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Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug.
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Die
DE 10 2010 045 160 A1 betrifft eine Steuereinrichtung für ein Ladekabel, umfassend eine erste Schnittstelle zur Verbindung der Steuereinrichtung mit einem Ladekabel und eine zweite Schnittstelle zur Verbindung der Steuereinrichtung mit einer Ladeeinrichtung, sowie ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs mittels eines Ladekabels. Dabei offenbart die
DE 10 2010 045 160 A1 eine Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug, mit einem Ladekabel, aufweisend einen an eine Ladequelle erster Art koppelbaren Netzstecker, sowie einem Verbindungsstück zur Kopplung des Netzsteckers an eine Ladequelle zweiter Art, wobei der Netzstecker und das Verbindungsstück ein Verbindungssystem bilden.
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Mit der
DE 10 2013 200 864 A1 wird ein Adapter zum Verbinden eines EV/PHEV-Ladesystems mit einer geerdeten Verlängerungsschnur bereitgestellt, die in eine herkömmliche NEMA-Steckdose gesteckt werden kann. Innerhalb des Adapters ist ein Näherungssensorschalter bereitgestellt. Ein pulsbreitenmoduliertes Signal wird durch die Steuerlogik begrenzt, um den Strom zu begrenzen, der dem Fahrzeugladesystem bereitgestellt wird, derart, dass der durch das System bezogene Strom nicht die Strombelastbarkeit der Verlängerungsschnur überschreitet. Der Adapter weist auf einer Seite einen NEMA-Stecker und auf einer anderen Seite eine J1772-Verbindersteckdose auf.
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Gemäß der
DE 10 2019 121 108 B3 wird eine Vorrichtung für die flexible elektrische Aufladung eines Akkumulators eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, mit einer Laderegeleinheit, an die verbraucherseitig ein Leistungssteckverbinder und netzseitig ein erstes Adapterelement angeschlossen ist, und einem an das erste Adapterelement anschließbaren zweiten Adapterelement, das mit einem Netzanschlussstecker fest verbunden ist, wobei zwischen dem ersten Adapterelement und der Laderegeleinheit eine erste Signalleitung vorgesehen ist, über die mindestens ein dem zweiten Adapterelement und/oder dem Netzanschlussstecker zugeordnetes Merkmal abfragbar ist.
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Die
DE 10 2010 053 072 A1 betrifft eine Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einem Ladekabel eines Kraftwagens, welche eine Satellitenvorrichtung und ein Verbindungskabel umfasst, wobei das Verbindungskabel an seinem einen Ende mit der Satellitenvorrichtung elektrisch verbunden ist und an seinem anderen Ende mit der Ladestation verbindbar ist und wobei die Satellitenvorrichtung ein Steckverbindungselement umfasst, welches mit dem Ladekabel steckverbindbar ist, und eine Schaltungsanordnung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, Daten betreffend eine Eigenschaft des Ladekabels zu ermitteln. Zudem wird ein Verfahren zum Begrenzen eines maximalen elektrischen Stroms durch eine solche Verbindungsvorrichtung vorgestellt.
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Die
DE 10 2010 053 074 A1 betrifft eine Ladekabelvorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einem Kraftwagen, welche ein erstes Ladekabel mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement am anderen Ende sowie ein zweites Ladekabel mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement am anderen Ende umfasst, wobei das erste Steckverbindungselement des ersten Ladekabels mit der Ladestation steckverbindbar ist, das zweite Steckverbindungselement des ersten Ladekabels mit dem ersten Steckverbindungselement des zweiten Ladekabels steckverbindbar ist, und das zweite Steckverbindungselement des zweiten Ladekabels mit dem Kraftwagen steckverbindbar ist, und wobei das erste und das zweite Ladekabel je zumindest ein elektrisches Widerstandsbauelement umfassen, dessen elektrischer Widerstand mit einer maximalen elektrischen Stromtragfähigkeit des jeweiligen Ladekabels korreliert. Auch mit der
DE 10 2010 053 074 A1 wird ein Verfahren zum Begrenzen eines maximalen elektrischen Stroms durch eine solche Ladekabelvorrichtung vorgestellt.
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Mit der
DE 10 2013 007 330 A1 werden ein Wechselstecker sowie ein Teilesatz zum länderübergreifenden elektrischen Laden eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Der Wechselstecker umfasst eine kabelseitige Aufnahme, eine infrastrukturseitige Aufnahme, ein Gehäuse sowie eine im Gehäuse angeordnete Steuereinrichtung zur Überprüfung und/oder Sicherstellung eines ordnungsgemäßen Ladebetriebs. Dabei sind die kabelseitige und die infrastrukturseitige Aufnahme zur Kontaktierung des Wechselsteckers am Gehäuse angeordnet.
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Eine Ladestation für Elektromobile gemäß der
DE 20 2015 104 720 U1 weist ein Gehäuse mit mindestens einer daran anschließbaren Netzleitung mit einem Merkmal, welches der Art der Netzleitung zugeordnet ist, auf. Die Ladestation umfasst weiter: einen Netzleitungs-Steckverbinder zum elektrischen Verbinden mit der Netzleitung mit dem Merkmal, wobei der Netzleitungs-Steckverbinder Mittel zum Erkennen des Merkmals aufweist wobei der Netzleitungs-Steckverbinder unmittelbar am Gehäuse befestigt ist; einen Elektromobil-Steckverbinder zum elektrischen Verbinden mit einem Ladekabel zur elektrischen Aufladung eines Akkus eines Elektromobils oder mit einem dauerhaft mit der Ladestation verbundenen Ladekabel; und Mitteln zur Ladesteuerung welche die elektrische Ladung des Akkus eines über ein Ladekabel angeschlossenen Elektromobils steuern kann.
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Als Alternative zu Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor gewinnen Elektrofahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Neben Fahrzeugen, die ihre Energie aus Brennstoffzellen beziehen, sind vor allem Elektrofahrzeuge verbreitet, die eine wiederaufladbare Batterie (bzw. normalerweise eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien bzw. Batteriepacks) aufweisen. Zur Aufladung wird das Elektrofahrzeug über ein Kabel mit einer Ladequelle verbunden, wobei unterschiedliche Lademodi mit entsprechend unterschiedlichen Kabeln möglich sind. So wurden im internationalen Standard IEC 61851 vier verschiedene Lademodi definiert, die oftmals als Mode-1 bis Mode-4 (bzw. Ladebetriebsart 1 bis 4) bezeichnet werden. Während bei Mode-1 das Kabel ausschließlich zur Energieübertragung (sowie normalerweise zur Erdung) dient, verfügt das Kabel bei Mode-2 über eine Signalisierungseinrichtung (Widerstandscodierung), die der fahrzeugseitigen Ladeelektronik die Strombegrenzung der Ladequelle vorgibt. Bei Mode-3 ist zusätzlich eine beiderseitige Kommunikation zwischen Ladequelle und Fahrzeug über das Ladekabel möglich. Mode-4 ist für Gleichstromladeverfahren vorgesehen, bei denen ebenfalls eine zweiseitige Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladequelle stattfindet.
