DE102022124719A1

DE102022124719A1 - Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge

Info

Publication number: DE102022124719A1
Application number: DE102022124719.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Berres; Gianluca Binda; Ingo Növermann
Original assignee: Kiekert AG
Current assignee: Kiekert AG
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2024068608A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ladesteckverbinder (1) für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Gehäuse (7) sowie in dem Gehäuse (7) angeordneten Wechselstromladekontakten (2) und Temperatursensoren (3), wobei an jedem Wechselstromladekontakt (2) ein mit einem thermischen Anschlussbereich (4) versehener Temperatursensor (3) zur Messung der Temperatur des jeweiligen Wechselstromkontaktes (2) angeordnet ist, die Temperatursensoren (3) in Reihe geschaltet sind und die beiden Anschlüsse (6) der Reihenschaltung aus dem Gehäuse (7) herausgeführt sind. Auf diese Weise kann die Kommunikation zwischen einem Ladesteckverbinder (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und einer externen Einrichtung einfach und effizient ausgestaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Gehäuse sowie in dem Gehäuse angeordneten Wechselstromladekontakten und Temperatursensoren, wobei an jedem Wechselstromladekontakt ein mit einem thermischen Anschlussbereich versehener Temperatursensor zur Messung der Temperatur des jeweiligen Wechselstromkontaktes angeordnet ist.
Elektro- und Hybridfahrzeuge verfügen über einen aufladbaren Energiespeicher, in der Regel eine Hochvolt-Batterie, die im Fahrbetrieb einem elektrischen Antriebsmotor Energie bereitstellt. Die Speicherkapazitäten dieser Hochvolt-Batterien sind begrenzt, so dass sie regelmäßig an einer Ladestation wieder aufgeladen werden müssen. Das Laden der Batterie erfolgt über ein zwischen Ladestation und Fahrzeug vorgesehenes Ladekabel, wobei das Ladekabel z.B. gemäß der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2 auf der einen Seite mit einem Ladestecker, der in eine an der Ladestation vorgesehene Ladesteckdose einsteckbar ist, und auf der anderen Seite mit einer Ladekupplung versehen ist, die mit einem im Elektro- und Hybridfahrzeug installierten Ladeeinbaustecker verbindbar ist. Vorliegend werden Ladesteckdosen, Ladestecker, Ladekupplungen und Ladeeinbaustecker unter dem Begriff „Ladesteckverbinder“ subsummiert. Ladesteckdosen und Ladekupplungen weisen als Ladekontakte Kontakthülsen auf und Ladestecker sowie in Elektro- und Hybridfahrzeuge einbaubare Ladeeinbaustecker weisen als Ladekontakte Kontaktstifte auf, die in die Kontakthülsen einsteckbar sind.
Die Steckkontakte zwischen einem Ladeeinbaustecker und einer Ladekupplung unterliegen bedingt durch häufige Nutzung und wiederholtem Ein- und Ausstecken einem erhöhten Verschleiß an der Oberfläche. Durch diesen Verschleiß kommt es zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes, was beim Ladevorgang eine deutliche Wärmeentwicklung hervorrufen kann. Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge unterliegen gesetzlichen und anwenderspezifischen Anforderungen was die Temperaturüberwachung von Wechselstrom- und Gleichstromladekontakten betrifft. Für ein Gleichstromladen wird in der Regel eine Temperaturmessung an beiden Gleichstromladekontakten gefordert. Hierzu wird ein zur Temperaturmessung geeignetes Bauelement, meist ein NTC-Widerstand, möglichst nahe an die Wärmequelle, also den Ladekontakt, gebracht, um in Echtzeit eine Temperaturüberwachung zur Ladeoptimierung und Sicherheitsüberwachung zu ermöglichen. Bei einem NTC-Widerstand handelt es sich um einen Widerstand, der in elektronischen Bauteilen eingesetzt wird. Er wird auch als Thermistor oder Heißleiter bezeichnet. Das Kürzel „NTC“ steht für „negative temperature coefficient“ und bezeichnet die Eigenschaft von Heißleitern, Strom mit steigender Temperatur besser zu leiten, da sie einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen.
