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Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie, einen Ladeanschluss und eine zwischen die Batterie und den Ladeanschluss geschaltete Ladeeinrichtung, und einem Verbindungsmittel, umfassend eine erste Kupplung, welche an den Ladeanschluss des Kraftfahrzeug angeschlossen oder anschließbar ist, und eine mit einer Energiesenke für einen Leistungstransport vom Kraftfahrzeug zur Energiesenke verbindbare zweite Kupplung. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verbindungsmittel.
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Eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrokraftfahrzeugs oder eines Plug-In-Hybrid-kraftfahrzeugs, kann mittels eines mit einem Ladeanschluss des Kraftfahrzeugs verbundenen Verbindungsmittels, beispielsweise eines Ladekabels, aufladbar sein. Der Ladevorgang wird dabei durch eine Ladeeinrichtung gesteuert, die auch als On-Board-Charger (OBC) bezeichnet wird. Das Verbindungsmittel weist eine erste Kupplung auf, die beispielsweise gegengleich zum Ladeanschluss ausgebildet ist, und eine zweite Kupplung, die mit einer elektrische Energie bereitstellenden Energiequelle, beispielsweise einer Ladestation, verbindbar ist.
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Darüber hinaus sind bidirektionale Ladeeinrichtungen bekannt, über welche elektrische Leistung von der Batterie zu einer mit der zweiten Kupplung verbundenen Energiesenke in Form eines öffentlichen Stromnetzes transportiert werden kann. Die Batterie dient hier als Pufferspeicher für ein so genanntes Smart Grid. Dabei muss jedoch typsicherweise eine zusätzliche Datenverbindung zwischen einem Stromnetzbetreiber und dem Kraftfahrzeug aufgebaut werden, um den Leistungstransport zum Stromnetz mittels der bidirektionalen Ladeeinrichtung zu steuern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Batterie gespeicherte Energie einfacher für eine Abgabe an eine Energiesenke nutzbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Verbindungsmittel zum Bereitstellen wenigstens einer Leistungstransportinformation an das Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei die Ladeeinrichtung zum Auswerten der Leistungstransportinformation und zum Vorgeben der Richtung des Leistungstransports zwischen der Batterie und dem Ladeschluss in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses ausgebildet ist.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, einerseits ein Verbindungsmittel vorzusehen, welches zum Anschluss an eine bestimmte Energiesenke und zum Bereitstellen zumindest einer Leistungstransportinformation ausgebildet ist, aus der sich ableiten lässt, dass der Leistungstransport in Richtung der Energiesenke zu erfolgen hat. Andererseits ist die Ladeeinrichtung derart eingerichtet, dass sie lediglich anhand der verbindungsmittelseitig bereitgestellten Leistungstransportinformation eine Auswahl treffen kann, in welche Richtung der Leistungstransport erfolgt. Im Falle einer über das Verbindungsmittel verbundenen Energiesenke erfolgt der Leistungstransport mithin von der Batterie über den Ladeanschluss und das Verbindungsmittel zur Energiesenke. Mit anderen Worten kann eine Entscheidung, ob der Batterie Energie zugeführt werden soll, beispielsweise bei einem Ladevorgang mittels eines Ladekabels, oder ob Energie von der Batterie abgegeben werden soll, lediglich von der durch die Ladeeinrichtung auszuwertenden Leistungstransportinformation abhängig gemacht werden. Da die Ladeeinrichtung und der Ladeanschluss mithin auch ein Entladen der Batterie ermöglichen, können diese auch als Lade- und Entladeeinrichtung bzw. als Lade- und Entladeanschluss bezeichnet werden.
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Die in der Batterie des Kraftfahrzeugs gespeicherte Energie kann so für eine Vielzahl weiterer Zwecke neben einer Verwendung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs oder einer Einspeisung in ein öffentliches Stromnetz nutzbar gemacht werden, wobei es zur Ermittlung der Richtung des Leistungstransports keiner zusätzlichen Konfigurationsmaßnahmen, beispielsweise durch zusätzliche Datenverbindungen oder Bedieneingaben, bedarf.
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Die Erfindung ermöglicht es beispielsweise auf einfache Art und Weise ein Verbindungsmittel einzusetzen, das der Bereitstellung eines Netzanschlusses als zweite Kupplung für einen beliebigen Verbraucher mit einem Netzstecker dient. Gegenüber herkömmlichen Netzanschlüssen in Kraftfahrzeugen, die über einen Wechselrichter aus einem Niedervoltbordnetz gespeist werden, können über das den Netzanschluss bereitstellende Verbindungsmittel wesentlich höhere Ströme bei einer Netzspannung von beispielsweise 230 Volt oder 110 Volt fließen, da die Ladeeinrichtung bereits für sehr hohe Ladeströme ausgelegt ist. Insbesondere lassen sich so auch sehr leistungsintensive Verbraucher wie ein Haartrockner oder ein Staubsauger versorgen. Zusammenfassend kann so ein von der Batterie des Kraftfahrzeugs gespeistes, besonders leistungsfähiges Inselnetz bereitgestellt werden.
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Ebenso kann ein Verbindungsmittel verwendet werden, welches dazu dient, ein weiteres Kraftfahrzeug oder ein mit einem weiteren Kraftfahrzeug verbundenes Ladekabel an die zweite Kupplung anzuschließen und das weitere Kraftfahrzeug mittels der Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs der erfindungsgemäßen Anordnung zu laden. So kann beispielsweise eine von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren bekannte Fremdstarthilfe auch für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge realisiert werden. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug der erfindungsgemäßen Anordnung bei Verwendung eines entsprechenden Verbindungsmittels als virtuelle Ladesäule betrieben werden. In beiden zuvor beschriebenen Fällen erfolgt die Konfiguration der Ladeeinrichtung zumindest hinsichtlich der Richtung des Leistungstransports ausschließlich anhand der Auswertung der verbindungsmittelseitig bereitgestellten Leistungstransportinformation.
