, einschließlich Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen, verstanden. Zu diesen Stromversorgungseinrichtungen zählen beispielsweise Ladesäulen, sog. Wallboxen (zur Montage bspw. in Garagen) oder auch das Ladekabel zum Verbinden mit dem Elektrofahrzeug. Diese Ladeinfrastruktur bzw. EVSE bildet somit die Schnittstelle zwischen dem Verbraucher Elektrofahrzeug und der altbekannten Elektroinstallation. Eine wesentliche Forderung für die Betriebsweise der Ladeinfrastruktur betrifft beispielsweise eine möglichst kurze Ladezeit für das Elektrofahrzeug. Dies führt zwangsläufig zu einem relativ hohen Ladestrom, welcher über eine relativ lange Ladedauer zur Verfügung gestellt werden muss. Speziell für das Aufladen von Elektrofahrzeugen konzipierte Ladestationen sind für derart hohe Ladeströme ausgelegt.
Beim Laden von Elektrofahrzeugen über eine herkömmliche Haushalts-Elektroinstallation, beispielsweise über die in Deutschland weit verbreiteten sogenannte Schuko-Steckdosen, stellt ein dauerhaft hoher Ladestrom eine extreme Belastung dar, da die herkömmliche Haushalts-Elektroinstallation nicht für derartige Lasten, d.h. für derartig hohe, über einen derartig langen Ladezeitraum fließende Ladeströme, entwickelt und ausgelegt ist. Dies gilt auch und insbesondere bei Verwendung eines sogenannten „Inline-Moduls“, welches von den meisten Elektrofahrzeugen als „Notfall-Ladeeinheit“ mitgeführt wird. Mit Hilfe dieses „Inline-Moduls“ kann das Elektrofahrzeug mit einer herkömmlichen Hausanschlusssteckdose verbunden und darüber aufgeladen werden. Aufgrund der damit verbundenen hohen Dauerbelastung der Elektroinstallation – insbesondere einer 230 V Hausinstallation – wird von Seiten der Automobilindustrie gefordert, im sogenannten Hausanschlussstecker des Ladekabels, welcher zur netzseitigen Kontaktierung mit der Hausinstallation vorgesehen ist, eine Temperaturüberwachung vorzusehen, um einen sicheren Ladevorgang zu gewährleisten und die Steckdose vor Überhitzung und ggf. vor Bränden zu schützen.
Derzeit erhältliche Ladekabel zum Laden des Elektrofahrzeugs über eine Haushaltssteckdose weisen daher auf Seiten des Hausanschlusssteckers einen Temperatursensor auf, welcher einen Temperaturanstieg im Bereich des Steckers bzw. der Steckdose registriert und ein entsprechendes Signal an eine Steuereinrichtung des Ladekabels oder des Elektrofahrzeugs meldet. Aus diesem Grund ist auch der Anschluss eines Verlängerungskabels oder eines Steckdosenadapters auf Seiten des Hausanschlusssteckers nicht zulässig, da in diesem Fall eine Temperaturüberwachung der Hausanschlussteckdose nicht gewährleistet werden kann. Damit ist das Ladekabel bzw. das Inline-Modul aber auf einen spezifischen Hausanschlussstecker festgelegt und somit nicht für jede Bauform einer Hausanschlusssteckdose geeignet. Dies ist insofern problematisch, als dass in Europa – aber auch weltweit – eine Vielzahl landesspezifisch unterschiedlicher Stecker-/Steckdosenvarianten existieren. In Deutschland sind beispielsweise die Bauformen "Stecker Typ F“ (sog. Schuko-Stecker, auch als CEE 7/4 bezeichnet), „Stecker Typ C“ (sog. Eurostecker, auch als CEE 7/16 bezeichnet) oder CEE-Stecker (gemäß DIN/EN/IEC 60309) verwendbar. Der in Deutschland gebräuchliche Begriff „Schuko“ stellt dabei ein Akronym für den Begriff „Schutzkontakt“ dar und beschreibt ein in Europa weit verbreitetes System von Steckern und Steckdosen. Hingegen wird in Frankreich der „Stecker Typ E“ (CEE 7/5), in Großbritannien und dem Commonwealth der „Stecker Typ G“ (sog. Commonwealth-Stecker) überwiegend als standardisierter Elektroinfrastrukturstecker für Haushaltsanwendungen verwendet. Dies erschwert die Verwendbarkeit eines spezifischen Inline-Moduls bei grenzüberschreitenden Fahrten deutlich.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Verbindungsvorrichtung sowie ein Ladekabel für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, welche einen sicheren Ladevorgang gewährleisten und sich durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Zusammenwirkens mit verschiedenen Elektroinstallationssystemen auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die elektrische Verbindungsvorrichtung sowie durch das Ladekabel gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Verbindungsvorrichtung für ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs weist ein netzseitiges erstes Verbindungsmittel zum elektrischen Verbinden der Verbindungsvorrichtung mit einem elektrischen Versorgungsnetz sowie ein ladekabelseitiges zweites Verbindungsmittel zum Verbinden der Verbindungsvorrichtung mit einem netzseitigen Stecker des Ladekabels auf. Das erste Verbindungsmittel weist dabei zumindest zwei Kontaktelemente auf, welche jeweils mit einem von zumindest zwei Kontaktelementen des zweiten Verbindungsmittels elektrisch leitend verbunden sind. Weiterhin weist das erste Verbindungsmittel einen ersten Temperatursensor auf, welches der Temperaturüberwachung dient und über eine Kommunikationsleitung elektrisch mit dem zweiten Verbindungsmittel verbunden ist. Das zweite Verbindungsmittel weist einen weiteren Kontakt auf, welches mit einem korrespondierenden weiteren Kontakt des netzseitigen Steckers des Ladekabels elektrisch leitend verbindbar ist, um ein Signal des Temperatursensors an das Ladekabel zu übertragen.