Außerdem sind PTC-Widerstände bekannt. Ein PTC-Widerstand, auch Kaltleiter oder PTC-Thermistor („positive temperature coefficient“) genannt, ist ebenfalls ein temperaturabhängiger Widerstand, der allerdings bei tiefen Temperaturen den elektrischen Strom besser leitet als bei hohen Temperaturen. Es existieren PTC-Widerstände, die eine annähernd lineare Kennlinie (Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur) aufweisen. Es sind jedoch auch PTC-Widerstände bekannt, die sich nichtlinear verhalten und bei denen im Bereich der Nennansprechtemperatur der Widerstand stark ansteigt. Solche PTC-Elemente können damit zur Verwirklichung einer Art „Sicherung“ dienen, indem sie einem auslesenden System einen sich sprunghaft ändernden Wert zurückgeben, wenn die kritische Temperatur überschritten worden ist.
Eine Temperaturüberwachung kann auch bei Wechselstromladekontakten gefordert sein. Je nach Norm und Herstellerspezifikation ist eine echte Temperaturmessung oder nur eine Detektion des Überschreitens eines Temperaturschwellwertes erforderlich. Dies kann entweder für alle Wechselstromladekontakte (z.B. L1, L2, L3 und N bei Steckverbinder gemäß der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2) separat für jeden Wechselstromladekontakt oder gebündelt, also für alle Wechselstromladekontakte gemeinsam, erforderlich sein.
Die DE 10 2015 106 251 A1 beschreibt eine Temperaturüberwachungseinrichtung mit einem flächig entlang einer Ebene erstrecktem Trägerelement mit mindestens einer Öffnung. Das Trägerelement kann dazu als Leiterplatte ausgebildet sein. Die Kontaktelemente sind Bestandteile einer Kontaktbaugruppe, die als modulare Einheit an den Steckereinsatz angesetzt werden kann. Die Kontaktbaugruppe weist eine Temperaturüberwachungseinrichtung mit einem Trägerelement auf. Die Temperaturüberwachungseinrichtung dient dazu an zumindest solchen Kontaktelementen, die im Betrieb des Steckverbinderteils zum Übertragen von großen Strömen dienen, eine etwaige unzulässige Erwärmung zu detektieren. Für die notwendige Kontaktierung weist das Trägerelement an den Öffnungen jeweils eine metallische Beschichtung zur Bereitstellung einer Kontaktfläche in Form einer Durchkontaktierung auf.
Die WO 2021/004765 A1 beschreibt eine elektrische Baugruppe mit einer Temperaturüberwachungseinrichtung. Dazu ist ein Steckverbinderteil mit sowohl AC-Ladestiften als auch DC- Ladestiften vorgesehen. Zur Überwachung der möglichen Erwärmung, insbesondere an den DC- Ladestiften, weist das Steckverbinderteil eine elektrische Baugruppe auf. Diese Baugruppe besteht aus Kontaktelementen, die auf einem Trägerelement angeordnet und mit zugeordneten Lastleitungen elektrisch verbunden sind. Jedes Kontaktelement ist dazu in einer zugeordneten Aufnahmeöffnung des Trägerelements aufgenommen.
Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kommunikation zwischen einem Ladesteckverbinder für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und einer externen Einrichtung einfach und effizient auszugestalten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird somit ein Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge bereitgestellt, mit einem Gehäuse sowie in dem Gehäuse angeordneten Wechselstromladekontakten und Temperatursensoren, wobei an jedem Wechselstromladekontakt ein mit einem thermischen Anschlussbereich versehener Temperatursensor zur Messung der Temperatur des jeweiligen Wechselstromkontaktes angeordnet ist, die Temperatursensoren in Reihe geschaltet sind und die beiden Anschlüsse der Reihenschaltung aus dem Gehäuse herausgeführt sind.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt also darin, dass verschiedene Sensordaten über zwei Anschlüsse durch die hintereinander in Reihe ausgeführten Temperatursensoren übertragen werden können, wobei mit in Reihe ausgeführt hier das galvanische Kontaktieren eines Temperatursensors mit dem darauffolgenden Temperatursensor und so weiter bis hin zu einem der beiden Anschlüsse meint. Dadurch sind Empfangseinheiten nutzbar, die mit ebenfalls zwei Anschlussmöglichkeiten versehen sind. Die übermittelte Temperatur entspricht dabei also einer Durchschnittstemperatur aller Temperatursensoren. Da jeder Wechselstromladekontakt einen thermischen Anschlussbereich und einen daran angeordneten Temperatursensor aufweist, ist eine Temperaturüberwachung in der unmittelbaren Nähe der Wechselstromladekontakte realisiert, die eine wesentlich erhöhte Reaktionszeit aufweist.
