DE202021004108U1

DE202021004108U1 - Ladekabel

Info

Publication number: DE202021004108U1
Application number: DE202021004108.7U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: US20230271516A1; CN116234716A; WO2022023163A1; JP7572536B2; DE102021203363A1; EP4188742A1; JP2023535609A; DE102021203362A1; BR112023001421A2

Abstract

Ladekabel (10) zum elektrischen Verbinden eines aufzuladenden Energiespeichers (11) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs (12) mit einer elektrischen Energie bereitstellenden Energieversorgungseinrichtung (16), das Ladekabel (10) aufweisend
• eine Ladeleitung (13) mit einer Kupplung (6) sowie mehreren mit der Kupplung (6) elektrisch verbundenen elektrischen Leitern (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) zur Leistungsübertragung und/oder Signalübertragung,
• eine erste Anschlussvorrichtung (14) mit Energieübertragungsmitteln (8), insbesondere Kontakten oder Induktionsspulen, zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen und/oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher (11),
• eine zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) mit einem ersten Anschluss (1A, 1B) zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen und/oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung (16) sowie mit einem zweiten Anschluss (2) zur lösbaren elektrischen Verbindung mit der Kupplung (6),
• wobei zumindest einem Teil der Energieübertragungsmittel (8) der ersten Anschlussvorrichtung (14), insbesondere jedem Energieübertragungsmittel (8), jeweils ein elektrischer Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) der Ladeleitung (13) zugeordnet ist,
• wobei die erste Anschlussvorrichtung (14) eine Steuereinheit (17) aufweist,
• wobei die erste Anschlussvorrichtung (14) oder die Ladeleitung (13) einen Bypassschalter (4) aufweist,
• wobei der Bypassschalter (4) in Abhängigkeit von einem Typ der zweiten Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist,
• wobei in dem ersten Schaltzustand durch den Bypassschalter (4) eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Energieübertragungsmittel (8) und dem zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) unter Umgehung der Steuereinheit (17) hergestellt ist, und
• wobei in dem zweiten Schaltzustand die Steuereinheit (17) elektrisch zwischengeschaltet ist zwischen
-- das zumindest eine Energieübertragungsmittel (8), das im ersten Schaltzustand über den Bypassschalter (4) mit dem zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) verbunden ist und
-- den jeweils zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G), um einen Ladevorgang zu steuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladekabel zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs an einem Ladepunkt mit dem Stromnetz verbunden werden und erneut geladen werden.
Zum Laden von Elektrofahrzeugen gibt es derzeit verschiedene Möglichkeiten auf dem Markt. Beispielsweise können Elektrofahrzeuge an öffentlich zugänglichen Ladesäulen bzw. Ladestation geladen werden oder im privaten Bereich an einer normalen Steckdose geladen werden. Dabei liegen hier zwei grundsätzliche Prinzipien zugrunde.
Einerseits kann an fest installierten Ladestationen (Ladesäulen oder sogenannten Wallboxen) geladen werden. Zu diesem Zweck wird in die Ladestation entweder ein Ladekabel eingesteckt oder das Ladekabel ist bereits fest mit der Ladestation verbunden. Ein solches Ladekabel wird auch als passives Ladekabel bezeichnet. Es dient lediglich dazu, den Strom von der Ladestation zum Energiespeicher, der im Fahrzeug angeordnet ist, zu leiten. Will der Benutzer seinen Energiespeicher an so einer Ladestation laden, muss er sich zunächst identifizieren und autorisieren. Die Identifikation erfolgt beispielsweise über das Einlesen einer RFID-Karte, einer Kreditkarte oder über die Verbindung mit einer auf dem Mobiltelefon des Anfordernden installierten App. Die Autorisation erfolgt ebenfalls mithilfe einer App oder über eine auf der RFID-Karte hinterlegten Zahlungsinformation. Schließlich, nachdem Identifikation und Autorisation abgeschlossen sind, übernimmt die Ladestation das Einschalten des Ladestroms. Das Ladekabel hat hierbei die alleinige Funktion, die elektrische Verbindung zum Elektrofahrzeug herzustellen - daher die Bezeichnung „passives Ladekabel“. Nachteilig hierbei ist der komplexe Vorgang aus Identifikation, Autorisation und ein- bzw. abschalten des Ladestroms durch die Ladesäule. Vorgänge, die der Fahrer bzw. der Anfordernde auslösen muss.
Andererseits kann an sogenannten Dauerstromsteckdosen geladen werden. Zu diesem Zweck wird ein Ladekabel mit integrierter Steuerung (ICCB: In-Cable-Control-Box) benötigt. Die ICCB hat die Funktion, über die Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug die Ladebereitschaft des Fahrzeuges zu verifizieren, den Strom bei gegebener Anforderung einzuschalten und die sichere elektrische Verbindung zum Elektrofahrzeug permanent zu überwachen und im Fehlerfall auch abzuschalten. Nachteilig hierbei ist die im Ladekabel integrierte Steuerung, wodurch eine komplexere Handhabung (Kasten am Kabel umgs.: Ladeziegel) und auch ein vermehrter Zug am Stecker des Ladekabels resultiert.
Unabhängig von dem jeweiligen Ladeverfahren - ob an der Ladestation oder an Dauerstromsteckdosen - erwartet der Fahrer einerseits einen schnellen und andererseits unkomplizierten, einfachen Ladevorgang.
Es besteht daher der Bedarf, dem Fahrer bzw. Benutzer eines Elektrofahrzeugs ein vereinfachtes Laden seines Fahrzeuges zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Das Ladekabel gemäß der Erfindung ermöglicht insbesondere die Verwendung unterschiedlicher Energieversorgungseinrichtungen. So lassen sich vorteilhafterweise gewöhnliche Haushaltssteckdosen, beispielsweise über Schuko-Steckverbinder bzw. die jeweils länderspezifischen Haushaltssteckverbinder, verwenden, die jederzeit eine konstante elektrische Spannung bzw. eine elektrische Dauerspannung bereitstellen. Außerdem lassen sich bevorzugt auch spezielle Ladesäulen oder sog. Wallboxen, d.h. spezielle Ladeinfrastrukturen, verwenden, die speziell auf das Laden der Energiespeicher von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen ausgelegt sind. Unter dem Begriff Fahrzeug sind landgestützte Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge und auch Luftfahrzeuge zu verstehen Das Ladekabel ist somit zum einen modular verwendbar, zum anderen ist das Ladekabel einfach und kompakt aufgebaut. Insbesondere ist vermieden, ein zusätzliches Technikmodul vorzusehen, das bei aus dem Stand der Technik bekannten Ladekabeln beispielsweise als Steuerbox (die sogenannte ICCB) ausgebildet ist und während des Ladevorgangs beispielsweise auf dem Boden liegt und dadurch beschädigt werden kann sowie das Ladekabel unhandlich, schwierig zu verstauen und schwer macht.
Das Ladekabel ist geeignet zum elektrischen Verbinden eines aufzuladenden Energiespeichers eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs mit einer elektrischen Energie bereitstellenden Energieversorgungseinrichtung. Das Ladekabel ist insbesondere ausgebildet bzw. eingerichtet zum Verbinden des Energiespeichers mit der Energieversorgungseinrichtung. Das Ladekabel ist weiterhin insbesondere ausgebildet bzw. eingerichtet zur Herstellung, Überwachung und Steuerung der Verbindung eines Energiespeichers mit einer Energieversorgungseinrichtung. Das Ladekabel weist dazu eine Ladeleitung, eine erste Anschlussvorrichtung und eine zweite Anschlussvorrichtung auf. Die Ladeleitung wiederum weist eine Kupplung sowie mehrere mit der Kupplung elektrisch verbundene elektrische Leitern zur Leistungsübertragung und/oder Signalübertragung auf. Die erste Anschlussvorrichtung dient zur elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher und weist dazu Energieübertragungsmittel auf. Die Energieübertragungsmittel sind vorteilhafterweise z.B. elektrische Kontakte oder Induktionsspulen. Die Energieübertragungsmittel dienen zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher, wobei die elektrische Verbindung drahtlos (z.B. induktiv) oder drahtgebunden (z.B. durch Leitungen) sein kann. Die zweite Anschlussvorrichtung weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, wobei der erste Anschluss zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung geeignet bzw. ausgebildet bzw. eingerichtet ist. Der zweite Anschluss dient zur lösbaren elektrischen Verbindung mit der Kupplung. Auch hier ist vorgesehen, dass besagte elektrische Verbindung mittelbar oder unmittelbar lösbar ausgebildet ist. Die elektrische Verbindung ist auch hier vorteilhafterweise z.B. drahtlos und/oder z.B. drahtgebunden ausgebildet.
Die zweite Anschlussvorrichtung und die Ladeleitung sind - mit anderen Worten - lösbar, d.h., zerstörungsfrei lösbar, miteinander gekoppelt. Somit lässt sich die zweite Anschlussvorrichtung austauschen, um an unterschiedliche Arten von Energieversorgungseinrichtungen und/oder Energieversorgungsanschlüssen (z.B. Typ 1, Typ 2, Typ 3, CEE, CCS, CHAdeMo, Tesla-Anschluss, Typ B, Typ D, Typ E, Typ G, Typ H, Typ I, Typ J, Typ L, Schuko oder dergleichen) angeschlossen zu werden. Wie zuvor beschrieben, lassen sich somit permanente Spannungsquellen, wie beispielsweise Haushaltssteckdosen, und spezielle Ladeinfrastruktur, wie beispielsweise Ladesäulen oder Wallboxen, gleichermaßen mit dem Ladekabel verwenden.
Zumindest einem Teil der Energieübertragungsmittel der ersten Anschlussvorrichtung ist jeweils ein elektrischer Leiter der Ladeleitung zugeordnet. Besonders bevorzugt ist jedem der Energieübertragungsmittel jeweils ein elektrischer Leiter der Ladeleitung zugeordnet. Weiterhin weist die erste Anschlussvorrichtung eine Steuereinheit auf. Sie weist in einer ersten Alternative einen Bypassschalter auf. Der Bypassschalter ist in einer alternativen Ausgestaltung in der Ladeleitung vorgesehen, wobei lediglich ein Bypassschalter vorhanden ist. Dies bedeutet, dass der Bypassschalter entweder in der ersten Anschlussvorrichtung oder in der Ladeleitung vorgesehen ist. Der Bypassschalter ist in Abhängigkeit von einem Typ der zweiten Anschlussvorrichtung zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Änderung des Schaltzustands des Bypassschalters nur durch eine Änderung des Typs der zweiten Anschlussvorrichtung möglich ist. Besonders vorteilhaft erfolgt das Umschalten des Bypassschalters durch einen Wechsel der zweiten Anschlussvorrichtung zwischen einer solchen zweiten Anschlussvorrichtung, die für eine Energieversorgungseinrichtung mit konstanter elektrischer Spannungsversorgung bzw. elektrischer Dauerspannung, z.B. 230V oder 110V, ausgebildet ist (insbesondere ohne Steuerung, z.B. Haushaltssteckdosen), und einer solchen zweiten Anschlussvorrichtung, die für eine Energieversorgungseinrichtung mit eigener Steuerung vorgesehen ist (z.B. Wallboxen oder Ladesäulen). Mit anderen Worten: Je nachdem, welche Art von zweiter Anschlussvorrichtung an das Ladekabel angeschlossen ist (über die Kupplung) schaltet der Bypassschalter in den ersten Schaltzustand bzw. in den zweiten Schaltzustand. In dem ersten Schaltzustand ist durch den Bypassschalter eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Übertragungsmittel und dem zugeordneten elektrischen Leiter unter Umgehung der Steuereinheit hergestellt. In dem zweiten Schaltzustand ist die Steuereinheit elektrisch zwischengeschaltet zwischen das zumindest eine Energieübertragungsmittel, das im ersten Schaltzustand über den Bypassschalter mit dem zugeordneten elektrischen Leiter verbunden ist und den jeweils zugeordneten elektrischen Leiter. Auf diese Weise ist der Steuereinheit ermöglicht (im zweiten Schaltzustand), den Stromfluss zwischen Fahrzeug und Energieversorgungseinrichtung zu steuern, insbesondere den Ladevorgang zu steuern.
Somit wird die Steuereinheit lediglich dann verwendet, wenn diese tatsächlich benötigt wird. Sollte die Steuereinheit nicht benötigt werden, weil eine entsprechende Energieversorgungseinrichtung verwendet wird, die keinerlei Steuereinheit notwendig macht, so wird der Bypassschalter in den ersten Schaltzustand geschaltet. Dieser Schaltvorgang erfolgt durch die Verwendung der entsprechenden zweiten Anschlussvorrichtung für die entsprechende Energieversorgungseinrichtung. Soll hingegen eine Energieversorgungseinrichtung verwendet werden, die das Vorhandensein der Steuereinheit notwendig macht (z.B. weil keine eigene Steuerung bzw. keine eigene Kommunikation mit dem zu ladenden Fahrzeug erfolgen kann, z.B. bei der Verwendung von Haushaltssteckdosen), so wird der Bypassschalter in den zweiten Schaltzustand geschaltet, was wiederum durch die Verwendung des entsprechenden, an die spezielle Energieversorgungseinrichtung angepasste, zweite Anschlussvorrichtung geschieht. Ein Eingriff durch einen Benutzer ist nicht notwendig. Vielmehr kann der Benutzer das Ladekabel komfortabel für verschiedene Situationen verwenden, wobei sich der Benutzer keinerlei Gedanken darum machen muss, dass das Ladekabel korrekt konfiguriert ist. Vielmehr ist eine vollständige Ausgestaltung gemäß dem Prinzip „Anstecken und Loslegen“ (plug & play) gegeben, die keinerlei Eingriffe des Benutzers notwendig macht. Der Benutzer muss lediglich die passende zweite Anschlussvorrichtung für eine gegebene Energieversorgungseinrichtung auswählen und über die Kupplung mit der Ladeleitung verbinden.
