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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie einen Ladestecker für eine externe Hochvoltkomponente.
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Aus der Norm SAE J1772 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung und Ansteuerung einer Ladedose bekannt. Die Norm beschreibt dabei primär einen Ladestecker bzw. eine fahrzeugseitige Schaltungsanordnung, mittels derer wahlweise ein Fahrzeug mit Gleichspannung oder Wechselspannung geladen wird. Die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Ladedose dient dabei zur Erkennung, ob ein Ladestecker gesteckt ist oder nicht. Hierzu wird eine Referenz-Spannungsquelle von 5 V über einen Widerstand R4 mit einem Ladestecker-Erkennungsanschluss in der Ladedose des Fahrzeugs verbunden, wobei in der Ladedose der Ladestecker-Erkennungsanschluss über einen weiteren Widerstand mit Masse verbunden ist. Im Ladestecker ist ein Anschluss angeordnet, der im gesteckten Zustand mit dem Ladestecker-Erkennungsanschluss in der Ladedose verbunden ist. Zwischen dem Anschluss und Masse ist dabei eine Reihenschaltung von einem Widerstand R6 und einer Parallelschaltung von einem Widerstand R7 und einem Schalter S3 angeordnet, wobei der Schalter in Wirkverbindung mit einem Verriegelungselement des Ladesteckers steht. Dabei ist der Schalter im gesteckten und verriegelten Zustand geschlossen, sodass dieser den Widerstand kurzschließt. Dabei ist ein Laden nur möglich, wenn ein gesteckter und verriegelter Ladestecker detektiert wird.
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Aus verschiedenen Gründen kann es auch erwünscht sein, dass die Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs als Energiequelle dient, d.h. Energie in das Netz zurückspeist.
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Aus der
DE 10 2014 109 939 A1 ist ein lokales Ladenetz mit wenigstens einem Ladesystem zum Laden von Elektrofahrzeugen bekannt, umfassend wenigstens eine Ladestation, wenigstens eine Stromversorgung, wenigstens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, wobei die wenigstens eine Ladestation wenigstens eine Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug aufweist. Dabei ist die eine Ladestation zur Ausgabe von Wechselstrom und Gleichstrom ausgebildet, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit der wenigstens einen Ladevorrichtung der Ladestation gekoppelt ist, um eine Stromabgabe an der Ladevorrichtung zu beeinflussen. Dabei umfasst die wenigstens eine Ladevorrichtung wenigstens ein Anschlusselement, welches sowohl einen Bereich zum Beaufschlagen mit Gleichstrom als auch einen Bereich zum Beaufschlagen mit Wechselstrom aufweist, wobei das Anschlusselement abhängig von einem Signal der Steuer- und/oder Regeleinrichtung wahlweise mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom beaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dazu eingerichtet, ein Rückspeisen von Strom aus einem angeschlossenen Elektrofahrzeug zu ermöglichen, der auf eine oder mehrere angeschlossene Elektrofahrzeuge innerhalb des Ladesystems verteilbar ist.
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Aus der
DE 10 2011 107 628 A1 ist eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge bekannt, umfassend eine erste zum Anschluss an eine Ladestation eingerichtete Kabelgarnitur mit ersten Energieleitern und ersten Kommunikationsleitern, eine zweite zum Anschluss an ein Elektrofahrzeug eingerichtete Kabelgarnitur mit zweiten Energieleitern und zweiten Kommunikationsleitern, einen zwischen den ersten und zweiten Energieleitern angeordneten und mit diesen verbundenen Gleichrichtern. Schließlich weist die Ladevorrichtung eine Kommunikationseinrichtung zum Empfangen und Senden von Ladeparametern über die ersten und zweiten Kommunikationsleiter sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern des Gleichrichters in Abhängigkeit von den Ladeparametern auf. Dabei ist auch eine Rückspeisung von Energie vom Fahrzeug zurück ins Netz vorgesehen. Dabei können Rückspeiseinformationen von der Ladestation in der Ladevorrichtung empfangen werden und in entsprechende Anweisungen an das Fahrzeug umgewandelt und übermittelt werden.
