DE102017125108A1

DE102017125108A1 - Ladestecker

Info

Publication number: DE102017125108A1
Application number: DE102017125108.1A
Authority: DE
Inventors: Markus ROSE; Christian SANDER; Ulrich Wasmuth
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-05-02
Also published as: WO2019081245A1; EP3701596A1

Abstract

Die Offenbarung umfasst einen Ladestecker (100) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation (207) und einem elektrischen Energiespeicher (201) eines Fahrzeugs (203), mit einem Sensor (101), welcher ausgebildet ist, eine physikalische Sensorgröße zu erfassen, wobei dem Sensor (101) eine Sensoridentifikation zugeordnet ist, welche auf den Sensor (101) hinweist, einem Prozessor (103) welcher ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße mit der Sensoridentifikation zu verknüpfen, um ein Sensorsignal zu erhalten, und einer Kommunikationsschnittstelle (105), welche ausgebildet ist, das Sensorsignal auszusenden.

Description

Die Offenbarung betrifft einen Ladestecker zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation und einem elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugs.
Für das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug werden üblicherweise Ladekabel verwendet, welche steckbar, insbesondere mittels eines Ladesteckers steckbar, mit dem Fahrzeug und/oder der Ladestation verbindbar sind. Typischerweise umfasst der Ladestecker eine Steuerelektronik, mit welcher Ladesteckerfunktionen, beispielsweise eine Ladestrombegrenzung und/oder eine Ladesteckerverriegelung des Ladesteckers in einer Ladebuchse realisiert sein können. Die Steuerelektronik ist üblicherweise programmierbar ausgebildet, um den Ladestecker anwendungsspezifisch zu konfigurieren und/oder Fertigungsdaten in dem Ladestecker zu hinterlegen.
Weiterhin sind Ladestecker üblicherweise äußeren Einflüssen, insbesondere wechselnden Temperaturen und Niederschlag ausgesetzt, sodass für einen Schutz der innenliegenden Steuerelektronik ein beispielsweise gedichtetes Ladesteckergehäuse verwendet wird. Um die Steuerelektronik zu programmieren, und/oder Daten aus der Steuerelektronik auszulesen, ist jedoch eine elektrische Verbindung zu der Steuerelektronik notwendig, wobei eine Programmierung während der Fertigung des Ladesteckers, insbesondere vor einem Verschließen des Ladesteckergehäuses zusätzlichen Fertigungsaufwand bedeuten kann. Eine Programmierung der Steuerelektronik nach der Fertigung kann einen abgedichteten elektrischen Kontakt voraussetzen, welcher mit zusätzlichen Fertigungskosten verbunden sein kann. Bekannte Ladestecker können zusätzlich den Nachteil aufweisen, dass von der Steuerelektronik erfasste Daten nur über eine Kabelverbindung zu dem Ladestecker ausgelesen werden können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung einen verbesserten Ladestecker zur effizienteren Konfiguration des Ladesteckers und zum effizienteren Auslesen von Daten aus dem Ladestecker bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Offenbarung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnungen.
Die Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch einen Ladestecker gelöst werden kann, dessen Steuerelektronik eine elektronische Schnittstelle umfasst, welche eine elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektronik und einem externen Programmier- und/oder Messgerät herstellt. Insbesondere wird die elektrische Verbindung ohne zusätzliche außenliegende Kontakte und ohne ein Verletzen des Schutzes vor äußeren Einflüssen des Ladesteckergehäuses realisiert, um die Schutzwirkung des Ladesteckergehäuses nicht zu kompromittieren. Die elektrische Verbindung kann insbesondere durch eine drahtlose Schnittstelle in der Steuerelektronik zum drahtlosen Übertragen von Daten zwischen der Steuerelektronik und dem externen Programmier- und/oder Messgerät sein.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung einen Ladestecker zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation und einem elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugs. Der Ladestecker umfasst einen Sensor, welcher ausgebildet ist, eine physikalische Sensorgröße zu erfassen, wobei dem Sensor eine Sensoridentifikation zugeordnet ist, welche auf den Sensor hinweist, einen Prozessor welcher ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße mit der Sensoridentifikation zu verknüpfen, um ein Sensorsignal zu erhalten, und eine Kommunikationsschnittstelle, welche ausgebildet ist, das Sensorsignal auszusenden.
Der Ladestecker kann insbesondere ein standardisierter IEC 62196 Typ 2 oder Typ 3 Stecker sein und/oder eine Proximity-Pilot-Leitung (PP) und eine Control-Pilot-Leitung (CP) aufweisen. Über die CP-Leitung kann das Fahrzeug mit der Ladestation kommunizieren und beispielsweise eine Ladefreigabe signalisieren. Weiterhin kann über die PP-Leitung der Ladestrom begrenzt werden, welcher über eine Ladeleitung von der Ladestation zum dem Fahrzeug fließt, um beispielsweise eine Überlastung des Ladekabels mit dem Ladestecker, der Ladeelektronik des Fahrzeugs, des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs und/oder der Ladestation zu unterbinden. Ferner umfasst der Ladestecker eine Ladeleitung, welche ausgebildet ist, elektrische Energie von der Ladestation zu dem Fahrzeug, insbesondere zu dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs zu leiten.
