DE102021117089A1

DE102021117089A1 - Ladekabel, Ladestation, Ladesystem und Verfahren zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie

Info

Publication number: DE102021117089A1
Application number: DE102021117089.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Finsinger
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2023-01-05
Also published as: WO2023275344A3; WO2023275344A2; EP4363262A2; CN117715787A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladekabel (2), eine Ladestation (3) und ein Ladesystem (1) sowie ein Verfahren zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation (3) an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, beispielsweise zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges (4), mittels eines mit der Ladestation (3) und der Traktionsbatterie verbundenen Ladekabels (2), wobei während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im Ladekabel (2) auftretende Verluste mittels kabelspezifischer Daten unter Einbeziehung von im Ladekabel (2) ermittelten und übertragenen Temperaturwerte jeder der Ladestromleitungen (20) des Ladekabels (2) berechnet werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladekabel, eine Ladestation und ein Ladesystem sowie ein Verfahren zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, beispielsweise zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges.
Stand der Technik
Der Anteil von reinen Elektrofahrzeugen und Elektrohybridfahrzeugen, im Folgenden der Einfachheit halber als „Elektrofahrzeuge“ bezeichnet, wächst kontinuierlich an. Entsprechend wächst auch die Notwendigkeit, geeignete Ladesysteme für die Übertragung elektrischer Energie von einer Ladestation an eine wiederaufladbare Traktionsbatterie eines solchen Elektrofahrzeuges bereitzustellen. Neue Ladestationen und Ladekabel sind daher entsprechend Gegenstand der aktuellen Forschung und Entwicklung.
Zur Energieübertragung zum Aufladen muss das Elektrofahrzeug, genauer gesagt die Traktionsbatterie, mit der Ladestation verbunden werden. In der Regel geschieht dies durch Verwendung eines entsprechend ausgebildeten Ladekabels.
Hinsichtlich der zum Laden der Traktionsbatterie verwendeten Energiemenge und deren Ermittlung ist zwischen privaten Ladestationen und kommerziellen Ladestationen zu unterscheiden. Private Ladestationen sind in der Regel einem bestimmten Nutzer zugeordnet. Beispielsweise kann eine private Ladestation in einer privaten Garage eines Nutzers eines Elektrofahrzeugs angebracht sein. Die zum Laden der Traktionsbatterie des privaten Nutzers mit seiner privaten Ladestation verbrauchte Energie kann einfach dadurch ermittelt werden, dass zwischen Stromnetz und Ladestation ein entsprechendes Messgerät geschaltet wird, oder alternativ das bereits für den Haushalt des Nutzers vorliegende Messgerät verwendet wird.
Anders gestaltet es sich bei kommerziellen Ladestationen, bei welchen ein Betreiber der Ladestation Nutzern von Elektrofahrzeugen gegen Gebühr das Aufladen ihrer Elektrofahrzeuge an der Ladestation des Betreibers zur Verfügung stellt. Bei derartigen kommerziellen Ladeverfahren möchte der Nutzer des Elektrofahrzeugs, mithin der Kunde des Betreibers, nur für die Energiemenge bezahlen, welche auch tatsächlich zum Laden seines Fahrzeugs, insbesondere seiner Traktionsbatterie, verwendet wurde, ohne dass dabei Energieverluste, die beispielsweise innerhalb der Ladestation oder im Ladekabel entstehen, berechnet werden. Bei kleinen Ladeströmen mag es möglich sein, die im Ladekabel entstehenden Verluste zu vernachlässigen. Bei größeren Strömen oder bei engen Toleranzen für die Ermittlung muss der entstehende Messfehler durch die Verluste in der Ladeleitung für die Energieberechnung jedoch beachtet werden.
Hierzu kann die seitens des Kunden zum Laden abgegriffene Energie am Entnahmepunkt gemessen werden. Dies geschieht in der Regel im fahrzeugseitigen Stecker des Ladekabels, mithin dem Ladestecker am Kabelende der Ladesäule, wenn das Kabel fest mit der Ladestation verbunden ist. Um die abgegebene Energie genau bestimmen zu können, ist entsprechend der Strom und die Spannung am Übergabepunkt zu ermitteln. Die Spannung ist hierbei am fahrzeugseitigen Steckverbinder beziehungsweise am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels zu ermitteln. Dies kann beispielsweise über eine sogenannte Vierdrahtmessung beziehungsweise Vierleitermessung erfolgen. Bei dieser Messung werden die Spannungen am fahrzeugseitigen Stecker beziehungsweise Kabelende erfasst, wobei die Anzahl der zu erfassenden Spannungen abhängig ist von der Art des Kabels und der damit einhergehenden Leistungsübertragung, etwa ob die Energie via Gleichstrom oder Wechselstrom übertragen wird und mit wie vielen Phasen. Alternativ kann die Spannung an den Kabelklemmen der Ladestation, mithin dem ladestationsseitigen Ende des Ladekabels, erfasst werden, wobei dann zur Ermittlung der durch das Elektrofahrzeug abgegriffenen Energie die Verluste im Ladekabel von der an der Ladestation mittels der Spannung an den Kabelklemmen und dem gemessenen Strom ermittelbaren Energie abzuziehen sind. Die Verluste im Kabel beziehungsweise die Kabelverluste können berechnet werden, wenn die hierfür relevanten Kabelparameter bekannt sind.
Zur Ermittlung der Spannung am fahrzeugseitigen Stecker des Ladekabels ist bei der Vierdrahtmessung jedoch im Ladekabel eine separate Sensleitungseinheit, welche sich in der Regel aus einem Aderpaar zusammensetzt, erforderlich. Beim Laden mittels Gleichstrom ist hierfür eine Sensleitungseinheit ausreichend. Wird zum Laden hingegen Wechselstrom verwendet, muss mindestens für jede Phase eine eigene Sensleitungseinheit bereitgestellt werden. Bei drei Phasen sind dies entsprechend drei Sensleitungseinheiten. Im Ladekabel müssten mithin sechs zusätzliche Adern beziehungsweise Drähte allein für die Messung vorgesehen werden. In derzeit gängigen handelsüblichen Ladekabeln sind derartige Sensleitungen in der Regel nicht vorgesehen. Entsprechend fehlt es auch an derartigen Anschlüssen in den Steckern des Ladekabels. Zudem steigt die Komplexität des Aufbaus des Ladekabels mit steigender Phasenanzahl, was sich unter anderem bei der Installation (mehr Leitungen sind anzuschließen) und den Kabelkosten (mehr Leitungen im Kabel) bemerkbar macht.
Eine weitere Möglichkeit, die Verluste im Ladekabel zu ermitteln, ist die Berechnung beziehungsweise Schätzung der Verluste über die hierzu erforderlichen Kabelparameter, insbesondere des Kabelwiderstandes, welcher sich wiederum aus der Länge der Leitung, dem spezifischen elektrischen Widerstand der Leitung und der Querschnittsfläche der Leiter ergibt. Die Kabelparameter müssen dann jedoch zwingend bekannt sein. Ferner muss der jeweiligen Ladestation ein eindeutig definiertes Kabel eindeutig und dauerhaft zugeordnet sein, da bei jedem Wechsel des Ladekabels auch die dem Ladekabel immanenten Kabelparameter andere sind.
Entsprechend ist es erforderlich, dass die Ladestation, beziehungsweise deren Energiemessgerät, zum Berechnen der Kabelverluste die Kabelparameter speichern muss. Entsprechend kann die Ladestation, beziehungsweise deren Energiemessgerät, dann mit keinem anderen Kabel verwendet werden, da dies die abrechnungsrelevanten Daten beeinflussen würde.