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Die Batterie kann zur Versorgung einer teilweise oder vollständig elektrisch betriebenen Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein. Die Batterie kann eine Nennspannung von wenigstens 60 Volt, bevorzugt wenigstens 150 Volt, aufweisen. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Elektrokraftfahrzeug (battery electic vehicle – BEV) oder ein Plug-In-Hybrid-Kraftfahrzeug (plug-in hybrid electric vehicle – PHEV) sein. Die Ladeeinrichtung, die auch als on-board charger (OBC) bezeichnet werden kann, weist zweckmäßigerweise eine bidirektionale Wandlereinrichtung auf, mittels welcher eine batterieseitige Gleichspannung in eine ladeanschlussseitige Wechselspannung und umgekehrt wandelbar ist. Darüber hinaus kann die Ladeeinrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen, mittels welcher die Leistungstransportinformation auswertbar und die Richtung des Leistungstransports durch Ansteuerung der Wandlereinrichtung in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses vorgebbar ist. Im erfindungsgemäßen Sinne meint Leistungstransport ausschließlich einen Transport von Wirkleistung. Der Ladeanschluss ist typischerweise vom Äußeren des Kraftfahrzeugs zugänglich angeordnet und kann einen Steckerkontakt oder mit anderen Worten einen männlichen Kontakt für eine Verbindung mit der, insbesondere gegengleich zum Ladeanschluss ausgebildeten, ersten Kupplung des Verbindungsmittels aufweisen. Grundsätzlich kann das Verbindungsmittel als Adapter ausgebildet sein, der an der zweiten Kupplung ein umgekehrtes Geschlecht bezüglich jenes des Ladeanschlusses aufweist, das heißt einen sogenannten Gender Changer ausbilden.
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Es wird bevorzugt, wenn die Leistungstransportinformation oder eine der Leistungstransportinformationen einen Typ des Verbindungsmittels und/oder einen verbindungsmittelspezifischen Identifikator und/oder Authentifizierungsdaten beschreibt. Unter einem Typ des Verbindungsmittels ist dabei eine Eigenschaft mehrerer gleichartiger Verbindungsmittel zu verstehen, welche insbesondere dem gleichen Zweck dienen. Ein verbindungsmittelspezifischer Identifikator wird mehreren gleichartigen Verbindungsmitteln, insbesondere Verbindungsmitteln gleichen Typs, unterschiedlich zugeordnet. Ferner dienen Authentifizierungsdaten dazu, ein Verbindungsmittel hinsichtlich seiner Herkunft von einer bestimmten Quelle, beispielsweise einem bestimmten Hersteller oder Anbieter, zu verifizieren.
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Ergänzend oder alternativ kann die Leistungstransportinformation oder eine der Leistungstransportinformationen eine am Ladeanschluss bereitzustellende Spannung und/oder Frequenz und/oder Maximalstromstärke beschreiben. Das Verbindungsmittel kann insofern selber eine Information bereitstellen, mit welchen elektrischen Parametern es, insbesondere bauartbedingt, betreibbar ist, ohne einen unzulässigen Betriebszustand zu erreichen. Ebenso kann sich die Spannung bzw. Frequenz bzw. Maximalstromstärke auf die an die zweite Kupplung anschließbare oder angeschlossene Energiesenke beziehen. Im bereits erwähnten Fall einer Verbindung des zweiten Kraftfahrzeugs mit der zweiten Kupplung kann dies die vom weiteren Kraftfahrzeug zum Laden geforderte Spannung und/oder Frequenz und/oder Maximalstromstärke sein.
