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Die Erfindung betrifft eine Ladeadaptervorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung sowie ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung.
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Aufgrund von begrenzter elektrischen Leistung der externen Ladeinfrastruktur ergeben sich oft sehr lange Ladezeiten für Nutzer eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, obwohl das Fahrzeug ein höheres Ladepotenzial hätte.
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Die
DE 10 2018 001 719 A1 offenbart einen Adapter zum elektrischen Verbinden einer Ladesäule mit einem Elektrofahrzeug, wobei der Adapter eine erste Schnittstelle aufweist zum Anschließen des Elektrofahrzeugs und eine zweite Schnittstelle aufweist zum Anschließen einer ersten Ladesäule. Der Adapter weist eine dritte Schnittstelle auf, an der eine zweite Ladesäule anschließbar ist. Darüber hinaus weist der Adapter eine Hochvolt-Verschaltung auf, welche die elektrische Spannung aus der ersten Ladesäule mit der elektrischen Spannung der zweiten Ladesäule zu einer Gesamtspannung an der ersten Schnittstelle koppelt.
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Die
DE 10 2019 206 150 A1 offenbart eine Ladeadaptervorrichtung zum Koppeln einer Ladeanschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung zum elektrischen Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs. Die Ladeadaptervorrichtung weist dabei 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 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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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ladeadaptervorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung zu schaffen.
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Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung mittels einer verbesserten Ladeadaptervorrichtung bereitzustellen.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Ladeadaptervorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung vorgeschlagen, wenigstens umfassend wenigstens eine erste Anschlusseinheit zum Koppeln mit einer Ladeanschlusseinrichtung des Fahrzeugs; eine oder mehrere zweite Anschlusseinheiten zum Koppeln mit wenigstens einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung. Die Ladeadaptervorrichtung ist derart ausgebildet, dass, wenn wenigstens eine fahrzeugexterne Ladeeinrichtung mit wenigstens einer zweiten Anschlusseinheit gekoppelt ist, an der wenigstens einen ersten Anschlusseinheit eine Ausgangsspannung und ein entsprechender elektrischer Ausgangsstrom bereitgestellt ist, wobei Ausgangsspannung und Ausgangsstrom im Wesentlichen fahrzeugspezifisch einstellbar sind.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ladeadaptervorrichtung kann ein elektrisch betreibbares Fahrzeug beispielsweise über mehrere fahrzeugexterne Ladeeinrichtungen wie beispielsweise Ladesäulen gleichzeitig mit einem Summenstrom geladen werden. Dabei ist die Ladeadaptervorrichtung als sogenannter Ladebooster ein fahrzeugunabhängiges externes Gerät, welches eine oder mehrere Anschlusseinheiten als Ladeeingänge aufweist. Die Ladeadaptervorrichtung kann die elektrische Energie gleichzeitig aus mehreren Ladeeinrichtungen beziehen und die bezogenen Ladeströme zu einem Summenstrom kombinieren. Die Ladeeinrichtungen können dabei Gleichstrom- und/oder Wechselstrom-Ladeeinrichtungen sein.
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Die Ladeadaptervorrichtung bietet auf der Ausgangsseite zum Fahrzeug den summierten Ladestrom an. Der Ladestrom kann vom Fahrzeug als Gleichstrom oder Wechselstrom bezogen werden.
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Die Ladeadaptervorrichtung kommuniziert dabei mit den Ladesäulen, als wäre sie ein Fahrzeug, während die Ladeadaptervorrichtung mit dem Fahrzeug kommuniziert, als wäre sie eine Ladesäule.
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Die Ladeadaptervorrichtung kann so als Ladebooster zum Einsatz kommen, welcher die Möglichkeit zur aktiven Wandlung der Energie hat. So kann beispielsweise die Spannungshöhe am Ausgang unabhängig von den Eingangsspannungen geregelt werden. Die Ladeadaptervorrichtung kann dabei als Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller arbeiten. Die Ladeadaptervorrichtung kann bei einer Gleichspannung am Eingang eine Gleichspannung am Ausgang liefern. Die Ladeadaptervorrichtung kann auch bei einer Wechselspannung am Eingang eine Wechselspannung am Ausgang liefern. Somit sind variable fahrzeugspezifische Spannungshöhen möglich. Zudem kann die Wandlung von beispielsweise Wechselstrom auf Gleichstrom erfolgen. Ebenso ist eine Wandlung von Gleichstrom auf Wechselstrom möglich. Die Spannungslage ist dabei unabhängig von der Spannungslage der Eingangsspannungen der Ladeeinrichtungen.
