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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät bei einem Steckvorgang eines Ladekabels. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät bei einem Steckvorgang eines Ladekabels. Die Erfindung betrifft schließlich eine Ladeschnittstelle, zum Beispiel für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Elektrische Fahrzeuge weisen Elektromotoren auf, welche mit einer aufladbaren Batterie gekoppelt sind und von dieser mit Energie versorgt werden. Um einen überregionalen Verkehr zu ermöglichen, wird in vielen Ländern ein zunehmend dichteres Netz öffentlicher Ladepunkte aufgebaut, an welchen die Batterien der elektrischen Fahrzeuge aufgeladen werden können. Ein beispielhaftes Verfahren zum Laden einer Batterie in einem Fahrzeug ist aus der
DE 10 2014 200315 A1 bekannt.
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Eine besondere Herausforderung stellt sich aufgrund unterschiedlicher Verfahren zum Laden des Fahrzeugs. So existieren Fahrzeugkupplungen verschiedenste Art, etwa zum Wechselstromladen oder zum Gleichstromladen, welche sich in der Anzahl und Anordnung der Anschlüsse unterscheiden können. Zur Vereinfachung gibt es daher Bestrebungen, einheitliche Ladestandards zu etablieren. Ein internationaler Ladestandard, welcher insbesondere für Nordamerika und Europa Bedeutung erlangt hat, ist das Combined Charging Sytem, CCS, welches sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromladen ermöglicht. Die europäische Variante basiert auf der sogenannten Typ-2-Fahrzeugkupplung, welche mit zusätzlichen Gleichstrom-Steckerpolen erweitert worden ist. Eine weitere elektrische Schnittstelle eines Batteriemanagementsystems ist unter dem Handelsnamen CHAdeMO bekannt und insbesondere in Japan verbreitet. Bei Verwendung der jeweiligen Ladestecker hängt die spezifische Ladevariante von der speziellen Ausstattung des Fahrzeugs sowie von der Spannungsquelle ab.
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Sobald der Ladestecker mit dem Fahrzeug verbunden wird, wird eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ladevorgangs aktiviert. Die Aktivierung erfolgt mittels eines Wecksignals (englisch: Wake-up-Signal), welches bei oder im Anschluss an den Steckvorgang erzeugt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät bei einem Steckvorgang eines Ladekabels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bereit. Weiter stellt die Erfindung eine Ladeschnittstelle für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 bereit. Schließlich stellt die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät bei einem Steckvorgang eines Ladekabels mittels einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 14 bereit.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät bei einem Steckvorgang eines Ladekabels. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, bei einer aufgrund einer Spannungs- und/oder Widerstandsänderung bei oder im Anschluss an den Steckvorgang auftretenden Flanke das Wecksignal zu erzeugen und an das elektronische Gerät auszugeben. Die Vorrichtung ist weiter dazu ausgebildet, während des Auftretens der Flanke einen Stromfluss innerhalb oder durch die Vorrichtung zu ermöglichen, wobei vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs ein Stromfluss innerhalb oder durch die Vorrichtung unterdrückt wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine Ladeschnittstelle für ein Fahrzeug, welche eine Steckvorrichtung zum Einstecken eines Ladekabels aufweist. Die Ladeschnittstelle umfasst weiter eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ladevorgangs sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für die Steuervorrichtung beim Einstecken des Ladekabels in die Steckvorrichtung.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät bei einem Steckvorgang eines Ladekabels mittels einer Vorrichtung. Hierzu erzeugt die Vorrichtung ein Wecksignal bei einer aufgrund einer Spannungs- und/oder Widerstandsänderung bei oder im Anschluss an den Steckvorgang auftretenden Flanke. Während des Auftretens der Flanke wird ein Stromfluss innerhalb oder durch die Vorrichtung ermöglicht, wobei vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs ein Stromfluss innerhalb oder durch die Vorrichtung unterdrückt wird. Die Vorrichtung gibt ein Wecksignal an das elektrische Gerät aus.