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Die Erfindung betrifft eine Ladeadaptervorrichtung zum Koppeln einer Ladeanschlussvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtung zum elektrischen Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs. Dabei weist die Ladeadaptervorrichtung mindestens eine erste Anschlusseinheit zum Koppeln mit der Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs und mehrere zweite Anschlusseinheiten zum Koppeln mit mehreren kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen auf. Zur Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ladeadaptervorrichtung, sowie ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ladesäulen zum Laden elektrisch oder teilelektrisch angetriebener Fahrzeuge, das heißt mit unterschiedlichen maximalen Ladeleistungen, Ladespannungen und/oder unterschiedlichen Steckern bekannt. Auch können Elektro- oder Hybridfahrzeuge bezüglich der Ladekriterien ihres Energiespeichers unterschiedlich ausgestattet sein. Solche Fahrzeuge können sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Ladespannung oder auch hinsichtlich der Ladeleistung unterscheiden. Daher kann auch der Fall eintreten, dass eine gegebene Ladesäule hinsichtlich ihrer Lademöglichkeit nicht optimal an die Ladekriterien eines gegebenen Kraftfahrzeugs abgestimmt ist, wodurch ein Laden dann nur zum Beispiel mit längerer Ladezeit oder gar nicht möglich ist.
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In diesem Zusammenhang beschreibt beispielsweise die
DE 10 2018 001 719 A1 einen fahrzeugexternen Adapter zur Spannungsverdopplung. Dieser Adapter ist zum elektrischen Verbinden einer Ladesäule mit einem Elektrofahrzeug ausgelegt. Insbesondere kann der Adapter mit zwei Ladesäulen gekoppelt werden. Der Adapter ist dazu ausgelegt, an dem mit dem Kraftfahrzeug gekoppelten Ausgang eine Summenspannung der jeweiligen Eingangsspannungen der Ladesäulen bereitzustellen. Damit kann zum Beispiel ein 800-Volt-Fahrzeug an zwei 400-Volt-Ladesäulen geladen werden.
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Ein weiteres Problem beim Laden besteht zudem darin, dass neuere Elektrofahrzeuge fahrzeugseitig häufig für höhere Leistungen ausgelegt sind. Dies bedeutet, sie könnten bei entsprechender Infrastruktur an Hochleistungs-Ladesäulen in deutlich weniger Zeit laden. Diese Möglichkeit kann in der Regel nicht ausgenutzt werden, weil die Ladesäulen erst mit deutlich zeitlichem Verzug nachgerüstet werden beziehungsweise es mitunter gar nicht vorgesehen ist, derart hohe Ladeleistungen an öffentlichen Ladesäulen zur Verfügung zu stellen, sondern allerhöchstens als private Einrichtung. Beispielsweise sind aktuelle Fahrzeuge zum Teil mit einer maximalen Ladeleistung von 150 kW spezifiziert, während typische Ladesäulen und Ladestecker in Deutschland aktuell auf Ladeleistungen von 22 kW, vereinzelt auch maximal 43 kW, begrenzt sind. Dadurch ergibt sich an öffentlichen Ladesäulen nachteiligerweise eine längere Ladezeit als eigentlich von Nöten wäre.
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In diesem Zusammenhang beschreibt beispielsweise die
DE 10 2015 004 119 A1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher und zwei fahrzeugseitigen Ladeschnittstellen, die jeweils mit einer Ladevorrichtung, wie beispielsweise einer Ladesäule, koppelbar sind. Beim gleichzeitigen Laden des Kraftfahrzeugs an mehreren Ladesäulen kann so eine höhere Ladeleistung bereitgestellt werden.