Grundsätzlich sei zu dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder angemerkt, dass dieser zum Stecken mit einem korrespondierenden Ladesteckverbinder vorgesehen ist. Wenn vorliegend von einem korrespondierenden Ladesteckverbinder die Rede ist, dann ist damit einerseits ein Ladesteckverbinder gemeint, der das selbe Steckgesicht wie der erfindungsgemäße Ladesteckverbinder aufweist, wobei das eine Steckgesicht aber Kontaktstifte aufweist, wenn das andere Steckgesicht Kontakthülsen aufweist, und umgekehrt. Das Set aus erfindungsgemäßem Ladesteckverbinder und korrespondierendem Ladesteckverbinder kann also zusammengesteckt werden. Andererseits wird vorliegend auch dann von einem korrespondieren Ladesteckverbinder gesprochen, wenn die Steckgesichter im zuvor genannten Sinne sich nur teilweise entsprechen, also der korrespondierende Ladesteckverbinder z.B. nicht alle Kontakte aufweist, die bei dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder vorhanden sind, die vorhandenen Kontakte des korrespondieren Ladesteckverbinders aber vom Steckgesicht her dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder entsprechen, so dass der erfindungsgemäße Ladesteckverbinder und der korrespondierende Ladesteckverbinder auch in diesem Fall zusammengesteckt werden können. Ein solcher Fall liegt z.B. vor bei einer an einem Ladekabel angeschlossenen Ladekupplung für ein Gleichstromladen nach der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2. Eine solche Ladekupplung ist in einen in die Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingebauten und für ein Wechselstromladen sowie für ein Gleichstromladen geeigneten Ladeeinbaustecker einsteckbar, wobei im Wechselstromsteckgesicht bei der Gleichstromladenladekupplung nur die Kommunikationskontakte und der Schutzkontakt vorhanden sind, jedoch keine Kontakte für Außenleiter und einen Mittelleiter für ein Wechselstromladen.
Grundsätzlich können die Temperatursensoren auf verschiedene Arten ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Temperatursensoren lineare Temperatursensoren sind. Unter einem linearen Temperatursensor wird vorliegend ein Temperatursensor verstanden, der zumindest in einem Temperaturbereich einen im Wesentlichen linearen Temperatur-Widerstandsverlauf zeigt, der als Funktion zunehmender Temperatur einen im Wesentlichen linear zunehmenden Widerstand aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die linearen Temperatursensoren PTC-Elemente sind. Es gibt prinzipiell zwei verschiedene Arten PTC-Elementen, die unterschiedliche Widerstandsverläufe aufweisen. Vorliegend werden PTC-Elemente mit einem im Wesentlichen linearen Widerstandsverlauf genutzt, um anhand der Widerstände der PTC-Elemente die Temperatur der Wechselstromladekontakte zu erhalten. Die Reihenschaltung von linearen PTC-Elementen bedeutet hierbei, dass die temperaturabhängigen Widerstände der PTC-Elemente hintereinandergeschaltet sind und sich somit addieren. Dadurch ist sowohl eine Summe aller gemessenen Temperaturen, als auch die Durchschnittstemperatur sämtlicher mit Temperatursensoren versehener Wechselstromladekontakte ermittelbar.
Die Temperatursensoren und Anschlüsse können auf verschiedene Arten in dem Gehäuse angeordnet sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Temperatursensoren und die beiden Anschlüsse der Reihenschaltung auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die thermischen Anschlussbereiche mit thermischen Kontaktelementen versehen sind, mit denen ein jeweiliger Ladekontakt thermisch kontaktierbar ist. Durch das Anordnen thermischer Kontaktelemente in den thermischen Anschlussbereichen wird die an den Wechselstromladekontakten entstehende Wärme über direkte Wärmeleitung unter Ausschluss der Konvektion an die thermischen Kontaktelemente geleitet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die thermischen Kontaktelemente nicht galvanisch leitfähig sind. Dadurch ist es möglich die Wechselstromladekontakte thermisch direkt über die thermischen Kontaktelemente an die Temperatursensoren zu koppeln, sodass die an den Wechselstromladekontakten entstehende Wärme nahezu instantan weitergeleitet werden kann, was wiederum zu einer reaktionsschnellen Temperaturmessung beiträgt.