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Die dabei beschriebenen Rückspeisungen in das Netz setzen voraus, dass die zu ladende Infrastruktur aktiv ist, um eine solche Rückspeisung zu initiieren. Eine passive externe Hochvoltkomponente ohne eigene Spannungsversorgung ist somit nicht zu betreiben, da die notwendigen Signale nicht erzeugt werden können.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu schaffen, mittels derer eine externe Hochvoltkomponente ohne eigene Spannungsversorgung aus dem Elektro- oder Hybridfahrzeug versorgt werden kann. Ein weiteres technisches Problem ist die Schaffung eines geeigneten Ladesteckers, um eine solche externe Hochvoltkomponente aus dem Elektro- oder Hybridfahrzeug zu versorgen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Ladestecker mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs dienen zur Überwachung und Ansteuerung eines Ladestecker-Erkennungsanschlusses einer Ladedose. Hierzu weist die Schaltungsanordnung eine Referenz-Spannungsquelle und eine Auswerteschaltung auf, wobei der Auswerteschaltung mindestens ein erster Spannungswert zugeordnet ist, der einen Zustand „kein Ladestecker“ kennzeichnet, und mindestens ein zweiter Spannungswert zugeordnet ist, der einen Zustand „Ladestecker gesteckt“ kennzeichnet. Der Auswerteschaltung ist mindestens ein dritter Spannungswert zugeordnet, der einen Zustand „Entladestecker gesteckt“ kennzeichnet, wobei die Auswerteschaltung derart ausgebildet ist, bei einem erfassten dritten Spannungswert ein Spannungspotential an den Ladestrecker-Erkennungsanschluss anzulegen, das größer als das Spannungspotential bei einem erfassten zweiten Spannungswert ist. Ein Entladestecker ist dabei ein Ladestecker einer externen Hochvoltkomponente. Durch eine Änderung des Widerstandes im Entladestecker im Vergleich zu einem herkömmlichen Ladestecker kann der dritte Spannungswert eingestellt werden, wobei dann die Auswerteschaltung gezielt das Spannungspotential am Ladestecker-Erkennungsanschluss erhöht, wobei diese Spannung als Versorgungsspannung für Niedervoltkomponenten der Hochvoltkomponente zur Verfügung steht, um die Hochvoltkomponente „hochzufahren“. Anschließend kann dann beispielsweise die Hochvoltkomponente mit dem Fahrzeug über die anderen Anschlüsse im Elektrostecker kommunizieren und Ladeparameter austauschen. Der Vorgang kann auch als Fremdstart bezeichnet werden. Vorzugsweise ist die Ladedose kompatibel zur SAE J1772 Norm.
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In einer Ausführungsform ist die Auswerteschaltung derart ausgebildet, dass die Referenz-Spannungsquelle oder eine weitere Spannungsquelle auf den Ladestecker-Erkennungsanschluss geschaltet wird. Der Vorteil der Referenz-.Spannungsquelle ist, dass diese ohnehin vorhanden ist. Allerdings ist die Spannung der Referenz-Spannungsquelle bei SAE J1772 nur 5 V. Für bestimmte Niedervoltkomponenten kann jedoch eine höhere Versorgungsspannung vorteilhaft sein, sodass eine weitere Spannungsquelle mit einer Spannung von z.B. 12 V verwendet wird, die die Spannung am Ladestecker-Erkennungsanschluss zur Verfügung stellt.
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In einer Ausführungsform ist die Referenz-Spannungsquelle über einen Widerstand mit dem Ladestecker-Erkennungsanschluss verbunden, wobei parallel zu dem Widerstand ein Schaltelement zum Kurzschließen des Widerstandes angeordnet ist, der durch die Auswerteschaltung ansteuerbar ist. Somit kann sehr einfach die Referenz-Spannungsquelle aufgeschaltet werden. Soll hingegen eine weitere Spannungsquelle mit dem Ladestecker-Erkennungsanschluss verbunden werden, muss zusätzlich ein Schaltelement vorgesehen sein, um die Referenz-Spannungsquelle wegzuschalten und die weitere Spannungsquelle zuzuschalten.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Auswerteschaltung mindestens ein dritter Spannungswert zugeordnet, der einen Zustand „erster Entladestecker gesteckt“ kennzeichnet, sowie mindestens ein vierter Spannungswert zugeordnet, der einen Zustand „zweiter Entladestecker gesteckt“ kennzeichnet, wobei die Auswerteschaltung derart ausgebildet ist, bei einem erfassten dritten Spannungswert die Referenz-Spannungsquelle und bei einem erfassten vierten Spannungswert die weitere Spannungsquelle mit dem Ladestecker-Erkennungsanschluss zu verbinden. Somit können verschieden aufgebaute Hochvoltkomponenten versorgt werden.