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Während Mode-1 kaum verwendet wird, haben derzeit - neben dem hinsichtlich der realisierbaren Ladeleistung vorteilhaften Mode-4 - vor allem Mode-2 und Mode-3 wirtschaftliche Bedeutung. Öffentliche Ladestationen bzw. Ladesäulen, bei denen das Ladekabel auch fest mit der Ladequelle verbunden sein kann, verwenden Mode-3 (und/oder Mode-4), während Mode-2 bspw. das Laden des Elektrofahrzeugs über einen haushaltsüblichen Anschluss, bspw. nach UK- oder CEE-Standard, ermöglicht. Fahrzeugseitig weist das Ladekabel in jedem Fall einen Stecker auf, der für Mode-3 ausgelegt ist und zusätzlich zu den Kontakten für Energieübertragung und Erdung zwei Kontakte zur Signalübertragung aufweist. Dabei handelt es sich zum einen um den sogenannten Steuerkontakt (CP; Control Pilot) sowie zum anderen um den Annäherungskontakt (PP; Proximity Pilot). Während der CP zur beiderseitigen Kommunikation zwischen Ladequelle und Fahrzeug gemäß Mode-3 oder Mode 2 (bei Mode-2 wird der CP von einer In-Cable-Control-Box generiert, was unten noch erläutert wird) dient, dient der PP zur Signalisierung der Strombegrenzung des Ladekabels und zur Signalisierung des Vorhandenseins bzw. der Unterbrechung einer ordnungsgemäßen Ladeverbindung (z.B. bei Öffnen eines Verriegelungshebels), und ist mit der oben erwähnten Signalisierungsvorrichtung verbunden. In Europa ist gemäß dem Standard EN 62196 der sogenannte Typ-2-Stecker (Mennekes-Stecker) gebräuchlich, der zusätzlich zu den Signalübertragungs-Kontakten drei Kontakte für Außenleiter, einen Kontakt für den Neutralleiter sowie einen Kontakt für den Schutzleiter aufweist. In anderen Ländern wie bspw. den USA ist hingegen der sogenannte Typ-1-Stecker gebräuchlich, der lediglich einen Kontakt für einen Außenleiter, einen Kontakt für den Neutralleiter sowie einen Kontakt für den Schutzleiter aufweist. In jedem Fall kann ladequellenseitig ein Stecker vorgesehen sein, der entweder ebenfalls für Mode-3 oder aber lediglich für Mode-2 ausgelegt ist.
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Um ein Laden an unterschiedlichen Infrastrukturen zu ermöglichen, sind Elektrofahrzeuge normalerweise mit (wenigstens) zwei unterschiedlichen Ladekabeln ausgestattet, einem Mode-2-Ladekabel sowie einem Mode-3-Ladekabel. Dies ist allerdings mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Zum einen beansprucht die Aufbewahrung von zwei Ladekabeln viel Platz im Kofferraum. Auch ist eine Ausstattung des Fahrzeugs mit zwei Ladekabeln mit erheblichen Kosten verbunden. Schließlich sind sich weniger erfahrene Benutzer oft im Unklaren, welches Ladekabel sie bei einer bestimmten Ladeinfrastruktur verwenden müssen. Im Hinblick auf ein Mode-2-Laden ist zu beachten, dass das Fahrzeug an einen haushaltsüblichen Anschluss angeschlossen wird, welcher naturgemäß kein CP-Signal für die Kommunikation mit dem Fahrzeug erzeugen kann. Die Erzeugung des CP-Signals, wie auch die Prüfung der elektrischen Sicherheit des quellenseitigen Anschlusses, übernimmt eine innerhalb des Kabels angeordnete Steuerbox (ICCB; In-Cable Control Box). Diese Steuerbox macht das Mode-2-Ladekabel noch schwerer und sperriger. Beim Mode-3-Laden wird das CP-Signal von der quellenseitigen Ladestation erzeugt und von dem Mode-3-Ladekabel zum Fahrzeug durchgeleitet. Daher benötigen Mode-3-Ladekabel keine Steuerbox.
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Es existieren auch Ladekabel auf dem Markt, die sowohl für Mode-2 als auch Mode-3 ausgelegt sind. Innerhalb des Kabels ist eine Steuerbox (ICCB) angeordnet, die die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation ermöglicht. Das Kabel weist an einem Ende einen Typ-2-Stecker auf sowie am anderen Ende einen speziellen Stecker von herstellereigenem Typ. An diesen können wiederum unterschiedliche Adapterkabel angeschlossen werden, die einerseits einen passenden (herstellereigenen) Stecker aufweisen sowie andererseits einen Stecker, der an die vor Ort vorhandene Ladestation bzw. Stromquelle angepasst ist. Die Steuerbox erkennt die Art der Stromquelle und steuert den Ladevorgang gemäß Mode-2 oder Mode-3. Im Falle von Mode-3 schaltet die Steuerbox das von der quellenseitigen Ladestation kommende CP-Signal zum Fahrzeug durch und verhält sich ansonsten normalerweise passiv. Unabhängig von der Infrastruktur, also der vor Ort gegebenen Stromquelle, ist bei dieser Lösung ein Adapterkabel notwendig, wobei für jede Art von Stromquelle ein eigenes Adapterkabel benötigt wird, welches für den Bedarfsfall im Fahrzeug mitgeführt werden muss. Dementsprechend ist auch hier ein erheblicher Platzbedarf für das eigentliche Ladekabel und die Adapterkabel zu berücksichtigen und das gesamte System ist vergleichsweise teuer.
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Die
WO 2020 / 073 138 A1 offenbart ein System zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs. Dieses umfasst ein Kabel mit einem Stecker zum Verbinden mit einer Stromversorgung und einem Verbinder zum Verbinden mit dem Elektrofahrzeug, wobei das Kabel einen ersten und einen zweiten Leiter aufweist, die in der Lage sind, auf Anforderung sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom zu leiten. Weiterhin ist ein Erfassungssystem zum Erkennen eines Stromtyps vorgesehen. Zusätzlich zu dem Erfassungssystem kann ein Mechanismus vorgesehen sein, der es einem Wechselstrom- oder Gleichstromadapter ermöglicht, sich mit dem Verbinder gemäß dem Typ des Stroms zu verbinden. Alternativ können ein erster Schalter in dem Stecker und ein zweiter Schalter in dem Verbinder vorgesehen sein sowie eine Steuereinheit, um den ersten und den zweiten Schalter gemäß der Art des Stroms zu steuern und den Strom zu stoppen, wenn die Art des Stroms für das Elektrofahrzeug nicht akzeptabel ist. Als dritte Alternative kann eine Steuereinheit so konfiguriert sein, dass sie einen Schalter steuert, um den Strom anzuhalten, wenn die Art des Stroms für das Elektrofahrzeug nicht akzeptabel ist.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung von effizienten Mitteln zur Verbindung eines Elektrofahrzeugs mit verschiedenen Arten von Ladequellen durchaus noch Raum für Verbesserungen. Wünschenswert wäre insbesondere eine platz- und gewichtssparende Lösung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Mittel zur Verbindung eines Elektrofahrzeugs mit unterschiedlichen Ladequellen zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Aufgezeigt wird eine Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug, mit einem Ladekabel, aufweisend einen an eine Ladequelle erster Art koppelbaren Netzstecker, sowie einem Verbindungsstück zur Kopplung des Netzsteckers an eine Ladequelle zweiter Art, wobei der Netzstecker und das Verbindungsstück ein Verbindungssystem bilden, das dazu eingerichtet ist, ein selbst erzeugtes Proximity-Pilot-Signal und ein von der jeweils angekoppelten Ladequelle stammendes Control-Pilot-Signal über das Ladekabel zum Elektrofahrzeug zu übertragen und bei Fehlen eines Control-Pilot-Signals von der Ladequelle dieses selbst zu erzeugen, wobei der Netzstecker einen ersten Kodierwiderstand aufweist und das Verbindungsstück einen zweiten Kodierwiderstand aufweist, wobei das Verbindungssystem dazu eingerichtet ist, bei verbundenem Verbindungsstück das Proximity-Pilot-Signal mit dem zweiten Kodierwiderstand zu erzeugen und bei nicht-verbundenem Verbindungsstück mit dem ersten Kodierwiderstand zu erzeugen und wobei eine Steuereinheit im Verbindungsstück angeordnet ist, welche Steuereinheit mit einem Verbindungsstückkontakt verbunden ist, der einem Control-Pilot-Signalleiter zugeordnet ist, wobei die Steuereinheit bei fehlendem Control-Pilot-Signal von der Ladequelle dieses selbst erzeugt und über das Ladekabel an das Elektrofahrzeug überträgt, und wobei eine im Netzstecker angeordnete Sekundäreinheit dazu eingerichtet ist, bei verbundenem Verbindungsstück das Ladekabel mit dem zweiten Kodierwiderstand zu verbinden und bei nicht-verbundenem Verbindungsstück das Ladekabel mit dem ersten Kodierwiderstand zu verbinden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Ladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug zur Verfügung gestellt. Bei dem Elektrofahrzeug handelt sich normalerweise um einen Straßenfahrzeug, bspw. einen PKW oder LKW oder ein elektrisch angetriebenes Zweirad. In diesem Sinne bezieht sich der Begriff „Elektrofahrzeug“ sowohl auf rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge als auch auf Plug-in-Hybridfahrzeuge. In jedem Fall weist das Elektrofahrzeug einen Elektromotor auf, der über wenigstens eine fahrzeugeigene Batterie betreibbar ist.