Bei Eingabe der Kabelparameter in die Ladestation während der Fertigung muss entsprechend sichergestellt werden, dass das definierte Kabel auch wirklich am Aufstellort der Ladestation verwendet wird. Oftmals geht dies mit behördlichen Vorgaben, insbesondere mit das Eichrecht betreffenden behördlichen Vorgaben, einher. Zudem führt die zwingende Einhaltung der Paarung von Ladekabel und Ladestation zu vertrieblichen und logistischer Herausforderungen, beispielsweise wenn der Betreiber der Ladestation und/oder der Kunde eine andere Kabellänge wünscht oder ein Versenden mit dem für die Ladestation definierten Kabel ein übermäßig großes Paketgewicht aufweist. Weiterhin führt eine derartige eindeutige Zuordnung von Ladekabel und Ladestation zu einem größeren vorzuhaltenden Lagerbestand des Herstellers.
Werden die Kabelparameter hingegen während der Installation am Aufstellort eingegeben, muss dies den oftmals vorhandenen behördlichen Anforderungen des Eichrechts entsprechen. So kann behördlich gefordert sein, dass der Installateur speziell geschult und oder behördlich beglaubigt ist. Des Weiteren muss sichergestellt werden, dass die Einstellungen der Kabelparameter nicht unabsichtlich oder gar mit betrügerischer Absicht falsch eingestellt beziehungsweise geändert werden können.
Um zumindest einigen der vorbeschriebenen Hürden Rechnung zu tragen, ist es bekannt, ein Ladekabel in Form eines „intelligenten Ladekabels“ auszubilden, welches entsprechend eine Recheneinrichtung zum Ermitteln beziehungsweise Errechnen der an das Elektrofahrzeug übertragenen Energiemenge und eine Kommunikationseinrichtung zum Übermitteln der ermittelten Energiemenge an eine Zentralsteuereinheit umfasst. Derartige Ladekabel sind beispielsweise aus der US 2020/231063 A1 oder der DE 10 2018 201 698 A1 bekannt. Derartige Ladekabel weisen einen komplexen Aufbau auf und sind entsprechend aufwendig zu fertigen und teuer. Nicht nur ist in diesen intelligenten Ladekabeln die Recheneinrichtung vorzusehen, sondern zusätzlich ebenfalls die Kommunikationseinrichtung mit zusätzlichen separaten Kommunikationskanälen, beispielsweise zusätzlichen Leitungen, welche für die Kommunikation notwendig sind.
Die Kabelparameter, insbesondere die ohmschen Widerstände der zum Übertragen des Ladestromes beziehungsweise zur Energieübertragung von der Ladestation zur Traktionsbatterie verwendeten Ladestromleitungen im Kabel sind zudem temperaturabhängig. So ist für eine möglichst genaue Berechnung der Leitungsverluste die Temperatur des Kabels möglichst genau zu bestimmen, denn die Kabelparameter sind zumeist für eine bestimmte Temperatur vorgegeben, beispielsweise für 20° C.
Um temperaturabhängige Ungenauigkeiten beziehungsweise Abweichungen bei der Berechnung der Leitungsverluste zu minimieren, ist es aus der DE 10 2017 221 298 A1 bekannt, den ohmschen Widerstand einer Leiterabschirmung einer Energieübertragungsleitung zu messen. Unter der Annahme, dass die Temperaturänderung der Leiterabschirmung gleich der Temperaturänderung der Ladestromkabel ist, werden die ermittelten Leistungsverluste mit einem zuvor festgelegten, festen Verhältnis zur Änderung des Widerstandes der Leiterabschirmung umgerechnet.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ladekabel, eine verbesserte Ladestation, ein verbessertes Ladesystem und ein verbessertes Verfahren zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Ladekabel zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Ladekabel zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, vorgeschlagen, umfassend eine Mehrzahl von zum Übertragen des Ladestromes von der Ladestation zur Traktionsbatterie ausgebildeten und eingerichteten Ladestromleitungen.
Bei dem Ladekabel ist ferner jeder Ladestromleitung eine Temperatursensoreinheit zugeordnet ist, welche die Temperatur der zugeordneten Ladestromleitung ermittelt, wobei die Temperatursensoreinheiten mit einer Signalleitung zum Bereitstellen der durch die Temperatursensoreinheiten ermittelten Temperaturwerte an die Ladestation verbunden sind.
Unter „Ladestromleitungen“ werden hier die Leitungen verstanden, welche zur Übertragung des Ladestromes zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie von der Ladestation zur Traktionsbatterie ausgebildet und eingerichtet sind. Bei einer Wechselstrom-Ausführung umfassen die Ladestromleitungen entsprechend die Phasenleiter beziehungsweise synonym Außenleiter, beispielsweise die Phasenleiter L1, L2, L3 bei Drei-Phasen-Wechselstrom-Ausführung. Bei einer Gleichstrom-Ausführung umfassen die Ladestromleitungen entsprechend die Leitungen „DC+“ und „DC-“.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Temperatur aller Ladestromleitungen direkt im Ladekabel bestimmt werden können. Entsprechend ist es möglich, den Einfluss der Temperatur auf die Leistungsverluste im Ladekabel besonders genau kompensieren zu können. Mit anderen Worten kann die Berechnung der Leistungsverluste aufgrund der Messung der Temperatur aller Ladestromleitungen unter Einbeziehung der Temperaturen aller Ladestromleitungen besonders genau den tatsächlichen Leistungsverlusten angenähert werden. Dadurch kann der systematische Fehler verursacht durch eine Temperaturänderung der Leitung für eine Bestimmung der am fahrzeugseitigen Stecker des Kabels übertragenen Energiemessung besonders exakt herausgerechnet werden.
Durch die Minimierung des systematischen Fehlers aufgrund der Temperaturänderung des Ladekabels können behördliche Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich des Eichrechts oder anderer Messanforderungen, wie Abrechnungsgenauigkeits-Toleranzen besser eingehalten werden.
Die bevorzugt digitale Kommunikation zu den Temperatursensoreinheiten erfolgt zentral über die gemeinsame Signalleitung. Somit ist die Anzahl der möglichen Sensoren im Ladekabel, beinhaltend den Kabelstrang und etwaige Stecker nicht wie nachteilig im Stand der Technik der Fall durch eine mögliche maximale Anzahl von Signalleitungen im Ladekabel beschränkt.
Zusätzlich zu den bevorzugt digitalen Temperatursensoreinheiten können weitere Sensoren oder Speicher an die Signalleitung angeschlossen werden. Bei mehrphasigen Ladesystemen, insbesondere bei drei-phasigen Wechselstrom-Ladesystemen, können sonst nötige Signalleitungen für die Temperaturmessung an den Ladestromleiterkontakten, anders ausgedrückt den Power-Kontakten, eingespart werden. Dadurch kann die Anzahl von Signalkabeln minimiert werden und so Kosten eingespart, die Kabeldicke verringert und entsprechend ein kleinerer möglicher zulässiger Biegeradius des Ladekabels realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist genau eine Signalleitung im Ladekabel vorgesehen.
Die Signalleitung ist bevorzugt zur Übertragung von digitalen Signalen eingerichtet und ausgebildet.
Die Signalleitung umfasst bevorzugt eine Datenader (DATA), über welche vorzugsweise digitale Daten übermittelt werden, und eine Erdungsader (GND). Die Signalleitung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Stromversorgung an angeschlossene Einheiten über die Datenader erfolgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Signalleitung einem zweiadrigen 1-Wire BUS mit parasitärer Spannungsversorgung.