Besonders vorteilhaft kann durch das Vorsehen der Steuereinheit in der ersten Anschlussvorrichtung auf eine aufwändige, klobige und schwere Ladebox (ICCB) in der Ladeleitung verzichtet werden, wodurch vorteilhaft das Ladekabel weniger klobig ist, die Steuereinheit vor Zerstörung besser geschützt ist, das Ladekabel sich besser verstauen und handhaben lässt und das Gewicht sinkt. Auch verringert sich dadurch eine Zugbelastung auf die erste bzw. zweite Anschlussvorrichtung, wodurch eine Beschädigung der ersten bzw. zweiten Anschlussvorrichtung und/oder der Gegenanschlussvorrichtung vermieden wird. Außerdem wird vermieden, dass die zweite Anschlussvorrichtung sich von der Gegenanschlussvorrichtung bzw. der Energieversorgungseinrichtung entkoppelt - z.B. bei einer in mehr als 1m Höhe oder mehr als 1,50m Höhe angebrachten Steckdose, in die die zweite Anschlussvorrichtung eingesteckt wird und aus welcher Steckdose dann die zweite Anschlussvorrichtung herausfällt, da die ICCB einen zu großen Zug auf die Anschlussvorrichtung ausübt. Darüber hinaus wird die Stolpergefahr bei bestehender Verbindung von Fahrzeug und Energieversorgungsvorrichtung mittels des Ladekabels deutlich verringert, da keine ICCB mehr am Boden liegt. Die Anordnung des Bypassschalters in der ersten Anschlussvorrichtung bewirkt dieselben Vorteile. Wird der Bypassschalter in der Ladeleitung angeordnet, so ist er gegenüber einer kompletten ICCB deutlich kleiner und weniger schwer, so dass ebenfalls die oben genannten Vorteile bewirkt werden. Die Anordnung des Bypassschalters in der Ladeleitung ermöglichen zudem eine kompaktere Form der ersten Anschlussvorrichtung. Insgesamt wird so vorteilhaft ein gewichtsmäßig leichteres, einfacher zu handhabendes und zu verstauendes, flexibleres und langlebigeres und vor Beschädigung sichereres Ladekabel geschaffen, das auch kostengünstiger hergestellt werden kann, da auf einen besonderen Zerstörungsschutz einer am Boden liegenden ICCB verzichtet werden kann.
Unter Ladeleitung ist im Rahmen dieser Erfindung insbesondere zu verstehen, dass mehrere elektrische Leiter zusammengefasst sind. Die elektrischen Leiter sind gegeneinander elektrisch isoliert, beispielsweise durch jeweils einen eigenen Isolationsmantel. Alle elektrischen Leiter sind außerdem in einem gemeinsamen, elektrisch isolierenden Hauptmantel eingeschlossen. Der Hauptmantel dient bevorzugt zusätzlich zum Schutz der elektrischen Leiter vor äußeren Einflüssen, zum einen von Umwelteinflüssen, zum anderen von mechanischen Belastungen.
Es versteht sich, dass der Bypassschalter, sofern er in der ersten Anschlussvorrichtung vorgesehen ist, ein von der Steuereinheit separater Schalter sein kann. Er kann dann z.B. als diskretes Bauteil oder als integriertes Bauteil in Halbleitertechnologie ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Bypassschalter in die Steuereinheit integriert ist, insbesondere einstückig bzw. nicht zerstörungsfrei lösbar mit der Steuereinheit oder in der Steuereinheit ausgebildet ist. Auch ist es denkbar, dass der Bypassschalter z.B. in einem ASIC mit ausgebildet ist, der die Steuereinheit ausmacht. Im Falle einer solchen Integration ist der erste Schaltzustand funktionell derart zu verstehen, dass die Signale bzw. der Strom, die bzw. der zwischen dem wenigstens einen Energieübertragungsmittel der ersten Anschlussvorrichtung und dem jeweils zugeordneten elektrischen Leiter mittels des Bypassschalters an z.B. signalverarbeitenden Komponenten der Steuereinheit vorbeigeleitet werden bzw. wird. Mit anderen Worten: die für eine Steuerung ausgebildeten Elemente der Steuereinheit (z.B. ASICs, elektronische Komponenten, etc.) werden dann nicht von dem über den Bypassschalter fließenden Strom aktiviert. Durch eine derartige Integration des Bypassschalters in die Steuereinheit kann die erste Anschlussvorrichtung noch kompakter und kostengünstiger ausgebildet werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ladeleitung eine Zusatzkupplung aufweist. Die Zusatzkupplung dient zum Anschluss der ersten Anschlussvorrichtung an die Ladeleitung. Es ist dabei vorgesehen, dass die elektrischen Leiter zur Leistungsübertragung und/oder Signalübertragung durchgängig zwischen der Kupplung und der Zusatzkupplung verlaufen. Insbesondere sind besagte elektrische Leiter nicht unterbrochen. Unter Unterbrechung ist in diesem speziellen Fall gemeint, dass keinerlei weitere elektrische Komponenten zwischen die Kupplung und die Zusatzkupplung zwischengeschaltet sind.
Vielmehr verlaufen die elektrischen Leiter insbesondere direkt und ununterbrochen von der Kupplung zu der Zusatzkupplung, so dass beispielsweise eine durchgängige Kupferleitung pro Leiter vorhanden ist. Somit handelt es sich bei der Ladeleitung vorteilhafterweise um ein reines Verbindungselement ohne jegliche aktive oder passive elektronische Bauteile. Die Ladeleitung ist damit sehr einfach und kostengünstig ausgebildet. Durch die Verwendung der Kupplung und der Zusatzkupplung ist außerdem ermöglicht, die Ladeleitung bei einem Defekt auszutauschen, wobei ein gleichzeitiger Austausch von erster Anschlussvorrichtung und/oder zweiter Anschlussvorrichtung nicht notwendig ist. Dies ist für Nutzer der Ladeleitung vorteilhaft, da sie erheblich Kosten sparen, wenn sie lediglich die günstige Ladeleitung auswechseln müssen, falls diese beschädigt oder zu stark verschmutzt ist. Da die erste Anschlussvorrichtung und/oder zweite Anschlussvorrichtung aktive und/oder passive elektronische Bauteile aufweisen, lässt sich somit der finanzielle Aufwand für besagten Austausch der Ladeleitung minimieren. Die erste Anschlussvorrichtung weist vorteilhafterweise einen Zusatzanschluss auf, der elektrisch mit der Zusatzkupplung verbindbar ist. Auf diese Weise ist eine elektrische Verbindung der Energieübertragungsmittel und/oder der Steuereinheit und/oder des Bypassschalters mit den elektrischen Leitern der Ladeleitung herstellbar. Die elektrische Verbindung zwischen der Zusatzkupplung der Ladeleitung und dem Zusatzanschluss der ersten Anschlussvorrichtung erfolgt insbesondere drahtlos oder drahtgebunden und ist vorteilhafterweise mittelbar oder unmittelbar lösbar ausgebildet. Die Ladeleitung und die erste Anschlussvorrichtung sind somit entweder permanent und damit nicht zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden oder alternativ trennbar miteinander gekoppelt.
Die erste Anschlussvorrichtung weist bevorzugt ein erstes Gehäuse auf. An dem ersten Gehäuse sind sowohl die Energieübertragungsmittel als auch die Ladeleitung ausgebildet. Alternativ sind an dem ersten Gehäuse sowohl die Energieübertragungsmittel als auch der Zusatzanschluss ausgebildet. Somit ist die erste Anschlussvorrichtung, wie zuvor beschrieben, entweder direkt und nicht zerstörungsfrei trennbar mit der Ladeleitung verbunden oder alternativ über Zusatzkupplung und Zusatzanschluss lösbar mit der Ladeleitung verbindbar. Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Anschlussvorrichtung ein zweites Gehäuse auf. In dem zweiten Gehäuse sind sowohl der erste Anschluss als auch der zweite Anschluss ausgebildet. Es handelt sich somit bei der zweiten Anschlussvorrichtung um einen insbesondere einteiligen Körper, der ein gemeinsames Gehäuse für sämtliche vorhandenen Komponenten aufweist. Gleiches gilt für die erste Anschlussvorrichtung, wobei hier die Ladeleitung entweder permanent oder lösbar angebracht ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zur Kupplung passende Gegenkupplungsstück unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist bzw. in dem bzw. an dem Gehäuse vorgesehen bzw. angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist außerdem vorgesehen, dass der Bypassschalter bei Anliegen einer Versorgungsspannung in den zweiten Schaltzustand und bei Fehlen einer Versorgungsspannung in den ersten Schaltzustand geschaltet ist. Alternativ oder zusätzlich ist der Bypassschalter durch die Steuereinheit zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand umschaltbar. Somit ist die Ansteuerung des Bypassschalters entweder abhängig von dem Vorhandensein einer Versorgungsspannung oder von einem Signal der Steuereinheit, wobei auch eine Kombination möglich ist. Diese Versorgungsspannung kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem Typ der zweiten Anschlussvorrichtung vorhanden sein bzw. bereitgestellt werden oder eben auch nicht vorhanden sein bzw. nicht bereitgestellt werden. Somit ist der Schaltzustand des Bypassschalters abhängig vom Typ der am Ladekabel angebrachten zweiten Anschlussvorrichtung.
Besonders vorteilhaft weist die zweite Anschlussvorrichtung eine Spannungsversorgung auf. Die Spannungsversorgung ist mit dem ersten Anschluss elektrisch gekoppelt und stellt bei Anliegen einer elektrischen Spannung am ersten Anschluss eine elektrische Versorgungsspannung bereit. Die elektrische Versorgungsspannung ist insbesondere eine Gleichspannung, wobei auch eine Wechselspannung möglich ist. Die Gleichspannung wird besonders vorteilhaft aus einer von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung gewandelt. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die elektrische Versorgungsspannung dazu vorgesehen ist, den Bypassschalter umzuschalten und/oder die Steuereinheit mit elektrischer Energie zu versorgen. Besonders bevorzugt ist die elektrische Versorgungsspannung über den zweiten Anschluss und die Ladeleitung an den Bypassschalter anlegbar, um den Bypassschalter in den zweiten Schaltzustand zu schalten. Somit erfolgt das Schalten des Bypassschalters in Abhängigkeit des Typs der zweiten Anschlussvorrichtung derart, dass oder dass nicht die zweite Anschlussvorrichtung besagte Versorgungsspannung generiert. Mit anderen Worten unterscheidet sich der Typ der zweiten Anschlussvorrichtung u.a. darin, dass die Spannungsversorgung vorhanden ist. Ist eine Spannungsversorgung vorhanden, so erfolgt bevorzugt das Umschalten des Bypassschalters aufgrund der Versorgungsspannung in den zweiten Schaltzustand. In diesem Fall ist besonders vorteilhaft ein Laden des Energiespeichers basierend auf einer konstanten elektrischen Spannungsquelle bzw. elektrischen Dauerspannungsquelle ohne Steuerleitung bzw. Kommunikationsleitung, wie beispielsweise einer Haushaltssteckdose, ermöglicht. Dabei ist eine Haushaltssteckdose hier lediglich rein beispielhaft aufgeführt. In diesem zweiten Schaltzustand ist die Steuereinheit in der ersten Anschlussvorrichtung aktiviert. Sie kann nun die Kommunikation mit dem Fahrzeug bzw. dessen Energiespeicher übernehmen und in Abhängigkeit von dem Ladebedarf die Stromzufuhr aus der Energieversorgungseinrichtung aktiv selber steuern. Diese Kommunikation von Fahrzeug und Ladekabel mittels der Steuereinheit kann dann wichtig sein, wenn die Energieversorgungseinrichtung selber nicht steuerbar ist bzw. keine Signalleitung aufweist. Die Stromzufuhr muss dann über das Ladekabel bzw. die Steuereinheit gesteuert werden.
Ist hingegen keine Spannungsversorgung in der zweiten Anschlussvorrichtung vorhanden, so dient die zweite Anschlussvorrichtung bevorzugt und lediglich beispielhaft zum Anschließen einer dedizierten Ladeinfrastruktur als Energieversorgungseinrichtung. Diese weist üblicherweise zumindest eine Kommunikationsleitung auf, mithilfe derer in Abhängigkeit von dem Bedarf des zu ladenden Energiespeichers und/oder des Leistungsvermögens der Energieversorgungseinrichtung z.B. der Ladestrom aktiv gesteuert werden kann. In diesem Fall ist der Bypassschalter in den ersten Schaltzustand umgeschaltet, wodurch die Steuereinheit der ersten Anschlussvorrichtung nicht benötigt wird. Die Steuereinheit ist somit weder mit elektrischer Energie versorgt, noch in den elektrischen Pfad zwischen Energieversorgungseinrichtung und Energiespeicher zwischengeschaltet.
Es versteht sich, dass grundsätzlich die zweite Anschlussvorrichtung auch dann eine Versorgungsspannung bereitstellen kann und damit die Steuereinheit aktivieren kann, wenn es sich um eine zweite Anschlussvorrichtung z.B. für eine Wall Box oder eine (öffentliche) Ladesäule oder dergleichen handelt. Dies kann Vorteile haben, wenn die Steuereinheit des Ladekabels den (in welche Richtung auch immer fließenden) Stromfluss über das Ladekabel flexibler regeln kann bzw. besser auf den Bedarf des Nutzers abstimmen kann als es durch eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeug und Energieversorgungseinrichtung möglich ist.