Das Sensorsignal kann genutzt werden, um einen Betriebszustand des Ladesteckers zu ermitteln. Beispielsweise kann auf Grundlage des Sensorsignals überprüft werden, ob sich die ermittelte physikalische Sensorgröße innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs befindet. Zur Erhöhung der Sicherheit eines Ladevorgangs kann ein Fließen eines Ladestroms durch den Ladestecker unterbunden werden, falls die physikalische Sensorgröße außerhalb des Toleranzbereichs liegt.
Die Zuweisung einer Sensoridentifikation kann eine eindeutige Verknüpfung der physikalischen Sensorgröße mit einer physikalischen Kennzeichnung und/oder einer physikalischen Einheit realisieren. Beispielsweise kann die Sensoridentifikation eine Zeichenkette enthalten, welche die physikalische Sensorgröße als eine Temperatur des Ladesteckers in der Einheit Grad Celsius identifiziert.
Weiterhin kann eine eindeutige Identifizierung der physikalischen Sensorgröße zusammen mit einer eindeutigen Identifizierung des Ladesteckers möglich sein, sodass Ladestecker des gleichen Typs unterschieden werden können. Hierzu kann die Sensoridentifikation eine eindeutige Kennung des Ladesteckers aufweisen.
Das Sensorsignal kann genutzt werden, um einen Ladevorgang zu steuern, einen Betrieb des Ladesteckers in einem vorbestimmten Betriebsmodus zu überprüfen und/oder nach einem Ladevorgang oder einer Benutzung des Ladesteckers die physikalische Sensorgröße auszuwerten. Insbesondre kann die physikalische Sensorgröße eine Beschleunigung des Ladesteckers sein, wobei ein Maximalwert der Ladesteckerbeschleunigung oder ein Überschreiten eines Beschleunigungsgrenzwertes die physikalische Sensorgröße bilden kann. Die Ladesteckerbeschleunigung kann genutzt werden, um einen Sturz des Ladesteckers zu erfassen und gegebenenfalls einem Benutzer, einem Zeitpunkt oder einem Ladevorgang zuordnen zu können.
Das Erkennen eines Sturzes des Ladesteckers kann beispielsweise genutzt werden, um einen präventiven Austausch des Ladesteckers vorzunehmen, sodass die Funktionsfähigkeit des Ladesteckers gewährleistet werden kann.
In einer Ausführungsform umfasst der Ladestecker einen weiteren Sensor zur Erfassung einer weiteren physikalischen Sensorgröße, wobei dem weiteren Sensor eine weitere Sensoridentifikation zugeordnet ist, welche auf den weiteren Sensor hinweist, wobei der Prozessor ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße mit der Sensoridentifikation und die erfasste weitere physikalische Sensorgröße mit der weiteren Sensoridentifikation zu verknüpfen, um das Sensorsignal zu erhalten.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass mehrere physikalische Sensorgrößen, welche insbesondere einen Betriebszustand des Ladesteckers beschreiben, gleichzeitig ausgesendet bzw. von einem Empfangsgerät erfasst und ausgewertet werden können. Ein geeignetes Empfangsgerät kann in dem Fahrzeug und/oder in der Ladestation angeordnet sein, eine Auswertung des Sensorsignals, welches die physikalische Sensorgröße und die weitere physikalische Sensorgröße umfasst, kann lokal in dem Fahrzeug und/oder der Ladestation oder entfernt in einer Steuerzentrale verarbeitet und ausgewertet werden.
In einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, einen Sendedatenrahmen gemäß einer Kommunikationstechnologie, insbesondere CAN, UMTS, Wireless LAN, NFC, 5G, zu erzeugen und die jeweils erfasste physikalische Sensorgröße mit der jeweiligen Sensoridentifikation in einem Datenfeld des Sendedatenrahmens anzuordnen, wobei das Sensorsignal den Sendedatenrahmen umfasst.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine standardisierte Nachricht, in Form des Sendedatenrahmens bereitgestellt und von der Kommunikationsvorrichtung versendet werden kann, sodass ein Empfangsgerät, welches die entsprechende Kommunikationstechnologie beherrscht, die standardisierte Nachricht empfangen und verarbeiten kann. Insbesondere kann vorteilhafterweise eine individuelle Anpassung des Empfangsgeräts zum Empfang der standardisierten Nachricht entfallen.
Durch die Verwendung einer drahtlosen Kommunikationstechnologie kann eine effiziente Kommunikation mit dem Ladestecker ermöglicht werden, da die Ladeleitung von dem Empfangsgerät elektrisch entkoppelt ist. Dadurch kann das Fließen eines elektrischen Stromes zwischen dem Ladestecker und dem Empfangsgerät unterbunden werden, sodass beispielsweise ein Übertragen von elektrischen Strömen mit hohen Stromstärken, insbesondere bei einem Kurzschluss in dem Ladestecker, in die Empfangseinheit unterbunden sein kann.