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht es, den Stromverbrauch, welcher zur Generierung des Wecksignals erforderlich ist, möglichst zu reduzieren. Erreicht wird dies durch eine flankenorientierte Schaltung, d.h. eine Generierung des Wecksignals durch Erkennen einer auftretenden Flanke bei dem Steckvorgang oder im Anschluss an den Steckvorgang, das heißt unmittelbar nach oder kurze Zeit nach dem Steckvorgang. Insbesondere kann etwa bei einem CCS-Ladesystem auch bei gestecktem Stecker durch einen Spannungswechsel oder eine Spannungsänderung ein Wecksignal erzeugt werden. Allgemein wird zwischen positiven oder aufsteigenden Flanken, bei welchen sich eine Spannung oder ein Widerstand von einem niedrigen Wert zu einem höheren Wert verändern, sowie negativen oder absteigenden Flanken unterschieden, bei welchen sich die Spannung oder der Widerstand von einem höheren Wert zu einem niedrigeren Wert verändern. Die Erfindung ist im Allgemeinen für beide Arten von Flanken oder Zustandswechsel anwendbar. Derartige Flanken treten typischerweise bei Steckvorgängen auf, bei welchen sich die Potentiale und die Spannungen der Vorrichtung ändern. Vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs sind die Spannungen und Widerstände im Wesentlichen wieder konstant. Durch entsprechende Ausgestaltung einer elektrischen Schaltung der Vorrichtung zum Erzeugen des Wecksignals ist es möglich, einen Stromfluss lediglich während des Auftretens der Flanke, d.h. während des Steckvorgangs zu ermöglichen. In einem Zeitraum vor dem Steckvorgang und in einem Zeitpunkt nach dem Steckvorgang wird der Stromfluss unterdrückt. Unter einem unterdrückten Stromfluss ist im Sinne dieser Erfindung eine deutliche Reduzierung des Stromflusses im Vergleich zu den während des Auftretens der Flanke auftretenden Strömen zu verstehen. Insbesondere kann eine Reduzierung auf einen geringen Prozentsatz des Stromflusses während des Steckvorgangs hierunter verstanden werden, etwa weniger als zehn Prozent, weniger als fünf Prozent oder weniger als ein Prozent. Vorzugsweise ist der Stromfluss kleiner als zehn µA, besonders bevorzugt kleiner als ein µA.
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Da der Stromfluss im Wesentlichen auf den Schaltvorgang selbst beschränkt ist, ermöglicht die Erfindung eine extrem kostensparende Generierung des Wecksignals. Zudem fällt auch die Belastung der Schnittstelle sehr gering aus, d.h. die Stromquelle wird durch das Erzeugen des Wecksignals nicht belastet, d.h. in ihrem elektrischen Verhalten so wenig wie möglich verändert oder beeinflusst.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist diese mindestens einen in Serie geschalteten Kondensator auf, welcher dazu ausgebildet ist, während des Auftretens einer Flanke, welche etwa durch den Einsteckvorgang an der Ladeschnittstelle des Fahrzeugs erzeugt wird, einen Stromfluss innerhalb der Vorrichtung zu ermöglichen und vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs einen Stromfluss innerhalb der Vorrichtung zu unterdrücken. Während des Steckvorgangs wird der Kondensator geladen, sodass ein Stromfluss möglich ist. Nach Beendigung des Steckvorgangs bzw. nach Auftreten der Flanke bleibt der Kondensator geladen, der Stromfluss reduziert sich dabei nach einer gewissen Zeit und geht im Wesentlichen gegen Null. Zu einem Zeitpunkt vor dem Steckvorgang sowie nach dem Abstecken des Ladesteckers ist bzw. wird der Kondensator entladen und sperrt einen Stromfluss, d.h. ein Stromfluss ist nicht möglich oder wird zumindest stark eingeschränkt. Über eine entsprechende Dimensionierung der Kapazität des Kondensators und gegebenenfalls weiterer Widerstände innerhalb der Vorrichtung kann das genaue zeitliche Verhalten angepasst werden und insbesondere der während einer Flanke fließende Strom.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist diese eine erste Schalteinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, bei der auftretenden Flanke ein erstes gepulstes elektrisches Signal zu erzeugen. Weiter weist die Vorrichtung eine zweite Schalteinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, das erste gepulste elektrische Signal in ein zweites gepulstes elektrisches Signal mit einer vorgegebenen Pulsdauer zu transformieren. Die zweite Schalteinrichtung ist weiter dazu ausgebildet, unter Verwendung des zweiten gepulsten elektrischen Signals das Wecksignal an das elektronische Gerät auszugeben. Beispielweise kann die erste Schalteinrichtung den oben beschriebenen Kondensator aufweisen, welcher während des Auftretens der Flanke einen Stromfluss zulässt, wodurch das erste gepulste elektrische Signal erzeugt wird. Die zeitliche Dauer des ersten gepulsten elektrischen Signals hängt unter anderem von der Dauer der auftretenden Flanke ab und kann in einem gewissen Rahmen variieren. Von daher ist es vorteilhaft, mithilfe der zweiten Schalteinrichtung das zweite gepulste elektrische Signal zu generieren, welches eine fest vorgegebene Pulsdauer aufweist. Die zweite Schalteinrichtung kann hierzu ein Zeitglied umfassen, welches unabhängig von der zeitlichen Dauer des ersten gepulsten elektrischen Signals stets ein zweites gepulstes elektrisches Signal mit einer konstanten zeitlichen Dauer erzeugt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die erste Schalteinrichtung einen ersten Kondensator und mindestens einen dazu parallelgeschalteten hochohmigen Widerstand auf. Aufgrund einer bei oder im Anschluss an den Steckvorgang auftretenden negativen Flanke wird der