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Es wird ferner bevorzugt, wenn die Ladeeinrichtung zum Zulassen oder Unterbinden des Leistungstransports in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses ausgebildet ist. Die Ladeeinrichtung wertet insbesondere den Typ des Verbindungsmittels und/oder den verbindungsmittelspezifischen Identifikator und/oder die Authentifizierungsdaten und/oder die am Ladeanschluss bereitzustellende Spannung und/oder Frequenz und/oder Maximalstromstärke dahingehend aus, ob die Ladeeinrichtung bzw. das Verbindungsmittel dazu geeignet ist, einen entsprechenden Leistungstransport bereitzustellen, und lässt einen Leistungstransport nur zu, wenn dies der Fall ist. Andernfalls kann die Ladeeinrichtung den Leistungstransport unterbinden, das heißt mit anderen Worten das Verbindungsmittel abweisen. Im Fall der den Typ des Verbindungsmittels und/oder den verbindungsmittelspezifischen Identifikator beschreibenden Leistungstransportinformation kann dazu in einer Datenspeichereinheit der Ladeeinrichtung eine Datenbank mit abrufbaren, unterschiedlichen Typen und/oder Identifikatoren zugeordneten zulässigen Spannungen und/oder Frequenzen und/oder Maximalstromstärken gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Datenbank auch unterschiedlichen Typen und/oder Identifikatoren eine Freigabeinformation zuordnen. Die Ladeeinrichtung kann die die Authentifizierungsdaten beschreibende Transportinformation dahingehend überprüfen, ob das Verbindungsmittel von einer zulässigen Quelle, beispielsweise vom Hersteller des Kraftfahrzeugs oder einem zertifizierten Hersteller, stammt. Zweckmäßigerweise ist die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet, den Leistungstransport nur zuzulassen, wenn die Authentifizierung positiv ausfällt, und den Leistungstransport andernfalls zu unterbinden.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Ladeeinrichtung zum Steuern des Leistungstransports mit einer aus der Leistungstransportinformation oder einer der Leistungstransportinformationen ermittelten Spannung und/oder Frequenz und/oder Maximalstromstärke ausgebildet ist. Insbesondere kann die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet sein, die Spannung und/oder Frequenz und/oder Maximalstromstärke insbesondere unmittelbar aus der die am Ladeanschluss bereitzustellende Spannung und/oder Frequenz und/oder Maximalstromstärke beschreibenden Leistungstransportinformation zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet sein, die Spannung und/oder Frequenz und/oder Maximalstromstärke aus der den Typ des Verbindungsmittels und/oder der den verbindungsmittelspezifischen Identifikator beschreibenden Leistungstransportinformation zu ermitteln. Dazu kann in analoger Weise die zuvor erwähnte Datenbank verwendet werden.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn das Verbindungsmittel eine Kommunikationseinrichtung aufweist, mittels welcher die Leistungstransportinformation oder eine der Leistungstransportinformationen an das Kraftfahrzeug drahtlos übertragbar ist. Anders gesagt stellt das Verbindungsmittel die Leistungstransportinformation dem Kraftfahrzeug, insbesondere der Ladeeinrichtung, funktechnisch bereit. Es ist ferner möglich, dass das Verbindungsmittel eine Steuereinrichtung aufweist, welche zur bidirektionalen Kommunikation mit der Ladeeinrichtung ausgebildet ist. Die verbindungsmittelseitige Kommunikationseinrichtung kann ein RFID-Mittel umfassen und/oder zur Übertragung der wenigstens einen Leistungstransportinformation über eine Bluetooth-Verbindung und/oder über ein Datennetzwerk ausgebildet sein. Das Datennetzwerk kann insbesondere entsprechend einem WLAN-Standard realisierbar sein.
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Es wird ferner bevorzugt, wenn das Kraftfahrzeug eine, insbesondere ladeanschlussseitig verbaute, Kommunikationseinrichtung aufweist, mittels welcher die Leistungstransportinformation oder wenigstens eine der Leistungstransportinformationen empfangbar ist. Dabei kann die die kraftfahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung zum Aktivieren des verbindungsmittelseitigen RFID-Mittels und/oder zum Empfangen der wenigstens einen übertragenen Leistungstransportinformation über die Bluetooth-Verbindung und/oder über das Datennetzwerk ausgebildet sein.
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Für eine besonders einfache Bereitstellung der Leistungstransportinformation kann das Verbindungsmittel wenigstens ein mit einem Kontaktpaar der ersten Kupplung elektrisch leitend verbundenes oder verbindbares Widerstandselement aufweisen, welches zur Kodierung der Leistungstransportinformation oder einer der Leistungstransportinformationen ausgebildet ist. Zur Kodierung kann das Widerstandselement mit einem spezifischen Widerstandswert elektrisch leitend mit zwei das Kontaktpaar bildenden Kontakten der ersten Kupplung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Schaltelement vorgesehen sein, mittels welches das oder ein Widerstandselement durch Schalten mit den Kontakten des Kontaktpaars verbindbar ist. Dies schließt auch ein, dass das Widerstandselement zu einem weiteren, fest mit den Kontakten verbundenen Widerstandselement zugeschaltet wird.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug eine Messeinrichtung aufweist, welche zum Erfassen der kodierten Leistungstransportinformation oder wenigstens einer der kodierten Leistungstransportinformationen durch Messen wenigstens eines Widerstandswerts zwischen wenigstens einem Kontaktpaar des Ladeanschlusses ausgebildet ist. Insbesondere kann das Kontaktpaar des Ladeanschlusses mit jenem Kontaktpaar des Verbindungsmittels verbindbar sein, welches mit dem wenigstens einen Widerstandselement verbunden oder verbindbar ist. Die Messeinrichtung kann ladeeinrichtungsseitig oder landeanschlussseitig vorgesehen sein. Die Ladeeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den Widerstandswert oder einen der Widerstandswerte und/oder eine Veränderung des Widerstandswerts oder eines der Widerstandswerte als Leistungstransportinformation oder eine der Leistungstransportinformation auszuwerten.
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Ferner kann die Messeinrichtung zum Messen des Widerstandswerts oder eines der Widerstandswerte an einem nicht zum Leistungstransport vorgesehenen Kontaktpaar, insbesondere umfassend wenigstens einen Pilotkontakt und/oder einen Schutzleiterkontakt, ausgebildet sein. Unter Leistungstransport ist dabei der Leistungstransport von der Batterie zum Ladeanschluss zu verstehen und ausdrücklich nicht ein möglicher Leistungstransport, der durch ein Anlegen einer Messspannung zur Durchführung der Messung des Widerstandswerts auftritt. Der oder ein Pilotkontakt kann der Control Pilot (CP) und/oder der Proximity Pilot einer Kupplung gemäß IEC 62196 sein.
