DE102019124211A1 - power adapter - Google Patents

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DE102019124211A1 DE102019124211.8A DE102019124211A DE102019124211A1 DE 102019124211 A1 DE102019124211 A1 DE 102019124211A1 DE 102019124211 A DE102019124211 A DE 102019124211A DE 102019124211 A1 DE102019124211 A1 DE 102019124211A1
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Daniel Ruppert
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Audi AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Netzteil (2) zum Verbinden einer Ladestation mit einer Vorrichtung, wobei die Ladestation dazu ausgebildet ist, der Vorrichtung elektrische Energie bereitzustellen, wobei das Netzteil (2) einen Stecker (4) mit einem Eingang (6) und einem Ausgang (8) aufweist, wobei der Eingang (6) über eine Verbindung mit der Ladestation verbindbar ist, wobei der Stecker (4) über den Ausgang (8) mit der Vorrichtung verbindbar ist, wobei in dem Stecker (4) eine Ladeelektronik (18), die mehrere Leitungen aufweist, und ein Überspannungsschutzmodul (20) angeordnet sind, wobei das Überspannungsschutzmodul (20) zwischen der Ladeelektronik (18) und dem Eingang (6) des Steckers (4) angeordnet ist und mindestens eine Sicherheitsleitung aufweist, die Leitungen der Ladeelektronik (18) verbindet.

Figure DE102019124211A1_0000
The invention relates to a power supply unit (2) for connecting a charging station to a device, the charging station being designed to provide the device with electrical energy, the power supply unit (2) having a plug (4) with an input (6) and an output ( 8), the input (6) being connectable to the charging station via a connection, the plug (4) being connectable to the device via the output (8), charging electronics (18) in the plug (4), which has several lines, and an overvoltage protection module (20) is arranged, the overvoltage protection module (20) being arranged between the charging electronics (18) and the input (6) of the plug (4) and having at least one safety line, the lines of the charging electronics ( 18) connects.
Figure DE102019124211A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzteil.The invention relates to a power supply unit.

Ein Fahrzeug, das elektrisch angetrieben wird, weist eine Batterie auf, die ausgehend von einer Ladestation mit elektrischer Energie geladen werden kann. Hierzu ist die Ladestation über ein Kabel mit einem Steckernetzteil verbunden, das in eine Schnittstelle des Fahrzeugs eingesteckt werden kann, so dass die elektrische Energie aus der Ladestation dem Fahrzeug über das Kabel und das Steckernetzteil bereitgestellt wird.A vehicle that is electrically powered has a battery that can be charged with electrical energy from a charging station. For this purpose, the charging station is connected via a cable to a plug-in power supply that can be plugged into an interface of the vehicle so that the electrical energy from the charging station is made available to the vehicle via the cable and the plug-in power supply.

Die Druckschrift DE 10 2013 220 197 A1 beschreibt ein Ladesystem zum Aufladen eines elektrischen Speichers eines Fahrzeugs.The pamphlet DE 10 2013 220 197 A1 describes a charging system for charging an electrical storage device of a vehicle.

Die Druckschrift DE 10 2017 212 435 A1 beschreibt eine Adaptervorrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs.The pamphlet DE 10 2017 212 435 A1 describes an adapter device for a vehicle and a method for charging a vehicle.

Die Druckschrift DE 10 2013 201 570 A1 beschreibt eine Überspannungsschutzeinrichtung zum Schützen eines Bordnetzes eines Elektrofahrzeugs.The pamphlet DE 10 2013 201 570 A1 describes an overvoltage protection device for protecting an on-board network of an electric vehicle.

Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, einer Vorrichtung sicher elektrische Energie bereitzustellen.Against this background, it was an object to reliably provide electrical energy to a device.

Diese Aufgabe wird durch ein Netzteil mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Ausführungsformen des Netzteils gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.This object is achieved by a power pack with the features of claim 1. Embodiments of the power supply unit emerge from the dependent claims and the description.

Das erfindungsgemäße Netzteil ist zum Verbinden einer Ladestation als Ladeeinrichtung mit einer Vorrichtung ausgebildet, wobei die Ladestation dazu ausgebildet ist, der Vorrichtung elektrische Energie bereitzustellen. Das Netzteil weist einen Stecker mit einem Eingang und einem Ausgang auf, wobei der Eingang über eine bspw. als Ladekabel ausgebildete strom leitende Verbindung mit der Ladestation vorübergehend und wieder lösbar verbindbar bzw. zu verbinden ist, wobei der Stecker über den Ausgang mit der Vorrichtung vorübergehend und wieder lösbar verbindbar bzw. zu verbinden ist. In dem Stecker sind eine Ladeelektronik, die für mehrere Leistungen ausgelegt ist, und ein Überspannungsschutzmodul angeordnet, wobei das Überspannungsschutzmodul zwischen der Ladeelektronik und dem Eingang des Steckers angeordnet ist, wobei das Überspannungsschutzmodul der Verbindung, bspw. dem Ladekabel, zugewandt ist. Die Ladeelektronik ist zwischen dem Ausgang des Steckers und dem Überspannungsschutzmodul angeordnet. Das Überspannungsschutzmodul weist mindestens eine Sicherheitsleitung auf, die die Leitungen der Ladeelektronik verbindet.The power supply unit according to the invention is designed to connect a charging station as a charging device to a device, the charging station being designed to provide the device with electrical energy. The power supply unit has a plug with an input and an output, the input being temporarily and releasably connectable or to be connected to the charging station via a current-conducting connection designed, for example, as a charging cable, the plug being temporarily connected to the device via the output and is releasably connectable or connectable again. Charging electronics, which are designed for several outputs, and an overvoltage protection module are arranged in the plug, the overvoltage protection module being arranged between the charging electronics and the input of the plug, the overvoltage protection module facing the connection, e.g. the charging cable. The charging electronics are arranged between the output of the plug and the overvoltage protection module. The overvoltage protection module has at least one safety line that connects the lines of the charging electronics.

Das Überspannungsschutzmodul weist mindestens zwei Varistoren und somit mindestens zwei spannungsabhängige elektrische Widerstände auf. Dabei können die beiden Varistoren entlang mindestens einer primären Sicherheitsleitung zwischen zwei Leitungen bzw. Leitern der Ladeelektronik hintereinander in Reihe geschaltet sein. Dabei ist eine erste der beiden Leitungen der Ladeelektronik bspw. als Außenleitung und/oder als Phasenleitung ausgebildet. Eine zweite der beiden Leitungen der Ladeelektronik ist als Neutralleitung ausgebildet.The overvoltage protection module has at least two varistors and thus at least two voltage-dependent electrical resistors. The two varistors can be connected in series along at least one primary safety line between two lines or conductors of the charging electronics. A first of the two lines of the charging electronics is designed, for example, as an external line and / or as a phase line. A second of the two lines of the charging electronics is designed as a neutral line.

Das Überspannungsschutzmodul weist mindestens einen Gasableiter auf, der entlang mindestens einer sekundären Sicherheitsleitung angeordnet ist. Dabei kann der Gasableiter eine weitere Leitung, bspw. eine Erdleitung und/oder Schutzleitung, der Ladeelektronik mit einem Abschnitt und/oder Knoten der primären Sicherheitsleitung verbinden, der zwischen zwei der mindestens zwei in Reihe geschalteten Varistoren angeordnet ist.The overvoltage protection module has at least one gas discharge tube which is arranged along at least one secondary safety line. The gas discharge tube can connect a further line, for example an earth line and / or protective line, of the charging electronics to a section and / or node of the primary safety line which is arranged between two of the at least two series-connected varistors.

Die genannten Leitungen, d. h. die Außenleitung und/oder die Phasenleitung, die Neutralleitung und die Erdleitung und/oder die Schutzleitungen verlaufen auch durch das Überspannungsschutzmodul bzw. durchqueren dieses. Weiterhin verbinden die Leitungen die Ladeelektronik mit dem Eingang des Steckers und weiterhin auch mit einer Ladestation, die an dem Eingang des Steckers mit dem Stecker verbunden ist. Die Leitungen sind mit Zusatzleitungen in dem Ladekabel als elektrisch leitende Verbindung und weiterhin auch mit der Ladestation verbindbar bzw. zu verbinden.The said lines, d. H. the external line and / or the phase line, the neutral line and the earth line and / or the protective lines also run through the overvoltage protection module or cross it. Furthermore, the lines connect the charging electronics to the input of the plug and also to a charging station which is connected to the plug at the input of the plug. The lines can be or are to be connected to additional lines in the charging cable as an electrically conductive connection and also to the charging station.