Mithilfe der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ist es möglich, beim Laden eines Elektrofahrzeugs über eine Hausanschlusssteckdose mittels eines Ladekabels eine Temperaturüberwachung der Hausanschlusssteckdose auch bei Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung zu gewährleisten. Damit ist sichergestellt, dass die Temperaturüberwachung zwingend an demjenigen Verbindungsmittel erfolgt, welches in die Hausanschlusssteckdose eingesteckt wird, um diese vor Überhitzung zu schützen. Auf diese Weise wird eine hohe Flexibilität des Ladevorgangs bzgl. unterschiedlicher Elektroinstallationssysteme ermöglicht, da ein und dasselbe das Ladekabel durch Verwendung einer geeigneten elektrischen Verbindungsvorrichtung an die jeweils erforderliche, länderspezifisch verwendete Steckerbauform der Elektroinstallation anpassbar ist. Die Verbindungsvorrichtung kann hierfür beispielsweise als Steckdosen-Adapter ausgebildet sein. Als Temperatursensor kann beispielsweise ein Thermoelement verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung sind die Kontaktelemente des ersten Verbindungsmittels über ein Verbindungskabel mit den Kontaktelementen des zweiten Verbindungsmittels elektrisch leitend verbunden. In diesem Fall ist die Verbindungsvorrichtung zusätzlich als Kabelverlängerung ausgebildet. Auf diese Weise kann die „Reichweite“ des Ladekabels deutlich erhöht werden, wodurch eine flexible Anpassung an die jeweils vorherrschende, spezifische Ladesituation bzw. -umgebung ermöglicht wird. Der Ladekomfort für den Bediener wird hierdurch deutlich verbessert.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung sind das erste Verbindungsmittel als erster Verbindungsstecker und das zweite Verbindungsmittel als zweiter Verbindungsstecker ausgebildet. Die Ausbildung des ersten bzw. des zweiten Verbindungsmittels als standardisierte elektrische Verbindungsstecker stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Gestaltung der Verbindungsmittel und damit zum komfortablen Laden des Elektrofahrzeugs dar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Verbindungsvorrichtung ein Codiermedium zur Bestimmung der Stromtragfähigkeit der Verbindungsvorrichtung auf, welches über das zweite Verbindungselement auslesbar ist. Mithilfe des Codiermediums kann eine Information über die Stromtragfähigkeit der Verbindungsvorrichtung hinterlegt werden, welche bei Anschluss eines Ladekabels auslesbar ist. Auf diese Weise kann die Stromtragfähigkeit des der Kabelverlängerung ohne großen Aufwand ermittelt werden, so dass der Ladestrom optimal einstellbar ist. Hierdurch wird die Handhabung der Verbindungsvorrichtung vereinfacht sowie der Komfort des Ladevorgangs weiter verbessert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung erfolgt ein Auslesen des Codiermediums über zwei am zweiten Verbindungsmittel angeordnete Kontaktelemente, welche mit am netzseitigen Steckers des Ladekabels ausgebildeten, korrespondierenden Kontaktelementen elektrisch leitend verbindbar sind. Ein Auslesen der im Codiermedium hinterlegten Information über am zweiten Verbindungsmittel ausgebildete Kontaktelemente stellt eine konstruktiv einfache und zuverlässig funktionierende Möglichkeit zur Realisierung der Übertragung der hinterlegten Information dar. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten, beispielsweise mittels RFID, denkbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung ist das Codiermedium als Codierwiderstand ausgebildet. Hierbei wird die zu hinterlegende Information über die Größe des Widerstandswertes abgebildet. Die Verwendung eines Widerstandes als Codiermedium stellt eine weitere äußerst einfache und kostengünstige Realisierungsalternative dar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung ist das erste Verbindungsmittel als Multifunktionsstecker ausgebildet. Durch die Verwendung eines Multifunktionssteckers, welcher für das Zusammenwirken mit unterschiedlichen Steckdosenbauformen geeignet ist, wird die Flexibilität hinsichtlich der Verwendungsmöglichkeiten des Ladekabels sowie der Verbindungsvorrichtung deutlich erhöht.