Außerdem betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines zuvor beschriebenen Ladesteckverbinders an der Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System mit dem zuvor beschriebenen Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge mit einer Steuereinheit, wobei die aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlüsse mit der Steuereinheit zum Empfangen des Signals der in Reihe geschalteten Temperatursensoren verbunden sind, und die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Funktionsfähigkeit der in Reihe geschalteten Temperatursensoren zu ermitteln.
Die Steuereinheit ist kann nun derart ausgestaltet sein, dass sie im gesteckten Zustand der Ladesteckverbinder eine Kommunikation zu und/oder von dem korrespondierenden Ladesteckverbinder erlaubt. Auf diese Weise ist über ein Ladekabel eine Kommunikation zwischen einer Ladestation und einem mit dem Ladekabel an die Ladestation angeschlossenen Elektro- oder Hybridfahrzeug möglich
Grundsätzlich kann die Steuereinheit innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Das ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Insofern kann die Steuereinheit innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Eine Anordnung der Steuereinheit außerhalb des Gehäuses kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn es sich bei dem Ladesteckverbinder um einen Ladeeinbaustecker handelt, der an die Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs angebaut ist. Dann steht nämlich innerhalb der Karosserie in der Regel genügend Raum zur Verfügung um die Steuereinheit zu installieren, ohne dass sie andere Einrichtungen stört oder behindert.
Die Steuereinheit kann den Widerstand der in Reihe angeordneten Temperatursensoren messen. Weiter ist die Steuereinheit dazu ausgebildet anhand des Widerstandes eine korrespondierende gemessene Temperatur zu ermitteln. Durch Kenntnis der Anzahl verwendeter Temperatursensoren ist somit nicht nur die Summe der gemessenen Temperaturen, sondern auch eine Durchschnittstemperatur sowie der Temperaturverlauf bekannt. Dadurch ist die Steuereinheit in der Lage Rückschlüsse über die Funktionsfähigkeit der Sensoren zu beziehen. Denn die der gemessene Widerstand sollte stets höher sein als ein einer festlegbaren Mindesttemperatur entsprechender Widerstand. Gleichwohl kann auch durch das Überschreiten eines einer festlegbaren Maximaltemperatur entsprechenden Widerstandes ein funktionaler Defekt einer der Temperatursensoren ermittelbar sein.
Prinzipiell sind verschiedene Analysemethoden in der Steuereinheit implementierbar. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Steuereinheit weiter dazu eingerichtet ist die Funktionsfähigkeit der in Reihe geschalteten Temperatursensoren mittels Gradientenüberwachung zu ermitteln. Mittels Gradientenüberwachung sind sprunghaft steigende und fallende Temperaturen erkennbar, die ein Anzeichen für einen dysfunktionalen Temperatursensor sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist die Funktionsfähigkeit einer für den Ladevorgang verwendeten Ladeelektronik zu überwachen. Das Erkennen einer fehlerhaften Ladeelektronik ermöglicht den frühzeitigen Abbruch des Ladevorgangs.
Vorzugsweise gilt auch, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist den Ladestrom in Abhängigkeit der mit den Temperatursensoren gemessenen Temperatur zu steuern. Dadurch wird beim Erreichen einer Grenztemperatur nicht etwa der Ladevorgang abgebrochen. Vielmehr ist beim Annähern an diese Grenztemperatur vorgesehen, dass der Ladestrom gedrosselt wird, sodass der Ladevorgang nicht unterbrochen werden muss, sondern kontinuierlich fortgesetzt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind in dem Gehäuse angeordnete Gleichstromladekontakte vorgesehen, wobei an den Gleichstromladekontakten wenigstens ein mit einem thermischen Anschlussbereich versehener Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Gleichstromladekontakte angeordnet ist, und die Anschlüsse des Temperatursensors aus dem Gehäuse herausgeführt sind.
