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Die Erfindung betrifft eine Ladedose.
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Die
CN 108 116 245 A zeigt eine fahrzeugmontierte Ladestation mit einer Ladevorrichtung und einer Ladeanschluss-Schutztür.
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Die
US 2019/0160953 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Schnellladung eines Elektrofahrzeugs, mit einer Ladebuchse und einer Ladesteuerung.
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Die
US 2011/246014 A1 zeigt eine Übertragungsvorrichtung für das Laden einer Batterie, welche eine Dose mit einer integrierten elektromechanischen Schaltfunktion und mindestens einem Schütz. Ein modulares Ladesystem hat eine Basis-Einheit, ein Master-Modul und ein Nutzer-Modul, wobei die Basis-Einheit keine Elektronik enthält.
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Die
DE 10 2018 123 609 B3 zeigt einen Steckverbinder mit einer Leiterplatte, auf welcher Leiterplatte eine Mess- und/oder Auswerteelektronik vorgesehen sein kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Ladedose bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Eine Ladedose für ein Fahrzeug weist eine Ladebuchse, ein Gehäuse, ein Ladedosen-Steuergerät und eine erste Leiterplatte auf, welches Ladedosen-Steuergerät zumindest teilweise auf der ersten Leiterplatte implementiert ist.
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Die Integration des Ladedosen-Steuergeräts in die Ladedose führt zu einer kompakten Ausbildung, und eine Verkabelung zu einem externen Ladedosen-Steuergerät kann entfallen. Eine solche Ladedose benötigt etwas mehr Bauraum als eine bisherige Ladedose, in der Summe benötigt sie aber weniger Bauraum als eine Ladedose mit einem externen Ladedosen-Steuergerät.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Leiterplatte zumindest bereichsweise im Gehäuse oder an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet. Eine solche Anordnung führt zu einer kompakten Ladedose, welche wenig Platz benötigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ladedose mindestens eine zweite Leiterplatte auf, die erste Leiterplatte weist einen ersten Steckkontaktsatz auf, die mindestens eine zweite Leiterplatte weist einen zweiten Steckkontaktsatz und einen dritten Steckkontaktsatz auf, und der zweite Steckkontaktsatz ist dazu ausgebildet, eine Steckverbindung mit dem ersten Steckkontaktsatz zu ermöglichen, und der dritte Steckkontaktsatz ist dazu ausgebildet, eine Steckverbindung mit dem zweiten Steckkontaktsatz einer weiteren zweiten Leiterplatte zu ermöglichen.
Die Verwendung von Steckkontaktsätzen ermöglicht einen modularen Aufbau der Ladedose. Hierdurch kann diese einfach an unterschiedliche Ladesysteme angepasst werden. Zudem sind die Verbindungswege kurz, da die Leiterplatten mit der entsprechenden Funktionalität in die Ladedose integriert sind. Es muss also keine lange Verbindung zwischen der Ladedose und einem entfernt vorgesehenen Ladedosen-Steuergerät vorgesehen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ladedosen-Steuergerät zumindest teilweise auf der mindestens einen zweiten Leiterplatte implementiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Leiterplatte einen Controller auf und ist dazu eingerichtet, über den Controller eine Kommunikation mit der mindestens einen zweiten Leiterplatte zu ermöglichen. Dies ergibt eine große Nähe zwischen der ersten Leiterplatte und der mindestens einen zweiten Leiterplatte, und die mindestens eine zweite Leiterplatte benötigt eine weniger aufwändige Schaltung für die Kommunikation.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Leiterplatte dazu ausgebildet, die mindestens eine zweite Leiterplatte über den ersten Steckkontaktsatz mit Strom zu versorgen. Hierdurch wird die Montage der zweiten Leiterplatten vereinfacht, und es muss kein zusätzlicher Stecker gesteckt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist eine der mindestens einen zweiten Leiterplatte eine Steckererkennungsvorrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, einen an der Ladedose angeschlossenen Ladestecker zu erkennen. Durch das Vorsehen der Steckererkennungsvorrichtung auf einer zweiten Leiterplatte kann für das jeweilige Einsatzgebiet des Fahrzeugs eine passende Steckererkennungsvorrichtung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ladedose einen Verriegelungsmechanismus zur Verriegelung eines Ladesteckers auf, und eine der mindestens einen zweiten Leiterplatte weist eine Verriegelungsvorrichtung auf, welche Verriegelungsvorrichtung (52) dazu ausgebildet ist, mindestens eine Funktion aus der Funktionengruppe auszuführen bestehend aus:
- - Diagnose eines an der Ladedose (20) angeschlossenen Ladesteckers (12) und Betätigung des Verriegelungsmechanismus (35) in Abhängigkeit von der Diagnose, und
- - Betätigung des Verriegelungsmechanismus (35) in Abhängigkeit von einem Verriegelungsbefehl des Fahrzeugs (10), insbesondere in Abhängigkeit von einem Fahrzeugschließwunsch eines Fahrzeugnutzers. Durch das Vorsehen der Verriegelungsvorrichtung auf der zweiten Leiterplatte ist eine einfache Anpassung an länderspezifische Ausgestaltungen bzw. Normen möglich. Zudem kann im Fahrzeug durch andere Steuergeräte ein Verriegelungsbefehl gesendet und in der Verriegelungsvorrichtung ausgeführt werden, beispielsweise dann, wenn der Fahrzeugnutzer das Fahrzeug abschließt oder ein Unfall detektiert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist eine der mindestens einen zweiten Leiterplatte eine Ladeleistungsvorrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, eine Kommunikation mit einer über einen an der Ladedose angeschlossenen Ladestecker verbundenen Ladestation zu ermöglichen und die Ladeleistung zu beeinflussen. Durch das Vorsehen der Ladeleistungsvorrichtung auf der zweiten Leiterplatte ist eine einfache Anpassung an länderspezifische Ausgestaltungen bzw. Normen möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ladedose eine Ladesteuervorrichtung auf, welche einen Ladestandard implementiert, um ein Aufladen mit diesem Ladestandard zu ermöglichen. Auch hier ist eine einfache Anpassung an lokale Standards möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Ladestandard mindestens einen ersten Ladestandard auf aus der Ladestandardgruppe bestehend aus:
- - CHAdeMO,
- - SAE J1772,
- - IEC 61851-1,
- - IEC 62196,
- - Combined Charging System, und
- - GB/T.
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Alle diese Ladestandards sind auf einer solchen zweiten Leiterplatte implementierbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist eine der mindestens einen zweiten Leiterplatte eine Kommunikationsvorrichtung auf, welche ein Bus-System implementiert, insbesondere mindestens ein erstes Bus-System aus der Bus-System-Gruppe bestehend aus:
- - CAN,
- - CAN-FD,
- - LIN, und
- - Ethernet.
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Auch das Bus-System kann hierdurch länderabhängig vorgesehen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind im Gehäuse die Ladebuchse, die erste Leiterplatte und die mindestens eine zweite Leiterplatte zumindest bereichsweise angeordnet. Durch das Vorsehen der Leiterplatten im Gehäuse kann die Ladedose mit Elektronik platzsparend ausgebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse eine Abschirmung auf, um eine Verringerung der durch die erste Leiterplatte und die mindestens eine zweite Leiterplatte erzeugten elektromagnetischen Strahlung außerhalb des Gehäuses zu bewirken. Durch diese Ausgestaltung wird die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert, sowohl von innen nach außen als auch umgekehrt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine zweite Leiterplatte eine an das Gehäuse angepasste erste Grundform auf, welche nicht rechteckig ist. Durch eine solche Grundform kann der Platz in einem nicht rechteckigen Gehäuse besser ausgenutzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ladedose Leitungen für den Ladestrom auf, welche Leitungen nicht über den ersten Steckkontaktsatz geführt sind. Das Führen der Ladestromleitungen unabhängig von den Steckkontaktsätzen ermöglicht die Verwendung günstigerer Steckkontaktsätze für niedrigere Leistungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine zweite Leiterplatte Aussparungen auf, und die Leitungen für den Ladestrom erstrecken sich durch die Aussparungen hindurch. Dies ermöglicht ein Durchführen der Leitungen durch die Ladedose hindurch und eine Kontaktierung am von der Ladebuchse abgewandten Ende der Ladedose.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ladestrom zumindest bereichsweise über den ersten Steckkontaktsatz geführt. Dies ist vorteilhaft, wenn der Ladestrom für Auswertungen auf der entsprechenden zweiten Leiterplatte erforderlich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Steckkontaktsatz der mindestens einen zweiten Leiterplatte auf der dem dritten Steckkontaktsatz entgegengesetzten Seite dieser mindestens einen zweiten Leiterplatte vorgesehen. Durch diese Maßnahme ist ein einfaches, platzsparendes Stapeln der zweiten Leiterplatten möglich.