Die zweite Anschlussvorrichtung weist bevorzugt eine Schalteinheit auf. Über die Schalteinheit ist eine elektrische Verbindung zwischen der Energieversorgungseinrichtung und dem zweiten Anschluss einschaltbar und ausschaltbar. Die Schalteinheit ist durch die Steuereinheit steuerbar, insbesondere, um den Ladevorgang bzw. den Stromfluss zu steuern. Somit lässt sich vorteilhafterweise das Kabel bereits unmittelbar an der Verbindung zur Energieversorgungseinrichtung stromlos schalten. Die Schalteinheit in der zweiten Anschlussvorrichtung ermöglicht insbesondere, dass die erste Anschlussvorrichtung sowie die Ladeleitung elektrisch von der Energieversorgungseinrichtung getrennt ist, bis die Steuereinheit einen Stromfluss einschaltet. Somit ist zum einen ein Ladevorgang durch die Steuereinheit steuerbar, während andererseits ein Trennen der elektrischen Verbindung durch die Schalteinheit in einem Bereich möglichst nahe der Energieversorgungseinrichtung realisierbar ist. Dadurch wird vorteilhaft auch die Bediensicherheit erhöht. Denn wenn z.B. die zweite Anschlussvorrichtung an einer Haushaltssteckdose eingesteckt wird, die erste Anschlussvorrichtung jedoch noch nicht in den Gegenstecker des Fahrzeugs gesteckt ist bestünde grundsätzlich das Risiko, dass an der ersten Anschlussvorrichtung bereits eine Spannung anliegt. Dies kann durch die Schalteinheit verhindert werden. So kann z.B. vorgesehen sein, dass erst nach Anliegen der Versorgungsspannung die Steuereinheit aktiviert wird. Diese kann wiederum prüfen, ob sie eine kommunikative Verbindung zum (Hybrid- oder Elektro)Fahrzeug bzw. dessen Energiespeicher herstellen kann, so dass sichergestellt ist, dass keine stromführenden Kontakte offen zugänglich sind. Erst dann kann die Steuereinheit die Schalteinheit dazu veranlassen, den Stromfluss freizugeben.
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Anschlussvorrichtung eine durchgehende, insbesondere ständige, direkte und ununterbrochene, elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss aufweist. Somit ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss mehrere voneinander isolierte Stromleiter verlaufen, wobei diese ununterbrochen oder durchgehend verlaufen. Die elektrische Verbindung zwischen erstem Anschluss und zweitem Anschluss ist insbesondere derart ausgestaltet, dass keine Versorgungsspannung für den Bypassschalter bereitgestellt ist. Ebenso ist bevorzugt vorgesehen, dass keine passiven oder aktiven elektrischen Bauteile zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss vorgesehen sind. In diesem Fall ist insbesondere, wie zuvor beschrieben, keinerlei Versorgungsspannung bereitstellbar, wodurch die Steuereinheit in der ersten Anschlussvorrichtung nicht aktiv werden kann. Dies zum einen deshalb, da die Steuereinheit nicht mit elektrischer Energie versorgt wird, zum anderen deshalb, da der Bypassschalter in den ersten Schaltzustand geschaltet ist. In diesem Fall eignet sich die zweite Anschlussvorrichtung insbesondere zum Anschluss an eine Ladeinfrastruktur, die ihrerseits bereits Steuereinheiten zum Steuern des Ladevorgangs des Energiespeichers und/oder zur Kommunikation mit dem Hybrid- oder Elektrofahrzeug aufweist. Logische Komponenten in der zweiten Anschlussvorrichtung sind in diesem Fall nicht notwendig.
Die erste Anschlussvorrichtung weist bevorzugt eine Kommunikationseinheit auf. Bei der Kommunikationseinheit handelt es sich bevorzugt um eine Funkkommunikationsschnittstelle. Die Funkkommunikationsschnittstelle ermöglicht besonders bevorzugt eine Kommunikation mit einem Benutzerendgerät (z.B. einem Mobiltelefon, dem Fahrzeug, etc.) und/oder mit dem Internet. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Anschlussvorrichtung ein Anzeige- und/oder Eingabemodul aufweist, das bevorzugt z.B. zum Anzeigen des Stromflusses bzw. zum Eingeben einer gewünschten Ladestromstärke bzw. eines Stromflusses ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich weist die erste Anschlussvorrichtung bevorzugt ein Energiemessmodul auf, das zum Ermitteln einer durch das Ladekabel geflossenen elektrischen Energie ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft misst das Energiemessmodul den durch das Ladekabel geflossenen Strom, um zusammen mit der anliegenden elektrischen Spannung eine Ladeleistung und unter weiterer Berücksichtigung der Dauer des Stromflusses die geflossene Energie zu ermitteln. Somit ist ermöglicht, die zwischen Energieversorgungseinheit und Fahrzeug geflossene elektrische Energie (auch richtungsabhängig) zu quantifizieren, insbesondere, um einen Abrechnungsvorgang zu vereinfachen und/oder um dem Benutzer z.B. einen Überblick über die z.B. dem Fahrzeug (im Saldo) zugeführte Energie zu geben. Alternativ oder zusätzlich ist des Weiteren vorteilhafterweise vorgesehen, dass die erste Anschlussvorrichtung ein Authentifizierungsmodul aufweist. Das Authentifizierungsmodul dient insbesondere zum Authentifizieren bei der Energieversorgungseinrichtung, um somit eine Berechtigung z.B. zur Energieentnahme anzuzeigen. Besonders vorteilhaft ist über das Authentifizierungsmodul außerdem eine Abrechnung abwickelbar, so dass der Benutzer lediglich sein persönliches Ladekabel oder seine persönliche erste Anschlussvorrichtung bereithalten muss, die, beispielsweise über eine Datenbank, in einem Abrechnungssystem hinterlegt ist. Zur Abrechnung der Menge des Energieflusses, z.B. der entnommenen Energie aus der Energieversorgungseinrichtung, erfolgt vorteilhafterweise eine selbstständige Kommunikation zwischen Authentifizierungsmodul und Energieversorgungseinrichtung. Auf diese Weise vereinfacht sich der Abrechnungsvorgang zwischen Benutzer des Stromanschlusses und dem Eigentümer des Stromanschlusses, z.B. einem Stadtwerk oder einem Energieversorger. So ist z.B. der Bezahlvorgang für einen Ladevorgang für den Benutzer vereinfacht. Eine aufwändige Authentifizierung mittels verschiedener Apps auf einem Mobilfunktelefon, etc. oder durch spezielle Ladekarten für jeden Energieversorger kann dadurch entfallen.
Die zweite Anschlussvorrichtung weist in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Temperaturüberwachungsmodul auf. Das Temperaturüberwachungsmodul ist eingerichtet, in Abhängigkeit einer in der zweiten Anschlussvorrichtung erfassten Temperatur ein Temperaturinformationssignal an die Steuereinheit auszugeben. Alternativ oder zusätzlich ist das Temperaturüberwachungsmodul ausgebildet, einen Stromfluss durch die zweite Anschlussvorrichtung einzustellen und/oder zu unterbrechen. Auf diese Weise ermöglicht das Temperaturüberwachungsmodul insbesondere, einen vordefinierten Temperaturbereich einzuhalten. Somit ist zum einen vorgesehen, dass das Temperaturüberwachungsmodul eine Temperaturinformation an die Steuereinheit ausgibt, damit die Steuereinheit besagte Information über die Temperatur in der zweiten Anschlussvorrichtung während des Ladevorgangs berücksichtigen kann. Dabei kann es sich bei der Temperaturinformation z.B. um ein Temperaturinformationssignal handeln. Also z.B. um einen Wert, der z.B. lediglich zwei oder drei Stufen aufweist, wobei auch mehr Stufen möglich sind. Eine erste Stufe kann dabei z.B. einem Zustand „Temperatur liegt im Normbereich“ entsprechen, eine zweite Stufe kann z.B. einem Zustand „Temperatur ist erhöht, jedoch noch nicht kritisch“ entsprechen und eine dritte Stufe kann z.B. einem Zustand „Temperatur ist kritisch“ entsprechen. Es muss sich somit nicht um die ermittelte Temperatur selber handeln. Zum anderen kann das Temperaturüberwachungsmodul auch selbstständig den Ladestrom begrenzen oder unterbrechen. Dabei ist vorgesehen, dass diese beiden Möglichkeiten, d.h., die Übermittlung von Temperaturinformationen und das selbstständige Verringern oder Unterbrechen des Ladestroms entweder alternativ oder kumuliert vorgesehen sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Temperaturüberwachungsmodul eine Auswerteschaltung aufweist, die mit wenigstens einem in der zweiten Anschlussvorrichtung angeordneten Temperatursensor verbunden ist. Die Auswerteschaltung stellt bevorzugt ein Temperatursignal bzw. ein Temperaturinformationssignal bzw. ein Statussignal in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur bereit, welches insbesondere über wenigstens einen elektrischen Leiter der Ladeleitung an die Steuereinheit in der ersten Anschlussvorrichtung übermittelt wird. Beispielsweise über einen als Signalleitung vorgesehenen elektrischen Leiter. Mittels der Steuereinheit ist in Abhängigkeit des Statussignals die Leistungsaufnahme aus der Energieversorgungseinrichtung reduzierbar und/oder unterbrechbar. Somit ist insbesondere kein direkter Einfluss der Auswerteschaltung auf den Ladestrom vorgesehen, vielmehr ist insbesondere vorgesehen, dass die Auswerteschaltung die Steuereinheit durch besagtes Statussignal über einen aktuellen Temperaturzustand informiert. Das Statussignal kann beispielsweise mehrere Stufen aufweisen, wobei jede Stufe einem vorbestimmten Temperaturbereich entspricht. So lässt sich insbesondere dann ein erstes Statussignal ausgeben, wenn die Temperatur der zweiten Anschlussvorrichtung in einem Normalbereich liegt. Ein zweites Statussignal lässt sich ausgeben, wenn die Temperatur der zweiten Anschlussvorrichtung in einem Warnbereich liegt, in dem ein weiterer Anstieg der Temperatur vermieden werden soll. Ein drittes Statussignal kann insbesondere dann ausgegeben werden, wenn die Temperatur in der zweiten Anschlussvorrichtung eine vordefinierte Maximalschwelle überschritten hat. Alternativ oder zusätzlich ist die Auswerteschaltung ausgebildet, bei Überschreiten der besagten Maximalschwelle den Stromfluss, z.B. des Ladestroms, selbstständig zu unterbrechen, wodurch vorteilhaft eine Redundanz bezüglich der Temperatursicherheit geschaffen ist. In diesem Fall wird die Steuereinheit für die Unterbrechung des Stromflusses nicht benötigt, kann jedoch redundant weiter aktiv sein.
Der Bypassschalter ist vorteilhafterweise in der ersten Anschlussvorrichtung oder in der Kupplung der Ladeleitung oder in der Zusatzkupplung der Ladeleitung angeordnet, wobei die Zusatzkupplung eingerichtet ist, mit einem Zusatzanschluss der ersten Anschlussvorrichtung gekoppelt zu werden. Somit ist insbesondere eine flexible Anordnung des Bypassschalters ermöglicht. Sollte der Bypassschalter nicht in der ersten Anschlussvorrichtung angeordnet sein, so kann eine zusätzliche elektrische Verbindung zwischen Bypassschalter und erster Anschlussvorrichtung vorgesehen sein, wobei diese zusätzliche Verbindung insbesondere über die Kombination Zusatzkupplung und Zusatzanschluss und/oder durch die Ladeleitung verläuft. Der Ort des Bypassschalters lässt sich somit je nach verfügbarem Platzangebot an unterschiedlichen Stellen realisieren, wodurch vorteilhaft die Handhabung und Verstaubarkeit und die Gewichtsverteilung einzelner Komponenten der Ladeleitung verbessert werden kann.
Die Ladeleitung verläuft besonders bevorzugt zwischen der ersten Anschlussvorrichtung und der Kupplung durchgängig. Dies bedeutet insbesondere, dass keine Elektronikbausteine in den einzelnen elektrischen Leitungen vorhanden sind. Bei der Ladeleitung handelt es sich somit um ein reines Verbindungselement ohne aktive oder passive elektrische Komponenten (wenn man von den Leitungen als solchen absieht). Die Ladeleitung ist insbesondere unlösbar an der ersten Anschlussvorrichtung angebracht, wobei die Ladeleitung insbesondere bis in ein Gehäuse der ersten Anschlussvorrichtung hineingeführt ist. Dabei bedeutet unlösbar, dass ein Lösen von Ladeleitung und erster Anschlussvorrichtung nicht vorgesehen und/oder nicht zerstörungsfrei möglich ist. Durch das Hineinführen der Ladeleitung bis in ein Gehäuse der ersten Anschlussvorrichtung ist erreichbar, dass die erste Anschlussvorrichtung keinen Kabelstummel, keine Zusatzkupplung oder eine ähnliche elektrische Verkabelung aufweisen muss. Vielmehr handelt es sich um einen einteiligen, insbesondere festen Gegenstand mit einem festen Gehäuse. Dadurch kann z.B. ein besonders witterungsbeständiges Ladekabel geschaffen werden, da das Fahrzeug mitsamt der ersten Anschlussvorrichtung auch widrigen, nassen, feuchten und schmutzbehafteten Witterungsverhältnissen oder Außenumgebungen ausgesetzt sein kann.