In einer Ausführungsform weist der Ladestecker ein Kunststoffgehäuse auf, wobei die Kommunikationsschnittstelle eine Kommunikationsantenne aufweist, wobei die Kommunikationsantenne an dem Kunststoffgehäuse stoffschlüssig befestigt ist, insbesondere aufgeklebt ist, oder wobei die Kommunikationsantenne in dem Kunststoffgehäuse eingebettet ist, insbesondere durch einen Kunststoff des Kunststoffgehäuses umspritzt ist.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Sensor, der Prozessor und/oder die Kommunikationsschnittstelle vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt sein können. Der Sensor, der Prozessor und/oder die Kommunikationsschnittstelle können innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Insbesondere kann das Kunststoffgehäuse einen Schutz der Schutzarten IP11 bis IP69K, einschließlich eines Schutzes vor Berührung, dem Eindringen von Wasser und/oder Staub realisieren und/oder eine Wärmeisolierung bilden.
Die Materialwahl des Kunststoffgehäuses betrifft vorteilhafterweise die Gruppe von verflüssigbaren Kunststoffen, insbesondere schmelzbaren oder löslichen Kunststoffen, welche durchlässig gegenüber den Funksignalen der oben genannten Kommunikationstechnologien sind. Durch die Verwendung eines flüssigen Kunststoffs zur Herstellung des Kunststoffgehäuses kann das Kunststoffgehäuse in eine effiziente Form geformt, insbesondere gegossen oder gespritzt, werden. Das Einbetten oder Umspritzen der Kommunikationsantenne erreicht den Vorteil, dass die Kommunikationsantenne geschützt angeordnet ist, insbesondere vor mechanischer Verformung und/oder Korrosion geschützt ist.
In einer Ausführungsform ist oder umfasst die Kommunikationsschnittstelle eine passive Nahfeld-Kommunikationsschnittstelle, welche durch ein elektromagnetisches Nahfeld eines Empfangsgerätes mit elektrischer Energie versorgbar ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, das Sensorsignal ansprechend auf das elektromagnetische Nahfeld des Empfangsgerätes an das Empfangsgerät auszusenden.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Kommunikationsschnittstelle nicht notwendigerweise eine weitere Energiequelle zur Energieversorgung aufweist, sodass der Bauteilaufwand und elektrische Verbrauch des Ladesteckers vorteilhaft reduziert sein kann.
Weiterhin kann die Kommunikationsschnittstelle effizient mit elektrischer Energie versorgt werden, da lediglich bei dem Aussenden und/oder Empfangen von Daten eine Energieversorgung der Kommunikationsschnittstelle notwendig sein kann. Die Energieversorgung der Kommunikationsschnittstelle durch das Empfangsgerät kann ein Aussenden des Sensorsignals und/oder ein Empfangen von Daten auch in einem Fehlerzustand des Ladesteckers realisieren, wobei in dem Fehlerzustand die Funktionalität des Ladesteckers, insbesondere des Prozessors und/oder des Sensors, eingeschränkt sein kann.
In einer Ausführungsform ist die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet, den Prozessor und/oder den Sensor mit elektrischer Energie zu versorgen, welche über die Kommunikationsantenne von dem Empfangsgerät zu der Kommunikationsschnittstelle übertragen wird.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Energieversorgung des Ladesteckers nicht notwendig sein kann. Insbesondere kann mit einer Energieversorgung des Ladesteckers über das Empfangsgerät eine von dem Fahrzeug und/oder der Ladestation unabhängige Energieversorgung des Ladesteckers realisiert sein.
In einer Ausführungsform ist die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet, das Sensorsignal drahtlos und/oder drahtgebunden an die Ladestation auszusenden.
Dadurch wird der Vorteil einer effizienten Übertragung des Sensorsignals, insbesondere an das Empfangsgerät, realisiert. Ein drahtgebundenes Senden des Sensorsignals kann beispielsweise über eine zusätzliche Kommunikationsleitung in dem Ladestecker realisiert sein, welche nach einem Steckvorgang des Ladesteckers in eine Ladebuchse den Ladestecker mit dem Fahrzeug und/oder der Ladestation elektrisch verbindet.
Weiterhin kann ein drahtgebundenes Senden des Sensorsignals eine erhöhte Sicherheit gegenüber unbefugtem Abgreifen des Sensorsignals realisieren, da beispielsweise eine codierte und/oder individualisierte Steckverbindung zum Anschluss eines Empfangsgeräts an die Kommunikationsschnittstelle erforderlich sein kann.
Ein drahtloses Aussenden des Sensorsignals erreicht den Vorteil, dass auch ohne Bestehen eines physischen Kontakts zwischen der Kommunikationsschnittstelle und dem Empfangsgerät das Sensorsignal von dem Empfangsgerät empfangen werden kann. So können die Kommunikationsschnittstelle und das Empfangsgerät beabstandet voneinander angeordnet sein. Insbesondere können zwischen der Kommunikationsschnittstelle und dem Empfangsgerät Schutzvorrichtungen angeordnet sein, welche die Kommunikationsschnittstelle und/oder das Empfangsgerät vor Berührung, äußeren Umwelteinflüssen und/oder unbefugtem Zugriff schützen.