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Gemäße einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ladedosen-Steuergerät dazu ausgebildet, Messwerte eines Temperatursensors von einer Lade-Leistungselektronik des Fahrzeugs zu empfangen und über die Ladebuchse eine Information über die Messwerte auszugeben.
Durch die Ausgabe einer solchen Information kann die Ladesäule die Ladeleistung anpassen, beispielsweise bei einer zu hohen Temperatur der Lade-Leistungselektronik die Ladeleistung senken. Die Ladeleistungselektronik hat beispielsweise einen AC/DC-Wandler und/oder DC/DC-Wandler.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. 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. Es zeigt:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ladedose mit einer ersten Leiterplatte und drei zweiten Leiterplatten,
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine der zweiten Leiterplatten von 1,
- 3 eine Variante der Ladedose von 1, und
- 4 eine schematische Draufsicht auf eine Variante der zweiten Leiterplatte von 1 bzw. 3.
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Im Folgenden sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
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1 zeigt ein schematisch angedeutetes Fahrzeug 10 mit einer Ladedose 20. Die Ladedose 20 hat eine Ladebuchse 30, eine erste Leiterplatte 31 und drei zweite Leiterplatten 32A, 32B und 32C.
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Die Ladebuchse 30 ist dazu ausgebildet, den Anschluss eines Ladesteckers 12 einer nicht dargestellten Ladestation zu ermöglichen. Die Ladebuchse 30 hat beispielhaft zwei Datenleitungen 63, 64 und zwei Ladestromleitungen 61, 62 zur Leitung des Ladestroms. An der Ladebuchse 30 ist ein Verriegelungsmechanismus 35 vorgesehen, welcher eine Verriegelung des in der Ladebuchse 30 eingesteckten Steckers 12 ermöglicht.
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Ein Ladedosen-Steuergerät 90 ist in die Ladedose 20 integriert, und es ist im Ausführungsbeispiel zumindest teilweise auf der ersten Leiterplatte 31 und auf den zweiten Leiterplatten 32A, 32B, 32C implementiert.
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Die Ladedose 20 hat einen Steckkontaktsatz 45, und im Ausführungsbeispiel ist die erste Leiterplatte 31 über einen Steckkontaktsatz 44 mit dem Steckkontaktsatz 45 verbunden. Die erste Leiterplatte 31 kann aber auch in der Ladedose 20 fest verlötet sein.
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Die zweiten Leiterplatten 32A, 32B, 32C haben jeweils auf einer ersten Seite den Steckkontaktsatz 42 und auf der der ersten Seite entgegengesetzten Seite den Steckkontaktsatz 43. Der Steckkontaktsatz 43 kann jeweils mit dem Steckkontaktsatz 41 der ersten Leiterplatte 31 oder mit einem der Steckkontaktsätze 43 der übrigen zweiten Leiterplatten 32A 32B, 32C verbunden werden. Hierdurch können die zweiten Leiterplatten 32A, 32B, 32C modular eingesetzt werden, und je nach Bedarf können unterschiedliche zweite Leiterplatten 32A, 32B, 32C aufgesteckt werden.
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Die Steckkontaktsätze 45, 41 und 43 können entweder als Stecker oder bevorzugt als Buchse ausgebildet werden, und die Steckkontaktsätze 44 und 42 entsprechend umgekehrt als Buchse oder bevorzugt als Stecker ausgebildet werden.