erste Kondensator geladen und ein Stromfluss innerhalb oder durch die erste Schalteinrichtung wird ermöglicht. Vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs wird ein Stromfluss mittels des Kondensators ganz und mittels des mindestens einen hochohmigen Widerstands weitgehend unterdrückt. Diese Ausführungsform ist insbesondere zur Verwendung mit einem CHAdeMO-Ladesystem geeignet, wobei eine negativ auftretende Flanke am CHAdeMO-Pin „Connector proximity detection“ beim Einsteckvorgang dazu verwendet werden kann, den ersten Weckimpuls zu erzeugen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist die erste Schalteinrichtung weiter einen ersten in Serie geschalteten Schalter auf, wobei beim Laden des ersten Kondensators der erste Schalter aktiviert wird, sodass das erste gepulste elektrische Signal erzeugt wird. Bei dem ersten Schalter und auch den im Folgenden beschriebenen weiteren Schaltern kann es sich um Transistoren oder MOSFETs handeln.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, insbesondere zur Verwendung mit dem CCS-Ladesystem Standard, weist die Vorrichtung eine erste Schalteinrichtung mit einem ersten Kondensator und einen dazu seriell geschalteten Widerstand auf, wobei aufgrund einer bei oder im Anschluss an den Steckvorgang auftretenden positiven Flanke der erste Kondensator geladen wird und ein Stromfluss innerhalb oder durch die erste Schalteinrichtung ermöglicht wird. Vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs wird ein Stromfluss mittels des ersten Kondensators unterdrückt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist die zweite Schalteinrichtung weiter einen in Serie geschalteten zweiten Kondensator auf, welcher in Folge des ersten gepulsten elektrischen Signals geladen wird und einen Stromfluss innerhalb oder durch die zweite Schalteinrichtung ermöglicht, wobei vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs ein Stromfluss mittels des zweiten Kondensators unterdrückt wird. Der zweite Kondensator ist somit ein Beispiel für den oben beschriebenen mindestens einen in Serie geschalteten Kondensator.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist die zweite Schalteinrichtung weiter ein dem zweiten Kondensator nachgeschaltetes Zeitglied auf, welches beim Aufladen des zweiten Kondensators für die vorgegebene Pulsdauer aktiviert wird. Das Zeitglied dient somit dem Zweck, aus dem zweiten gepulsten Signal ein nachfolgendes Wecksignal mit einer fest vorgegebenen, vorzugsweise konstanten Pulsdauer zu generieren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung weist diese eine Vielzahl der ersten Schalteinrichtungen auf, welche über einen jeweiligen Widerstand mit der zweiten Schalteinrichtung gekoppelt oder koppelbar sind. Insbesondere ist es möglich, Ladestecker verschiedener Ladestandards über die Vorrichtung mit der Fahrzeugbatterie zu verbinden. Den Ladesteckern sind jeweils eigene erste Schalteinrichtungen zugeordnet, welche insbesondere unterschiedlich ausgestaltet sein können. So kann eine der ersten Schalteinrichtungen derart angepasst sein, dass ein Ladestecker gemäß dem CCS-Standard verbunden werden kann, und eine zweite der ersten Schalteinrichtungen kann derart angepasst sein, dass ein Ladestecker gemäß dem CHAdeMO-Standard angeschlossen werden kann. Vorteilhafterweise ist jedoch nur eine einzige zweite Schalteinrichtung erforderlich, d.h. die verschiedenen ersten Schalteinrichtungen teilen sich eine gemeinsame zweite Schalteinrichtung. Dadurch können die Kosten zur Herstellung der Vorrichtung reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung sind ein negierender Feldeffekttransistor, ein Widerstand, ein Zeitglied und ein Schalter in Reihe geschaltet, wobei das Zeitglied und der Schalter dazu ausgebildet sind, das Wecksignal zu erzeugen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Ladeschnittstelle ist die Steckverbindung mit Ladekabeln gemäß verschiedener Ladestandards verbindbar. So kann die Steckverbindung beispielweise mit Ladekabeln gemäß dem CCS-Standard gleichzeitig mit Ladekabeln gemäß dem CHAdeMO-Standard verbunden werden.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einer Ladeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
- 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ladeschnittstelle 5 für ein Fahrzeug 6. Bei dem Fahrzeug 6 handelt es sich um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, welches über einen elektrischen Antrieb verfügt und eine Batterie aufweist, welche über eine externe Stromquelle geladen werden kann. Hierzu weist die Ladeschnittstelle 5 eine Steckvorrichtung 7 auf, welche mit einem Ladekabel 8 verbindbar ist. Bevorzugt kann die Steckvorrichtung 7 mit Ladekabeln unterschiedlicher Ladestandards verbunden werden, insbesondere mit Ladekabeln gemäß dem CCS-Standard und mit Ladekabeln gemäß dem CHAdeMO-Standard. Es sind jedoch auch weitere Standards möglich, wie z.B. der in China verbreitete Standard GB/T.