Die Erfindung betrifft bevorzugt außerdem eine Anschlussvorrichtung, die zur Verwendung als erste Anschlussvorrichtung in einem Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist. Die Anschlussvorrichtung weist Energieübertragungsmittel auf, die insbesondere Kontakte oder Induktionsspulen sind. Die Energieübertragungsmittel dienen zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen und/oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Weiterhin weist die Anschlussvorrichtung eine Ladeleitung oder einen Zusatzanschluss zur elektrischen Verbindung mit einer Ladeleitung auf. Die Anschlussvorrichtung weist weiterhin eine Steuereinheit und bevorzugt einen Bypassschalter auf. Der Bypassschalter ist in Abhängigkeit von einem Typ einer zweiten Anschlussvorrichtung des Ladekabels zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar. Bevorzugt ist außerdem zumindest einem Teil der Energieübertragungsmittel, insbesondere jedem Energieübertragungsmittel, jeweils ein elektrischer Leiter der Ladeleitung zugeordnet. Diese Zuordnung erfolgt entweder durch eine Zuordnung über den Zusatzanschluss oder durch eine feste Verdrahtung der jeweiligen elektrischen Leiter und Energieübertragungsmittel. In dem ersten Schaltzustand des Bypassschalters ist durch den Bypassschalter eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Energieübertragungsmittel und dem zugeordneten elektrischen Leiter unter Umgehung der Steuereinheit hergestellt. In dem zweiten Schaltzustand des Bypassschalters ist die Steuereinheit elektrisch zwischengeschaltet zwischen das zumindest eine Energieübertragungsmittel, das im ersten Schaltzustand über den Bypassschalter mit dem zugeordneten elektrischen Leiter verbunden ist und den jeweils zugeordneten elektrischen Leiter. Auf diese Weise ist es der Steuereinheit ermöglicht, den Stromfluss zwischen Fahrzeug und Energieversorgungseinrichtung zu steuern, insbesondere einen Ladevorgang zu steuern. Der Bypassschalter ermöglicht somit die Verwendung der Steuereinheit zum Steuern des Stromflusses (z.B. des Ladevorgangs), so dass je nach dem Vorliegen des ersten Schaltzustands oder des zweiten Schaltzustands eine verschiedene Energieversorgungseinrichtung verwendet werden kann. So kann beispielsweise durch Verwenden der Steuereinheit eine konstante elektrische Spannungsquelle bzw. elektrische Dauerspannungsquelle, wie beispielsweise eine Haushaltssteckdose, insbesondere ohne eigene Kommunikationsleitung, als Energieversorgungseinrichtung verwendet werden, da hierzu eine Steuerung des Stromflusses (z.B. bei einem Ladevorgang), z.B. durch das Ladekabel bzw. das Fahrzeug mittels Kommunikation über die Steuereinheit, notwendig ist. Handelt es sich bei der Energieversorgungseinrichtung hingegen um eine dedizierte Ladeinfrastruktur wie eine Ladesäule oder Wallbox, die insbesondere selbständig mit dem Fahrzeug kommunizieren kann, so wird die Steuereinheit nicht zwingend benötigt und kann somit durch den Bypassschalter umgangen werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anschlussvorrichtung, die zur Verwendung als zweite Anschlussvorrichtung eines Ladekabels bzw. in oder an einem Ladekabel wie zuvor beschrieben ausgebildet ist. Die Anschlussvorrichtung weist einen ersten Anschluss sowie einen zweiten Anschluss auf. Der erste Anschluss dient zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtgebundenen und/oder drahtlosen elektrischen Verbindung mit einer Energieversorgungseinrichtung. Bei der Energieversorgungseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Haushaltssteckdose und damit um eine konstante elektrische Spannungsquelle bzw. elektrische Dauerspannungsquelle, grundsätzlich aber auch um eine dedizierte Ladeinfrastruktur (auch mit eigenem Ladecontroller) handeln. Der zweite Anschluss dient zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtgebundenen und/oder drahtlosen elektrischen Verbindung mit einer Ladeleitung des Ladekabels. Somit ist die Anschlussvorrichtung insbesondere austauschbar mit dem Ladekabel verbindbar. Sie kann also an verschiedene Ladeleitungen angeschlossen werden. Eine Spannungsversorgung ist vorgesehen, die mit dem ersten Anschluss elektrisch gekoppelt ist und die bei Anliegen einer elektrischen Spannung am ersten Anschluss eine erste Versorgungsspannung bereitstellt. Die elektrische Versorgungsspannung ist über den zweiten Anschluss an die Ladeleitung ausgebbar. Schließlich ist eine Schalteinheit vorgesehen, über die eine Ausgabe einer von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellten elektrischen Spannung an den zweiten Anschluss einschaltbar und ausschaltbar ist. Die Schalteinheit ist über den zweiten Anschluss steuerbar. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass bei Verbinden der zweiten Anschlussvorrichtung mit der Energieversorgungseinrichtung zunächst keine Energie übertragen wird. Vielmehr wird zunächst lediglich die Versorgungsspannung ausgegeben, die den übrigen Komponenten des Ladekabels wiederum signalisiert, dass eine Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung vorhanden ist. Die übrigen Komponenten des Ladekabels, insbesondere eine Steuereinheit in einer ersten Anschlussvorrichtung des Ladekabels, können somit den Ladevorgangs selbstständig starten, stoppen und steuern bzw. eine Steuerung des Stromflusses durch das Fahrzeug oder dessen Batterie bzw. Energiespeicher veranlassen. Hierzu ist über den zweiten Anschluss ein entsprechendes Ansteuern der Schalteinheit notwendig. Somit ist einerseits ein Steuern, zumindest ein Starten und Stoppen, des Ladevorgangs ermöglicht, wobei außerdem ein Unterbrechen des Ladestroms bei ausgeschalteter Schalteinheit in unmittelbarer Nähe der Energieversorgungseinrichtung erfolgt. Damit ist derjenige Bereich des Ladekabels und der zweiten Anschlussvorrichtung, die permanent unter einer elektrischen Spannung stehen, minimiert. Die Schalteinheit kann z.B. zusätzlich auch durch ein Temperaturüberwachungsmodul steuerbar sein, insbesondere ausschaltbar sein.
Der Begriff Laden ist hierbei als ein Beispiel für einen Energietransfer zwischen Fahrzeug und Energieversorgungsvorrichtung zu verstehen.
Das Ladekabel hat u.a. die Vorteile, dass das Laden unabhängig ob an einer Ladestation, Dauerstromsteckdose oder schaltbaren Steckdose erfolgen kann und der Ladevorgang schnell und andererseits unkompliziert erfolgt.
Bevorzugt ist dazu ein Ladekabel zum elektrischen Laden eines Energiespeichers eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs vorgesehen, wobei das Ladekabel eine Ladeleitung umfasst, wobei die Ladeleitungen eine erste Anschlussvorrichtung umfasst, wobei die erste Anschlussvorrichtung mit dem Energiespeicher des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs lösbar elektrisch verbindbar ist, wobei die Ladeleitung eine zweite Anschlussvorrichtung umfasst, wobei die zweite Anschlussvorrichtung mit einer Energieversorgungseinrichtung mittelbar oder unmittelbar lösbar elektrisch verwendbar ist, wobei das Ladekabel mindestens eine Steuereinheit und/oder mindestens eine Schalteinheit und/oder mindestens eine Kommunikationseinheit umfasst. Vorteilhaft an diesem Ladekabel ist die Realisierung einer kompakten, universell einsetzbaren, mobilen Ladelösung für den Fahrer, bzw. den Ladenden und einer einfachen, kostengünstig installierbaren Ladeinfrastruktur für den Ladepunktanbieter. Der Ladevorgang wird vorteilhafterweise gestartet, ohne dazu eine vorherige Identifizierung und Autorisation des Ladestromanfordernden über eine RFID-Karte, eine Verbindung mit dem Mobiltelefon oder eine Kreditkarte anstoßen zu müssen. Somit ist keine zusätzliche, nicht direkt mit dem Ladevorgang in Bezug stehende Handlung für den Ladestromanfordernden notwendig. Es genügt lediglich, dass Kabel einzustecken, da das System sich selbständig autorisiert.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Vorteilhafterweise ist/sind die mindestens eine Steuereinheit und/oder die mindestens eine Schalteinheit und/oder die mindestens eine Kommunikationseinheit entlang der Ladeleitung untergebracht. Daraus resultiert eine kompakte und mobile Ladelösung für den Ladenden. Zudem können die Anschlussvorrichtung/Stecker klein ausgeführt werden, was zu einer reduzierten Zugbelastung an der Anschlussvorrichtung führt.
Vorteilhafterweise ist/sind die mindestens eine Steuereinheit und/oder die mindestens eine Schalteinheit und/oder die mindestens eine Kommunikationseinheit in der ersten Anschlussvorrichtung oder entlang der Ladeleitung untergebracht. Durch die Aufteilung zwischen Steuereinheit, Schalteinheit und Kommunikationseinheit zwischen Anschlussvorrichtung und Ladeleitung lässt sich vorteilhafterweise ein kompakter Aufbau realisieren, indem Teile der Funktionalitäten ins Ladekabel verlegt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die mindestens eine Steuereinheit und/oder die mindestens eine Schalteinheit und/oder die mindestens eine Kommunikationseinheit in der ersten Anschlussvorrichtung untergebracht ist/sind. Durch die Anordnung dieser Einheiten in der Anschlussvorrichtung sind die wesentlichen Funktionalitäten bezüglich Ladesteuerung, Autorisation und Identifikation in der Anschlussvorrichtung und somit im Stecker des Ladekabels kompakt untergebracht.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die mindestens eine Kommunikationseinheit kabelgebunden und/oder kabellos kommuniziert. Die Kommunikationseinheit kann vorteilhafterweise kabelgebunden mit dem Fahrzeug oder auch mit einer schaltbaren Steckdose kommunizieren, indem beispielsweise eine Identifizierung durchgeführt wird und die schaltbare Steckdose nach einer Prüfung zur Benutzung freigegeben wird. Mittels der kabellosen Kommunikation wird vorteilhafter Weise mit einem Ladecontroller oder Benutzerinterface oder Energiemesser kommuniziert.
Vorteilhafterweise aktiviert bzw. deaktiviert die Schalteinheit einen Stromfluss durch das Ladekabel. Ist das Ladekabel mit einer Dauerstromsteckdose verbunden, erfolgt der Stromfluss vorteilhafterweise durch das Ladekabel nur dann, wenn die Schalteinheit den Ladestrom einschaltet.
Weiterhin ist die mindestens eine Schalteinheit vorteilhafterweise geeignet, den Stromfluss durch das Ladekabel in Abhängigkeit von einer Fehlerstrom- und Temperaturüberwachung stromlos zu schalten, wodurch die Sicherheit des Ladevorgangs erhöht wird und auch in ältere Gebäude ohne FI Schutzschalter sicher geladen werden kann.
Die Steuereinheit ist vorteilhafter Weise geeignet, die maximal zu entnehmende Stromstärke zum Laden des Energiespeichers zu regeln. Je nachdem unter welchen Bedingungen das Ladekabel zum Laden eingesetzt wird (Wallbox, Ladestation, schaltbare Steckdose, Dauerstromsteckdose, etc.) regelt die Steuereinheit die für den jeweiligen Fall geeignete Stromstärke.
Die Kommunikationseinheit ist geeignet, sich vorteilhafterweise in einem gesteckten Zustand des Ladekabels mit einer schaltbaren Steckdose der Energieversorgungseinrichtung zu verbinden, indem das Ladekabel mittels der Kommunikationseinrichtung die Steckdose identifiziert, die Steckdose autorisiert und einen Strom für das Ladekabel in der Steckdose schaltet. Die schaltbare Steckdose, die beispielsweise fest installiert, bzw. ortsfest eingebaut ist, kann somit nicht willkürlich von unautorisierten Ladekabeln zum Aufladen eines Energiespeichers genutzt werden, sondern kann nur mit diesem Ladekabel freigeschaltet werden.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das über ein Ladekabel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung an eine Energieversorgungseinrichtung angeschlossen ist,
2 eine erste schematische Abbildung des Aufbaus des Ladekabels gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine zweite schematische Darstellung über den Aufbau des Ladekabels gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine dritte schematische Darstellung des Aufbaus des Ladekabels gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine schematische Darstellung eines Ladekabels und einer Dauerstromsteckdose,
6 eine weitere schematische Darstellung eines Ladekabels und einer schaltbaren Steckdose, und
7 eine weitere schematische Darstellung eines Ladekabels und einer Ladestation bzw. Wallbox.

Ausführungsformen der Erfindung
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. seiner Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
1 zeigt schematisch ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 mit einem Energiespeicher 11. Der Energiespeicher 11 soll über eine Energieversorgungseinrichtung 16 geladen werden, wobei die Energieversorgungseinrichtung 16 in dem in 1 gezeigten Fall eine Ladesäule ist, die ein Laden mit dreiphasiger Wechselspannung ermöglicht. Zur Verbindung von Energieversorgungseinrichtung 16 und Energiespeicher 11 bzw. Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 ist ein Ladekabel 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen.
Das Ladekabel 10 weist eine erste Anschlussvorrichtung 14 sowie ein zweite Anschlussvorrichtung 15 auf, wobei zwischen der ersten Anschlussvorrichtung 14 und der zweiten Anschlussvorrichtung 15 eine Ladeleitung 13 vorhanden ist. Die erste Anschlussvorrichtung 14 dient zur elektrischen Verbindung mit dem Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 und speziell mit dem Energiespeicher 11. Die zweite Anschlussvorrichtung 15 dient zur Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung 16.
Die erste Anschlussvorrichtung 14 weist Energieübertragungsmittel 8 auf, die zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher 11 vorgesehen sind. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um Kontakte, z.B. Steckkontakte, oder um Induktionsspulen, um die elektrische Verbindung herzustellen. Die elektrische Verbindung kann entweder drahtgebunden hergestellt werden oder drahtlos, wie beispielsweise induktiv oder kapazitiv. Im elektrisch verbundenen Zustand kann (elektrische) Energie zwischen der ersten Anschlussvorrichtung und dem daran angeschlossenen Gegenanschluss übertragen werden.