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Die erste Leiterplatte 31 hat einen Controller 51, und über den Controller 51 ist eine Kommunikation mit den zweiten Leiterplatten 32A, 32B und 32C möglich. Zudem können bevorzugt die zweiten Leiterplatten 32A, 32B, 32C über den Steckkontaktsatz 41 mit Strom versorgt werden. Weiter bevorzugt ist auch über die Verbindungen der Steckkontaktsätze 43 und 42 jeweils eine Stromübertragung möglich. Hierdurch wird eine Stromversorgung ohne zusätzliche separate Stromschiene möglich.
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Die Ladedose 20 hat ein Gehäuse 22, und im Gehäuse 22 sind die Ladebuchse 30, die erste Leiterplatte 31 und die zweiten Leiterplatten 32A, 32B, 32C zumindest bereichsweise angeordnet.
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Das Gehäuse 22 weist bevorzugt eine Abschirmung auf, um eine Verringerung der durch die erste Leiterplatte 31 und die zweiten Leiterplatten 32A, 32B, 32C erzeugte elektromagnetische Strahlung außerhalb des Gehäuses zu verringern. Hierzu kann das Gehäuse beispielsweise aus Metall ausgebildet sein, oder es kann eine dünne Metallschicht aufweisen.
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Die Ladestromleitungen 61 und 62 verlaufen bevorzugt nicht über die Steckkontaktsätze 45, 44, 41, 42 bzw. 43, da dies Steckkontakte mit großem Durchmesser erfordern würde. Im Ausführungsbeispiel sind die Ladestromleitungen 61, 62 abgewinkelt und werden seitlich aus dem Gehäuse 22 herausgeführt. Beispielhaft sind an den Ladestromleitungen 61 und 62 Messvorrichtungen 71, 72 vorgesehen, deren Ausgänge mit den Steckkontaktsätzen 45, 44, 41, 42 und 43 verbunden sind. Hierdurch können die Leiterplatten 31 bzw. 32A, 32B, 32C eine Information über die an den Ladestromleitungen 61, 62 anliegende Spannung bzw. über den durch diesen fließenden Strom erhalten.
Beispielhaft sind Stromversorgungsleitungen 67, 68 angedeutet, welche über eine - nicht dargestellte - fahrzeuginterne Batterie mit Strom versorgt werden. Dies ermöglicht einen Betrieb der Schaltungen auf den Leiterplatten 31, 32A, 32B, 32C auch dann, wenn kein externer Ladestecker 12 angeschlossen ist.
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Die Leiterplatte 32B hat beispielhaft eine Befestigungsvorrichtung 81, welche gegen die Leiterplatte 32A anliegt oder in diese eingreift. Über diese Befestigungsvorrichtung 81 kann zum einen eine Ausrichtung der Leiterplatte 32B gegenüber der Leiterplatte 32A erfolgen, und zum anderen wird die mechanische Stabilität erhöht. Die Befestigungsvorrichtung 81 kann auch eine Clipsverbindung ausbilden oder eine Möglichkeit zur Verschraubung, um so eine sichere mechanische Verbindung zu ermöglichen.
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Der Verriegelungsmechanismus 35 ist im Ausführungsbeispiel über eine Leitung 36 mit den Steckkontaktsätzen 41, 42, 43 verbunden. Derartige externe Anschlüsse können also über diskrete Leitungen den Leiterplatten 31, 32A, 32B, 32C zugeführt werden, es kann aber auch ein Bussystem für die Ansteuerung der Peripherie und die Auswertung des Zustands der Peripherie verwendet werden. Ein weiteres Beispiel der Peripherie ist eine - nicht dargestellte - Ladeklappe, die entweder geschlossen ist und die Ladebuchse 30 abdeckt, oder aber geöffnet ist.
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2 zeigt die Leiterplatte 32, welche beispielsweise als Leiterplatte 32A, 32B oder 32C genutzt werden kann. Die Leiterplatte 32 hat den Steckkontaktsatz 43 mit beispielhaft zwölf Steckkontakten, welche in zwei Reihen angeordnet sind. Über die Steckkontakte ist sowohl eine Stromübertragung zur Energieversorgung als auch eine Signalübertragung von Daten möglich.