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Die Ladevorrichtung weist, wie erwähnt, ein Ladekabel auf, welches einen an eine Ladequelle erster Art koppelbaren Netzstecker aufweist, sowie ein Verbindungsstück zur Kopplung des Netzsteckers an eine Ladequelle zweiter Art. Das Ladekabel sowie das Verbindungsstück dienen der Verbindung des Elektrofahrzeugs mit einer Ladequelle, bspw. einer Ladestation oder allgemein einer Energiequelle, die zum Aufladen des Elektrofahrzeugs verwendbar ist. Dabei soll die Bezeichnung „Ladequelle“ nicht ausschließen, dass zeitweise Energie vom Elektrofahrzeug in die Ladequelle eingespeist wird. Normalerweise erfolgt allerdings ein Energiefluss von der Ladequelle zum Elektrofahrzeug. Um die Verbindung auf Seiten der Ladequelle herzustellen, weist das Ladekabel einen Netzstecker auf, der an eine Ladequelle erster Art, also an einen ersten Ladequellentyp, koppelbar (d. h. direkt koppelbar) ist. Genauer gesagt bedeutet dies, dass der Netzstecker dazu ausgebildet ist, an eine Ladebuchse der Ladequelle erster Art gekoppelt zu werden. Hier und im Folgenden wird der Begriff „koppeln“ gleichbedeutend verwendet mit „verbinden“, insbesondere „lösbar verbinden“. Der Netzstecker ist seinerseits in aller Regel ein integraler Bestandteil des Ladekabels, d.h. er ist fest bzw. nicht-lösbar mit einer flexiblen Leitung des Ladekabels verbunden.
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Es versteht sich, dass der Netzstecker eine Mehrzahl elektrischer Kontakte aufweist, die mit zugehörigen Leitern innerhalb des Ladekabels elektrisch verbunden sind. Insbesondere sind zur Durchführung des Ladevorgangs wenigstens ein Außenleiter und ein Neutralleiter notwendig, sowie aus Sicherheitsgründen zusätzlich ein Schutzleiter. Die einzelnen Leiter sind selbstverständlich voneinander elektrisch isoliert und normalerweise insgesamt von einer zusätzlichen Isolierung umgeben, die elektrischen und mechanischen Schutz bei gleichzeitiger Flexibilität einer Leitung des Kabels ermöglicht. Auf Seiten der Ladequelle bzw. der dort vorhandenen Ladebuchse sind entsprechende elektrische Kontakte ausgebildet, mit denen eine elektrische Verbindung hergestellt wird, wenn der Netzstecker an die Ladequelle gekoppelt wird. Insbesondere kann es sich bei der Ladequelle erster Art um eine Ladestation handeln, die bspw. nach dem Standard EN 62196 für Typ-2-Stecker ausgelegt ist. Der Netzstecker ist dann ein entsprechender Typ-2-Stecker. Insbesondere kann die Ladequelle erster Art für Mode-3 entsprechend dem internationalen Standard IEC 61851 ausgelegt sein.
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Während der Netzstecker mit der Ladequelle erster Art direkt koppelbar ist, ist er über das Verbindungsstück indirekt mit einer Ladequelle zweiter Art koppelbar. Dementsprechend ist das Verbindungsstück dazu ausgebildet, einerseits mit dem Netzstecker gekoppelt zu werden sowie andererseits mit der Ladequelle zweiter Art. D. h. das Verbindungsstück weist auf Seiten der Ladequelle eine Form sowie elektrische Kontakte auf, die eine Kopplung an eine Ladebuchse der Ladequelle zweiten Typs ermöglichen. Es ist dabei bevorzugt, dass das Verbindungsstück starr ausgebildet ist, also seinerseits kein Kabel aufweist. Entsprechend kann die Bauform des Verbindungsstücks sehr kompakt sein. Es kann bspw. ein durchgehend starres Gehäuse aufweisen, an welchem einerseits elektrische Kontakte zur Verbindung mit der Ladequelle sowie andererseits elektrische Kontakte zur Verbindung mit dem Netzstecker angeordnet sind.
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Dabei bilden der Netzstecker und das Verbindungsstück ein Verbindungssystem, man könnte auch sagen, ein Kopplungssystem oder Steckersystem. Das Verbindungssystem ist dazu eingerichtet, ein selbst erzeugtes Proximity-Pilot-Signal und ein von der jeweils angekoppelten Ladequelle stammendes Control-Pilot-Signal über das Ladekabel zum Elektrofahrzeug zu übertragen und bei Fehlen eines Control-Pilot-Signals von der Ladequelle dieses selbst zu erzeugen. Wie im Weiteren noch ausgeführt wird, werden das Proximity-Pilot-Signal einerseits und das Control-Pilot-Signal andererseits vom Elektrofahrzeug über getrennte elektrische Kontakte empfangen bzw. abgefragt und innerhalb des Ladekabels über elektrisch getrennte Leiter innerhalb des Ladekabels übertragen. Das Verbindungssystem ist dazu eingerichtet, die beiden genannten Signale zum Elektrofahrzeug zu übertragen, wobei das Control-Pilot-Signal von der angekoppelten Ladequelle stammt, während das Proximity-Pilot-Signal vom Verbindungssystem selbst erzeugt wird. D. h. in einem Zustand, in dem der Netzstecker entweder direkt an eine Ladequelle (erster Art) gekoppelt ist oder aber über das zwischengeordnete Verbindungsstück an eine Ladequelle (zweiter Art) gekoppelt ist, werden die beiden Signale von dem Verbindungssystem an das Elektrofahrzeug übertragen. Im Falle einer Ladequelle erster Art erfolgt die Übertragung natürlich allein durch den Netzstecker, während das nicht-angekoppelte Verbindungsstück nicht beteiligt ist. Die Signale werden über das Ladekabel, genauer gesagt über die im Ladekabel angeordneten Leiter, an das Elektrofahrzeug übertragen.
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Das Proximity-Pilot-Signal bzw. PP-Signal, welches auch als Anwesenheitssignal oder Näherungssignal bezeichnet werden kann, wird vom Verbindungssystem selbst erzeugt bzw. bereitgestellt. Durch das Proximity-Pilot-Signal kann seitens des Elektrofahrzeugs zum einen die Verbindung mit der Ladequelle als solche festgestellt werden, zum anderen sind normalerweise zusätzliche Informationen über die Charakteristika der Ladequelle und/oder des Ladekabels aus dem Proximity-Pilot-Signal ableitbar, bspw. die maximal zulässige Stromstärke. Zusätzlich ist es möglich, dass das Proximity-Pilot-Signal durch die Ladequelle abgefragt wird bzw. an diese übertragen wird. Bspw. kann das Proximity-Pilot-Signal auf der Messung eines Widerstands beruhen, der zwischen einem Proximity-Pilot-Signalleiter, über welchen das Proximity-Pilot-Signal übertragen wird, und dem Schutzleiter geschaltet ist. Das Control-Pilot-Signal bzw. CP-Signal, welches auch als Steuersignal oder Pilotkontaktsignal bezeichnet werden kann, dient zur wenigstens einseitigen Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug. Bspw. kann hier ein moduliertes (insbesondere pulsweitenmoduliertes) Signal übertragen werden, aus welchem der maximal mögliche Strom der Ladequelle ableitbar ist. Das entsprechende Signal kann seitens des Elektrofahrzeugs empfangen und der Ladevorgang entsprechend optimiert werden. Andererseits kann das Control-Pilot-Signal auch genutzt werden, um den Zustand des Elektrofahrzeugs abzufragen, also ob es ladebereit, voll aufgeladen, etc. ist. Sofern das Control-Pilot-Signal von der angekoppelten Ladequelle bereitgestellt wird, wird es durch das Verbindungssystem über das Ladekabel an das Elektrofahrzeug übertragen, d.h. das Control-Pilot-Signal wird in diesem Fall von dem Verbindungssystem lediglich übermittelt oder „weitergereicht“. Wenn das Control-Pilot-Signal allerdings nicht von der Ladequelle bereitgestellt wird, ist das Verbindungssystem dazu eingerichtet, sowohl das Proximity-Pilot-Signal als auch das Control-Pilot-Signal selbst zu erzeugen und an das Elektrofahrzeug zu übertragen. Somit können beide Signale vom Elektrofahrzeug empfangen werden, unabhängig davon, ob das Control-Pilot-Signal von der Ladequelle bereitgestellt wird oder nicht.