Alternativ kann, anstelle eine Erdungsader vorzusehen, als Erdungsader auch der Schutzleiter (PE) oder der Neutralleiter (N) der Primärenergieübertragung des Ladekabels verwendet werden, beziehungsweise kann die Erdungsader auch durch den Schutzleiter (PE) oder den Neutralleiter (N) der Primärenergieübertragung ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die Temperatursensoreinheiten digitale Temperatursensoreinheiten. Mit anderen Worten stellt die Temperatursensoreinheit den gemessenen Temperaturwert als digitales Signal beziehungsweise in Form digitaler Daten bereit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Temperatursensoreinheit eingerichtet und ausgebildet, dass ihre digitalen Signale einen die Temperatursensoreinheit bevorzugt eindeutig identifizierenden Identifizierer und den Temperaturwert der der Temperatursensoreinheit zugeordneten Ladestromleitung und/oder einen Temperaturmittelwert der Ladeleitungen an einer vorgegebenen Stelle des Ladekabels umfassen. So kann der Temperaturwert bevorzugt eindeutig einer bestimmten Temperatursensoreinheit, einer bestimmten Stelle des Ladekabels und/oder einer bestimmten Ladestromleitung zugeordnet werden, beispielsweise dem Phasenleiter L1, L2, oder L3 bei Drei-Phasen-Wechselstrom-Ausführung des Ladekabels, oder der Leitung DC- oder DC- bei Gleichstrom-Ausführung des Ladekabels. Durch den Identifizierer kann der übermittelte Temperaturwert als den Ladestromleitungen zugehörig zugeordnet werden. Ist der Identifizierer ein eindeutiger Identifizierer, kann der Temperaturwert -falls erforderlich - gar eindeutig einer bestimmten der Ladestromleitungen oder eindeutig einer bestimmten Stelle des Ladekabels zugeordnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Signalleitung eine Datenbus-Leitung, bevorzugt ein Standard-Bus, ein proprietärer Bus oder ein 1-Wire-Bus.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Temperatursensoreinheiten derart den Ladestromleitungen zugeordnet, dass eine, bevorzugt jede, Temperatursensoreinheit jeweils genau einer Ladestromleitung zugeordnet ist, wobei die jeweilige Temperatursensoreinheit einzig die Temperatur der ihr zugeordneten Ladestromleitung ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich sind die Temperatursensoreinheiten derart den Ladestromleitungen zugeordnet, dass Temperatursensoreinheiten beabstandet voneinander an verschiedenen Stellen des Ladekabels angeordnet sind und jede der beabstandet angeordneten Temperatursensoreinheiten jeweils eine mittlere Temperatur der Ladestromleitungen an der jeweiligen Stelle ermittelt.
Zur Ermittlung der mittleren Temperatur der Ladestromleitungen, bevorzugt aller Ladestromleitungen an der jeweiligen Stelle, ist die entsprechende Temperatursensoreinheit vorzugsweise im Wesentlichen mit gleichem Abstand zu den Ladestromleitungen, vorzugsweise mittig zwischen den Ladestromleitungen, angeordnet. Aufgrund der thermischen Kopplung der Ladestromleitungen im Kabelstrang bzw. im Ladekabel kann die mittlere Temperatur, mit anderen Worten ein Mittelwert der Temperaturen der einzelnen Ladestromleitungen, an der jeweiligen Stelle ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zum Speichern kabelspezifischer Daten ausgebildeter und eingerichteter Speicherbaustein, vorzugsweise ein EEPROM, im Ladekabel vorgesehen, welcher bevorzugt mit der Signalleitung kommunikativ verbunden ist, wobei die kabelspezifischen Daten bevorzugt zumindest eines aus einer Länge des Ladekabels und/oder einer Länge des Kabelstranges, einem Kabelwiderstand, bevorzugt bezogen auf eine Referenztemperatur T_REF, einem spezifischen Kabelwiderstand pro vorgegebener Längeneinheit, bevorzugt bezogen auf eine Referenztemperatur T_REF, einem spezifischen Leitungswiderstand zumindest einer der Ladestromleitungen, bevorzugt bezogen auf eine Referenztemperatur T_REF, einer Querschnittsfläche zumindest einer der Ladestromleitungen, und/oder einer Information über die Art des Kabels umfasst, wobei die Information zumindest eines aus einer Information über die Ladespannungsart, bevorzugt Wechselstrom oder Gleichstrom, über eine Anzahl der Phasen des Kabels, einem Fertigungsstandort, einer Seriennummer, und einem Hersteller umfasst. So kann sichergestellt werden, dass die korrekten Daten für die Berechnung der Leitungsverluste im Kabel während des Ladens der Traktionsbatterie mittels des Kabels verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Recheneinheit im Ladekabel, vorzugsweise zumindest teilweise in einem fahrzeugseitigen Stecker des Ladekabels, angeordnet, wobei die Recheneinheit bevorzugt mit der Signalleitung verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Recheneinheit mit zumindest einer Temperatursensoreinheit verbunden und/oder bildet zusammen mit einem Temperatursensor, bevorzugt einem analogen Temperatursensor, eine Temperatursensoreinheit aus.
Zum Entladen der Batterie erfolgt eine Energieübertragung von der Batterie zur Ladestation, anders ausgedrückt wird der Batterie Energie in Richtung der Ladestation in an sich bekannter Weise entnommen.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Ladestation zur Übertragung eines Ladestromes an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Ladestation zur Übertragung eines Ladestromes an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, vorgeschlagen, umfassend zumindest einen Ladekabelanschluss zum Anschließen eines Ladekabels mit zumindest einem Leiterkontakt zum Kontaktieren einer zur Ladestromübertragung eingerichteten Ladestromleitung des Ladekabels und zumindest einem Signalkontakt zur Kontaktierung einer zur Signalübertragung eingerichteten und ausgebildeten Signalleitung des Ladekabels, und ferner umfassend eine mit dem zumindest einen Signalkontakt verbundenen Rechenvorrichtung zum Berechnen von während der Ladestromübertragung an die Traktionsbatterie im an dem Ladekabelanschluss angeschossenen Ladekabel auftretenden Verlusten mittels kabelspezifischer Daten.
Die Ladestation ist ferner derart bereitgestellt, dass die Rechenvorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, die Verluste im Ladekabel unter Einbeziehung von via der Signalleitung des Ladekabels bereitgestellten Temperaturwerten der Ladestromleitungen des Ladekabels zur Temperaturkompensation zu berechnen.
Durch die Ladestation können die hinsichtlich des Ladekabels beschriebenen Vorteile und Wirkungen in analoger Weise erzielt werden. Entsprechend ist die hinsichtlich des Ladekabels oben dargelegte Beschreibung ebenso für die Ladestation einschlägig.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rechenvorrichtung eingerichtet und ausgebildet, die Temperaturwerte von der Signalleitung in Form von digitalen Signalen zu erhalten, wobei die digitalen Signale bevorzugt zumindest einen eine Temperatursensoreinheit des Ladekabels eindeutig identifizierenden Identifizierer und einen Temperaturwert eines der Temperatursensoreinheit zugeordneten Ladestromleitung umfassen.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Ladesystem zur Übertragung elektrischer Energie von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mittels eines mit der Ladestation und der Traktionsbatterie verbundenen Ladekabels mit den Merkmalen des Anspruchs 10, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Ladesystem zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mittels eines mit der Ladestation und der Traktionsbatterie verbundenen Ladekabels vorgeschlagen. Das Ladesystem umfasst ein Ladekabel gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen und/oder eine Ladestation gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen.
Dadurch, dass das Ladesystem ein Ladekabel gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen und/oder eine Ladestation gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen umfasst, können die diesbezüglich vorgebrachten Vorteile und Wirkungen auch durch das Ladesystem erzielt werden.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mittels eines mit der Ladestation und der Traktionsbatterie verbundenen Ladekabels mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Verfahren zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, vorgeschlagen, umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellen von elektrischer Energie via der Ladestation. Leiten der elektrischen Energie von der Ladestation zur Traktionsbatterie via eines mit der Ladestation und der Traktionsbatterie verbundenen Ladekabels. Berechnen von während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im Ladekabel auftretenden Verlusten mittels kabelspezifischer Daten.

Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln der Temperatur jeder zur Übertragung des Ladestromes von der Ladestation an die Traktionsbatterie eingerichteten und ausgebildeten Ladestromleitung des Ladekabels durch jeweils einer Ladestromleitung zugeordneten Temperatursensoreinheiten, das Übertragen der ermittelten Temperaturwerte via einer mit den Temperatursensoreinheiten verbundenen Signalleitung des Ladekabels an die Ladestation, und das Berechnen der während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im Ladekabel auftretenden Verluste unter Einbeziehung der im Ladekabel ermittelten und übertragenen Temperaturwerte jeder der Ladestromleitungen zur Temperaturkompensation.
Durch das Verfahren können die hinsichtlich des Ladekabels und der Ladestation beschriebenen Vorteile und Wirkungen in analoger Weise erzielt werden.
Beim Entladen des Ladekabels wird unter der „Bereitstellung der elektrischen Energie“ das Bereitstellen einer Energieentnahme verstanden. Entsprechend ist der Ladestrom betrachtet in Richtung der Traktionsbatterie ein negativer Ladestrom.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Seitenansicht eines Ladesystems zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs;
2 schematisch eine Seitenansicht eines Ladekabels des Ladesystems aus 1;
3 schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
8 schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Ladesystems 1 zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie (nicht gezeigt) eines Elektrofahrzeugs 4. Das Ladesystem 1 umfasst eine vorliegend optional an einer Wand montierte Ladestation 3, welche über ein an die Ladestation 3 gestecktes beziehungsweise angebrachtes Ladekabel 2 mit dem Elektrofahrzeug 4 verbunden ist, indem ein fahrzeugseitiger Stecker 26 des Ladekabels 2 in eine korrespondierend zum Stecker 26 ausgebildete Ladebuchse 40 des Elektrofahrzeugs 4 gesteckt ist. Der Stecker 26 und die Ladebuchse 40 können im Wesentlichen entsprechend eines Steckertyps nach IEC 62196 Typ 2, Typ 1 oder Typ 3, oder gemäß CHAdeMo-System ausgebildet sein, sie sind aber nicht darauf beschränkt.
Die Ladestation 3 ist vorliegend eingerichtet zum Betrieb mit kommerziellen Zwecken, mithin als kommerzielle Ladestation 3 ausgebildet, bei welchen ein Betreiber Nutzern von Elektrofahrzeugen 4 gegen Gebühr das Aufladen ihrer Elektrofahrzeuge 4 an der Ladestation 3 zur Verfügung stellt. Entsprechend sind die im Ladekabel 2 während des Ladens der Traktionsbatterie auftretenden Energieverluste zu ermitteln. Vorliegend ist die Ladestation 3 ausgebildet und eingerichtet, die während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im Ladekabel 2 auftretenden Verluste mittels kabelspezifischer Daten zu berechnen, vorliegend durch das Produkt aus dem Quadrat des durch das Ladekabel 2 fließenden Stromes und dem Kabelwiderstand des Ladekabels 2. Während der an das Ladekabel 2 abgegebene Strom und die Spannung zur Energieberechnung in der Ladestation 3 gemessen oder ermittelt werden können, wird die im Ladekabel 2 entstehende Verlustleistung über den aus den kabelspezifischen Daten ermittelten Kabelwiderstand basierend auf dem Widerstand der Ladestromleitungen, mithin der Powerleitungen, und den gemessenen Stromwerten ermittelt. Hierzu können die Daten den Kabelwiderstand direkt beinhalten, oder sie umfassen Parameter, aus welchen sich der Kabelwiderstand berechnen lässt, wie etwa einen spezifischen Leitungswiderstand, einen Leitungsquerschnitt und eine Leitungslänge. Die Verluste aus dem Ladekabel 2 können für die korrekte Berechnung der am fahrzeugseitigen Ladestecker 26 abgegebenen elektrischen Energie von der gemessenen Energie, ermittelt in der Ladestation 3, abgezogen werden.
Beispielsweise können die kabelspezifischen Daten einen spezifischen Leitungswiderstand der Ladestromleitungen umfassen, welcher als Referenzwert bezogen auf eine zugeordnete Temperatur T_REF der Ladestromleitungen angegeben ist. Der Leitungswiderstand kann als nicht beschränkendes Beispiel gemäß einer bevorzugten Ausführung mittels folgender Relation berechnet werden: $R w i r e = L * \frac{φ}{A}$
Hierbei entspricht „Rwire“ dem Leitungswiderstand, „φ“ ist der spezifische elektrische Widerstand der Leitung in [Ohm*mm²/m], „L“ die Länge der Leitung, und „A“ die Querschnittsfläche der Leitung.
Wie oben beschrieben, ist der Leitungswiderstand der Ladestromleitungen temperaturabhängig. Er kann als nicht beschränkendes Beispiel gemäß einer bevorzugten Ausführung mittels folgender Relation berechnet werden: $R w i r e (T) = R w i r e_{R E F} * [1 + α * (T - T_{R E F})] = L * \frac{φ_{R E F}}{A} * [1 + α * [T - T_{R E F}]]$
Hierbei entspricht „Rwire(T)“ dem Widerstandswert der Leitung bei einer bestimmten Temperatur T, „Rwire_REF“ dem Widerstandswert bei einer vorgegebenen Referenztemperatur T_REF, beispielsweise 20° C, und entsprechend „φ_REF“ dem spezifischen Widerstand bei der Referenztemperatur T_REF, „α“ dem Temperaturkoeffizienten des Leitungsmaterials (beispielsweise von Kupfer). Die Referenzwerte Rwire_REF und/oder φ_REF sowie der Temperaturkoeffizient α können in den Kabelparametern enthalten sein und/oder der Ladestation 3 beziehungsweise deren Rechenvorrichtung (hier nicht gezeigt) übermittelt oder über ein optional vorgesehenes Interface händisch eingegeben werden.
Durch die obenstehende Temperaturkompensation ist es möglich, die Berechnung der Ladeenergie und der Leitungsverluste besonders genau zu gestalten, so dass auch strenge Regelungen aus dem Eichrecht eingehalten werden können.
Entsprechend ist es erforderlich, die Temperaturen T der Ladestromleitungen im Kabel 2 zu kennen. Hierzu sind im Ladekabel 2 Temperatursensoreinheiten zum Ermitteln der Temperaturen T der Ladestromleitungen vorgesehen, wie in Hinblick auf die folgenden Figuren im Detail beschrieben. Die Temperatursensoreinheiten kommunizieren hierzu mit der in der Ladestation 3 angeordneten Rechenvorrichtung (hier nicht gezeigt) zum Berechnen von während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im an dem Ladekabelanschluss (30) angeschossenen Ladekabel (2) auftretenden Verlusten mittels kabelspezifischer Daten und der seitens der Temperatursensoreinheiten ermittelten Temperaturwerte der Ladestromleitungen, sowohl beim Laden der Traktionsbatterie als auch beim Entladen der Traktionsbatterie.
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Ladekabels 2 des Ladesystems aus 1. Das Ladekabel 2 ist zur Übertragung elektrischer Energie von einer Ladestation 3 an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs 4 ausgebildet. Das Ladekabel 2 umfasst einen Kabelstrang 27, welcher eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Leitungen (hier nicht gezeigt) umfasst. An den Enden des Kabelstranges 27 ist jeweils ein Stecker 26 ausgebildet. Die Leitungen sind in den Steckern 26 entsprechend ihrer Funktionalität mit in den Steckern 26 hierzu vorgesehenen Kontakten 28 verbunden, wobei die Stecker 26 unterschiedlich ausgebildet sind. Von den Kontakten 28 sind in 2 lediglich einige beispielhaft dargestellt. Der in 2 links dargestellte Stecker 26 entspricht einem ladestationsseitigen Stecker 26, der im 2 rechts abgebildete Stecker 26 einem fahrzeugseitigen Stecker 26. Beide Stecker 26 umfassen jeweils eine Mehrzahl von Leiterkontakten 21, welche mit einer entsprechenden Mehrzahl von Leitungen zur Energieübertragung des Ladekabels 2 verbunden sind. Gemäß dieser Ausführung ist das Ladekabel 2 optional als Drei-Phasen-Wechselstrom-Ladekabel 2 für 400 V ausgebildet und umfasst entsprechend einen Leiterkontakt 21 pro Phasenleiter, den sogenannten Außenleitern (L1, L2, L3), einen Leiterkontakt 21 für den Neutralleiter (N) und einen Leiterkontakt 21 für die Erdung beziehungsweise den Schutzkontakt (PE).