An dem Ausgang des Steckers ist mindestens ein Steckerverbinder angeordnet. Der Stecker kann an seinem Ausgang einen ersten Steckerverbinder oder mehrere unterschiedliche erste Steckerverbinder aufweisen. Dabei ist ein Steckerverbinder als Industrie- bzw. Mehrphasensteckerverbinder für eine Hochspannung mit mehreren Phasen ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist ein Steckerverbinder für eine Niederspannung ausgebildet.At least one plug connector is arranged at the outlet of the plug. The plug can have a first plug connector or several different first plug connectors at its output. A plug connector is designed as an industrial or multi-phase plug connector for a high voltage with several phases. Alternatively or in addition, a plug connector is designed for a low voltage.

Weiterhin ist an einem Ende des Ladekabels als Verbindung, das der Ladestation als Ladeeinrichtung zuzuordnen bzw. zuordenbar und von dem Stecker abgewandt ist, ein weiterer, zweiter Steckerverbinder angeordnet. Dabei ist der weitere Steckerverbinder als Industrie- bzw. Mehrphasensteckerverbinder für eine Hochspannung mit mehreren Phasen ausgebildet. Alternativ ist der weitere, zweite Steckerverbinder für eine Niederspannung ausgebildet.Furthermore, a further, second plug connector is arranged at one end of the charging cable as a connection which can be assigned or assigned to the charging station as a charging device and faces away from the plug. The further plug connector is designed as an industrial or multi-phase plug connector for a high voltage with several phases. Alternatively, the further, second plug connector is designed for a low voltage.

Die Ladeelektronik ist als Leistungselektronik ausgebildet und/oder zu bezeichnen.The charging electronics are designed and / or designated as power electronics.

Außerdem ist die bspw. als Ladekabel ausgebildete Verbindung induktiv ausgebildet.In addition, the connection, for example designed as a charging cable, is inductive.

Das Netzteil ist bspw. zum Laden einer als Fahrzeug ausgebildeten Vorrichtung, bspw. zum Laden einer Batterie bzw. eines Akkumulators des Fahrzeugs, ausgebildet.The power supply unit is designed, for example, for charging a device designed as a vehicle, for example for charging a battery or an accumulator of the vehicle.

Mit dem vorgestellten bspw. integrierten Netzteil (integrated power plug charger), ist es möglich, ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug als Vorrichtung mit elektrischer Energie zu laden und dabei auch vor Überspannung und bspw. einem Blitzeinschlag zu schützen.With the presented, for example, integrated power supply unit (integrated power plug charger), it is possible to charge an electrically powered vehicle as a device with electrical energy and also to protect it from overvoltage and, for example, a lightning strike.

Das Netzteil, das den Stecker und in Ausgestaltung auch das Ladekabel aufweist, ist dazu ausgebildet, das elektrisch angetriebene Fahrzeug bzw. ein Elektrofahrzeug gegen einen Einfluss einer infrastrukturseitigen Überspannung robust zu schützen, die sich in der Ladestation als Infrastruktureinrichtung ergeben kann. Außerdem ist es ebenfalls möglich, mit dem Überspannungsschutzmodul die Ladeelektronik innerhalb des Steckers des Netzteils vor Zerstörung durch Überspannung zu schützen, wobei das Überspannungsschutzmodul dazu ausgebildet ist, eine Überspannung abzuleiten. Die Ladeelektronik innerhalb des Steckers kann auch als Leistungselektronik ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden. Das Überspannungsschutzmodul zur Überspannungsableitung kann direkt am Eingang, bspw. an einem Wechselspannungseingang (AC-Eingang) oder Gleichspannungseingang (DC-Eingang), des Steckers in den Stecker integriert sein. Dabei ist vorgesehen, dass die Ladeelektronik lediglich über die Leitungen, die durch das Überspannungsschutzmodul verlaufen, und über die mindestens eine Sicherheitsleitung des Überspannungsschutzmoduls miteinander verbunden sind, mit der Ladestation verbunden werden kann. Durch eine derartige Anordnung wird verhindert, dass die Überspannung aus der Ladestation in die Ladeelektronik des Steckers und weiterhin in das damit verbundene Fahrzeug als Vorrichtung eindringen kann.The power supply unit, which has the plug and, in an embodiment, also the charging cable, is designed to robustly protect the electrically powered vehicle or an electric vehicle against the influence of an overvoltage on the infrastructure side, which can result in the charging station as an infrastructure device. In addition, it is also possible to use the overvoltage protection module to protect the charging electronics within the plug of the power supply unit from being destroyed by overvoltage, the overvoltage protection module being designed to divert an overvoltage. The charging electronics within the plug can also be designed and / or referred to as power electronics. The overvoltage protection module for overvoltage discharge can be integrated into the plug directly at the input, for example at an alternating voltage input (AC input) or direct voltage input (DC input). It is provided that the charging electronics can only be connected to the charging station via the lines that run through the overvoltage protection module and via which at least one safety line of the overvoltage protection module is connected to one another. Such an arrangement prevents the overvoltage from the charging station from penetrating into the charging electronics of the plug and further into the vehicle connected to it as a device.

Somit ist es möglich, dass beim Laden der Vorrichtung ausgehend von der Ladestation die Ladeelektronik und die üblicherweise als Elektrofahrzeug ausgebildete Vorrichtung vor einer netzseitigen und somit ladestationsseitigen, transienten Überspannung geschützt werden. Eine derartige Überspannung kann durch ein Gewitter in der Nähe der Ladestation verursacht werden. Dies ist auch möglich, wenn ein Blitz in die Ladestation direkt oder indirekt, d. h. in einiger Entfernung von der Ladestation, einschlagen sollte, da auch in diesem Fall das Elektrofahrzeug vor Zerstörung geschützt wird.It is thus possible, when charging the device from the charging station, for the charging electronics and the device, which is usually designed as an electric vehicle, to be protected from a transient overvoltage on the network side and thus on the charging station side. Such an overvoltage can be caused by a thunderstorm near the charging station. This is also possible if a lightning bolt hits the charging station directly or indirectly, i.e. H. at some distance from the charging station, as the electric vehicle is also protected from destruction in this case.

Dabei wird ein aktiver Ladevorgang der Vorrichtung nicht unterbrochen, so dass eine Verfügbarkeit der elektrischen Energie gegeben ist. Außerdem ist es möglich, eine Person bzw. einen Fahrer, der das Fahrzeug über das Netzteil mit der Ladestation verbindet, ebenfalls zu schützen. Insgesamt wird dabei eine Robustheit eines gesamten Ladesystems, das die Ladestation und das Netzteil umfassen kann, gesteigert. Bei dem vorgesehenen Ladevorgang wird auch bei Überspannung und Gewitter ein sicherer Zustand gewährleistet.An active charging process of the device is not interrupted, so that the electrical energy is available. It is also possible to protect a person or a driver who connects the vehicle to the charging station via the power supply unit. Overall, the robustness of an entire charging system, which can include the charging station and the power supply unit, is increased. With the intended charging process, a safe condition is guaranteed even in the event of overvoltage and thunderstorms.

Das Überspannungsschutzmodul kann als Komponenten entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung mindestens einen Metalloxid-Varistor und somit ein elektrisches Bauelement mit mindestens einem von einer elektrischen Spannung abhängigen Widerstand aufweisen, das als spannungsabhängiger Widerstand (voltage-dependent resistor, VDR) ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann. Weiterhin kann das Überspannungsschutzmodul entlang der mindestens einen sekundären Sicherheitsleitung als Gasableiter einen Überspannungsgasableiter aufweisen.As components along the at least one primary safety line, the overvoltage protection module can have at least one metal oxide varistor and thus an electrical component with at least one electrical voltage-dependent resistor that is designed and / or designated as a voltage-dependent resistor (VDR) can be. Furthermore, the overvoltage protection module can have an overvoltage gas arrester as a gas arrester along the at least one secondary safety line.

Hierbei ist es in Ausgestaltung möglich, dass mehrere, bspw. zwei Varistoren in der mindestens einen primären Sicherheitsleitung zusammengefasst sind, die sie in Reihe geschaltet verbindet bzw. in die sie entsprechend eingebunden werden. Üblicherweise verbindet das Überspannungsschutzmodul entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung eine Phasen- und/oder Außenleitung (L-Leitung und/oder P-Leitung) und eine Neutralleitung (N-Leitung) der Ladeelektronik, wobei die Varistoren in einer Reihenschaltung entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung zwischen den beiden genannten Leitungen bzw. Leitern geschaltet sind. Eine Ableitung elektrischer Spannung zur Erde ist hier über die Sicherheitsleitungen bzw. Schutzleiter möglich, die neben der Reihenschaltung aus den Varistoren auch den Gasableiter aufweisen. Dieser Gasableiter ist entlang der mindestens einen sekundären Sicherheitsleitung angeordnet, die einerseits einen Knoten entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung zwischen den in Reihe geschalteten Varistoren und andererseits eine Erdleitung und/oder Schutzleitung (PEN-Leitung) der Ladeelektronik verbindet.Here it is possible in an embodiment that several, for example two varistors are combined in the at least one primary safety line, which connects them in series or in which they are appropriately integrated. Usually, the overvoltage protection module connects a phase and / or external line (L line and / or P line) and a neutral line (N line) of the charging electronics along the at least one primary safety line, with the varistors in a series circuit along the at least one primary Safety line are connected between the two lines or conductors mentioned. Electrical voltage can be diverted to earth via the safety lines or protective conductors which, in addition to the series connection of the varistors, also have the gas discharge tube. This gas arrester is arranged along the at least one secondary safety line, which on the one hand connects a node along the at least one primary safety line between the series-connected varistors and on the other hand a ground line and / or protective line (PEN line) of the charging electronics.