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Die Ladeschnittstelle 5 weist weiter eine im Folgenden näher beschriebene Vorrichtung 1 auf, welche beim Einstecken des Ladekabels 8 in die Steckvorrichtung 7 ein Wecksignal erzeugt.
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Das Wecksignal wird an eine Steuervorrichtung 4 der Ladeschnittstelle 5 übertragen und aktiviert die Steuervorrichtung 4, d.h. weckt diese aus einem Stand-by-Modus auf. Die Steuervorrichtung 4 umfasst elektronische Schaltungen, insbesondere integrierte Schaltkreise (ASICs), welche den Ladevorgang steuern. Hierzu kommuniziert die Steuervorrichtung 4 mit der Steckvorrichtung 7 und wählt insbesondere die Art des Ladevorgangs aus. Die 1 ist schematisch zu verstehen, das heißt dass insbesondere die Vorrichtung 1 zusammen mit der Steuervorrichtung 4 in einem Steuergerät verbaut sein kann.
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Verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Wecksignals werden in den folgenden Figuren detaillierter beschrieben.
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2 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Vorrichtung 1a zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät 4, insbesondere für eine oben beschriebenen Steuervorrichtung 4 einer Ladeschnittstelle 5. Die Vorrichtung 1a ist über einen ersten Anschluss A1 mit Ladekabeln einer externen Energiequelle koppelbar. Die Vorrichtung 1a ist weiter über entweder einen zweiten Anschluss A2 oder einen dritten Anschluss A3 sowie zusätzlich über einen vierten Anschluss A4 mit dem elektronischen Gerät 4 koppelbar. Über eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss A1 und dem vierten Anschluss A4 ist eine Kommunikation möglich, welche die spezifische Steuerung des Ladevorgangs ermöglicht, d.h. das elektronische Gerät 4 kann über entsprechende Steuersignale mit einem externen Steuergerät kommunizieren und beispielsweise die Art des verwendeten Ladestandards kommunizieren. Die Vorrichtung 1a ist insbesondere zur Verbindung mit einem Ladekabel nach dem CHAdeMO-Standard ausgestaltet. Der Kommunikationspfad vom ersten Anschluss A1 zum vierten Anschluss A4 entspricht im CHAdeMO-Standard der „Connector proximity detection“.
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Zwischen dem ersten Anschluss A1 und dem vierten Anschluss A4 sind Dioden D1 vorgesehen, welche über eine weitere elektrische Verbindung mit einer ersten Schalteinrichtung 2a und einer nachgeschalteten zweiten Schalteinrichtung 3 verbunden sind. Die Dioden D1 ermöglichen die Übertragung von Kommunikationssignalen von dem vierten Anschluss A4 an den ersten Anschluss A1, wobei gleichzeitig verhindert wird, dass die Kommunikationssignale von dem vierten Anschluss A4 an die erste Schalteinrichtung 2a übertragen werden. Weiter wird auch eine Signalübertragung vom zweiten Anschluss A2 zum vierten Anschluss A4 verhindert.
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Die erste Schalteinrichtung 2a umfasst einem ersten Kondensator C11, welcher mit drei in Serie geschalteten hochohmigen ersten bis dritten Widerständen R101, R102, R103 parallel verschaltet ist, mit Widerstandswerten von beispielsweise jeweils mindestens 200 kΩ. Die Anzahl der Widerstände ist jedoch nicht zwingend vorgegeben. Insbesondere kann auch nur ein erster Widerstand vorgegeben sein, um einen hochohmigen Pfad bereitzustellen. Weiter ist ein vierter Widerstand R104 in Serie geschaltet, welcher über einen Sternpunkt mit einem fünften Widerstand R105, einem zweiten Kondensator C12 und der Basis B eines als Transistor ausgestalteten ersten Schalters T11 verschaltet ist. Der Kollektor C des ersten Schalters T11 ist über einen sechsten Widerstand R106 auf Masse geschaltet und weiter mit der zweiten Schalteinrichtung 3 verbunden. Der sechste Widerstand R106 ist hochohmig und kann gemäß weiteren Ausführungsformen durch eine Vielzahl von Widerständen ersetzt sein.