Alternativ kann das ladestationsseitige Ende des Ladekabels, anstelle einen Stecker 26 wie abgebildet zu umfassen, ausgebildet sein, dass ladestationsseitig die Leitungen des Ladekabels 2 direkt mit der Ladestation 3 verbindbar ist, bevorzugt mit einer Schraub- oder Klemmverbindung, und/oder mit einem trennbaren oder untrennbaren Steckverbinder.
Entsprechend kann verhindert werden, dass ein Kunde das Ladekabel 2 selbst abnehmen kann. Dies kann etwa aufgrund behördlicher Vorgaben zu verhindern sein.
Das Ladekabel 2 umfasst optional einen Speicherbaustein 25, der zum Speichern kabelspezifischer Daten ausgebildet und eingerichtet ist und in das Ladekabel 2 integriert ist, vorliegend optional in den fahrzeugseitigen Stecker 26 integriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbaustein 25 auch im Kabelstrang 27, beispielsweise am ladestationsseitigen Ende, bevorzugt, wenn das Ladekabel 2 ladestationsseitig keinen Stecker umfasst, und/oder im ladestationsseitigen Stecker 26 integriert sein.
Die kabelspezifischen Daten können zumindest eines aus einer Länge des Ladekabels und/oder einer Länge des Kabelstranges, einem Kabelwiderstand, einem spezifischen Kabelwiderstand pro vorgegebener Längeneinheit, einem spezifischen Leitungswiderstand zumindest einer der Leitungen, einer Querschnittsfläche zumindest einer der Leitungen umfassen. Die vorgenannten Werte sind hierbei bevorzugt Referenzwerte bezogen auf eine vorgegebene Referenztemperatur, beispielsweise 20° C.
Ferner können die kabelspezifischen Daten eine Information über die Art des Kabels umfassen, wobei die Information zumindest eines aus einer Information über die Ladespannungsart, bevorzugt Wechselstrom oder Gleichstrom, über eine Anzahl der Phasen des Kabels, einem Fertigungsstandort, einer Seriennummer, einem Hersteller sein kann.
Der Speicherbaustein 25 kann optional ausgebildet und eingerichtet sein, die kabelspezifischen Daten offen oder verschlüsselt und/oder signiert zu speichern und/oder offen oder verschlüsselt und/oder signiert abrufbar bereitzustellen.
3 zeigt schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem 1 zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Eine Ladestation 3 ist über einen Ladekabelanschluss 30, welcher vorliegend über nur angedeutete, als Anschlussklemmen ausgebildete Kontakte 31, 32 ausgebildet ist, mit dem Ladekabel 2 verbunden.
Das Ladekabel 2 ist zur Übertragung von elektrischer Energie von der Ladestation 3 an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs 4 (siehe 1) ausgebildet. Das Ladekabel 2 umfasst einen Kabelstrang 27, welcher eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Leitungen (20, 22) umfasst. Am fahrzeugseitigen Ende des Kabelstranges 27 ist ein Stecker 26 zum Verbinden mit der Ladebuchse 40 des Elektrofahrzeugs 4 (siehe 1) ausgebildet. Die Leitungen sind im Stecker 26 entsprechend ihrer Funktionalität mit im Stecker 26 hierzu vorgesehenen Kontakten 28 verbunden. Von den Kontakten 28 sind in 3 lediglich einige beispielhaft dargestellt. Der in 3 rechts abgebildete, fahrzeugseitige Stecker 26 umfasst unter anderem eine Mehrzahl von Leiterkontakten 21, welche mit einer entsprechenden Mehrzahl von Ladestromleitungen 20 zur Energieübertragung 20 des Ladekabels 2, den sogenannten Powerleitungen, welche sich entlang des Ladestranges 27 ziehen, verbunden sind. Gemäß dieser Ausführung ist das Ladekabel 2 optional als Drei-Phasen-Wechselstrom-Ladekabel 2 für 400 V ausgebildet und umfasst entsprechend drei Phasenleiter 20 beziehungsweise synonym hierzu Außenleiter (L1, L2, L3) sowie einen Leiterkontakt 21 pro Phasenleiter 20, welche hier nur schematisch teilweise angedeutet sind, zudem einen Leiterkontakt 21 für den Neutralleiter (N) und einen Leiterkontakt 21 für die Erdung beziehungsweise den Schutzkontakt (PE), wobei die beiden letztgenannten Leitungen (N, PE) aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt sind.
Alternativ kann das Ladekabel 2 auch als Zwei-Phasen-Wechselstrom-Ladekabel oder als Ein-Phasen-Wechselstrom-Ladekabel ausgebildet sein.
Ferner kann das Ladekabel 2 auch als Gleichstrom-Ladekabel ausgebildet sein. Dann entsprechen die Ladestromleitungen 20 den Leitungen „DC+“ und „DC-“, über welche der Gleichstrom durch das Kabel geleitet wird.
Das ladestationsseitige Ende des Ladekabels 2 ist, anstelle fahrzeugseitig einen Stecker 26 wie in 2 gezeigt zu umfassen, ausgebildet, dass ladestationsseitig die Leitungen 20, 22 des Ladekabels 2 direkt mit der Ladestation 3 verbunden werden, vorliegend mit Schraub- oder Klemmverbindungen, wobei alternativ auch eine Verbindung beispielsweise mit einem trennbaren oder untrennbaren Steckverbinder möglich ist.
Dadurch kann entsprechend verhindert werden, dass ein Kunde das Ladekabel 2 selbst abnehmen kann. Dies kann etwa aufgrund behördlicher Vorgaben zu verhindern sein. Das Ladekabel 2 weist ferner eine Mehrzahl von Sensoren 24 im fahrzeugseitigen Stecker 26 auf, welche zur Temperaturmessung der Leiterkontakte 21 der Ladestromleitungen 20 ausgebildet sind. Bei einer Überschreitung der gemessenen Temperatur der Leiterkontakte 21 über einen vorgegebenen Grenzwert kann die Ladestation ausgebildet sein, den Ladestrom zu reduzieren oder die Primärenergieübertragung via der Ladestromleitungen 20 gar zu unterbrechen. Vorzugsweise ist die Reaktion der Ladestation ausgebildet entsprechend einer Vorgabe, beispielsweise einer Vorgabe einer Behörde oder eines Standarddokuments, beispielsweise gemäß E DIN EN 61851-23 :2018-03 oder VDE0122-2-3.
Im Kabelstrang 27 sind zudem eine Mehrzahl von Temperatursensoreinheiten 5 angeordnet, wobei jeweils eine Temperatursensoreinheit 5 jeweils einer der Ladestromleitungen 20, mithin jeweils einem Phasenleiter beziehungsweise Außenleiter (L1, L2, L3), zugeordnet ist und die Temperatur der jeweils zugeordneten Ladestromleitung 20 ermittelt.
In der alternativen Ausführung des Ladekabels 2 als Gleichstrom-Ladekabel ist entsprechend eine Temperatursensoreinheit 5 für die Leitung „DC+“ und eine Temperatursensoreinheit 5 für die Leitung „DC-“ vorzusehen.