In der gezeigten Ausgestaltung weist die erste Anschlussvorrichtung 14 außerdem einen Zusatzanschluss 9 auf, über den eine drahtlose und/oder drahtgebundene elektrische Verbindung mit einer Zusatzkupplung 5 der Ladeleitung 13 unmittelbar oder mittelbar lösbar herstellbar ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann auf den Zusatzanschluss 9 sowie die Zusatzkupplung 5 verzichtet werden, so dass die Ladeleitung 13 direkt an der ersten Anschlussvorrichtung 14 angebracht ist und nicht zerstörungsfrei von dieser trennbar ist.
Eine zweite Anschlussvorrichtung 15, 15A, 15B dient zur elektrischen Verbindung des Ladekabels 10 mit der Energieversorgungseinrichtung 16, wobei in 1 ein erster Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15A gezeigt ist. In dieser Ausgestaltung ist die zweite Anschlussvorrichtung 15A zum Anschluss an eine Ladeinfrastruktur als Energieversorgungseinrichtung 16 vorgesehen, die beispielsweise ein dreiphasiges Laden ermöglicht. Die Ladeinfrastruktur als Energieversorgungseinrichtung 16 weist beispielsweise bereits eine Ladekontrolllogik auf und kann somit direkt mit dem Energiespeicher 11 und/oder dem Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 kommunizieren. Die zweite Anschlussvorrichtung 15A weist einen ersten Anschluss 1A und einen zweiten Anschluss 2 auf, wobei der erste Anschluss 1A zur elektrischen Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung 16 ausgebildet ist. Der zweite Anschluss 2 dient zur Verbindung mit der Ladeleitung 13. Die Ladeleitung 13 weist hierzu eine Kupplung 6 auf, wobei die Kupplung 6 und zweiter Anschluss 2 lösbar elektrisch verbindbar sind. Somit lässt sich die zweite Anschlussvorrichtung 15 einfach und aufwandsarm austauschen, indem lediglich die Verbindung zwischen Kupplung 6 und zweitem Anschluss 2 getrennt wird.
Der erste Anschluss 1A dient zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung 16. Besagte elektrische Verbindung kann beispielsweise durch Kontakte, z.B. Steckkontakte, oder kapazitiv oder induktiv (beispielsweise durch Spulen) erfolgen. Selbiges gilt für die elektrische Verbindung zwischen zweitem Anschluss 2 und Kupplung 6, auch hier ist bevorzugt eine mittelbar oder unmittelbar lösbare elektrische Verbindung vorgesehen, die drahtlos oder drahtgebunden sein kann.
Die Ladeleitung 13 weist zwischen der Kupplung 6 und der Zusatzkupplung 5 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich elektrische Leiter auf, die eine elektrische Verbindung zwischen der Kupplung 6 und der Zusatzkupplung 5 herstellen. Diese elektrischen Leiter sind beispielsweise Kupferleiter oder Aluminiumleiter oder sie sind aus einem anderen Material mit hoher Leitfähigkeit ausgebildet und weisen eine elektrische Isolierung auf. Alle elektrischen Leiter sind in einem Strang zusammengefasst und weisen bevorzugt einen gemeinsamen Mantel auf, der einerseits als elektrische Isolierung und andererseits als mechanischer Schutz dient. Bevorzugt ist keinerlei aktive oder passive elektrische Komponente in der Ladeleitung 13 vorgesehen. Sämtliche logische Bauteile und insbesondere aktive oder passive elektrische Komponenten sind entweder Teil der ersten Anschlussvorrichtung 14 oder Teil der zweiten Anschlussvorrichtung 15A. Dadurch kann die Ladeleitung vorteilhaft kostengünstig hergestellt werden.
2 zeigt schematisch eine Übersicht über die Funktionsweise sowie den Aufbau des Ladekabels 10. In der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist auf die Zusatzkupplung 5 der Ladeleitung 13 sowie den Zusatzanschluss 9 der ersten Anschlussvorrichtung 14 verzichtet. Vielmehr ist die Ladeleitung 13 direkt in ein erstes Gehäuse 26 der ersten Anschlussvorrichtung 14 geführt. Dort ist sie beispielsweise unlösbar (also: nicht zerstörungsfrei lösbar) befestigt bzw. angebracht bzw. angeschlossen. Die Ladeleitung 13 weist somit lediglich die Kupplung 6 auf, an der entweder ein erster Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15A oder ein zweiter Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15B, insbesondere zerstörungsfrei lösbar, angebracht werden kann. Grundsätzlich sind auch mehr als zwei verschiedene Typen von Anschlussvorrichtungen an der Kupplung 6 anbringbar. Die unterschiedlichen Typen der zweiten Anschlussvorrichtung 15A, 15B ermöglichen die Verbindung mit unterschiedlichen Energieversorgungseinrichtungen 16, insbesondere z.B. mit einer Haushaltssteckdose, die permanent elektrische Energie bereitstellt, dabei aber keine Ladekontrolllogik und/oder keine Kommunikationsleitung aufweist, sowie mit einer dedizierten Ladeinfrastruktur, die eine entsprechende Ladekontrolllogik und/oder Kommunikationsleitung bereits beinhaltet und mehrphasiges Laden bzw. einen Energietransfer ermöglichen kann.
In dieser - lediglich beispielhaften - Ausführungsform weist die erste Anschlussvorrichtung 14 einen Bypassschalter 4 sowie eine Steuereinheit 17 auf. Der Bypassschalter 4 kann zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umgeschaltet werden, wobei im ersten Schaltzustand die Steuereinheit 17 umgangen ist (in 2: der obere, durchgezogen gezeichnete Pfad), während im zweiten Schaltzustand die Steuereinheit 17 in den elektrischen Pfad des Ladekabels 10 zwischengeschaltet ist (in 2 der untere, gestrichelt gezeichnete Pfad). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Bypassschalter 4 - auch aus Gründen der Übersichtlichkeit - separat von der Steuereinheit 17 ausgebildet dargestellt. Der Bypassschalter 4 kann grundsätzlich jedoch auch in die Steuereinheit 17 integriert sein. In diesem Fall ist der erste Schaltzustand derart zu verstehen, dass die funktional zur Steuerung benötigten Elemente der Steuereinheit 17 jedenfalls bezüglich derjenigen Leitung umgangen werden, in der der Bypassschalter 4 angeordnet ist. Die Details zu diesem Schaltvorgang werden nachfolgend mit Beschreibung der 3 erläutert. Durch den Bypassschalter 4 ist somit die Steuereinheit 17 wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar, wobei das Umschalten zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand in Abhängigkeit des Typs der zweiten Anschlussvorrichtung 15A, 15B erfolgt. Dies ermöglicht das Ladekabel 10 wahlweise als intelligentes Ladekabel 10 (zweiter Schaltzustand) oder als nicht intelligentes Ladekabel (erster Schaltzustand) einzusetzen, je nachdem, ob aufgrund des Typs der zweiten Anschlussvorrichtung 15 eine Ladekontrolllogik benötigt wird bzw. erwünscht ist oder nicht. Ein Benutzer des Ladekabels 10 muss dazu bevorzugt keine Schaltvorgänge manuell veranlassen, vielmehr erfolgt das Umschalten des Bypassschalters 4 bevorzugt durch die zweite Anschlussvorrichtung 15A, 15B. Somit muss der Benutzer lediglich die für die aktuelle Ladesituation passende zweite Anschlussvorrichtung 15A, 15B z.B. mittels der Kupplung 6 an der Ladeleitung 13 anbringen, um das Ladekabel 10 passend zu konfigurieren.
Wird der erste Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15A mit der Kupplung 6 gekoppelt, so ist vorgesehen, dass ein direktes Verbinden des ersten Anschlusses 1A mit der Kupplung 6 über den zweiten Anschluss 2 erfolgt. Details hierzu werden wiederum nachfolgend mit Beschreibung der 3 erläutert. Wird der erste Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15A verwendet, so ist das Ladekabel 10 insbesondere zum Verbinden mit einer Ladeinfrastruktur als Energieversorgungseinrichtung 16 vorgesehen. In diesem Fall wird keinerlei eigene Logik innerhalb des Ladekabels 10 benötigt, weswegen die Steuereinheit 17 durch den Bypassschalter 4 umgangen wird. Das Ladekabel 10 dient somit als nichtintelligentes Ladekabel und ermöglicht eine Kommunikation des Energiespeichers 11 oder des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs 12 direkt mit der Energieversorgungseinrichtung 16.
Wird hingegen ein zweiter Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15B verwendet, so dient der erste Anschluss 1B der zweiten Anschlussvorrichtung 15B insbesondere zum Anschluss an eine Haushaltssteckdose, beispielsweise über einen, z.B. länderspezifisch ausgebildeten, Schukostecker. In diesem Fall ist somit keinerlei Ladekontrolllogik und auch keine Kommunikations- bzw. Signalleitung seitens der Energieversorgungseinrichtung 16 vorgesehen, weshalb in diesem Ausführungsbeispiel mehrere aktive Komponenten innerhalb der zweiten Anschlussvorrichtung 15 angeordnet sind. Auch wird in diesem Fall die Steuereinheit 17 (in der ersten Anschlussvorrichtung 14) als Ladecontroller für den Ladevorgang bzw. den Energietransfervorgang benötigt. Daher ist der Bypassschalter 4 in den zweiten Schaltzustand umzuschalten, um ein Umgehen der Steuereinheit 17 zu vermeiden und die Steuereinheit 17 in den elektrischen Pfad des Ladekabels 10 einzubinden.
Es versteht sich, dass grundsätzlich auch bei Verwendung der weiter oben beschriebenen Energieversorgungseinrichtung mit einer eigenen Kommunikations- oder Signalleitung, auch eine zweite Anschlussvorrichtung 15B des zweiten Typs verwendet werden kann. Dies kann beispielsweise erwünscht sein, wenn der Nutzer sich Vorteile davon verspricht, dass der Energietransfer nicht durch eine direkte Kommunikation des Fahrzeugs bzw. des Energiespeichers mit der Versorgungseinrichtung erfolgt, sondern bewusst die Steuereinheit 17 zwischengeschaltet werden soll.
Weiterhin ist zu verstehen, dass die Umschaltung des Bypassschalters 4 auf verschiedene Weisen realisiert werden kann. Es ist lediglich wichtig, dass die Umschaltung in Abhängigkeit vom Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15A, 15B erfolgt. Nachfolgend wir eine lediglich beispielhaft zu verstehende Ausführungsform beschrieben, die zeigt, wie der Bypassschalter 4 in Abhängigkeit des Typs umgeschaltet werden kann. Grundsätzlich sind selbstverständlich auch andere Ausführungen (z.B. durch drahtlose oder drahtgebundene Übermittlung von Informationen über den Typ der zweiten Anschlussvorrichtung) denkbar, wobei die Einstellung des jeweiligen Schaltzustands dann aufgrund der übermittelten bzw. empfangenen bzw. eingelesenen Informationen erfolgt.
Der zweite Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15B weist hier lediglich beispielhaft eine Spannungsversorgung 3 sowie eine Schalteinheit 18 auf. Erfolgt eine Verbindung von erstem Anschluss 1 B der zweiten Anschlussvorrichtung 15B mit der Energieversorgungseinrichtung 16, so bleibt zunächst die Schalteinheit 18 geöffnet, wodurch eine Unterbrechung der Spannungsversorgung erreicht ist. Die Ladeleitung 13 und die erste Anschlussvorrichtung 14 sind somit nicht elektrisch mit der Energieversorgungseinrichtung 16 direkt gekoppelt. Lediglich erfolgt das Bereitstellen einer Versorgungsspannung durch die Spannungsversorgung 3, wobei es sich hierbei insbesondere um eine Gleichspannung handelt. Die Spannungsversorgung 3 stellt die Versorgungsspannung über die Kupplung 6 und die Ladeleitung 13 dem Bypassschalter 4 und/oder der Steuereinheit 17 zur Verfügung. Somit kann entweder durch das Vorhandensein der Versorgungsspannung direkt der Bypassschalter 4 geschaltet werden, beispielsweise, indem der Bypassschalter 4 als Relais oder MOSFET oder Ähnliches ausgebildet ist. Alternativ lässt sich der Bypassschalter 4 auch von der Steuereinheit 17 schalten, wobei die Steuereinheit 17 hier zuerst durch die Spannungsversorgung 3 mit elektrischer Energie versorgt ist und dann den Bypassschalter umschaltet (in den zweiten Schaltzustand). In beiden beispielhaften Fällen wird somit die Steuereinheit 17 aktiv und kann nachfolgend den Ladevorgang des Energiespeichers 11 steuern. Hierzu ist die Steuereinheit 17 bevorzugt ausgebildet, ein entsprechendes Signal an die Schalteinheit 18 auszugeben, um die elektrische Verbindung zwischen Energieversorgungseinrichtung 16 und Energiespeicher 11 herzustellen. Bevorzugt kommuniziert die Steuereinheit 17 nach ihrer Aktivierung (Bypassschalter 4 in zweitem Schaltzustand) auch mit dem Fahrzeug 12 bzw. dem Energiespeicher 11 des Fahrzeugs 12 und veranlasst das Fahrzeug 12 bzw. den Energiespeicher 11, beim Energietransfer z.B. eine maximale Transferstromstärke, oder spezifischer: Ladestromstärke, nicht zu überschreiten. Die Ladesteuerung wird somit zwischen Steuereinheit 17 und dem Fahrzeug 12 bzw. dessen Energiespeicher 11 durchgeführt.