Das erfindungsgemäße Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs ist über seinen netzseitigen Stecker mit einer elektrischen Verbindungsvorrichtung vorstehend beschriebener Art elektrisch leitend verbunden. Dabei weist das Ladekabel eine Kommunikationsleitung auf, welche die Kontaktelemente des netzseitigen Steckers mit einer Steuereinrichtung des Ladekabels elektrisch leitend verbindet, so dass der erste Temperatursensor mit der Steuereinrichtung elektrisch leitend verbunden ist.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Ladekabels ist es möglich, eine Temperaturüberwachung der Hausanschlusssteckdose auch bei Verwendung einer elektrischen Verbindungsvorrichtung zu gewährleisten. Durch Verwendung einer als Kabelverlängerung ausgebildeten Verbindungsvorrichtung kann zum einen die „Reichweite“ des Ladekabels erhöht werden, wodurch aufgrund der flexiblen Anpassung an die jeweils vorherrschende, spezifische Ladesituation bzw. -umgebung der Ladekomfort deutlich erhöht wird. Zum anderen ist das Ladekabel durch die Verwendung der Verbindungsvorrichtung äußerst flexibel an das jeweilige länderspezifischen Elektroinstallationssystem anpassbar – sei es als „echte“ Kabelverlängerung oder auch als reiner Verbindungsstecker.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Ladekabels weist der Stecker ein zweiter Temperatursensor zur Temperaturüberwachung auf, welches über die Kommunikationsleitung mit der Steuereinrichtung elektrisch leitend verbunden ist. Mit Hilfe des zweiten Temperatursensors kann eine Temperaturüberwachung der Hausanschlusssteckdose auch in den Fällen, in denen das Ladekabel ohne die elektrische Verbindungsvorrichtung an einer Hausanschlusssteckdose betrieben wird, sichergestellt werden. Die Flexibilität hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten des Ladekabels wird dadurch weiter erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Ladekabels weist der Stecker einen Schalter auf, welcher zwischen dem zweiten Temperatursensor und der Kommunikationsleitung angeordnet ist, um den zweiten Temperatursensor bei angeschlossener Verbindungsvorrichtung durch Öffnen zu überbrücken. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Steuereinrichtung des Ladekabels in den Fällen, in denen das Ladekabel mit einer angeschlossenen Verbindungsvorrichtung an einer Hausanschlusssteckdose betrieben wird, nur das Signal des im Hausanschlussstecker, d.h. im ersten Verbindungsmittel der Verbindungsvorrichtung angeordneten, ersten Temperatursensors erfasst wird. Damit ist eine sichere und zuverlässige Überwachung der Hausanschlusssteckdose gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Ladekabel ein Gehäuse auf, welches neben der Steuereinrichtung auch den netzseitigen Stecker umfasst. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Ladekabel nur im Zusammenwirken mit der elektrischen Verbindungsvorrichtung betrieben wird. In diesem Fall dient die Verbindungsvorrichtung sowohl zur Anpassung des Ladekabels an die länderspezifischen Besonderheiten, insbesondere die unterschiedlichen Formfaktoren, der jeweiligen Elektroinstallation, als auch zur Vergrößerung der zur Verfügung stehenden Kabellänge. Da die Anpassung an die jeweils landesspezifische Elektroinstallation durch länderspezifisch unterschiedliche Varianten der Verbindungsvorrichtung erfolgt, kann ein und dasselbe Ladekabel in unterschiedlichen Märkten angeboten und eingesetzt werden. Aufgrund der Skaleneffekte wird hierdurch eine günstigere Herstellung des Ladekabels ermöglicht.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Kabelverlängerung sowie des Ladekabels unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1A und 1B schematische Darstellungen zweier Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ladekabels;
3A eine schematische Darstellung des Ladekabels mit angeschlossener Verbindungsvorrichtung;
3B eine schematisch vergrößerte Darstellung eines Verbindungsbereichs des Ladekabels mit der Verbindungsvorrichtung;
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Ladekabels;
5A bis 5D schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen der Verbindungsvorrichtung.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
In den 1A und 1B sind zwei Ausführungsbeispiele der elektrischen Verbindungsvorrichtung 10 für ein Ladekabel 1 (siehe 2) zum Laden eines Elektrofahrzeugs (nicht dargestellt) schematisch dargestellt. Die Verbindungsvorrichtung 10 ist dazu vorgesehen, das Ladekabel 1 mit einem elektrischen Versorgungsnetz (nicht dargestellt) zu verbinden und auf diese Weise ein an das Ladekabel 1 angeschlossenes Elektrofahrzeug mit elektrischem Strom zu versorgen.