Alternativ oder zusätzlich kann an verschiedenen Stellen des Ladekabels 2 jeweils eine Temperatursensoreinheit 5 ausgebildet sein, eine mittlere Temperatur der Ladestromleitungen 20 an der jeweiligen Stelle zu ermitteln. Vorzugsweise ist jeweils eine zum Ermitteln der mittleren Temperatur der Ladestromleitungen 20 ausgebildete Temperatursensoreinheit 5 an beiden Enden des Ladekabels 2, vorzugweise - sofern vorhanden - in den Steckern 26 des Ladekabels 2, integriert.
Das Ladekabel 2 umfasst ferner eine Signalleitung 22, welche zur digitalen Kommunikation, mithin zur Übertragung von digitalen Daten, eingerichtet und ausgebildet ist. Vorliegend ist die Signalleitung 22 als 1-Wire BUS ausgebildet. Die digitale Signalleitung 22 umfasst eine Datenader 221 (DATA), über welche digitale Daten übermittelt werden, und zudem eine Erdungsader 222 (GND). Die 1-Wire BUS Signalleitung 22 ist vorliegend ausgebildet, dass die Stromversorgung an angeschlossene Einheiten über die Datenader 221 erfolgt. Mit anderen Worten entspricht die Signalleitung 22 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform einem zweiadrigen 1-Wire BUS mit parasitärer Spannungsversorgung.
Anstelle die Erdungsader 222 vorzusehen, kann als Erdungsader auch der Schutzleiter (PE) oder der Neutralleiter (N) der Primärenergieübertragung (nicht gezeigt) verwendet werden, beziehungsweise kann die Erdungsader 222 auch durch den Schutzleiter (PE) oder den Neutralleiter (N) der Primärenergieübertragung ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Signalleitung eine Stromversorgungsader (hier nicht gezeigt) umfassen. Weiterhin zusätzlich oder alternativ kann eine separate Stromversorgung über eine entsprechende Stromversorgungsvorrichtung (hier nicht gezeigt) in der Ladestation 3 erfolgen, welche beispielsweise eine Spannung von 3 V oder 5 V bereitstellen kann, wobei dann zumindest eine Leitung zur Stromversorgung (hier nicht gezeigt) im Ladekabel 2 angeordnet ist.
Die Sensoren 24 sowie die Temperatursensoreinheiten 5 sind mit der 1-Wire-Bus-Signalleitung 22 kommunikativ verbunden. Entsprechend können die seitens der Temperatursensoreinheiten 5 und der Sensoren 24 in digitaler Form bereitgestellten Temperaturwerte via der Signalleitung 22 übermittelt beziehungsweise via dieser aus den Sensoren 24 und/oder Temperatursensoreinheiten 5 ausgelesen werden.
Die Temperatursensoreinheiten 5 sind entsprechend als digitale Temperatursensoreinheiten 5 ausgebildet. Mit anderen Worten stellt jede Temperatursensoreinheit 5 ihren gemessenen Temperaturwert als digitales Signal beziehungsweise in Form digitaler Daten bereit.
Die Temperatursensoreinheiten 5 können einen analogen Messfühler umfassen, beispielsweise ein Thermoelement, ein Widerstandsthermometer, einen Heißleiter (NTC-„Negative Temperature Coefficient Thermistor“) und/oder einen Kaltleiter (PCT-„Positive Temperature Coefficient Thermistor‟), mit oder ohne einem nachgeschalteten Messwertumformer. Der Messfühler ist bevorzugt mit einem Analog-Digital-Wandler oder einem funktional entsprechend ausgebildeten alternativen Elektronik-Element gekoppelt, um das analoge Signal des Messfühlers in ein digitales Signal umzuwandeln.
Jede Temperatursensoreinheit 5 umfasst optional einen Identifizierer, bevorzugt einen eindeutigen Identifizierer, einen sogenannten „unique identifier“, mittels welchem die jeweilige Temperatursensoreinheit 5 bevorzugt eindeutig identifizierbar ist. Der Identifizierer kann optional aber nicht limitierend eine Adressenangabe sein. Durch den Identifizierer kann der durch die Temperatursensoreinheit 5 übermittelte Temperaturwert zumindest als zu den Ladestromleitungen 20 zugehörig identifiziert werden.
Die Temperatursensoreinheiten 5 stellen bevorzugt die gemessenen beziehungsweise ermittelten Temperaturwerte zusammen mit ihrem Identifizierer an die Signalleitung zur Verfügung beziehungsweise übermitteln ein Signal, beziehungsweise synonym ein Datenpaket, welches den Identifizierer und den ermittelten beziehungsweise gemessenen Temperaturwert umfasst.
Durch die Ausbildung des Ladekabels 2 mit den digitalen Temperatursensoreinheiten 5 und deren gemeinsame digitalen Signalleitung 22 (dem 1-Wire-BUS) können die Temperaturwerte aller Ladestromleitungen 20 über die eine einzige Signalleitung 22 übermittelt werden.
Das Ladekabel 2 kann ferner einen hier nicht gezeigten Speicherbaustein umfassen, der zum Speichern kabelspezifischer Daten ausgebildet und eingerichtet ist und in das Ladekabel 2 integriert ist, beispielsweise in den fahrzeugseitigen Stecker 26 integriert ist, wie in der optionalen Ausführung in 5 gezeigt. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbaustein auch im Kabelstrang 27, beispielsweise am ladestationsseitigen Ende, bevorzugt, wenn das Ladekabel 2 ladestationsseitig keinen Stecker umfasst, und/oder im ladestationsseitigen Stecker 26 integriert sein.
Der Speicherbaustein kann mit mindestens einer der Leitungen des Kabelstranges 27 kommunikativ verbunden werden, vorliegend bevorzugt mit der Signalleitung 22 beziehungsweise mit deren Adern 221, 222, um über die verbundene Leitung zusätzlich zur Signalübertragung beziehungsweise Datenübertragung eine Kommunikation zwischen Speicherbaustein und Ladestation 3 zu ermöglichen.
Die kabelspezifischen Daten können zumindest eines aus einer Länge des Ladekabels 2 und/oder einer Länge des Kabelstranges 27, einem Kabelwiderstand, einem spezifischen Kabelwiderstand pro vorgegebener Längeneinheit, einem spezifischen Leitungswiderstand zumindest einer der Ladestromleitungen 20, und einer Querschnittsfläche zumindest einer der Ladestromleitungen 20 umfassen. Diese Angaben sind bevorzugt auf eine Referenztemperatur T_REF bezogen, welche beispielsweise 20° C sein kann.
Ferner können die kabelspezifischen Daten eine Information über die Art des Kabels umfassen, wobei die Information zumindest eines aus einer Information über die Ladespannungsart, bevorzugt Wechselstrom oder Gleichstrom, über eine Anzahl der Phasen des Kabels, einem Fertigungsstandort, einer Seriennummer, einem Hersteller sein kann.
Der Speicherbaustein kann optional ausgebildet und eingerichtet sein, die kabelspezifischen Daten oder zumindest einen Teil davon, offen oder verschlüsselt und/oder signiert zu speichern und/oder offen oder verschlüsselt und/oder signiert abrufbar bereitzustellen.
Die Signalleitung 22 kann ferner mit zumindest einem Kontakt 28 im fahrzeugseitigen Stecker 26 verbunden sein, mittels welchem eine Daten- beziehungsweise Signalübertragung zwischen Ladestation 3 und Elektrofahrzeug 4 bereitgestellt werden kann.
Die Ladestation 3 umfasst mit einem Stromnetz (nicht gezeigt) verbundene Ladeleiterkontakte 31 zur Bereitstellung der Primärenergie, mithin des Ladestromes, welche mit den Ladestromleitungen 20 zur Energieübertragung beziehungsweise Übertragung des Ladestromes des Ladekabels 2 verbunden sind. Ferner umfasst die Ladestation 3 Signalkontakte 32, die mit den Adern 221, 222 der Signalleitung 22 des Ladekabels 2 zur digitalen Datenübertragung beziehungsweise Signalübertragung verbunden sind.