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Das Vorsehen solcher zusätzlicher Ladeschnittstellen am Kraftfahrzeug erforderlich jedoch zusätzlichen Bauraum. Soll beispielsweise ermöglicht werden, das Kraftfahrzeug an mehr als zwei Ladesäulen gleichzeitig zu laden, müssten entsprechend auch korrespondierend mehr Ladeschnittstellen am Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Werden diese beim Laden jedoch gar nicht benötigt, so wird unnötig Bauraum verschwendet. Die kraftfahrzeugseitige Integration dieser mehreren Ladeschnittstellen ist gemäß der
DE 10 2015 004 119 A1 jedoch nötig, da sich gerade bei hohen Ladeleistungen bereits ab 120 kW Probleme bei der Ausgestaltung des Ladekabels ergäben, welches aufgrund seines Gewichts und seiner Starrheit für den Fahrzeughalter dann schwer zu handhaben wäre.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ladeadaptervorrichtung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche ein möglichst effizientes, schnelles und einfaches elektrisches Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs erlauben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladeadaptervorrichtung, durch ein Kraftfahrzeug und durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Ladeadaptervorrichtung zum Koppeln einer Ladeanschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtung zum elektrischen Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs weist dabei mindestens eine erste Anschlusseinheit zum Koppeln mit der Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs auf, sowie mehrere zweite Anschlusseinheiten zum Koppeln mit mehreren kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen. Dabei ist die Ladeadaptervorrichtung dazu ausgelegt, wenn mehrere kraftfahrzeugexterne Ladeeinrichtungen mit den jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten der Ladeadaptervorrichtung gekoppelt sind und an diesen eine jeweilige maximale elektrische Eingangsleistung bereitstellen, an der mindestens einen ersten Anschlusseinheit eine maximale elektrische Ausgangsleistung bereitzustellen, die größer ist als die jeweiligen einzelnen, an den jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten bereitgestellten, maximalen Eingangsleistungen.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es, um eine gegenüber einzelnen Eingangsleistungen erhöhte Ausgangsleistung zum Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, nicht erforderlich ist, mehrere Schnittstellen zum Koppeln mit mehreren kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen am Kraftfahrzeug direkt bereitzustellen beziehungsweise in dieses zu integrieren. Diese Schnittstellen lassen sich als zweite Anschlusseinheiten auch vorteilhafterweise an einer mobilen Vorrichtung, wie diese durch die erfindungsgemäße Ladeadaptervorrichtung bereitgestellt ist, bereitstellen. Dies erlaubt deutlich mehr und flexiblere Einsatzmöglichkeiten, ohne dafür den im Kraftfahrzeug erforderlichen Bauraum zu erhöhen. Dennoch kann das Kraftfahrzeug mit maximaler Ladeleistung, für welche das Kraftfahrzeug ausgelegt ist, geladen werden, wenn das Kraftfahrzeug über die erfindungsgemäße Ladeadaptervorrichtung mit mehreren kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen, wie zum Beispiel Ladesäulen, gekoppelt wird. Auch die Ladekabel zwischen den kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen und der Ladeadaptervorrichtung müssen damit nicht größer oder robuster oder mit größerem Querschnitt und damit starrer, ausgebildet werden, denn die von einer jeweiligen kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtung bereitgestellte maximale Ladeleistung bleibt nach wie vor dieselbe. Die Ladeadaptervorrichtung selbst kann zudem direkt mit der Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einer Ladebuchse oder Ähnlichem, gekoppelt werden oder beispielsweise über ein sehr kurzes kraftfahrzeugseitiges Ladekabel, welches die Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs mit der ersten Anschlusseinheit der Ladeadaptervorrichtung koppeln kann. Entsprechend muss auch kraftfahrzeugseitig nicht mit einem langen, starren und schweren unhandlichen Ladekabel hantiert werden. Die Ladeadaptervorrichtung lässt sich aufgrund ihrer Mobilität beispielsweise an kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen selbst bereitstellen und so von einem Benutzer eines Kraftfahrzeugs je nach Anforderungen nutzen oder nicht, ohne dass die Ladeadaptervorrichtung im Kraftfahrzeug mitgeführt werden muss und somit überhaupt keinen Platz im Kraftfahrzeug erfordert. Andererseits ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Ladeadaptervorrichtung zum Mitführen im Kraftfahrzeug vorgesehen ist, gerade wenn es sich beim Kraftfahrzeug um eines handelt, welches für besonders hohe Ladeleistungen, zum Beispiel einer maximalen Ladeleistung im Bereich von 150 kW oder mehr, ausgelegt ist. Da häufig Parkplätze beziehungsweise Ladestationen mit mehreren Ladesäulen ausgestattet sind, lässt sich durch die mitgeführte mobile Ladevorrichtung jederzeit das Kraftfahrzeug auf besonders flexible Weise mit erhöhter Ladeleistung, insbesondere sogar mit der für das Kraftfahrzeug maximal zulässigen Ladeleistung, laden und damit die insgesamt benötigte Ladezeit auf ein Minimum reduzieren. Im Gegensatz jedoch zu am Kraftfahrzeug fest angeordneten und von außen zugänglichen Ladeschnittstellen hat die mobile Ladeadaptervorrichtung, selbst wenn diese im Kraftfahrzeug mitgeführt wird, den großen Vorteil, dass diese flexibel innerhalb des