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Die zweite Schalteinrichtung 3 umfasst einen dritten Kondensator C13 und einen in Serie geschalteten siebten Widerstand R107, welcher mit der Basis eines als Transistor ausgestalteten zweiten Schalters T12 verbunden ist. Zwischen dem siebten Widerstand R107 und der Basis des zweiten Schalters T12 verläuft eine weitere elektrische Verbindung über einen achten Widerstand R108 auf Masse. Der Emitter E des zweiten Schalters T12 ist auf Masse geschaltet. Der Kollektor C des zweiten Schalters T12 ist über parallel geschaltete neunte und zehnte Widerstände R109, R110 über einen Sternpunkt über einen vierten Kondensator C14 auf Masse geschaltet und über einen elften Widerstand R111 mit der Basis eines als Transistor ausgestalteten dritten Schalters T13 verbunden. Der zweite und/oder dritte Schalter T12, T13 kann auch als FET ausgestaltet sein. Die Anzahl der parallelgeschalteten Widerstände R109, R110 kann gemäß weiteren Ausführungsformen variieren. Der elfte Widerstand R111 ist weiter über einen parallel geschalteten fünften Kondensator C15 und einen parallelgeschalteten zwölften Widerstand R112 mit dem Emitter E des dritten Schalters T13 sowie mit dem Emitter E der ersten Schalters T11, mit dem zweiten Kondensator C12 und dem fünften Widerstand R105 verbunden, welche ebenfalls alle durch die Dauerversorgung V versorgt sind. Durch die gesamte Beschaltung wird die Dauerversorgung mit einem möglichst geringem Ruhestrom belastet. Der Kollektor C des dritten Schalters T13 ist mit dem zweiten Anschluss A2 verbunden, wobei der Anschluss A2 der Ausgang für den generierten Weckimpuls ist.
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Falls ein Ladekabel mit dem ersten Anschluss A1 verbunden wird, tritt eine negative Flanke auf, da sich die Spannung und der Widerstand am ersten Anschluss A1 ändern. In diesem Fall wird sich der erste Kondensator C11 aufladen und einen Stromfluss durch die erste Schalteinrichtung 2a ermöglichen. Die ersten bis dritten Widerstände R101, R102, R103 dienen als Pullup. Der erste Kondensator C11 bildet einen Bypass zu den hochohmigen Widerständen R101, R102, R103, um einen Stromfluss für die erste Schalteinrichtung 2a zu ermöglichen.
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Vor dem Steckvorgang und eine gewisse Zeitspanne nach Beendigung des Steckvorgangs ist der erste Kondensator C11 aufgeladen, das heißt statisch, und verhindert einen weiteren Stromfluss. Weiterer Stromfluss ist nur noch über die Widerstände R101, R102, R103, R104, R105 möglich. Die hochohmigen Widerstände R101, R102 und R103 sperren ebenfalls und verringern ebenfalls den Stromfluss stark, sodass diese den Stromfluss im Wesentlichen unterdrücken.
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Der Stromfluss durch die erste Schalteinrichtung 2a aktiviert bzw. öffnet den ersten Schalter T11 für eine gewisse Zeitdauer, sodass ein erstes gepulstes elektrisches Signal erzeugt wird. Die erste Schalteinrichtung 2a dient somit als Vorverstärker und erzeugt aus der auftretenden negativen Flanke das erste gepulste elektrische Signal. Der fünfte Widerstand R105 und der zweite Kondensator C12 dienen zur Einstellung der Schaltschwelle des ersten Schalters T11 und dienen weiter dem Schutz vor elektromagnetischen Störungen.