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Mit der vorgeschlagenen Ladeadaptervorrichtung kann bei Anschluss mehrerer fahrzeugexterner Ladeeinrichtungen eine Verkürzung der Ladezeit erreicht werden, ohne Veränderungen der Ladeinfrastruktur vornehmen zu müssen und ohne Veränderungen am Fahrzeug durchzuführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeadaptervorrichtung kann der Ausgangsstrom, wenn mehrere fahrzeugexterne Ladeeinrichtungen mit mehreren zweiten Anschlusseinheiten gekoppelt sind, höchstens einer Summe der einzelnen elektrischen Leistungen der mehreren fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen dividiert durch die Ausgangsspannung entsprechen. Die am Ausgang zur Verfügung stehende elektrische Leistung ist durch die elektrischen Leistungen der Ladeeinrichtungen begrenzt. So ergibt sich der maximale Ladestrom als Summe der einzelnen elektrischen Leistungen der mehreren fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen dividiert durch die Ausgangsspannung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeadaptervorrichtung können die eine oder mehreren zweiten Anschlusseinheiten als Gleichstrom- und/oder Wechselstrom-Anschlusseinheiten ausgebildet sein. Dadurch können fahrzeugexterne Ladeeinrichtungen angeschlossen werden, welche als Gleichstrom- und/oder Wechselstrom-Ladesäulen ausgebildet sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeadaptervorrichtung kann die erste Anschlusseinheit als Gleichstrom- oder Wechselstrom-Anschlusseinheit ausgebildet sein. Damit können die Fahrzeugerfordernisse flexibel abgebildet werden.
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Die Ladeadaptervorrichtung kann bei einer Gleichspannung am Eingang eine Gleichspannung am Ausgang liefern. Die Ladeadaptervorrichtung kann auch bei einer Wechselspannung am Eingang eine Wechselspannung am Ausgang liefern. Zudem kann die Wandlung von beispielsweise Wechselstrom auf Gleichstrom erfolgen. Ebenso ist eine Wandlung von Gleichstrom auf Wechselstrom möglich. Auch kann bei einer Gleichspannung an einem zweiten Eingang und einer Wechselspannung an einem anderen zweiten Eingang am Ausgang eine Gleichspannung oder Wechselspannung liefern. Somit kann die Ladeadaptervorrichtung als AC/DC-Wandler und/oder als DC/AC-Wandler arbeiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeadaptervorrichtung kann eine Ausgangsspannung der ersten Anschlusseinheit an eine Spannungslage des Fahrzeugs angepasst sein, unabhängig von Eingangsspannungen der wenigstens einen fahrzeugexternen Ladeeinrichtung und/oder unabhängig von einer Anzahl von mehreren fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeadaptervorrichtung dazu ausgebildet sein, eine Kommunikation zu der wenigstens einen fahrzeugexternen Ladeeinrichtung als Kommunikation eines Fahrzeugs durchzuführen. Die Ladeadaptervorrichtung verhält sich gegenüber der Ladeeinrichtung wie ein angeschlossenes Fahrzeug.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeadaptervorrichtung dazu ausgebildet sein, eine Kommunikation zu dem Fahrzeug als Kommunikation einer externen Ladeeinrichtung durchzuführen. Die Ladeadaptervorrichtung verhält sich gegenüber dem angeschlossenen Fahrzeug wie eine Ladeeinrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeadaptervorrichtung können die eine oder mehreren zweiten Anschlusseinheiten zum Koppeln von wenigstens einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung unterschiedlicher Spannungslage und/oder von Gleich- oder Wechselspannungen ausgebildet sein.