Kraftfahrzeugs positioniert werden kann, zum Beispiel je nach Belieben des Benutzers, zum Beispiel im Kofferraum, unter den Vordersitzen oder Ähnlichem. Durch ihre Flexibilität und Mobilität ist entsprechend auch eine deutlich flexiblere Verstaumöglichkeit dieser Ladeadaptervorrichtung gegeben, was der Bauraumeffizienz zugutekommt. Ein weiterer Vorteil der mobile Ladeadaptervorrichtung besteht zudem auch darin, dass sie für Fahrten, bei denen ihre Benutzung nicht erforderlich wird, auch außerhalb des Fahrzeugs, z.B. in der heimischen Garage, verwahrt werden kann und daher auch nicht permanent mitgeführt werden muss. Insgesamt lässt sich durch die erfindungsgemäße Ladeadaptervorrichtung also ein besonders effizientes, flexibles und einfaches Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Die mindestens eine erste sowie die mehreren Anschlusseinheiten der Ladeadaptervorrichtung können als entsprechende Stecker und/oder Buchsen ausgebildet sein. Weiterhin handelt es sich bei der Kopplungsmöglichkeit zum Koppeln der ersten Anschlusseinheit mit der Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs sowie der Kopplungsmöglichkeit der zweiten Anschlusseinheit mit den mehreren kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen um konduktive, das heißt nicht galvanisch getrennte, Kopplungsmöglichkeiten. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen vorzugsweise um Ladesäulen, insbesondere öffentliche Ladesäulen. Dabei können nicht nur zwei solcher kraftfahrzeugexterner Ladeeinrichtungen mit dem Kraftfahrzeug über die Ladeadaptervorrichtung gekoppelt werden, sondern auch mehr als zwei, zum Beispiel drei, vier oder fünf oder sogar noch mehr. Zu diesem Zweck können einfach entsprechend viele zweite Anschlusseinheiten an der Ladeadaptervorrichtung vorgesehen sein. Auch können sich zumindest manche dieser zweiten Anschlusseinheiten in ihrer Ausbildung bzw. Art unterscheiden, so dass zudem auch eine Kopplungsmöglichkeit mit verschiedenen Ladesäulensteckertypen bereitgestellt ist, wie dies später näher beschrieben ist. Für die erste Anschlusseinheit kann entsprechendes gelte, weshalb optional auch ausgangsseitig mehrere, insbesondere verschieden ausgebildete, erste Anschlusseinheiten vorgesehen sein können.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladeadaptervorrichtung eine Schaltungsanordnung auf, die derart ausgebildet ist, dass zweite Anschlusspaare der jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten durch die Schaltungsanordnung zueinander und zu einem ersten Anschlusspaar der ersten Anschlusseinheit parallel geschaltet sind. Mit anderen Worten können mittels einer solchen Schaltungsanordnung jeweilige, durch die entsprechenden Ladeeinrichtungen bereitgestellte Spannungsquellen zueinander und zur ersten Anschlusseinheit parallel geschaltet werden. Dadurch addieren sich vorteilhafterweise beim Laden die entsprechenden, von den jeweiligen Ladeeinrichtungen bereitgestellten Stromstärken, wodurch sich ausgangsseitig, insbesondere am Kraftfahrzeug, eine höhere Ladeleistung bereitstellen lässt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladeadaptervorrichtung eine Schaltungsanordnung auf, die derart ausgebildet ist, dass zweite Anschlusspaare der jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten durch die Schaltungsanordnung zueinander und zu einem ersten Anschlusspaar der ersten Anschlusseinheit in Reihe geschaltet sind. Entsprechend können also die mit den jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten gekoppelten Spannungsquellen, die wiederum durch die kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen bereitgestellt sind, zueinander in Reihe geschaltet werden. Hierdurch addieren sich deren Spannungen, wodurch ebenfalls ausgangsseitig, das heißt am Kraftfahrzeug, eine höhere Ladeleistung bereitgestellt werden kann. Ob nun die genannte Schaltungsanordnung so ausgeführt sein soll, dass angeschlossene Spannungsquellen zueinander in Serie oder parallel geschaltet werden sollen, um ausgangsseitig eine höhere Ladeleistung zu erzielen, kann zum Beispiel fahrzeugspezifisch so ausgeführt sein, wie es die fahrzeugseitig spezifizierte Spannungslage erfordert. Handelt es sich also beispielsweise bei der Ladeadaptervorrichtung um eine im Kraftfahrzeug mitzuführende Ladeadaptervorrichtung, so kann diese sowie auch ihre Schaltungsanordnung an die kraftfahrzeugseitigen Ladeanforderungen angepasst ausgeführt sein.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Ladeadaptervorrichtung zwischen beiden beschriebenen Varianten, je nach Anforderung, umschaltbar ist. Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Ladeadaptervorrichtung eine Schaltungsanordnung mit mindestens einer Schaltereinrichtung aufweist, wobei die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass in einem ersten Schaltzustand der mindestens einen Schaltereinrichtung zweite Anschlusspaare der jeweiligen zweiten Schaltereinrichtung zueinander und zu einem ersten Anschlusspaar der ersten Anschlusseinheit parallel geschaltet sind, und in einem zweiten, vom ersten verschiedenen Schaltzustand der mindestens einen Schaltereinrichtung die zweiten Anschlusspaare der jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten zueinander und zu dem ersten Anschlusspaare der ersten Anschlusseinheit in Reihe geschaltet sind. Die mindestens eine genannte Schaltereinrichtung kann dabei als herkömmlicher Schalter, insbesondere als elektronisch steuerbarer Schalter, wie zum Beispiel als MOSFET, ausgebildet sein.