In Ausgestaltung ist das Netzteil dreiphasig ausgebildet, wobei das Überspannungsschutzmodul aus drei primären Sicherheitsleitungen mit je einer Reihenschaltung aus Varistoren symmetrisch aufgebaut sein kann. Die schnellen Varistoren sind dazu ausgebildet, eine Überspannung durchzuleiten und durch einen Kurzschluss zwischen dem Ladekabel, das als strom leitende Verbindung zwischen dem Stecker und der Ladestation angeordnet ist, die Vorrichtung als Verbraucher sofort und wirksam zu schützen. Dabei ist vorgesehen, dass der Gasableiter gezündet wird und die elektrische Energie gefahrlos zur Erde abgeleitet wird. Außerdem sind die Varistoren dazu ausgebildet, nach Erlöschen eines Lichtbogens im Gasableiter einen auftretenden Folgestrom im Netz, d. h. in einer elektrischen Verbindung zwischen der Ladestation und der Vorrichtung, zu begrenzen. Außerdem ist vorgesehen, dass der zu einer jeweiligen primären Sicherheitsleitung der Varistoren entlang einer jeweiligen sekundären Sicherheitsleitung geschaltete Gasableiter durch seinen hohen Isolationswiderstand auch ungewollte Leckströme unterbindet und/oder verhindert. Dabei stellen derartige Leckströme einen Energieverlust des Ladesystems bzw. einer entsprechenden Anlage dar. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die mit dem Gasableiter unterbundenen Leckströme ansonsten eine Korrosion einer Erdungsanlage verursachen und/oder zumindest beschleunigen können.In one embodiment, the power supply unit has a three-phase design, and the overvoltage protection module can be constructed symmetrically from three primary safety lines, each with a series connection of varistors. The fast varistors are designed to pass an overvoltage and to immediately and effectively protect the device as a consumer by a short circuit between the charging cable, which is arranged as a current-conducting connection between the plug and the charging station. It is provided that the gas discharge tube is ignited and the electrical energy is safely diverted to earth. In addition, the varistors are designed to prevent a subsequent current in the network after an arc has been extinguished in the gas discharge tube, ie in an electrical connection between the charging station and the device. It is also provided that the gas discharge tube connected to a respective primary safety line of the varistors along a respective secondary safety line also prevents and / or prevents undesired leakage currents due to its high insulation resistance. Such leakage currents represent a loss of energy in the charging system or a corresponding system. It must be taken into account that the leakage currents prevented by the gas discharge tube can otherwise cause and / or at least accelerate corrosion of a grounding system.

Der Stecker des Netzteils kann als Gleichstrom- bzw. DC-Comboladestecker ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden. Dabei ist das Netzteil, das das Ladekabel und den Stecker als Komponenten umfasst, dazu ausgebildet, eine netzseitige Wechselspannung als Infrastrukturspannung der Ladestation in eine Gleichspannung als Ladespannung für die Vorrichtung umzuwandeln. Alternativ kann der Stecker des Netzteils als Wechselstrom- bzw. AC-Stecker ausgebildet sein.The plug of the power supply unit can be designed or referred to as a direct current or DC combo charger. The power supply unit, which comprises the charging cable and the plug as components, is designed to convert a network-side AC voltage as the infrastructure voltage of the charging station into a DC voltage as the charging voltage for the device. Alternatively, the plug of the power supply unit can be designed as an alternating current or AC plug.

Da die Ladeelektronik bereits in den Stecker integriert ist, kann auf eine solche in der Vorrichtung, bspw. insbesondere in einem Elektrofahrzeug, verzichtet werden. Somit kann die Vorrichtung durch die Gleichspannung bzw. durch einen Gleichstrom geladen werden, wobei das Netzteil als DC- bzw. Gleichstrom-Ladeschnittstelle zwischen der Ladestation bzw. einer entsprechenden Ladesäule und dem Fahrzeug ausgebildet ist.Since the charging electronics are already integrated in the plug, they can be dispensed with in the device, for example in particular in an electric vehicle. The device can thus be charged by the direct voltage or by a direct current, the power supply unit being designed as a DC or direct current charging interface between the charging station or a corresponding charging column and the vehicle.

Weiterhin ist es möglich, das Netzteil aus Stecker und Ladekabel unabhängig von der Ladestation zu verwenden, da es durch seinen zweiten Steckerverbinder als Eingangsstecker mit jeder Ladestation, die eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom (AC) bereitstellt, vorübergehend verbunden werden kann. Somit ergibt sich, dass auch in der Ladestation ein Blitzschutz entfallen kann, da dieser bereits in den Stecker integriert ist.Furthermore, it is possible to use the power pack consisting of plug and charging cable independently of the charging station, as it can be temporarily connected to any charging station that provides an alternating voltage or an alternating current (AC) with its second plug connector as an input plug. This means that lightning protection can also be omitted in the charging station, as this is already integrated into the plug.

Das Netzteil als Ladeequipment mit integrierter Ladeelektronik und integriertem Überspannungsschutzmodul ist ortsveränderlich und somit leicht transportierbar, so dass es als Schnittstelle auch in dem Fahrzeug als Vorrichtung transportiert werden kann. Außerdem ist es möglich, dass auch eine Induktivität des Ladekabels für eine Eingangsfiltermaßnahme gegen die Überspannung genutzt werden kann. Das Netzteil kann je nach Definition als Adapter zwischen der Ladestation und der Vorrichtung ausgebildet sein und/oder verwendet werden. Durch Vorsehen der Ladeelektronik und des Überspannungsschutzmoduls in dem Stecker ist in dem Stecker auch eine aktive Wandlung der elektrischen Energie, die von der Ladestation zu der Vorrichtung übertragen wird, möglich. Somit kann von der Ladeelektronik je nach Bedarf eine Wechselspannung in eine Gleichspannung oder eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt werden.The power supply unit as charging equipment with integrated charging electronics and integrated overvoltage protection module is portable and therefore easy to transport, so that it can also be transported as an interface in the vehicle as a device. It is also possible that an inductance of the charging cable can also be used for an input filter measure against the overvoltage. Depending on the definition, the power supply unit can be designed and / or used as an adapter between the charging station and the device. By providing the charging electronics and the overvoltage protection module in the plug, active conversion of the electrical energy that is transmitted from the charging station to the device is also possible in the plug. Thus, depending on requirements, the charging electronics can convert an alternating voltage into a direct voltage or a direct voltage into an alternating voltage.

Die Vorrichtung, für die das Netzteil genutzt werden kann, kann als Elektrofahrzeug (BEV, battery electric vehicle) oder Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in-hybrid electric vehicle) ausgebildet sein. Dabei kann das Fahrzeug über das Netzteil entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom geladen werden. Hierbei ist eine Gleichstrom-Ladefunktionalität über Gleichstrom-Anschlusspins eines Steckerverbinders am Ausgang des Steckers bzw. einer entsprechenden Ladedose realisiert, wobei u. a. auch ein Gleichstrom-Schnellladen mit einer Leistung größer 150 KW möglich ist. Die Ladeelektronik innerhalb des Steckers kann einen Leistungswandler aufweisen, der somit ebenfalls direkt in den Strecker integriert ist, wobei mit dem Leistungswandler der Ladeelektronik auch eine Wechselstrom-Ladefunktionalität realisiert werden kann.The device for which the power supply unit can be used can be designed as an electric vehicle (BEV, battery electric vehicle) or a hybrid vehicle (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle). The vehicle can be charged either with direct current or alternating current via the power pack. In this case, a direct current charging functionality is implemented via direct current connection pins of a plug connector at the output of the plug or a corresponding charging socket, whereby inter alia. DC fast charging with a power greater than 150 KW is also possible. The charging electronics within the plug can have a power converter, which is thus also integrated directly into the stretcher, whereby an alternating current charging functionality can also be implemented with the power converter of the charging electronics.