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Vorzugsweise beschreibt eine zusätzliche Leistungstransportinformation, ob die Energiesenke mit dem Verbindungsmittel, insbesondere seiner zweiten Kupplung, kontaktiert ist, wobei die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Bereitstellung einer Ausgangsspannung zu unterbinden bis ein Kontakt der Energiesenke mit dem Verbindungsmittel ermittelt ist. Dadurch wird gewährleistet, dass der Leistungstransport erst erfolgt, wenn eine Energiesenke mit der zweiten Kupplung kontaktiert ist, wodurch diese im unkontaktierten Zustand aus Sicherheitsgründen spannungsfrei bleibt. Die zusätzliche Leistungstransportinformation kann analog zu der zuvor beschriebenen wenigstens einen Leistungstransportinformation durch das Verbindungsmittel bereitstellbar sein. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Schaltelement dazu eingerichtet ist, bei einer erfassten Kontaktierung der Energiesenke ein Widerstandselement zwischen ein Kontaktpaar, insbesondere zwischen einen Pilotkontakt und den Schutzleiter, zu schalten. Ferner kann die verbindungsmittelseitige Steuereinrichtung zum Überprüfen, ob die Energiesenke mit der zweiten Kupplung kontaktiert ist, und zum Bereitstellen der entsprechenden Leistungstransportinformation für die verbindungsmittelseitige Kommunikationseinrichtung ausgebildet sein.
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Darüber hinaus kann die oder eine kraftfahrzeugseitige Messeinrichtung zum Erhalten der zusätzlichen Leistungstransportinformation durch Messen eines Widerstandswerts zwischen einem zum Leistungstransport beitragenden Kontaktpaar, insbesondere umfassend einen Außenleiter und einen Neutralleiter, des Ladeanschlusses ausgebildet sein. Insofern kann die sich durch das Kontaktieren der Energiesenke mit der zweiten Kupplung ergebende Widerstandsveränderung als zusätzliche Leistungstransportinformation auswertbar sein, was eine besonders einfache Detektion, ob die Energiesenke kontaktiert ist, ermöglicht. Zweckmäßigerweise ist die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet, den Leistungstransport erst bei Unterschreiten eines Widerstandsschwellwerts durch den gemessenen Widerstandswert zwischen dem zum Leistungstransport beitragenden Kontaktpaar freizugeben bzw. erst dann eine Ausgangsspannung bereitzustellen.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet ist, den Leistungstransport erst bei Erhalten eines durch eine Bedieneingabe erzeugten Bediensignals zuzulassen, welches durch Betätigen wenigstens eines kraftfahrzeugseitigen Bedienelements, insbesondere eines ladeanschlussseitigen Bedienelements und/oder eines im Innenraum des Kraftfahrzeug angeordneten Bedienelements, und/oder durch ein über eine kraftfahrzeugseitige Datenfunkschnittstelle empfangenes Funksignal, insbesondere eines tragbaren Kommunikationsgeräts, erzeugbar ist. Ferner kann die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet sein, den Leistungstransport bei Erhalten eines weiteren durch eine Bedieneingabe erzeugten Bediensignals wieder zu unterbinden. Das im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnete Bedienelement ist beispielsweise durch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) realisiert. Hinsichtlich des tragbaren Kommunikationsgeräts wird es bevorzugt, wenn das Bediensignal durch eine mobile Applikation (App) auslösbar ist.
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Außerdem kann ein kraftfahrzeugseitiges Verriegelungselement vorgesehen sein, welches dazu ausgebildet ist, das Verbindungsmittel in einem in den Ladeanschluss eingesteckten Zustand am Kraftfahrzeug zu verriegeln. Das Verriegelungselement kann über die ladeeinrichtungsseitige Steuereinrichtung ansteuerbar sein. Insbesondere erfolgt das Verriegeln in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses der Leistungstransportinformation oder einer der Leistungstransportinformationen, wobei eine ausgewertete Leistungstransportinformation beispielsweise die Authentifizierungsdaten beschreiben kann.
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Bevorzugt ist ladeanschlussseitig und/oder im Innenraum des Kraftfahrzeugs eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, welche durch die Ladeeinrichtung zur Visualisierung des Leistungstransports, insbesondere seiner Richtung, ansteuerbar ist. Ladeanschlussseitig kann eine Leuchtdiode als Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein. Die Anzeigeeinrichtung im Innenraum kann auch durch die Mensch-Maschine-Schnittstelle realisiert sein. Ferner ist es möglich, dass die oder eine kraftfahrzeugseitige Datenschnittstelle zur Übermittlung eines Funksignals, insbesondere an das tragbare Kommunikationsgerät, ausgebildet ist, wobei das Funksignal eine zur Visualisierung des Leistungstransports verarbeitbare Information umfasst. Insbesondere erfolgt die Visualisierung des Leistungstransports dann mittels der mobilen Applikation.
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Das Kraftfahrzeug kann außerdem eine in seinem Innenraum verbaute Steckdose für einen Netzstecker aufweisen, wobei die Ladeeinrichtung ferner dazu ausgebildet ist, einen zusätzlichen Leistungstransport in Richtung der Steckdose vorzugeben und die Bereitstellung einer Ausgangsspannung an der Steckdose zu unterbinden, bis ein in die Steckdose eingesteckter Verbraucher erfasst wurde. So können die besonders hohen von der Batterie und der Ladeeinrichtung abgebbaren Leistungen an einer im Innenraum des Kraftfahrzeugs verbauten Steckdose bereitgestellt werden, welche herkömmlicherweise lediglich durch ein weniger leistungsfähiges Niedervoltnetz des Kraftfahrzeugs gespeist wird. Zusätzlich wird sichergestellt, dass an der Steckdose nur dann eine Spannung anliegt, wenn auch ein Verbraucher in die Steckdose eingesteckt ist.