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Dies hat den großen Vorteil, dass sich die Ladeadaptervorrichtung sehr flexibel auf die kraftfahrzeugseitigen Anforderungen anpassen lässt, insbesondere auf unterschiedliche kraftfahrzeugseitige Anforderungen unterschiedlicher Kraftfahrzeuge. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn es sich zum Beispiel bei der Ladeadaptervorrichtung um eine Vorrichtung handelt, die zum Beispiel an den Ladesäulen deponiert ist und nicht zum Mitführen im Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Somit kann die Ladeadaptervorrichtung für viele verschiedene Kraftfahrzeuge verwendet werden. Aber auch wenn die Ladeadaptervorrichtung zum Mitführen in einem bestimmten Kraftfahrzeug vorgesehen ist, so lässt sich durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sozusagen eine Universal-Ladeadaptervorrichtung bereitstellen, die auf verschiedene Kraftfahrzeug-Spezifikationen anpassbar ist. Damit lassen sich auch verschiedene Kraftfahrzeug-Typen, insbesondere deren spezifizierte Spannungslagen, mit der gleichen mobilen Ladeadaptervorrichtung ausstatten.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladeadaptervorrichtung ein Kommunikationsmodul auf, welches zum kommunikativen Austausch von Ladeinformationen zwischen den mit den zweiten Anschlusseinheiten gekoppelten Ladeeinrichtungen und der mit der ersten Anschlusseinheit gekoppelten Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs zur Kommunikation mit den jeweiligen Ladeeinrichtungen und der Ladeanschlusseinrichtung ausgebildet ist. Üblicherweise werden bei einem Ladevorgang, insbesondere auch bereits davor, diverse Ladeinformationen zwischen einer Ladesäule und dem Kraftfahrzeug ausgetauscht, wie zum Beispiel die vom Kraftfahrzeug angeforderte maximale Ladeleistung, die Ladespannung, die aktuellen Ladezustände des Energiespeichers, die Freigabe bzw. Freigabeinformation der einzelnen Ladesäulen, an denen bereits bezahlt wurde bzw. eine Zahlungsmöglichkeit nachgewiesen wurde und/oder hiterlegt ist, usw. Ist nun die Ladeadaptervorrichtung zwischen eine solche Ladesäule und das Kraftfahrzeug geschaltet, so können diese Ladeinformationen weiterhin mittelbar über das Kommunikationsmodul der Ladeadaptervorrichtung vorteilhafterweise ausgetauscht werden. Durch dieses neben dem Stromkreis vorgesehene Kommunikationsmodul kann auch weiterhin vorteilhafterweise die Kommunikation der Ladesäule beziehungsweise der Ladesäulen mit dem Fahrzeug gewährleistet werden, insbesondere derart, dass die Ladesäulen jeweils den richtigen Befüllungsgrad anzeigen und die adäquate, das heißt bei nicht vollgeladener Batterie in der Regel maximale, elektrische Leistung abgeben.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladeadaptervorrichtung ein Leistungsanpassungsmodul auf, welches insbesondere Teil der oben genannten Schaltungsanordnung sein kann, und welches dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von zumindest einer durch das Kommunikationsmodul empfangenen Ladeinformation eine Ausgangsleistung an der ersten Anschlusseinheit in Abhängigkeit von der an den jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten bereitgestellten Eingangsleistungen bereitzustellen. Diese Ladeinformation kann zum Beispiel eine kraftfahrzeugseitige und/oder ladeeinrichtungsseitige Information darstellen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug dem Kommunikationsmodul der Ladeadaptervorrichtung seine gewünschte beziehungsweise maximale Ladeleistung, mit welcher es gerne laden möchte, mitteilen. Weiterhin können auch die kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen ihrerseits ihre maximal an den zweiten Anschlusseinheiten der Ladeadaptervorrichtung bereitstellbaren Ladeleistungen mitteilen. In Abhängigkeit