Die in dem Stecker integrierte Ladeelektronik als Leistungselektronik ist über das Überspannungsschutzmodul mit der Wechselspannung der Ladestation verbindbar und/oder zu verbinden. Dabei können der Stecker und somit das Netzteil je nach Ausbaustufe einphasig mit drei Leitungen (L, N, und PE) der Ladeelektronik zum Übertragen einer Gleichspannung und/oder Niederspannung oder auch mehrphasig mit mindestens fünf Leitungen (L1, L2, L3, N und PE) der Ladeelektronik zum Übertragen einer Wechselspannung und/oder Hochspannung ausgebildet sein. Außerdem ist vorgesehen, dass in der Ladeelektronik auch ein Mikrocontroller (µC) als Recheneinheit integriert ist, der dazu ausgebildet ist, eine Kommunikation mit der zu ladenden Vorrichtung zu überwachen und auch die Ladeelektronik als Leistungselektronik zu kontrollieren und somit deren Betrieb bei einem Ladevorgang der Vorrichtung mit elektrischer Energie aus der Ladestation zu steuern und/oder zu regeln. Das Überspannungsschutzmodul zwischen der Ladeelektronik und dem Eingang des Steckers ist als Sicherungselement auch dazu ausgebildet, den Stecker und die Vorrichtung vor einem Überstrom zu schützen.The charging electronics integrated in the plug as power electronics can be and / or connected to the AC voltage of the charging station via the overvoltage protection module. The plug and thus the power supply unit can be single-phase with three lines (L, N, and PE) of the charging electronics for transmitting a direct voltage and / or low voltage, or also multi-phase with at least five lines (L1, L2, L3, N and PE), depending on the expansion stage ) the charging electronics be designed to transmit an alternating voltage and / or high voltage. It is also provided that a microcontroller (μC) is integrated as a computing unit in the charging electronics, which is designed to monitor communication with the device to be charged and also to control the charging electronics as power electronics and thus their operation when the device is charging to control and / or regulate with electrical energy from the charging station. The overvoltage protection module between the charging electronics and the input of the plug is designed as a fuse element to protect the plug and the device from an overcurrent.

Da die Ladeelektronik erfindungsgemäß in den Stecker des Netzteils integriert ist, kann in der bspw. als Fahrzeug ausgebildeten Vorrichtung auf ein fahrzeugseitiges Ladegerät (OBC, on board charger) verzichtet werden. Durch Vorsehen des Überspannungsschutzmoduls in dem Stecker ist dennoch ein Schutz vor Überspannungen gewährleistet. Bei einem möglichen Betrieb des Netzteils wird die netzseitige von der Ladestation bereitgestellte Wechselspannung in den Stecker des Netzteils geführt und dort von der Ladeelektronik in eine Gleichspannung gewandelt.Since the charging electronics are integrated according to the invention in the plug of the power supply unit, an on-board charger (OBC) on the vehicle can be dispensed with in the device, which is designed, for example, as a vehicle. By providing the overvoltage protection module in the plug, protection against overvoltages is nevertheless ensured. When the power supply unit is in operation, the AC voltage provided by the charging station on the network side is fed into the plug of the power supply unit and there converted into a DC voltage by the charging electronics.

Eine Überspannung im Netz und somit in der Ladestation kann sich aufgrund einer Lastschwankung oder aufgrund eines Blitzeinschlags ergeben. Allerdings kann auch bei auftretender Überspannung durch das Überspannungsschutzmodul Hardware in dem Stecker, d. h. die Ladeelektronik, aber auch Hardware der Vorrichtung geschützt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass eine Gefahr durch Überspannung aufgrund eines Blitzeinschlags nicht nur an einer Stelle des Blitzeinschlags messbar ist, sondern es könnte auch noch in einigen hundert Metern Entfernung von der Ladestation ein Schaden bei der zu ladenden Vorrichtung verursacht werden, was jedoch mit dem vorgestellten Netzteil verhindert wird.An overvoltage in the network and thus in the charging station can result from a load fluctuation or a lightning strike. However, even if an overvoltage occurs, the overvoltage protection module hardware can be installed in the plug, i. H. the charging electronics, but also the hardware of the device are protected. It must be taken into account here that a risk of overvoltage due to a lightning strike can not only be measured at one point of the lightning strike, but damage to the device to be charged could also be caused a few hundred meters away from the charging station presented power supply is prevented.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass ein Fahrzeug als Vorrichtung zu wertvoll und die Investition zu dessen Anschaffung zu hoch sind, um ein Risiko vor einem Schaden durch eine Überspannung aufgrund eines Blitzeinschlags während eines Ladevorgangs des Fahrzeugs einzugehen. Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug weist in der Regel eine Spannungsfestigkeit von bis zu 2500 Volt auf. Allerdings kann bei einem Blitzeinschlag jedoch mehr als die 20-fache Spannung auftreten. Durch das Überspannungsschutzmodul in dem Stecker wird jedoch auch eine Überspannungs- bzw. Blitzschutzschaltung am Wechselstrom-Eingang des Steckers bzw. Steckernetzteils (PPC, power plug charger) realisiert.Furthermore, it must be taken into account that a vehicle is too valuable as a device and the investment to acquire it is too high to take a risk of damage from overvoltage due to a lightning strike while the vehicle is being charged. An electrically powered vehicle usually has a dielectric strength of up to 2500 volts. However, more than 20 times the voltage can occur in the event of a lightning strike. However, the overvoltage protection module in the plug also realizes an overvoltage or lightning protection circuit at the AC input of the plug or plug-in power supply (PPC, power plug charger).

Üblicherweise durchqueren n+2 Leitungen das Überspannungsschutzmodul, wobei diese n+2 Leitungen die Ladeelektronik mit dem Eingang des Steckers verbinden. Dabei umfassen die n+2 Leitungen mindestens eine Außenleitung bzw. n Außenleitungen bzw. Phasenleitungen, d. h. bei n=1 bspw. eine Außenleitung bzw. Phasenleitung und bei n=3 bspw. drei Außenleitungen bzw. Phasenleitungen als mindestens eine Leitung der Ladeelektronik. Außerdem umfassen diese n+2 Leitungen noch eine Neutralleitung und eine Schutz- bzw. Erdleitung. Jede Außen- bzw. Phasenleitung ist über jeweils eine erste primäre Sicherheitsleitung mit einem ersten Varistor verbunden. Außerdem ist die Neutralleitung über eine weitere primäre Sicherheitsleitung mit einem weiteren Varistor verbunden. Diese weitere primäre Sicherheitsleitung mit dem weiteren Varistor ist auch mit mindestens einer voranstehend genannten primären Sicherheitsleitung und dem ersten Varistor verbunden. Außerdem ist die weitere primäre Sicherheitsleitung mit der sekundären Sicherheitsleitung, dem Gasableiter und der Sicherheits- bzw. Erdleitung als Leitung der Ladeelektronik verbunden.Usually n + 2 lines cross the overvoltage protection module, these n + 2 lines connecting the charging electronics to the input of the connector. In this case, the n + 2 lines comprise at least one external line or n external lines or phase lines, d. H. with n = 1, for example, one external line or phase line, and with n = 3, for example, three external lines or phase lines as at least one line of the charging electronics. In addition, these n + 2 lines also include a neutral line and a protective or earth line. Each external or phase line is connected to a first varistor via a first primary safety line. In addition, the neutral line is connected to another varistor via another primary safety line. This further primary safety line with the further varistor is also connected to at least one above-mentioned primary safety line and the first varistor. In addition, the further primary safety line is connected to the secondary safety line, the gas discharge tube and the safety or earth line as the line for the charging electronics.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.

  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Überspannungsschutzschaltung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
  • 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Überspannungsschutzschaltung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
  • 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Überspannungsschutzschaltung und eine Ladeelektronik einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
  • 5 zeigt in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
  • 6 zeigt in schematischer Darstellung eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
  • 7 zeigt in schematischer Darstellung eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
The invention is shown schematically on the basis of embodiments in the drawings and is described schematically and in detail with reference to the drawings.
  • 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the power supply unit according to the invention.
  • 2 shows a schematic representation of an overvoltage protection circuit of a second embodiment of the power supply unit according to the invention.
  • 3 shows a schematic representation of an overvoltage protection circuit of a third embodiment of the power supply unit according to the invention.
  • 4th shows a schematic representation of an overvoltage protection circuit and charging electronics of a fourth embodiment of the power supply unit according to the invention.
  • 5 shows a schematic representation of a fifth embodiment of the power supply unit according to the invention.
  • 6th shows a sixth embodiment of the power supply unit according to the invention in a schematic representation.
  • 7th shows a schematic representation of a seventh embodiment of the power supply unit according to the invention.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.The figures are described coherently and comprehensively, the same components are assigned the same reference numbers.