Die in 1A dargestellte Verbindungsvorrichtung 10 ist hierbei als Kabelverlängerung ausgebildet und weist ein erstes Verbindungsmittel 11 sowie ein zweites Verbindungsmittel 12 auf, welche über ein Verbindungskabel 20 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei ist das erste Verbindungsmittel 11 als erster Verbindungsstecker ausgebildet und dient der netzseitigen Kontaktierung der Verbindungsvorrichtung 10 mit dem elektrischen Versorgungsnetz, beispielsweise über eine herkömmliche 230V Hausanschlusssteckdose. Hierzu weist das erste Verbindungsmittel 11 zwei als Kontaktstifte ausgebildete Kontaktelemente 17-1 und 17-2 auf, welche in die Hausanschlusssteckdose einsteckbar sind. Das zweite Verbindungsmittel 12 ist als zweiter Verbindungsstecker ausgebildet und dient einer ladekabelseitigen Verbindung der Verbindungsvorrichtung 10 mit einem netzseitigen Stecker 2 (siehe 2) des Ladekabels 1. Hierzu weist das zweite Verbindungsmittel 12 zwei als Kontaktbuchsen ausgebildete Kontaktelemente 18-1 und 18-2 auf, in die zwei am netzseitigen Stecker 2 als Kontaktstifte ausgebildete, korrespondierende Kontaktelemente 7-1 und 7-2 des Ladekabels 1 einsteckbar sind. Die am ersten Verbindungsmittel 11 ausgebildeten Kontaktelemente 17-1 und 17-2 sind über eine erste bzw. eine zweite elektrische Leitung des Verbindungskabels 20 mit der ihnen jeweils zugeordneten Kontaktbuchse 18-1 bzw. 18-2 des zweiten Verbindungsmittels 12 elektrisch leitend verbunden.
Das erste Verbindungsmittel 11 weist weiterhin einen ersten Temperatursensor 13 auf, welches als temperaturabhängiger Widerstand, beispielsweise als sog. PTC-Widerstand, ausgebildet sein kann. Im bestromten Zustand der Verbindungsvorrichtung 10 dient der Temperatursensor 13 der Temperaturüberwachung des ersten Verbindungsmittels 11 bzw. der jeweiligen Hausanschlusssteckdose, in die die Verbindungsvorrichtung 10 eingesteckt ist. Hierzu ist der Temperatursensor 13 über eine elektrische Kommunikationsleitung 21, welche ebenfalls in dem Verbindungskabel 20 aufgenommen ist, mit zwei am zweiten Verbindungsmittel 12 ausgebildeten Kontaktelementen 22-1 und 22-2 eines weiteren Kontakts elektrisch leitend verbunden. In den Darstellungen der 1A und 1B sind die Kontaktelemente 22-1 und 22-2 als zwei weitere Kontaktbuchsen ausgeführt. Ein auf Seiten des Ladekabels 1 (siehe 2) angeordneter, korrespondierender Kontakt weist entsprechend zwei weitere Kontaktstifte 8-1 und 8-2 auf, welche in die Kontaktbuchsen 22-1 und 22-2 einsteckbar sind, um ein von dem Temperatursensor 13 erzeugtes elektrisches Signal an das Ladekabel 1 zu übertragen. Es ist jedoch ebenso möglich, die weiteren Kontaktstifte 8-1 und 8-2 auf Seiten des zweiten Verbindungsmittels 12 der Verbindungsvorrichtung 10, sowie die weiteren Kontaktbuchsen 22-1 und 22-2 auf Seiten des netzseitigen Steckers 2 des Ladekabels 1 auszubilden.
Im Unterschied zu der in 1A dargestellten Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 10 dazu weist die in 1B dargestellte Ausführungsform kein Verbindungskabel 20 auf, sondern ist als Adapterstecker ausgebildet. Hierbei ist das erste Verbindungsmittel 11 zur netzseitigen Kontaktierung der mit dem elektrischen Versorgungsnetz sowie das zweite Verbindungsmittel 12 zur ladekabelseitigen Verbindung mit dem Ladekabel 1 in einem gemeinsamen Gehäuse 14 aufgenommen. In diesem Gehäuse 14 sind die elektrischen Kontaktelemente 17-1 und 17-2 des ersten Verbindungsmittels 11 mit den elektrischen Kontaktelementen 18-1 und 18-2 wiederum elektrisch leitend verbunden. Ebenso sind in dem Gehäuse 14 der erste Temperatursensor 13 sowie die Kommunikationsleitung 21 aufgenommen.