Die Ladestation 3 umfasst ferner eine Rechenvorrichtung 33 zum Berechnen von während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im an dem Ladekabelanschluss 30 angeschossenen Ladekabel 2 auftretenden Verlusten mittels kabelspezifischer Daten des Ladekabels 2.
Die Rechenvorrichtung 33 ist mit der Signalleitung 22 kommunikativ über die Signalkontakte 32 verbunden und kann so zumindest die Daten/Signale der Temperatursensoreinheiten 5 empfangen/auslesen.
Die Ladestation 3 umfasst zudem ein mit der Rechenvorrichtung 33 kommunizierendes Energiemessgerät 6, welches eingerichtet ist, den an den Ladekontakten 31 an das Ladekabel 2 abgegebenen Strom und die Spannung in der Ladestation 3 zu messen.
Die Rechenvorrichtung 33 ist ausgebildet, die Verlustleistung im Ladekabel 2 über den aus den kabelspezifischen Daten ermittelten Kabelwiderstand, den gemessenen Stromwerten und/oder Spannungswerten, unter Einbeziehung der durch die Temperatursensoreinheiten 5 bereitgestellten Temperaturwerte zur Temperaturkompensation zu berechnen, und ferner, die berechneten Verluste aus dem Ladekabel 2 für die korrekte Berechnung der am Ladestecker 26 abgegebenen elektrischen Energie von der via dem Energiemessgerät 6 gemessenen Energie abzuziehen. Die Temperaturkompensation kann beispielsweise unter Einbeziehung der weiter oben genannten Formel (2) erfolgen.
Alternativ kann das Energiemessgerät 6 beziehungsweise dessen Funktionalität in die Rechenvorrichtung 33 integriert sein.
Bevorzugt ist im Kabelstrang 27 und mithin im Ladekabel 2 genau eine Signalleitung 22 vorgesehen, welche als zentrale Signalleitung 22 im Wesentlichen die gesamte Kommunikation beziehungsweise Signalübertragung des Ladekabels 2 bereitstellt.
In 4 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem 1 zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Das Ladesystem 1 entspricht im Wesentlichen jenem aus 3, wobei hier anstelle der parasitären Stromversorgung der mit der Signalleitung 22 kommunikativ verbundenen Komponenten, mithin zumindest der Temperatursensoreinheiten 5 sowie der Sensoren 24, via der Datenader 221 der Signalleitung 22 die Versorgung der vorgenannten Komponenten separat über eine separate Sekundärstromleitung 29 erfolgt. Hierzu ist die separate Sekundärstromleitung 29 über einen Sekundärstromkontakt 34 mit einer in der Ladestation 3 angeordneten Sekundärstromversorgung 37 verbunden. Der besseren Übersicht halber sind die Ladestromleitungen 20 zur Übertragung der Primärenergie in 4 nicht gezeigt.
5 zeigt schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem 1 zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Ladesystem 1 entspricht im Wesentlichen jenem aus 3, wobei die Unterschiede zur Ausführung gemäß 3 im Folgenden dargelegt sind. Der besseren Übersicht halber sind die Ladestromleitungen 20 zur Übertragung der Primärenergie in 4 nicht gezeigt.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Signalleitung 22 mit einer digitalen Recheneinheit 7 des Ladekabels 2 verbunden, welche vorzugsweise einen sogenannten Controller, besonders bevorzugt einen Microcontroller (µC), umfasst beziehungsweise durch diesen ausgebildet ist. Die Recheneinheit 7 ist hier optional im fahrzeugseitigen Stecker 26 angeordnet. Sie kann aber auch ganz oder teilweise im Kabelstrang 27 oder ganz oder teilweise in einem ladestationsseitigen Stecker angeordnet sein.
Die digitale Recheneinheit 7 ist mit den Sensoren 24 verbunden und kommuniziert die Daten der Sensoren 24 via der Signalleitung 22 an die Rechenvorrichtung 33 der Lagestation 3. Die Sensoren 24 können als analoge oder digitale Sensoren 24 ausgebildet sein, wobei in ersterem Falle die Recheneinheit 7 ausgebildet ist, die analogen Signale der analogen Sensoren 24 in digitale Signale umwandelt, bevor die Recheneinheit 7 sie über die Signalleitung 22 übermittelt.
Wie 5 weiter zu entnehmen, ist eine Temperatursensoreinheit 5 zum Messen der Temperatur einer der Ladestromleitungen 20 direkt mit der Signalleitung 22 verbunden. Eine weitere Temperatursensoreinheit 5' ist mit der Recheneinheit 7 kommunikativ verbunden. Entsprechend kommuniziert die Rechenvorrichtung 33 der Ladestation 3 mit dieser Temperatursensoreinheit 5 über die Recheneinheit 7 des Ladekabels 2.
Optional ist ein Speicherbaustein 25 vorgesehen, welcher vorliegend optional mit der Recheneinheit 7 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbaustein 25 auch direkt an die Signalleitung 23 kommunikativ gekoppelt sein.
In 6 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem 1 zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Das Ladesystem 1 entspricht im Wesentlichen jenem aus 5, wobei hier anstelle der parasitären Stromversorgung der mit der Signalleitung 22 kommunikativ verbundenen Komponenten, mithin zumindest der Temperatursensoreinheiten 5 und der Recheneinheit 7 sowie der Sensoren 24, via der Datenader 221 der Signalleitung 22 die Versorgung der vorgenannten Komponenten zumindest teilweise separat über eine separate Sekundärstromleitung 29 analog zu 4 erfolgt. Hierzu ist die separate Sekundärstromleitung 29 über einen Sekundärstromkontakt 34 mit einer in der Ladestation 3 angeordneten Sekundärstromversorgung 37 verbunden. Der besseren Übersicht halber sind die Ladestromleitungen 20 zur Übertragung der Primärenergie in 6 nicht gezeigt.
Die Stromversorgung der an die Recheneinheit 7 angeschlossenen Komponenten des Ladekabels 2 kann alternativ durch die Sekundärstromleitung 29, wie etwa bei Sensor 24 beispielhaft angedeutet, oder über die Recheneinheit 7 erfolgen, wie bei den Sensoren 24' beispielhaft angedeutet.
In 7 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem 1 zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Das Ladesystem 1 entspricht im Wesentlichen jenem aus 5, wobei hier mit dem Bezugszeichen 50 ein analoger Temperatursensor gekennzeichnet ist, welcher zur Messung der Temperatur einer der Ladestromleitungen 20, vorliegend optional dem Phasenleiter L1 (nicht gezeigt) ausgebildet und eingerichtet ist. Der analoge Temperatursensor 50 ist mit der Recheneinheit 7 verbunden, welche die analogen Signale des analogen Temperatursensors 50 in digitale Signale umwandelt und diese via der Signalleitung 22 bereitstellt. Entsprechend bilden der analoge Temperatursensor 50 und die Recheneinheit 7 eine digitale Temperatursensoreinheit 5' aus, welche Temperaturmesswerte in Form von digitalen Signalen an die beziehungsweise über die Signalleitung 22 kommuniziert.
In 8 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Ladesystem 1 zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt.