In einer Ausführungsform umfasst der Ladestecker einen Speicher zur Speicherung der jeweils erfassten physikalischen Sensorgröße, wobei der Prozessor ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße aus dem Speicher auszulesen, um das Sensorsignal zu erzeugen.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Erfassen der physikalischen Sensorgröße durch den Sensor und die Verarbeitung der physikalischen Sensorgröße durch den Prozessor zeitlich voneinander getrennt, realisiert sein können. Die jeweils erfassten physikalischen Sensorgrößen können nicht nur zum Zeitpunkt des Erfassens der jeweiligen physikalischen Sensorgrößen zur Verfügung stehen, sondern auch zu einem späteren Zeitpunkt.
Insbesondere können physikalische Sensorgrößen, deren Erfassung an ein Ereignis gekoppelt ist, unabhängig von dem Erzeugen eines Sensorsignals erfasst werden. Beispielsweise kann ein Steckvorgang des Ladesteckers in eine Ladebuchse erfasst werden, und ein Steckzyklenzählerstand zum Zeitpunkt des Steckvorgangs in dem Speicher entsprechend aktualisiert werden, und der Steckzyklenzählerstand erst bei vorhandener Kommunikationsverbindung mit dem Empfangsgerät von dem Prozessor in das Sensorsignal eingefügt werden.
In einer Ausführungsform ist der jeweilige Sensor ausgebildet, die jeweilige physikalische Sensorgröße wiederholt zu erfassen, und der Prozessor ist ausgebildet, die wiederholt erfassten physikalischen Sensorgrößen in dem Speicher zu speichern oder die in dem Speicher gespeicherten physikalischen Sensorgrößen durch die wiederholt erfassten physikalischen Sensorgrößen zu aktualisieren.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein zeitlicher Verlauf der physikalischen Sensorgrößen erfasst sein kann. Mit dem zeitlichen Verlauf einer physikalischen Sensorgröße kann beispielsweise eine Annäherung der physikalischen Sensorgröße an einen Grenzwert erfasst werden, sodass beispielsweise bereits vor Erreichen des Grenzwertes eine Maßnahme eingeleitet werden kann, um insbesondere die Funktionsfähigkeit des Ladesteckers und/oder die Betriebssicherheit des Ladesteckers zu erhalten. Diese Maßnahmen können beispielsweise ein Abbrechen eines Ladevorgangs, ein Unterbinden einer Verriegelung des Ladesteckers, ein Entriegeln des Ladesteckers, eine Anzeige einer Warnung und/oder das Initiieren eines Wartungsvorgangs des Ladesteckers sein. Der zeitliche Verlauf der physikalischen Sensorgröße kann beispielsweise eine zunehmende Temperatur, eine abnehmende Kühlmittelmenge, eine ansteigende elektrische Stromstärke respektive Spannung eines elektrischen Ladestroms in der Ladeleitung, ein zunehmender Steckzyklenzählerstand und/oder eine Beschleunigung des Ladesteckers sein.
Insbesondere kann die physikalische Sensorgröße periodisch in dem Speicher abgelegt werden, wobei der Prozessor ausgebildet sein kann, aus diesen Werten zu einem späteren Zeitpunkt das Sensorsignal zu erzeugen. Das Erzeugen des Sensorsignals kann durch die Kommunikationsschnittstelle ausgelöst werden, insbesondere durch eine Kommunikationsverbindung mit einem Empfangsgerät initiiert werden.
Der Prozessor kann ferner ausgebildet sein, die jeweils erfassten physikalischen Sensorgrößen zu verarbeiten, um beispielsweise einen Mittelwert, Maximalwert und/oder Minimalwert einer über einen Zeitraum aufgezeichneten physikalischen Sensorgröße zu ermitteln und in das Sensorsignal einzufügen.
In einer Ausführungsform sind in dem Speicher zusätzlich Konfigurationsdaten gespeichert.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Ladestecker anwendungs- und/oder kundenspezifisch konfigurierbar sein kann. Die Konfigurationsdaten können insbesondere nicht flüchtig in dem Speicher gespeichert sein, sodass die Konfigurationsdaten auch ohne Energieversorgung des Ladesteckers erhalten und/oder auslesbar sein können.
Die Konfigurationsdaten können Fertigungsdaten des Ladesteckers, beispielsweise eine Seriennummer, eine Chargennummer, ein Produktionsdatum und/oder eine Softwareversion umfassen. Ferner können kundenspezifische Parameter Teil der Konfigurationsdaten sein, welche beispielsweise die Art und Weise des Ladevorgangs festlegen. Insbesondere können eine Ladezeitdauer, eine Ladestromstärke, eine Ladespannung, eine Energiemengenbegrenzung und/oder ein Abrechnungsmodus mittels der kundenspezifischen Parameter bestimmt sein.
In einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, die Konfigurationsdaten aus dem Speicher auszulesen und die ausgelesenen Konfigurationsdaten dem Sensorsignal beizufügen.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Konfigurationsdaten auch einem Empfangsgerät bereitgestellt sein können, sodass die Konfigurationsdaten auch zum einem späteren Zeitpunkt, insbesondere nach einer Fertigung des Ladesteckers verfügbar sind. So kann vorteilhafterweise die Konfiguration des Ladesteckers auch ohne Kennzeichnungen auf dem Kunststoffgehäuse des Ladesteckers erfasst und/oder überprüft werden.