von diesen Informationen kann die Ladeadaptervorrichtung insbesondere durch das Leistungsanpassungsmodul dann entsprechend in Abhängigkeit von den an den zweiten Anschlusseinheiten maximal bereitstellbaren Eingangsleistungen eine entsprechende, maximale Ausgangsleistung an der ersten Anschlusseinheit bereitstellen. Diese muss nicht notwendigerweise die vom Kraftfahrzeug angeforderte maximale Ladeleistung sein, sondern kann beispielsweise auch geringer sein, wenn sich zum Beispiel auf Basis der eingangsseitigen Ladeleistungen keine höhere Ausgangsleistung bereitstellen lässt. Lässt sich umgekehrt beispielsweise durch die eingangsseitig bereitgestellten Ladeleistungen am Ausgang prinzipiell eine höhere Ladeleistung bereitstellen, als die vom Kraftfahrzeuge angeforderte maximale Ladeleistung, so wird nicht diese höhere Ladeleistung am Ausgang bereitgestellt, sondern die ausgangsseitige Ladeleistung auf die vom Kraftfahrzeug angeforderte maximale Ladeleistung beschränkt. Somit kann vorteilhafterweise durch das Leistungsanpassungsmodul eine besonders vorteilhafte Leistungsanpassung vorgenommen werden, die es ermöglicht, einem Kraftfahrzeug immer eine möglichst hohe Ladeleistung bereitzustellen, ohne dabei die für das Kraftfahrzeug maximal mögliche Ladeleistung zu überschreiten.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Leistungsanpassungsmodul auch dazu ausgelegt, die Bereitstellung der Ausgangsleistung an der ersten Ladeanschlusseinrichtung in Abhängigkeit von der an den jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten bereitgestellten Eingangsleistung bei einer Änderung der Anzahl der mit den zweiten Anschlusseinheiten gekoppelten Ladeeinrichtungen anzupassen. Mit anderen Worten können auch während des Ladevorgangs weitere Ladesäulen mit der Ladeadaptervorrichtung an das Kraftfahrzeug angeschlossen werden oder angekoppelte Ladeeinrichtungen abgekoppelt werden, ohne dass hierfür der Ladevorgang unterbrochen werden muss. Das Leistungsanpassungsmodul kann dann entsprechend die Ladeleistung, falls erforderlich, entsprechend anpassen. Somit ist die Ladeadaptervorrichtung vorteilhafterweise dazu ausgelegt, eigenständig nach zum Beispiel dem Abkoppeln eines zu einer Ladeeinrichtung führenden Ladekabels noch mit den verbleibenden Ladeeinrichtungen weiter zu laden, gegebenenfalls mit entsprechend weniger Leistung, sofern die vom Kraftfahrzeug angeforderte maximale Leistung nun nicht mehr durch die übrigen Ladeeinrichtungen bereitstellbar ist. Dies hat den großen Vorteil, dass einzelne Ladesäulen bei Bedarf einfach wieder von der Ladeadaptervorrichtung abgesteckt werden können. Kommt beispielsweise ein zweites Elektrofahrzeug zum Laden an eine Ladestation, welches ebenfalls an einer der Ladesäulen laden möchte, die gerade mit dem anderen Kraftfahrzeug gekoppelt ist, so kann eine der Ladesäulen einfach wieder von der Ladeadaptervorrichtung abgesteckt und zum Laden des neuen Fahrzeugs genutzt werden. Auch kann an der Ladeadaptervorrichtung ein entsprechendes Hinweisschild angeordnet sein, welches andere Nutzer anderer Fahrzeuge darauf hinweist, dass bei Bedarf dieses Abstecken einfach vorgenommen werden kann. Somit können alle aktuell freien Ladesäulen zum Laden des Kraftfahrzeugs genutzt werden, ohne diese dauerhaft für andere Kraftfahrzeuge zu blockieren.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest manche der zweiten Anschlusseinheiten der Ladeadaptervorrichtung unterschiedlich ausgebildet sind, insbesondere so, dass diese mit korrespondierend unterschiedlich ausgebildeten Anschlusseinheiten von kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen koppelbar sind. Hin und wieder kann es vorkommen, dass die Steckerart an den Ladesäulen von der Steckerart des Ladekabels des Kraftfahrzeugs abweicht.