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Somit kann durch die erfindungsgemäße Ladevorrichtung ein effizientes Aufladen des Elektrofahrzeugs durchgeführt werden, wobei unterschiedliche Arten von Ladequellen genutzt werden können. Insbesondere ist zu beachten, dass das Ladekabel mit dem Netzstecker für sich genommen direkt an eine Ladequelle erster Art angeschlossen werden kann. D. h., in diesem Fall ist das Verbindungsstück unnötig. Der Benutzer muss lediglich ein Kabel mit integriertem Netzstecker an die Ladequelle anschließen. Lediglich bei einer Ladequelle zweiter Art wird das Verbindungsstück eingesetzt, indem es mit dem Netzstecker verbunden wird und anschließend das gesamte Verbindungssystem mit der Ladequelle verbunden wird. Dabei sorgt die Ladevorrichtung nicht nur für den eigentlichen Energietransfer, sondern stellt auch die erforderlichen Signale, nämlich das Proximity-Pilot-Signal sowie das Control-Pilot-Signal, zur Verfügung, selbst wenn das Control-Pilot-Signal durch die Ladequelle nicht bereitgestellt wird. Bei der Ladequelle erster Art kann es sich bspw. um eine Ladequelle handeln, die das Control-Pilot-Signal bereitstellt, während die Ladequelle zweiter Art unter Umständen lediglich für Energietransfer eingerichtet ist und somit kein Control-Pilot-Signal bereitstellt. Bspw. könnte die Ladequelle zweiter Art eine einfache Haushaltssteckdose sein.
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Wenngleich hier von einem Verbindungsstück sowie einer Ladequelle zweiter Art die Rede ist, sollte klar sein, dass die Ladevorrichtung mehrere unterschiedliche Verbindungsstücke aufweisen könnte, die alternativ mit dem Netzstecker gekoppelt werden können, um einen Anschluss an Ladequellen unterschiedlicher Art zu ermöglichen.
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Im Rahmen der Erfindung wäre es denkbar, dass das Ladekabel fest mit dem Elektrofahrzeug verbunden ist, wobei es während des Normalbetriebs des Elektrofahrzeugs bspw. platzsparend aufgerollt oder zusammengelegt sein könnte. Alternativ hierzu weist das Ladekabel an einem dem Netzstecker gegenüberliegenden Ende einen mit einer Ladebuchse des Elektrofahrzeugs koppelbaren Fahrzeugstecker auf. D.h., das Ladekabel kann sowohl vom Elektrofahrzeug als auch von der Ladequelle getrennt werden und wird nur für einen Ladevorgang mittels des Netzsteckers (ggf. über das Verbindungsstück) mit der Ladequelle verbunden sowie mittels des Fahrzeugsteckers mit dem Elektrofahrzeug, bzw. mit der Ladebuchse desselben. Diese Ausführungsform erleichtert normalerweise die platzsparende Unterbringung des Ladekabels, bspw. in einem Kofferraum eines PKWs, und ermöglicht zudem, dass die erfindungsgemäße Ladevorrichtung als separat erhältliches Zubehör bei unterschiedlichen Elektrofahrzeugen eingesetzt werden kann. In aller Regel weist der Fahrzeugstecker die gleiche Anzahl an elektrischen Kontakten auf wie der Netzstecker.
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Wie bereits erwähnt, weist der Netzstecker eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten auf. Normalerweise ist jeweils ein Kontakt einem Proximity-Pilot-Signalleiter, einem Control-Pilot-Signalleiter, wenigstens einem Außenleiter, einem Neutralleiter sowie einem Schutzleiter im Ladekabel zugeordnet. Dabei handelt es sich bei dem jeweiligen Außenleiter um einen Leiter, der während des Ladevorgangs Spannung führt. Je nach Ausführungsform können bspw. ein, zwei oder drei Außenleiter vorgesehen sein. Bei einem Typ-2-Stecker sind drei Außenleiter vorhanden. Der Proximity-Pilot-Signalleiter dient selbstverständlich zur Übertragung des Proximity-Pilot-Signals, während der Control-Pilot-Signalleiter zur Übertragung des Control-Pilot-Signals dient.
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In aller Regel ist das Ladekabel fahrzeugseitig des Netzsteckers durchgehend passiv ausgebildet. D. h., dieser Teil des Ladekabels, der insbesondere die oben erwähnten Leiter enthält, dient lediglich zur passiven Übertragung von Energie bzw. Signalen. Dies steht im Gegensatz zu im Stand der Technik bekannten Ladekabel, bei denen innerhalb des Kabels eine Steuerbox (ICCB; In-Cable Control Box) angeordnet ist, die die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation ermöglicht. Eine entsprechende Steuerbox ist beim Ladekabel der erfindungsgemäßen Ladeanordnung unnötig, wodurch sich die Handhabbarkeit des Ladekabels deutlich verbessert. Außerdem kann das Gewicht des Ladekabels insgesamt reduziert werden, da eine ICCB aufgrund ihrer Position innerhalb des Kabels oftmals besonders stabil und daher schwer ausgestaltet sein muss, um bspw. einen Schutz gegen unabsichtliches Überfahren zu bieten.
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Das Verbindungssystem weist eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, bei fehlendem Control-Pilot-Signal von der Ladequelle das Control-Pilot-Signal zu erzeugen. Die Steuereinheit kann einen oder mehrere integrierte Schaltkreise aufweisen und kann teilweise softwaremäßig implementiert sein. Sie ist normalerweise mit dem Control-Pilot-Signalleiter (bzw. mit einem zugehörigen Kontakt) verbunden und kann auf diese Weise feststellen, ob von Seiten der Ladequelle ein Control-Pilot-Signal zur Verfügung gestellt wird. Im Falle einer Ladestation, die für Mode-3 ausgelegt ist, wird die Steuereinheit feststellen, dass das Control-Pilot-Signal extern bereitgestellt wird und kann insoweit inaktiv bleiben. Sie kann bspw. dafür sorgen, dass das entsprechende Control-Pilot-Signal lediglich über das Ladekabel an das Elektrofahrzeug weitergeleitet wird. Stellt die Steuereinheit allerdings fest, dass kein Control-Pilot-Signal seitens der Ladequelle bereitgestellt wird, bspw. im Falle einer Schuko-Steckdose, erzeugt sie ihrerseits ein Control-Pilot-Signal, welches vom Elektrofahrzeug empfangen werden kann. Man könnte sagen, dass die Steuereinheit in diesem Fall für die Ladequelle die Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug übernimmt. Optional ist aber auch möglich, dass die Steuereinheit ihrerseits ein Control-Pilot-Signal vom Elektrofahrzeug empfängt. Ebenfalls ist es möglich, dass die Steuereinheit durch die Beeinflussung des Control-Pilot-Signals am Elektrofahrzeug Informationen über den Zustand des Elektrofahrzeugs erhält. Bspw. kann das Elektrofahrzeug das Control-Pilot-Signal je nach Zustand an unterschiedliche Widerstände anlegen, so dass die Steuereinheit durch Detektion des Widerstands Rückschlüsse auf den Zustand des Elektrofahrzeugs ziehen kann.
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Zusätzlich kann die Steuereinheit verschiedene Sicherheitsüberprüfungen ausführen, bspw. solche, die im Stand der Technik von einer ICCB ausgeführt werden. Hierzu gehören insbesondere RCD-Funktionen (Residual Current Device), d.h. die Steuereinheit kann als Fehlerstrom-Schutzeinrichtung fungieren. Die Steuereinheit könnte auch Prüfungen zur elektrischen Sicherheit durchführen, bspw. ob ein Schutzleiter angeschlossen ist.