In den Darstellungen der 1A und 1B ist die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstifte 17-1 und 17-2 und den Kontaktbuchsen 18-1 und 18-2 über zwei elektrische Leitungen, welche als Phasen- bzw. Außenleiter P sowie den Neutralleiter N bezeichnet sind, realisiert. Es ist jedoch ebenso möglich, die Leistungsversorgung des Elektrofahrzeugs, welche über diese beiden elektrische Leitungen erfolgt, als sogenannte „Phase-Phase-Versorgung“ mittels zweier Phasenleiter zu realisieren. Ferner ist es möglich, die Leistungsversorgung über drei Phasenleiter zu realisieren, wobei in diesem Fall das erste Verbindungsmittel 11 zum Anschluss an ein entsprechendes Dreiphasenwechselstromnetz ausgebildet wäre.
2 zeigt schematisch das zu der in 1 dargestellten Verbindungsvorrichtung 10 korrespondierende Ladekabel 1, welches auch als sogenanntes „Inline-Modul“ bezeichnet wird. Dieses weist einen netzseitigen Stecker 2 auf, welcher zur netzseitigen Kontaktierung mit einem elektrischen Versorgungsnetz oder auch zur Kontaktierung mit dem ladekabelseitigen Verbindungsmittel 12 der Verbindungsvorrichtung 10 ausgebildet ist. Hierzu weist der Stecker 2 zwei als Kontaktstifte ausgebildete Kontaktelemente 7-1 und 7-2 auf, welche in die Hausanschlusssteckdose oder die Kontaktbuchsen 18-1 und 18-2 des zweiten Verbindungsmittels 12 einsteckbar sind, um eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen. Der Stecker 2 ist über einen ersten Kabelabschnitt 3-1 mit einer Steuereinrichtung 4 des Ladekabels 1 elektrisch leitend verbunden. Es ist jedoch ebenso möglich, den Stecker 2 zusammen mit der Steuereinrichtung 4 in ein gemeinsames Gehäuse zu integrieren. In diesem Fall ist der erste Kabelabschnitt 3-1, welcher den Stecker 2 mit der Steuereinrichtung 4 verbindet, ebenfalls in das Gehäuse integriert. Über einen zweiten Kabelabschnitt 3-2, der ebenfalls mit der Steuereinrichtung 4 elektrisch leitend verbunden ist, kann das Ladekabel 1 mit einem Elektrofahrzeug (nicht dargestellt) elektrisch leitend verbunden werden.
Der Stecker 2 weist ferner einen zweiten Temperatursensor 5 auf, welches über eine zweite Kommunikationsleitung 6 mit einem Microcontroller 9 der Steuereinrichtung 4 elektrisch leitend verbunden ist. Der zweite Temperatursensor 5 kann ebenfalls als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet sein und dient der Temperaturüberwachung des Steckers 2 bzw. der Hausanschlusssteckdose, falls der Stecker 2 in eine solche eingesteckt ist. Dabei wird das vom zweiten Temperatursensor 5 generierte Signal mit einem Referenzwert verglichen. Wird der Referenzwert überschritten, so kann durch den Microcontroller 9 eine Reduzierung oder eine Unterbrechung des Ladestroms initiiert werden. Über die am Stecker 2 ausgebildeten weiteren Kontaktstifte 8-1 und 8-2, welche in die weiteren Kontaktbuchsen 22-1 und 22-2 der Verbindungsvorrichtung 10 einteckbar sind, ist eine elektrisch leitende Verbindung zu dem im netzseitigen ersten Verbindungsmittel 11 der Kabelverlängerung 10 angeordneten, ersten Temperatursensor 13 realisierbar. Ist das Ladekabel 1 über die Verbindungsvorrichtung 10 mit dem elektrischen Versorgungsnetz verbunden, so kann mit Hilfe des Microcontrollers 9 sowohl das Signal des zweiten Temperatursensors 5, als auch das Signal des ersten Temperatursensors 13 überwacht und verarbeitet werden.
In den 3A und 3B ist das Ladekabel 1 mit angeschlossener Verbindungsvorrichtung 10 schematisch dargestellt, wobei 3B eine vergrößerte Darstellung eines Verbindungsbereichs der Verbindungsvorrichtung 10 mit dem Ladekabel 1 zeigt.
3A zeigt im Wesentlichen eine Kombination der in 1A dargestellten Verbindungsvorrichtung 10 mit dem in 2 dargestellten Ladekabel 1. Dabei sind die beiden Kontaktstifte 7-1 und 7-2 des Steckers 2 in die beiden Kontaktbuchsen 18-1 und 18-2 des zweiten Verbindungsmittels 12 der Verbindungsvorrichtung 10 eingesteckt, um eine elektrisch leitende Verbindung des Phasen- und Neutralleiters des Ladekabels 1 mit dem Phasen- und Neutralleiter der Verbindungsvorrichtung 10 zu realisieren. Im Falle einer Phase-Phase-Versorgung werden elektrisch leitende Verbindungen zweier Phasenleiter realisiert. Darüber hinaus sind auch die beiden weiteren Kontaktstifte 8-1 und 8-2 des Steckers 2 in die korrespondierenden weiteren Kontaktbuchsen 22-1 und 22-2 des zweiten Verbindungssteckers 12 eingesteckt. Auf diese Weise ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kommunikationsleitung 21 der Verbindungsvorrichtung 10 mit der Kommunikationsleitung 6 des Ladekabels 1 geschaffen, um auch das Signal des ersten Temperatursensors 13 an den Microcontroller 9 des Ladekabels 1 zu übertragen.