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Auf diese Weise kann die Ladeadaptervorrichtung als Ladebooster ausgebildet sein, welcher die Möglichkeit zur aktiven Wandlung der Energie hat. So kann beispielsweise die Spannungshöhe am Ausgang unabhängig von den Eingangsspannungen geregelt werden. Die Ladeadaptervorrichtung kann dabei als Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller arbeiten. Die Ladeadaptervorrichtung kann bei einer Gleichspannung am Eingang eine Gleichspannung am Ausgang liefern. Die Ladeadaptervorrichtung kann auch bei einer Wechselspannung am Eingang eine Wechselspannung am Ausgang liefern. Somit sind variable fahrzeugspezifische Spannungshöhen möglich. Zudem kann die Wandlung von beispielsweise Wechselstrom auf Gleichstrom erfolgen. Ebenso ist eine Wandlung von Gleichstrom auf Wechselstrom möglich. Die Spannungslage ist dabei unabhängig von der Spannungslage der Eingangsspannungen der Ladeeinrichtungen
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeadaptervorrichtung dazu ausgebildet sein, eine Anpassung des an der ersten Anschlusseinheit bereitgestellten Ausgangsstroms in Abhängigkeit des von der wenigstens einen fahrzeugexternen Ladeeinrichtung bereitgestellten Eingangsstroms bei einer Änderung der Anzahl an angeschlossenen fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen vorzunehmen. Die Ladeadaptervorrichtung kann so Ausgangsspannung und Ausgangsstrom abhängig von der Anzahl der angeschlossenen fahrzeugexternen Ladeeinrichtung und deren Spezifikation dynamisch regeln.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung mittels einer Ladeadaptervorrichtung, wenigstens umfassend die Schritte Koppeln einer ersten Anschlusseinheit mit einer Ladeanschlusseinrichtung des Fahrzeugs; Koppeln zumindest einer zweiten Anschlusseinheit mit wenigstens einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung; Bereitstellen wenigstens einer elektrischen Eingangsspannung und wenigstens eines Eingangsstroms durch die wenigstens eine fahrzeugexterne Ladeeinrichtung an die wenigstens eine zweite Anschlusseinheit; sowie Bereitstellen einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstroms an der ersten Anschlusseinheit, wobei Ausgangsspannung und Ausgangsstrom unabhängig von der wenigstens einen Eingangsspannung und des wenigstens einen Eingangsstroms fahrzeugspezifisch eingestellt werden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein elektrisch betreibbares Fahrzeug beispielsweise über mehrere fahrzeugexterne Ladeeinrichtungen wie beispielsweise Ladesäulen gleichzeitig mit einem Summenstrom geladen werden. Es können Fahrzeuge mit unterschiedlichen fahrzeugspezifischen Spannungshöhen geladen werden. Zudem kann die Wandlung von beispielsweise Wechselstrom auf Gleichstrom erfolgen. Ebenso ist eine Wandlung von Gleichstrom auf Wechselstrom möglich. Die Spannungslage ist dabei unabhängig von der Spannungslage der Eingangsspannungen der Ladeeinrichtungen.
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Nach dem vorgeschlagenen Verfahren kann bei Anschluss mehrerer fahrzeugexterner Ladeeinrichtungen eine Verkürzung der Ladezeit erreicht werden, ohne Veränderungen der Ladeinfrastruktur vornehmen zu müssen und ohne Veränderungen am Fahrzeug durchzuführen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Systemübersicht der Ladeadaptervorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zwei fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung mittels einer Ladeadaptervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Systemübersicht der Ladeadaptervorrichtung 10 zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 30 mit zwei fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Ladeadaptervorrichtung 10 umfasst eine erste Anschlusseinheit 12 zum Koppeln mit einer Ladeanschlusseinrichtung 32 des Fahrzeugs 30, sowie zwei zweite Anschlusseinheiten 14, 16 zum Koppeln mit den zwei fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22. Die Ladeadaptervorrichtung 10 ist derart ausgebildet, dass, wenn mehrere fahrzeugexterne Ladeeinrichtungen 20, 22 mit den mehreren zweiten Anschlusseinheiten 14, 16 gekoppelt sind, an der wenigstens einen ersten Anschlusseinheit 12 eine Ausgangsspannung und ein entsprechender elektrischer Ausgangsstrom 13 bereitgestellt ist. Dabei können Ausgangsspannung und Ausgangsstrom 13 im Wesentlichen fahrzeugspezifisch eingestellt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in 1 weist die Ladeadaptervorrichtung 10 zwei zweite Anschlusseinheiten 14, 16 auf, die mit zwei fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 gekoppelt sind. Es könnte optional jedoch auch nur eine einzige fahrzeugexterne Ladeeinrichtung 20 angeschlossen werden. Weiter könnte die Ladeadaptervorrichtung 10 optional auch mit nur einer zweiten Anschlusseinheit 14 ausgebildet sein. Alternativ könnte die Ladeadaptervorrichtung 10 auch weitere zweite Anschlusseinheiten 14, 16 aufweisen, an denen eine, zwei, drei oder mehr fahrzeugexterne Ladeeinrichtungen 20, 22 angeschlossen sein könnten.
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Die zwei fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 sind über Anschlusskabel 24, 26 mit den zweiten Anschlusseinheiten 14, 16 der Ladeadaptervorrichtung 10 verbunden und versorgen die Ladeadaptervorrichtung 10 mit jeweils einer Eingangsspannung und einem Eingangsstrom 15, 17.