Das Ladesystem 1 entspricht im Wesentlichen jenem aus 5, wobei hier eine Temperatursensoreinheit 5' einen länglichen Temperatursensor 50 umfasst, welcher sich über einen vorgegebenen Bereich des Kabelstrangs 27 entlang einer Ladestromleitung 22 erstreckt und zur Messung der Temperatur einer der Ladestromleitungen 20, vorliegend optional des Phasenleiters L2 ausgebildet und eingerichtet ist.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Ladekabel
20: Ladeleitung zur Energieübertragung
21: Ladeleiterkontakt
22: Signalleitung zur Signalübertragung
221: Datenleitung (DATA)
222: Erdung (GND)
23: Signalkontakt
24: Sensor
25: Speicherbaustein
26: Stecker
27: Kabelstrang
28: Kontakt
29: Sekundärstromleitung
3: Ladestation
30: Ladekabelanschluss
31: Stromleiterkontakt
32: Signalkontakt
33: Rechenvorrichtung
34: Sekundärstromkontakt
37: Sekundärstromversorgung
4: Elektrofahrzeug
40: Ladebuchse
5: Temperatursensoreinheit
50: Temperatursensor
6: Energiemessgerät
7: Recheneinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2020231063 A1 [0012]
DE 102018201698 A1 [0012]
DE 102017221298 A1 [0014]

Claims

Ladekabel (2) zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation (3) an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs (4), umfassend eine Mehrzahl von zum Übertragen des Ladestromes von der Ladestation (3) zur Traktionsbatterie ausgebildeten und eingerichteten Ladestromleitungen (20), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ladestromleitung (20) eine Temperatursensoreinheit (5) zugeordnet ist, welche die Temperatur der zugeordneten Ladestromleitung (20) ermittelt, wobei die Temperatursensoreinheiten (5) mit einer Signalleitung (22) zum Bereitstellen der durch die Temperatursensoreinheiten (5) ermittelten Temperaturwerte an die Ladestation verbunden sind.
Ladekabel (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Signalleitung (22) im Ladekabel (2) vorgesehen ist, und/oder dass die Signalleitung (22) zur Übertragung von digitalen Signalen eingerichtet und ausgebildet ist, und/oder die Temperatursensoreinheiten (5) digitale Temperatursensoreinheiten (5) sind.
Ladekabel (2) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoreinheiten (5) eingerichtet und ausgebildet sind, dass ihre digitalen Signale einen die Temperatursensoreinheit (5) bevorzugt eindeutig identifizierenden Identifizierer und den Temperaturwert der der Temperatursensoreinheit (5) zugeordneten Ladestromleitung (20) umfassen.
Ladekabel (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung (22) eine Datenbus-Leitung, bevorzugt ein Standard-Bus, ein proprietärer Bus oder ein 1-Wire-Bus, ist.
Ladekabel (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoreinheiten (5) derart den Ladestromleitungen (20) zugeordnet sind, dass eine, bevorzugt jede, Temperatursensoreinheit (5) jeweils genau einer Ladestromleitung (20) zugeordnet ist, wobei die jeweilige Temperatursensoreinheit (5) einzig die Temperatur der ihr zugeordneten Ladestromleitung (20) ermittelt, und/oder derart, dass Temperatursensoreinheiten (5) beabstandet voneinander an verschiedenen Stellen des Ladekabels (2) angeordnet sind und jede der beabstandet angeordneten Temperatursensoreinheit (5) jeweils eine mittlere Temperatur der Ladestromleitungen (20) an der jeweiligen Stelle ermittelt.
Ladekabel (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Speichern kabelspezifischer Daten ausgebildeter und eingerichteter Speicherbaustein (25), vorzugsweise ein EEPROM, im Ladekabel (2) vorgesehen ist, welcher bevorzugt mit der Signalleitung (22) kommunikativ verbunden ist, wobei die kabelspezifischen Daten bevorzugt zumindest eines aus einer Länge des Ladekabels (2) und/oder einer Länge des Kabelstranges (27), einem Kabelwiderstand bevorzugt bezogen auf eine Referenztemperatur (T_REF), einem spezifischen Kabelwiderstand pro vorgegebener Längeneinheit bevorzugt bezogen auf eine Referenztemperatur (T_REF), einem spezifischen Leitungswiderstand zumindest einer der Ladestromleitungen (20) bevorzugt bezogen auf eine Referenztemperatur (T_REF), einer Querschnittsfläche zumindest einer der Ladestromleitungen (20), und/oder einer Information über die Art des Kabels (2) umfasst, wobei die Information zumindest eines aus einer Information über die Ladespannungsart, bevorzugt Wechselstrom oder Gleichstrom, über eine Anzahl der Phasen des Kabels, einem Fertigungsstandort, einer Seriennummer, einem Hersteller umfasst.
Ladekabel (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit (7) im Ladekabel (2), vorzugsweise zumindest teilweise in einem fahrzeugseitigen Stecker (26) des Ladekabels (2) angeordnet ist, wobei die Recheneinheit (7) bevorzugt mit der Signalleitung (22) verbunden ist, und/oder die Recheneinheit (7) bevorzugt mit zumindest einer Temperatursensoreinheit (5) verbunden ist und/oder zusammen mit einem Temperatursensor (50), bevorzugt einem analogen Temperatursensor (50) eine Temperatursensoreinheit (5) ausbildet.
Ladestation (3) zur Übertragung eines Ladestromes an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs (4), umfassend zumindest einen Ladekabelanschluss (30) zum Anschließen eines Ladekabels (2) mit zumindest einem Leiterkontakt (31) zum Kontaktieren einer zur Ladestromübertragung eingerichteten Ladestromleitung (20) des Ladekabels (2) und zumindest einem Signalkontakt (32) zur Kontaktierung einer zur Signalübertragung eingerichteten und ausgebildeten Signalleitung (22) des Ladekabels (2), und ferner umfassend eine mit dem zumindest einen Signalkontakt (32) verbundenen Rechenvorrichtung (33) zum Berechnen von während der Ladestromübertragung an die Traktionsbatterie im an dem Ladekabelanschluss (30) angeschossenen Ladekabel (2) auftretenden Verlusten mittels kabelspezifischer Daten, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorrichtung (33) ausgebildet und eingerichtet ist, die Verluste im Ladekabel (2) unter Einbeziehung von via der Signalleitung (22) des Ladekabels (2) bereitgestellten Temperaturwerten der Ladestromleitungen (20) des Ladekabels (2) zu berechnen.
Ladestation (3) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorrichtung (33) eingerichtet und ausgebildet ist, die Temperaturwerte (T) von der Signalleitung in Form von digitalen Signalen zu erhalten, wobei die digitalen Signale zumindest einen eine Temperatursensoreinheit (5) des Ladekabels (2) eindeutig identifizierenden Identifizierer und einen Temperaturwert eines der Temperatursensoreinheit (5) zugeordneten Ladestromleitung (20) oder einen Temperaturmittelwert der Ladeleitungen (20) an einer vorgegebenen Stelle des Ladekabels (2) umfassen.
Ladesystem (1) zur Übertragung elektrischer Energie von einer Ladestation (3) an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs (4), mittels eines mit der Ladestation (3) und der Traktionsbatterie verbundenen Ladekabels (2), gekennzeichnet durch ein Ladekabel (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche und/oder eine Ladestation (3) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zur Übertragung eines Ladestromes von einer Ladestation (3) an eine Traktionsbatterie zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie, bevorzugt zum Laden oder Entladen der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs (4), umfassend die Schritte des - Bereitstellens von elektrischer Energie via der Ladestation (3), - Leitens der elektrischen Energie von der Ladestation zur Traktionsbatterie via eines mit der Ladestation und der Traktionsbatterie verbundenen Ladekabels (2), und - Berechnens von während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im Ladekabel (2) auftretenden Verlusten mittels kabelspezifischer Daten, dadurch gekennzeichnet, dass - die Temperatur jeder zur Übertragung des Ladestromes von der Ladestation an die Traktionsbatterie eingerichteten und ausgebildeten Ladestromleitung (20) des Ladekabels durch jeweils einer Ladestromleitung (20) zugeordneten Temperatursensoreinheiten (5) ermittelt wird, - die ermittelten Temperaturwerte via einer mit den Temperatursensoreinheiten (5) verbundenen Signalleitung (22) an die Ladestation (3) übertragen werden, und - das Berechnen der während der Energieübertragung an die Traktionsbatterie im Ladekabel (2) auftretenden Verluste unter Einbeziehung der im Ladekabel (2) ermittelten und übertragenen Temperaturwerte jeder der Ladestromleitungen (20) erfolgt.