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Vorteilhaft weist das Verbindungssystem wenigstens einen Kodierwiderstand auf und ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Kodierwiderstand zur Erzeugung des Proximity-Pilot-Signals über das Ladekabel mit dem Elektrofahrzeug zu verbinden. Der Kodierwiderstand ist in diesem Fall einen (ohmscher) Widerstand, dessen Wert so gewählt ist, dass hieraus Informationen über die Ladevorrichtung und/oder die Ladequelle ableitbar sind, insbesondere über die maximal zulässige Stromstärke für den Ladevorgang. Bspw. kann der Kodierwiderstand entsprechend des Standards IEC 61851-1 ausgewählt sein, wonach 1500 Ω einem Ladestrom von 13 A entsprechen, 680 Ω einem Ladestrom von 20 A, 220 Ω einem Ladestrom von 32 A sowie 100 Ω einem Ladestrom von 63 A. Da dieser Standard keine niedrigere Begrenzung als 13 A vorsieht, kann eine weitergehende Begrenzung über das Control-Pilot-Signal signalisiert werden. Dies kann beispielsweise je nach landesspezifischer Auslegung eines Hausanschlusses sinnvoll sein.
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Wie bereits oben erwähnt, weist der Netzstecker einen ersten Kodierwiderstand aufweisen und das Verbindungsstück einen zweiten Kodierwiderstand auf, wobei das Verbindungssystem dazu eingerichtet ist, bei verbundenem Verbindungsstück das Proximity-Pilot-Signal mit dem zweiten Kodierwiderstand zu erzeugen und bei nicht-verbundenem Verbindungsstück mit dem ersten Kodierwiderstand zu erzeugen. D. h. in diesem Fall sind zwei Kodierwiderstände vorgesehen, wobei ein erster Kodierwiderstand im Netzstecker angeordnet ist und ein zweiter Kodierwiderstand im Verbindungsstück. Ist das Verbindungsstück zwischen dem Netzstecker und der Ladequelle zwischengeordnet, erzeugt das Verbindungssystem das Proximity-Pilot-Signal mittels des zweiten Kodierwiderstands. Der zweite Kodierwiderstand kann dabei mit einem elektrischen Kontakt des Verbindungsstücks verbunden sein, der in angekoppeltem Zustand mit einem Kontakt des Netzsteckers verbunden ist, der wiederum mit dem Proximity-Pilot-Signalleiter verbunden oder zumindest verbindbar ist. Ist der Netzstecker direkt an die Ladequelle angeschlossen, so wird das Proximity-Pilot-Signal mittels des ersten Kodierwiderstands erzeugt, der im Netzstecker integriert ist. Dabei kann das Proximity-Pilot-Signal auch an einem Steckerkontakt des Netzsteckers bereitgestellt werden, der mit einem entsprechenden Kontakt einer Ladequelle erster Art verbindbar ist, z.B. mit einem Stationskontakt einer Ladestation. Durch diese Verbindung kann auch die Ladequelle erster Art das Proximity-Pilot-Signal abfragen bzw. empfangen.
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Wie zudem oben erwähnt, ist die Steuereinheit im Verbindungsstück angeordnet, wobei eine im Netzstecker angeordnete Sekundäreinheit dazu eingerichtet ist, bei verbundenem Verbindungsstück das Ladekabel mit dem zweiten Kodierwiderstand zu verbinden und bei nicht-verbundenem Verbindungsstück das Ladekabel mit dem ersten Kodierwiderstand zu verbinden. Bei der Sekundäreinheit (die auch als sekundäre oder zweite Steuereinheit bezeichnet werden kann), kann es sich bspw. um einen Mikrocontroller handeln. Wenn das Verbindungsstück an den Netzstecker angekoppelt ist, verbindet die Sekundäreinheit den zweiten Kodierwiderstand mit dem Ladekabel, genauer gesagt mit dem o.g. Proximity-Pilot-Signalleiter. Ist der Netzstecker direkt an die Ladequelle angeschlossen, verbindet die Sekundäreinheit den ersten Kodierwiderstand mit dem Ladekabel. Bei dieser Ausführungsform kann der Netzstecker vergleichsweise einfach und kostengünstig ausgestaltet sein, da die Sekundäreinheit normalerweise deutlich einfacher ausgestaltet ist als die im Verbindungsstück angeordnete Steuereinheit.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Steuereinheit im Netzstecker angeordnet. In diesem Fall kann wiederum das jeweilige Verbindungsstück vergleichsweise kostengünstig ausgestaltet sein. Insbesondere ist es hierbei möglich, dass die Steuereinheit auch die Funktionen übernimmt, die bei der oben beschriebenen Ausführungsform von der Sekundäreinheit übernommen werden. D. h. bei dieser Ausführungsform verbindet die Steuereinheit entweder den ersten Kodierwiderstand oder den zweiten Kodierwiderstand mit dem Ladekabel.
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Bei der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung ist der Netzstecker direkt an eine Ladequelle erster Art koppelbar. Da das Verbindungsstück seinerseits an den Netzstecker koppelbar ist, bestünde unter Umständen die Gefahr, dass das Verbindungsstück mit anderen, nicht-erfindungsgemäßen Netzsteckern kombiniert wird, die ihrerseits an eine Ladequelle erster Art koppelbar sind. Um dies zu verhindern, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Netzstecker und das Verbindungsstück von der Ladequelle elektrisch isolierte Eingriffsstrukturen aufweisen, die so aufeinander abgestimmt sind, dass der Netzstecker und das Verbindungsstück durch Ineinandergreifen der Eingriffsstrukturen aneinander koppelbar sind. Die Eingriffsstrukturen sind von der Ladequelle elektrisch isoliert, d. h. sie haben keinerlei elektrische Funktion wie die elektrischen Kontakte. Bspw. können die Eingriffsstrukturen an einem nicht leitenden Gehäuse des Verbindungsstücks bzw. des Netzsteckers ausgebildet sein. Die Eingriffsstrukturen sind aufeinander abgestimmt, bspw. komplementär zueinander ausgebildet, so dass der Netzstecker und das Verbindungsstück durch ein Ineinandergreifen der Eingriffsstrukturen aneinander koppelbar sind. Anders ausgedrückt, beim Koppeln von Netzstecker und Verbindungsstück greifen die Eingriffsstrukturen ineinander. Um einerseits das Ankoppeln des Netzsteckers an die Ladequelle erster Art nicht zu behindern und um andererseits zuverlässig zu verhindern, dass das Verbindungsstück an einen nicht-erfindungsgemäßen Netzstecker angekoppelt wird, ist normalerweise vorgesehen, dass das Verbindungsstück wenigstens eine männliche bzw. vorspringende Eingriffsstruktur aufweist und der Netzstecker wenigstens eine weibliche bzw. zurückreichende Eingriffsstruktur. Die verbindungsstückseitige Eingriffsstruktur kann bspw. ein vorspringender Stift sein, während die steckerseitige Eingriffsstruktur eine Ausnehmung ist, in welcher der Stift aufgenommen werden kann.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs sowie eines ersten Ladekabels gemäß dem Stand der Technik; und
- 2 zeigt eine schematische Darstellung des Elektrofahrzeugs, einer Ladestation sowie eines zweiten Ladekabels gemäß dem Stand der Technik.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
- 3 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs sowie eines ersten Ladekabels einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung des Elektrofahrzeugs, des Ladekabels aus 3 sowie einer Ladestation;
- 5 eine schematische Darstellung des Elektrofahrzeugs, des Ladekabels aus 3 sowie eines ersten Verbindungsstücks;
- 6 eine schematische Darstellung des Elektrofahrzeugs sowie eines zweiten Ladekabels einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
- 7 eine schematische Darstellung des Elektrofahrzeugs, des Ladekabels aus 6 sowie einer Ladestation;
- 8 eine schematische Darstellung des Elektrofahrzeugs, des Ladekabels aus 6 sowie eines zweiten, erfindungsgemäßen Verbindungsstücks; sowie
- 9 eine schematische Darstellung des Elektrofahrzeugs, des Ladekabels aus 6 sowie eines dritten Verbindungsstücks.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs 50, in diesem Fall eines PKWs, mit einem ersten Ladekabel 60 gemäß dem Stand der Technik. Das Ladekabel 60 ist in diesem Fall für einen Mode-2-Ladevorgang ausgelegt. Es weist eine flexible Leitung 61 auf, an welcher fahrzeugseitig ein Fahrzeugstecker 62 angeordnet ist. In diesem Fall handelt es sich um einen Stecker vom Typ 1, wobei sich das Funktionsprinzip des Ladekabels 60 selbstverständlich auch auf einen Stecker vom Typ 2 übertragen lässt. Innerhalb des Ladekabels 60 sind insgesamt fünf Leiter 14-16, 19, 20 vorgesehen, die zu entsprechenden Kontakten im Fahrzeugstecker 62 führen. An einem dem Fahrzeugstecker 62 gegenüberliegenden Ende weist das Ladekabel 60 einen Netzstecker 63 auf, der bspw. vom Typ NEMA-5 sein könnte. Der Netzstecker 63 ist zum Anschluss an eine Haushaltssteckdose ausgebildet und ist somit an einen Außenleiter 16, einen Neutralleiter 19 sowie einen Schutzleiter 20 innerhalb des Ladekabels 60 angeschlossen.