Vorliegend werden solche Kontakte als Gleichstromladekontakte bezeichnet, die ausschließlich für das Laden mit Gleichstrom vorgesehen sind. Bei solchen Gleichstromladekontakten kommt es beim Laden mit hohen Strömen in besonderem Maße zu einer Erwärmung. In Abgrenzung zu Gleichstromkontakten gibt es Wechselstromladekontakte. Damit sind die Außenleiter sowie der Neutralleiter (Mittelleiter) gemeint, die jedenfalls auch für eine Laden mit Wechselstrom vorgesehen sind. Als Außenleiter (umgangssprachlich auch als Phase bezeichnet) wird dabei ein Leiter bezeichnet, der im üblichen Betrieb unter Spannung steht und zur Übertragung oder Verteilung elektrischer Energie beitragen kann, aber kein Neutralleiter ist. Ein Neutralleiter ist ein Leiter, der mit dem Neutralpunkt elektrisch verbunden und in der Lage ist, zur Verteilung elektrischer Energie beizutragen. In der europäischen Norm IEC 62196 werden die Kontakte, die vorliegend als Wechselstromladekontakte bezeichnet werden, mit L1, L2 und L3 (Außenleiter) und mit N (Neutralleiter) und die Gleichstromladekontakte mit DC+ und DC- bezeichnet. Diesem Verständnis soll nicht entgegenstehen, dass die europäische Norm IEC 62196 auch eine Betriebsart kennt, gemäß der über die Kontakte L1, L2, L3 und N ein Gleichstromladen erfolgt.
Vorzugsweise gilt in diesem Zusammenhang auch, dass die aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlüsse mit der Steuereinheit kontaktiert sind, sodass die an den Gleichstromladekontakten messbare Temperatur bei einem Wechselstromladen als Umgebungstemperatur referenzierbar ist. Diese Umgebungstemperatur ist als Mindesttemperatur für die Prüfung der Funktionsfähigkeit der in Reihe geschalteten Temperatursensoren nutzbar.
Schließlich betrifft die Erfindung auch noch ein Verfahren zum Betreiben eines Systems aus einem Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge und einer Steuereinheit, wobei der Ladesteckverbinder Wechselstromladekontakte und Temperatursensoren aufweist, wobei jedem Wechselstromladekontakt ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur des jeweiligen Wechselstromkontakts zugeordnet ist, und

die Temperatursensoren in Reihe geschaltet sind, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- S1) Erfassen, ob aktuell ein Ladevorgang stattfindet,
- S2) Messen einer Temperatur der Wechselstromladekontakte, wenn erfasst worden ist, dass aktuell ein Ladevorgang stattfindet,
- S3) Ermitteln der Funktionsfähigkeit der Temperatursensoren.

Wesentlich ist dabei, dass das Ermitteln der Funktionsfähigkeit der Temperatursensoren nur während eines Ladevorgangs stattfinden kann. Vorzugsweise wird Funktionsfähigkeitsprüfung kontinuierlich während des gesamten Ladevorgangs durchgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren die folgenden weiteren Verfahrensschritte:

S2a) Erfassen, ob aktuell ein Wechselstromladen stattfindet,
S2b) Messen einer der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur an den Gleichstromladekontakten, wenn erfasst worden ist, dass ein Wechselstromladen stattfindet. S2c) Berechnen eines absoluten Temperaturanstiegs der Temperatur an den Wechselstromladekontakten mit der Umgebungstemperatur.
S3a) Steuern des Ladestroms in Abhängigkeit der absoluten Temperatur der Wechselstromladekontakte.

Durch das Referenzieren der Umgebungstemperatur ist das Messen eines absoluten Temperaturanstiegs der Sensoren möglich, sodass der Ladestrom beim Annähern an eine absolute Maximaltemperatur gedrosselt werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter im Detail beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen

1 einen Ladesteckverbinder in einer perspektivischen Ansicht gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein zu dem Ladesteckverbinder aus 1 korrespondierenden Ladesteckverbinder in einer perspektivischen Ansicht,
3 schematisch einen Ladesteckverbinder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Steuereinheit,
4 schematisch eine Schaltzeichnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
5 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Aus 1 ist ein Ladesteckverbinder 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht ersichtlich. Der Ladesteckverbinder 1 weist ein Gehäuse 7 und in dem Gehäuse 7 angeordnete Ladekontakte auf. Dabei handelt es sich einerseits um Wechselstromladekontakte 2 für ein Wechselstromladen und andererseits um Gleichstromladekontakte 9 für ein Gleichstromladen. Der in 1 dargestellte Ladesteckverbinder 1 ist ein Ladeeinbaustecker zum Einbau in die Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
Der Ladesteckverbinder 1 ist mit einem korrespondierenden Ladesteckverbinder 13 koppelbar, der in 2 dargestellt ist. Dabei handelt es sich um eine Ladekupplung, die an einem Ladekabel befestigbar ist und mit dem Ladeeinbaustecker zusammengesteckt werden kann. Die hier exemplarisch gezeigte Ladekupplung ist eine solche für ein Wechselstromladen und weist daher korrespondierende Wechselstromladekontakte 17, einen Schutzkontakt 15 und Kommunikationskontakte 16 auf. Sowohl der hier gezeigte Ladeeinbaustecker als auch die hier gezeigte Kupplung entsprechen von ihrem Steckgesicht her der der europäischen Norm IEC 62196.