3B zeigt schematisch eine vergrößerte Darstellung des Verbindungsbereichs, d.h. des zweiten Verbindungssteckers 12 der Verbindungsvorrichtung 10 mit dem Stecker 2 des Ladekabels 1. Neben der elektrischen Verbindung der Phasen- und Neutralleiter über die in die Kontaktbuchsen 18-1 und 18-2 eingesteckten Kontaktstifte 7-1 und 7-2 sowie der Verbindung der Kommunikationsleitungen 6 und 21 über die in die Kontaktbuchsen 22-1 und 22-2 eingesteckten Kontaktstifte 8-1 und 8-2 zeigt 3B einen zusätzlichen PE-Steckkontakt 19, welcher zwischen dem zweiten Verbindungsmittel 12 und dem Stecker 2 ausgebildet ist. Über diesen PE-Steckkontakt 19 ist eine elektrisch leitende Verbindung eines im Ladekabel 1 sowie in der Verbindungsvorrichtung 10 geführten Schutzleiters PE realisierbar. Hierzu müsste das erste Verbindungsmittel 11 der Verbindungsvorrichtung 10 einen entsprechenden zusätzlichen Kontakt (nicht dargestellt) aufweisen, über den beim Einstecken ein elektrisch leitender Kontakt mit dem PE-Kontakt der Hausanschlusssteckdose realisierbar ist.
4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ladekabels 1 mit daran angeschlossener Verbindungsvorrichtung 10. Dabei weist der Stecker 2 des Ladekabels 1 einen Schalter 23 auf, welcher zwischen dem zweiten Temperatursensor 5 und der Kommunikationsleitung 6 des Ladekabels 1 angeordnet ist. Der Schalter 23 wird dabei derart betrieben, dass er bei einer elektrischen Kontaktierung des Ladekabels 1 mit der Verbindungsvorrichtung 10 geöffnet wird, um in diesem Fall, d.h. bei angeschlossener Verbindungsvorrichtung 10, den im Stecker 2 des Ladekabels 1 angeordneten zweiten Temperatursensor 5 zu überbrücken. Für diese Aufgabe sind prinzipiell sowohl ein mechanischer Schalter als auch ein elektrischer Schalter verwendbar. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Steuereinrichtung 4 nur das Signal desjenigen Temperatursensors 5 oder 13 erfasst, deren zugeordneter Steckdosenstecker auch in die Hausanschlussteckdose der Elektroinstallation eingesteckt ist. Damit ist eine sichere und zuverlässige Überwachung der Hausanschlusssteckdose gewährleistet.
In den 5A bis 5D sind weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Dabei zeigt 5A die Verbindungsvorrichtung 10 im Zusammenwirken mit dem anzuschließenden Ladekabel 1. Im Unterschied zur Darstellung in 3A weist das zweite Verbindungsmittel 12 zusätzlich ein als Codierwiderstand 16 ausgebildetes Codiermedium zur Bestimmung der Stromtragfähigkeit der Verbindungsvorrichtung 10 auf. Dieser Codierwiderstand 16 ist an seinem ersten Anschluss über einen Abschnitt der Kommunikationsleitung 21 der Verbindungsvorrichtung 10 mit dem weiteren Kontaktelement 22-2 elektrisch leitend verbunden. Mit seinem zweiten Anschluss ist der Codierwiderstand 16 mit einem weiteren Kontaktelement 15, welches ebenfalls am zweiten Verbindungsmittel 12 ausgebildet ist, elektrisch leitend verbunden. Dieses weitere Kontaktelement 15 bildet bei angeschlossenem Ladekabel 1 mit einem am Stecker 2 ausgebildeten, korrespondierenden weiteren Kontaktelement 25 einen weiteren Kontakt, über den die Information hinsichtlich der Stromtragfähigkeit der Kabelverlängerung 10 an die Steuereinrichtung 4 des Ladekabels 1 übertragbar ist.