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Innerhalb der flexiblen und selbstverständlich nach außen elektrisch isolierten Leitung 61 des Ladekabels 60 ist eine Steuerbox 64 angeordnet, die ein starres und mechanisch robustes Gehäuse 65 aufweist. Der Schutzleiter 20, der Neutralleiter 19 sowie der Außenleiter 16 sind im Wesentlichen durch die Steuerbox 64 hindurch geführt, wobei sie allerdings durch Schalter innerhalb einer Schaltereinheit 12 unterbrochen werden können. Die Schaltereinheit 12 wird von einer Steuereinheit 11 (die in der Regel einen oder mehrere integrierte Schaltkreise aufweist) angesteuert. Die Steuereinheit 11 führt verschiedene Sicherheitsüberprüfungen durch und kann insbesondere auch als Fehlerstrom-Schutzeinrichtung fungieren. Des Weiteren ist die Steuereinheit 11 allerdings auch mit einem Control-Pilot-Signalleiter 15 sowie einem Proximity-Pilot-Signalleiter 14 verbunden, welche innerhalb des Ladekabels 61 bis zum Fahrzeugstecker 62 weitergeführt sind. Über den Control-Pilot-Signalleiter 15 stellt die Steuereinheit 11 ein Control-Pilot-Signal (CP-Signal) für das Elektrofahrzeug 50 bereit. Bspw. kann die Steuereinheit 11 mittels des Control-Pilot-Signals den aktuellen Zustand des Elektrofahrzeugs 50 abfragen, z.B. ob dieses, also dessen Energiespeicher zum Aufladen bereit ist, bereits voll aufgeladen ist oder dergleichen. Gleichzeitig stellt die Steuereinheit 11 über den Proximity-Pilot-Signalleiter 14 ein Proximity-Pilot-Signal (PP-Signal) zur Verfügung. Hierzu kann die Steuereinheit 11 mit einem (hier nicht dargestellten) Kodierwiderstand verbunden sein, aus dessen Wert sich ein maximal möglicher Ladestrom ableiten lässt. Auf Seiten des Elektrofahrzeugs 50 sind der Control-Pilot-Signalleiter 15 und der Proximity-Pilot-Signalleiter 14 mit einer Ladesteuereinheit 53 verbunden, die das Proximity-Pilot-Signal abfragt und das Control-Pilot-Signal empfängt. Die Ladesteuereinheit 53 steuert außerdem ein Ladegerät 52 (welches u.a. den über das Ladekabel 60 übertragenen Wechselstrom umtransformiert und gleichrichtet) sowie eine Batterie 54 des Elektrofahrzeugs 50 an.
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Sofern die Sicherheitsüberprüfungen erfolgreich abgeschlossen wurden und eine Ladebereitschaft des Elektrofahrzeugs 50 erkannt wurde, schaltet die Steuereinheit 11 mittels der Schaltereinheit 12 die Leiter 16-18 durch und der Ladevorgang kann beginnen.
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2 zeigt das Elektrofahrzeug 50 aus 1 mit einem zweiten Ladekabel 70, welches an eine Ladestation 40 angeschlossen ist. Die Ladestation 40 ist in diesem Fall für einen Mode-3-Ladevorgang ausgelegt sowie für Stecker vom Typ 1. Es versteht sich, dass sich die nachfolgende Beschreibung ohne weiteres auch auf Stecker vom Typ 2 übertragen lässt. Das Ladekabel 70, welches als Mode-3-Kabel ausgebildet ist, weist wiederum fahrzeugseitig einen Fahrzeugstecker 72 auf sowie an einem gegenüberliegenden Ende einen Netzstecker 73, der allerdings in diesem Fall nicht nur an den Außenleiter 16, den Neutralleiter 19 und den Schutzleiter 20 angeschlossen ist, sondern ebenfalls an den Proximity-Pilot-Signalleiter 14 und den Control-Pilot-Signalleiter 15. Eine flexible Leitung 71 des Ladekabels 70 ist zwischen dem Netzstecker 73 und dem Fahrzeugstecker 72 rein passiv ausgebildet. D. h. die darin angeordneten Leiter 14-16, 19, 20 dienen ausschließlich zur Energieübertragung bzw. Weiterleitung von Signalen. Nachdem das Ladekabel 70 beiderseits angeschlossen wurde, kommuniziert die Ladestation 40 über das Ladekabel 70 direkt mit dem Elektrofahrzeug 50, d.h. das Control-Pilot-Signal wird direkt von der Ladestation 40 bereitgestellt. Das Proximity-Pilot-Signal wird über einen nicht dargestellten Kodierwiderstand innerhalb eines der Stecker 72, 73 erzeugt. Es kann sowohl vom Elektrofahrzeug 50 als auch von der Ladestation 40 abgefragt werden, um den maximal möglichen Ladestrom zu ermitteln, für den das Ladekabel 70 ausgelegt ist.
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Je nachdem, ob das Elektrofahrzeug 50 mittels einer Ladestation 40 oder einer Haushaltsteckdose geladen werden soll, muss der Benutzer entweder das in 1 gezeigten erste Ladekabel 60 oder das in 2 gezeigte zweite Ladekabel 70 verwenden. Um für beide Situationen vorbereitet zu sein, müssen also beide Ladekabel 60, 70 im Elektrofahrzeug 50 mitgeführt werden, was erheblichen Stauraum einnimmt und zudem das Gesamtgewicht des Elektrofahrzeugs 50 unnötig erhöht. Um bspw. einen Schutz gegen versehentliches Überfahren zu bieten, muss das Gehäuse 65 der Steuerbox 64 in der Regel sehr stabil und daher schwer ausgebildet sein, wodurch sich das Gewicht weiter erhöht.
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Die genannten, aber auch weitere Probleme werden durch die erfindungsgemäße Ladevorrichtung 1 gelöst, die nachfolgend mit Bezug auf 3 bis 9 erläutert wird. Dabei beziehen sich 3 bis 5 auf eine erste Ausführungsform.
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Erkennbar ist in 3 wiederum ein Elektrofahrzeug 50, welches sich nur insofern von dem in 1 und 2 dargestellten Elektrofahrzeug 50 unterscheidet, als in diesem Fall drei Außenleiter 16-18 vorgesehen sind. An die Fahrzeugbuchse 51 ist in 3 ein Fahrzeugstecker 7 eines Ladekabels 5 angeschlossen, welches Teil der Ladevorrichtung 1 ist. Das Ladekabel 5 weist eine flexible Leitung 6 auf, in welcher der Proximity-Pilot-Signalleiter 14, der Control-Pilot-Signalleiter 15, die Außenleiter 16 - 18, der Neutralleiter 19 sowie der Schutzleiter 20 elektrisch isoliert geführt sind. Dabei ist die flexible Leitung 6 rein passiv ausgebildet, d. h. es erfolgt hier lediglich eine elektrische Leitung bzw. Signalleitung.