In 3 ist nun der Ladeeinbaustecker 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Maßgeblich ist, dass jeder der Wechselstromladekontakte 2 in 3 mit einem linearen Temperatursensor 3 versehen ist. Diese linearen Temperatursensoren 3 sind direkt an den jeweiligen thermischen Kontaktelemente 5 in den thermischen Anschlussbereichen 4 angeordnet. Die thermischen Kontaktelemente 5 sind teilkreisförmig ausgebildet und weisen einen Radius auf, der demjenigen der Wechselstromladekontakte 2 entspricht. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte thermische Verbindung zwischen den Wechselstromladekontakten 2 und den thermischen Kontaktelementen 5 ermöglicht. Der Wärmeübertrag durch Konvektion wird verringert gegenüber dem hier vorteilhafteren Wärmeübertrag mittels Wärmeleitung. Die direkt an den thermischen Kontaktelementen 5 angeordneten linearen Temperatursensoren 3 sind in Reihe hintereinander ausgeführt.
In 4 ist ein Schaltbild gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Ein erster linearer Temperatursensor 3 ist mit dem Nullpotential und einem zweiten linearen Temperatursensor 3 galvanisch leitend verbunden. Das Nullpotential entspricht hierbei einem ersten Anschluss 6. Darüber hinaus ist das Nullpotential mit einem ersten CAN-bus Anschluss (controller area network Bus) eines PESD2CAN (Elektrostatischer Entladungsschutz) galvanisch leitend kontaktiert. Der erste lineare Temperatursensor 3 ist mit dem zweiten linearen Temperatursensor 3 und dem den beiden CAN-Bus Anschlüssen gegenüberliegend angeordneten Anschluss des PESD2CAN galvanisch leitend verbunden. Der zweite lineare Temperatursensor 3 ist galvanisch leitend mit dem zweiten CAN-Bus Anschluss des PESD2CAN, dem ersten CAN-Bus Anschluss eines weiteren PESD2CAN und einem dritten linearen Temperatursensor 3 galvanisch leitend kontaktiert. Der Dritte lineare Temperatursensor ist mit dem ersten linearen Temperatursensor 3 und dem den beiden CAN-Bus Anschlüssen gegenüberliegend angeordneten Anschluss des Weiteren PESD2CAN galvanisch leitend verbunden. Der erste lineare Temperatursensor 3 ist galvanisch leitendem mit dem zweiten CAN-Bus Anschluss des weiteren PESD2CAN und mit dem zweiten, das Messsignal transportierenden, Anschluss 6 kontaktiert.
Anhand 3 und 4 ist nun erkennbar, dass derartig hintereinander ausgeführte lineare Temperatursensoren 3 einerseits an jedem Wechselstromladekontakt 2 eine Temperaturänderung schnell registrieren können. Andererseits werden durch die Reihenschaltung nur zwei Anschlüsse 6 benötigt, die aus dem Gehäuse 7 des Ladesteckverbinders 1 herausgeführt sind. Das in 4 gezeigte Schaltbild ist dabei auf einer in 3 gezeigten Leiterplatte 8 in dem Gehäuse 7 ausgebildet. Die aus dem Gehäuse 7 herausgeführten Anschlüsse 6 sind galvanisch mit einer Steuereinheit 10 kontaktiert. Gleichermaßen sind die mit linearen Temperatursensoren 12 versehenen Gleichstromladekontakte 9 ebenfalls über aus dem Gehäuse 7 herausgeführte Anschlüsse 14 mit der Steuereinheit 10 kontaktiert. Die linearen Temperatursensoren 12 sind mittels thermischer Anschlussbereiche 11 mit den Gleichstromladekontakten 9 Kontaktiert.