Die 5B bis 5D zeigen weitere Möglichkeiten zur Integration des Codierwiderstands 16. In 5B ist der Codierwiderstand elektrisch zwischen zwei am zweiten Verbindungsmittel 12 ausgebildete weitere Kontaktelemente 15 geschaltet. In 5C hingegen ist der Codierwiderstand 16 zum einen mit dem weiteren Kontaktelement 22-1, welches über die Kommunikationsleitung 21 mit dem ersten Temperatursensor 13 elektrisch leitend verbunden ist, elektrisch leitend verbunden. Zum anderen ist der Codierwiderstand 16 über einen Abschnitt des Schutzleiters PE mit dem PE-Kontaktelement 19 elektrisch leitend verbunden. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass zum Auslesen des Codierwiderstands 16 keine eigenen am zweiten Verbindungsmittel 12 ausgebildeten weiteren Kontaktelemente benötigt werden.
In 5D ist schließlich eine weitere Möglichkeit zur elektrischen Verschaltung des Codierwiderstands 16 sowie des ersten Temperatursensors 13 schematisch dargestellt. Hierbei ist der erste Anschluss des Codierwiderstands 16 über einen Abschnitt des Schutzleiters PE mit dem PE-Kontaktelement 19 elektrisch leitend verbunden, entsprechend des in 5C dargestellten Ausführungsbeispiels. Der zweite Anschluss des Codierwiderstands 16 ist – entsprechend des in 5A dargestellten Ausführungsbeispiels – mit dem weiteren Kontaktelement 15 elektrisch leitend verbunden. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist jedoch ferner nur ein Anschluss des Temperatursensors 13 mit einem weiteren Kontaktelement 22-1 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Anschluss ist über den Schutzleiters PE mit dem PE-Kontaktelement 19 elektrisch leitend verbunden. Aufgrund dieser elektrischen Anordnung kann eine der beiden Kommunikationsleitungen 21 sowie eines der weiteren Kontaktelemente 15 eingespart werden.
In den Figuren der Zeichnung ist das Ladekabel 1 immer als eigenständiges Ladekabel, welches auch ohne eine Verbindungsvorrichtung 10 verwendbar ist, dargestellt. Es ist jedoch ebenso möglich, das Ladekabel 1 mit einem proprietären, nicht genormten Stecker 2 auszubilden, welcher nicht in eine der üblichen Hausanschlusssteckdosen einsteckbar ist, sondern ausschließlich in ein entsprechend komplementär gestaltetes, zweites Verbindungsmittel 12 der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsvorrichtung 10. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass das Ladekabel 1 unabhängig von den je nach Land unterschiedlichen Normungen gestaltet werden kann, da die länderspezifische Anpassung jeweils über die Verbindungsvorrichtung 10 erfolgt. In diesem Fall ist auch der im Stecker 2 angeordnete, zweite Temperatursensor 5 nicht erforderlich, da in diesem Fall die Temperaturüberwachung der Hausanschlusssteckdose immer über den im ersten Verbindungsmittel 11 der Verbindungsvorrichtung 10 angeordneten, ersten Temperatursensor 13 erfolgt.
Weiterhin ist es ebenso möglich, das Ladekabel 1 derart zu gestalten, dass der Stecker 2 direkt und unmittelbar in ein Gehäuse des Inline-Moduls integriert ist, und nicht, wie in den Figuren der Zeichnung dargestellt, über ein flexibles Kabel mit den Inline-Modul verbunden ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Ladekabel 1 wie vorstehend beschrieben nicht als eigenständiges Ladekabel, sondern nur in Verbindung mit einer, der länderspezifischen Normung entsprechenden, Verbindungsvorrichtung 10 verwendbar ist. In diesem Fall wirkt die Verbindungsvorrichtung 10 sowohl als Kabelverlängerung, als auch als Adapter zur Anpassung an die jeweils vorherrschende Elektroinfrastruktur.
Ferner ist in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Steuereinrichtung 4 stets als integraler Bestandteil des Ladekabels 1 dargestellt. Es ist jedoch ebenso möglich, eine Elektrofahrzeug-seitig angeordnete Steuereinrichtung zur Steuerung des Ladevorgangs sowie der Temperaturüberwachung zu verwenden. In diesem Fall würde das Signal des ersten Temperatursensors 13 lediglich mittels der Kommunikationsleitung 6 durch das Ladekabel 1 hindurchgeführt, um es mittels der auf Seiten des Elektrofahrzeugs angeordneten Steuereinrichtung weiterzuverarbeiten.