In einer Ausführungsform ist die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet, das Sensorsignal zusätzlich an ein Diagnosesystem des Fahrzeugs zu übermitteln.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch das Fahrzeug, dessen elektrischer Energiespeicher über den Ladestecker aufgeladen wird, Informationen über den Ladevorgang respektive den Betriebszustand des Ladesteckers erfassen kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da dem Fahrzeug Daten zu dem elektrischen Energiespeicher vorliegen können, welche der Ladestation und/oder dem Ladestecker nicht zugänglich sind, sodass eine Ergänzung dieser Daten mit dem Sensorsignal des Ladesteckers in dem Fahrzeug einen effizienteren Ladevorgang realisieren können. Insbesondere eine Steuerung des Ladestroms in Bezug auf einen Füllstand des elektrischen Energiespeichers kann mit dem Sensorsignal effizienter realisiert sein.
In einer Ausführungsform ist die jeweilige physikalische Sensorgröße zumindest eine der folgenden Messgrößen: eine Ladesteckertemperatur, eine Anzahl von Steckvorgängen des Ladesteckers in eine Ladebuchse, ein Flüssigkeitsaustritt, insbesondere ein Kühlflüssigkeitsaustritt aus einer Kühlflüssigkeitsleitung und/oder eine Position des Ladesteckers relativ zu der Ladestation und/oder dem Fahrzeug. Die Ladesteckertemperatur, der Kühlflüssigkeitsstand und/oder die bereits erfolgte Anzahl an Steckvorgängen können vorbestimmten Grenzwerten und/oder zulässigen Bereichen für den fehlerfreien Betrieb des Ladesteckers unterliegen, sodass ein Erfassen dieser physikalischen Sensorgrößen vorteilhaft für einen effizienten Betrieb des Ladesteckers sein kann. Die Eigenschaften des Ladesteckers oder von Teilen des Ladesteckers können temperaturabhängig sein, sodass beispielsweise ein Betrieb des Ladesteckers an einen vorbestimmten Temperaturbereich geknüpft sein kann. Ein Überschreiten oder Unterschreiten des vorbestimmten Temperaturbereichs kann mittels Übertragen des Sensorsignals von einem Empfangsgerät erfasst werden, sodass eine entsprechende Maßnahme zur Anpassung der Temperatur automatisch und/oder durch den Benutzer des Ladesteckers realisiert werden kann.
Der Ladestecker kann ein Kühlsystem aufweisen, welches ausgebildet ist, den Ladestecker, insbesondere die Ladeleitung zu kühlen. Die Ladeleitung kann einen ohmschen Widerstand aufweisen, sodass durch das Fließen eines elektrischen Stroms durch die Ladeleitung eine Verlustleistung in der Form von Wärme erzeugt wird. Bei gleichbleibender Stromstärke des elektrischen Stroms skaliert die Wärmemenge mit dem Leitungsquerschnitt der Ladeleitung. Um geringere Ladeleitungsquerschnitte zu realisieren, kann das Kühlsystem genutzt werden, um die Temperatur der Ladeleitung in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu halten. Das Kühlsystem kann eine kühlflüssigkeitsgefüllte Leitung umfassen, wobei die Menge der Kühlflüssigkeit vorteilhafterweise von dem Sensor erfassbar ist, sodass eine Änderung der Kühlflüssigkeitsmenge anhand des Sensorsignals erfasst werden kann. Eine Änderung der Kühlflüssigkeitsmenge kann auf einen Defekt des Kühlsystems hinweisen, sodass die Funktion des Ladesteckers eingeschränkt sein kann. Insbesondere kann die Temperatur des Ladesteckers erhöht sein oder die Stromstärke des Ladestroms reduziert sein.
Die Position des Ladesteckers relativ zu der Position der Ladestation und/oder des Fahrzeugs kann genutzt werden, um bei einer Annäherung des Ladesteckers an die Ladestation und/oder das Fahrzeug automatisch eine Kommunikationsverbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle und einem, in die Ladestation respektive das Fahrzeug integriertem Empfangsgerät herzustellen. Die Positionsinformation kann ferner genutzt werden, um eine Verbindung zwischen dem Ladestecker und der Ladestation respektive dem Fahrzeug vorzubereiten. Beispielsweise kann eine Ladeelektronik in der Ladestation respektive dem Fahrzeug mit elektrischer Energie versorgt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Offenbarung ein Ladesystem zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug. Das Ladesystem umfasst einen Ladestecker nach dem ersten Aspekt, ein Ladekabel, welches mittels des Ladesteckers an zumindest einem Ende terminiert ist und mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch und/oder mechanisch verbindbar ist, wobei das Ladekabel eine Ladeleitung, welche ausgebildet ist, elektrische Energie zu übertragen, und eine Steuerleitung aufweist, welche ausgebildet ist, die Übertragung von elektrischer Energie über die Ladeleitung zu steuern. Weiterhin umfasst das Ladesystem eine Ladestation, welche eine Ladebuchse und eine Energiequelle aufweist, wobei die Ladebuchse ausgebildet ist, den Ladestecker aufzunehmen, um eine elektrische Verbindung zwischen der Ladeleitung und der Energiequelle herzustellen, wobei der elektrische Energiespeicher ausgebildet ist, über die Ladeleitung elektrische Energie von der Ladestation aufzunehmen und zu speichern.