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Durch das erste gepulste elektrische Signal lädt sich der dritte Kondensator C13 auf und der zweite Schalter T12 wird aktiviert. Durch Wählen der Kapazität des dritten Kondensators C13 kann die Dauer des dadurch erzeugten gepulsten Zwischensignals eingestellt werden. Der sechste Widerstand R106 und der achte Widerstand R108 dienen dem anschließenden Entladen des dritten Kondensators C13. Der sechste Widerstand R106 ist tendenziell hochohmig ausgestaltet, vorzugsweise größer als 200 kΩ. Der achte Widerstand R108 dient weiter der Dimensionierung des zweiten Schalters T12. Sobald der zweite Schalter T12 aktiviert, d.h. geschlossen wird, wird der vierte Kondensator C14 über die neunten und zehnten Widerstände R109, R110 sowie über den zweiten Schalter T12 entladen. Über den elften Widerstand R111 wird der vierte Kondensator C14 wieder aufgeladen. Das anschließende Aufladen des vierten Kondensators C14 erfolgt langsamer als das Entladen des vierten Kondensators C14. Die Kapazität des vierten Kondensators kann beispielsweise 10 nF betragen.
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Der zweite Schalter T12 aktiviert somit ein Zeitglied 311, welches den neunten Widerstand R109, den zehnten Widerstand R110, den elften Widerstand R111 und den vierten Kondensator C14 umfasst. Die Entladedauer des vierten Kondensators C14 beträgt einige Mikrosekunden und die anschließende Ladedauer beträgt einige Millisekunden, wobei die Ladedauer durch das Zeitglied 311 definiert ist und eine fest vorgegebene Dauer aufweist. Während der vierte Kondensator C14 entladen wird, wird der dritte Schalter T13 aktiviert. Dadurch wird ein zweites gepulstes Signal erzeugt, welches eine durch die Dimensionierung des Zeitglieds 311 vorgegebene Dauer aufweist. Das zweite gepulste Signal dient als Wecksignal für einen Versorgungsbaustein in dem elektronischen Gerät 4, welcher das Einschalten und damit den Betrieb des elektronischen Geräts 4 initiiert.
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Der zwölfte Widerstand R112 dient der Anpassung der Schaltschwelle des dritten Schalters T13. Der fünfte Widerstand C15 stabilisiert den dritten Schalter T13 und verringert Einflüsse durch elektromagnetische Störungen.
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Die zweite Schalteinrichtung 3 lässt sich allgemeiner in einen ersten Abschnitt 31 und einen zweiten Abschnitt 32 einteilen, wobei der erste Abschnitt 31 das Zwischensignal erzeugt und der zweite Abschnitt 32, welcher den zwölften Widerstand R112, den fünften Kondensator C15 und den dritten Schalter T113 umfasst, das zweite gepulste Signal erzeugt. Das erste gepulste Signal weist üblicherweise eine kurze Dauer im Bereich einiger Nanosekunden auf, kann aber auch eine Dauer im Millisekundenbereich aufweisen, das Zwischensignal weist üblicherweise eine Dauer im Bereich einiger Mikrosekunden bis hin zu Millisekunden auf und das zweite gepulste Signal weist eine definierte vorgegebene Dauer im Bereich einiger Millisekunden bis hin zu einigen hundert Millisekunden auf.
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Die Vorrichtung 1a kann weitere, gestrichelt eingezeichnete optionale Elemente aufweisen. So kann zu dem dritten Kondensator C13 ein dreizehnter Widerstand R113 parallel geschaltet sein und hinter dem siebten Widerstand R107 kann ein sechster Kondensator C16 auf Masse geschaltet sein, wobei diese Bauelemente der Verringerung elektromagnetischer Störungen dienen.
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Schließlich ist es möglich, die Vorrichtung 1a zur Verwendung mit mehreren Ladekabeln auszugestalten. Hierzu können mehrere erste Schalteinrichtungen 2a vorgesehen sein, welche sich unterscheiden können und an unterschiedliche Ladestandards angepasst sein können. Insbesondere kann eine der ersten Schalteinrichtungen 2a der weiter unten beschriebenen ersten Schalteinrichtung 2b der in 3 illustrierten Vorrichtung 1b zum Erzeugen eines Wecksignals entsprechen. Vorzugsweise teilen sich diese verschiedenen ersten Schalteinrichtungen 2a, 2b eine gemeinsame zweite Schalteinrichtung 3. Anstelle der zweiten Schalteinrichtung 3 ist in diesem Fall der Kollektor C des ersten Schalters T11 über einen fünfzehnten Widerstand R115 mit einem dritten Anschluss A3 verbunden, wobei der dritte Anschluss A3 mit der gemeinsamen zweiten Schalteinrichtung 3 verbunden ist, d.h. mit dem dritten Kondensator C13 verschaltet ist.
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Weiter kann ein vierzehnter Widerstand R114 vorgesehen sein, welcher mit dem zweiten Anschluss A2 verbunden ist, falls die Pulsdauer über die Dimensionierung der Vorrichtung 1a, 1b bereits ausreicht, um die gewünschte Funktion am zweiten Ausgang A2 vollständig bereit zu stellen. In diesem Fall können die verwendeten Bauteile der zweiten Schalteinrichtung 3 entfallen.