Bei einem Wechselstromladevorgang verhält es sich jetzt so, dass die Gleichstromladekontakte 9 anfänglich in der Regel eine Temperatur aufweisen, die der Umgebungstemperatur entspricht, sodass diese Umgebungstemperatur als eine Referenztemperatur an die Steuereinheit 10 übertragbar ist. Die Steuereinheit 10 kann unter Berücksichtigung der Referenztemperatur die absolute Temperatur der Wechselstromladekontakte 2 ermitteln. Da die vier linearen Temperatursensoren 3 an den Wechselstromladekontakten 2 in Reihe ausgeführt sind, wird der mit der linear mit der Temperatur korrelierende Widerstand einer Summe aller Widerstände der vier linearen Temperatursensoren 3 entsprechen. Unter Berücksichtigung der Referenztemperatur kann durch die Steuereinheit 10 somit eine minimale und eine durch die Norm vorgegebene maximale Temperatur festgelegt werden.
Gleichzeitig ist eine Durchschnittstemperatur kontinuierlich durch die Steuereinheit 10 messbar, sodass beispielsweise mittels Gradientenüberwachung steile Temperaturanstiege oder schnell fallende Temperaturen mit der Steuereinheit 10 identifizierbar sind. Dadurch ist es möglich, dass nicht nur die Temperatur generell überwacht wird. Vielmehr wird gleichermaßen eine Funktionsfähigkeitsüberprüfung sowohl der Temperatursensoren, als auch der Ladeelektronik mit der Steuereinheit 10 ermöglicht. Weiter ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 10 dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit der Temperatur das Steuern des Ladestroms vorzunehmen. Sobald die Steuereinheit 10 eine Temperatur misst, die in der Nähe der maximal zulässigen Temperatur liegt, die wiederum durch die Summe der maximal zulässigen Temperaturänderung und der Umgebungstemperatur festgelegt ist, kann durch die Steuereinheit 10 der Ladestrom gedrosselt werden. Das Drosseln des Ladestroms sorgt dabei für einen langsameren Anstieg der Temperatur an den Wechselstromladekontakten 2, wodurch der Ladevorgang als solcher verlängerbar ist und ein höherer Ladezustand der Batterie erreicht wird.
Dies ist so auch in 5 aufgezeigt, in der ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet ist. In einem ersten Schritt S1 wird erfasst, ob aktuell ein Ladevorgang stattfindet. Daraufhin wird in Schritt S2, wenn erfasst worden ist, dass ein Ladevorgang stattfindet, die Temperatur an den Wechselstromladekontakten 2 gemessen. Gleichzeitig wird in einem Schritt S2a erfasst, ob der Ladevorgang ein Wechselstromladevorgang ist. Daraufhin wird in einem Schritt S2b an den Gleichstromladekontakten 9 eine der Umgebungstemperatur entsprechende Temperatur gemessen, wenn erfasst worden ist, dass ein Wechselstromladen stattfindet. In Schritt S2c wird anhand der Umgebungstemperatur ein absoluter Temperaturanstieg an den Wechselstromladekontakten 2 berechnet. Die Schritte S2a bis S2c finden dabei gleichzeitig zu Schritt S2, dem kontinuierlichen Messen einer Temperatur statt. In den letzten Schritten S3 und S3a wird schließlich sowohl die Funktionsfähigkeit der Temperatursensoren überprüft, als auch das temperaturabhängige Steuern des Ladestroms vorgenommen.
Bezugszeichenliste

1: Ladesteckverbinder
2: Wechselstromladekontakt
3: linearer Temperatursensor
4: thermischer Anschlussbereich
5: thermische Kontaktelemente
6: Anschluss
7: Gehäuse
8: Leiterplatte
9: Gleichstromladekontakt
10: Steuereinheit
11: thermischer Anschlussbereich
12: linearer Temperatursensor
13: korrespondierender Ladesteckverbinder
14: Anschlüsse
15: Schutzkontakt
16: Kommunikationskontakt
17: korrespondierender Wechselstromladekontakt
18: PESD2CAN

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015106251 A1 [0006]
WO 2021004765 A1 [0007]

Claims

Ladesteckverbinder (1) für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Gehäuse (7) sowie in dem Gehäuse (7) angeordneten Wechselstromladekontakten (2) und Temperatursensoren (3), wobei an jedem Wechselstromladekontakt (2) ein mit einem thermischen Anschlussbereich (4) versehener Temperatursensor (3) zur Messung der Temperatur des jeweiligen Wechselstromkontaktes (2) angeordnet ist, die Temperatursensoren (3) in Reihe geschaltet sind und die beiden Anschlüsse (6) der Reihenschaltung aus dem Gehäuse (7) herausgeführt sind.
Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 1, wobei die Temperatursensoren (3) lineare Temperatursensoren sind.
Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 2, wobei die linearen Temperatursensoren (3) PTC-Elemente sind.
Ladesteckverbinder (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Temperatursensoren (3) und die beiden Anschlüsse (6) der Reihenschaltung auf einer Leiterplatte (8) angeordnet sind.
Ladesteckverbinder (1) nach einem der vorherhigen Ansprüche, wobei die thermischen Anschlussbereiche (4) mit thermischen Kontaktelementen (5) versehen sind, mit denen ein jeweiliger Ladekontakt (2) thermisch kontaktierbar ist.
Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 5, wobei die thermischen Kontaktelemente (5) nicht galvanisch leitfähig sind.
Verwendung eines Ladesteckverbinders (1) nach einem der vorherigen Ansprüche an der Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
System mit einem Ladesteckverbinder (1) für Elektro- und Hybridfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Steuereinheit (10), wobei die aus dem Gehäuse (7) herausgeführten Anschlüsse (6) mit der Steuereinheit (10) zum Empfangen des Signals der in Reihe geschalteten Temperatursensoren (3) verbunden sind, und die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist die Funktionsfähigkeit der in Reihe geschalteten Temperatursensoren (3) zu ermitteln.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (10) weiter dazu eingerichtet ist die Funktionsfähigkeit der in Reihe geschalteten Temperatursensoren (3) mittels Gradientenüberwachung zu ermitteln.
System nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist die Funktionsfähigkeit einer für den Ladevorgang verwendeten Ladeelektronik zu überwachen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist den Ladestrom in Abhängigkeit von der mit den Temperatursensoren (3) gemessenen Temperatur zu steuern.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11 mit in dem Gehäuse angeordneten Gleichstromladekontakten (9), wobei an den Gleichstromladekontakten (2) wenigstens ein mit einem thermischen Anschlussbereich (11) versehener Temperatursensor (12) zur Messung der Temperatur der Gleichstromladekontakte (9) angeordnet ist, und die Anschlüsse (15) des Temperatursensors (12) aus dem Gehäuse (7) herausgeführt sind.
System nach Anspruch 12, wobei die aus dem Gehäuse (7) herausgeführten Anschlüsse (15) mit der Steuereinheit (10) kontaktiert sind, sodass die an den Gleichstromladekontakten (9) messbare Temperatur bei einem Wechselstromladen als Umgebungstemperatur referenzierbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Systems aus einem Ladesteckverbinder (1) für Elektro- und Hybridfahrzeuge und einer Steuereinheit (10), wobei der Ladesteckverbinder (1) Wechselstromladekontakte (2) und Temperatursensoren (3) aufweist, wobei jedem Wechselstromladekontakt ein Temperatursensor (3) zur Messung der Temperatur des jeweiligen Wechselstromkontakts zugeordnet ist, und die Temperatursensoren (3) in Reihe geschaltet sind, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: S1) Erfassen, ob aktuell ein Ladevorgang stattfindet, S2) Messen einer Temperatur der Wechselstromladekontakte (2), wenn erfasst worden ist, dass aktuell ein Ladevorgang stattfindet, S3) Ermitteln der Funktionsfähigkeit der Temperatursensoren (3).
Verfahren nach Anspruch 13, umfassend die weiteren Verfahrensschritte: S2a) Erfassen, ob aktuell ein Wechselstromladen stattfindet, S2b) Messen einer der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur an den Gleichstromladekontakten (9), wenn erfasst worden ist, dass ein Wechselstromladen stattfindet. S2c) Berechnen eines absoluten Temperaturanstiegs der Temperatur an den Wechselstromladekontakten (2) mit der Umgebungstemperatur. S3a) Steuern des Ladestroms in Abhängigkeit der absoluten Temperatur der Wechselstromladekontakte (2).