Die in 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform des Netzteils 2 zum Verbinden einer elektrischen Ladestation mit einer zu ladenden elektrischen Vorrichtung umfasst einen Stecker 4 mit einem Gehäuse 6, das einen Eingang 8 und einen Ausgang 10 aufweist. Dabei ist an dem Eingang 8 ein Ladekabel 12 als elektrisch leitende Verbindung angeordnet, über das der Stecker 4 mit der Ladestation vorübergehend und wieder lösbar zu verbinden bzw. verbindbar ist. An dem Ausgang 10 des Steckers 4 sind hier zwei Steckerverbinder 14, 16 angeordnet, wobei ein erster Steckerverbinder 14 hier als DC+/DC- bzw. DCplus/DCminus-Ausgang für einen Gleichstrom und ein zweiter Steckerverbinder 16 für einen Wechselstrom ausgebildet ist. Außerdem ist an dem Ausgang 10 ein zweiter Steckerverbinder 16 für einen Wechselstrom auf einem Niveau einer Hochspannung angeordnet, über den der Stecker 4 alternativ mit der Vorrichtung vorübergehend und wieder lösbar verbunden werden kann. Der Stecker 4 kann hier über zumindest einen, bspw. einen der beiden Steckerverbinder 14, 16, vorübergehend und lösbar mit der Vorrichtung verbunden werden.In the 1 schematically shown first embodiment of the power supply 2 for connecting an electrical charging station to an electrical device to be charged comprises a plug 4th with a housing 6th having an entrance 8th and an exit 10 having. This is at the entrance 8th a charging cable 12th arranged as an electrically conductive connection through which the plug 4th to connect or connect to the charging station temporarily and releasably again. At the exit 10 of the plug 4th there are two plug connectors 14th , 16 arranged, with a first plug connector 14th here as a DC + / DC- or DCplus / DCminus output for a direct current and a second plug connector 16 is designed for an alternating current. Also is at the exit 10 a second plug connector 16 for an alternating current at a level of one High voltage arranged over which the connector 4th alternatively, can be temporarily and releasably connected to the device again. The plug 4th can here via at least one, for example one of the two plug connectors 14th , 16 , temporarily and detachably connected to the device.

Das Gehäuse 6 des Steckers 4 umschließt als Komponenten eine Ladeelektronik 18 und ein Überspannungsschutzmodul 20. Dabei ist das Überspannungsschutzmodul 20 mit dem Eingang 8 des Steckers 4 verbunden und/oder je nach Definition dem Eingang 8 zugeordnet. Dagegen ist die Ladeelektronik 18 mit dem Ausgang 10 verbunden und/oder je nach Definition dem Ausgang 10 zugeordnet. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Ladeelektronik 18 nur über das Überspannungsschutzmodul 20 mit dem Ausgang 10 verbunden ist, wobei das Überspannungsschutzmodul 20 zwischen der Ladeelektronik 18 und dem Ausgang 10 und somit auch dem Ladekabel 12 angeordnet ist.The case 6th of the plug 4th encloses charging electronics as components 18th and a surge protection module 20th . Here is the overvoltage protection module 20th with the entrance 8th of the plug 4th connected and / or, depending on the definition, the input 8th assigned. The charging electronics are against it 18th with the exit 10 connected and / or, depending on the definition, the output 10 assigned. It is also provided that the charging electronics 18th only via the overvoltage protection module 20th with the exit 10 is connected, the overvoltage protection module 20th between the charging electronics 18th and the exit 10 and thus also the charging cable 12th is arranged.

Weiterhin weist der Stecker 4 einen Griff 22 auf. An und/oder in einer Wand des Gehäuses 6 ist ein Leistungshalbleiter 24 angeordnet, der hier ebenfalls zwischen dem Überspannungsschutzmodul 20 und dem Ausgang 10 angeordnet ist. Außerdem ist an und/oder in der Wand des Gehäuses 6, die hin zu einer Schlaufe 26 des Griffs 22 orientiert ist, ein Kühlmodul 28 angeordnet, das dazu ausgebildet ist, den Leistungshalbleiter 24 von dem Griff 22 und/oder dessen Schlaufe 26 thermisch zu trennen, so dass Finger eines Nutzers, der das Netzteil 2 verwendet, vor einer zu hohen Wärme geschützt werden.The connector also has 4th a handle 22nd on. On and / or in a wall of the housing 6th is a power semiconductor 24 arranged, here also between the overvoltage protection module 20th and the exit 10 is arranged. It is also on and / or in the wall of the housing 6th that lead to a loop 26th of the handle 22nd is oriented, a cooling module 28 arranged, which is designed to the power semiconductor 24 from the handle 22nd and / or its loop 26th thermally separate, so that fingers of a user holding the power supply 2 used, protected from excessive heat.

Innerhalb des Ladekabels 12 verlaufen hier mehrere Leitungen, nämlich eine L1-Leitung, eine L2-Leitung und eine L3-Leitung als Phasen- und/oder Außenleitungen, eine N-Leitung und eine PE-Leitung bzw. Erdleitung und/oder Schutzleitung. Diese genannten Leitungen, die am Eingang 8 mit dem Überspannungsschutzmodul 20 verbunden sind, sind dazu ausgebildet, dem Stecker 4 eine Wechselspannung bereitzustellen. Die Leitungen verlaufen durch das Überspannungsschutzmodul 20 und zumindest teilweise auch durch die Ladeelektronik 18, weshalb sie auch als Leitungen der Ladeelektronik 18 ausgebildet und/oder zu bezeichnen sind. Dabei ist hier vorgesehen, dass eine über das Ladekabel 12 bereitgestellte Wechselspannung von einem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler der Ladeelektronik 18 in eine Gleichspannung umgewandelt wird.Inside the charging cable 12th Several lines run here, namely an L1 line, an L2 line and an L3 line as phase and / or external lines, an N line and a PE line or earth line and / or protective line. These called lines that are at the entrance 8th with the overvoltage protection module 20th are connected, are designed to the connector 4th provide an alternating voltage. The cables run through the surge protection module 20th and at least partially also by the charging electronics 18th , which is why they are also called cables for charging electronics 18th trained and / or to be designated. It is provided here that one over the charging cable 12th AC voltage provided by an AC-DC converter of the charging electronics 18th is converted into a DC voltage.

Das Überspannungsschutzmodul 20 umfasst in Ausgestaltung dreimal zwei Paare von Varistoren, die jeweils entlang einer primären Sicherheitsleitung in Reihe geschaltet sind. Somit weist das Überspannungsschutzmodul 20 insgesamt drei primäre Sicherheitsleitungen auf, wobei eine erste primäre Sicherheitsleitung mit zwei Varistoren zwischen einer ersten Phasenleitung (L1-Leitung) und der Neutralleitung (N-Leitung) als Leitungen der Ladeelektronik 18 angeordnet ist. Eine zweite primäre Sicherheitsleitung mit zwei in Reihe geschalteten Varistoren ist zwischen einer zweiten Phasenleitung (L2-Leitung) und der Neutralleitung als Leitungen der Ladeelektronik 18 angeordnet. Außerdem ist eine dritte primäre Sicherheitsleitung mit zwei in Reihe geschalteten Varistoren zwischen einer dritten Phasenleitung (L3-Leitung) und der Neutralleitung als Leitungen der Ladeelektronik 18 angeordnet. Zwischen den zwei Varistoren einer jeweiligen primären Sicherheitsleitung befindet sich ein Knoten, wobei jeweils ein Knoten einer der drei primären Sicherheitsleitungen, der symmetrisch zwischen den Varistoren angeordnet ist, über eine weitere sekundäre Sicherheitsleitung mit der Erdleitung (PE-Leitung) verbunden ist. Entlang einer jeden derartigen sekundären Sicherheitsleitung ist jeweils ein Gasableiter angeordnet.The overvoltage protection module 20th In one refinement, it comprises three times two pairs of varistors, each of which is connected in series along a primary safety line. Thus, the overvoltage protection module 20th a total of three primary safety lines, a first primary safety line with two varistors between a first phase line (L1 line) and the neutral line (N line) as lines of the charging electronics 18th is arranged. A second primary safety line with two varistors connected in series is between a second phase line (L2 line) and the neutral line as lines for the charging electronics 18th arranged. In addition, there is a third primary safety line with two varistors connected in series between a third phase line (L3 line) and the neutral line as lines for the charging electronics 18th arranged. A node is located between the two varistors of a respective primary safety line, one node of one of the three primary safety lines, which is symmetrically arranged between the varistors, being connected to the earth line (PE line) via a further secondary safety line. A gas discharge tube is arranged along each such secondary safety line.

Ein derartiges Überspannungsschutzmodul 30 für einen Stecker der zweiten Ausführungsform des Netzteils ist in 2 schematisch dargestellt. Dabei verlaufen durch dieses Überspannungsschutzmodul 30 zwischen einem Eingang des Steckers und einer Ladeelektronik innerhalb des Steckers eine Außenleitung 32 (P-Leitung), eine Neutralleitung 34 (N-Leitung) und eine Schutz- und/oder Erdleitung 36 (PEN-Leitung), die zugleich als Leitungen der Ladeelektronik ausgebildet sind. Auch hier ist zwischen der Außenleitung 32 und der Neutralleitung 34 eine primäre Sicherheitsleitung 38 angeordnet, die die Außenleitung 32 und die Neutralleitung 34, die zueinander parallel angeordnet sind, verbindet. Entlang dieser primären Sicherheitsleitung 38 sind zwei Varistoren 40 hintereinander in Reihe geschaltet angeordnet. Such a surge protection module 30th for a plug of the second embodiment of the power supply unit is in 2 shown schematically. Thereby run through this overvoltage protection module 30th an external line between an input of the plug and charging electronics within the plug 32 (P line), a neutral line 34 (N line) and a protective and / or earth line 36 (PEN line), which are also designed as lines for the charging electronics. Here, too, is between the outside line 32 and the neutral line 34 a primary security line 38 arranged that the outside line 32 and the neutral line 34 , which are arranged parallel to each other, connects. Along this primary safety line 38 are two varistors 40 arranged one behind the other in series.