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Solche Ladesteckerarten können beispielsweise auch von Land zu Land verschieden sein. Entsprechend ist es nun vorteilhaft, wenn zum Beispiel als die zweiten Anschlusseinheiten solche verschiedenen Steckerarten eingangsseitig vorgesehen sind, zum Beispiel mehrere zweite Anschlusseinheiten eines ersten Steckertyps, mehrere zweite Anschlusseinheiten eines zweiten Steckertyps, usw. Damit können die Anschlusseinheiten je nach Land und Ladesäulenkonfiguration besonders flexibel genutzt werden oder eben unbenutzt bleiben und ermöglichen in vielen verschiedenen Situationen und Ländern dennoch ein flexibles Laden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen, insbesondere mobilen, Ladeadaptervorrichtung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Ladeadaptervorrichtung und deren Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs an mehreren kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen mittels einer Ladeadaptervorrichtung, die mindestens eine erste Anschlusseinheit zum Koppeln mit einer Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs und mehrere zweite Anschlusseinheiten zum Koppeln mit den mehreren kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen aufweist. Dabei wird durch die Ladeadaptervorrichtung an der mindestens einen mit der Ladeanschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs gekoppelten ersten Anschlusseinheit eine maximale elektrische Ausgangsleistung bereitgestellt, die größer ist als die jeweiligen, einzeln an den jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten durch die jeweiligen Ladeeinrichtungen bereitgestellten, maximalen Eingangsleistungen, zumindest falls das Kraftfahrzeug für eine maximale Ladeleistung spezifiziert bzw. ausgelegt ist, die größer ist als die jeweiligen, einzeln an den jeweiligen zweiten Anschlusseinheiten durch die jeweiligen Ladeeinrichtungen bereitstellbaren, maximalen Eingangsleistungen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Adaptervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, welches mit mehreren Ladesäulen über eine Ladeadaptervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gekoppelt ist; und
- 2 eine schematische Darstellung der Ladeadaptervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10, welches mit mehreren als Ladesäulen 12 ausgebildeten Ladeeinrichtungen über eine Ladeadaptervorrichtung 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gekoppelt ist. Die Ladeadaptervorrichtung 14 weist dabei zumindest eine erste Anschlusseinheit 16 zum Koppeln mit einer Ladeanschlusseinrichtung 18 des Kraftfahrzeugs 10 auf, sowie mehrere zweite Anschlusseinheiten 20 zum Koppeln mit den mehreren kraftfahrzeugexternen Ladesäulen 12. Exemplarisch sind hier lediglich drei solcher zweiten Anschlusseinheiten 20 dargestellt, die Ladeadaptervorrichtung 14 kann aber auch weitaus mehr als drei zweite Anschlusseinheiten 20 aufweisen, sowie beispielsweise auch nur zwei solcher Ladeanschlusseinrichtungen 20. Sowohl die erste Anschlusseinheit 16 als auch die zweiten Anschlusseinheiten 20 können dabei als Stecker oder Buchsen oder anderweitig ausgebildete konduktive Kopplungselemente ausgebildet sein. Die Kopplung der ersten Anschlusseinheit 16 mit der Ladeanschlusseinrichtung 18 des Kraftfahrzeugs 10 kann dabei über ein geeignetes Ladekabel 20 bereitgestellt werden. Dieses Ladekabel 22 kann dabei ebenfalls geeignete, hier nicht explizit dargestellte, Anschlusseinheiten zum Koppeln mit der Ladeanschlusseinrichtung 18 des Kraftfahrzeugs 10 einerseits und zum Koppeln mit der zumindest einen ersten Anschlusseinheit 16 der Ladeadaptervorrichtung 14 aufweisen, die ebenfalls zum Beispiel als geeignete Stecker und/oder Buchsen ausgebildet sein können. Alternativ kann dieses Ladekabel 22 auch Teil der Ladeadaptervorrichtung 14 sein. Nichtsdestoweniger kann dieses Ladekabel 22 als separate Einheit, die mit dem 16 bezeichneten ersten Anschlusseinheit der Ladeadaptervorrichtung 14 koppelbar ist oder von dieser entkoppelbar ist, ausgebildet sein oder alternativ kann dieses Ladekabel 22 auch fest mit dem Rest der Ladeadaptervorrichtung 14 verbunden sein, so dass in diesem Fall dann auch die mit 16a bezeichnete Anschlusseinheit des Ladekabels 22, welche mit der Ladeanschlusseinrichtung 18 des Kraftfahrzeugs 10 koppelbar ist, die oben genannte erste Anschlusseinheit der Ladeadaptervorrichtung 14 darstellt, die zum Koppeln mit der Anschlusseinheit 18 des Kraftfahrzeugs ausgelegt ist.
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Umgekehrt kann das Ladekabel 22 auch dem Kraftfahrzeug 10 selbst zugeordnet sein und mit diesem zum Beispiel mitgeführt werden.
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Eingangsseitig ist die Ladeadaptervorrichtung 14 ebenfalls über korrespondierende Ladekabel 24 mit den betreffenden Ladesäulen 12 koppelbar. Auch diese Ladekabel 24 können einerseits Teil der betreffenden Ladesäulen 12 sein oder andererseits auch wieder als Teil der Ladeadaptervorrichtung 14 aufgefasst werden. Im zweiten Fall können entsprechend wiederum die den Ladesäulen 12 zugewandte Anschlusseinrichtung, die in 1 mit 20a bezeichnet ist, als betreffende zweite an Anschlusseinheit zum Koppeln mit den jeweiligen Ladesäulen 12 der Ladeadaptervorrichtung 14 aufgefasst werden.