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In 3 ist eine weitere Vorrichtung 1b zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät 4 illustriert, insbesondere für eine oben beschriebene Steuervorrichtung 4 einer Ladeschnittstelle 5. Die Vorrichtung 1b ist insbesondere zur Verbindung mit einem Ladekabel nach dem CCS-Standard ausgestaltet. Die zweite Schalteinrichtung 3 der Vorrichtung 1b entspricht der oben beschriebenen zweiten Schalteinrichtung 3 der Vorrichtung 1a. Die erste Schalteinrichtung 2b unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Schalteinrichtung 2a und ist zum Erkennen positiver Flanken ausgelegt, während die oben beschriebene erste Schalteinrichtung 2a zum Erkennen negativer Flanken ausgelegt ist.
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Der Anschluss A1 ist über einen siebten Kondensator C21 und einen sechzehnten Widerstand R21 mit einem Gate-Anschluss G eines MOSFETs T2 verbunden. Die Verbindung zwischen dem sechzehnten Widerstand R21 und dem MOSFET T2 ist weiter über einen siebzehnten Widerstand R22 und einen achten Kondensator C22 auf Masse geschaltet. Der Source-Anschluss S des MOSFETs T2 ist auf Masse geschaltet und der Drain-Anschluss D ist mit einem achtzehnten Widerstand R23 und einem parallelgeschalteten neunten Kondensator C23 verschaltet. Die erste Schalteinrichtung 2b enthält weiter den oben beschriebenen vierten Widerstand R104, den ersten Schalter T11, den fünften Widerstand R105 und den zweiten Kondensator C12 in der oben beschriebenen Anordnung, deren Beschreibung daher hier nicht wiederholt werden soll.
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Der siebte Kondensator C21 ermöglicht während des Auftretens einer positiven Flanke einen Stromfluss durch die Vorrichtung 1b und unterdrückt vor dem Steckvorgang und nach Beendigung des Steckvorgangs den Stromfluss. Beim CCS-Standard kann die positive Flanke auch durch das Signal „Control Pilot“ über diese Leitung äquivalent zum Einsteckvorgang erfolgen. Der siebzehnte Widerstand R22 dient zusammen mit unter anderem dem sechzehnten Widerstand R21 zum Einstellen der Schaltschwelle des MOSFET T2. Der siebzehnte Widerstand R22 und der achte Kondensator C22 dienen weiter der Verringerung elektromagnetischer Störungen. Der MOSFET T2 ermöglicht es, die logische Funktion zu negieren. Der achtzehnte Widerstand R23 entspricht von der Funktionsweise den oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Widerständen R101, R102, R103. Der neunte Kondensator C23 entspricht dem ersten Kondensator C11.
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Optional kann der Anschluss A1 weiter über einen neunzehnten Widerstand R24 mit dem Drain-Anschluss D des MOSFETs T2 verbunden sein, um auf die negative Flanke des CCS-Standards und Signal „Control Pilot“ zu reagieren. Hierbei können der siebte und achte Kondensator C21, C22, der MOSFET T2 und der sechzehnte und siebzehnte Widerstand R21, R22 eingespart werden.
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4 zeigt eine Vorrichtung 1c zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät 4, welches eine Abwandlung der in 3 illustrierten Vorrichtung 1b darstellt. In diesem Fall ist der Drain-Anschluss D des MOSFETs T2 über einen zwanzigsten Widerstand R3 direkt mit den parallel geschalteten neunten und zehnten Widerständen R109, R110 verbunden, wobei sämtliche dazwischengeschalteten Elemente fehlen.
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5 zeigt eine weitere Vorrichtung 1d zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät 4, welche eine Abwandlung der in den 2 und 3 illustrierten Vorrichtungen 1a, 1b darstellt. In dieser Ausführungsform ist die erste Schalteinrichtung 2a, 2b abwesend, d.h. der erste Anschluss A1 ist direkt mit einer oben beschriebenen zweiten Schalteinrichtung 3 verbunden.
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In den Vorrichtungen 1a bis 1d, wie in den 2 bis 5 illustriert, dienen der erste Kondensator C11, der dritte Kondensator C13 und der siebte Kondensator C21 der Reduktion oder vollständigen Unterdrückung des Stromflusses innerhalb der entsprechenden Vorrichtung 1a bis 1d, falls kein Steckvorgang erfolgt, d.h. in einer Zeit vor dem Steckvorgang und in einem hinreichenden zeitlichen Abstand nach Beendigung des Steckvorgangs. Umgekehrt erlauben diese Kondensatoren während des Auftretens der Flanke sowie gegebenenfalls in einem kurzen Zeitabschnitt nach dem Auftreten der Flanke einen Stromfluss innerhalb der Vorrichtung 1a bis 1d, wobei der Stromfluss zur Erzeugung des Wecksignals führt.