In einer Ausführungsform ist der Prozessor mit der Steuerleitung elektrisch verbunden, um den Prozessor mit elektrischer Energie zu versorgen.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Prozessor über die bestehende Leitungsinfrastruktur des Ladesteckers mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Als Energiequelle kann beispielsweise eine Ladestation und/oder das Fahrzeug genutzt werden.
In einer Ausführungsform ist die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet, bei einer Annäherung des Ladesteckers an die Ladestation eine Kommunikationsverbindung, insbesondere eine Funkverbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle und der Ladestation aufzubauen.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass Daten von dem Ladestecker zu der Ladestation und umgekehrt übertragen werden können. Insbesondere kann der Datenaustausch automatisch realisiert sein. Weiterhin kann die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet sein über die Kommunikationsverbindung elektrische Energie zu empfangen, um den Prozessor, den Sensor und/oder die Kommunikationsschnittstelle mit elektrischer Energie zu versorgen.
Weitere Ausführungsbeispiele der Offenbarung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Ladestecker in einer Ausführungsform; und
2 ein Ladesystem in einer Ausführungsform.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladesteckers 100 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation 207 und einem elektrischen Energiespeicher 201 eines Fahrzeugs 203 gemäß einer Ausführungsform.
Der Ladestecker 100 umfasst einen Sensor 101, welcher ausgebildet ist, eine physikalische Sensorgröße zu erfassen, wobei dem Sensor 101 eine Sensoridentifikation zugeordnet ist, welche auf den Sensor 101 hinweist, einen Prozessor 103, welcher ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße mit der Sensoridentifikation zu verknüpfen, um ein Sensorsignal zu erhalten, und eine Kommunikationsschnittstelle 105, welche ausgebildet ist, das Sensorsignal auszusenden.
Das Sensorsignal kann genutzt werden, um einen Betriebszustand des Ladesteckers 100 zu ermitteln. Beispielsweise kann auf Grundlage des Sensorsignals überprüft werden, ob sich die ermittelte physikalische Sensorgröße innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs befindet. Zur Erhöhung der Sicherheit eines Ladevorgangs kann ein Fließen eines Ladestroms durch den Ladestecker 100 unterbunden werden, falls die physikalische Sensorgröße außerhalb des Toleranzbereichs liegt. Die Zuweisung einer Sensoridentifikation kann eine eindeutige Verknüpfung der physikalischen Sensorgröße mit einer physikalischen Kennzeichnung und/oder einer physikalischen Einheit realisieren. Beispielsweise kann die Sensoridentifikation eine Zeichenkette enthalten, welche die physikalische Sensorgröße als eine Temperatur des Ladesteckers in der Einheit Grad Celsius identifiziert. Weiterhin ist eine eindeutige Identifizierung der physikalischen Sensorgröße zusammen mit einer eindeutigen Identifizierung des Ladesteckers 100 möglich, sodass Ladestecker des gleichen Typs unterschieden werden können. Hierzu kann die Sensoridentifikation eine eindeutige Kennung des Ladesteckers 100 enthalten.
Der Ladestecker 100 kann ein standardisierter IEC 62196 Typ 2 oder Typ 3 Stecker sein.
Der Ladestecker 100 weist ferner ein Kunststoffgehäuse 107 auf, wobei das Kunststoffgehäuse 107 einen Griff 119 zum Halten des Ladesteckers 100 durch einen Benutzer aufweist.
Ferner weist die Kommunikationsschnittstelle 105 eine Kommunikationsantenne 109 auf. Die Kommunikationsschnittstelle 105 ist ausgebildet, bei einer Annäherung des Ladesteckers 100 an die Ladestation 207 eine Kommunikationsverbindung, insbesondere eine Funkverbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle 105 und der Ladestation 207 aufzubauen.
Der Ladestecker 100 weist ferner fünf Steckkontakte auf, welche in zwei Gruppen unterteilt sind, welche jeweils von einem Steg umrandet sind. Eine Gruppe von drei Steckkontakten umfasst sowohl eine PP-Leitung 113 als auch ein CP-Leitung 115. Über die CP-Leitung 115 kann das Fahrzeug 203 mit der Ladestation 207 kommunizieren und beispielsweise eine Ladefreigabe signalisieren. Weiterhin kann über die PP-Leitung 115 der Ladestrom begrenzt werden, welcher über eine Ladeleitung von der Ladestation 207 zum dem Fahrzeug 203 fließt, um beispielsweise eine Überlastung des Ladekabels 205 mit dem Ladestecker 100, der Ladeelektronik des Fahrzeugs 203, des elektrischen Energiespeichers 201 des Fahrzeugs 203 und/oder der Ladestation 207 zu unterbinden.
Die weitere Gruppe von zwei Steckkontakten umfasst eine Ladeleitung 117, welche ausgebildet ist, elektrische Energie von der Ladestation 207 zu dem Fahrzeug 203, insbesondere zu einem elektrischen Energiespeicher 201 des Fahrzeugs 203 zu leiten.