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In den nachfolgend beschriebenen Beispielen wird von einer Ausführungsform der Erfindung ausgegangen, gemäß welcher die betreffenden Ladekabel 22, 24 nicht Teil der Ladeadaptervorrichtung sind, und damit mit 16 bezeichnete Anschlusseinheit aus 1 die erste Anschlusseinheit der Ladeadaptervorrichtung 14 darstellt, sowie die mit 20 bezeichneten Anschlusseinheiten aus 1 die zweiten Anschlusseinheiten 20 der Ladeadaptervorrichtung 14 darstellen. Nichtsdestoweniger lassen sich auch alle weiteren beschriebenen Merkmal ganz analog auf eine Ladeadaptervorrichtung 14 übertragen, bei welcher auch die beschriebenen Ladekabel 22, 24 Teil der Ladeadaptervorrichtung sind.
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Die Ladeadaptervorrichtung ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass diese ausgangsseitig, das heißt an der ersten Anschlusseinheit 16, eine Ladeleistung P bereitstellen kann, die größer ist als die einzelnen eingangsseitig durch die jeweiligen Ladesäulen 12 bereitgestellten einzelnen Ladeleistungen P1, P2, P3. Ist das Kraftfahrzeug 10, wie im vorliegenden Beispiel, also für deutlich größere Ladeleistungen P ausgelegt, als die einzelnen Ladesäulen 12 jeweils bereitstellen können, so lässt sich durch diese vorteilhafte Ladeadaptervorrichtung 14 dennoch zum Laden des Kraftfahrzeugs 10, insbesondere zum Laden eines elektrischen Energiespeichers, wie zum Beispiel einer Hochvolt-Batterie, des Kraftfahrzeugs 10 bereitstellen, die zumindest deutlich größer ist als die von den jeweiligen einzelnen Ladesäulen bereitgestellten Leistungen P1, P2, P3, und die im Idealfall sogar der für das Kraftfahrzeug 10 zulässigen maximalen Ladeleistung P entspricht. Mit anderen Worten kann ein Elektroauto, wie das vorliegenden Kraftfahrzeug 10, gleichzeitig an mehrere Ladesäulen 12 angeschlossen werden und damit, die fahrzeugseitige Spezifikation vorausgesetzt, eine kürzere Ladezeit durch die Bereitstellung einer insgesamt größeren Ladeleistung P beim Laden des Kraftfahrzeugs 10 erzielt werden.
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Weiterhin kann die Ladeadaptervorrichtung 14 vorteilhafterweise als mobile, das heißt tragbare Einrichtung, ausgebildet sein. Diese können beispielsweise im Kraftfahrzeug 10 mitgeführt werden, oder an den Ladesäulen 12 gelagert sein. Weiterhin kann die Ladeadaptervorrichtung 14, wie eben beschrieben, entweder einteilig ausgeführt sein oder eine zentrale Ladeadaptereinheit und mehrere Kabel 22, 24 umfassen.
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Weiterhin kann die Steckerart an den Ladesäulen 12 auch von der Steckerart des Ladekabels 22 des Kraftfahrzeugs 10 abweichen. Eingangsseitig können dann beispielsweise verschiedene Steckerarten als zweite Anschlusseinheiten 20 vorgesehen sein, die dann vorteilhafterweise je nach Land und Ladesäulenkonfiguration benutzt werden können oder unbenutzt werden können. Auch ausgangsseitig besteht prinzipiell diese Möglichkeit, das heißt es können beispielsweise verschiedene erste Anschlusseinheiten 16, 16a vorgesehen sein, um verschiedene Kopplungsmöglichkeiten mit unterschiedlichen ausgebildeten Ladeanschlusseinrichtungen 18 von Kraftfahrzeugen 10 bereitzustellen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Ladeadaptervorrichtung 14 an den Ladesäulen 12 gelagert werden soll oder als universelle Ladeadaptervorrichtung 14 ausgebildet sein soll, die für verschiedene Kraftfahrzeugtypen 10 und insbesondere verschiedene Ladeanschlusseinrichtungstypen geeignet ist, um so von verschiedenen Kraftfahrzeugen 10 mitgeführt und genutzt werden zu können.
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Weiterhin ist die Ladeadaptervorrichtung 14 vorzugsweise auch so ausgelegt, dass die Möglichkeit besteht, einzelne Ladesäulen 12 während des Ladens wieder von der Ladeadaptervorrichtung 14 abzustecken. Kommt beispielsweise ein zweites Elektrofahrzeug zum Laden, kann das Ladekabel 24 derjenigen Ladesäule 12, die dem Parkplatz des zweiten Elektrofahrzeugs zugeordnet ist, eigenständig von dessen Fahrer abgesteckt werden, um selber laden zu können. Entsprechend ist es auch vorteilhaft, wenn zum Beispiel an der Ladeadaptervorrichtung 14 ein entsprechendes Hinweisschild angebracht ist, das darüber informiert, dass dieses Abstecken vorgenommen werden kann. Die Ladeadaptervorrichtung 14 ist weiterhin entsprechend ausgebildet, um in der Lage zu sein, eigenständig nach dem Abkoppeln eines Ladekabels 24 noch mit den verbleibenden Ladekabeln 24 und den zugeordneten Ladesäulen 12 weiterzuladen, gegebenenfalls mit entsprechend weniger Leistung.