Besonders vorteilhaft weist die zweite Anschlussvorrichtung 15B außerdem ein Temperaturüberwachungsmodul 28 auf. Das Temperaturüberwachungsmodul 28 dient zum Einlesen bzw. Ermitteln bzw. Erfassen einer Temperatur der zweiten Anschlussvorrichtung 15B, so dass eine Überlastung der zweiten Anschlussvorrichtung 15B aufgrund zu hoher Temperaturen verhinderbar ist. Die Wirkweise des Temperaturüberwachungsmoduls 28 wird nachfolgend mit Beschreibung der 4 erläutert.
Es versteht sich, dass der Bypassschalter 4 grundsätzlich auch in der Ladeleitung 13 angeordnet sein kann.
3 zeigt ebenfalls einen schematischen Aufbau des Ladekabels 10, wobei ein größerer Detailierungsgrad als in 2 dargestellt ist. Auch hier ist wieder - lediglich beispielhaft und aus Gründen der Übersichtlichkeit - der Bypassschalter 4 separat von der Steuereinheit dargestellt. Zusätzlich sind in dieser Ausgestaltung die Zusatzkupplung 5 der Ladeleitung 13 und der Zusatzanschluss 9 der ersten Anschlussvorrichtung 14 gezeigt, so dass die erste Anschlussvorrichtung 14 von der Ladeleitung 13 lösbar ausgebildet ist. Wie zuvor beschrieben verlaufen zwischen Zusatzkupplung 5 und Kupplung 6 mehrere elektrische Leiter 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G. Die elektrischen Leiter 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G sind allesamt durchgängig zwischen Kupplung 6 und Zusatzkupplung 5 ausgebildet und insbesondere nicht durch andere elektrische Bauteile physisch unterbrochen. Somit ist keinerlei aktives oder passives elektrisches Bauteil zwischen der Kupplung 6 und der Zusatzkupplung 5 vorhanden.
Die erste Anschlussvorrichtung 14 weist, wie zuvor erläutert, eine Vielzahl von Energieübertragungsmitteln 8 auf, die zur elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher 11 vorgesehen sind. Jedem Energieübertragungsmittel 8 ist ein elektrischer Leiter 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G zugeordnet, wobei jede Kombination von Energieübertragungsmittel 8 und zugehörigem elektrischem Leiter 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G entweder zur Übertragung eines Signals oder zur Übertragung einer elektrischen Ladeleistung vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist auf diese Weise zumindest ein Nullleiter, eine Schutzerde sowie ein dreiphasiger elektrischer Spannungsanschluss sowie zwei Signalleitungen realisiert.
In dem ersten Schaltzustand ist durch den Bypassschalter 4 eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem Energieübertragungsmitteln 8 und den jeweils zugeordneten elektrischen Leitern 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G unter Umgehung der Steuereinheit 17 hergestellt. In dem zweiten Schaltzustand ist die Steuereinheit 17 elektrisch zwischengeschaltet zwischen die Energieübertragungsmittel 8, die im ersten Schaltzustand über den Bypassschalter 4 mit den zugeordneten elektrischen Leitern 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G verbunden sind und den jeweils zugeordneten elektrischen Leitern 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G, um einen Energietransfervorgang, z.B. einen Ladevorgang zu steuern. Dies gilt insbesondere für solche Energieübertragungsmittel 8 und zugehörige elektrische Leiter 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G, die eine Signalleitung bilden. In 3 bilden ein erster Leiter 13A und ein zweiter Leiter 13B jeweils mit dem jeweils zugeordneten Energieübertragungsmittel 8 jeweils eine Signalleitung. Eine der Signalleitungen, die über den zweiten Leiter 13B verläuft, lässt sich somit durch den Bypassschalter 4 umschalten, um entweder die Steuereinheit 17 zu beinhalten oder die Steuereinheit 17 zu umgehen. Dies bedeutet, dass im ersten Schaltzustand eine (hier: direkte) Verbindung zwischen dem zweiten Leiter 13B und dem zugehörigen Energieübertragungsmittel 8 hergestellt ist, wobei die Steuereinheit 17 umgangen ist. Im zweiten Schaltzustand hingegen ist die Steuereinheit 17 zwischen den zweiten elektrischen Leiter 13B und das zugehörige Energieübertragungsmittel 8 geschaltet. Die übrigen elektrischen Leiter 13C, 13D, 13E, 13F, 13G sowie die zugehörigen Energieübertragungsmittel 8 sind permanent verbunden, wenn eine Verbindung zwischen Zusatzkupplung 5 und Zusatzanschluss 9 hergestellt ist.
Der Bypassschalter 4 befindet sich standardmäßig in dem ersten Schaltzustand. Wird ein erster Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15A verwendet und mit der Kupplung 6 der Ladeleitung 13 elektrisch gekoppelt, so erfolgt im Endergebnis eine (direkte) elektrische Verbindung zwischen den Energieübertragungsmitteln 8 und dem ersten Anschluss 1A der zweiten Anschlussvorrichtung 15A unter Umgehung der Steuereinheit 17, wobei die durch den ersten Leiter 13A gebildete Signalleitung in diesem Fall nicht zwingend benötigt wird und ungenutzt bleibt. Die Steuereinheit 17 wird nicht mit elektrischer Energie versorgt und bleibt inaktiv. Eine Kommunikation zwischen Energiespeicher 11 oder Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 und Energieversorgungseinrichtung 16 ist über die durch den zweiten Leiter 13B gebildete Signalleitung ermöglicht, da diese durch den Bypassschalter 4 unter Umgehung der Steuereinheit 17 direkt durchgeschaltet ist.
Wird hingegen ein zweiter Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15B verwendet, so wird die Steuereinheit 17 vorteilhafterweise verwendet und aktiv geschaltet. Lediglich beispielhaft erfolge hier der Anschluss der zweiten Anschlussvorrichtung 15B an eine übliche Haushaltssteckdose, z.B. eine Schukosteckdose mit einem Nullleiter, einem Phasenleiter und einem Schutzleiter.
Die Aktivierung der Steuereinheit 17 geschieht hier beispielhaft dadurch, dass die zweite Anschlussvorrichtung 15B zunächst eine Versorgungsspannung durch die Spannungsversorgung 3 bereitstellt, die über den ersten Leiter 13A an die Steuereinheit 17 ausgegeben wird. Die Spannungsversorgung 3 wandelt hier z.B. einen aus der Spannungsversorgung 16 erhaltenen Wechselstrom lediglich beispielhaft in eine Gleichspannung um, z.B. eine Gleichspannung zwischen 5V und 50V, bevorzugt zwischen 10V und 25V. Die Steuereinheit 17 wird somit mit elektrischer Energie versorgt und damit aktiv. Zusätzlich erfolgt ein Umschalten des Bypassschalters 4 in den zweiten Schaltzustand, so dass diejenige Signalleitung, die durch den zweiten Leiter 13B etabliert wird, von der Steuereinheit 17 ansteuerbar ist. Das Umschalten des Bypassschalters 4 kann entweder durch die Versorgungsspannung der Spannungsversorgung 3 erfolgen oder alternativ durch ein Ansteuersignal der Steuereinheit 17. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen möglich sind, die ein Umschalten des Bypassschalters 4 bewirken, wenn eine zweite Anschlussvorrichtung 15B eines Typs ans Ladekabel 10 angeschlossen ist, bei dem die Steuereinheit 17 aktiviert bzw. nicht umgangen werden soll.
Sollten der Energiespeicher 11 und/oder das Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 über diejenigen Energieübertragungsmittel 8, die dem ersten Leiter 13A und dem zweiten Leiter 13B zugeordnet sind, zu kommunizieren versuchen, so erfolgt diese Kommunikation nun ausschließlich mit der Steuereinheit 17. Die Steuereinheit 17 kann somit gegenüber dem Energiespeicher 11 und/oder dem Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 als Ladekontrolllogik fungieren und den Ladevorgang steuern. Dies umfasst insbesondere das Aushandeln einer Ladeleistung, die durch den Energiespeicher 11 und/oder das Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 erwartet wird. Sobald der Ladevorgang gestartet werden soll, erfolgt hier beispielhaft über den zweiten Leiter 13B, der aufgrund des Bypassschalters 4 nicht mehr direkt mit dem zugehörigen Energieübertragungsmittel 8 verbunden ist und der somit keinerlei Kommunikationssignale von dem Energiespeicher 11 und/oder dem Hybrid- oder Elektrofahrzeug 12 empfangen kann, ein Ansteuern der Schalteinheit 18. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit 17 über besagten zweiten Leiter 13B die Schalteinheit 18 umschalten. Die Schalteinheit 18 ist hier z.B. standardmäßig in einer offenen Stellung geschaltet. Dadurch wird bewirkt, dass zunächst keine Energie, die zwischen Fahrzeug 12 und Energieversorgungseinrichtung 16 fließen soll, fließt. Handelt es sich z.B. um einen Ladevorgang, so wird Energie, die durch die Energieversorgungseinrichtung 16 bereitgestellt wird, nicht an die Ladeleitung 13 und die erste Anschlussvorrichtung 14 weitergegeben. Dies erfolgt erst dann, wenn der Ladevorgang gestartet werden soll. Die Steuereinheit 17 hat somit volle Kontrolle über den Ladevorgang und kann dessen Start und Stopp über die Schalteinheit 18 beeinflussen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung lässt sich außerdem eine Ladestromstärke über die Schalteinheit 18 einstellen.
Das Ladekabel 10 lässt sich somit an unterschiedliche Energieversorgungseinrichtungen 16 anschließen, wobei das Ladekabel 10 je nach äußeren Anforderungen als intelligentes Ladekabel oder als nicht intelligentes Ladekabel fungiert. Damit ist für einen Benutzer der Ladevorgang erheblich vereinfacht, da der Benutzer lediglich die passende zweite Anschlussvorrichtung 15, 15A, 15B an der Ladeleitung 13 anbringen muss. Anschließend erfolgt eine selbstständige Konfiguration des Ladekabels 10 um einen gewünschten Energietransfervorgang, z.B. eine gewünschte Ladesituation, zu erreichen.
Die erste Anschlussvorrichtung 14 weist, wie zuvor beschrieben, ein erstes Gehäuse 26 auf, das unterschiedlich ausgebildet sein kann. In 2 wurde eine Variante gezeigt, in der sowohl die Energieübertragungsmittel 8 als auch die Ladeleitung 13 am ersten Gehäuse 23 ausgebildet sind. In der in 3 gezeigten Variante weist die erste Anschlussvorrichtung 14 ein erstes Gehäuse 26 auf, in dem die Energieübertragungsmittel 8 und der Zusatzanschluss 9 zur Verbindung mit der Zusatzkupplung 5 ausgebildet sind. Somit ist insbesondere erreicht, dass sämtliche Komponenten der ersten Anschlussvorrichtung 14 in einem gemeinsamen Gehäuse, dem ersten Gehäuse 26, angeordnet sind. Die erste Anschlussvorrichtung 16 weist somit insbesondere keinerlei Kabelstummel oder ähnliches auf, um die Ladeleitung 13 anzuschließen. Die Ladeleitung 13 kann allerdings alternativ auch direkt und nicht zerstörungsfrei lösbar mit der ersten Anschlussvorrichtung 14 gekoppelt sein.
Die zweite Anschlussvorrichtung 15, 15A, 15B weist ein zweites Gehäuse 27 auf, an dem sowohl der erste Anschluss 1A, 1B als auch der zweite Anschluss 2 ausgebildet sind. Somit ist die Ausgestaltung ähnlich zu der Ausgestaltung der ersten Anschlussvorrichtung 14. Auch für die zweite Anschlussvorrichtung 15, 15A, 15B gilt, dass sämtliche Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse, dem zweiten Gehäuse 27, angeordnet sind. Auch auf diese Weise ist insbesondere vermieden, einen Kabelstummel oder ähnliches bereitzustellen.
Ist das Ladekabel an eine schaltbare Steckdose auf Seite der Energieversorgungseinrichtung 16 angeschlossen, so kann in der zweiten Anschlussvorrichtung 15B beispielsweise die Schalteinheit überbrückt werden oder weggelassen werden oder funktional außer Betrieb gesetzt werden (z.B. durch eine Elektronik) oder nur noch für den Fall einer Temperaturüberhöhung als Notabschaltung bzw. Notdrosselung Verwendung finden. Die Steuereinheit 17 kann für eine Abschaltung bzw. Drosselung des Stromflusses in diesem Fall z.B. auf die Schaltfunktion der schaltbaren Steckdose zurückgreifen bzw. dazu mit der schaltbaren Steckdose kommunizieren.
4 ist eine weitere Abbildung, die schematisch den Aufbau des Ladekabels 10 zeigt. Hierbei ist insbesondere der logische Aufbau des Ladekabels 10 dargestellt.
Die erste Anschlussvorrichtung 14 weist zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Komponenten vorteilhafterweise ein Energiemessmodul 7 auf. Das Energiemessmodul 7 dient vorteilhafterweise zum Ermitteln einer durch das Ladekabel 10 geflossenen elektrischen Energie. Dazu misst das Energiemessmodul vorteilhafterweise einen Stromfluss sowie eine anliegende elektrische Spannung, um daraus z.B. zunächst die durch das Ladekabel 10 geflossene elektrische Leistung zu ermitteln. Durch die Erfassung der Zeit, während der die jeweils ermittelte Leistung fließt, kann die Energie ermittelt werden. Dies ermöglicht außerdem, einen Alterungsgrad des Ladekabels 10 zu ermitteln.