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Der Ladestecker für eine externe Hochvoltkomponente ist derart ausgebildet, in eine Ladedose eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs gesteckt zu werden, wobei der Ladestecker mindestens einen Anschluss aufweist, der beim Einstecken in eine Ladedose mit dem Ladestecker-Erkennungsanschluss verbunden ist, wobei zwischen dem Anschluss und einer Masse mindestens ein Widerstand angeordnet ist, wobei an dem Anschluss ein Spannungsabgriff für eine Niedervoltkomponente der Hochvoltkomponente ist. Der Widerstand weist dabei einen anderen Wert auf als ein Widerstand in einem Ladestecker für das Elektro- oder Hybridfahrzeug, um den zuvor beschriebenen dritten Spannungswert zu erzeugen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Anschluss und Masse eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand und einer Parallelschaltung von einem Schalter und einem weiteren Widerstand angeordnet, wobei der Schalter mit einem Verriegelungselement des Ladesteckers in Wirkverbindung steht. Dabei ist vorzugsweise mindestens der erste Widerstand anders als ein erster Widerstand eines Ladesteckers für das Elektro- oder Hybridfahrzeug. Prinzipiell kann aber auch nur der zweite Widerstandswert anders sein als bei einem Ladestecker für Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Vorzugsweise sind beide Widerstandswerte verschieden im Vergleich zum Ladestecker für Elektro- oder Hybridfahrzeuge.
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Dabei sei angemerkt, dass die beschriebenen Widerstände jeweils auch durch andere elektronische Bauteile ausgebildet werden können, die eine ähnlich Charakteristik wie die Widerstände aufweisen.
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Die externe Hochvoltkomponente kann dabei insbesondere eine mobile externe Hochvoltkomponente sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine schematische Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform und
- 3 eine schematische Schaltungsanordnung zur Erkennung eines Ladesteckers (Stand der Technik).
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Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll zunächst kurz der Stand der Technik gemäß der SAE J1772 anhand von 3 dargestellt werden, wobei die Bezeichnungen der Widerstände an diese Norm angelehnt sind. Dabei ist ein Ladestecker 10 für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug dargestellt, der eine Reihenschaltung von einem ersten Widerstand R6 und einer Parallelschaltung aus einem Schalter S3 und einem zweiten Widerstand R7 aufweist, wobei die Reihenschaltung zwischen einem Anschluss 11 und Masse liegt. Nicht dargestellt sind die weiteren Anschlüsse des Ladesteckers 10 für die Hochvoltspannung und weitere Kommunikationsleitungen. Hierzu sei auf die SAE J1772 verwiesen. Weiter ist eine Ladedose 20 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs dargestellt, wobei die Ladedose 20 einen Widerstand R5 zwischen einem Ladestecker-Erkennungsanschluss 21 und Masse aufweist. Auch bei der Ladedose 20 sind die weiteren Anschlüsse für Hochvoltspannung und Kommunikation nicht weiter dargestellt. Eine Schaltungsanordnung 30 zur Ansteuerung der Ladedose 20 umfasst eine Referenz-Spannung Vref von 5 V, einen Widerstand R4 und eine Auswerteschaltung 31, wobei die Auswerteschaltung 31 mit dem Ladestecker-Erkennungsanschluss 21 verbunden ist.
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Im Zustand „kein Ladestecker gesteckt“ liegen der Widerstand R4 und der Widerstand R5 in Reihe, wobei sich gemäß der Spannungsteilerregel ein erster Spannungswert am Ladestecker-Erkennungsanschluss 21 einstellt, der von der Auswerteschaltung 31 erfasst wird.