Außerdem umfasst das Überspannungsschutzmodul 30 eine sekundäre Sicherheitsleitung 42, die die primäre Sicherheitsleitung 38 mit der Erdleitung 36 verbindet. Dabei verläuft diese sekundäre Sicherheitsleitung 42 ausgehend von einem Knoten zwischen den beiden Varistoren 40 der primären Sicherheitsleitung 38 und der Erdleitung 36. Entlang dieser sekundären Sicherheitsleitung 42 ist ein Gasableiter 44 angeordnet.Also includes the surge protection module 30th a secondary security line 42 who are the primary line of security 38 with the earth line 36 connects. This secondary safety line runs here 42 starting from a node between the two varistors 40 the primary line of security 38 and the earth line 36 . Along this secondary security line 42 is a gas discharge tube 44 arranged.

3 zeigt in schematischer Darstellung das Überspannungsschutzmodul 50 für einen Stecker der dritten Ausführungsform des Netzteils in schematischer Darstellung. Dieses Überspannungsschutzmodul 50 ist zwischen einem Eingang des Steckers und einer innerhalb des Steckers angeordneten Ladeelektronik angeordnet, die weiterhin mit einem Ausgang des Steckers verbunden ist. Das Überspannungsschutzmodul 50 wird von mehreren Leitungen der Ladeelektronik durchquert, die auch den Eingang des Steckers mit der Ladeelektronik verbinden. Bei diesen Leitungen handelt es sich um eine erste eingehende Außenleitung 52a (L1), eine zweite eingehende Außenleitung 52b (L2), eine dritte eingehende Außenleitung 52c (L3), eine erste ausgehende Außenleitung 54a (L1out), eine zweite ausgehende Außenleitung 54b (L2out), eine eingehende Neutralleitung 56a (N), eine ausgehende Neutralleitung 56b (Nout) und eine Schutzleitung bzw. Erdleitung 58 (PE). Diese genannten Leitungen sind zum Transport eines dreiphasigen Wechselstroms durch das Überspannungsschutzmodul 50 zu der Ladeelektronik ausgebildet. 3 shows the overvoltage protection module in a schematic representation 50 for a plug of the third embodiment of the power supply in a schematic representation. This surge protection module 50 is arranged between an input of the plug and a charging electronics arranged inside the plug, which is also connected to an output of the plug. The overvoltage protection module 50 is crossed by several lines of the charging electronics, which also connect the input of the plug to the charging electronics. These lines are the first incoming external line 52a (L1), a second incoming outside line 52b (L2), a third incoming outside line 52c (L3), a first outgoing external line 54a (L1out), a second outgoing external line 54b (L2out), an incoming neutral line 56a (N), an outgoing neutral line 56b (Nout) and a protective line or earth line 58 (PE). These cables are used to transport a three-phase alternating current through the surge protection module 50 designed to the charging electronics.

Das Überspannungsschutzmodul 50 umfasst insgesamt vier Varistoren 62a, 62b, 62c, 62d, wobei ein erster Varistor 62a über eine erste primäre Sicherheitsleitung 60a mit der ersten eingehenden Außenleitung 52a verbunden ist. Ein zweiter Varistor 62b ist über eine zweite primäre Sicherheitsleitung 60b mit der zweiten eingehenden Außenleitung 52b verbunden. Ein dritter Varistor 62c ist über eine dritte primäre Sicherheitsleitung 60c mit der dritten eingehenden Außenleitung 52c verbunden. Ein vierter Varistor 62d ist über eine vierte primäre Sicherheitsleitung 64 mit der eingehenden Neutralleitung 56a verbunden. Außerdem ist dieser vierte Varistor 62d über eine Fortsetzung der vierten primären Sicherheitsleitung 64 auch mit jedem der drei anderen Varistoren 62a, 62b, 62c und der ersten, zweiten und dritten primären Sicherheitsleitung 60a, 60b, 60c mit einer jeweiligen eingehenden Außenleitung 52a, 52b, 52c verbunden. Dabei bildet die vierte primäre Sicherheitsleitung 64 mit dem vierten Varistor 62d jeweils eine Fortsetzung der ersten, zweiten und dritten primären Sicherheitsleitung 60a, 60b, 60c. Je nach Definition umfasst das Überspannungsschutzmodul 50 drei primäre Sicherheitsleitungen für die drei erstgenannten Varistoren 62a, 62b, 62c und die vierte primäre Sicherheitsleitung 64 für den vierten Varistor 62d, die mit jener der drei anderen primären Sicherheitsleitungen 60a, 60b, 60c jeweils verbunden ist.The overvoltage protection module 50 comprises a total of four varistors 62a , 62b , 62c , 62d , with a first varistor 62a via a first primary security line 60a with the first incoming external line 52a connected is. A second varistor 62b is via a second primary safety line 60b with the second incoming external line 52b connected. A third varistor 62c is via a third primary security line 60c with the third incoming external line 52c connected. A fourth varistor 62d is via a fourth primary security line 64 with the incoming neutral line 56a connected. Also, this fourth is a varistor 62d on a continuation of the fourth primary security line 64 also with each of the three other varistors 62a , 62b , 62c and the first, second and third primary safety lines 60a , 60b , 60c with a respective incoming external line 52a , 52b , 52c connected. The fourth primary safety line is here 64 with the fourth varistor 62d a continuation of each of the first, second and third primary safety lines 60a , 60b , 60c . Depending on the definition, the surge protection module includes 50 three primary safety lines for the first three varistors mentioned 62a , 62b , 62c and the fourth primary security line 64 for the fourth varistor 62d that with that of the other three primary safety lines 60a , 60b , 60c each connected.

Weiterhin weist die Fortsetzung der vierten primären Sicherheitsleitung 64, an der alle vier Varistoren 62a, 62b, 62c, 62d angeschlossen sind, zwischen zwei dieser Varistoren 62a, 62b, 62c, 62d, hier zwischen dem zweiten und dritten Varistor 62b, 62c, also mittig zwischen allen Varistoren 62a, 62b, 62c, 62d einen Knoten auf, an dem eine sekundäre Sicherheitsleitung 66 angeschlossen ist, entlang der ein Gasableiter 68 angeordnet ist. Dabei verbindet diese sekundäre Sicherheitsleitung 66 mit dem Gasableiter 68 die primären Sicherheitsleitungen 60a, 60b, 60c, 64 mit der Erdleitung 58.It also has the continuation of the fourth primary safety line 64 , to which all four varistors 62a , 62b , 62c , 62d are connected between two of these varistors 62a , 62b , 62c , 62d , here between the second and third varistor 62b , 62c , i.e. in the middle between all varistors 62a , 62b , 62c , 62d a node on which a secondary safety line 66 is connected, along which a gas discharge tube 68 is arranged. This secondary safety line connects 66 with the gas discharge tube 68 the primary safety lines 60a , 60b , 60c , 64 with the earth line 58 .

Die Ladeelektronik 80 und das Überspannungsschutzmodul 82, die in 4 schematisch dargestellt sind, sind in einem Stecker der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils angeordnet. Dabei umfasst der Stecker einen Eingang und einen Ausgang, wobei der Stecker über den Eingang und ein Ladekabel mit einer Ladestation als elektrischer Energiequelle vorübergehend und lösbar verbindbar ist. Der Ausgang des Steckers ist mit einer Vorrichtung, bspw. mit einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, die bei einem Ladevorgang mit elektrischer Energie aus der Ladestation zu laden ist, vorübergehend und wieder lösbar verbindbar.The charging electronics 80 and the surge protection module 82 , in the 4th are shown schematically, are arranged in a plug of the fourth embodiment of the power supply unit according to the invention. The plug comprises an input and an output, the plug being temporarily and detachably connectable to a charging station as an electrical energy source via the input and a charging cable. The output of the plug can be temporarily and releasably connected to a device, for example to an electrically powered vehicle, which is to be charged with electrical energy from the charging station during a charging process.