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An einem dem Fahrzeugstecker 7 gegenüberliegenden Ende weist das Ladekabel 5 einen Netzstecker 8 auf, der Teil eines Verbindungssystems 2 ist. Der Netzstecker 8, der in diesem Ausführungsbeispiel wie der Fahrzeugstecker 7 ein Typ-2-Stecker ist, weist eine Mehrzahl von Steckerkontakten 21 auf, die den Leitern 14-20 zugeordnet (und entsprechend mit PP, CP, L1-L3, N und PE bezeichnet) sind. Der Control-Pilot-Signalleiter 15, die Außenleiter 16-18, der Neutralleiter 19, sowie der Schutzleiter 20 können wiederum mittels einer Schaltereinheit 12 wahlweise unterbrochen oder durchgeschaltet werden, je nachdem wie die Schaltereinheit 12 von einer Steuereinheit 11 angesteuert wird. Der dem Proximity-Pilot-Signalleiter 14 zugeordnete Kontakt (mit PP gekennzeichnet) ist mit der Steuereinheit 11 verbunden, die ihrerseits mit dem Proximity-Pilot-Signalleiter 14 innerhalb des Ladekabels 5 verbunden ist. Außerdem ist die Steuereinheit 11 mit dem Control-Pilot-Signalleiter 15 verbunden. Die genannten Komponenten sind insgesamt innerhalb eines starren Gehäuses 9 des Netzsteckers 8 gekapselt und somit elektrisch isoliert sowie mechanisch geschützt. Das Gehäuse 9 weist benachbart zu den genannten Kontakten eine Ausnehmung 10 auf, deren Funktion nachfolgend noch erläutert wird.
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4 zeigt eine Situation, in welcher das Ladekabel 5 mittels des Netzsteckers 8 an eine Ladestation 40 angeschlossen ist, die Stationskontakte 41 aufweist, die im Wesentlichen komplementär zu den Steckerkontakten 21 des Netzsteckers 8 sind. Dabei stellt die Ladestation 40 über den zugehörigen Kontakt selbst ein Control-Pilot-Signal zur Verfügung. Dies wird von der Steuereinheit 11 erkannt, die entsprechend den Control-Pilot-Signalleiter 15 mittels der Schaltereinheit 12 durchschaltet, so dass das Control-Pilot-Signal über das Ladekabel 5 zum Elektrofahrzeug 50 übertragen wird. D. h., das seitens der Ladestation 40 bereitgestellte Control-Pilot-Signal wird durch das Ladekabel 5 gewissermaßen weitergereicht, ohne (nennenswert) modifiziert zu werden. Entsprechend werden auch die Außenleiter 16-18, der Neutralleiter 19 sowie der Schutzleiter 20 durchgeschaltet, sofern Sicherheitsüberprüfungen erfolgreich sind, welche die Steuereinheit 11 ähnlich wie mit Bezug auf 1 beschrieben durchführt.
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Die Steuereinheit 11 erzeugt ein Proximity-Pilot-Signal selbst. Hierzu verbindet sie den Proximity-Pilot-Signalleiter 14 mit einem ersten Kodierwiderstand 13, dessen Wert somit von Seiten des Elektrofahrzeugs 50 abgefragt werden kann, um einen maximal möglichen Ladestrom zu ermitteln. Insgesamt findet unmittelbar vor bzw. während des Ladevorgangs somit überwiegend eine direkte Kommunikation zwischen der Ladestation 40 und dem Elektrofahrzeug 50 statt, wobei das Ladekabel 5 nur zur Verbindung dient. Allerdings wird das Proximity-Pilot-Signal von der Ladevorrichtung 1 erzeugt, genauer gesagt vom Netzstecker 8. Dieses kann zum einen wie beschrieben vom Elektrofahrzeug 50 abgefragt werden. Zum anderen kann die Ladestation 40 das Proximity-Pilot-Signal über einen Stationskontakt 41 abfragen, der einem Steckerkontakt 21 zugeordnet ist, welcher ebenfalls mit dem Kodierwiderstand 13 verbunden ist.
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5 zeigt eine Situation, in welcher das Elektrofahrzeug 50 mit einer Haussteckdose, bspw. für Schuko-Stecker, verbunden werden soll. In diesem Fall wird ein Verbindungsstück 30, das ebenfalls Teil des Verbindungssystems 2 ist, mit dem Netzstecker 8 verbunden. Hierzu weist das Verbindungsstück 30 steckerseitige Verbindungsstückkontakte 33 auf, die an die Steckerkontakte 21 des Netzsteckers 8 gekoppelt werden können, sowie netzseitige Verbindungsstückkontakte 34, die denen eines Schuko-Steckers entsprechen. Das Verbindungsstück 30 ist in einem im Wesentlichen starren Gehäuse 31 gekapselt und sehr kompakt und leicht ausgebildet. Es weist intern leitende Verbindungen zwischen den netzseitigen Verbindungsstückkontakten 34 sowie den steckerseitigen Verbindungsstückkontakten 33 auf, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der Steckdose und dem Schutzleiter 20, dem Neutralleiter 19 sowie einem der Außenleiter 16 hergestellt werden kann. Außerdem weist das Verbindungsstück 30 einen zweiten Kodierwiderstand 35 auf, der zwischen dem Schutzleiter 20 und dem Kontakt 33 verbunden ist, der auf Seiten des Netzsteckers 8 dem Proximity-Pilot-Signalleiter 14 zugeordnet ist. Wenn das Verbindungsstück 30, wie in 5 dargestellt, mit dem Netzstecker 8 verbunden und mit der Steckdose verbunden ist, stellt die Steuereinheit 11 die Anwesenheit des zweiten Kodierwiderstand 35 fest und nutzt diesen zur Bereitstellung des Proximity-Pilot-Signals, indem sie unter Ausschluss des ersten Kodierwiderstand 13 den zweiten Kodierwiderstand 35 mit dem Proximity-Pilot-Signalleiter 14 verbindet. Weiterhin stellt die Steuereinheit 11 fest, dass von Seiten der als Ladequelle genutzten Steckdose kein Control-Pilot-Signal bereitgestellt wird. Entsprechend unterbricht sie mittels der Schaltereinheit 12 den Control-Pilot-Signalleiter 15 und erzeugt das Control-Pilot-Signal selbst. Mittels des Control-Pilot-Signals kann die Steuereinheit 11 bspw. den Status des Elektrofahrzeugs 50 abfragen.
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Um mit der Ladestation 40 kompatibel zu sein, unterscheidet sich der Netzstecker 8 hinsichtlich der Ausgestaltung und Konfiguration der Steckerkontakte 21 nicht von einem im Stand der Technik bekannten Stecker (in diesem Beispiel einem Mennekes-Stecker). Um zu verhindern, dass das Verbindungsstück 30 versehentlich oder vorsätzlich mit einem solchen Stecker kombiniert wird, weist der Netzstecker 8 die oben erwähnte Ausnehmung 10 und das Verbindungsstück 30 einen Stift 32 als miteinander korrespondierende Eingriffsstrukturen auf. Position und Größe des Stifts 32 sind an die der Ausnehmung 10 angepasst, so dass er in die Ausnehmung 10 eingeführt werden kann, wenn das Verbindungsstück 30 an den Netzstecker 8 gekoppelt wird. Andererseits verhindert der vorspringende bzw. männliche Stift 32, dass das Verbindungsstück an einen handelsüblichen Mennekes-Stecker gekoppelt wird. Die Kopplung des Netzsteckers 8 an die Ladestation 40 wird hingegen durch die Ausnehmung 10 nicht behindert.