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Die erste Anschlusseinheit 12 der Ladevorrichtung 10 ist mit dem Anschlusskabel 34 an die Anschlusseinrichtung 32 des Fahrzeugs 30 angeschlossen und versorgt darüber das Fahrzeug 30 mit Ausgangsspannung und Ausgangsstrom 13.
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Die an der Anschlusseinheit 12 zur Verfügung stehende elektrische Leistung ist durch die elektrischen Leistungen der fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 begrenzt. So ergibt sich der maximale Ladestrom 13 als Summe der einzelnen elektrischen Leistungen der Ladeeinrichtungen 20, 22 dividiert durch die Ausgangsspannung.
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Die zweiten Anschlusseinheiten 14, 16 der Ladeadaptervorrichtung 10 können als Gleichstrom- und/oder Wechselstrom-Anschlusseinheiten ausgebildet sein. Die erste Anschlusseinheit 12 kann ebenfalls als Gleichstrom- und/oder Wechselstrom-Anschlusseinheit ausgebildet sein. So sind die zweiten Anschlusseinheiten 14, 16 zum Koppeln von fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 unterschiedlicher Spannungslage und/oder von Gleich- und/oder Wechselspannungen ausgebildet.
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Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Ausgangsspannung der ersten Anschlusseinheit 12 an eine Spannungslage des Fahrzeugs 30 angepasst werden, unabhängig von Eingangsspannungen der mehreren fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 und/oder unabhängig von einer Anzahl der mehreren fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22.
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Die Ladeadaptervorrichtung 10 ist dabei auch dazu ausgebildet, eine Anpassung des an der ersten Anschlusseinheit 12 bereitgestellten Ausgangsstroms 13 in Abhängigkeit der von den fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 bereitgestellten Eingangsströme 15, 17 bei einer Änderung der Anzahl an fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 vorzunehmen.
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Die Ladeadaptervorrichtung 10 ist weiter dazu ausgebildet, eine Kommunikation zu den mehreren fahrzeugexternen Ladeeinrichtungen 20, 22 als Kommunikation eines Fahrzeugs durchzuführen, sowie eine Kommunikation zu dem Fahrzeug als Kommunikation einer externer Ladeeinrichtung 20, 22 durchzuführen.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit zumindest einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung 20, 22 mittels einer Ladeadaptervorrichtung 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Nach dem Verfahren wird in einem ersten Schritt S100 die erste Anschlusseinheit 12 mit der Ladeanschlusseinrichtung 32 des Fahrzeugs 30 gekoppelt.
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Sodann wird in einem nächsten Schritt S102 zumindest eine zweite Anschlusseinheit 14, 16 mit wenigstens einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung 20, 22 gekoppelt.
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Darüber stellt im folgenden Schritt S104 die wenigstens eine fahrzeugextern Ladeeinrichtung 20, 22 wenigstens eine elektrische Eingangsspannung und wenigstens einen Eingangsstrom 15, 17 an die wenigstens eine zweit Anschlusseinheit 14, 16 bereit.
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Im Schritt S106 werden durch die Ladeadaptervorrichtung 10 Ausgangsspannung und Ausgangsstrom 13 an der ersten Anschlusseinheit 12 bereitgestellt, wobei Ausgangsspannung und Ausgangsstrom 13 unabhängig von der wenigstens einen Eingangsspannung und dem wenigstens einen Eingangsstrom 15, 17 fahrzeugspezifisch eingestellt werden.
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In 2 ist lediglich ein Ausführungsbeispiel für einen Ladevorgang eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs dargestellt. Die Reihenfolge des Anschließens der ersten Anschlusseinheit 12 an das Fahrzeug 30 im Schritt S100 und des Anschließens der zumindest einen zweiten Anschlusseinheit 14, 16 an die wenigstens eine fahrzeugexterne Ladeeinrichtung 20, 22 im Schritt S102 kann auch vertauscht werden.
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So ist es auch möglich, dass nur eine einzige fahrzeugexterne Ladeeinrichtung 20 an eine zweite Anschlusseinheit 14 angeschlossen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ladeadaptervorrichtung
- 12
- erste Anschlusseinheit
- 13
- Ausgangsstrom
- 14
- zweite Anschlusseinheit
- 15
- Eingangsstrom
- 16
- zweite Anschlusseinheit
- 17
- Eingangsstrom
- 20
- fahrzeugexterne Ladeeinrichtung
- 22
- fahrzeugexterne Ladeeinrichtung
- 24
- Anschlusskabel
- 26
- Anschlusskabel
- 30
- Fahrzeug
- 32
- Ladeanschlusseinrichtung
- 34
- Anschlusskabel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018001719 A1 [0003]
- DE 102019206150 A1 [0004]