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Zweckmäßigerweise weist die Ladeeinrichtung dazu eine durch die ladeeinrichtungsseitige Steuereinrichtung ansteuerbare Schalteinrichtung auf. Die Schalteinrichtung kann zwischen die Wandlereinrichtung der Ladeeinrichtung und den Ladeanschluss geschaltet sein. Die Schalteinrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Wandlereinrichtung in einem ersten Schaltzustand nur mit dem Ladeanschluss, in einem zweiten Schaltzustand nur mit der Steckdose und in einem dritten Schaltzustand mit dem Ladeanschluss und der Steckdose zu verbinden sowie in einem vierten Schaltzustand den Ladeanschluss und die Steckdose von der Wandlereinrichtung zu trennen. Ferner wird es bevorzugt, wenn die Schalteinrichtung als separate Baueinheit ausgebildet ist. Die Steckdose kann eine Kindersicherung aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbindungsmittels, insbesondere wenn dieses an der zweiten Kupplung einen Netzanschluss bereitstellt, kann es ein die erste Kupplung und die zweite Kupplung verbindendes Kabel aufweisen. Der Netzanschluss kann eine Kindersicherung aufweisen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verbindungsmittels, insbesondere wenn dieses zum Laden eines weiteren Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, sind die erste Kupplung und die zweite Kupplung in einem gemeinsamen Kupplungsgehäuse angeordnet. Ein derartiges Verbindungsmittel zeichnet sich durch besonders kompakte Abmessungen aus und kann einem Kraftfahrzeug beigelegt werden, um im Bedarfsfall das weitere Kraftfahrzeug zu laden, also beispielsweise Hilfestellung zu leisten, wenn das witere Kraftfahrzeug wegen einer entladen Batterie liegen geblieben ist.
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Im Hinblick auf diese beiden Ausführungsformen wird es ferner bevorzugt, wenn die zweite Kupplung zum Einstecken eines Netzsteckers oder eines Ladekabels für das weitere Kraftfahrzeug ausgebildete Kontakte, insbesondere Buchsenkontakte, aufweist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Kraftfahrzeug für eine erfindungsgemäße Anordnung aus dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und einem Verbindungsmittel. Sämtliche Ausführungen bezüglich des zu der erfindungsgemäßen Anordnung gehörenden Kraftfahrzeug lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Daneben wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verbindungsmittel für eine erfindungsgemäße Anordnung aus einem Kraftfahrzeug und dem erfindungsgemäßen Verbindungsmittel gelöst. Sämtliche Ausführungen bezüglich des zur erfindungsgemäßen Anordnung gehörenden Verbindungsmittels lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Verbindungsmittel übertragen, so dass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Offenbart wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie, einen Ladeanschluss und eine zwischen die Batterie und den Ladeanschluss geschaltete Ladeeinrichtung, und einem Verbindungsmittel, umfassend eine erste Kupplung, welche an den Ladeanschluss des Kraftfahrzeug angeschlossen oder anschließbar ist, und eine mit einer Energiesenke für einen Leistungstransport vom Kraftfahrzeug zur Energiesenke verbindbare zweite Kupplung, wobei das Verbindungsmittel wenigstens eine Leistungstransportinformation an das Kraftfahrzeug bereitstellt, wobei die Ladeeinrichtung die Leistungstransportinformation oder eine der Leistungstransportinformationen auswertet und die Richtung des Leistungstransports zwischen der Batterie und dem Ladeschluss in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses vorgibt. Sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich analog auf das Verfahren übertragen, so dass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Kraftfahrzeug und einem Verbindungsmittels;
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2 eine Detaildarstellung eines Widerstandsnetzwerks des in 1 gezeigten Verbindungsmittels.
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3 eine Detaildarstellung eines Ladeanschlusses des 1 gezeigten Kraftfahrzeugs;
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4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungsmittels; und
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5 perspektivische Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbindungsmittels.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer Anordnung 1 aus einem Kraftfahrzeug 2 und einem Verbindungsmittel 3.
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Das Kraftfahrzeug 2 ist ein Elektrokraftfahrzeug (battery electric vehicle – BEV) oder eine Plug-In-Hybridkraftfahrzeug (plug-in hybrid electric vehicle – PHEV) und weist eine Batterie 4 mit einer Nennspannung von beispielsweise 200 Volt auf, die zur Versorgung einer vollständig oder teilweise elektrisch betriebenen Antriebseinrichtung 5 eingerichtet ist. Zum Laden der Batterie 4 ist ein vom Äußeren des Kraftfahrzeugs 1 zugänglicher Ladeanschluss 6 vorgesehen, der über eine Ladeeinrichtung 7 mit der Batterie 4 verbunden ist. An den Ladeanschluss 6 ist beispielsweise ein Ladekabel zur Verbindung des Kraftfahrzeugs 1 mit einer externen Ladestation oder Ladesäule anschließbar. Die Ladeeinrichtung 7 weist eine Wandlereinrichtung 8 in Form eines bidirektionalen AC/DC-Wandlers auf. Die Wandlereinrichtung 8 ist mithin dazu ausgebildet, eine batterieseitige Gleichspannung in eine ladeanschlussseitige Wechselspannung zu wandeln und umgekehrt. Zur Vorgabe der Richtung eines Leistungstransport, also von der Batterie 4 zum Ladeanschluss 6 oder umgekehrt, ist die Wandlereinrichtung 8 durch die Steuereinrichtung 9 ansteuerbar.