Der Prozessor 103 ist ausgebildet, einen Sendedatenrahmen gemäß der NFC-Kommunikationstechnologie zu erzeugen, und die jeweils erfasste physikalische Sensorgröße mit der jeweiligen Sensoridentifikation in einem Datenfeld des Sendedatenrahmens anzuordnen, wobei das Sensorsignal den Sendedatenrahmen umfasst. Die Kommunikationsschnittstelle 105 ist eine passive Nahfeld-Kommunikationsschnittstelle ist, welche durch ein elektromagnetisches Nahfeld eines Empfangsgerätes mit elektrischer Energie versorgbar ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle 105 ausgebildet ist, das Sensorsignal ansprechend auf das elektromagnetische Nahfeld des Empfangsgerätes an das Empfangsgerät auszusenden.
Die Kommunikationsantenne 109 ist an dem Kunststoffgehäuse 107 durch Aufkleben stoffschlüssig befestigt ist. Die Kommunikationsantenne 109 ist auf einer innenliegenden Seite des Kunststoffgehäuses 107 aufgeklebt. Ferner kann eine stoffschlüssige Befestigung der Kommunikationsantenne 109 an dem Kunststoffgehäuse 107 durch Umspritzen der Kommunikationsantenne 109 in einem Kunststoff des Kunststoffgehäuses 107 oder durch Einbetten der Kommunikationsantenne 109 in dem Kunststoffgehäuse 107 realisiert sein.
Der Ladestecker 100 umfasst ferner einen Speicher 111 zur Speicherung der jeweils erfassten physikalischen Sensorgröße, wobei der Prozessor 103 ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße aus dem Speicher 111 auszulesen, um das Sensorsignal zu erzeugen. Der Sensor 101 ist ausgebildet, die physikalische Sensorgröße wiederholt zu erfassen, und der Prozessor 103 ist ausgebildet, die wiederholt erfassten physikalischen Sensorgrößen in dem Speicher 111 zu speichern.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladesystems 200 zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 201 in einem Fahrzeug 203. Das Ladesystem 200 umfasst einen Ladestecker 100 gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform, ein Ladekabel 205 und eine Ladestation 207.
Das Ladekabel 205 ist mittels des Ladesteckers 100 an zumindest einem Ende terminiert und mit dem durch den Ladestecker 100 terminierten Ende mit dem elektrischen Energiespeicher 201 elektrisch und mechanisch verbunden. Das Ladekabel 205 ist weiterhin an dem verbleibenden Ende durch einen weiteren Ladestecker terminiert, welcher mit einer weiteren Ladebuchse elektrisch und mechanisch kompatibel ist. Die weitere Ladebuchse ist in dem Fahrzeug angeordnet. Durch eine Steckverbindung des weiteren Ladesteckers in die weitere Ladebuchse kann eine geschlossene elektrische und insbesondere mechanisch verriegelte Verbindung zwischen der Ladestation 207 und dem Fahrzeug 203 über das Ladekabel 205 hergestellt werden.
Die Ladestation 207 weist eine Ladebuchse 209 und eine Energiequelle 211 auf, wobei die Ladebuchse 209 ausgebildet ist, den Ladestecker 100 aufzunehmen, um eine elektrische Verbindung zwischen der Ladeleitung 117 und der Energiequelle 211 herzustellen. Ferner ist der elektrische Energiespeicher 201 ausgebildet, über die Ladeleitung 117 elektrische Energie von der Ladestation 207 aufzunehmen und zu speichern.
Der Griff 119 des Ladesteckers 100 ist derart orientiert, dass bei einem Greifen des Griffs 119 durch einen Benutzer des Ladekabels 203 aus Sicht des Benutzers unterhalb des Ladesteckers 100 angeordnet ist. Dadurch kann eine definierte Ausrichtung des Ladesteckers 100 erreicht werden, sodass ein Kontaktbild der elektrischen Anschlüsse des Ladesteckers 100 zu einem Kontaktbild der elektrischen Anschlüsse der Ladebuchse 209 ausgerichtet sein kann.
Bezugszeichenliste

100: Ladestecker
101: Sensor
103: Prozessor
105: Kommunikationsschnittstelle
107: Kunststoffgehäuse
109: Kommunikationsantenne
111: Speicher
113: Proximity Pilot Leitung (PP)
115: Control Pilot Leitung (CP)
117: Ladeleitung
119: Griff
200: Ladesystem
201: Elektrischer Energiespeicher
203: Fahrzeug
205: Ladekabel
207: Ladestation
209: Ladebuchse
211: Energiequelle

Claims

Ladestecker (100) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation (207) und einem elektrischen Energiespeicher (201) eines Fahrzeugs (203), mit: einem Sensor (101), welcher ausgebildet ist, eine physikalische Sensorgröße zu erfassen, wobei dem Sensor (101) eine Sensoridentifikation zugeordnet ist, welche auf den Sensor (101) hinweist; einem Prozessor (103), welcher ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße mit der Sensoridentifikation zu verknüpfen, um ein Sensorsignal zu erhalten; und einer Kommunikationsschnittstelle (105), welche ausgebildet ist, das Sensorsignal auszusenden.