Dabei ist hier vorgesehen, dass die Ladeelektronik 80 dem Ausgang des Steckers zugewandt und das Überspannungsschutzmodul 82 dem Eingang des Steckers zugewandt ist. Dabei ist das Überspannungsschutzmodul 82 zwischen der Ladeelektronik 80 und dem Eingang des Steckers angeordnet, wobei die Ladeelektronik 80 ausschließlich über das Überspannungsschutzmodul 82 mit dem Eingang des Steckers und somit weiterhin auch mit der Ladestation verbindbar bzw. zu verbinden ist. Die Ladeelektronik 80 umfasst hier mehrere elektronische Bauteile, u. a. einen ersten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 84, einen zweiten Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 86, eine als Mikrocontroller (µC) ausgebildete Recheneinheit 88 zum Kontrollieren und somit zum Steuern und/oder Regeln des Ladevorgangs und eine Abschirmung 90. Bei Durchführung des Ladevorgangs mit dem Netzteil ist vorgesehen, dass ausgehend von der Ladestation dem Stecker über das Ladekabel ein dreiphasiger Wechselstrom bereitgestellt wird.It is provided here that the charging electronics 80 facing the output of the connector and the overvoltage protection module 82 facing the input of the connector. Here is the overvoltage protection module 82 between the charging electronics 80 and the input of the plug arranged, wherein the charging electronics 80 exclusively via the overvoltage protection module 82 can be connected to the input of the plug and thus also to the charging station. The charging electronics 80 includes several electronic components, including a first AC / DC converter 84 , a second AC-to-DC converter 86 , a computing unit designed as a microcontroller (µC) 88 to control and thus to control and / or regulate the charging process and a shield 90 . When carrying out the charging process with the power supply unit, a three-phase alternating current is provided to the plug via the charging cable, starting from the charging station.

4 zeigt hierfür erforderliche Leitungen der Ladeelektronik 80, wobei stellvertretend für alle drei Phasen nur eine Außenleitung 92 (L1) dargestellt ist. Außerdem sind als weitere Leitungen eine Neutralleitung 94 (N) und eine Schutzleitung 96 (PE) gezeigt, die auch als Erdleitung ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann. Hierbei ist vorgesehen, dass die Schutzleitung 96 sowohl das Überspannungsschutzmodul 82 als auch die nachgeschaltete Ladeelektronik 80 komplett durchquert. Dagegen sind die Außenleitung 92 und die Neutralleitung 94 mit dem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 84 verbunden, der dazu ausgebildet ist, den dreiphasigen Wechselstrom in einen Gleichstrom zu wandeln, so dass die Außenleitung 92 und die Neutralleitung 94 durch zwei Außenleitungen 98a (DC+ bzw. DCplus), 98b (DC- bzw. DCminus) fortgesetzt werden. 4th shows the charging electronics cables required for this 80 , whereby only one external line is representative for all three phases 92 (L1) is shown. In addition, there is a neutral line as additional lines 94 (N) and a protective line 96 (PE) shown, which can also be designed and / or referred to as a ground line. It is provided that the protective line 96 both the surge protection module 82 as well as the downstream charging electronics 80 completely crossed. The outside line is against it 92 and the neutral line 94 with the AC-DC converter 84 connected, which is designed to convert the three-phase alternating current into a direct current, so that the external line 92 and the neutral line 94 by two external lines 98a (DC + or DCplus), 98b (DC- or DCminus) can be continued.

In dem Überspannungsschutzmodul 82 ist zwischen der Außenleitung 92 und der Neutralleitung 94 eine primäre Sicherheitsleitung 100 angeordnet, die die Außenleitung 92 und die Neutralleitung 94, die zueinander parallel angeordnet sind, verbindet. Entlang dieser primären Sicherheitsleitung 100 sind zwei Varistoren 102 hintereinander in Reihe geschaltet angeordnet. Außerdem umfasst das Überspannungsschutzmodul 82 eine sekundäre Sicherheitsleitung 104, die die primäre Sicherheitsleitung 100 mit der Schutzleitung 96 verbindet. Dabei verläuft diese sekundäre Sicherheitsleitung 104 ausgehend von einem Knoten zwischen den beiden Varistoren 102 der primären Sicherheitsleitung 100 und der Schutzleitung 96. Entlang dieser sekundären Sicherheitsleitung 104 ist ein Gasableiter 105 angeordnet.In the overvoltage protection module 82 is between the outside line 92 and the neutral line 94 a primary security line 100 arranged that the outside line 92 and the neutral line 94 , which are arranged parallel to each other, connects. Along this primary safety line 100 are two varistors 102 arranged one behind the other in series. Also includes the surge protection module 82 a secondary security line 104 who are the primary line of security 100 with the protective line 96 connects. This secondary safety line runs here 104 starting from a node between the two varistors 102 the primary line of security 100 and the protective line 96 . Along this secondary security line 104 is a gas discharge tube 105 arranged.

Die in 5 schematisch dargestellte fünfte Ausführungsform des Netzteils 110 zum Verbinden einer elektrischen Ladestation mit einer zu ladenden elektrischen Vorrichtung umfasst einen Stecker 112 mit einem Gehäuse 114, das einen Eingang 116 und einen Ausgang 118 aufweist. Dabei ist an dem Eingang 116 ein Ladekabel 120 angeordnet, über das der Stecker 112 mit der Ladestation vorübergehend und wieder lösbar zu verbinden ist. An dem Ausgang 118 des Steckers 112 sind hier zwei Steckerverbinder 122, 124 angeordnet, wobei der Stecker 112 hier über mindestens einen Steckerverbinder 122, 124 vorübergehend und lösbar mit der Vorrichtung verbunden werden kann. Das Gehäuse 114 des Steckers 112 umschließt als Komponenten eine Ladeelektronik 126 und ein Überspannungsschutzmodul 128. Dabei ist das Überspannungsschutzmodul 128 mit dem Ausgang 118 des Steckers 112 verbunden und/oder dem Ausgang 118 zugeordnet. Dagegen ist die Ladeelektronik 126 mit dem Ausgang 118 verbunden und/oder dem Ausgang 118 zugeordnet. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Ladeelektronik 126 nur über das Überspannungsschutzmodul 128 mit dem Ausgang 116 verbunden ist, wobei das Überspannungsschutzmodul 128 zwischen der Ladeelektronik 126 und dem Ausgang 116 und somit auch zwischen der Ladeelektronik 126 und dem Ladekabel 120 angeordnet ist. Das Überspannungsschutzmodul 128 ist bspw. wie eines der Überspannungsschutzmodule 30, 50, 82 aus einer der 2, 3 oder 4 ausgebildet.In the 5 schematically shown fifth embodiment of the power supply 110 for connecting an electrical charging station to an electrical device to be charged comprises a plug 112 with a housing 114 having an entrance 116 and an exit 118 having. This is at the entrance 116 a charging cable 120 arranged over which the connector 112 to be connected temporarily and releasably to the charging station. At the exit 118 of the plug 112 there are two plug connectors 122 , 124 arranged with the connector 112 here via at least one plug connector 122 , 124 can be temporarily and detachably connected to the device. The case 114 of the plug 112 encloses charging electronics as components 126 and a surge protection module 128 . Here is the overvoltage protection module 128 with the exit 118 of the plug 112 connected and / or the output 118 assigned. The charging electronics are against it 126 with the exit 118 connected and / or the output 118 assigned. It is also provided that the charging electronics 126 only via the overvoltage protection module 128 with the exit 116 is connected, the overvoltage protection module 128 between the charging electronics 126 and the exit 116 and thus also between the charging electronics 126 and the charging cable 120 is arranged. The overvoltage protection module 128 is for example like one of the overvoltage protection modules 30th , 50 , 82 from one of the 2 , 3 or 4th educated.

Weiterhin weist der Stecker 112 einen Griff 130 auf. In und/oder an einer Wand des Gehäuses 114 ist ein Kühler 132 angeordnet. Im Griff 114 ist ein Lüfter 134 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, durch Konvektion Luft in eine von dem Griff 114 umschlossene Schlaufe 138 zu fördern und Finger eines Nutzers, der das Netzteil 2 verwendet, vor einer zu hohen Wärme zu schützen.The connector also has 112 a handle 130 on. In and / or on a wall of the housing 114 is a cooler 132 arranged. Under control 114 is a fan 134 arranged, which is designed to convection air into one of the handle 114 enclosed loop 138 encourage and finger of a user who is using the power supply 2 used to protect against excessive heat.