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Das Verbindungsmittel 3 ist mittels einer ersten Kupplung 10 an den Ladeanschluss 6 anschließbar und in 1 im angeschlossenen Zustand gezeigt. Eine zweite Kupplung 11 des Verbindungsmittels 3 dient seiner Verbindung mit einer nicht zur Anordnung 1 gehörenden Energiesenke 12. Die erste Kupplung 10 weist mehrere Buchsenkontakte 13–17 auf, die im angeschlossenen Zustand des Verbindungsmittels 3 elektrisch leitend mit mehreren Steckerkontakten 18–22 des Ladeanschlusses 6 verbunden sind. Die erste Kupplung 10 ist mithin gegengleich zum Ladeanschluss 6 ausgebildet, beispielsweise gemäß IEC 62196, insbesondere Typ 2. Zur Vereinfachung ist dabei in 1 lediglich ein Buchsenkontakt 13 und ein Steckerkontakt 18 für einen von drei Außenleitern dargestellt. Über den Buchsenkontakt 14 und den Steckerkontakt 19 ist ein Neutralleiter, über den Buchsenkontakt 15 und den Steckerkontakt 20 ist ein Schutzleiter, über den Buchsenkontakt 16 und den Steckerkontakt 21 ist eine erste Pilotleitung (z.B. der Control Pilot) und über den Buchsenkontakt 17 und den Steckerkontakt 22 ist eine zweite Pilotleitung (z.B. der Proximity Pilot) geführt.
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Über eine verbindungsmittelseitige Kommunikationseinrichtung 23 und ein Widerstandsnetzwerk 24 stellt das Verbindungsmittel 3 mehrere Leistungstransportinformationen an das Kraftfahrzeug 2 bereit, welche durch eine kraftfahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung 25 und eine kraftfahrzeugseitige Messeinrichtung 26 erfasst und der Steuereinrichtung 9 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 9 ist dazu ausgebildet, die Leistungstransportinformationen auszuwerten und in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses die Richtung des Leistungstransports zwischen der Batterie 4 und dem Ladeanschluss 6 vorzugeben.
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Im Folgenden wird zunächst eine Übertragung der Leistungstransportinformationen über die Kommunikationseinrichtungen 23, 25 erläutert:
Dabei kommunizieren die Kommunikationseinrichtungen 23, 25 mittels einer Bluetooth-Verbindung, wobei eine verbindungsmittelseitige Steuereinrichtung 27 die Kommunikationseinrichtung 23 zur Übertragung der Leistungstransportinformationen ansteuert. Die zu übertragenden Leistungstransportinformationen sind in der Steuereinrichtung 27 gespeichert und beschreiben den Typ des Verbindungsmittels 3, einen verbindungsmittelspezifischen Identifikator, Authentifizierungsdaten und eine am Ladeanschluss bereitzustellende Spannung, Frequenz und Maximalstromstärke. Eine weitere Leistungstransportinformation beschreibt, ob die Energiesenke 12 mit der zweiten Kupplung 11 des Verbindungsmittels 3 kontaktiert ist. Bei einer Annäherung des Verbindungsmittels 3 an den Ladeanschluss 6 oder beim Einstecken der ersten Kupplung 10 in den Ladeanschluss 6 baut die verbindungsmittelseitige Kommunikationseinrichtung 23 die Bluetooth-Verbindung mit der kraftfahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung 25 auf und überträgt sämtliche Leistungstransportinformationen an diese.
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Die Steuereinrichtung 9 wertet diese anschließend aus. Aus den den Typ und den Identifikator beschreibenden Leistungstransportinformationen ermittelt die Steuereinrichtung 9 durch Abfrage aus einer in einer Datenspeichereinheit 28 oder durch eine kraftfahrzeugseitige Datenschnittstelle 29 abgerufenen Datenbank, ob das Verbindungsmittel 3 mit dem Kraftfahrzeug 2 kompatibel ist und für welche Richtung des Leistungstransports es vorgesehen ist. Da das Verbindungsmittel 3 vorliegend zum Anschluss der Energiesenke 12 an das Kraftfahrzeug 2 ausgelegt ist, wertet die Steuereinrichtung 9 die Leistungstransportinformation dahingehend aus, dass ein von der Batterie 4 zum Ladeanschluss 6 gerichteter Leistungstransport vorzugeben ist. Durch Auswertung der die Authentifizierungsdaten beschreibenden Leistungstransportinformation ermittelt die Steuereinrichtung 9, ob das Verbindungsmittel 3 aus einer zuverlässigen Quelle, beispielsweise vom gleichen Hersteller wie das Kraftfahrzeug 2 oder von einem zertifizierten Hersteller, stammt. Aus den die bereitzustellende Spannung, Frequenz und Maximalstromstärke beschreibenden Leistungstransportinformationen ermittelt die Steuereinrichtung 9 ferner, ob die Ladeeinrichtung 7 dazu ausgelegt ist, einen Leistungstransport über das Verbindungsmittel 3 zu realisieren. Alternativ dazu kann die bereitzustellende Spannung, Frequenz und Maximalstromstärke auch aus einer der zuvor beschriebenen Datenbanken abgerufen werden und somit lediglich anhand der den Typ und/oder den Identifikator beschreibenden Leistungstransportinformationen ermittelt werden.
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Fallen der zuvor genannten Auswertungen positiv aus, lässt die Steuereinrichtung 9 ein Leistungstransport von der Batterie 4 zum Ladeanschluss 6 und damit auch über das Verbindungsmittel 3 zur Energiesenke 12 grundsätzlich zu. Gleichzeitig konfiguriert sie die Wandlereinrichtung 8 zur Bereitstellung der Spannung und der Frequenz und zur Begrenzung des Leistungstransports bis zu der Maximalstromstärke.