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Neben dem später näher erläuterten Stromkreis ist auch ein Kommunikationsmodul 26 Teil der Ladeadaptervorrichtung 14, über welches die Kommunikation der Ladesäulen 12 mit dem Kraftfahrzeug 10 erfolgen kann sowie umgekehrt. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Ladesäulen 12 jeweils den richtigen Befüllungsgrad anzeigen und die adäquate, das heißt bei nicht vollgeladener Batterie in der Regel maximale, elektrische Leistung P1, P2, P3 jeweils abgeben können.
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Um ausgangsseitig eine höhere Leistung P bereitzustellen als die einzelnen eingangsseitig bereitgestellten Leistungen P1, P2, P3 kann ein Schaltkreis 28 (vergleiche 2) der Ladeadaptervorrichtung 14 so ausgeführt sein, dass sich die Spannungen oder alternativ die Stromstärken addieren. Auch kann ein solcher Schaltkreis 28 zu ausgeführt sein, insbesondere unter Verwendung entsprechender Schaltelemente, dass zwischen diesen beiden genannten Ausführungsformen je nach Anforderung umgeschaltet werden kann. Ist die Ladeadaptervorrichtung 14 dagegen für ein ganz spezielles Kraftfahrzeug 10 ausgelegt, so ist es jedoch bevorzugt, dass auch dieser Schaltkreis 28 so fahrzeugspezifisch ausgeführt ist wie es die fahrzeugseitig spezifizierte Spannungslage erfordert.
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2 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Ladeadaptervorrichtung 14 mit einem solchen Schaltkreis 28, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere ist in 2 durch diesen Schaltkreis 28 exemplarisch das Prinzip einer Parallelschaltung der Spannungsquellen, die an den jeweiligen Eingangsanschlüssen 20, die jeweils wiederum entsprechende Anschlusspaare 20a, 20b aufweisen, dargestellt. Dadurch lässt sich ausgangsseitig, das heißt am ersten Anschluss 16, der ebenfalls ein korrespondierendes Anschlusspaar 16c, 16b aufweist, eine entsprechend erhöhte Stromstärke bereitstellen. Mit R sind hierbei die übrigen Widerstände bezeichnet. Es ist zu beachten, dass dieser Schaltkreis 28 lediglich eine vereinfachte Prinzipskizze darstellt und noch weitere Komponenten vorgesehen sein können, insbesondere zur Leistungsanpassung, so wie das oben genannte Kommunikationsmodul 26, die vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Weiterhin ist auf eine geeignete Erdung und Polung der verschiedenen Spannungsquellen, die durch die jeweiligen Ladesäulen 12 bereitgestellt werden, zu achten. Bei der Parallelschaltung dieser Spannungsquellen sollten also nur Ladesäulen 12 mit derselben Spannung zusammengeschaltet werden, da es sonst zu Strömen unterhalb der Spannungsquellen kommt, das heißt dass in einem solchen Fall Ladeströme von einer Ladesäule 12 zur anderen Ladesäule 12 fließen könnten. Aber auch dies lässt sich zum Beispiel gezielt durch eine geeignete Ausbildung der Ladeadaptervorrichtung 14, insbesondere des Schaltkreises 28, verhindern.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Mehrfachstecker für Ladesäulen bereitgestellt werden kann, so dass ein Kraftfahrzeug an einer Ausgangsseite an einer solchen Erweiterung angeschlossen werden kann, sowie an der eingangsseitigen zweiten Seite eine oder mehrere Ladesäulen. Damit können Elektroautos gleichzeitig an mehrere Ladesäulen angeschlossen werden und insgesamt eine höhere Ladeleistung erzielt werden, wodurch sich eine kürzere Ladezeit erzielen lässt. Das durch unterschiedliche Entwicklungsstadien von Kraftfahrzeugen und Ladesäulen bedingte Delta zwischen maximalen Ladeleistungen von Kraftfahrzeugen und maximalen von Ladesäulen bereitstellbaren Leistungen kann durch eine solche durch die Ladeadaptervorrichtung bereitgestellte Erweiterung vorteilhafterweise ausgeglichen oder zumindest reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018001719 A1 [0003]
- DE 102015004119 A1 [0005, 0006]