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6 zeigt das Elektrofahrzeug 50 sowie ein erfindungsgemäßes Ladekabel 5, das hinsichtlich seiner flexiblen Leitung 6 sowie seines Fahrzeugsteckers 7 mit dem in 3 bis 5 gezeigten Ladekabel 5 identisch ist und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Der Netzstecker 8 des gezeigten Ladekabels 5 ist in diesem Fall allerdings einfacher ausgestaltet. So sind der Control-Pilot-Signalleiter 15, die Außenleiter 16-18, der Neutralleiter 19 sowie der Schutzleiter 20 innerhalb des Netzsteckers 8 fest verdrahtet und permanent durchgeschaltet. Statt der komplizierteren Schaltereinheit 12 ist eine einfachere Schaltereinheit 23 vorgesehen, die den Proximity-Pilot-Signalleiter 14 entweder mit einem zugeordneten Kontakt 21 (gekennzeichnet mit PP) oder mit einem ersten Kodierwiderstand 13 verbinden kann. Außerdem ist statt der Steuereinheit 11 eine deutlich einfacher ausgestaltete Sekundäreinheit 22 vorgesehen, die bspw. als Mikrocontroller ausgebildet sein kann. Diese ist einerseits mit dem erwähnten Kontakt sowie andererseits mit der Schaltereinheit 23 verbunden. Wenn die Sekundäreinheit 22 feststellt, dass ein Proximity-Pilot-Signal am (mit PP gekennzeichneten) Kontakt 21 bereitgestellt wird, schaltet sie dieses mittels der Schaltereinheit 23 einfach durch, so dass es an das Elektrofahrzeug 50 weitergegeben wird. Fehlt ein entsprechendes Proximity-Pilot-Signal, verbindet die Sekundäreinheit 22 den ersten Kodierwiderstand 13 mit dem Proximity-Pilot-Signalleiter 14. Eine entsprechende Situation ist in 7 dargestellt, in welcher das Elektrofahrzeug 50 über das Ladekabel 5 mit einer Ladestation 40 verbunden ist, die kein Proximity-Pilot-Signal bereitstellt. Ähnlich wie mit Bezug auf 4 beschrieben, wird das Proximity-Pilot-Signal somit innerhalb des Netzsteckers 8 erzeugt, der wiederum Teil eines Verbindungssystems 2 ist. Auch hier kann die Ladestation 40 das Proximity-Pilot-Signal über einen Stationskontakt 41 abfragen, der dem o.g. Steckerkontakt 21 zugeordnet ist. Hinsichtlich des Control-Pilot-Signalleiters 15, der Außenleiter 16-18, des Neutralleiters 19 sowie des Schutzleiters 20 stellt das Ladekabel 5 lediglich eine passive Verbindung zwischen der Ladestation 40 und dem Elektrofahrzeug 50 her.
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8 zeigt ähnlich 5 eine Situation, in welcher das Elektrofahrzeug 50 mit einer Haussteckdose, bspw. für Schuko-Stecker, verbunden werden soll. Wiederum wird ein Verbindungsstück 30, das ebenfalls Teil des Verbindungssystems 2 ist, mit dem Netzstecker 8 verbunden. Soweit das Verbindungsstück 30 dem in 5 gezeigten Verbindungsstück entspricht, wird es nicht nochmals erläutert. Ein wesentlicher Unterschied besteht allerdings darin, dass das erfindungsgemäße Verbindungsstück 30 in diesem Fall eine Steuereinheit 36 sowie eine Schaltereinheit 37 aufweist, die in Aufbau und Funktion der Steuereinheit 11 sowie der Schaltereinheit 12 ähneln, die mit Bezug auf 3 bis 5 beschrieben wurden. Zum einen kann die Steuereinheit mittels der Schaltereinheit 37 einen Außenleiter 16, den Neutralleiter 19 sowie den Schutzleiter 20 wahlweise unterbrechen oder durchschalten. Auch kann die Steuereinheit 36 wie oben beschrieben eine Sicherheitsüberprüfung durchführen. Schließlich ist sie mit einem Verbindungsstückkontakt 34 verbunden, der dem Control-Pilot-Signalleiter 15 zugeordnet ist. Da die Schuko-Steckdose kein Control-Pilot-Signal bereitstellt, wird dieses von der Steuereinheit 36 selbst erzeugt und über das Netzkabel 6 an das Elektrofahrzeug 50 übertragen. Wie bereits geschildert, fungiert der Netzstecker 8 diesbezüglich als rein passives Übertragungselement. Schließlich ist der zweite Kodierwiderstand 35 mit einem Verbindungsstückkontakt 34 verbunden, der dem Proximity-Pilot-Signalleiter 14 zugeordnet ist. Wenn das Verbindungsstück 30 mit dem Netzstecker 8 verbunden ist, erkennt die Sekundäreinheit 22 das Vorhandensein des zweiten Kodierwiderstands 35 und verbindet diesen mit dem Proximity-Pilot-Signalleiter 14, wobei der erste Kodierwiderstand 13 ungenutzt bleibt. Über den jeweiligen Kodierwiderstand 13, 35 kann das Elektrofahrzeug 50 Informationen über den maximal möglichen Ladestrom erhalten. Dieser wird zum einen durch das Ladekabel 5 begrenzt. Wenn das Ladekabel 5 über das Verbindungsstück 30 an eine Ladequelle zweiter Art angeschlossen ist, kann u.U. ein seitens der Ladequelle möglicher maximaler Ladestrom geringer sein als der seitens des Ladekabels 5 mögliche Ladestrom. Dies kann dem Elektrofahrzeug 50 durch Einsatz des zweiten Kodierwiderstands 35 signalisiert werden. Da z.B. der Standard IEC 61851-1 keine niedrigere Begrenzung als 13 A vorsieht, muss eine weitergehende Begrenzung über das Control-Pilot-Signal signalisiert werden, sofern dies notwendig ist. Dies kann beispielsweise je nach landesspezifischer Auslegung eines Hausanschlusses sinnvoll sein. Die Steuereinheit 36, die an den entsprechenden Hausanschluss angepasst ist, kann ein geeignetes Control-Pilot-Signal erzeugen, das z.B. einen maximalen Ladestrom von 8 A signalisiert. Das Elektrofahrzeug 50 erkennt in diesem Fall aus dem Proximity-Pilot-Sigal eine Grenze von 13 A und aus dem Control-Pilot-Signal eine Grenze von 8 A und orientiert sich an der niedrigeren Grenze.
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Um mit der Ladestation 40 kompatibel zu sein, unterscheidet sich der Netzstecker 8 hinsichtlich der Ausgestaltung und Konfiguration der Steckerkontakte 21 nicht von einem im Stand der Technik bekannten Stecker (in diesem Beispiel einem Mennekes-Stecker). Um zu verhindern, dass das Verbindungsstück 30 versehentlich oder vorsätzlich mit einem solchen Stecker kombiniert wird, weist der Netzstecker 8 die oben erwähnte Ausnehmung 10 und das Verbindungsstück 30 einen Stift 32 als miteinander korrespondierende Eingriffsstrukturen auf. Position und Größe des Stifts 32 sind an die der Ausnehmung 10 angepasst, so dass er in die Ausnehmung 10 eingeführt werden kann, wenn das Verbindungsstück 30 an den Netzstecker 8 gekoppelt wird. Andererseits verhindert der vorspringende bzw. männliche Stift 32, dass das Verbindungsstück an einen handelsüblichen Mennekes-Stecker gekoppelt wird. Die Kopplung des Netzsteckers 8 an die Ladestation 40 wird hingegen durch die Ausnehmung 10 nicht behindert.
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9 zeigt eine ähnliche Situation wie 8, wobei in diesem Fall der Anschluss an eine Steckdose nach dem CEE-Standard vorgesehen ist, welche drei Außenleiter 16-18 bereitstellt. Entsprechend wird hier ein leicht verändertes Verbindungsstück 30 eingesetzt, mit einer Schaltereinheit 37, die Schalter für die genannten drei Außenleiter 16-18 aufweist.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Ladevorrichtung
- 2
- Verbindungssystem
- 5, 60, 70
- Ladekabel
- 6, 61, 71
- Leitung
- 7, 62, 72
- Fahrzeugstecker
- 8, 63, 73
- Netzstecker
- 9,31,65
- Gehäuse
- 10
- Ausnehmung
- 11, 36
- Steuereinheit
- 12, 23, 37
- Schalterinheit
- 13, 35
- Kodierwiderstand
- 14
- Proximity-Pilot-Signalleiter
- 15
- Control-Pilot-Signalleiter
- 16-18
- Außenleiter
- 19
- Neutralleiter
- 20
- Schutzleiter
- 21
- Steckerkontakt
- 22
- Sekundäreinheit
- 30
- Verbindungsstück
- 32
- Stift
- 33, 34
- Verbindungsstückkontakt
- 40
- Ladestation
- 41
- Stationskontakt
- 50
- Elektrofahrzeug
- 51
- Ladebuchse
- 52
- Ladegerät
- 53
- Ladesteuereinheit
- 54
- Batterie
- 64
- Steuerbox