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Ferner wertet die Steuereinrichtung 9 die weitere Leistungstransportinformation, welche beschreibt, ob die Energiesenke 12 mit der zweiten Kupplung 11 kontaktiert ist, aus und steuert eine der Wandlereinrichtung 8 nachgeschaltete Schalteinrichtung 30 erst zum Anlegen einer Ausgangsspannung an den Ladeanschluss 6 an, wenn eine Kontaktierung der Energiesenke 2 ermittelt wurde. Den Kontaktierungszustand der Energiesenke 12 bezüglich der zweiten Kupplung 11 ermittelt dabei die verbindungsmittelseitige Steuereinrichtung 27.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kommunizieren die Kommunikationseinrichtungen 23, 25 über ein Datennetzwerk, das gemäß einem WLAN-Standard aufgebaut wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist oder umfasst die Kommunikationseinrichtung 23 ein passives RFID-Mittel, in welches auch die Steuereinrichtung 27 integriert sein kann und welches durch die kraftfahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung 25 zum Übertragen der Leistungstransportinformationen aktivierbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich zur Bereitstellung der Leistungstransportinformationen mittels der Kommunikationseinrichtungen 23, 25 werden diese vollständig oder teilweise mithilfe des verbindungsmittelseitigen Widerstandsnetzwerk 24 bereitgestellt. 2 zeigt eine Prinzipskizze des Widerstandsnetzwerks 24, wobei zwischen einem jeweiligen aus zwei der Buchsenkontakte 15–17 gebildeten Kontaktpaar ein erstes Widerstandselement 31 angeordnet und parallel dazu ein zweites Widerstandselement 32 mittels eines von der Steuereinrichtung 27 ansteuerbaren Schaltelements 33 zuschaltbar ist. Da die Buchsenkontakte 15–17 den Schutzleiter bzw. die Pilotkontakte führen, tragen diese im Wesentlichen nicht zum Leistungstransport entlang der Außenleiter und des Neutralleiters bei. Über die Widerstandswerte der jeweiligen Widerstandselemente 31, 32 lassen sich mithin ebenfalls Leistungstransportinformationen kodieren. Insbesondere kann eine durch die Steuereinrichtung 27 erfasste Zustandsänderung, beispielsweise das Kontaktieren der Leistungssenke 12, durch ein Zuschalten des zweiten Widerstandselements 32 kodiert werden.
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Die in 1 gezeigte Messeinrichtung 26 ist dazu ausgebildet, die Widerstandswerte zwischen den nicht zum Leistungstransport beitragenden Steckerkontakten 20–22 zu messen, welche sich aus den jeweils verbindungsmittelseitig verbundenen Widerstandselementen 31, 32 ergeben. Die durch die Widerstandselemente 31, 32 kodierten und mithin verbindungsmittelseitig bereitgestellten Leistungstransportinformationen werden anhand der Messwerte durch die Steuereinrichtung 9 ausgewertet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung 26 ferner dazu ausgebildet, eine Widerstandsveränderung zwischen den Steckerkontakten 18, 19, die als Außenleiter und Neutralleiter den Leistungstransport realisieren, zu erfassen. Eine solche Widerstandsveränderung entsteht durch die Kontaktierung der Energiesenke 12 mit der zweiten Kupplung 11, so dass die zusätzliche, den Kontaktierungszustand der Energiesenke 12 beschreibende Leistungstransportinformation alternativ oder zusätzlich zu der Übermittlung mittels der Kommunikationseinrichtungen 25, 26 und dem Zuschalten eines Widerstandselements 32 auch durch die Widerstandsveränderung zwischen den Steckerkontakten 18, 19 erfasst werden kann.
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3 zeigt eine Detaildarstellung des kraftfahrzeugseitigen Ladeanschlusses 6 mit den Steckerkontakten 18–22, wobei drei Steckerkontakte 18 für jeweils einen Außenleiter unterschiedlicher Phase vorgesehen sind. Ladeanschlussseitig ist ferner ein Bedienelement 34 vorgesehen, welches bei einer Betätigung ein Bediensignal erzeugt. Dieses ist durch die Steuereinrichtung 9 erfassbar, welche ferner dazu ausgebildet ist, den Leistungstransport erst nach Erfassen des Bediensignals freizugeben. Alternativ oder zusätzlich ist ein entsprechendes Bediensignal durch ein in einem Innenraum 35 des Kraftfahrzeugs 2 angeordnetes Bedienelement, beispielsweise einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 36 (Human-Machine-Interface – HMI), auslösbar. Alternativ oder zusätzlich ist ein entsprechendes Bediensignal mittels der Datenschnittstelle 29 von einem tragbaren Kommunikationsgerät 37 empfangbar, beispielsweise einem Smartphone auf dem eine mobile Applikation (App) zur Steuerung der Ladeeinrichtung 7 installiert ist. Die Steuereinrichtung 9 ist ferner dazu ausgebildet, den Leistungstransport beim Erhalten eines weiteren Bediensignals über die vorgenannten Kanäle wieder zu unterbinden. Eine aufgrund der Auswertung der Leistungstransportinformationen vorgenommene grundsätzliche Freigabe des Leistungstransports bleibt jedoch nach dem erhalten eines derartigen Bediensignals grundsätzlich aufrecht, so dass die Ladeeinrichtung mit anderen Worten in einem Stand-By-Modus verharrt.
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Daneben ist ladeanschlussseitig eine Anzeigeeinrichtung 43, z.B. umfassend eine Leuchtdiode, vorgesehen, welche während des Leistungstransports dessen Richtung visualisiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Richtung des Leistungstransports mittels einer im Innenraum 35 angeordneten Anzeigeeinrichtung, beispielsweise der Mensch-Maschine-Schnittstelle 36, oder der mobilen Applikation visualisiert werden.