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Beispielhaft ist auf der Leiterplatte 32 eine Vorrichtung 52 angeordnet, welche beispielsweise als Steckererkennungsvorrichtung, als Verriegelungsvorrichtung (Steuerung der Verriegelung), als Ladeleistungsvorrichtung, als Ladesteuervorrichtung oder als Kommunikationsvorrichtung ausgebildet sein kann. Dies sind mögliche Funktionen des Ladedosen-Steuergeräts 90. Bei einer Ausbildung der Vorrichtung 52 als Steckererkennungsvorrichtung ist diese dazu ausgebildet, einen an der Ladedose angeschlossenen Ladestecker 12 (vgl. 1) zu erkennen.
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Bei einer Ausbildung der Vorrichtung 52 als Verriegelungsvorrichtung ist diese dazu ausgebildet, eine Diagnose eines an der Ladedose 20 angeschlossenen Ladesteckers 12 zu ermöglichen und den Verriegelungsmechanismus 35 von 1 in Abhängigkeit von der Diagnose zu betätigen.
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Bei einer Ausbildung der Vorrichtung 52 als Ladeleistungsvorrichtung ist diese dazu ausgebildet, eine Kommunikation mit einer über einen an der Ladedose 20 angeschlossenen Ladestecker 12 (1) verbundenen Ladestation zu ermöglichen und die Ladeleistung zu beeinflussen.
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Bei einer Ausbildung der Vorrichtung 52 als Ladesteuervorrichtung ist diese dazu ausgebildet, einen Ladestandard zu implementieren, um ein Aufladen mit diesem Ladestandard zu ermöglichen. Dies ist eine mögliche Funktion des Ladedosen-Steuergeräts 90.
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Bevorzugt weist der Ladestandard mindestens einen ersten Ladestandard auf aus der Ladestandardgruppe bestehend aus:
- - CHAdeMO (z.B. Japan),
- - SAE J1772 (z.B. U.S.A.),
- - IEC 61851-1 (internationaler Ladestandard),
- - IEC 62196 (internationaler Ladestandard),
- - Combined Charging System (internationaler Ladestandard), und
- - GBIT (z.B. China).
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Bei einer Ausbildung der Vorrichtung 52 als Kommunikationsvorrichtung implementiert diese ein Bus-System, insbesondere mindestens ein erstes Bus-System aus der Bus-System-Gruppe bestehend aus:
- - CAN (Controller Area Network),
- - CAN-FD (CAN with Flexible Data-Rate)
- - LIN (Local Interconnect Network), und
- - Ethernet.
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Dies ist ebenfalls eine mögliche Funktion des Ladedosen-Steuergeräts 90.
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Die Grundform der Leiterplatte 32 ist rund, und hierdurch kann sie in einem runden Gehäuse 22 platzsparend beziehungsweise größenoptimiert verwendet werden. Wenn das Gehäuse 22 beispielsweise eine achteckige Grundform hat, kann die Leiterplatte 32 entsprechend achteckig ausgebildet werden.
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3 zeigt eine Variante zu 1, bei der die Ladestromleitungen 61, 62 längs durch das Gehäuse 22 hindurch verlaufen. Hierdurch können die Ladestromleitungen beispielsweise als längliche Pins ausgebildet und am Ende des Gehäuses 22 kontaktiert werden.
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Die Ladestromleitungen 61, 62 können hierbei an den Leiterplatten 31, 32 seitlich vorbeigeführt werden, oder sie können sich durch Aussparungen in den Leiterplatten 31, 32 hindurch erstrecken.
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4 zeigt eine Leiterplatte 32 mit entsprechenden Aussparungen 54 für die schematisch angedeuteten Ladestromleitungen 61, 62 von 3. Die Aussparungen 54 wirken zusätzlich als mechanische Hindernisse gegen ein Verdrehen der Leiterplatte 32.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind schematisch ausgeführt. Die Anzahl der erforderlichen Ladestromleitungen 61, 62 hängt vom Typ der Ladestation ab, beispielsweise Gleichstrom- oder Wechselstromladestation.
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Die Leiterplatten 31, 32 sind in den Ausführungsbeispielen im Ladedosen-Gehäuse 22 vorgesehen. Es ist alternativ möglich, die Leiterplatten 31, 32 zumindest teilweise an einer Außenseite des Gehäuses 22 anzuordnen, also beispielsweise seitlich oder am axialen Ende des Gehäuses 22. Der vorhandene Bauraum kann hierdurch gut ausgenutzt werden.