Ladestecker (100) nach Anspruch 1, mit einem weiteren Sensor zur Erfassung einer weiteren physikalischen Sensorgröße, wobei dem weiteren Sensor eine weitere Sensoridentifikation zugeordnet ist, welche auf den weiteren Sensor hinweist, wobei der Prozessor (103) ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße mit der Sensoridentifikation und die erfasste weitere physikalische Sensorgröße mit der weiteren Sensoridentifikation zu verknüpfen, um das Sensorsignal zu erhalten.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (103) ausgebildet ist, einen Sendedatenrahmen gemäß einer Kommunikationstechnologie, insbesondere CAN, UMTS, Wireless LAN, NFC, 5G zu erzeugen, und die jeweils erfasste physikalische Sensorgröße mit der jeweiligen Sensoridentifikation in einem Datenfeld des Sendedatenrahmens anzuordnen, wobei das Sensorsignal den Sendedatenrahmen umfasst.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher ein Kunststoffgehäuse (107) aufweist, wobei die Kommunikationsschnittstelle (105) eine Kommunikationsantenne (109) aufweist, wobei die Kommunikationsantenne (109) an dem Kunststoffgehäuse (107) stoffschlüssig befestigt ist, insbesondere aufgeklebt ist, oder wobei die Kommunikationsantenne (109) in dem Kunststoffgehäuse (107) eingebettet ist, insbesondere durch einen Kunststoff des Kunststoffgehäuses (107) umspritzt ist.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsschnittstelle (105) eine passive Nahfeld-Kommunikationsschnittstelle ist oder umfasst, welche durch ein elektromagnetisches Nahfeld eines Empfangsgerätes mit elektrischer Energie versorgbar ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle (105) ausgebildet ist, das Sensorsignal ansprechend auf das elektromagnetische Nahfeld des Empfangsgerätes an das Empfangsgerät auszusenden.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsschnittstelle (105) ausgebildet ist, das Sensorsignal drahtlos und/oder drahtgebunden an die Ladestation (207) auszusenden.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Speicher (111) zur Speicherung der jeweils erfassten physikalischen Sensorgröße, wobei der Prozessor (103) ausgebildet ist, die erfasste physikalische Sensorgröße aus dem Speicher (111) auszulesen, um das Sensorsignal zu erzeugen.
Ladestecker (100) nach Anspruch 7, wobei der jeweilige Sensor (101) ausgebildet ist, die jeweilige physikalische Sensorgröße wiederholt zu erfassen, und wobei der Prozessor (103) ausgebildet ist, die wiederholt erfassten physikalischen Sensorgrößen in dem Speicher (111) zu speichern oder die in dem Speicher (111) gespeicherten physikalischen Sensorgrößen durch die wiederholt erfassten physikalischen Sensorgrößen zu aktualisieren.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 oder 8, wobei in dem Speicher (111) zusätzlich Konfigurationsdaten gespeichert sind.
Ladestecker (100) nach Anspruch 9, wobei der Prozessor (103) ausgebildet ist, die Konfigurationsdaten aus dem Speicher (111) auszulesen und die ausgelesenen Konfigurationsdaten dem Sensorsignal beizufügen.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsschnittstelle (105) ausgebildet ist, das Sensorsignal zusätzlich an ein Diagnosesystem des Fahrzeugs (203) zu übermitteln.
Ladestecker (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die jeweilige physikalische Sensorgröße zumindest eine der folgenden Messgrößen ist: eine Ladesteckertemperatur, eine Anzahl von Steckvorgängen des Ladesteckers (100) in eine Ladebuchse (209), ein Flüssigkeitsaustritt, insbesondere ein Kühlflüssigkeitsaustritt aus einer Kühlflüssigkeitsleitung und/oder eine Position des Ladesteckers (100) relativ zu der Ladestation (207) und/oder dem Fahrzeug (203).
Ladesystem (200) zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (201) in einem Fahrzeug (203), mit: einem Ladestecker (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; einem Ladekabel (205), welches mittels des Ladesteckers (100) an zumindest einem Ende terminiert ist und mit dem elektrischen Energiespeicher (201) elektrisch und/oder mechanisch verbindbar ist, wobei das Ladekabel (205) eine Ladeleitung (117), welche ausgebildet ist, elektrische Energie zu übertragen, und eine Steuerleitung aufweist, welche ausgebildet ist, die Übertragung von elektrischer Energie über die Ladeleitung (117) zu steuern; und einer Ladestation (207), welche eine Ladebuchse (209) und eine Energiequelle (211) aufweist, wobei die Ladebuchse (209) ausgebildet ist, den Ladestecker (100) aufzunehmen, um eine elektrische Verbindung zwischen der Ladeleitung (117) und der Energiequelle (211) herzustellen, wobei der elektrische Energiespeicher (201) ausgebildet ist, über die Ladeleitung (117) elektrische Energie von der Ladestation (207) aufzunehmen und zu speichern.
Ladesystem (200) nach Anspruch 13, wobei der Prozessor (103) mit der Steuerleitung elektrisch verbunden ist, um den Prozessor (103) mit elektrischer Energie zu versorgen.
Ladesystem (200) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Kommunikationsschnittstelle (105) ausgebildet ist, bei einer Annäherung des Ladesteckers (100) an die Ladestation (207) eine Kommunikationsverbindung, insbesondere eine Funkverbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle (105) und der Ladestation (207) aufzubauen.