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Wie oben beschriebenen, können mehrere der beschriebenen Vorrichtung 1a bis 1d miteinander verknüpft werden, wobei sich die Vorrichtungen 1a bis 1d eine gemeinsame zweite Schalteinrichtung 3 oder Teile der zweiten Schalteinrichtung 3 teilen. Dadurch ist es insbesondere möglich, Ladestecker verschiedener Ladestandards zu verbinden und jeweils ein Wecksignal mit einer reduzierten Anzahl an Bauelementen zu erzeugen.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So können in Abwandlungen der in 2 gezeigten Vorrichtung 1a und der in 3 gezeigten Vorrichtung 1b weitere Ausführungsformen auf die zweite Schalteinrichtung 3 verzichten. Weiter kann für den ersten Schalter T11 anstelle eines Transistors ein Feldeffekttransistor (FET) verwendet werden. Der zweite Kondensator C12 wird in diesem Fall als Energiespeicher verwendet und über die Dimensionierung des fünften Widerstands R105 kann der Entladestrom festgelegt werden. Die Kondensatoren und Widerstände legen die Zeitkonstante für die Dauer der gepulsten Signale bzw. gepulsten Zwischensignale, ggf. auch die Dauer des Wecksignals bzw. Weckimpulses fest. Für die modifizierte Vorrichtung 1a werden die Widerstandswerte des ersten, des zweiten und des dritten Widerstands R101, R102, R103 sowie die Kapazität des ersten Kondensators C11 so gewählt, dass der als FET ausgestaltete erste Schalter T11 ausschaltet, wenn kein Ladestecker gesteckt ist. Für die Vorrichtung 1b werden entsprechend die Widerstandswerte des vierten Widerstands R104 und des achtzehnten Widerstands R23 sowie die Kapazität des neunten Kondensators C23 angepasst.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der GND-Anschluss auch mit dem positiven Anschluss vertauscht sein, so dass sich eine inverse Darstellung der Polung ergibt. Bei den Transistoren wird eine Umkehr der Verpolung notwendig, also von n-Kanal auf p-Kanal und von NPN auf PNP.
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In 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Wecksignals für ein elektronisches Gerät 4 bei einem Steckvorgang eines Ladekabels illustriert. Das Verfahren kann mithilfe einer in der Einleitung beschriebenen Vorrichtung oder mit einer im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Vorrichtung 1a bis 1d durchgeführt werden.
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Demnach wird in einem ersten Schritt S1 der Steckvorgang durchgeführt, d.h. das Ladekabel wird in eine Steckvorrichtung 7 einer Ladeschnittstelle 5 eingesteckt, wobei eine Spannungs- und/oder Widerstandsänderung auftritt. Je nach verwendetem Ladestandard können positive oder negative Flanken auftreten.
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In einem zweiten Schritt S2 wird mittels der Vorrichtung ein Wecksignal erzeugt. Hierbei wird während des Auftretens der Flanke ein Stromfluss durch die Vorrichtung oder innerhalb der Vorrichtung ermöglicht und vor dem Steckvorgang sowie nach Beendigung des Steckvorgangs wird ein Stromfluss durch die Vorrichtung oder innerhalb der Vorrichtung so stark reduziert bzw. unterdrückt, dass er keine nennenswerte Belastung mehr für die (Dauer-)Versorgung darstellt. Nach Beendigung des Steckvorgangs kann hier insbesondere bedeuten, dass der Stromfluss erst zu einem gewissen Zeitpunkt nach dem Ende des Steckvorgangs unterdrückt wird. Insbesondere kann in einem kurzen Zeitraum direkt nach dem Ende des Steckvorgangs noch ein Stromfluss auftreten, insbesondere um das Wecksignal zu erzeugen. Um einen Stromfluss während der Flanke zu ermöglichen und nach der Flanke zu unterdrücken können insbesondere ein oder mehrere Kondensatoren vorgesehen sein.
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In einem dritten Schritt S3 wird das Wecksignal an das elektronische Gerät 4 ausgegeben. Bei dem elektronischen Gerät 4 kann es sich insbesondere um eine Steuervorrichtung 4 einer Ladeschnittstelle 5 für ein Fahrzeug 6 handeln, welche einen Ladevorgang einer Batterie des Fahrzeugs 6 steuert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200315 A1 [0002]