Die sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils 140 ist in 6 schematisch dargestellt. Außerdem ist die siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils 142 in 7 schematisch dargestellt. Dabei ist hier vorgesehen, dass beide Netzteile 140, 142 eine Variante der anhand von 1 vorgestellten Ausführungsform des Steckers 4 aufweisen. Dieser Stecker 4 umfasst einen Ausgang 8, an dem zwei Steckerverbinder 14, 16 angeordnet sind und ein Gehäuse 6, in dem eine Ladeelektronik 18 und ein Überspannungsschutzmodul 20 angeordnet sind. Dabei ist das Überspannungsschutzmodul 20 wiederum zwischen der Ladeelektronik 18 und einem Ausgang 8 des Steckers 4 angeordnet. Im Fall der sechsten Ausführungsform des Netzteils 140 ist an dem Ausgang 8 des Steckers 4 über ein Ladekabel 144 ein weiterer Steckerverbinder 146 angeordnet, wobei dieses Ladekabel 144 und der weitere Steckerverbinder 146 zum Transport einer Gleichspannung und/oder Niederspannung von einer Ladestation als elektrischer Energiequelle zum Eingang 8 des Steckers 4 ausgebildet sind. Dagegen sind im Fall der siebten Ausführungsform des Netzteils 142 am Ausgang 8 des Steckers 4 ein Ladekabel 148 und weiterhin ein Steckerverbinder 150 angeordnet, die zum Transport von einer dreiphasigen Wechselspannung und/oder Hochspannung von der Ladestation zu dem Stecker 4 ausgebildet sind.The sixth embodiment of the power supply unit according to the invention 140 is in 6th shown schematically. In addition, is the seventh embodiment of the power supply unit according to the invention 142 in 7th shown schematically. It is provided here that both power supplies 140 , 142 a variant of the 1 presented embodiment of the connector 4th exhibit. This plug 4th includes an exit 8th , on which two plug connectors 14th , 16 are arranged and a housing 6th , in which a charging electronics 18th and a surge protection module 20th are arranged. Here is the overvoltage protection module 20th again between the charging electronics 18th and an exit 8th of the plug 4th arranged. In the case of the sixth embodiment of the power supply 140 is at the exit 8th of the plug 4th via a charging cable 144 another plug connector 146 arranged, this charging cable 144 and the other connector 146 for the transport of a direct voltage and / or low voltage from a charging station as an electrical energy source to the entrance 8th of the plug 4th are trained. In contrast, in the case of the seventh embodiment of the power supply unit 142 at the exit 8th of the plug 4th a charging cable 148 and also a plug connector 150 arranged for the transport of a three-phase AC voltage and / or high voltage from the charging station to the plug 4th are trained.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22
Netzteilpower adapter
44th
Steckerplug
66th
Gehäusecasing
88th
Eingangentrance
1010
Ausgangoutput
1212th
LadekabelCharging cable
14, 1614, 16
SteckerverbinderPlug connector
1818th
LadeelektronikCharging electronics
2020th
ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
2222nd
GriffHandle
2424
LeistungshalbleiterPower semiconductors
2626th
Schlaufeloop
2828
KühlmodulCooling module
3030th
ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
3232
AußenleitungOutside line
3434
NeutralleitungNeutral line
3636
ErdleitungEarth line
3838
primäre Sicherheitsleitungprimary security line
4040
VaristorVaristor
4242
sekundäre Sicherheitsleitungsecondary security line
4444
GasableiterGas discharge tube
5050
ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
52a, 52b, 52c 54a, 54b, 54c52a, 52b, 52c, 54a, 54b, 54c
AußenleitungOutside line
56a, 56b56a, 56b
NeutralleitungNeutral line
5858
ErdleitungEarth line
60a, 60b, 60c60a, 60b, 60c
primäre Sicherheitsleitungprimary security line
62a, 62b, 62c, 62d62a, 62b, 62c, 62d
VaristorVaristor
6464
primäre Sicherheitsleitungprimary security line
6666
sekundäre Sicherheitsleitungsecondary security line
6868
GasableiterGas discharge tube
8080
LadeelektronikCharging electronics
8282
ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
84, 8684, 86
WandlerConverter
8888
RecheneinheitArithmetic unit
9090
Abschirmungshielding
9292
AußenleitungOutside line
9494
NeutralleitungNeutral line
9696
SchutzleitungProtective line
98a, 98b98a, 98b
AußenleitungOutside line
100100
primäre Sicherheitsleitungprimary security line
102102
VaristorVaristor
104104
sekundäre Sicherheitsleitungsecondary security line
105105
GasableiterGas discharge tube
110110
Netzteilpower adapter
112112
Steckerplug
114114
Gehäusecasing
116116
Eingangentrance
118118
Ausgangoutput
120120
LadekabelCharging cable
122, 124122, 124
SteckerverbinderPlug connector
126126
LadeelektronikCharging electronics
128128
ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
130130
GriffHandle
132132
Kühlercooler
134134
LüfterFan
138138
Schlaufeloop
140, 142140, 142
Netzteilpower adapter
144144
LadekabelCharging cable
146146
SteckerverbinderPlug connector
148148
LadekabelCharging cable
150150
SteckerverbinderPlug connector

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013220197 A1 [0003]DE 102013220197 A1 [0003]
  • DE 102017212435 A1 [0004]DE 102017212435 A1 [0004]
  • DE 102013201570 A1 [0005]DE 102013201570 A1 [0005]

Claims (8)

Netzteil zum Verbinden einer Ladestation mit einer Vorrichtung, wobei die Ladestation dazu ausgebildet ist, der Vorrichtung elektrische Energie bereitzustellen, wobei das Netzteil (2, 110, 140, 142) einen Stecker (4, 112) mit einem Eingang (6) und einem Ausgang (8) aufweist, wobei der Eingang (6) über eine Verbindung mit der Ladestation verbindbar ist, wobei der Stecker (4, 112) über den Ausgang (8) mit der Vorrichtung verbindbar ist, wobei in dem Stecker (4, 112) eine Ladeelektronik (18, 80, 126), die mehrere Leitungen aufweist, und ein Überspannungsschutzmodul (20, 30, 50, 82, 128) angeordnet sind, wobei das Überspannungsschutzmodul (20, 30, 50, 82, 128) zwischen der Ladeelektronik (18, 80, 126) und dem Eingang (6) des Steckers (4, 112) angeordnet ist und mindestens eine Sicherheitsleitung (38, 42, 60a, 60b, 60c, 64, 66, 100, 104) aufweist, die Leitungen der Ladeelektronik (18, 80, 126) verbindet.Power supply unit for connecting a charging station to a device, the charging station being designed to provide the device with electrical energy, the power supply unit (2, 110, 140, 142) having a plug (4, 112) with an input (6) and an output (8), the input (6) being connectable to the charging station via a connection, the plug (4, 112) being connectable to the device via the output (8), with one in the plug (4, 112) Charging electronics (18, 80, 126), which have several lines, and an overvoltage protection module (20, 30, 50, 82, 128) are arranged, the overvoltage protection module (20, 30, 50, 82, 128) between the charging electronics (18 , 80, 126) and the input (6) of the plug (4, 112) and has at least one safety line (38, 42, 60a, 60b, 60c, 64, 66, 100, 104), the lines of the charging electronics ( 18, 80, 126) connects. Netzteil nach Anspruch 1, bei dem das Überspannungsschutzmodul (20, 30, 50, 82, 128) mindestens zwei Varistoren (40, 62a, 62b, 62c, 62d, 102) aufweist, die entlang mindestens einer primären Sicherheitsleitung (38, 60a, 60b, 60c, 64, 100) des Überspannungsschutzmoduls (20, 30, 50, 82, 128) angeordnet sind.Power supply after Claim 1 , in which the overvoltage protection module (20, 30, 50, 82, 128) has at least two varistors (40, 62a, 62b, 62c, 62d, 102) which run along at least one primary safety line (38, 60a, 60b, 60c, 64 , 100) of the overvoltage protection module (20, 30, 50, 82, 128) are arranged. Netzteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Überspannungsschutzmodul (20, 30, 50, 82, 128) mindestens einen Gasableiter (44, 68, 104) aufweist, der entlang mindestens einer sekundären Sicherheitsleitung (42, 66, 104) des Überspannungsschutzmoduls (20, 30, 50, 82, 128) angeordnet ist.Power supply after Claim 1 or 2 , in which the overvoltage protection module (20, 30, 50, 82, 128) has at least one gas discharge tube (44, 68, 104) which extends along at least one secondary safety line (42, 66, 104) of the overvoltage protection module (20, 30, 50, 82, 128) is arranged. Netzteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem an dem Ausgang (8) des Steckers (4, 112) mindestens ein Steckerverbinder (14, 16, 122, 124) angeordnet ist.Power supply unit according to one of the preceding claims, in which at least one plug connector (14, 16, 122, 124) is arranged at the output (8) of the plug (4, 112). Netzteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem an einem Ende der Verbindung, das der Ladestation zuzuordnen und von dem Stecker (4, 112) abgewandt ist, ein Steckerverbinder (146, 150) angeordnet ist.Power supply unit according to one of the preceding claims, in which a plug connector (146, 150) is arranged at one end of the connection which is assigned to the charging station and faces away from the plug (4, 112). Netzteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Ladeelektronik (18, 80, 126) als Leistungselektronik ausgebildet ist.Power pack according to one of the preceding claims, in which the charging electronics (18, 80, 126) are designed as power electronics. Netzteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Verbindung induktiv ausgebildet ist.Power supply unit according to one of the preceding claims, in which the connection is inductive. Netzteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, das zum Laden einer als Fahrzeug ausgebildeten Vorrichtung ausgebildet ist.Power pack according to one of the preceding claims, which is designed for charging a device designed as a vehicle.
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