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Soll nun der Ladestecker 10 in die Ladedose 20 gesteckt werden, so muss der Nutzer oder ein Roboter ein nicht dargestelltes Verriegelungselement betätigen, wodurch der Schalter S3 geöffnet wird. Wird dann der Ladestecker 10 in die Ladedose 20 gesteckt, so wird die Reihenschaltung von Widerstand R6 und R7 parallel zu R5 geschaltet. Daher sinkt das Spannungspotential am Ladestecker-Erkennungsanschluss 21 ab. Dies wird von der Auswerteschaltung 31 erfasst. Wird dann das Verriegelungselement losgelassen, so verriegelt der Ladestecker 10 und der Schalter S3 schließt, wodurch R7 kurzgeschlossen wird. Dies führt zu einem weiteren Absinken des Spannungspotentials am Ladestecker-Erkennungsanschluss 21 auf einen zweiten Spannungswert. Dabei ist ein Ladevorgang des Elektro- oder Hybridfahrzeugs nur möglich, wenn der zweite Spannungswert erfasst wird.
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In der 1 ist nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei ist ein Ladestecker 40 für eine externe Hochvoltkomponente 50 dargestellt, die über keine eigene Spannungsversorgung verfügt. Die Hochvoltkomponente 50 ist beispielsweise ein mobiles Arbeitsgerät (z. B. eine Heckenschere), das mit Hochvoltspannung aus einer Hochvoltbatterie des Fahrzeugs versorgt werden soll. Dabei weist der Ladestecker 40 am Anschluss 11 einen Spannungsabgriff 12 auf, der mit mindestens einer Niedervoltkomponente 51 der Hochvoltkomponente 50 verbunden ist. Die Widerstände R6' und R7' weisen andere Werte als R6 und R7 des Ladesteckers 10 auf. Weiter ist parallel zum Widerstand R4 ein Schalter 32 angeordnet. Wird nun der Ladestecker 40 gesteckt und verriegelt, so stellt sich aufgrund von R6' ein dritter Spannungswert am Ladestecker-Erkennungsanschluss 21 ein, was von der Auswerteschaltung 31 erfasst wird. Diese erkennt somit, dass eine Hochvoltkomponente 50 versorgt werden soll, der Ladestecker 40 also ein Entladestecker ist. Die Auswerteschaltung 31 erzeugt dann einen Schaltbefehl für den Schalter 32, der geschlossen wird.
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Dadurch liegt die Referenz-Spannung Vref am Ladestecker-Erkennungsanschluss 21, Anschluss 11 und dem Spannungsabgriff 12 an, sodass über die Referenz-Spannungsquelle Vref die Niedervoltkomponenten 51 der Hochvoltkomponente 50 versorgt werden. Die Hochvoltkomponente 50 kann dann eine Kommunikation mit dem Fahrzeug aufnehmen und Ladeparameter austauschen. Die Erkennung eines Ladesteckers 10 erfolgt dabei wie zu 3 beschrieben.
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In der 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 30 dargestellt. Zusätzlich zur Schaltungsanordnung gemäß 1 weist die Schaltungsanordnung 30 eine weitere Spannungsquelle 33 mit einem Schalter 34 auf sowie einen Schalter 35, der der Referenz-Spannungsquelle Vref zugeordnet ist. Mittels der Schaltungsanordnung 30 sind zwei Varianten möglich.
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In einer ersten Variante wird bei Erfassung des dritten Spannungswertes durch den gesteckten und verriegelten Ladestecker 40 der Schalter 35 geöffnet und die die Schalter 32 und 34 geschlossen, sodass die weitere Spannungsquelle 33 zur Versorgung der Niedervoltkomponenten 51 dient. Die Erkennung eines Ladesteckers 10 erfolgt analog den Ausführungen zu 3 (Schalter 32 und 34 bleiben offen).
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In einer weiteren Variante kann alternativ die Referenz-Spannungsquelle Vref oder die weitere Spannungsquelle 33 auf den Spannungsabgriff 12 geschaltet werden, je nachdem, was für eine Spannung die Niedervoltkomponente 51 bevorzugt. Dies kann durch einen weiteren Widerstand R6“≠R6' kodiert werden, sodass sich ein vierter Spannungswert einstellen lässt, der von der Auswerteschaltung 31 ausgewertet wird. Bei R6' wird Schalter 32 und 35 geschlossen, wobei Schalter 34 offen ist und bei R6" wird Schalter 32 und 34 geschlossen und Schalter 35 geöffnet. Zusätzlich kann auch R7“≠R7' gewählt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014109939 A1 [0004]
- DE 102011107628 A1 [0005]