Bezugszeichenliste

1: Ladekabel
2: netzseitiger Stecker
3-1: erster Kabelabschnitt
3-2: zweiter Kabelabschnitt
4: Steuereinrichtung
5: zweiter Temperatursensor
6: Kommunikationsleitung
7-1: Kontaktelement / Kontaktstift
7-2: Kontaktelement / Kontaktstift
8-1: weiterer Kontaktstift
8-2: weiterer Kontaktstift
9: Microcontroller
10: Verbindungsvorrichtung
11: erstes Verbindungsmittel
12: zweites Verbindungsmittel
13: erster Temperatursensor
14: Gehäuse
15: weiteres Kontaktelement
16: Codierwiderstand
17-1: Kontaktelement / Kontaktstift
17-2: Kontaktelement / Kontaktstift
18-1: Kontaktelement / Kontaktbuchse
18-2: Kontaktelement / Kontaktbuchse
19: PE-Kontaktelement / PE-Steckkontakt
20: Verbindungskabel
21: Kommunikationsleitung
22-1: weiteres Kontaktelement
22-1: weiteres Kontaktelement
23: Schalter
25-1: weiteres Kontaktelement
25-2: weiteres Kontaktelement
P: Phasenleiter
N: Neutralleiter
PE: Schutzleiter

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

IEC-Norm 61851 [0003]
DIN EN 61851 [0003]
DIN/EN/IEC 60309 [0005]

Claims

Elektrische Verbindungsvorrichtung (10) für ein Ladekabel (1) zum Laden eines Elektrofahrzeugs, – mit einem netzseitigen ersten Verbindungsmittel (11) zum elektrischen Verbinden der Verbindungsvorrichtung (10) mit einem elektrischen Versorgungsnetz, – mit einem ladekabelseitigen zweiten Verbindungsmittel (12) zum elektrischen Verbinden der Verbindungsvorrichtung (10) mit einem netzseitigen Stecker (2) des Ladekabels (1), – wobei das erste Verbindungsmittel (11) zumindest zwei Kontaktelemente (17-1, 17-2) aufweist, welche jeweils mit einem von zumindest zwei Kontaktelementen (18-1, 18-2) des zweiten Verbindungsmittels (12) elektrisch leitend verbunden sind, – wobei das erste Verbindungsmittel (11) einen ersten Temperatursensor (13) zur Temperaturüberwachung aufweist, – wobei der erste Temperatursensor (13) über eine Kommunikationsleitung (21) elektrisch mit dem zweiten Verbindungsmittel (12) verbunden ist, – wobei das zweite Verbindungsmittel (12) einen weiteren Kontakt aufweist, welche mit einem korrespondierenden weiteren Kontakt des netzseitigen Steckers (2) des Ladekabels (1) elektrisch leitend verbindbar ist, um ein Signal des Temperatursensors (13) an das Ladekabel (1) zu übertragen.
Elektrische Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktelemente (17-1, 17-2) des ersten Verbindungsmittels (11) über ein Verbindungskabel (20) mit den Kontaktelementen (18-1, 18-2) des zweiten Verbindungsmittels (12) elektrisch leitend verbunden sind.
Elektrische Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungsmittel (11) als erster Verbindungsstecker und das zweite Verbindungsmittel (12) als zweiter Verbindungsstecker ausgebildet sind.
Elektrische Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsvorrichtung (10) ein Codiermedium zur Bestimmung der Stromtragfähigkeit der Verbindungsvorrichtung (10)aufweist, welches über das zweite Verbindungselement auslesbar ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei ein Auslesen des Codiermediums über zwei am zweiten Verbindungsmittel (12) angeordnete Kontaktelemente (18-1, 18-2, 22-1, 22-2) erfolgt, welche mit am netzseitigen Steckers (2) des Ladekabels (1) ausgebildeten, korrespondierenden Kontaktelementen (25-1, 25-2) elektrisch leitend verbindbar sind.
Elektrische Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Codiermedium als Codierwiderstand (16) ausgebildet ist.
Elektrische Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungsmittel (11) als Multifunktionsstecker ausgebildet ist.
Ladekabel (1) zum Laden eines Elektrofahrzeugs, welches über einen netzseitigen Stecker (2) mit einer elektrischen Verbindungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Ladekabel (1) eine Kommunikationsleitung (6) aufweist, welche die Kontaktelemente (25) des netzseitigen Steckers (2) mit einer Steuereinrichtung (4) des Ladekabels (2) elektrisch leitend verbindet, so dass der erste Temperatursensor (13) mit der Steuereinrichtung (4) elektrisch leitend verbunden ist.
Ladekabel (1) nach Anspruch 8, wobei der Stecker (2) einen zweiten Temperatursensor (5) zur Temperaturüberwachung aufweist, welches über die Kommunikationsleitung (6) mit der Steuereinrichtung (4) elektrisch leitend verbunden ist.
Ladekabel (1) nach Anspruch 9, wobei der Stecker (2) einen Schalter (23) aufweist, welcher zwischen dem zweiten Temperatursensor (5) und der Kommunikationsleitung (6) angeordnet ist, um den zweiten Temperatursensor (5) bei angeschlossener Kabelverlängerung (10) durch Öffnen zu überbrücken.
Ladekabel (1) nach Anspruch 6, wobei das Ladekabel ein Gehäuse aufweist, welches neben der Steuereinrichtung (4) auch den netzseitigen Stecker (2) umfasst.