Die erste Anschlussvorrichtung 14 weist außerdem vorteilhafterweise ein Anzeige- und/oder Eingabemodul 29 auf. Dabei kann es sich insbesondere um einen Touchscreen oder ein Display oder eine Eingabevorrichtung handeln. Über das Anzeige- und/oder Eingabemodul 29 lässt sich insbesondere eine gewünschte Ladestromstärke eingeben und/oder anzeigen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Anschlussvorrichtung 14 eine Kommunikationseinheit 19 aufweist. Die Kommunikationseinheit 19 ist insbesondere eine Funkkommunikationsschnittstelle. Die Kommunikationseinheit 19 dient bevorzugt zur Kommunikation mit einem Benutzerendgerät 19A (z.B. ein Mobilfunkgerät, Tablet oder auch das Fahrzeug bzw. dessen Kommunikationsmodul, etc.) und/oder dem Internet 19B. Auf diese Weise lassen sich Informationen über den Ladevorgang einfach und zuverlässig an den Benutzer ausgeben. Gleichzeitig kann der Benutzer Eingaben tätigen, wie beispielsweise die zuvor genannte gewünschte Ladestromstärke.
Die erste Anschlussvorrichtung 14 weist bevorzugt außerdem ein Authentifizierungsmodul 21 auf. Das Authentifizierungsmodul 21 ermöglicht eine Authentifizierung bei der Energieversorgungseinrichtung 16, wobei insbesondere eine Kommunikation mit einem Authentifizierungsgegenmodul 21A stattfindet. Sobald eine entsprechende Authentifizierung durch das Authentifizierungsmodul 21 und das Authentifizierungsgegenmodul 21A erfolgt ist, ermöglicht die Energieversorgungseinrichtung 16 den Transfer von elektrischer Energie. Dies stellt einerseits sicher, dass nur berechtigte Benutzer einen Energietransfer zwischen Fahrzeug und der Energieversorgungseinrichtung 16 vornehmen können, andererseits kann auf diese Weise eine Abrechnung für den Energietransfer erreicht werden. Dadurch ist eine separate Anmeldung des Benutzers an der Energieversorgungseinrichtung 16 nicht notwendig, vielmehr erfolgt eine selbstständige Authentifizierung und/oder Abrechnung durch das Authentifizierungsmodul 21 sowie das Authentifizierungsgegenmodul 21A und damit letztlich durch Verwendung der ersten Anschlussvorrichtung.
Durch die genannten Komponenten, d.h., das Energiemessmodul 7, das Anzeige- oder Eingabemodul 29, die Kommunikationseinheit 19 und das Authentifizierungsmodul 21 ist eine Handhabung des Ladekabels 10 für den Benutzer vereinfacht. So lassen sich Komfortfunktionen wie die zuvor beschriebene Abrechnung einfach und aufwandsarm durchführen. Damit ist für den Benutzer der Energietransfervorgang, z.B. ein Ladevorgang, so einfach wie möglich gestaltet.
Weist das Ladekabel 10 den ersten Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15A auf, um mit einer Ladeinfrastruktur verbunden zu werden, so sind weitere Überwachungsmaßnahmen nicht notwendig. Ist hingegen der zweite Typ der zweiten Anschlussvorrichtung 15B vorhanden, so ist - je nach der verwendeten Energieversorgungseinrichtung, z.B. einer Haushaltssteckdose - z.B. lediglich ein einphasiges Laden ermöglicht. In diesem Fall ist vorteilhafterweise das zuvor beschriebene Temperaturüberwachungsmodul 28 vorgesehen. Das Temperaturüberwachungsmodul 28 beinhaltet hier beispielsweise eine Auswerteschaltung 28A und einen Temperatursensor 28B. Die Auswerteschaltung 28A ist mit dem Temperatursensor 28B verbunden, wobei durch den Temperatursensor 28B eine Temperatur der zweiten Anschlussvorrichtung 15B erfassbar ist. Das Temperaturüberwachungsmodul 28 kann verschiedene Funktionalitäten erfüllen, was nachfolgend beschrieben ist.
Es versteht sich dabei, dass das Temperaturüberwachungsmodul 28 als solches nicht zwingend den Temperatursensor aufweisen muss. Es liest Temperatursignale ein bzw. ermittelt sie.
Zum einen ist vorgesehen, dass die Auswerteschaltung 28A in Abhängigkeit von einer Temperatur, die die Auswerteschaltung 28A einliest und die z.B. mittels des Temperatursensors 28B erfasst werden, ein Statussignal bereitstellt. Das Statussignal ist beispielhaft über einen der elektrischen Leiter 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G an die erste Anschlussvorrichtung 14 und insbesondere an die Steuereinheit 17 übertragbar, es kann jedoch grundsätzlich z.B. auch drahtlos oder über andere Leitungen übertragen werden. Die Steuereinheit 17 kann somit den Energietransfervorgang, z.B. den Ladevorgang, basierend auf der Temperaturinformation steuern. Das Statussignal kann insbesondere verschiedene Temperaturstufen anzeigen, so dass beispielsweise unterschiedliche Statussignale durch die Auswerteeinheit 28A bereitgestellt werden, wenn sich die Temperatur der zweiten Anschlussvorrichtung 15B in verschiedenen vordefinierten Temperaturbereichen bewegt. So kann insbesondere ein erstes Statussignal anzeigen, dass die Temperatur in einem unkritischen Bereich liegt. Ein zweites Statussignal kann anzeigen, dass eine Temperatur in einem erhöhten Bereich liegt, so, dass die Steuereinheit 17 bei Empfang des zweiten Statussignals für eine Drosselung des Stromflusses sorgen kann (z.B. indem sie dem Fahrzeug 12 oder dem Energiespeicher 11 mitteilt, den Stromfluss zu reduzieren oder indem sie auf die Schalteinheit 18 einwirkt). Sollte hingegen ein drittes Statussignal bereitgestellt werden, so zeigt dieses an, dass eine vordefinierte Maximaltemperatur überschritten ist, wodurch der Ladevorgang zu stoppen ist. Das Stoppen des Ladevorgangs kann entweder durch die Steuereinheit 17 erfolgen, indem diese den Stromfluss durch die Schalteinheit 18 trennt und/oder dem Fahrzeug 12 bzw. dem Energiespeicher 11 mitteilt, dass der Energietransfer zu beenden ist. Alternativ kann das Stoppen des Ladevorgangs auch durch die Auswerteschaltung 28A selbst erfolgen, entweder, indem die Auswerteschaltung 28A die Schalteinheit 18 ansteuert oder indem das Temperaturüberwachungsmodul 28 einen eigenen Unterbrechungsschalter aufweist, der von der Auswerteschaltung 28A ansteuerbar ist. Auf diese Weise ist erreichbar, dass ein Ladevorgang nur in einem vordefinierten Temperaturbereich der zweiten Anschlussvorrichtung erfolgt. Dadurch kann vorteilhaft ein Überhitzen und ggf. ein Brand insbesondere der Energieversorgungseinrichtung 16 oder daran angeschlossener Infrastruktur vermieden werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladekabels 10 und einer Dauerstromsteckdose 23. Das Ladekabel 10 weist eine erste Anschlussvorrichtung 14 auf wobei die Anschlussvorrichtung 14 mit dem Energiespeicher 11 des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs 12 lösbar elektrisch verwendbar ist. Die Anschlussvorrichtung 14 ist vorzugsweise ein Typ 2 Stecker. Weiterhin umfasst das Ladekabel 10 eine Ladeleitung 13 und eine zweite Anschlussvorrichtung 15. Die Anschlussvorrichtung 15 kann hierbei als Haushaltsstecker (Schuko Type F, alle EU Länder, US, CN, etc.) oder CEE Stecker (blau, rot - für Industriesteckdosen) oder Typ 2 Stecker ausgeführt sein. Alternativ kann die zweite Anschlussvorrichtung 15 auch als Adapter ausgeführt sein, sodass an diesen Adapter die genannten Steckertypen (Haushaltsstecker, CEE Stecker, Typ 2 Stecker, etc.) angeschlossen werden können. Die Anschlussvorrichtung 14 ist für die Fahrzeugseite vorgesehen, die Anschlussvorrichtung 15 ist für die Verbindung des Ladekabels 10 mit der Energieversorgungseinrichtung 16, in diesem Falle die Dauerstromsteckdose 23 vorgesehen. Die Anschlussvorrichtung 14 umfasst eine Steuereinheit 17, eine Schalteinheit 18 und eine Kommunikationseinheit 19. Alternativ können Steuereinheit 17, Schalteinheit 18, Kommunikationseinheit 19 auch komplett in der Ladeleitung 13 des Ladekabels 10 angeordnet sein oder zumindest teilweise entlang der Ladeleitung und der Anschlussvorrichtung verteilt sein (zum Beispiel Kommunikationseinheit 19 in der Anschlussvorrichtung 14 und Steuereinheit 17 und Schalteinheit 18 entlang der Ladeleitung 13 - oder alternative Aufteilung). Steckt der Fahrer das Ladekabel 10 in das Fahrzeug 12 ein und verbindet es mit der Dauerstromsteckdose 23, ist das Ladekabel 10 zunächst durch die Schalteinheit 18 stromlos geschalten. Die Steuereinheit 17 erkennt den eingesteckten Zustand in einer Dauerstromsteckdose 23. Die Steuereinheit 17 übernimmt anschließend die Ladesteuerung, Regelung und aktiviert/deaktiviert über die Schalteinheit den Ladestrom. Optional ist es möglich, über die Kommunikationseinheit 19 in die Ladesteuerung einzugreifen und mit der Schalteinheit 18 den Ladestrom abzuschalten oder auch zu reduzieren.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt ist eine weitere schematische Darstellung eines Ladekabels 10 und einer schaltbaren Steckdose 20. Gleiche Elemente in Bezug auf 5 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Ladekabel 10 mit einer scheinbaren Steckdose 20 verbunden. Über die Kommunikationseinheit 19 verbindet sich das Ladekabel 10 mit der schaltbaren Steckdose 20. Die Kommunikationseinheit 19 verbindet sich dabei entweder kabellos mit der Steckdose 20 oder kabelgebunden. Dabei wird die Steckdose 20 identifiziert (z.B. über MAC Adressen, WIFI Passwort, LoRaWan, etc.), die Steckdose 20 autorisiert und der Strom für das Ladekabel 10 in der Steckdose 20 durchgeschaltet. Die Schalteinheit 18 übernimmt im Falle, dass das Ladekabel 10 mit einer schaltbaren Steckdose 20 verbunden ist, keine weitere Funktion, da die Schaltungsfunktion von der Steckdose 20 übernommen wird. Optional kann allerdings die Schalteinheit 18 innerhalb der Anschlussvorrichtung 14 eine Sicherheitsabschaltung vornehmen, wenn Fehlerströme oder sicherheitsrelevante zu hohe Temperaturwerte detektiert werden. Die Kommunikationseinheit 19 weist ein loT (Internet of Things) Interface auf und nutzt WLAN/ LoRaWan, etc. und verfügt über ein Benutzerinterface, über das der Fahrer bzw. Ladende den Ladevorgang beeinflussen bzw. einsehen kann. Weiterhin umfasst die Kommunikationseinheit 19 einen Energiemesser bzw. Stromzähler (für Abrechnung der geladenen Strommenge) und erlaubt - im Falle einer Ladung mehrerer Fahrzeuge - mittels mehrerer Ladekabel 10 eine Kommunikation der Ladekabel 10 untereinander, um ein effizientes Lademanagement zu gewährleisten.
Die Kommunikationseinheit übernimmt dabei die Kommunikation zwischen den in der Umgebung (Parkhaus/Parkplatz/Stellplatz etc.) einzelnen Ladekabeln 10 oder einer alternativen Basisstation 24 drahtlos bzw. kabelgebunden. Die Kommunikationseinheit 19 gibt hierbei der Ladesteuerung die Angaben über die maximal zur Verfügung stehenden Strommenge weiter und die Ladesteuerung regelt diesen oder schaltet über die Schalteinheit 18 den Ladestrom zu oder ab. Die Kommunikationseinheit 19 liest die aktuelle Ladeleistung aus der Ladesteuerung (Steuereinheit 17) aus und überträgt diese an die in der Umgebung (Parkhaus/Parkplatz/Stellplatz etc.) einzelnen Ladekabel 10 oder einer Basisstation 24 drahtlos oder kabelgebunden. Mit der Kommunikationseinheit 19 ist es auch möglich das Ladekabel 10 als sehr kompakte, mobile Ladesäule zu betreiben und den Ladevorgang über „OCPP“ (OpenChargePointProtocol) oder eine SmartHome Anbindung (z.B. per Kommunikationsschnittstelle) dynamisch zu steuern (z.B. aktives Lastmanagement, zeitgesteuerte, individuelle, priorisierte Ladeprofile, Stromzählung, Abrechnung). Abrechnungs-, Netz- und Servicedaten werden erzeugt, gespeichert und abgerufen (gemäß OCPP). Die Zwischenspeicherung erfolgt in einem nicht flüchtigen Speicher 25 (hier nicht dargestellt) im Ladekabel 10, damit eine Nachprüfbarkeit der Daten vorhanden ist. Nutzer einer schaltbaren Typ 2 Steckdose können an von ihnen ausgewählten Personen deren Zugangsberechtigung für das Ladekabel 10 einrichten / genehmigen (sog. Whitelist) bzw. das Zugangspasswort an diese weitergeben.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt ist eine weitere schematische Darstellung eines Ladekabels 10 und einer Ladestation bzw. Wallbox 22. Gleiche Elemente in Bezug auf 5 oder 6 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Wird das Ladekabel 10 in eine Ladesäule 22 (oder Ladestation) bzw. Wallbox 22 eingesteckt, erkennt die Steuereinheit 17 den eingesteckten Zustand in der Ladestation bzw. Wallbox und deren maximale zur Verfügung stehende Leistung. In diesem Fall übergibt die Steuereinheit 17 die Ladesteuerung an die Ladestation oder Wallbox 22. Optional ist es möglich über die Kommunikationseinheit 19 in die Ladesteuerung der Ladesäule 22 einzugreifen und mit der Schalteinheit 18 den Ladestrom abzuschalten oder zu reduzieren. Durch Codierung der netzseitigen Anschlussvorrichtung 15 kann die maximal mögliche Ladeleistung automatisch erkannt werden.