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Der Ladeanschluss 6 weist ferner ein Verriegelungselement 38 auf, welches das Verbindungselement 3 nach einer erfolgreichen Auswertung der Leistungstransportinformationen dahingehend, dass ein Leistungstransport über den Ladeanschluss 6 in Richtung des Verbindungselements 3 möglich ist, mittels eines weiteren Verriegelungselements 39 verriegelt.
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Das Kraftfahrzeug 2 weist darüber hinaus eine in seinem Innenraum 35 verbaute Steckdose 40 für einen Netzstecker, beispielsweise einen Schutzkontaktstecker, auf. Die Ladeeinrichtung 7 ist ferner dazu ausgebildet, einen weiteren Leistungstransport zur Steckdose 40 zuzulassen, so dass auch an dieser elektrische Verbraucher mit einem hohen Leistungsbedarf betreibbar sind.
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Aus Sicherheitsgründen ist das Bereitstellen einer Ausgangsspannung an der Steckdose 40 jedoch nur vorgesehen, wenn an dieser ein Netzstecker angeschlossen ist. Dazu misst die Messeinrichtung 26 über aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte Messleitungen ebenfalls eine durch das Einstecken des Netzsteckers hervorgerufene Widerstandsveränderung zwischen zum Leistungstransport zur Steckdose 40 vorgesehenen Leitungen. Die Steuereinrichtung 9 ist ferner dazu ausgebildet, die Schalteinrichtung 30 erst zum Zulassen eines Leistungstransports zur Steckdose 40 bzw. zum Anlegen einer Ausgangsspannung an die Steckdose 40 anzusteuern, sobald die Messeinrichtung eine entsprechende Widerstandsveränderung erfasst hat.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Verbindungselements 3, welches dem in 1 gezeigten Verbindungselement 3 entspricht. Die erste Kupplung 10 weist dabei die Buchsenkontakte 13–17 auf und ist über ein Kabel 41 mit der zweiten Kupplung 11 verbunden, die zum Einstecken eines Netzsteckers ausgebildet ist, mithin ebenfalls Buchsenkontakte aufweist. An der ersten Kupplung 10 ist ersichtlich das Verriegelungselement 39 vorgesehen, in das ein hakenartiges ladeanschlussseitiges Verriegelungselement 38 eingreifen kann. An der zweiten Kupplung 11 ist zusätzlich eine nicht gezeigte Kindersicherung vorgesehen.
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Die Steuereinrichtung 27 stellt Leistungstransportinformationen bereit, die den Typ des Verbindungselements 3 als ein Adapterkabel, eine Seriennummer des Verbindungselements 3 als Identifikator und herstellerseitig vergebene Authentifizierungsdaten umfassen. Daneben werden Leistungstransportinformationen bereitgestellt, die die Stromtragfähigkeit des Kabels 41 als Maximalstromstärke und die für Schutzkontaktstecker vorgesehene Spannung von 230 Volt und die vorgesehene Frequenz von 50 Hertz beschreiben. Selbstverständlich kann die zweite Kupplung 11 zum Einstecken von Netzsteckern anderer Normen ausgebildet sein und dementsprechend andere Leistungstransportinformation bereitstellen, beispielsweise solche, die eine Spannung von 110 Volt und eine Frequenz von 60 Hertz beschreiben.
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Alternativ oder zusätzlich können die vorgenannten Leistungstransportinformationen vollständig oder teilweise auch durch ein Widerstandsnetzwerk 24 gemäß 2 kodiert sein.
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5 zeigt eine perspektivische Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verbindungsmittels 3, welches dem in 1 gezeigten Verbindungsmittel 3 entspricht. Die erste Kupplung 10 und die zweite Kupplung 11 sind in einem gemeinsamen Kupplungsgehäuse 42 angeordnet. In 5 nicht sichtbare Kontakte der zweiten Kupplung 11 sind als Buchsenkontakte ausgebildet. Ein herkömmliches Ladekabels, das üblicherweise an eine Ladesäule anschließbar ist, kann mit der zweiten Kupplung 11 verbunden werden.
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Das Verbindungsmittel 3 fungiert insofern als Gender Changer und ermöglicht es, ein weiteres Kraftfahrzeug mit der zweiten Kupplung 11 zu verbinden und Leistung vom Kraftfahrzeug 2 zum weiteren Fahrzeug zu transportieren. Das Kraftfahrzeug 2 kann so als eine „virtuelle“ Ladesäule betrieben werden, um beispielsweise eine entleerte Batterie eines liegengebliebenen weitere Kraftfahrzeugs zu laden. Die von herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren bekannte Fremdstarthilfe kann so auch für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge realisiert werden.
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Die Steuereinrichtung 27 stellt über die Kommunikationseinrichtung 23 Leistungstransportinformationen bereit, die das Verbindungsmittel 3 als ein solches Ladehilfsmittel beschreiben und analog zum in 4 gezeigten Verbindungsmittels 3 auch eine Seriennummer und Authentifizierungsdaten beschreiben. Daneben ist die Steuereinrichtung 27 dazu ausgebildet, Informationen bezüglich des durchzuführenden Ladebetriebs des weiteren Kraftfahrzeugs zu ermitteln, die die zu verwendende Spannung, Frequenz und Maximalstromstärke beschreiben, und diese dem Kraftfahrzeug 2 als Leistungstransportinformation bereitzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 62196 [0019]
- IEC 62196 [0041]