Die Erfindung wird außerdem durch die folgenden Punkte beschrieben:

(A) Ladekabel 10 zum elektrischen Laden eines Energiespeichers 11 eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs 12, umfassend ein Ladeleitung 13, wobei die Ladeleitung 13 eine erste Anschlussvorrichtung 14 umfasst, wobei die erste Anschlussvorrichtung 14 mit dem Energiespeicher 11 des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs 12 lösbar elektrisch verbindbar ist, wobei die Ladeleitung 13 eine zweite Anschlussvorrichtung 15 umfasst, wobei die zweite Anschlussvorrichtung 15 mit einer Energieversorgungseinrichtung 16 mittelbar oder unmittelbar lösbar elektrisch verbindbar ist, wobei das Ladekabel 10 mindestens eine Steuereinheit 17 und/oder mindestens eine Schalteinheit 18 und/oder mindestens eine Kommunikationseinheit 19 umfasst.
(B) Ladekabel 10 wie in Punkt (A) definiert, wobei die mindestens eine Steuereinheit 17 und/oder die mindestens eine Schalteinheit 18 und/oder die mindestens eine Kommunikationseinheit 19 entlang der Ladeleitung 13 untergebracht ist/sind.
(C) Ladekabel 10 wie in Punkt (A) definiert, wobei die mindestens eine Steuereinheit 17 und/oder die mindestens eine Schalteinheit 18 und/oder die mindestens eine Kommunikationseinheit 19 in der ersten Anschlussvorrichtung 14 oder entlang der Ladeleitung 13 untergebracht ist/sind.
(D) Ladekabel 10 wie in Punkt (A) definiert, wobei die mindestens eine Steuereinheit 17 und/oder die mindestens eine Schalteinheit 18 und/oder die mindestens eine Kommunikationseinheit 19 in der ersten Anschlussvorrichtung 14 untergebracht ist/sind.
(E) Ladekabel 10 wie in Punkt (A), oder Punkt (B) oder Punkt (C) oder Punkt (D) definiert, wobei die mindestens eine Kommunikationseinheit 19 kabelgebunden und / oder kabellos kommuniziert.
(F) Ladekabel 10 wie in Punkt (A), oder Punkt (B) oder Punkt (C) oder Punkt (D) definiert, wobei die mindestens eine Schalteinheit 18 geeignet ist, einen Stromfluss durch das Ladekabel 10 zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.
(G) Ladekabel 10 wie in Punkt (F) definiert, wobei die mindestens eine Schalteinheit 18 geeignet ist, den Stromfluss durch das Ladekabel 10 in Abhängigkeit von einer Fehlerstrom- und Temperaturüberwachung stromlos zu schalten.
(H) Ladekabel 10 wie in Punkt (F) definiert, wobei die mindestens eine Steuereinheit 17 geeignet ist, die maximal zu entnehmende Stromstärke zum Laden des Energiespeichers 11 zu regeln.
(J) Ladekabel 10 wie in Punkt (A), oder Punkt (B) oder Punkt (C) oder Punkt (D) oder Punkt (E) oder Punkt (F) oder Punkt (G) oder Punkt (H) definiert, wobei die Kommunikationseinheit 19 geeignet ist, sich in einem gesteckten Zustand des Ladekabels 10 mit einer schaltbaren Steckdose 20 der Energieversorgungseinrichtung 16 zu verbinden, indem das Ladekabel 10 mittels der Kommunikationseinrichtung 19 die Steckdose 20 identifiziert, die Steckdose 20 autorisiert und einen Strom 21 für das Ladekabel 10 in der Steckdose 20 durchschaltet.

Claims

Ladekabel (10) zum elektrischen Verbinden eines aufzuladenden Energiespeichers (11) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs (12) mit einer elektrischen Energie bereitstellenden Energieversorgungseinrichtung (16), das Ladekabel (10) aufweisend • eine Ladeleitung (13) mit einer Kupplung (6) sowie mehreren mit der Kupplung (6) elektrisch verbundenen elektrischen Leitern (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) zur Leistungsübertragung und/oder Signalübertragung, • eine erste Anschlussvorrichtung (14) mit Energieübertragungsmitteln (8), insbesondere Kontakten oder Induktionsspulen, zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen und/oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher (11), • eine zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) mit einem ersten Anschluss (1A, 1B) zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen und/oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung (16) sowie mit einem zweiten Anschluss (2) zur lösbaren elektrischen Verbindung mit der Kupplung (6), • wobei zumindest einem Teil der Energieübertragungsmittel (8) der ersten Anschlussvorrichtung (14), insbesondere jedem Energieübertragungsmittel (8), jeweils ein elektrischer Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) der Ladeleitung (13) zugeordnet ist, • wobei die erste Anschlussvorrichtung (14) eine Steuereinheit (17) aufweist, • wobei die erste Anschlussvorrichtung (14) oder die Ladeleitung (13) einen Bypassschalter (4) aufweist, • wobei der Bypassschalter (4) in Abhängigkeit von einem Typ der zweiten Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist, • wobei in dem ersten Schaltzustand durch den Bypassschalter (4) eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Energieübertragungsmittel (8) und dem zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) unter Umgehung der Steuereinheit (17) hergestellt ist, und • wobei in dem zweiten Schaltzustand die Steuereinheit (17) elektrisch zwischengeschaltet ist zwischen -- das zumindest eine Energieübertragungsmittel (8), das im ersten Schaltzustand über den Bypassschalter (4) mit dem zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) verbunden ist und -- den jeweils zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G), um einen Ladevorgang zu steuern.
Ladekabel (10) nach Anspruch 1, • wobei die Ladeleitung (13) eine Zusatzkupplung (5) aufweist, • wobei die elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) zur Leistungsübertragung und/oder Signalübertragung durchgängig zwischen der Kupplung (6) und der Zusatzkupplung (5) verlaufen, und • wobei die erste Anschlussvorrichtung (14) einen Zusatzanschluss (9) aufweist, der elektrisch mit der Zusatzkupplung (5) verbindbar ist, um eine elektrische Verbindung der Energieübertragungsmittel (8) und/oder der Steuereinheit (17) und/oder des Bypassschalters (4) mit den elektrischen Leitern (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) der Ladeleitung (13) herzustellen.
Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Anschlussvorrichtung (14) ein erstes Gehäuse (26) aufweist, an dem -- sowohl die Energieübertragungsmittel (8) als auch die Ladeleitung (13) ausgebildet sind oder -- sowohl die Energieübertragungsmittel (8) als auch der Zusatzanschluss (9) ausgebildet sind, und/oder wobei die zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) ein zweites Gehäuse (27) aufweist, an dem sowohl der erste Anschluss (1A, 1B) als auch der zweite Anschluss (2) ausgebildet sind.
Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypassschalter (4) bei Anliegen einer Versorgungsspannung in den zweiten Schaltzustand und bei Fehlen einer Versorgungsspannung in den ersten Schaltzustand geschaltet ist und/oder wobei der Bypassschalter (4) durch die Steuereinheit (17) zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist.
Ladekabel (10) nach Anspruch 4, wobei die zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) eine Spannungsversorgung (3) aufweist, die mit dem ersten Anschluss (1A, 1B) elektrisch gekoppelt ist und die bei Anliegen einer elektrischen Spannung am ersten Anschluss (1A, 1B) eine elektrische Versorgungsspannung bereitstellt, die insbesondere über den zweiten Anschluss (2) und die Ladeleitung (13) an den Bypassschalter (4) anlegbar ist, um den Bypassschalter (4) in den zweiten Schaltzustand zu schalten.
Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) eine Schalteinheit (18) aufweist, über die eine elektrische Verbindung zwischen der Energieversorgungseinrichtung (16) und dem zweiten Anschluss (2) einschaltbar und ausschaltbar ist, wobei die Schalteinheit (18) durch die Steuereinheit (17) steuerbar ist, insbesondere um den Ladevorgang zu steuern.
Ladekabel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) eine durchgehende, insbesondere ständige, direkte und ununterbrochene, elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss (1A, 1B) und dem zweiten Anschluss (2) aufweist, insbesondere ohne eine Versorgungsspannung für den Bypassschalter (4) bereitzustellen und/oder ohne passive oder aktive elektrische Bauteile.
Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Anschlussvorrichtung (14) eine Kommunikationseinheit (19), insbesondere Funkkommunikationsschnittstelle, und/oder ein Anzeige- und/oder Eingabemodul (20), insbesondere zum Eingeben einer gewünschten Ladestromstärke, und/oder ein Energiemessmodul (7) zum Ermitteln einer durch das Ladekabel (10) geflossenen elektrischen Energie und/oder ein Authentifizierungsmodul (21) zum Authentifizieren bei der Energieversorgungseinrichtung (16) aufweist.
Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) ein Temperaturüberwachungsmodul (28) aufweist, welches eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer in der zweiten Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) erfassten Temperatur ein Temperaturinformationssignal an die Steuereinheit (17) auszugeben und/oder einen Stromfluss durch die zweiten Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) einzustellen und/oder zu unterbrechen, insbesondere um einen vordefinierten Temperaturbereich einzuhalten.
Ladekabel (10) nach Anspruch 9, wobei das Temperaturüberwachungsmodul (28) eine Auswerteschaltung (28A) aufweist, die mit wenigstens einem in der zweiten Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) angeordneten Temperatursensor (28B) verbunden ist, wobei in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur die Auswerteschaltung (28A) ein Statussignal bereitstellt, welches, insbesondere über einen elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G), an die Steuereinheit (17) übermittelt wird, so dass mittels der Steuereinheit (17) in Abhängigkeit des Statussignals die Leistungsaufnahme aus der Energieversorgungseinrichtung (16) reduziert oder unterbrochen wird.
Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypassschalter (4) angeordnet ist -- in der ersten Anschlussvorrichtung (14) oder -- in der Kupplung (6) der Ladeleitung (13) oder -- in der Zusatzkupplung (5) der Ladeleitung (13), wobei die Zusatzkupplung (5) eingerichtet ist, mit einem Zusatzanschluss (9) der ersten Anschlussvorrichtung (14) gekoppelt zu werden.
Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladeleitung (13) zwischen der ersten Anschlussvorrichtung (14) und der Kupplung (6) durchgängig verläuft, wobei Ladeleitung (13) insbesondere unlösbar an der ersten Anschlussvorrichtung (14) angebracht ist, wobei die Ladeleitung (13) insbesondere bis in ein Gehäuse (26) der ersten Anschlussvorrichtung (14) hineingeführt ist.
Anschlussvorrichtung (14) ausgebildet zur Verwendung als erste Anschlussvorrichtung (14) in einem Ladekabel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Anschlussvorrichtung (14) aufweisend • Energieübertragungsmittel (8), insbesondere Kontakte oder Induktionsspulen, zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtlosen und/oder drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit dem Energiespeicher (11) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs (12), • eine Ladeleitung (13) oder einen Zusatzanschluss (9) zur elektrischen Verbindung mit einer Ladeleitung (13), • eine Steuereinheit (17), und • einen Bypassschalter (4), • wobei zumindest einem Teil der Energieübertragungsmittel (8), insbesondere jedem Energieübertragungsmittel (8), jeweils ein elektrischer Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) der Ladeleitung (13) zugeordnet ist, • wobei der Bypassschalter (4) in Abhängigkeit von einem Typ einer zweiten Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) des Ladekabels (10) zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist, • wobei in dem ersten Schaltzustand durch den Bypass-Schalter eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem der Energieübertragungsmitteln (8) und dem zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) unter Umgehung der Steuereinheit (17) hergestellt ist, und • wobei in dem zweiten Schaltzustand die Steuereinheit (17) elektrisch zwischengeschaltet ist zwischen -- das zumindest eine Energieübertragungsmittel (8), das im ersten Schaltzustand über den Bypassschalter (4) mit dem zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G) verbunden ist und -- den jeweils zugeordneten elektrischen Leiter (13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G), um einen Ladevorgang zu steuern.
Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B), ausgebildet zur Verwendung als zweite Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) eines Ladekabels (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die Anschlussvorrichtung (15, 15A, 15B) aufweisend • einen ersten Anschluss (1A, 1B) zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtgebundenen und/oder drahtlosen elektrischen Verbindung mit einer Energieversorgungseinrichtung (16), • einen zweiten Anschluss (2) zur mittelbar oder unmittelbar lösbaren drahtgebundenen und/oder drahtlosen elektrischen Verbindung mit einer Ladeleitung (13) des Ladekabels (10), • eine Spannungsversorgung (3), die mit dem ersten Anschluss (1A, 1B) elektrisch gekoppelt ist und die bei Anliegen einer elektrischen Spannung am ersten Anschluss (1A, 1B) eine elektrische Versorgungsspannung bereitstellt, die über den zweiten Anschluss (2), an die Ladeleitung (13) ausgebbar ist, und • eine Schalteinheit (18), über die eine Ausgabe einer von der Energieversorgungseinrichtung (16) bereitgestellten elektrischen Spannung an den zweiten Anschluss (2) einschaltbar und ausschaltbar ist, wobei die Schalteinheit (18) über den zweiten Anschluss (2) ansteuerbar ist.